WO2024002843A1 - Verfahren zum betrieb eines brennstoffzellensystems - Google Patents

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WO2024002843A1
WO2024002843A1 PCT/EP2023/066907 EP2023066907W WO2024002843A1 WO 2024002843 A1 WO2024002843 A1 WO 2024002843A1 EP 2023066907 W EP2023066907 W EP 2023066907W WO 2024002843 A1 WO2024002843 A1 WO 2024002843A1
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Mark Hellmann
Jonas BREITINGER
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the presented invention relates to a method for operating a fuel cell system, a control device and a fuel cell system according to the attached patent claims.
  • Hydrogen-based fuel cells are considered the mobility concept of the future because they only emit water as exhaust gas and enable quick refueling times.
  • the invention presented serves in particular to operate a fuel cell system in an energetically efficient and robust manner.
  • a method for operating a fuel cell system is therefore presented.
  • the method presented includes operating a fuel cell stack of the fuel cell system at a number of predetermined operating points, with respective operating points of the number of operating points being assigned to a specific error case.
  • the method presented includes determining respective reference cells of the fuel cell stack at which a voltage drop occurs when a respective operating point of the number of predetermined operating points is set, assigning the determined reference cells to an error case assigned to the respective operating point, monitoring a fault on the fuel cells during operation of the fuel cell system applied voltage, and issuing an error message in the event that a drop in voltage below a predetermined threshold value is determined at a respective reference cell, the error message comprising the error case assigned to the respective reference cell.
  • an operating point is understood to mean operation of a system with predetermined operating parameters, such as a predetermined load and/or a predetermined fuel supply.
  • the presented invention is based on the principle that manufacturing-related tolerances in physical properties of respective fuel cells of a fuel cell system are used to infer a state of the fuel cell system or to recognize a fault.
  • a fuel cell system is initially operated at a number of predetermined operating points.
  • the operating points are chosen in particular in such a way that these operating conditions during an error occur, i.e. lead to physical states that are typical for an error.
  • a predetermined operating point “cathode flooding” can lead to an entry of liquid water that is exceptionally high for normal operation, as is typical in the event of a fault in which a cathode or a cathode subsystem is flooded.
  • the fuel cells of a fuel cell system differ from one another at a respective operating point, so that individual fuel cells can be determined in which a characteristic voltage drop, in particular a particularly early voltage drop, occurs.
  • These fuel cells are particularly sensitive to the physical conditions at the respective operating point and can therefore be used as reference cells for the respective operating point. Accordingly, a reference cell acts as an indicator for the occurrence of a certain operating state or corresponding physical conditions so that the operating state of the reference cell can be assigned.
  • the operation, the determination and the assignment are carried out during production of the fuel cell system and/or during maintenance of the fuel cell system and/or at a predetermined operating point of the fuel cell system.
  • While carrying out the operation, determination and assignment during production of the fuel cell system results in production-related deviations in the physical properties between different fuel cells in particular leading to the selection of a respective reference cell, it can occur when carrying out the operation, determination and assignment During maintenance of the fuel cell system and/or at a predetermined operating point of the fuel cell system, changes in the selection of respective reference cells occur due to aging-related changes in the respective fuel cells. In other words, a repeated execution of the operation, the determination and the assignment can result in an update or an update of respective reference cells, in which the same or different fuel cells are selected as reference cells for respective operating states.
  • the fuel cell system responds with one of the error messages is operated in accordance with an operating specification assigned to a predetermined assignment scheme as a countermeasure to the error case.
  • countermeasures that compensate for or minimize the effects can be set using an assignment scheme.
  • an assignment scheme can specify that in the event of an error message that concerns flooding of a cathode subsystem of the fuel cell system with liquid water, an increase in the speed of emptying of the cathode subsystem, a reduction in a pressure in the cathode subsystem and an increase in a temperature in the cathode subsystem are set as a countermeasure and/or in the event of an error message relating to flooding of an anode subsystem of the fuel cell system with hydrogen, an increase in the speed of emptying of the anode subsystem, a decrease in a pressure in the anode subsystem and an increase in a temperature in the anode subsystem is set as a countermeasure, and/or or in the case of an error message that concerns oxygen depletion of the cathode subsystem, an increase in an oxygen mass flow and an increase in an oxygen partial pressure in the cathode subsystem is set as a countermeasure, and / or in the case of an error message that concerns a hydrogen depletion of the anode subsystem
  • respective operating points are selected from the number of predetermined operating points that determine operating conditions during a fault.
  • the presented invention relates to a control device that is configured to carry out a possible embodiment of the presented method.
  • the control device presented can be a processor, a control device or any other programmable circuit.
  • the presented invention relates to a fuel cell system that includes a possible embodiment of the presented control device.
  • the fuel cell system presented is configured accordingly to carry out the method presented.
  • Figure 1 is a schematic representation of a possible embodiment of the method presented
  • Figure 2 shows a possible embodiment of the presented fuel cell system with a possible embodiment of the presented control device
  • Figure 3 shows a detailed representation of the method according to Figure 1
  • Figure 4 shows a schematic process for initiating a countermeasure in the event of an error.
  • FIG. 1 A method 100 for operating a fuel cell system is presented in FIG.
  • the method 100 includes an operating step 101, in which a fuel cell stack of the fuel cell system is operated at a number of predetermined operating points, with respective operating points of the number of operating points being assigned to a specific error case. This means that in the operating step, operating conditions that are typical in a respective error case are set or the error case is simulated.
  • the method 100 includes a determination step 103, in which the respective reference cells of the fuel cell stack, at which a voltage drop occurs when a respective operating point is set during the operating step 101, are determined. This means that the fuel cell of the fuel cell stack that reacts first to the respective operating conditions and is particularly sensitive to these operating conditions is selected as the reference cell.
  • the method 100 includes an assignment step 105, in which an error case assigned to the respective operating point is assigned to each reference cell determined for a respective operating point.
  • an assignment step 105 in which an error case assigned to the respective operating point is assigned to each reference cell determined for a respective operating point.
  • the method 100 includes a monitoring step 107, in which a voltage applied to the fuel cells during operation of the fuel cell system is monitored, for example by means of a so-called “cell voltage monitoring”, and an output step 109, in which an error message is output in the event that A drop in the voltage below a predetermined threshold value is determined at a respective reference cell, whereby the Error message includes the error case assigned to the respective reference cell.
  • a monitoring step 107 in which a voltage applied to the fuel cells during operation of the fuel cell system is monitored, for example by means of a so-called “cell voltage monitoring”
  • an output step 109 in which an error message is output in the event that A drop in the voltage below a predetermined threshold value is determined at a respective reference cell, whereby the Error message includes the error case assigned to the respective reference cell.
  • the method 100 includes a maintenance step 111, in which the fuel cell system is operated with an error message issued in the output step 109 in accordance with an operating specification assigned to a predetermined assignment scheme as a countermeasure to the error case.
  • a fuel cell system 200 is shown in FIG.
  • the fuel cell system 200 includes a fuel cell stack 201 with a number of fuel cells 203 and a control device 205, which is configured to carry out the method 100 according to FIG.
  • the method 100 is shown in detail in FIG.
  • two different operating points 301 and 303 are set here as an example.
  • the different operating points 301, 303 lead to voltage changes on fuel cells of a corresponding fuel cell stack, as indicated by diagrams 305 and 307, which each extend over a voltage on their ordinate and over a cell index on their abscissa.
  • the first operating point 301 which, for example, simulates flooding of a cathode, leads to a particularly strong voltage drop on fuel cells 309 and 311.
  • the fuel cells 309 and 311 can be selected as reference cells for the event of a flooding failure of the cathode, so that if a voltage drop occurs during operation that is particularly strong and/or particularly early on the fuel cells 309 and 311, this indicates the flooding failure the cathode can be closed.
  • the fuel cells 313 and 315 can be selected as reference cells for the failure of the flooding of the anode, so that if a voltage drop occurs during operation, the fuel cells 313 and 315 is particularly strong and/or particularly early, it can be concluded that the flooding of the cathode is faulty.
  • FIG. 4 shows a schematic process 400 for initiating a countermeasure.
  • electrical properties of fuel cells of the fuel cell system are determined 403.
  • Specific error cases 405, 407 are assigned to the electrical properties.
  • a correspondingly specified countermeasure 409, 411 is set on the fuel cell system.

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Abstract

Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (200). Das Verfahren (100) umfasst: - Betreiben (101) eines Brennstoffzellenstapels (201) des Brennstoffzellensystems (200) an einer Anzahl vorgegebener Betriebspunkte (301, 303), wobei jeweilige Betriebspunkte (301, 303) der Anzahl Betriebspunkte (301, 303) einem spezifischen Fehlerfall (405, 407) zugeordnet sind, - Ermitteln (103) jeweiliger Referenzzellen (309, 311, 313, 315) des Brennstoffzellenstapels (201), an denen beim Einstellen eines jeweiligen Betriebspunkts (301, 303) ein Spannungsabfall eintritt, - Zuordnen (105) der ermittelten Referenzzellen (309, 311, 313, 315) zu einem dem jeweiligen Betriebspunkt (301, 303) zugeordneten Fehlerfall (405, 407), - Überwachen (107) einer im Betreib des Brennstoffzellensystems (200) an jeweiligen Brennstoffzellen (203) anliegenden Spannung, und - Ausgeben (109) einer Fehlermeldung für den Fall, dass an einer jeweiligen Referenzzelle (309, 311, 313, 315) ein Abfall der Spannung unter einen vorgegebenen Schwellenwert ermittelt wird, wobei die Fehlermeldung den der jeweiligen Referenzzelle zugeordneten Fehlerfall (405, 407) umfasst.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems.
Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems, ein Kontrollgerät und ein Brennstoffzellensystem gemäß den beigefügten Patentansprüchen.
Stand der Technik
Wasserstoffbasierte Brennstoffzellen gelten als Mobilitätskonzept der Zukunft, da sie nur Wasser als Abgas emittieren, und schnelle Betankungszeiten ermöglichen.
Um ein Brennstoffzellensystem energetisch optimal zu betreiben, müssen dessen Gasversorgung und Kühlmitteltemperatur durch jeweilige Subsysteme, wie bspw. Luftsystem, Wasserstoffsystem und thermisches System, passend zum gewünschten Betriebspunkt, wie bspw. einer Soll-Leistung, eingestellt werden.
Es ist bekannt, dass ein robuster Betrieb eines Brennstoffzellensystems erreicht werden kann, indem feste Sollwerte für Druck, Temperatur und Stöchiometrie für jeden möglichen Betriebspunkt in einem Steuergerät hinterlegt werden.
Aufgrund von Alterungseffekten können sich jedoch physikalische Eigenschaften eines Brennstoffzellensystems, insbesondere jeweiliger Brennstoffzellen, ändern, sodass vorgegebene feste Sollwerte ggf. nicht mehr zu einem energetisch optimalen Betrieb oder sogar zu einem für das Brennstoffzellensystem schadhaften Betrieb führen. Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der vorgestellten Erfindung werden ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems, ein Kontrollgerät und ein Brennstoffzellensystem vorgestellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kontrollgerät bzw. dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Die vorgestellte Erfindung dient insbesondere dazu, ein Brennstoffzellensystem energetisch effizient und robust zu betreiben.
Es wird somit gemäß einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems vorgestellt.
Das vorgestellte Verfahren umfasst das Betreiben eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems an einer Anzahl vorgegebener Betriebspunkte, wobei jeweilige Betriebspunkte der Anzahl Betriebspunkte einem spezifischen Fehlerfall zugeordnet sind.
Ferner umfasst das vorgestellte Verfahren das Ermitteln jeweiliger Referenzzellen des Brennstoffzellenstapels, an denen beim Einstellen eines jeweiligen Betriebspunkts der Anzahl vorgegebener Betriebspunkte ein Spannungsabfall eintritt, das Zuordnen der ermittelten Referenzzellen zu einem dem jeweiligen Betriebspunkt zugeordneten Fehlerfall, das Überwachen einer im Betrieb des Brennstoffzellensystems an den Brennstoffzellen anliegenden Spannung, und das Ausgeben einer Fehlermeldung für den Fall, dass an einer jeweiligen Referenzzelle ein Abfall der Spannung unter einen vorgegebenen Schwellenwert ermittelt wird, wobei die Fehlermeldung den der jeweiligen Referenzzelle zugeordneten Fehlerfall umfasst. Unter einem Betriebspunkt ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Betrieb eines Systems mit vorgegebenen Betriebsparametern, wie bspw. einer vorgegebenen Last und/oder einer vorgegebenen Brennstoffzufuhr, zu verstehen.
Die vorgestellte Erfindung basiert auf dem Prinzip, dass fertigungsbedingte Toleranzen in physikalischen Eigenschaften jeweiliger Brennstoffzellen eines Brennstoffzellensystems verwendet werden, um auf einen Zustand des Brennstoffzellensystem zu schließen bzw. einen Fehlerfall zu erkennen.
Dazu wird ein Brennstoffzellensystem zunächst bei einer Anzahl vorgegebener Betriebspunkte betrieben. Dabei sind die Betriebspunkte insbesondere derart gewählt, dass diese Betriebsbedingungen während eines Fehlerfalls bedingen d.h. zu physikalischen Zuständen führen, wie sie für einen Fehlerfall typisch sind. Bspw. kann ein vorgegebener Betriebspunkt „Flutung Kathode“ zu einem Eintrag eines für einen Normalbetrieb außergewöhnlich hohen Eintrags von Flüssigwasser führen, wie es bei einem Fehlerfall, bei dem eine Kathode bzw. ein Kathodensubsystem geflutet wird, typisch ist.
Durch den Betrieb des Brennstoffzellensystems an jeweiligen vorgegebenen Betriebspunkten können für den Betriebspunkt spezifische elektrische Eigenschaften von Brennstoffzellen des Brennstoffzellensystems ermittelt werden. Insbesondere können ein Spannungsabfall bzw. ein Zeitpunkt eines Spannungsabfalls jeweiliger Brennstoffzellen ermittelt werden.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen bzw. fertigungsbedingten Unterschieden in den physikalischen Eigenschaften zwischen jeweiligen Brennstoffzellen unterscheiden sich die Brennstoffzellen eines Brennstoffzellensystems bei einem jeweiligen Betriebspunkt voneinander, sodass einzelne Brennstoffzellen ermittelt werden können, bei denen ein charakteristischer Spannungsabfall, insbesondere ein besonders früher Spannungsabfall, eintritt. Diese Brennstoffzellen sind besonders sensibel für die physikalischen Bedingungen bei dem jeweiligen Betriebspunkt und können daher als Referenzzellen für den jeweiligen Betriebspunkt verwendet werden. Entsprechend wirkt eine Referenzzelle als Indikator für das Eintreten eines bestimmten Betriebszustands bzw. entsprechende physikalische Bedingungen, sodass der Betriebszustand der Referenzzelle zugeordnet werden kann.
Durch ein kontinuierliches Überwachen elektrischer Eigenschaften jeweiliger Brennstoffzellen eines Brennstoffzellensystems durch bspw. ein Zellspannungsüberwachungssystem bzw. ein sogenanntes „cell voltage monitoring“ kann beim Auftreten eines charakteristischen, bspw. besonders frühen Spannungsabfalls an einer Referenzzelle darauf geschlossen werden, dass die physikalischen Bedingungen vorliegen, die dem Betriebszustand entsprechen, der der Referenzzelle zugeordnet ist. Entsprechend kann eine Fehlermeldung ausgegeben werden, die auf das Vorliegen bzw. Eintreten des der Referenzzelle zugeordneten Betriebspunkts bzw. entsprechender physikalischer Bedingungen hinweist.
Es kann vorgesehen sein, dass das Betreiben, das Ermitteln und das Zuordnen bei einer Herstellung des Brennstoffzellensystems und/oder bei einer Wartung des Brennstoffzellensystems und/oder bei einem vorgegebenen Betriebspunkt des Brennstoffzellensystems durchgeführt werden.
Während die Durchführung des Betreibens, des Ermittelns und des Zuordnens bei einer Herstellung des Brennstoffzellensystems dazu führt, dass insbesondere fertigungsbedingte Abweichungen in den physikalischen Eigenschaften zwischen verschiedenen Brennstoffzellen zum Auswählen einer jeweiligen Referenzzelle führen, kann es bei der Durchführung des Betreibens, des Ermittelns und des Zuordnens bei einer Wartung des Brennstoffzellensystems und/oder bei einem vorgegebenen Betriebspunkt des Brennstoffzellensystems aufgrund von alterungsbedingten Veränderungen jeweiliger Brennstoffzellen zu einer Änderungen der Auswahl jeweiliger Referenzzellen kommen. Mit anderen Worten kann eine wiederholte Durchführung des Betreibens, des Ermittelns und des Zuordnens zu einem Update bzw. einer Aktualisierung jeweiliger Referenzzellen kommen, bei dem gleiche oder andere Brennstoffzellen als Referenzzellen für jeweilige Betriebszustände ausgewählt werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass für den Fall, dass eine Fehlermeldung ausgegeben wird, das Brennstoffzellensystem mit einer der Fehlermeldung gemäß einem vorgegebenen Zuordnungsschema zugeordneten Betriebsvorgabe als Gegenmaßnahme zu dem Fehlerfall betrieben wird.
Um durch einen erkannten Fehlerfall bedingte Effekte zu kompensieren und ggf. einen Schaden an einem jeweiligen Brennstoffzellensystem zu verhindern bzw. zu minimieren, können durch ein Zuordnungsschema vorgegebene Gegenmaßnahmen eingestellt werden, die die Effekte kompensieren oder minimieren.
Bspw. kann ein Zuordnungsschema vorgeben, dass bei einer Fehlermeldung, die eine Flutung eines Kathodensubsystems des Brennstoffzellensystems mit Flüssigwasser betrifft, als Gegenmaßnahme eine Erhöhung einer Geschwindigkeit einer Entleerung des Kathodensubsystems, eine Senkung eines Drucks in dem Kathodensubsystem und eine Erhöhung einer Temperatur in dem Kathodensubsystem eingestellt wird und/oder bei einer Fehlermeldung, die eine Flutung eines Anodensubsystems des Brennstoffzellensystems mit Wasserstoff betrifft, als Gegenmaßnahme eine Erhöhung einer Geschwindigkeit einer Entleerung des Anodensubsystems, eine Senkung eines Drucks in dem Anodensubsystem und eine Erhöhung einer Temperatur in dem Anodensubsystem eingestellt wird, und/oder bei einer Fehlermeldung, die eine Sauerstoffverarmung des Kathodensubsystems betrifft, als Gegenmaßnahme eine Erhöhung eines Sauerstoffmassenstroms und eine Erhöhung eines Sauerstoffpartialdrucks in dem Kathodensubsystem eingestellt wird, und/oder bei einer Fehlermeldung, die eine Wasserstoffverarmung des Anodensubsystems betrifft, als Gegenmaßnahme eine Erhöhung eines Wasserstoffmassenstroms und eine Erhöhung eines Wasserstoffpartialdrucks in dem Anodensubsystem eingestellt wird.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass beim Betreiben des Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems an der Anzahl vorgegebener Betriebspunkte jeweilige Betriebspunkte gewählt werden, die Betriebsbedingungen während eines Fehlerfalls bedingen.
Durch die Auswahl von Betriebspunkten, die Betriebsbedingungen während eines Fehlerfalls bedingen, können jeweilige Fehlerfälle bei jeweiligen Betriebspunkten simuliert werden, sodass Veränderungen von Brennstoffzellen beim Einstellen eines Betriebspunkts Veränderungen entsprechend, wie sie sich in einem entsprechenden Fehlerfall einstellen, d.h. dass sich in den Brennstoffzellen repräsentative Veränderungen, insbesondere Spannungsabfälle, einstellen.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Kontrollgerät, das zur Durchführung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens konfiguriert ist.
Das vorgestellte Kontrollgerät kann ein Prozessor, ein Steuergerät oder jeder weitere programmierbare Schaltkreis sein.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Brennstoffzellensystem, das eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Kontrollgeräts umfasst. Entsprechend ist auch das vorgestellte Brennstoffzellensystem zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens konfiguriert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens,
Figur 2 eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Brennstoffzellensystems mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Kontrollgeräts,
Figur 3 eine Detaildarstellung des Verfahrens gemäß Figur 1, Figur 4 einen schematischen Ablauf zum Einleiten einer Gegenmaßnahme für einen Fehlerfall.
In Figur 1 ist ein Verfahren 100 zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems vorgestellt.
Das Verfahren 100 umfasst einen Betriebsschritt 101, bei dem ein Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems an einer Anzahl vorgegebener Betriebspunkte betrieben wird, wobei jeweilige Betriebspunkte der Anzahl Betriebspunkte einem spezifischen Fehlerfall zugeordnet sind. Dies bedeutet, dass bei dem Betriebsschritt Betriebsbedingungen, wie sie in einem jeweiligen Fehlerfall typisch sind, eingestellte werden bzw. der Fehlerfall simuliert wird.
Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Ermittlungsschritt 103, bei den jeweiligen Referenzzellen des Brennstoffzellenstapels, an denen beim Einstellen eines jeweiligen Betriebspunkts während des Betriebsschritts 101 ein Spannungsabfall eintritt, ermittelt werden. Dies bedeutet, dass diejenige Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels als Referenzzellen ausgewählt wird, die zuerst auf jeweilige Betriebsbedingungen reagiert und entsprechend für diese Betriebsbedingungen besonders sensitiv ist.
Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Zuordnungsschritt 105, bei dem jeweiligen für einen jeweiligen Betriebspunkt ermittelten Referenzzellen ein dem jeweiligen Betriebspunkt zugeordneter Fehlerfall zugeordnet wird. Durch die Zuordnung einer Referenzzelle zu einem Fehlerfall wirkt diese Referenzzelle als Indikator für ein Eintreten des zugeordneten Fehlerfalls.
Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Überwachungsschritt 107, bei dem eine im Betreib des Brennstoffzellensystems an den Brennstoffzellen anliegende Spannung bspw. mittels eines sogenannten „cell voltage monitoring“ überwacht wird, und einen Ausgabeschritt 109, bei dem eine Fehlermeldung für den Fall ausgegeben wird, dass an einer jeweiligen Referenzzelle ein Abfall der Spannung unter einen vorgegebenen Schwellenwert ermittelt wird, wobei die Fehlermeldung den der jeweiligen Referenzzelle zugeordneten Fehlerfall umfasst.
Optional umfasst das Verfahren 100 einen Wartungsschritt 111, bei dem das Brennstoffzellensystem mit einer im Ausgabeschritt 109 ausgegebenen Fehlermeldung gemäß einem vorgegebenen Zuordnungsschema zugeordneten Betriebsvorgabe als Gegenmaße zu dem Fehlerfall betrieben wird.
In Figur 2 ist ein Brennstoffzellensystem 200 dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 200 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 201 mit einer Anzahl Brennstoffzellen 203 und ein Kontrollgerät 205, das zur Durchführung des Verfahrens 100 gemäß Figur 1 konfiguriert ist.
In Figur 3 ist das Verfahren 100 im Detail dargestellt. Im Betriebsschritt 101 werden hier exemplarisch zwei verschiedene Betriebspunkte 301 und 303 eingestellt.
Die verschiedenen Betriebspunkte 301, 303 führen zu Spannungsveränderungen an Brennstoffzellen eines entsprechenden Brennstoffzellenstapels, wie durch Diagramme 305 und 307 angedeutet, die sich jeweils auf ihrer Ordinate über eine Spannung und auf ihrer Abszisse über einen Zellindex erstrecken. Dabei ist ersichtlich, dass der erste Betriebspunkt 301, der bspw. eine Flutung einer Kathode simuliert, zu einem besonders starken Spannungsabfall an Brennstoffzellen 309 und 311 führt. Entsprechend können die Brennstoffzellen 309 und 311 als Referenzzellen für den Fehlerfall der Flutung der Kathode ausgewählt werden, sodass, wenn im Betrieb ein Spannungsabfall eintritt, der an den Brennstoffzellen 309 und 311 besonders stark und/oder besonders früh ausgeprägt ist, auf den Fehlerfall der Flutung der Kathode geschlossen werden kann.
Analog können für den Betriebspunkt 303 bzw. einen entsprechenden Fehlerfall der Flutung der Anode die Brennstoffzellen 313 und 315 als Referenzzellen für den Fehlerfall der Flutung der Anode ausgewählt werden, sodass, wenn im Betrieb ein Spannungsabfall eintritt, der an den Brennstoffzellen 313 und 315 besonders stark und/oder besonders früh ausgeprägt ist, auf den Fehlerfall der Flutung der Kathode geschlossen werden kann.
In Figur 4 ist ein schematischer Ablauf 400 zum Einleiten einer Gegenmaßnahme dargestellt. Beim Betrieb eines Brennstoffzellensystems 401 werden elektrische Eigenschaften von Brennstoffzellen des Brennstoffzellensystems ermittelt 403. Den elektrischen Eigenschaften werden spezifische Fehlerfälle 405, 407 zugeordnet. Sobald ein Fehlerfall festgestellt wurde, wird eine entsprechend vorgegebene Gegenmaßnahme 409, 411 an dem Brennstoffzellensystem eingestellt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (100) zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (200), wobei das Verfahren (100) umfasst:
- Betreiben (101) eines Brennstoffzellenstapels (201) des Brennstoffzellensystems (200) an einer Anzahl vorgegebener Betriebspunkte (301, 303), wobei jeweilige Betriebspunkte (301, 303) der Anzahl Betriebspunkte (301, 303) einem spezifischen Fehlerfall (405, 407) zugeordnet sind,
- Ermitteln (103) jeweiliger Referenzzellen (309, 311, 313, 315) des Brennstoffzellenstapels (201), an denen beim Einstellen eines jeweiligen Betriebspunkts (301, 303) ein Spannungsabfall eintritt,
- Zuordnen (105) der ermittelten Referenzzellen (309, 311, 313, 315) zu einem dem jeweiligen Betriebspunkt (301, 303) zugeordneten Fehlerfall (405, 407),
- Überwachen (107) einer im Betreib des Brennstoffzellensystems (200) an jeweiligen Brennstoffzellen (203) anliegenden Spannung, und
- Ausgeben (109) einer Fehlermeldung für den Fall, dass an einer jeweiligen Referenzzelle (309, 311, 313, 315) ein Abfall der Spannung unter einen vorgegebenen Schwellenwert ermittelt wird, wobei die Fehlermeldung den der jeweiligen Referenzzelle zugeordneten Fehlerfall (405, 407) umfasst.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betreiben (101), das Ermitteln (103) und das Zuordnen (105) bei einer Herstellung des Brennstoffzellensystems (200) und/oder bei einer Wartung des Brennstoffzellensystems (200) und/oder bei einem vorgegebenen Betriebspunkt des Brennstoffzellensystems (200) durchgeführt werden. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass eine Fehlermeldung ausgegeben wird, das Brennstoffzellensystem (200) mit einer der Fehlermeldung gemäß einem vorgegebenen Zuordnungsschema zugeordneten Betriebsvorgabe als Gegenmaßnahme zu dem der Fehlermeldung entsprechenden Fehlerfall (405, 407) betrieben wird. Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Zuordnungsschema: einer Fehlermeldung (405, 407), die eine Flutung eines Kathodensubsystems des Brennstoffzellensystems (200) betrifft, als Gegenmaßnahme eine Erhöhung einer Geschwindigkeit einer Entleerung des Kathodensubsystems, eine Senkung eines Drucks in dem Kathodensubsystem und eine Erhöhung einer Temperatur in dem Kathodensubsystem zuordnet und/oder einer Fehlermeldung (405, 407), die eine Flutung eines Anodensubsystems des Brennstoffzellensystems betrifft, als Gegenmaßnahme eine Erhöhung einer Geschwindigkeit einer Entleerung des Anodensubsystems, eine Senkung eines Drucks in dem Anodensubsystem und eine Erhöhung einer Temperatur in dem Anodensubsystem zuordnet, und/oder einer Fehlermeldung (405, 407), die eine Sauerstoffverarmung des Kathodensubsystems betrifft, als Gegenmaßnahme eine Erhöhung eines Sauerstoffmassenstroms und eine Erhöhung eines Sauerstoffpartialdrucks in dem Kathodensubsystem zuordnet, und/oder einer Fehlermeldung (405, 407), die eine Wasserstoffverarmung des Anodensubsystems betrifft, als Gegenmaßnahme eine Erhöhung eines Wasserstoffmassenstroms und eine Erhöhung eines
Wasserstoffpartiald rucks in dem Anodensubsystem zuordnet. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betreiben des Brennstoffzellenstapels (201) des Brennstoffzellensystems (200) an der Anzahl vorgegebener Betriebspunkte (301, 303) jeweilige Betriebspunkte (301, 303) gewählt werden die Betriebsbedingungen während eines Fehlerfalls (405, 407) bedingen. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ermitteln (103) jeweiliger Referenzzellen (309, 311, 313, 315) des Brennstoffzellenstapels (201), an denen beim Einstellen eines jeweiligen Betriebspunkts (301, 303) ein Spannungsabfall eintritt, diejenigen Brennstoffzellen (201) als Referenzzellen (309, 311, 313, 315) gewählt werden, an denen ein jeweilig stärkster Spannungsabfall eintritt oder ein Spannungsabfall eintritt, der stärker ist als ein vorgegebener Schwellenwert, oder an der ein Spannungsabfall, der stärker ist als ein vorgegebener Schwellenwert, zuerst eintritt. Kontrollgerät (201) für ein Brennstoffzellensystem (200), wobei das Kontrollgerät (201) dazu konfiguriert ist, ein Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen. Brennstoffzellensystem (200), wobei das Brennstoffzellensystem (200) ein Kontrollgerät (205) nach Anspruch 7 umfasst.
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