WO2021097512A1 - Brennstoffzellensystem, computerprogrammprodukt, speichermittel und verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems - Google Patents

Brennstoffzellensystem, computerprogrammprodukt, speichermittel und verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system, a computer program product, a storage means and a method for operating a fuel cell system.
  • Generic fuel cell systems have at least one fuel cell stack with an anode section, cathode section and an electrolyte membrane sandwiched between the anode section and the cathode section. Furthermore, such fuel cell systems have an anode feed section for feeding anode gas to the anode section, a cathode feed section for feeding cathode fluid to the cathode section, an anode outlet section for discharging anode off-gas from the anode section and a cathode outlet section for discharging cathode off-gas from the cathode section.
  • Such fuel cell systems generally have at least one flushing valve in the anode outlet section for the controlled removal of nitrogen components which diffuse from the cathode section through the electrolyte membrane to the anode section during functional operation of the fuel cell system.
  • the purge valve is usually activated periodically; that is, set from a locked state for preventing the flushing to an open state for enabling the flushing.
  • the object of the present invention is to at least partially take into account the problems described above.
  • the object of the present invention is to create a fuel cell system, a computer program product, a storage means and a method for operating a fuel cell system, by means of which a pressure drop can be kept as small as possible during a flushing process.
  • the above object is achieved by the claims.
  • the above object is achieved by the method according to claim 1, the fuel cell system according to claim 7, the computer program product according to claim 13 and the storage means according to claim 14. Further advantages of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings.
  • a method for operating a fuel cell system with a fuel cell stack comprising an anode section and a cathode section, a flushing valve for a flushing process for flushing the anode section, a
  • Operating state determination unit for determining an operating state of the fuel cell system and a setting unit for initiating the flushing process and for setting the flushing valve in at least one open state to enable the flushing process and in a blocking state to prevent the flushing process.
  • the procedure consists of the following steps:
  • the flushing valve being pulsed during the flushing process by the setting unit for alternately setting the flushing valve in the open state and in the blocked state.
  • the total opening time of the flushing valve during a flushing process can be set equal to the previously usual opening time, the pressure drop being significantly lower.
  • the pulsed control can also increase the amount of Anode outlet fluid can be kept the same overall. This prevents noticeable fluctuations in system pressure in the fuel cell system. This in turn has an advantageous effect on the degradation of the fuel cell system.
  • a uniform operation of the fuel cell system can also be made possible. This leads to a reduced fuel consumption and consequently to an efficient operation of the fuel cell system.
  • the pulsed activation of the flushing valve can be implemented simply, reliably and inexpensively.
  • the method can be easily implemented in existing systems.
  • the setting in the at least one opening state can be understood to mean that the flushing valve can be opened into different positions, that is to say opening states, in order to generate different fluid flow rates.
  • a control signal for the pulsed control of the flushing valve is generated before each flushing process.
  • the individual opening times are preferably set on the basis of a predefinable and / or predefined opening time pressure loss factor, so that an individual opening time is so short that a maximum permissible pressure loss is not exceeded when the fuel cell system is currently operating.
  • the fuel cell system is preferably designed in the form of a PEM fuel cell system.
  • the fuel cell system has an anode supply section for supplying anode supply fluid to the anode section, an anode outlet section for discharging anode outlet fluid from the anode section, a cathode supply section for supplying cathode supply fluid to the cathode section and a cathode outlet section for discharging cathode outlet fluid from the cathode section.
  • the flush valve is preferably arranged in the anode outlet section.
  • the anode feed section, the anode section and the anode outlet section can be understood as an anode string.
  • the cathode feed section, the cathode section and the cathode outlet section can be understood as a cathode string.
  • the fuel cell stack can have a plurality of fuel cells, in each of which an anode area, a cathode area and an electrolyte membrane are arranged in between.
  • the fact that the flushing valve is set several times in the open state and in the blocked state can be understood as switching back and forth several times between the open state and the blocked state in order to realize a desired, pulsed mode of operation of the flush valve.
  • the flushing process is carried out several times during operation of the fuel cell system.
  • a flushing process is to be understood as a multiple opening and closing of the flushing valve over a short period of, for example, several seconds, the flushing process being repeated at regular intervals during the functional operation of the fuel cell system.
  • pulsed actuation can be understood to mean regularly or irregularly pulsed actuation.
  • the operation of the fuel cell system is to be understood in particular as performing at least one control and / or regulating step as part of the functional operation of the fuel cell system, that is to say, for example, performing the flushing process.
  • the setting unit preferably has a PWM module, the flushing valve being controlled in a pulsed manner by a PWM signal from the PWM module for alternating switching into the open state and into the blocked state.
  • the PWM module and the PWM signal generated with it the flushing process can be carried out simply and reliably as required. In principle, it can be sufficient if the electrical control of the valve only switches it on and / or off.
  • the operating state determination unit can have a suitable sensor system for determining various operating states of the fuel cell system as well as operating parameters that are taken into account to determine an operating state.
  • the setting unit can have a CPU, a controller and suitable actuators for setting the desired operating state.
  • individual opening times during the opening states are set in total to a predefined total opening time and / or individual blocking times during the blocking states are set in total to a predefined total blocking time.
  • the total opening time preferably corresponds to a previously usual total opening time.
  • the total blocking time preferably corresponds to a previously customary total blocking time.
  • a previously customary total opening time and / or total blocking time is to be understood as meaning in each case a period of time that would previously have been set in a comparable operating state in the case of generic fuel cell systems.
  • the operating state determination unit has a current determination module for determining a current electrical current of the fuel cell system and the PWM signal has a pulse set with an adjustable frequency, the frequency of the pulse set depending on the determined, current electrical Current of the fuel cell system is adjusted.
  • the flushing valve can advantageously be activated to achieve the desired flushing process.
  • the frequency of the pulse set is preferably increased, in particular proportionally, to an increasing current value. That is, if the operating state determination unit determines that the current is increasing, the frequency is also increased.
  • the operating state determination unit has a nitrogen determination module for determining a current nitrogen content in the anode section and the PWM signal has a pulse set with an adjustable number of pulses, the number of pulses in the pulse set depending on the current nitrogen content determined in the anode section is set.
  • the nitrogen determination module normally estimates or calculates a nitrogen content, since a direct measurement is usually very complex. It has been found that, taking into account the correlation between the number of pulses and the current nitrogen content in the anode section, the flushing valve can advantageously be activated in order to achieve the desired flushing process.
  • the number of pulses is preferably increased with an increasing nitrogen content. That is, if the operating state determination unit determines that the nitrogen content is increasing, the number of pulses is also increased.
  • the operating state determination unit in a method according to the present invention, for the operating state determination unit to have a system pressure determination module for determining a current system pressure in the fuel cell system and for the PWM signal to have pulses with an adjustable pulse width, the Pulse width is set depending on the determined, current system pressure in the fuel cell system. This correlation between the system pressure in the fuel cell system and the pulse width has also proven to be advantageous in order to achieve the desired adjustability of the flushing process.
  • the pulse width is preferably reduced as the system pressure rises. That is to say, if the operating state determination unit determines that the operating pressure is increasing, the pulse width is reduced in each case.
  • the operating state determination unit has a cathode mass flow determination module for determining a current cathode mass flow of cathode fluid in and / or on the cathode section and the PWM signal has a pulse set with several pulses and an adjustable pulse interval between the pulses, wherein the pulse interval is set as a function of the determined, current cathode mass flow in and / or on the cathode section.
  • the pulse interval is preferably reduced in relation to an increasing cathode mass flow. That is to say, if the operating state determination unit determines that the cathode mass flow is increasing, the pulse interval is reduced. Due to the shorter opening times of the flush valve, the hydrogen concentration in the anode outlet fluid can be easily adjusted and allows advantageous dilution.
  • an opening duration and / or opening times of the flushing valve are determined by several fuel cell system states.
  • Several system states are used as influencing variables for the opening duration and / or opening times of the flushing valve.
  • These influencing variables are in particular a fuel cell stack flow, a nitrogen content in the anode section, a current system pressure in the fuel cell system and a current cathode mass flow. This makes it possible for the fuel cell system to have a stable behavior under different operating conditions.
  • a fuel cell system with a fuel cell stack comprising an anode section and a cathode section, a flushing valve for a flushing process for flushing the anode section, an operating state determination unit for determining an operating state of the fuel cell system and a setting unit for initiating the flushing process and for setting of the flushing valve in at least one open state to enable the flushing process and in a blocking state to prevent the flushing process.
  • the setting unit is configured to initiate a flushing process depending on a determined operating state of the fuel cell system and for a pulsed control of the flushing valve during the flushing process for alternately setting the flushing valve in the open state and in the blocked state.
  • the setting unit has a PWM module for generating a PWM signal for pulsed control of the flushing valve.
  • the setting unit in an embodiment variant according to the invention has a sum module for setting a sum of the individual opening times during the opening states to a predefined total opening time and / or a sum of the individual blocking times during the blocking states to a predefined total blocking time.
  • the operating state determination unit can have a current determination module for determining a current electrical current of the fuel cell system and the PWM signal can have a pulse set with an adjustable frequency, the setting unit having a frequency setting module for adjusting the frequency of the pulse set as a function of the determined current electrical current of the fuel cell system. Furthermore, it is possible in a fuel cell system according to the present invention that the operating state determination unit has a nitrogen determination module for determining a current nitrogen content in the anode section and the PWM signal has a pulse set with an adjustable number of pulses, the setting unit depending on a pulse number setting module for setting the number of pulses in the pulse set of the determined, current nitrogen content in the anode section.
  • the operating state determination unit can have a system pressure determination module for determining a current system pressure in the fuel cell system and the PWM signal can have pulses with an adjustable pulse width, the setting unit having a pulse width setting module for setting the pulse width depending on the current system pressure determined in the fuel cell system.
  • the operating state determination unit in a fuel cell system can have a cathode mass flow determination module for determining a current cathode mass flow of cathode fluid in and / or on the cathode section and the PWM signal can have a pulse set with several pulses and an adjustable pulse interval between the pulses, the Setting unit has a pulse spacing setting module for setting the pulse spacing as a function of the determined, current cathode mass flow in and / or on the cathode section.
  • a computer program product which comprises instructions which, when the computer program product is executed by a computer, cause the computer to carry out a method as described in detail above.
  • a non-volatile storage medium with such a computer program product, which is stored on the storage medium, is made available.
  • the computer program product can be implemented as computer-readable instruction code in any suitable programming language such as Java, C ++, C # and / or Python.
  • the computer program product can be stored on a computer-readable storage medium such as a data disc, a removable drive, a volatile or the non-volatile storage means, or a built-in memory / processor.
  • the instruction code can program a computer or other programmable device such as a control unit and / or a controller in such a way that the desired functions are carried out.
  • the computer program product can be used in a network such as, for example, the Internet are provided or be, from which it can be downloaded by a user if necessary.
  • the computer program product can be implemented both by means of a computer program, ie software, and by means of one or more special electronic circuits, ie in flardware, or in any hybrid form, ie by means of software components and flardware components.
  • FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a block diagram of an adjustment unit in signal connection with an operating state determination unit according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a curve diagram for describing PWM signals according to the invention
  • FIG. 4 shows a flow chart to explain a method according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 shows a flow chart to explain a method according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a fuel cell system 10 in the form of a PEM system with a fuel cell stack 11, the anode section 12 and a
  • Cathode section 13 comprises.
  • the fuel cell system 10 further comprises an anode supply section 32 for supplying anode supply fluid to the anode section 12, an anode outlet section 33 for discharging anode outlet fluid from the anode section 12, a cathode supply section 34 for supplying cathode supply fluid to the cathode section 13 and a cathode outlet section 35 for discharging cathode outlet fluid from the cathode section 13.
  • the fuel cell system 10 has a flushing valve 14 for a flushing process for flushing the anode section 12.
  • the flush valve 14 is arranged in the anode outlet section 33 downstream of the anode section 12.
  • the fuel cell system 10 also has a
  • Operating state determination unit 15 for determining an operating state of the fuel cell system 10, and a setting unit 16, for initiating the flushing process and for setting the flushing valve 14 in at least one open state to enable the flushing process and in a blocking state to prevent the flushing process.
  • the setting unit 16 is configured to initiate a flushing process as a function of a determined operating state of the fuel cell system 10 and for a pulsed control of the flushing valve 14 during the flushing process for alternately setting the flushing valve 14 in the open state and in the blocked state.
  • the setting unit 16 has a non-volatile storage means 31 with a computer program product 30 stored thereon.
  • the setting unit 16 has a sum module 17 for setting a sum of the individual opening times during the opening states to a predefined total opening time and / or a sum of the individual blocking times during the blocking states to a predefined total blocking time. During a flushing process, the total opening time and the total blocking time are each set according to a conventional opening time and / or blocking time.
  • the setting unit 16 has a frequency setting module 19 for setting the frequency 26 of the pulse set as a function of the determined, current electrical current of the fuel cell system 10.
  • the setting unit 16 has a pulse number setting module 21 for setting the number of pulses 27 of the pulse set depending on the determined, current nitrogen content in the anode section 12, a pulse width setting module 23 for setting the pulse width 28 depending on the determined, current system pressure in the fuel cell system 10 and a Pulse interval setting module 25 for setting the pulse interval 29 as a function of the current cathode mass flow determined in and / or on the cathode section 13.
  • the operating state determination unit 15 has a current determination module 18 for determining a current electrical current of the fuel cell system 10, a nitrogen determination module 20 for determining a current nitrogen content in the anode section 12, a system pressure determination module 22 for determining a current system pressure in the fuel cell system 10 and a cathode mass flow determination module 24 for determining a current cathode mass flow Cathode fluid in and / or on the cathode section 13.
  • the first PWM signal S1 shows a low-frequency PWM signal with a relatively long pulse width and a relatively low number of pulses.
  • the second PWM signal S2 shows a high-frequency PWM signal with a correspondingly higher number of pulses than PWM signal S1.
  • PWM signal S2 is basically only limited by the performance of the flushing valve 14 used.
  • the third PWM signal S3 shows a combination of the first PWM signal S1 and the second PWM signal S2. In the case of PWM signal S3, a high-frequency and fast pulse sequence is followed by a longer pulse pause.
  • a method for operating a fuel cell system 10 will then be explained with reference to FIG. 4.
  • an operating state of the fuel cell system 10 is first determined by the operating state determination unit 15.
  • various operating parameters in the fuel cell system 10 are recorded by a suitable sensor system in the operating state determination unit 15, and the operating state is determined therefrom.
  • the flushing process is initiated by the setting unit 16 depending on the determined operating state, the flushing valve 14 being pulsed during the flushing process by the setting unit 16 to alternately set the flushing valve 14 to the open state and to the blocked state.
  • step S2 the frequency 26 of the pulse set is set as a function of the determined, current electrical current of the fuel cell system 10, in a third step
  • step S3 the number of pulses 27 of the pulse set is set depending on the current nitrogen content determined in the anode section 12
  • step S4 the pulse width 28 is adjusted depending on the current system pressure determined in the fuel cell system 10
  • step S5 the pulse interval 29 is depending on the current one
  • the cathode mass flow is set in and / or on the cathode section 13.
  • the steps shown in FIG. 5 can be carried out in the order shown, an alternative order or at least partially simultaneously.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (10) mit einem Brennstoffzellenstapel (11 ), der einen Anodenabschnitt (12) und einen Kathodenabschnitt (13) umfasst, einem Spülventil (14) für einen Spülvorgang zum Spülen des Anodenabschnitts (12), eine Betriebszustandsermittlungseinheit (15) zum Ermitteln eines Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems (10) und einer Einstelleinheit (16) zum Einleiten des Spülvorgangs und zum Einstellen des Spülventils (14) in wenigstens einen Öffnungszustand zum Ermöglichen des Spülvorgangs und in einen Sperrzustand zum Verhindern des Spülvorgangs, aufweisend die Schritte: Ermitteln eines Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems (10) durch die Betriebszustandsermittlungseinheit (15), und Einleiten des Spülvorgangs durch die Einstelleinheit (16) abhängig vom ermittelten Betriebszustand, wobei das Spülventil (14) während des Spülvorgangs durch die Einstelleinheit (16) zum abwechselnd mehrmaligen Einstellen des Spülventils (14) in den Öffnungszustand und in den Sperrzustand gepulst angesteuert wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem (10), ein Computerprogrammprodukt (30) und ein nichtflüchtiges Speichermittel (31 ) mit einem darauf gespeicherten Computerprogrammprodukt (30).

Description

Brennstoffzellensystem, Computerprogrammprodukt, Speichermittel und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, ein Computerprogrammprodukt, ein Speichermittel und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems.
Gattungsgemäße Brennstoffzellensysteme weisen wenigstens einen Brennstoffzellenstapel mit Anodenabschnitt, Kathodenabschnitt und einer sandwichartig zwischen dem Anodenabschnitt und dem Kathodenabschnitt angeordneten Elektrolytmembran auf. Ferner weisen solche Brennstoffzellensysteme einen Anodenzuführabschnitt zum Zuführen von Anodengas zum Anodenabschnitt, einen Kathodenzuführabschnitt zum Zuführen von Kathodenfluid zum Kathodenabschnitt, einen Anodenauslassabschnitt zum Auslassen von Anodenabgas aus dem Anodenabschnitt und einen Kathodenauslassabschnitt zum Auslassen von Kathodenabgas aus dem Kathodenabschnitt. Derartige Brennstoffzellensysteme weisen in der Regel wenigstens ein Spülventil im Anodenauslassabschnitt zum kontrollierten Abführen von Stickstoffbestandteilen, die während eines Funktionsbetriebes des Brennstoffzellensystems vom Kathodenabschnitt durch die Elektrolytmembran zum Anodenabschnitt diffundieren, auf. Zum Spülen des Anodenabschnitts wird das Spülventil für gewöhnlich periodisch aktiviert, d. h., von einem Sperrzustand zum Verhindern des Spülvorgangs in einen Öffnungszustand zum Ermöglichen des Spülvorgangs eingestellt.
Bei hohen elektrischen Strömen und einem entsprechend hohen Systemdruck im Brennstoffzellensystem sind relative lange Öffnungszeiten für das Spülventil erforderlich. Dies führt zu einem Druckabfall im Anodenstrang, also im Anodenzuführabschnitt, im Anodenabschnitt sowie im Anodenauslassabschnitt, welchen es möglichst zu verhindern gilt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem, ein Computerprogrammprodukt, ein Speichermittel und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems zu schaffen, mittels welchen ein Druckabfall während eines Spülvorgangs möglichst klein gehalten werden kann. Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 7, das Com puterprogramm produkt gemäß Anspruch 13 sowie das Speichermittel gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, dem erfindungsgemäßen Com puterprogramm produkt, dem erfindungsgemäßen Speichermittel und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird oder werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem Brennstoffzellenstapel, der einen Anodenabschnitt und einen Kathodenabschnitt umfasst, einem Spülventil für einen Spülvorgang zum Spülen des Anodenabschnitts, eine
Betriebszustandsermittlungseinheit zum Ermitteln eines Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems und einer Einstelleinheit zum Einleiten des Spülvorgangs und zum Einstellen des Spülventils in wenigstens einen Öffnungszustand zum Ermöglichen des Spülvorgangs und in einen Sperrzustand zum Verhindern des Spülvorgangs, zur Verfügung gestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
Ermitteln eines Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems durch die Betriebszustandserm ittlungseinheit, und
Einleiten des Spülvorgangs durch die Einstelleinheit abhängig vom ermittelten Betriebszustand, wobei das Spülventil während des Spülvorgangs durch die Einstelleinheit zum abwechselnd mehrmaligen Einstellen des Spülventils in den Öffnungszustand und in den Sperrzustand gepulst angesteuert wird.
Durch das gepulste Ansteuern des Spülventils kann die Gesamtöffnungsdauer des Spülventils während eines Spülvorgangs gleich der bisher üblichen Öffnungsdauer eingestellt werden, wobei der Druckabfall deutlich geringer ausfällt. Durch das gepulste Ansteuern kann bei verringertem Druckabfall auch die Menge an Anodenauslassfluid insgesamt gleich gehalten werden. Dadurch können spürbare Systemdruckschwankungen im Brennstoffzellensystem verhindert werden. Dies wirkt sich wiederum vorteilhaft auf die Degradation des Brennstoffzellensystems aus. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vorgehens kann ferner ein gleichmäßiger Betrieb des Brennstoffzellensystems ermöglich werden. Dies führt zu einem reduzierten Brennstoffverbrauch und folglich zu einer effizienten Betriebsweise des Brennstoffzellensystems.
Das gepulste Ansteuern des Spülventils kann einfach, zuverlässig und kostengünstig realisiert werden. Insbesondere kann das Verfahren einfach in bestehenden Systemen implementiert werden. Unter dem Einstellen in den wenigstens einen Öffnungszustand kann verstanden werden, dass das Spülventil zum Erzeugen von unterschiedlichen Fluiddurchlassmengen in verschiedene Stellungen, also Öffnungszustände, geöffnet werden kann.
Von weiterem Vorteil kann es sein, wenn ein Ansteuersignal für das gepulste Ansteuern des Spülventils vor jedem Spülvorgang erstellt wird. Die einzelnen Öffnungszeiten werden bevorzugt anhand eines vordefinierbaren und/oder vordefinierten Öffnungszeit-Druckverlust-Faktors eingestellt, sodass eine einzelne Öffnungszeit jeweils so kurz ist, dass ein maximal zulässiger Druckverlust bei einem aktuellen Funktionsbetrieb des Brennstoffzellensystems nicht überschritten wird.
Das Brennstoffzellensystem ist vorzugsweise in Form eines PEM- Brennstoffzellensystems ausgestaltet. Das Brennstoffzellensystem weist einen Anodenzuführabschnitt zum Zuführen von Anodenzuführfluid zum Anodenabschnitt, einen Anodenauslassabschnitt zum Auslassen von Anodenauslassfluid vom Anodenabschnitt, einen Kathodenzuführabschnitt zum Zuführen von Kathodenzuführfluid zum Kathodenabschnitt und einen Kathodenauslassabschnitt zum Auslassen von Kathodenauslassfluid vom Kathodenabschnitt auf. Das Spülventil ist vorzugsweise im Anodenauslassabschnitt angeordnet. Der Anodenzuführabschnitt, der Anodenabschnitt und der Anodenauslassabschnitt können als Anodenstrang verstanden werden. Der Kathodenzuführabschnitt, der Kathodenabschnitt und der Kathodenauslassabschnitt können als Kathodenstrang verstanden werden. Der Brennstoffzellenstapel kann mehrere Brennstoffzellen aufweisen, in welchen jeweils ein Anodenbereich, ein Kathodenbereich und dazwischen eine Elektrolytmembran angeordnet sind. Darunter, dass das Spülventil mehrmals in den Öffnungszustand und in den Sperrzustand eingestellt wird, kann verstanden werden, dass mehrmals zwischen dem Öffnungszustand und dem Sperrzustand hin und her geschaltet wird, um eine gewünschte, gepulste Betriebsweise des Spülventils zu realisieren. Der Spülvorgang wird während des Betriebs des Brennstoffzellensystems mehrmals durchgeführt.
D. h., unter einem Spülvorgang ist ein mehrmaliges Öffnen und Schließen des Spülventils über eine kurze Zeitdauer von beispielsweise mehreren Sekunden zu verstehen, wobei der Spülvorgang während des Funktionsbetriebs des Brennstoffzellensystems in regelmäßigen Abständen wiederholt wird. Unter einem gepulsten Ansteuern kann vorliegend ein regelmäßig oder unregelmäßig gepulstes Ansteuern verstanden werden. Unter dem Betreiben des Brennstoffzellensystems ist vorliegend insbesondere das Durchführen von wenigstens einem Steuer- und/oder Regelungsschritt im Rahmen des Funktionsbetriebs des Brennstoffzellensystems, also beispielsweise das Durchführen des Spülvorgangs, zu verstehen.
Die Einstelleinheit weist vorzugsweise ein PWM-Modul auf, wobei das Spülventil durch ein PWM-Signal des PWM-Moduls zum abwechselnden Schalten in den Öffnungszustand und in den Sperrzustand gepulst angesteuert wird. Durch das PWM-Modul und das damit erzeugte PWM-Signal kann der Spülvorgang einfach und zuverlässig wie gewünscht durchgeführt werden. Grundsätzlich kann es ausreichend sein, wenn die elektrische Ansteuerung des Ventils dieses nur ein und/oder ausschaltet.
Die Betriebszustandsermittlungseinheit kann eine geeignete Sensorik zum Ermitteln verschiedener Betriebszustände des Brennstoffzellensystems sowie Betriebsparameter, die zur Ermittlung eines Betriebszustandes berücksichtigt werden, aufweisen. Die Einstelleinheit kann eine CPU, einen Controller und eine geeignete Aktorik zum Einstellen des gewünschten Betriebszustandes aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren einzelne Öffnungszeiten während der Öffnungszustände in Summe auf eine vordefinierte Gesamtöffnungszeit eingestellt werden und/oder einzelne Sperrzeiten während der Sperrzustände in Summe auf eine vordefinierte Gesamtsperrzeit eingestellt werden. Die Gesamtöffnungszeit entspricht vorzugsweise einer bisher üblichen Gesamtöffnungszeit. Die Gesamtsperrzeit entspricht vorzugsweise einer bisher üblichen Gesamtsperrzeit. Unter einer bisher üblichen Gesamtöffnungszeit und/oder Gesamtsperrzeit ist jeweils eine Zeitdauer zu verstehen, wie sie bei gattungsgemäßen Brennstoffzellensystemen bisher in einem vergleichbaren Betriebszustand eingestellt worden wäre.
Zudem ist es möglich, dass bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Betriebszustandsermittlungseinheit ein Stromermittlungsmodul zum Ermitteln eines aktuellen elektrischen Stroms des Brennstoffzellensystems aufweist und das PWM-Signal ein Pulsset mit einer einstellbaren Frequenz aufweist, wobei die Frequenz des Pulssets abhängig vom ermittelten, aktuellen elektrischen Strom des Brennstoffzellensystems eingestellt wird. Im Rahmen von Versuchen hat sich überraschend herausgestellt, dass unter Berücksichtigung der Korrelation zwischen der Frequenz des Pulssets und dem elektrischen Strom, also dem durch das Brennstoffzellensystem erzeugten elektrischen Strom, das Spülventil zum Erreichen des gewünschten Spülvorgangs vorteilhaft angesteuert werden kann. Bevorzugt wird die Frequenz des Pulssets, insbesondere proportional, zu einem steigenden Stromwert erhöht. D. h., wird durch die Betriebszustandsermittlungseinheit ermittelt, dass der Strom steigt, wird auch die Frequenz erhöht.
Von weiterem Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Betriebszustandsermittlungseinheit ein Stickstoffermittlungsmodul zum Ermitteln eines aktuellen Stickstoffgehalts im Anodenabschnitt aufweist und das PWM-Signal ein Pulsset mit einer einstellbaren Pulsanzahl aufweist, wobei die Pulsanzahl des Pulssets abhängig vom ermittelten, aktuellen Stickstoffgehalt im Anodenabschnitt eingestellt wird. Das Stickstoffermittlungsmodul schätzt einen Stickstoffgehalt normalerweise ab oder berechnet diesen, da eine direkte Messung in der Regel sehr aufwendig ist. Es hat sich herausgestellt, dass unter Berücksichtigung der Korrelation zwischen der Pulsanzahl und dem aktuellen Stickstoffgehalt im Anodenabschnitt das Spülventil zum Erreichen des gewünschten Spülvorgangs vorteilhaft angesteuert werden kann. Bevorzugt wird die Pulsanzahl mit einem steigenden Stickstoffgehalt erhöht. D. h., wird durch die Betriebszustandsermittlungseinheit ermittelt, dass der Stickstoffgehalt steigt, wird auch die Pulsanzahl erhöht.
Darüber hinaus ist es möglich, dass bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Betriebszustandsermittlungseinheit ein Systemdruckermittlungsmodul zum Ermitteln eines aktuellen Systemdrucks im Brennstoffzellensystem aufweist und das PWM-Signal Pulse mit einer einstellbaren Pulsbreite aufweist, wobei die Pulsbreite abhängig vom ermittelten, aktuellen Systemdruck im Brennstoffzellensystem eingestellt wird. Auch diese Korrelation zwischen Systemdruck im Brennstoffzellensystem und Pulsbreite hat sich als vorteilhaft herausgestellt, um die gewünschte Einsteilbarkeit des Spülvorgangs zu verwirklichen. Bevorzugt wird die Pulsbreite jeweils zu einem steigenden Systemdruck verringert. D. h., wird durch die Betriebszustandsermittlungseinheit ermittelt, dass der Betriebsdruck steigt, wird die Pulsbreite jeweils verringert.
Als ebenso vorteilhaft hat es sich bewährt, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Betriebszustandsermittlungseinheit ein Kathodenmassenstromermittlungsmodul zum Ermitteln eines aktuellen Kathodenmassenstroms von Kathodenfluid im und/oder am Kathodenabschnitt aufweist und das PWM-Signal ein Pulsset mit mehreren Pulsen und einem einstellbaren Pulsabstand zwischen den Pulsen aufweist, wobei der Pulsabstand abhängig vom ermittelten, aktuellen Kathodenmassenstrom im und/oder am Kathodenabschnitt eingestellt wird. Bevorzugt wird der Pulsabstand zu einem steigenden Kathodenmassenstrom verringert. D. h., wird durch die Betriebszustandsermittlungseinheit ermittelt, dass der Kathodenmassenstrom steigt, wird der Pulsabstand verringert. Durch die kürzeren Öffnungszeiten des Spülventils kann die Wasserstoffkonzentration im Anodenauslassfluid einfach angepasst werden und erlaubt eine vorteilhafte Verdünnung.
Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen, alternativ oder gemeinsam durchgeführten Maßnahmen wird ein zuverlässig und einfach funktionierendes Verfahren zum flexiblen Anpassen des Spülvorgangs zum Erreichen der gewünschten Reduzierung des Druckabfalls geschaffen.
Insbesondere ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, wenn eine Öffnungsdauer und/oder Öffnungszeiten des Spülventils von mehreren Brennstoffzellensystemzustände bestimmt werden. Es werden also mehrere Systemzustände als Einflussgrößen für die Öffnungsdauer und/oder Öffnungszeiten des Spülventils verwendet. Diese Einflussgrößen sind insbesondere ein Brennstoffzellenstapelstrom, ein Stickstoffgehalt im Anodenabschnitt, ein aktueller Systemdruck im Brennstoffzellensystem und ein aktueller Kathodenmassenstroms. Dadurch ist es möglich, dass das Brennstoffzellensystem bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen ein stabiles Verhalten aufweist. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel, der einen Anodenabschnitt und einen Kathodenabschnitt umfasst, einem Spülventil für einen Spülvorgang zum Spülen des Anodenabschnitts, einer Betriebszustandsermittlungseinheit zum Ermitteln eines Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems und einer Einstelleinheit zum Einleiten des Spülvorgangs sowie zum Einstellen des Spülventils in wenigstens einen Öffnungszustand zum Ermöglichen des Spülvorgangs und in einen Sperrzustand zum Verhindern des Spülvorgangs, zur Verfügung gestellt. Die Einstelleinheit ist zum Einleiten eines Spülvorgangs abhängig von einem ermittelten Betriebszustand des Brennstoffzellensystems und für ein gepulstes Ansteuern des Spülventils während des Spülvorgangs zum abwechselnd mehrmaligen Einstellen des Spülventils in den Öffnungszustand und in den Sperrzustand konfiguriert.
Damit bringt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben worden sind. Die Einstelleinheit weist ein PWM-Modul zum Erzeugen eines PWM-Signals zum gepulsten Ansteuern des Spülventils auf. Wie vorstehend bereits mit Bezug auf das Verfahren beschrieben, weist die Einstelleinheit bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltungsvariante ein Summenmodul zum Einstellen einer Summe der einzelnen Öffnungszeiten während der Öffnungszustände auf eine vordefinierte Gesamtöffnungszeit und/oder einer Summe der einzelnen Sperrzeiten während der Sperrzustände auf eine vordefinierte Gesamtsperrzeit auf.
Die Betriebszustandsermittlungseinheit kann ein Stromermittlungsmodul zum Ermitteln eines aktuellen elektrischen Stroms des Brennstoffzellensystems aufweisen und das PWM-Signal kann ein Pulsset mit einer einstellbaren Frequenz aufweisen, wobei die Einstelleinheit ein Frequenzeinstellmodul zum Einstellen der Frequenz des Pulssets abhängig vom ermittelten, aktuellen elektrischen Strom des Brennstoffzellensystems aufweist. Ferner ist es möglich, dass bei einem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Betriebszustandsermittlungseinheit ein Stickstoffermittlungsmodul zum Ermitteln eines aktuellen Stickstoffgehalts im Anodenabschnitt aufweist und das PWM-Signal ein Pulsset mit einer einstellbaren Pulsanzahl aufweist, wobei die Einstelleinheit ein Pulsanzahleinstellmodul zum Einstellen der Pulsanzahl des Pulssets abhängig vom ermittelten, aktuellen Stickstoffgehalt im Anodenabschnitt aufweist. Bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem kann die Betriebszustandsermittlungseinheit ein Systemdruckermittlungsmodul zum Ermitteln eines aktuellen Systemdrucks im Brennstoffzellensystem aufweisen und das PWM- Signal kann Pulse mit einer einstellbaren Pulsbreite aufweisen, wobei die Einstelleinheit ein Pulsbreiteneinstellmodul zum Einstellen der Pulsbreite abhängig vom ermittelten, aktuellen Systemdruck im Brennstoffzellensystem aufweist. Darüber hinaus kann die Betriebszustandsermittlungseinheit bei einem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kathodenmassenstromermittlungsmodul zum Ermitteln eines aktuellen Kathodenmassenstroms von Kathodenfluid im und/oder am Kathodenabschnitt aufweisen und das PWM-Signal kann ein Pulsset mit mehreren Pulsen und einem einstellbaren Pulsabstand zwischen den Pulsen aufweisen, wobei die Einstelleinheit ein Pulsabstandeinstellmodul zum Einstellen des Pulsabstands abhängig vom ermittelten, aktuellen Kathodenmassenstrom im und/oder am Kathodenabschnitt aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Com puterprogramm produkts durch einen Computer diesen veranlassen, ein wie vorstehend im Detail beschriebenes Verfahren auszuführen. Zudem wird ein nichtflüchtiges Speichermittel mit einem solchen Computerprogrammprodukt, das auf dem Speichermittel gespeichert ist, zur Verfügung gestellt. Damit bringen ein erfindungsgemäßes
Computerprogrammprodukt und ein erfindungsgemäßes Speichermittel ebenfalls die vorstehend beschriebenen Vorteile mit sich.
Das Computerprogrammprodukt kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in Java, C++, C# und/oder Python implementiert sein. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbaren Speichermedium wie einer Datendisk, einem Wechsellaufwerk, einem flüchtigen oder dem nichtflüchtigen Speichermittel, oder einem eingebauten Speicher/Prozessor abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie ein Steuergerät und/oder einen Controller derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogrammprodukt in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden oder sein, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann. Das Computerprogrammprodukt kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d. h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d. h. in Flardware, oder in beliebig hybrider Form, d. h. mittels Software-Komponenten und Flardware-Komponenten, realisiert werden bzw. sein.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
Figur 2 ein Blockschaltbild einer Einstelleinheit in Signalverbindung mit einer Be triebszustandsermittlungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfin dung,
Figur 3 ein Kurvendiagramm zum Beschreiben von erfindungsgemäßen PWM- Signalen,
Figur 4 ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Figur 5 ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 10 in Form eines PEM-Systems mit einem Brennstoffzellenstapel 11 , der einen Anodenabschnitt 12 und einen
Kathodenabschnitt 13 umfasst. Das Brennstoffzellensystem 10 weist ferner einen Anodenzuführabschnitt 32 zum Zuführen von Anodenzuführfluid zum Anodenabschnitt 12, einen Anodenauslassabschnitt 33 zum Auslassen von Anodenauslassfluid vom Anodenabschnitt 12, einen Kathodenzuführabschnitt 34 zum Zuführen von Kathodenzuführfluid zum Kathodenabschnitt 13 und einen Kathodenauslassabschnitt 35 zum Auslassen von Kathodenauslassfluid vom Kathodenabschnitt 13 auf. Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist das Brennstoffzellensystem 10 ein Spülventil 14 für einen Spülvorgang zum Spülen des Anodenabschnitts 12 auf. Das Spülventil 14 ist im Anodenauslassabschnitt 33 stromabwärts des Anodenabschnitts 12 angeordnet.
Das Brennstoffzellensystem 10 weist weiterhin eine
Betriebszustandsermittlungseinheit 15, zum Ermitteln eines Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems 10, und eine Einstelleinheit 16, zum Einleiten des Spülvorgangs sowie zum Einstellen des Spülventils 14 in wenigstens einen Öffnungszustand zum Ermöglichen des Spülvorgangs und in einen Sperrzustand zum Verhindern des Spülvorgangs, auf. Die Einstelleinheit 16 ist zum Einleiten eines Spülvorgangs abhängig von einem ermittelten Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 10 und für ein gepulstes Ansteuern des Spülventils 14 während des Spülvorgangs zum abwechselnd mehrmaligen Einstellen des Spülventils 14 in den Öffnungszustand und in den Sperrzustand konfiguriert. Die Einstelleinheit 16 weist ein nichtflüchtiges Speichermittel 31 mit einem darauf gespeicherten Computerprogrammprodukt 30 auf.
Mit Bezug auf Fig. 2 und Fig. 3 werden Komponenten der Einstelleinheit 16 und der Betriebszustandsermittlungseinheit 15 im Detail beschrieben. Die Einstelleinheit 16 weist ein Summenmodul 17 zum Einstellen einer Summe der einzelnen Öffnungszeiten während der Öffnungszustände auf eine vordefinierte Gesamtöffnungszeit und/oder einer Summe der einzelnen Sperrzeiten während der Sperrzustände auf eine vordefinierte Gesamtsperrzeit auf. Die Gesamtöffnungszeit und die Gesamtsperrzeit werden bei einem Spülvorgang jeweils entsprechend einer konventionellen Öffnungszeit und/oder Sperrzeit eingestellt. Außerdem weist die Einstelleinheit 16 ein Frequenzeinstellmodul 19 zum Einstellen der Frequenz 26 des Pulssets abhängig vom ermittelten, aktuellen elektrischen Strom des Brennstoffzellensystems 10 auf. Darüber hinaus weist die Einstelleinheit 16 ein Pulsanzahleinstellmodul 21 zum Einstellen der Pulsanzahl 27 des Pulssets abhängig vom ermittelten, aktuellen Stickstoffgehalt im Anodenabschnitt 12, ein Pulsbreiteneinstellmodul 23 zum Einstellen der Pulsbreite 28 abhängig vom ermittelten, aktuellen Systemdruck im Brennstoffzellensystem 10 sowie ein Pulsabstandeinstellmodul 25 zum Einstellen des Pulsabstands 29 abhängig vom ermittelten, aktuellen Kathodenmassenstrom im und/oder am Kathodenabschnitt 13, auf.
Die Betriebszustandsermittlungseinheit 15 weist ein Stromermittlungsmodul 18 zum Ermitteln eines aktuellen elektrischen Stroms des Brennstoffzellensystems 10, ein Stickstoffermittlungsmodul 20 zum Ermitteln eines aktuellen Stickstoffgehalts im Anodenabschnitt 12, ein Systemdruckermittlungsmodul 22 zum Ermitteln eines aktuellen Systemdrucks im Brennstoffzellensystem 10 und ein Kathodenmassenstromermittlungsmodul 24 zum Ermitteln eines aktuellen Kathodenmassenstroms von Kathodenfluid im und/oder am Kathodenabschnitt 13 auf.
In Fig. 3 sind ferner drei verschiedene PWM-Signale dargestellt. Das erste PWM- Signal S1 zeigt ein niederfrequentes PWM-Signal mit einer relativ langen Pulsbreite und einer relativ niedrigen Pulsanzahl. Das zweite PWM-Signal S2 zeigt ein hochfrequentes PWM-Signal mit einer entsprechend höheren Pulsanzahl als PWM- Signal S1. PWM-Signal S2 wird im Grunde nur durch die Leistungsfähigkeit des verwendeten Spülventils 14 beschränkt. Das dritte PWM-Signal S3 zeigt eine Kombination aus dem ersten PWM-Signal S1 und dem zweiten PWM-Signal S2. So folgt bei PWM-Signal S3 auf eine hochfrequente und schnelle Pulsfolge eine längere Pulspause.
Mit Bezug auf Fig. 4 wird anschließend ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems 10 gemäß einer ersten Ausführungsform erläutert. In einem ersten Schritt S1 wird zunächst ein Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 10 durch die Betriebszustandsermittlungseinheit 15 ermittelt. Hierzu werden durch eine geeignete Sensorik der Betriebszustandsermittlungseinheit 15 verschiedene Betriebsparameter im Brennstoffzellensystem 10 erfasst und daraus der Betriebszustand ermittelt. In einem zweiten Schritt S2 wird der Spülvorgang durch die Einstelleinheit 16 abhängig vom ermittelten Betriebszustand eingeleitet, wobei das Spülventil 14 während des Spülvorgangs durch die Einstelleinheit 16 zum abwechselnd mehrmaligen Einstellen des Spülventils 14 in den Öffnungszustand und in den Sperrzustand gepulst angesteuert wird. Daraufhin werden in einem zweiten Schritt S2 die Frequenz 26 des Pulssets abhängig vom ermittelten, aktuellen elektrischen Strom des Brennstoffzellensystems 10 eingestellt, in einem dritten Schritt S3 die Pulsanzahl 27 des Pulssets abhängig vom ermittelten, aktuellen Stickstoffgehalt im Anodenabschnitt 12 eingestellt, in einem vierten Schritt S4 die Pulsbreite 28 abhängig vom ermittelten, aktuellen Systemdruck im Brennstoffzellensystem 10 eingestellt und in einem fünften Schritt S5 der Pulsabstand 29 abhängig vom ermittelten, aktuellen Kathodenmassenstrom im und/oder am Kathodenabschnitt 13 eingestellt. Die in Fig. 5 dargestellten Schritte können in der gezeigten Reihenfolge, einer alternativen Reihenfolge oder zumindest teilweise gleichzeitig durchgeführt werden.
Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D. h. die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden.
Bezugszeichenliste
10 Brennstoffzellensystem
11 Brennstoffzellenstapel
12 Anodenabschnitt
13 Kathodenabschnitt
14 Spülventil
15 Betriebszustandsermittlungseinheit
16 Einstelleinheit
17 Summenmodul
18 Stromermittlungsmodul
19 Frequenzeinstellmodul
20 Stickstoffermittlungsmodul
21 Pulsanzahleinstellmodul
22 Systemdruckermittlungsmodul
23 Pulsbreiteneinstellmodul
24 Kathodenmassenstromermittlungsmodul
25 Pulsabstandeinstellmodul
26 Frequenz
27 Pulsanzahl
28 Pulsbreite
29 Pulsabstand
30 Computerprogrammprodukt
31 Speichermittel
32 Anodenzuführabschnitt
33 Anodenauslassabschnitt
34 Kathodenzuführabschnitt
35 Kathodenauslassabschnitt
51 PWM-Signal
52 PWM-Signal
53 PWM-Signal

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (10) mit einem Brennstoffzellenstapel (11), der einen Anodenabschnitt (12) und einen Kathodenabschnitt (13) umfasst, einem Spülventil (14) für einen Spülvorgang zum Spülen des Anodenabschnitts (12), eine
Betriebszustandsermittlungseinheit (15) zum Ermitteln eines Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems (10) und einer Einstelleinheit (16) zum Einleiten des Spülvorgangs und zum Einstellen des Spülventils (14) in wenigstens einen Öffnungszustand zum Ermöglichen des Spülvorgangs und in einen Sperrzustand zum Verhindern des Spülvorgangs, aufweisend die Schritte:
Ermitteln eines Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems (10) durch die Betriebszustandsermittlungseinheit (15), und
Einleiten des Spülvorgangs durch die Einstelleinheit (16) abhängig vom ermittelten Betriebszustand, wobei das Spülventil (14) während des Spülvorgangs durch die Einstelleinheit (16) zum abwechselnd mehrmaligen Einstellen des Spülventils (14) in den Öffnungszustand und in den Sperrzustand gepulst angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Öffnungszeiten während der Öffnungszustände in Summe auf eine vordefinierte Gesamtöffnungszeit eingestellt werden und/oder einzelne Sperrzeiten während der Sperrzustände in Summe auf eine vordefinierte Gesamtsperrzeit eingestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandsermittlungseinheit (15) ein Stromermittlungsmodul (18) zum Ermitteln eines aktuellen elektrischen Stroms des Brennstoffzellensystems (10) aufweist und das PWM-Signal (S1; S2; S3) ein Pulsset mit einer einstellbaren Frequenz (26) aufweist, wobei die Frequenz (26) des Pulssets abhängig vom ermittelten, aktuellen elektrischen Strom des Brennstoffzellensystems (10) eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandsermittlungseinheit (15) ein Stickstoffermittlungsmodul (20) zum Ermitteln eines aktuellen Stickstoffgehalts im Anodenabschnitt (12) aufweist und das PWM-Signal (S1 ; S2; S3) ein Pulsset mit einer einstellbaren Pulsanzahl (27) aufweist, wobei die Pulsanzahl (27) des Pulssets abhängig vom ermittelten, aktuellen Stickstoffgehalt im Anodenabschnitt (12) eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandsermittlungseinheit (15) ein Systemdruckermittlungsmodul (22) zum Ermitteln eines aktuellen Systemdrucks im Brennstoffzellensystem (10) aufweist und das PWM-Signal (S1; S2; S3) Pulse mit einer einstellbaren Pulsbreite (28) aufweist, wobei die Pulsbreite (28) abhängig vom ermittelten, aktuellen Systemdruck im Brennstoffzellensystem (10) eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandsermittlungseinheit (15) ein
Kathodenmassenstromermittlungsmodul (24) zum Ermitteln eines aktuellen Kathodenmassenstroms von Kathodenfluid im und/oder am Kathodenabschnitt (13) aufweist und das PWM-Signal (S1; S2; S3) ein Pulsset mit mehreren Pulsen und einem einstellbaren Pulsabstand (29) zwischen den Pulsen aufweist, wobei der Pulsabstand (29) abhängig vom ermittelten, aktuellen Kathodenmassenstrom im und/oder am Kathodenabschnitt (13) eingestellt wird.
7. Brennstoffzellensystem (10) mit einem Brennstoffzellenstapel (11), der einen Anodenabschnitt (12) und einen Kathodenabschnitt (13) umfasst, einem Spülventil (14) für einen Spülvorgang zum Spülen des Anodenabschnitts (12), einer Betriebszustandsermittlungseinheit (15) zum Ermitteln eines Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems (10) und einer Einstelleinheit (16) zum Einleiten des Spülvorgangs sowie zum Einstellen des Spülventils (14) in wenigstens einen Öffnungszustand zum Ermöglichen des Spülvorgangs und in einen Sperrzustand zum Verhindern des Spülvorgangs, wobei die Einstelleinheit (16) zum Einleiten eines Spülvorgangs abhängig von einem ermittelten Betriebszustand des Brennstoffzellensystems (10) und für ein gepulstes Ansteuern des Spülventils (14) während des Spülvorgangs zum abwechselnd mehrmaligen Einstellen des Spülventils (14) in den Öffnungszustand und in den Sperrzustand konfiguriert ist.
8. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinheit (16) ein Summenmodul (17) zum Einstellen einer Summe der einzelnen Öffnungszeiten während der Öffnungszustände auf eine vordefinierte Gesamtöffnungszeit und/oder einer Summe der einzelnen Sperrzeiten während der Sperrzustände auf eine vordefinierte Gesamtsperrzeit aufweist.
9. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandsermittlungseinheit (15) ein Stromermittlungsmodul (18) zum Ermitteln eines aktuellen elektrischen Stroms des Brennstoffzellensystems (10) aufweist und das PWM-Signal (S1; S2; S3) ein Pulsset mit einer einstellbaren Frequenz (26) aufweist, wobei die Einstelleinheit (16) ein Frequenzeinstellmodul (19) zum Einstellen der Frequenz (26) des Pulssets abhängig vom ermittelten, aktuellen elektrischen Strom des Brennstoffzellensystems (10) aufweist.
10. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandsermittlungseinheit (15) ein Stickstoffermittlungsmodul (20) zum Ermitteln eines aktuellen Stickstoffgehalts im Anodenabschnitt (12) aufweist und das PWM-Signal (S1 ; S2; S3) ein Pulsset mit einer einstellbaren Pulsanzahl (27) aufweist, wobei die Einstelleinheit (16) ein Pulsanzahleinstellmodul (21) zum Einstellen der Pulsanzahl (27) des Pulssets abhängig vom ermittelten, aktuellen Stickstoffgehalt im Anodenabschnitt (12) aufweist.
11. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandsermittlungseinheit (15) ein Systemdruckermittlungsmodul (22) zum Ermitteln eines aktuellen Systemdrucks im Brennstoffzellensystem (10) aufweist und das PWM-Signal (S1; S2, S3) Pulse mit einer einstellbaren Pulsbreite (28) aufweist, wobei die Einstelleinheit (16) ein Pulsbreiteneinstellmodul (23) zum Einstellen der Pulsbreite (28) abhängig vom ermittelten, aktuellen Systemdruck im Brennstoffzellensystem (10) aufweist.
12. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandsermittlungseinheit (15) ein
Kathodenmassenstromermittlungsmodul (24) zum Ermitteln eines aktuellen Kathodenmassenstroms von Kathodenfluid im und/oder am Kathodenabschnitt (13) aufweist und das PWM-Signal (S1; S2; S3) ein Pulsset mit mehreren Pulsen und einem einstellbaren Pulsabstand (29) zwischen den Pulsen aufweist, wobei die Einstelleinheit (16) ein Pulsabstandeinstellmodul (25) zum Einstellen des Pulsabstands (29) abhängig vom ermittelten, aktuellen Kathodenmassenstrom im und/oder am Kathodenabschnitt (13) aufweist.
13. Com puterprogramm produkt (30), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts (30) durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
14. Nichtflüchtiges Speichermittel (31) mit einem darauf gespeicherten Com puterprogramm produkt (30) nach Anspruch 13.
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