WO2019154846A1 - Verfahren zur detektion der luftgüte einer brennstoffzelle - Google Patents

Verfahren zur detektion der luftgüte einer brennstoffzelle Download PDF

Info

Publication number
WO2019154846A1
WO2019154846A1 PCT/EP2019/052892 EP2019052892W WO2019154846A1 WO 2019154846 A1 WO2019154846 A1 WO 2019154846A1 EP 2019052892 W EP2019052892 W EP 2019052892W WO 2019154846 A1 WO2019154846 A1 WO 2019154846A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
air
air quality
cell system
vehicle
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/052892
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Braun
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2019154846A1 publication Critical patent/WO2019154846A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0053—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/75—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using propulsion power supplied by both fuel cells and batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/24—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
    • B60W10/26—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means for electrical energy, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/28—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04455—Concentration; Density of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • 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
    • H01M8/04701—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • 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
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0687—Reactant purification by the use of membranes or filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/70—Interactions with external data bases, e.g. traffic centres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2556/00—Input parameters relating to data
    • B60W2556/45—External transmission of data to or from the vehicle
    • B60W2556/65—Data transmitted between vehicles
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • 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
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for the detection of the air quality of
  • Ambient air which is used as the oxidizing agent for a fuel cell system of a vehicle, which has a further energy storage, as well as on a vehicle.
  • FCS Fuel Cell System
  • Ambient air used The oxidant is not carried in the vehicle in a separate store and stored.
  • FCS Fuel Cell System
  • Platinum catalyst or damage to a PEM membrane can reversibly or even irreversibly damage.
  • Nitric oxide compounds referenced.
  • Catalyst material such as platinum, to be saved, which increases the sensitivity to critical air contaminants, which from the
  • Vehicles another energy storage, for example in the form of a battery, which should also be able to recuperate.
  • This also includes other variants of a memory, for example an accumulator, supercaps, hybrid supercaps, KERS, flywheel storage and the like.
  • Energy systems with a fuel cell system in mobile applications without further usually electrical energy storage are technically conceivable, but currently play no role in developments due to several known disadvantages.
  • the proposed method according to the invention relates to mobile fuel cell systems, the changing environmental conditions or
  • the present method can also be used in stationary fuel cell systems that experience changing ambient conditions or ambient air quality.
  • High concentrations of pollutants in the ambient air occur, for example, in urban tunnels, which are often not optimally ventilated. Due to the measurements of measuring stations, other local areas are known which have an increased concentration of pollutants, in particular urban areas or areas with industrial settlement with high emission intensity. Partially occurs only very locally or occurs only a short driving time or only a short one
  • Fuel cell system of a vehicle Fuel cell system of a vehicle.
  • the striking advantage of the method proposed according to the invention is that it provides an air quality-dependent operating strategy.
  • FCS pollutant entry into the air system of the fuel cell system
  • Fuel Cell System d. H. is significantly reduced in the air filter, the fuel cell stack and other components of the air system.
  • the further system functions according to d) comprise a second system function, according to which regeneration strategies for reducing the aging of the system
  • Fuel cell stack can be implemented. According to the second
  • a regeneration of the fuel cell stack only when the air quality has a sufficiently high quality.
  • the further system functions advantageously include a third system function, according to which flexible change intervals for an air filter are determined as a function of the quality of the ambient air.
  • the further system functions comprise a fourth system function, according to which the
  • Operating strategy of the fuel cell system is optimized depending on the quality of the ambient air.
  • a temporary lowering of the excess air ratio l can be made on the cathode side.
  • the air mass flow can be reduced, so that a reduction of pollutant intake in the
  • Fuel cell system takes place.
  • the significant reduction of the excess air ratio l is made for a short period of time.
  • a further system function according to d) is a fifth system function, according to which an information transfer of the sensor values determined by the air quality sensor via, for example, a car-to-car interface or via a car-to-infrastructure interface to vehicles without air quality sensor, or that air quality maps be updated according to the determined sensor values.
  • a sixth system function may be mentioned, according to which a temporary lowering of the operating pressure of the operating temperature and of the humidity as a function of the air quality can be carried out.
  • higher operating pressures prevail at higher stack operating temperatures in order to obtain sufficient humidification.
  • These higher pressures result in an increased demand for compressor power, which in turn must be covered by a source, be it a recuperable battery, supercaps or fuel cells.
  • a source be it a recuperable battery, supercaps or fuel cells.
  • Allow air mass flow This in turn results in a reduction of the entry of pollutants in the fuel cell stack. This reduction can also be extended in terms of their time span.
  • FCS fuel cell system
  • Interior ventilation system of the vehicle is supplied with ambient air.
  • the air quality sensor can be placed in front of the air filter, the
  • the air quality sensor can also be installed after a first particle separation of a split filter and before a chemical filter stage of a split filter.
  • the invention also relates to a vehicle with a hybrid power system whose electric drive either via a
  • the advantages of the method proposed according to the invention are that the signals obtained from the air quality sensor, which are recorded and processed in a control device or in networked vehicles in a cloud or a server, are used to carry out and / or optimize further
  • FCS Fuel Cell System
  • the proposed method can detect a flexible change interval and thus a demand-adapted air filter change by estimating the loading of the air filter for the fuel cell system or a common air filter used for the fuel cell system and an interior ventilation system of the vehicle. Furthermore, the chemical activity of the filter part can be approximated
  • Fuel Cell System and at least one recuperable Baterie having, further energy storage, in particular an electric drive of a vehicle can be represented.
  • the hybrid energy system of the vehicle can be used in such a way that in the case of a titled poor air quality more energy is taken from the at least one recuperable Baterie the other energy storage, while less energy is removed from the fuel cell system, the air intake is consequently reduced and thereby again reduce the pollutant entry in the at least one fuel cell stack of the fuel cell system. This leads to a longer one
  • Fuel cell system is used, as well as for the interior ventilation is used, only one air quality sensor can be used for both ventilation systems.
  • the air quality sensor is already available for the interior ventilation of vehicles for mobile applications and could be based on this, only with limited effort.
  • FCS Fuel Cell System
  • Fuel consumption of the fuel cell system which is usually gaseous hydrogen can be avoided.
  • the execution intervals for regeneration strategies are significantly extended.
  • Regeneration functions or regeneration strategies are given by methods that change the operating states of a fuel cell system in such a way that reversible damage, for example caused by corresponding chemical substances, can be selectively reversed. This would either not occur in standard operation or take much longer periods.
  • the operating temperature can be changed in such a way, for example by raising the temperature that a healing process (recovery) is supported or accelerated.
  • the air quality sensor is particularly significant, because the corresponding regeneration of the fuel cell system with a good air quality is in principle better than worse
  • the method proposed according to the invention reduces the occurrence of irreversible damage to at least one of them
  • Fuel cell system is extended.
  • the method proposed according to the invention enables an optimization of the design of the respective
  • Fuel cell system and at least one recuperative battery having further energy storage the corresponding design can be reduced in terms of a reserve or reserve to account for the aging effects over the lifetime. This means that in the fuel cell stack, the total area can be reduced, which is the
  • Figure 1 is a schematic representation of a vehicle with a
  • Air quality sensor a control unit, a fuel cell system (FCS) and another energy storage device with at least one recuperable battery,
  • FCS fuel cell system
  • Figure 2 shows an air quality sensor, the air system of the
  • Fuel cell system is connected upstream,
  • Figure 3 is an air quality sensor, the air inlet for a
  • Fuel cell system and is preceded by the interior ventilation of a vehicle
  • FIG. 4 shows the illustration of the use of the signal of the air quality sensor for various functions in the control device of a mobile application
  • FIG. 5 is a perspective view of an air quality sensor
  • FIG. 6 shows an air quality sensor, which is preceded by a filter with particle separation and with a chemical filter part and
  • downstream of a chemical filter part is a split-executed filter.
  • the vehicle 10 comprises the fuel cell system 12 and a further energy store 14, which has at least one recuperatable battery 16 which can be integrated in the vehicle floor of the vehicle 10.
  • the fuel cell system 12 and the further energy storage 14 form a hybrid energy system 11 of the vehicle 10.
  • An air quality sensor 18 is connected to a control unit 20. in the
  • System function 26 a fourth system function 28, a fifth system function 30 and a sixth system function 32 and possibly even more
  • the further energy storage 14 comprises at least one recuperable battery 16.
  • the fuel cell system 12 is associated with a fuel storage 34, the amount of which can also be detected by the control unit 20 of the vehicle 10. In networked
  • Vehicles 10 the data acquisition can also be done via a cloud or a server.
  • the hybrid energy system 11 includes the fuel cell system and the fuel storage 34 on the one hand and the other energy storage 14 with at least one recuperable battery 16 on the other.
  • Fuel storage 34 provide in the present context
  • FIG. 2 shows that ambient air 40 is filtered via an air filter 42 and enters the fuel cell system 12.
  • the supply air side of the air filter 42 is connected upstream of the air quality sensor 18.
  • a pressure gauge 44 can be arranged behind the air filter 42; however, this is not mandatory.
  • Behind the air filter 42 is an air compressor 46, which optionally be followed by an intercooler 48 can.
  • FIG. 3 shows a further topology for the use of an air quality sensor 18 for a common air filter 54 for a fuel cell system 12 (FCS) and an interior ventilation system 60 of a vehicle 10.
  • FCS fuel cell system 12
  • Ambient air 40 enters a common air filter 54.
  • the inlet side of the common air filter 54 is preceded by the air quality sensor 18, which is connected to the control unit 20.
  • the common air filter 54 according to the topology in Figure 3 may also optionally be followed by a pressure gauge 44.
  • a first air damper 56 and a second damper 58 are also controlled by the control unit 20.
  • About the first air damper 56 passes through the common air filter 54 purified ambient air 40 as
  • Oxidizing agent in the fuel cell system 12 After appropriate activation by the control unit 20, the ambient air 40, which has been cleaned in the vehicle 10, enters the interior ventilation system 60 of the vehicle 10 via the second air flap 58.
  • the fuel cell system 12 according to the topology in FIG. 3 includes an air compressor 46 that is downstream of the first air flap 56
  • an intercooler 48 may optionally be provided to cool the cleaned ambient air 40; moistening to condition the purified ambient air 40 may be via a humidifier 50, which may also be present.
  • Conditionally conditioned and cleaned ambient air 40 enters the at least one fuel cell stack 52 of the fuel cell system (FCS). If the second air damper 58 is actuated, cleaned ambient air 40 passes via the common filter 4 via a blower 62 into a vehicle interior 64 of the vehicle 10. This can be connected to the blower 62 again via a recirculation path 66, so that this circulating air flows out of the vehicle
  • Vehicle interior 64 of the vehicle 10 is circulated.
  • Figure 3
  • the sensor data of the air quality sensor 18 are used both for the interior ventilation system 60 and for the fuel cell system 12 (FCS).
  • FCS fuel cell system 12
  • FIG. 4 also shows in a schematic way the control unit 20 in which the sensor data of the air quality sensor 18 are dependent on an air quality
  • Control unit 20 receives the air quality
  • Ambient air 40 is passed.
  • a detection unit 68 of the control unit 20 the sensor values are detected and further processed in an evaluation / processing unit 70 and made available to the various system functions 22 to 32.
  • the first system function 22 for example, the
  • evaluated sensor values which are a measure of the air quality of the ambient air 40, for an optimized control of the vehicle 10 with hybrid
  • the vehicle 10 in question is one which, on the one hand, uses the fuel cell system 12 as a drive source and, on the other hand, has a further energy store 14, which comprises at least one recuperable battery 16.
  • the evaluated sensor values are used to control the
  • Power sources i. which is taken for power or energy from the further energy storage 14 with at least one recuperable battery 16 and the power or energy through the
  • Fuel cell system 12 is provided to the current
  • FCS Fuel Cell System
  • System function 22 based on an air-quality-dependent operating strategy of the hybrid power system of the vehicle 10 used.
  • the second system function 24 exemplified in FIG. 4 includes an implementation of regeneration strategies for reducing the aging of the fuel cell stack 52.
  • the system functions 22 to 32 shown by way of example in FIG. 4 furthermore include a third system function 26, according to which flexible change intervals for an air filter 42, 80 are determined, depending on the quality of the ambient air 40. This makes it possible to determine a diagnostic or lifetime estimate of the air filters 42, 80 used, so that flexible change periods can be represented by the ambient air 40 as a function of the determined air quality.
  • the operating strategy of the fuel cell system 12 is dependent on the quality of the ambient air 40 and is optimized depending on the received and evaluated sensor values of the air quality sensor 18. According to the fourth
  • System function 28 is a temporary reduction of the excess air l on the cathode side. As a result of this measure, the air mass flow can be reduced, in particular for shorter periods of time, so that a reduction of the pollutant introduction into the fuel cell stack is possible and its aging can be delayed.
  • a temporary reduction of the operating pressure and the operating temperature can be made.
  • higher operating pressures typically also prevail, for example, to maintain adequate humidification.
  • these require a higher demand for compressor performance, which must be covered by a source, be it a recuperable battery, the fuel cell itself or, for example, supercaps.
  • a reduction in the operating temperature or the operating pressure according to the sixth system function 32 proposed here could lower the overall performance of the additional consumers of the fuel cell stack. This function can be done depending on the air quality.
  • Both the water management and the thermal system have no high dynamics, so that here is a temporary possibility, for example, in tunnel passages to reduce the air mass flow and thus the pollutant entry into the
  • this sixth system function can also be maintained for a longer period of time.
  • FCS Fuel Cell System
  • FIG. 5 shows, for example, an air quality sensor 18.
  • the air quality sensor 18 may be constructed based on a metal oxide sensor.
  • the sensor element of the air quality sensor 18 may be embodied inter alia as MEMS (micro-electro-mechanical system).
  • MEMS micro-electro-mechanical system.
  • the sensor values of the air quality sensor 18 according to the schematic view in FIG. 5 are determined by means of of the control unit 20 and evaluated for the illustrated in Figure 4
  • the air quality sensor 18 may be connected to the controller 20 of the vehicle 10 by harness or even wireless technology, or to a server or a cloud in networked vehicles 10.
  • Fuel cell system 12 are used.
  • Figure 6 shows an air quality sensor 18, the air filter 42 for a
  • the air filter 42 filters the ambient air 40 before it - after passage of the air quality sensor 18 - passes into a first particle 74.
  • the first particle separator 74 of the air filter 42 is followed by a chemical filter part 76, which in turn is followed by a second particle separator 78.
  • a divided air filter 80 is installed in FIG.
  • the air quality sensor 18 is now located in this integrated behind the first P
  • the ambient air 40 enters via the supply air side 72 in the first Prismabscheider 74 a.
  • the pre-cleaned ambient air 40 passes the air quality sensor 18 before the ambient air 40 enters the chemical filter portion 76 of the split air filter 80.
  • the chemical filter part 76 is analogous to the embodiment of the air filter 42 according to Figure 6, a second particle 78 downstream.
  • the air quality sensor 18 is arranged after the first particle separator 74 and is located in front of the chemical filter part 76. Therefore, the air quality sensor 18 can be in front of itself Particle contamination are protected, which can also represent a reduction in space.
  • the air filter 42, 80 shown in Figures 6 and 7 can be both in the system topology of Figure 2 for a fuel cell system 12 and within the system topology of Figure 3 as a common air filter 54 both for the ambient air conditioning for the fuel cell system 12 and for the Insert interior ventilation system 60.
  • the invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Detektion der Luftgüte von Umgebungsluft (40) als Oxidationsmittel für ein Brennstoffzellensystem (12) eines Fahrzeuges (10) mit einem hybriden Energiesystem (11), umfassend das Brennstoffzellensystem (12) und einen weiteren Energiespeicher (14) mit mindestens einer rekuperierbaren Batterie (16) oder einer Anzahl von Superkondensatoren, wobei zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden: a) Erfassung der Luftgüte der Umgebungsluft (40) mittels eines Luftgütesensors (18), b) Auswertung der Sensorwerte des Luftgütesensors (18) in einem Steuergerät (20), c) Anpassungen der Leistungen des Brennstoffzellensystems (12) (FCS = Fuel Cell System) und des weiteren, mindestens eine rekuperierbare Batterie (16) oder einer Anzahl von Superkondensatoren aufweisenden Energiesystems (14) an die aktuelle Umgebungssituation im Rahmen einer ersten Systemfunktion (22) und d) Anpassung und Optimierung weiterer Systemfunktionen (24, 26, 28, 30, 32) des Brennstoffzellensystems (12) des Fahrzeugs.

Description

VERFAHREN ZUR DETEKTION DER LUFTGÜTE EINER
BRENNSTOFFZELLE
Beschreibung
Verfahren zur Detektion der Luftqüte
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Detektion der Luftgüte von
Umgebungsluft, die als Oxidationsmittel für ein Brennstoffzellensystem eines Fahrzeuges, welches einen weiteren Energiespeicher aufweist, eingesetzt wird, sowie auf ein Fahrzeug.
Stand der Technik
Bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellensystem (FCS = Fuel Cell System) als
Antriebsquelle, wird üblicherweise als Oxidationsmittel Sauerstoff aus der
Umgebungsluft verwendet. Das Oxidationsmittel wird nicht im Fahrzeug in einem separaten Speicher mitgeführt und bevorratet. Die Umgebungsluft enthält jedoch Bestandteile, beispielsweise chemische Substanzen, Partikel oder auch Fasern, die für den Betrieb von Brennstoffzellensystemen (FCS = Fuel Cell System) von Nachteil sind und deshalb möglichst komplett eliminiert bzw. von der Menge her reduziert werden sollten.
Dabei handelt es sich insbesondere um chemische Substanzen, die gasförmig, dampfförmig oder als Aerosole vorliegen, welche die Brennstoffzelle durch verschiedene Mechanismen, so beispielsweise durch eine Blockierung des
Platinkatalysators oder Schädigung einer PEM-Membran reversibel oder sogar irreversibel schädigen können. Hier sei auf Schwefelverbindungen oder
Stickoxidverbindungen verwiesen.
Durch derartige Schädigungen kommt es während der Fahrt zur Verminderung des Wirkungsgrades durch Erhöhung der Verluste und damit zum Leistungsabfall des Brennstoffzellensystems. Sind die Schädigungen bzw. Alterung innerhalb der Komponenten innerhalb des Brennstoffzellensystems irreversibel, so bleibt die reduzierte Leistung aufgrund des Leistungsabfalls trotz Stillstandsphasen des Fahrzeugs erhalten. Sowohl reversible als auch insbesondere irreversible Schädigungen bzw. Alterungserscheinungen sind unerwünscht und führen zu Mehraufwand, beispielsweise einer anderen Auslegung, erhöhten Kosten und aufwendige Regenerationsmaßnahmen bzw. Regenerationsfunktionen, oder auch zu Unzufriedenheit des Kunden, der eine Änderung des Verhaltens des Fahrzeugantriebes bzw. eine Verbrauchserhöhung konstatieren muss.
Um die oben stehend aufgezählten unerwünschten Bestandteile der
Umgebungsluft teilweise oder ganz herauszufiltern, werden meist kombinierte Filter eingesetzt. Diese umfassen eine mechanische oder strömungstechnische Partikelabscheidung, kombiniert mit einer chemischen Abscheidung,
beispielsweise durch mehrlagige Filter mit Aktivkohle. Bei erhöhter Konzentration von Schadstoffen in Bezug auf die Brennstoffzelle, wird der Filter jedoch mehr belastet, muss früher ausgetauscht werden und/oder das Durchschlüpfen von unerwünschten Substanzen durch den Filter wird erhöht und lässt die
Brennstoffzelle schneller altern bzw. schädigt diese stärker den obenstehend aufgeführten Folgen.
Diese Thematik wird dadurch verschärft, dass für die Herstellung von
Brennstoffzellenstapeln aus Kostengründen möglichst viel teures
Katalysatormaterial, beispielsweise Platin, eingespart werden soll, wodurch sich die Sensitivität gegenüber kritischen Luftverunreinigungen, die aus der
Umgebungsluft stammen, noch erhöht.
Bei mobilen Anwendungen von Brennstoffzellen werden diese als Antrieb in Fahrzeugen eingesetzt. Neben dem Brennstoffzellensystem haben diese
Fahrzeuge einen weiteren Energiespeicher, beispielsweise in Form einer Batterie, die auch rekuperationsfähig sein sollte. Darunter sind auch andere Varianten eines Speichers zu verstehen, beispielsweise ein Akkumulator, Supercaps, Hybrid-Supercaps, KERS, Schwungradspeicher und dergleichen mehr. Energiesysteme mit Brennstoffzellensystem in mobilen Anwendungen ohne weiteren in der Regel elektrischen Energiespeicher sind zwar technisch denkbar, spielen aber aufgrund mehrerer bekannter Nachteile derzeit in Entwicklungen keine Rolle.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren bezieht sich auf mobile Brennstoffzellensysteme, die wechselnden Umgebungsbedingungen bzw.
unterschiedlichen Umgebungsluft-Güten ausgesetzt sind. Das vorliegende Verfahren kann jedoch auch in stationären Brennstoffzellensystemen eingesetzt werden, die wechselnde Umgebungsbedingungen bzw. Umgebungsluft-Güten erfahren.
Darstellung der Erfindung
Höchste Schadstoffkonzentrationen in der Umgebungsluft treten beispielsweise in städtischen Tunneln auf, die häufig nicht optimal belüftet werden. Aufgrund der Messungen von Messstationen sind auch weitere lokale Bereiche bekannt, die eine erhöhte Schadstoffkonzentration aufweisen, insbesondere Ballungsgebiete oder Bereiche mit Industrieansiedlung mit hoher Emissionsintensität. Teilweise tritt nur sehr lokal bzw. tritt nur eine kurze Fahrzeit bzw. nur eine kurze
Fahrstrecke unter erhöhter Schadstoffkonzentration in der Umgebungsluft auf.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Detektion der Luftgüte von
Umgebungsluft als Oxidationsmittel für ein Fahrzeug mit einem
Brennstoffzellensystem als Antriebsquelle und mit einem mindestens eine rekuperierbare Batterie aufweisenden weiteren Energiespeicher vorgeschlagen, bei dem zumindest nachfolgende Verfahrensschritte durchlaufen werden: a) Erfassung der Luftgüte der Umgebungsluft mittels eines Luftgütesensors, b) Auswertung der Sensorwerte des Luftgütesensors in einem Steuergerät, c) Anpassung der Leistungen des Brennstoffzellensystems (FCS = Fuel Cell System) und des weiteren, mindestens eine rekuperierbare Batterie aufweisenden Energiespeichers an die aktuelle Umgebungssituation im Rahmen einer ersten Systemfunktion und d) Anpassung und Optimierung weiterer Systemfunktionen des
Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs.
Der schlagende Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ist darin zu erblicken, dass durch dieses eine Luftgüte-abhängige Betriebsstrategie bereitgestellt wird. Das hybride Energiesystem eines Fahrzeugs kann
dahingehend genutzt werden, dass bei schlechter Luftgüte mehr Energie aus der rekuperierbaren Batterie entnommen wird und gleichzeitig weniger Energie durch das Brennstoffzellensystem geliefert werden muss, so dass aufgrund erheblich verringerter detektierter Luftgüte weniger Lufteintrag in dieses erfolgt und damit der Schadstoffeintrag in das Luftsystem des Brennstoffzellensystems (FCS =
Fuel Cell System), d. h. in den Luftfilter, den Brennstoffzellenstapel und weitere Komponenten des Luftsystems erheblich vermindert wird.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens umfassen die weiteren Systemfunktionen gemäß d) eine zweite Systemfunktion, wonach Regenerationsstrategien zur Verminderung des Alterns des
Brennstoffzellenstapels implementiert werden. Gemäß der zweiten
Systemfunktion können beispielsweise Regenerationsstrategien zur
Verminderung des Alterns des Brennstoffzellenstapels in Abhängigkeit von der Luftgüte gesteuert beziehungsweise angestoßen werden. So erfolgt
beispielsweise eine Regeneration des Brennstoffzellenstapels erst dann, wenn die Luftgüte eine ausreichend hohe Qualität aufweist.
Des Weiteren umfassen in vorteilhafter Weise die weiteren Systemfunktionen eine dritte Systemfunktion, wonach flexible Wechselintervalle für einen Luftfilter abhängig von der Qualität der Umgebungsluft ermittelt werden. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist es durch die Abschätzung der Beladung des Luftfilters mit Schadstoffen entsprechend des Luftgütesignals möglich, bedarfsgerechte flexible Wechselintervalle zu ermitteln.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens umfassen die weiteren Systemfunktionen eine vierte Systemfunktion, wonach die
Betriebsstrategie des Brennstoffzellensystems abhängig von der Qualität der Umgebungsluft optimiert wird. Gemäß der vierten Systemfunktion kann eine temporäre Absenkung der Luftüberschusszahl l kathodenseitig vorgenommen werden. Durch diese Maßnahme kann der Luftmassenstrom verkleinert werden, so dass eine Verringerung des Schadstoffeintrages in das
Brennstoffzellensystem erfolgt. Bevorzugt wird die deutliche Absenkung der Luftüberschusszahl l für einen kurzzeitigen Zeitraum vorgenommen.
Ferner ist eine weitere Systemfunktion gemäß d) eine fünfte Systemfunktion, wonach eine Informationsweitergabe der durch den Luftgütesensor ermittelten Sensorwerte über beispielsweise eine Car-to-Car-Schnittstelle oder über eine Car-to-lnfrastruktur-Schnittstelle an Fahrzeuge ohne Luftgütesensor erfolgt, oder dass Luftgütekarten entsprechend der ermittelten Sensorwerte aktualisiert werden.
Abschließend sei eine sechste Systemfunktion genannt, wonach eine temporäre Absenkung des Betriebsdruckes der Betriebstemperatur sowie der Feuchte in Abhängigkeit von der Luftgüte vorgenommen werden kann. In der Regel herrschen bei höheren Stack- Betriebstemperaturen auch höhere Betriebsdrücke, um eine ausreichende Befeuchtung zu erhalten. Diese höheren Drücke haben einen erhöhten Bedarf an Verdichterleistung zur Folge, die wiederum durch eine Quelle, sei es eine rekuperierbare Batterie, Supercaps oder Brennstoffzellen abgedeckt werden müssen. Durch eine Absenkung im Sinne der sechsten Systemfunktion der Betriebstemperatur beziehungsweise des Betriebsdruckes kann die Gesamtleistung der Zusatzverbraucher des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von der Luftgüte vorgenommen werden. Sowohl das
Wassermanagement hinsichtlich der Feuchte als auch das thermische System haben keine hohe Dynamik, so dass hier eine temporäre Möglichkeit der Absenkung besteht, so zum Beispiel während einer Tunnelfahrt weniger
Luftmassenstrom zuzulassen. Dadurch wiederum erfolgt eine Verringerung des Eintrags von Schadstoffen in den Brennstoffzellenstapel. Diese Verringerung kann auch hinsichtlich ihrer Zeitspanne ausgedehnt werden.
Zur Verwirklichung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann der Luftgütesensor einem gemeinsamen Luftfilter vorgeschaltet werden, über welchen einerseits die Umgebungsluft für das Brennstoffzellensystem (FCS = Fuel Cell System) entsprechend konditioniert wird und/oder andererseits ein Innenraumbelüftungssystem des Fahrzeuges mit Umgebungsluft versorgt wird. Dies bietet den Vorteil, dass nur ein Luftgütesensor sowohl für das Luftsystem des Brennstoffzellensystems als auch für die Innenraumbelüftung des Fahrzeugs erforderlich ist.
Der Luftgütesensor kann vor dem Luftfilter angeordnet werden, der
Luftgütesensor kann andererseits auch hinter einer ersten Partikelabscheidung eines geteilten Filters und vor einer chemischen Filterstufe eines geteilten Filters eingebaut werden.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Fahrzeug mit einem hybriden Energiesystem, dessen elektrischer Antrieb entweder über ein
Brennstoffzellensystem oder über einen, mindestens eine rekuperierbare Batterie aufweisenden Energiespeicher gespeist wird.
Vorteile der Erfindung
Die Vorteile des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens liegen darin, dass die vom Luftgütesensor erhaltenen Signale, die in einem Steuergerät oder bei vernetzten Fahrzeugen in einer Cloud oder einem Server erfasst und aufbereitet werden, zur Durchführung und/oder Optimierung weiterer
Systemfunktionen, insbesondere für das Brennstoffzellensystem (FCS = Fuel Cell System) genutzt werden können. Durch das erfindungsgemäß
vorgeschlagene Verfahren lässt sich abhängig von der ermittelten Luftgüte ein flexibles Wechselintervall und damit ein bedarfsgerechter Luftfilterwechsel durch Abschätzung der Beladung des Luftfilters für das Brennstoffzellensystem oder eines gemeinsamen Luftfilters, der für das Brennstoffzellensystem und ein Innenraumbelüftungssystem des Fahrzeugs eingesetzt wird, erfassen. Des Weiteren kann die chemische Aktivität des Filterteils näherungsweise
diagnostiziert werden oder auf diese näherungsweise zurückgeschlossen werden.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann eine Luftgüte abhängige Betriebsstrategie für den Betrieb eines Fahrzeuges mit einem
Brennstoffzellensystem (FCS = Fuel Cell System) und einem mindestens eine rekuperierbare Baterie aufweisenden, weiteren Energiespeichers, insbesondere eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs dargestellt werden.
Das hybride Energiesystem des Fahrzeuges kann derart genutzt werden, dass im Falle einer ermitelten schlechten Luftgüte mehr Energie aus der mindestens einen rekuperierbaren Baterie des weiteren Energiespeichers entnommen wird, wobei gleichzeitig weniger Energie aus dem Brennstoffzellensystem entnommen wird, dessen Lufteintrag demzufolge verringert wird und wodurch sich wiederum der Schadstoffeintrag in den mindestens einen Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems verringern lässt. Dies führt zu einer längeren
Lebensdauer (insbesondere des Brennstoffzellenstapels) bei gleichbleibender Leistung des Brennstoffzellensystems und verlängert andererseits die
Austauschintervalle für Komponenten des Luftsystems, das Bestandteil des Brennstoffzellensystems ist. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, in diesem Zusammenhang die Filterflächen des Luftfilters kleiner auszulegen.
Im Falle des Einsatzes eines kombinierten Luftfilters, der sowohl für die
Konditionierung der Umgebungsluft als Oxidationsmitel für das
Brennstoffzellensystem dient, als auch für die Innenraumbelüftung eingesetzt wird, kann lediglich ein Luftgütesensor für beide Belüftungssysteme eingesetzt werden.
Der Luftgütesensor ist für die Innenraumbelüftung von Fahrzeugen für mobile Applikationen bereits vorhanden und könnte davon ausgehend, nur mit begrenztem Aufwand angepasst werden.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann eine reversible Schädigung des mindestens einen Brennstoffzellenstapels des
Brennstoffzellensystems (FCS = Fuel Cell System) wirksam vermindert werden, was auf die Luftgüte-abhängige Betriebsstrategie des Fahrzeuges
zurückzuführen ist. Dadurch können Leistungseinbußen vermieden werden bzw. Absenkungen des Wirkungsgrades, ferner kann eine Steigerung des
Kraftstoffverbrauches des Brennstoffzellensystems, bei dem es sich in der Regel um gasförmigen Wasserstoff handelt, vermieden werden. Da bei der Luftgüte abhängigen Betriebsstrategie der Schadstoffeintrag insgesamt in das Brennstoffstellensystem erheblich verringert wird, sind die Ausführungsintervalle für Regenerationsstrategien erheblich verlängert. Regenerationsfunktionen beziehungsweise Regenerationsstrategien sind durch Verfahren gegeben, die die Betriebszustände eines Brennstoffzellensystems derart verändern, dass reversible Schädigungen, beispielsweise hervorgerufen durch entsprechende chemische Substanzen, wieder gezielt rückgängig gemacht werden können. Dies würde im Standardbetrieb entweder nicht erfolgen oder viel längere Zeiträume beanspruchen. Im Rahmen der Regenerationsfunktionen beziehungsweise Regenerationsstrategien für ein Brennstoffzellensystem kann beispielsweise die Betriebstemperatur derart verändert werden, zum Beispiel durch Anheben der Temperatur, dass ein Heilungsprozess (recovery) unterstützt beziehungsweise beschleunigt wird. In diesem Zusammenhang ist der Luftgütesensor besonders bedeutsam, weil die entsprechende Regeneration des Brennstoffzellensystems bei einer guten Luftqualität prinzipiell besser abläuft als bei schlechter
Luftqualität.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren vermindert darüber hinaus das Auftreten irreversibler Schädigungen des mindestens einen
Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems durch die Luftgüte abhängige Betriebsstrategie, wodurch die Lebensdauer des
Brennstoffzellensystems verlängert wird. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine Optimierung der Auslegung des jeweiligen
Brennstoffzellensystems. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Betriebsweise des hybriden Energiesystems, umfassend ein
Brennstoffzellensystem und einen mindestens eine rekuperierbare Batterie aufweisenden weiteren Energiespeicher kann die entsprechende Auslegung hinsichtlich einer Vorhalte beziehungsweise Reserve zur Berücksichtigung der Alterungseffekte über die Lebenszeit reduziert werden. Dies bedeutet, dass im Brennstoffzellenstapel die Gesamtfläche reduziert werden kann, was die
Baugröße günstig beeinflusst. Des Weiteren kann die Gesamtmenge des eingesetzten Edelmetalls Platin reduziert werden. Durch eine derart optimierte Auslegung des Brennstoffzellenstapels kann ein deutlich größerer Kostenvorteil erzielt werden als durch eine mögliche Reduzierung von Filterflächen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender
beschrieben:
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem
Luftgütesensor, einem Steuergerät, einem Brennstoffzellensystem (FCS) und einem weiteren Energiespeicher mit mindestens einer rekuperierbaren Batterie,
Figur 2 einen Luftgütesensor, der dem Luftsystem des
Brennstoffzellensystems vorgeschaltet ist,
Figur 3 einen Luftgütesensor, der dem Lufteinlass für ein
Brennstoffzellensystem und für die Innenraumbelüftung eines Fahrzeuges vorgeschaltet ist,
Figur 4 die Darstellung der Verwendung des Signals des Luftgütesensors für verschiedene Funktionen im Steuergerät einer mobilen Applikation,
Figur 5 eine perspektivische Darstellung eines Luftgütesensors,
Figur 6 ein Luftgütesensor, der einen Filter mit Partikelabscheidung und mit chemischem Filterteil vorgeschaltet ist und
Figur 7 einen Luftgütesensor, der einer ersten Partikelabscheidung
nachgeordnet ist, einem chemischen Filterteil vorgeschaltet ist eines geteilt ausgeführten Filters.
Ausführungsvarianten
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges 10 mit einem Brennstoffzellensystem 12 (FCS = Fuel Cell System). In der Darstellung gemäß Figur 1 umfasst das Fahrzeug 10 das Brennstoffzellensystem 12 sowie einen weiteren Energiespeicher 14, welcher mindestens eine rekuperierbare Batterie 16 aufweist, die im Fahrzeugboden des Fahrzeuges 10 integriert sein kann. Das Brennstoffzellensystem 12 und der weitere Energiespeicher 14 bilden ein hybrides Energiesystem 11 des Fahrzeugs 10. Ein Luftgütesensor 18 ist mit einem Steuergerät 20 verbunden. Im
Steuergerät 20, welches die Betriebsstrategie des Brennstoffzellensystems 12 (FCS = Fuel Cell System) und des weiteren Energiespeichers 14 steuert, sind eine erste Systemfunktion 22, eine zweite Systemfunktion 24, eine dritte
Systemfunktion 26, eine vierte Systemfunktion 28, eine fünfte Systemfunktion 30 sowie eine sechste Systemfunktion 32 und gegebenenfalls noch weitere
Systemfunktionen implementiert. Der weitere Energiespeicher 14 umfasst mindestens eine rekuperierbare Batterie 16. Dem Brennstoffzellensystem 12 ist ein Brennstoffspeicher 34 zugeordnet, dessen Füllmenge ebenfalls durch das Steuergerät 20 des Fahrzeugs 10 erfasst werden kann. Bei vernetzten
Fahrzeugen 10 kann die Datenerfassung auch über eine Cloud oder einen Server erfolgen.
Im vorliegenden Zusammenhang umfasst das hybride Energiesystem 11 das Brennstoffzellensystem sowie den Brennstoffspeicher 34 einerseits und den weiteren Energiespeicher 14 mit mindestens einer rekuperierbaren Batterie 16 andererseits. Die Komponenten Brennstoffzellensystem 12 und
Brennstoffspeicher 34 stellen im vorliegenden Zusammenhang einen
Energiespeicher dar.
Figur 2 zeigt in schematischer Weise die Anordnung eines Luftgütesensors 18 für den Lufteinlass für das Brennstoffzellensystem 12 (FCS = Fuel Cell System).
Figur 2 zeigt, dass Umgebungsluft 40 über einen Luftfilter 42 gefiltert wird in das Brennstoffzellensystem 12 gelangt. Der Zuluftseite des Luftfilters 42 ist der Luftgütesensor 18 vorgeschaltet. In Strömungsrichtung der Umgebungsluft 40 gesehen, kann hinter dem Luftfilter 42 ein Druckmesser 44 angeordnet sein; dieser ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Hinter dem Luftfilter 42 befindet sich ein Luftverdichter 46, dem optional ein Zwischenkühler 48 nachgeordnet sein kann. Diesem kann ebenfalls optional ein Luftbefeuchter 50 nachgeordnet sein, um die durch den Luftfilter 42 gereinigte Umgebungsluft gegebenenfalls zu befeuchten, bevor diese in den mindestens einen Brennstoffzellenstapel 52 des Brennstoffzellensystems 12 (FCS = Fuel Cell System) gelangt.
Figur 3 ist eine weitere Topologie für den Einsatz eines Luftgütesensors 18 für einen gemeinsamen Luftfilter 54 für ein Brennstoffzellensystem 12 (FCS) und ein Innenraumbelüftungssystem 60 eines Fahrzeuges 10 zu entnehmen.
Umgebungsluft 40 gelangt in einen gemeinsamen Luftfilter 54. Der Einlassseite des gemeinsamen Luftfilters 54 ist der Luftgütesensor 18 vorgeschaltet, der mit dem Steuergerät 20 verbunden ist. Dem gemeinsamen Luftfilter 54 gemäß der Topologie in Figur 3 kann ebenfalls optional ein Druckmesser 44 nachgeschaltet sein. Im Strömungsweg der Umgebungsluft 40, die den gemeinsamen Luftfilter 54 passiert hat, befinden sich auf der Auslassseite des gemeinsamen Luftfilters 54 eine erste Luftklappe 56 sowie eine zweite Luftklappe 58. Diese werden ebenfalls mit dem Steuergerät 20 gesteuert. Über die erste Luftklappe 56 gelangt über den gemeinsamen Luftfilter 54 gereinigte Umgebungsluft 40 als
Oxidationsmittel in das Brennstoffzellensystem 12; über die zweite Luftklappe 58 gelangt nach entsprechender Ansteuerung durch das Steuergerät 20 in das Fahrzeug 10 gereinigte Umgebungsluft 40 in das Innenraumbelüftungssystem 60 des Fahrzeugs 10.
Analog zum Aufbau des Brennstoffzellensystems 12 (FCS = Fuel Cell System) gemäß Figur 2 umfasst das Brennstoffzellensystem 12 gemäß der Topologie in Figur 3 einen Luftverdichter 46, der der ersten Luftklappe 56 stromab
nachgeschaltet ist. Des Weiteren kann optional ein Zwischenkühler 48 vorhanden sein, mit dem die gereinigte Umgebungsluft 40 gekühlt wird; eine Befeuchtung zur Konditionierung der gereinigten Umgebungsluft 40 kann über einen Luftbefeuchter 50 erfolgen, der ebenfalls vorhanden sein kann.
Entsprechend konditionierte und gereinigte Umgebungsluft 40 gelangt in den mindestens einen Brennstoffzellenstapel 52 des Brennstoffzellensystems (FCS = Fuel Cell System) hinein. Wird die zweite Luftklappe 58 betätigt, so gelangt über den gemeinsamen Filter 4 gereinigte Umgebungsluft 40 über ein Gebläse 62 in einen Fahrzeuginnenraum 64 des Fahrzeugs 10. Dieser kann über einen Rezirkulationspfad 66 wieder mit dem Gebläse 62 verbunden sein, so dass dieses Umluft aus dem
Fahrzeuginnenraum 64 bei geschlossener zweiter Luftklappe 58 im
Fahrzeuginnenraum 64 des Fahrzeugs 10 umwälzt. In der in Figur 3
dargestellten Topologie werden die Sensordaten des Luftgütesensors 18 sowohl für das Innenraumbelüftungssystem 60, als auch für das Brennstoffzellensystem 12 (FCS = Fuel Cell System) genutzt. Zusätzlich zu der oben genannten Funktion kommt noch die Steuerung der Belüftung des Fahrzeuginnenraumes 64 dazu.
Figur 4 zeigt ebenfalls in schematischer Weise das Steuergerät 20, in dem die Sensordaten des Luftgütesensor 18 zu einer Luftgüte-abhängigen
Betriebsstrategie für die Energieversorgung eines Fahrzeuges 10 genutzt werden können. Das Steuergerät 20 gemäß Figur 4 erhält die die Luftgüte
repräsentierenden Sensorwerte über Luftgütesensor 18, der von der
Umgebungsluft 40 passiert wird. In einer Erfassungseinheit 68 des Steuergerätes 20 werden die Sensorwerte erfasst und in einer Auswertung/Verarbeitungseinheit 70 weiter verarbeitet und den verschiedenen Systemfunktionen 22 bis 32 zur Verfügung gestellt.
Im Rahmen der ersten Systemfunktion 22 können beispielsweise die
ausgewerteten Sensorwerte, die ein Maß für die Luftgüte der Umgebungsluft 40 darstellen, für eine optimierte Steuerung des Fahrzeugs 10 mit hybridem
Energiesystem 11 eingesetzt werden. Bei dem in Rede stehenden Fahrzeug 10 handelt es sich um ein solches, welches einerseits das Brennstoffzellensystem 12 als Antriebsquelle nutzt und andererseits einen weiteren Energiespeicher 14 aufweist, welcher mindestens eine rekuperierbare Batterie 16 umfasst. Die ausgewerteten Sensorwerte werden dazu verwendet, die Steuerung der
Leistungs- bzw. Energiequellen, d.h. die für Leistung bzw. Energie aus dem weiteren Energiespeicher 14 mit mindestens einer rekuperierbaren Batterie 16 entnommen wird und die für Leistung bzw. Energie durch das
Brennstoffzellensystem 12 zur Verfügung gestellt wird, an die aktuelle
Umgebungssituation angepasst. Beispielsweise kann bei einer Tunneldurchfahrt mit erheblich verminderter Luftqualität mehr Energie aus dem weiteren Energiespeicher 14 mit der mindestens einen rekuperierbaren Batterie 16 entnommen werden, wohingegen der Luftmassenstrom von Umgebungsluft 40 durch den mindestens einen Brennstoffzellenstapel 52 im
Brennstoffzellensystems 12 (FCS = Fuel Cell System) während dieser
Tunneldurchfahrt, bei der schlechte Luftqualität vorliegt, reduziert wird und damit ein erheblich verringerter Schadstoffeintrag in das Brennstoffzellensystem 12 auftritt. Die Aufteilung der Leistungen wird demnach innerhalb der ersten
Systemfunktion 22 anhand einer Luftgüte-abhängigen Betriebsstrategie des hybriden Energiesystems des Fahrzeugs 10 benutzt.
Die in Figur 4 beispielhaft dargestellte zweite Systemfunktion 24, umfasst eine Implementierung von Regenerationsstrategien zur Verminderung des Alterns des Brennstoffzellenstapels 52.
Die in Figur 4 beispielhaft dargestellten Systemfunktionen 22 bis 32 umfassen darüber hinaus eine dritte Systemfunktion 26, wonach flexible Wechselintervalle für ein Luftfilter 42, 80, abhängig von der Qualität der Umgebungsluft 40, ermittelt werden. Dadurch lässt sich eine Diagnose- bzw. eine Lebensdauerabschätzung der eingesetzten Luftfilter 42, 80 ermitteln, so dass flexible Wechselzeiträume abhängig von der ermittelten Luftgüte von der Umgebungsluft 40 dargestellt werden können. Innerhalb einer weiteren, vierten Systemfunktion 28 verläuft die Betriebsstrategie des Brennstoffzellensystems 12 abhängig von der Qualität der Umgebungsluft 40 und wird abhängig von den erhaltenen und ausgewerteten Sensorwerten des Luftgütesensors 18 optimiert. Gemäß der vierten
Systemfunktion 28 erfolgt eine temporäre Absenkung der Luftüberschusszahl l kathodenseitig. Durch diese Maßnahme lässt sich insbesondere für kürzere Zeitspannen der Luftmassenstrom verringern, so dass eine Verringerung des Schadstoffeintrages in den Brennstoffzellenstapel möglich und dessen Alterung verzögert werden kann.
Darüber hinaus kann im Rahmen einer fünften Systemfunktion 30 eine
Informationsweitergabe, beispielsweise über Car-to-Car-Schnittstellen oder über Car-to-lnfrastruktur-Schnittstellen an Fahrzeuge 10, die ohne Luftgütesensor 18 ausgerüstet sind, erfolgen, oder es können Luftgütekarten aktualisiert werden, entsprechend der vom Luftgütesensor 18 entsprechenden Luftgütequalität, die im Steuergerät 20 des Fahrzeuges 10 nunmehr bekannt und gespeichert sind.
Gemäß einer sechsten Systemfunktion 32 kann eine temporäre Absenkung des Betriebsdrucks und der Betriebstemperatur vorgenommen werden. Bei höheren Brennstoffzellenstapel-Betriebstemperaturen herrschen in der Regel auch höhere Betriebsdrücke, beispielsweise, um eine ausreichende Befeuchtung aufrecht zu erhalten. Diese jedoch bedingen einen höheren Bedarf an Verdichterleistung, die durch eine Quelle, sei es eine rekuperierbare Batterie, die Brennstoffzelle selbst oder beispielsweise über Supercaps abgedeckt werden muss. Eine Absenkung der Betriebstemperatur beziehungsweise des Betriebsdruckes gemäß der hier vorgeschlagenen sechsten Systemfunktion 32 könnte die Gesamtleistung der Zusatzverbraucher des Brennstoffzellenstapels absenken. Diese Funktion kann in Abhängigkeit von der Luftgüte erfolgen. Sowohl das Wassermanagement als auch das thermische System haben keine hohe Dynamik, so dass hier eine temporäre Möglichkeit gegeben ist, zum Beispiel bei Tunneldurchfahrten, den Luftmassenstrom zu verringern und damit den Schadstoffeintrag in das
Brennstoffzellensystem zu verringern. Diese sechste Systemfunktion kann gegebenenfalls auch über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden.
Dies bedeutet, dass durch die Luftgüte-abhängige Betriebsstrategie des hybriden Energiesystems 11 Fahrzeugs 10 eine Verminderung der Alterung des mindestens einen Brennstoffzellenstapels 52 des Brennstoffzellensystems 12 (FCS = Fuel Cell System) erreicht wird. Für den Fall, dass eine Regeneration des mindestens einen Brennstoffzellenstapels 52 des Brennstoffzellensystems 12 erforderlich ist, sind die Regenerationsfunktionen in der Regel nur dann durchzuführen, wenn eine vom Luftgütesensor 18 detektierte gute Luftqualität vorliegt.
Figur 5 zeigt beispielsweise einen Luftgütesensor 18.
Der Luftgütesensor 18 kann auf Basis eines Metalloxidsensors aufgebaut sein. Das Sensorelement des Luftgütesensors 18 kann unter anderem als MEMS (Micro- Electro-Mechanical-System) ausgeführt sein. Die Sensorwerte des Luftgütesensors 18 gemäß der schematischen Ansicht in Figur 5 werden mittels des Steuergerätes 20 ausgewertet und für die in Figur 4 dargestellten
Systemfunktionen 22 bis 32 verwendet. Der Luftgütesensor 18 kann per Kabelbaum oder auch durch eine drahtlose Technologie mit dem Steuergerät 20 des Fahrzeugs 10 verbunden sein, oder bei vernetzten Fahrzeugen 10 mit einem Server oder einer Cloud.
Wird der Luftgütesensor 18 - wie in Figur 5 beispielsweise dargestellt - in einem kombinierten System, vergleiche gemäß Figur 2, eingesetzt, so kann dieser sowohl für das Innenraumbelüftungssystem 60 als auch für das
Brennstoffzellensystem 12 genutzt werden.
Zusätzlich dazu kann die Steuerung des Innenraumbelüftungssystems 60 in Bezug auf den eingesetzten Umluftanteil und Frischluft von außen in
Kombination mit der Steuerung des Brennstoffzellensystems 12 optimiert werden.
Figur 6 zeigt einen Luftgütesensor 18, der dem Luftfilter 42 für ein
Brennstoffzellensystem 12 (FCS = Fuel Cell System) vorgeschaltet ist. Der Luftfilter 42 filtert die Umgebungsluft 40, bevor diese - nach Passage des Luftgütesensors 18 - in einen ersten Partikelabscheider 74 gelangt. Dem ersten Partikelabscheider 74 des Luftfilters 42 ist ein chemischer Filterteil 76 nachgeschaltet, an den sich wiederum ein zweiter Partikelabscheider 78 anschließt. Zum Unterschied zur Ausführungsvariante gemäß Figur 6 ist in Figur 7 ein geteilter Luftfilter 80 eingebaut. Der Luftgütesensor 18 befindet sich nun in diesem integriert hinter dem ersten Partikelabscheider 74. Die Umgebungsluft 40 tritt über die Zuluftseite 72 in den ersten Partikelabscheider 74 ein. Danach passiert die vorgereinigte Umgebungsluft 40 den Luftgütesensor 18, bevor die Umgebungsluft 40 in den chemischen Filterteil 76 des geteilten Luftfilters 80 eintritt. Dem chemischen Filterteil 76 ist analog zur Ausführungsvariante des Luftfilters 42 gemäß Figur 6 ein zweiter Partikelabscheider 78 nachgeschaltet.
In der in Figur 7 dargestellten Ausführungsvariante ist der Luftgütesensor 18 nach dem ersten Partikelabscheider 74 angeordnet und befindet sich vor dem chemischen Filterteil 76. Daher kann der Luftgütesensor 18 an sich vor Partikelverschmutzung geschützt werden, wodurch sich des Weiteren eine Bauraumreduzierung darstellen lässt.
Die in den Figuren 6 und 7 dargestellten Luftfilter 42, 80 lassen sich sowohl in der Systemtopologie gemäß Figur 2 für ein Brennstoffzellensystem 12 als auch im Rahmen der Systemtopologie gemäß Figur 3 als gemeinsamer Luftfilter 54 sowohl für die Umgebungsluftkonditionierung für das Brennstoffzellensystem 12 als auch für das Innenraumbelüftungssystem 60 einsetzen. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Detektion der Luftgüte von Umgebungsluft (40) als
Oxidationsmittel für ein Brennstoffzellensystem (12) (FCS = Fuel Cell System) eines Fahrzeuges (10) mit einem hybriden Energiesystem (11), umfassend das Brennstoffzellensystem (12) und einen weiteren
Energiespeicher (14) mit mindestens einer rekuperierbaren Batterie (16) oder einer Anzahl von Superkondensatoren mit mindestens
nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Erfassung der Luftgüte der Umgebungsluft (40) mittels eines
Luftgütesensors (18),
b) Auswertung der Sensorwerte des Luftgütesensors (18) in einem Steuergerät (20),
c) Anpassungen der Leistungen des Brennstoffzellensystems (12) (FCS = Fuel Cell System) und des weiteren, mindestens eine rekuperierbare Batterie (16) oder einer Anzahl von
Superkondensatoren aufweisenden Energiespeichers (14) an die aktuelle Umgebungssituation im Rahmen einer ersten Systemfunktion (22) und
d) Anpassung und Optimierung weiterer Systemfunktionen (24, 26, 28, 30, 32) des Brennstoffzellensystems (12) des Fahrzeugs.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
weiteren Systemfunktionen (24, 26, 28, 30, 32) eine zweite
Systemfunktion (24) umfassen, gemäß derer Regenerationsstrategien zur Vermeidung des Alterns des Brennstoffzellenstapels (52) und/oder ein Rückgängigmachen reversibler Schädigungen abhängig von der Oualität der Umgebungsluft (40) implementiert werden.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Systemfunktionen (24, 26, 28, 30, 32) eine dritte
Systemfunktion (26) umfassen, wonach flexible Wechselintervalle für ein Luftfilter (42, 80) abhängig von der Qualität der Umgebungsluft (40) ermittelt werden.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
weiteren Systemfunktionen (24, 26, 28, 30, 32) eine vierte
Systemfunktion (28) umfassen, wonach die Betriebsstrategie des Brennstoffzellensystems (12) abhängig von der Qualität der
Umgebungsluft (40) durch eine temporäre Absenkung des
kathodenseitigen Luftüberschusses optimiert wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
weiteren Systemfunktionen (24, 26, 28, 30, 32) eine fünfte
Systemfunktion (30) umfassen, wonach eine Informationsweitergabe über eine Car-to-Car-Schnittstelle oder über Car-to- Infrastrukturschnittstellen an Fahrzeuge (10) ohne Luftgütesensor (18) erfolgt, oder Luftgütekarten aktualisiert werden.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
weiteren Systemfunktionen (24, 26, 28, 30, 32) eine sechste
Systemfunktion (32) umfassen, wonach eine temporäre Absenkung der Betriebstemperatur und des Betriebsdruckes des
Brennstoffzellensystems (12) zur Reduktion der Leistungsaufnahme von Zusatzverbrauchern und des Luftmassenstroms abhängig von der Luftgüte der Umgebungsluft (40) vorgenommen wird.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Luftgütesensor (18) einem gemeinsamen Luftfilter (54) vorgeschaltet wird, über den das Brennstoffzellensystem (12) (FCS = Fuel Cell System) und/oder ein Innenraumbelüftungssystem (60) des Fahrzeugs (10) mit Umgebungsluft (40) versorgt werden.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Luftgütesensor (18) vor dem Luftfilter (42, 54) angeordnet wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Luftgütesensor (18) hinter einem ersten Partikelabscheider (74) und vor einem chemischen Filterteil (76) eines geteilten Filters (80) eingebaut wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt b) die Auswertung der Sensordaten des
Luftgütesensors (18) in einem Server oder einer Cloud erfolgt.
11. Fahrzeug (10) mit einem hybriden Energiesystem (11), wobei der
elektrische Antrieb des Fahrzeugs (10) entweder über ein
Brennstoffzellensystem (12) oder über einen weiteren Energiespeicher (14) mit mindestens einer rekuperierbaren Batterie (16) gespeist wird und welches gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 betrieben wird.
PCT/EP2019/052892 2018-02-06 2019-02-06 Verfahren zur detektion der luftgüte einer brennstoffzelle WO2019154846A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018201815.4A DE102018201815A1 (de) 2018-02-06 2018-02-06 Verfahren zur Detektion der Luftgüte
DE102018201815.4 2018-02-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019154846A1 true WO2019154846A1 (de) 2019-08-15

Family

ID=65324387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/052892 WO2019154846A1 (de) 2018-02-06 2019-02-06 Verfahren zur detektion der luftgüte einer brennstoffzelle

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102018201815A1 (de)
WO (1) WO2019154846A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112838240A (zh) * 2019-11-22 2021-05-25 未势能源科技有限公司 燃料电池车辆空气供应方法及装置、设备和车辆

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4174993A1 (de) * 2021-10-28 2023-05-03 Volvo Truck Corporation Brennstoffzellensystem für fahrzeuge
DE102023103329A1 (de) * 2023-02-10 2024-08-14 Panasonic Corp. Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems eines heizsystems einer gebäudeenergieversorgung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1233879A1 (de) * 2000-09-04 2002-08-28 Nissan Motor Company, Limited Brennstoffzellenfahrzeug
DE10216691A1 (de) * 2002-04-16 2003-11-06 Ballard Power Systems System zur Einstellung einer Brennstoffzellenanlage
US20100216045A1 (en) * 2007-08-29 2010-08-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method thereof
US20150333348A1 (en) * 2014-05-19 2015-11-19 Hyundai Motor Company Method and apparatus for adjusting oxygen pressure of fuel cell system
US20160068077A1 (en) * 2014-09-08 2016-03-10 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for fuel cell air filter life prediction
US20170170501A1 (en) * 2015-12-11 2017-06-15 Hyundai Motor Company Fuel cell system and method of controlling the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1233879A1 (de) * 2000-09-04 2002-08-28 Nissan Motor Company, Limited Brennstoffzellenfahrzeug
DE10216691A1 (de) * 2002-04-16 2003-11-06 Ballard Power Systems System zur Einstellung einer Brennstoffzellenanlage
US20100216045A1 (en) * 2007-08-29 2010-08-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method thereof
US20150333348A1 (en) * 2014-05-19 2015-11-19 Hyundai Motor Company Method and apparatus for adjusting oxygen pressure of fuel cell system
US20160068077A1 (en) * 2014-09-08 2016-03-10 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for fuel cell air filter life prediction
US20170170501A1 (en) * 2015-12-11 2017-06-15 Hyundai Motor Company Fuel cell system and method of controlling the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112838240A (zh) * 2019-11-22 2021-05-25 未势能源科技有限公司 燃料电池车辆空气供应方法及装置、设备和车辆

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018201815A1 (de) 2019-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005004388B4 (de) Aufweckstrategie für Fahrzeuge auf Temperaturbasis, um Brennstoffzelleneinfrieren zu verhindern
WO2019154846A1 (de) Verfahren zur detektion der luftgüte einer brennstoffzelle
DE112007000171B4 (de) Bewegliches Objekt mit einem Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern der Leistungserzeugung eines in einem beweglichen Objekt installierten Brennstoffzellensystems
DE112005000484T5 (de) Brennstoffzellensystem-Steuerungsvorrichtung
EP3640476A1 (de) Elektronische steuerungseinrichtung für eine komponente der drucklufterzeugung, druckluftaufbereitung, druckluftspeicherung und/oder druckluftverteilung
DE102015209155A1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern desselben
DE102005052019A1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern/Regeln eines Leerlaufstopps des Brennstoffzellensystems
DE102009036197A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
DE102015118063B4 (de) Ventilsteuervorrichtung und Ventilsteuerverfahren
EP3771009B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum reinigen einer brennstoffzellenkomponente mittels druckluft, sowie schienenfahrzeug
DE102017129733B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112008003451T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern desselben
DE102015119429A1 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem
DE102020200249A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
DE102015225354A1 (de) Verfahren zum Bestimmen eines Degradationszustandes einer Brennstoffzellenanordnung, Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung, Steuereinheit, Betriebsvorrichtung und Computerprogrammerzeugnis
DE102015117289A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE112008002749B4 (de) Brennstoffzellensystem und verfahren zum steuern einer kompressordrehzahl in einem brennstoffzellensystem
WO2015058842A1 (de) Verfahren beim herunterfahren zur startvorbereitung eines brennstoffzellensystems
DE102018110315B4 (de) Elektronische Steuereinheit
DE102011122306A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102018110316B4 (de) Elektronische Steuereinheit
EP3925026B1 (de) Verfahren zum abstellen eines brennstoffzellensystems
DE112008002292T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern einer Reaktionsgaszuführmenge
DE112008002742B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE102010038602A1 (de) Brennstoffzellenanlage

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: 19703714

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: 19703714

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1