WO2025166395A1 - Kontrolle einer betriebsfluid-versorgungsströmung für verzweigungsabschnitte eines strömungspfads eines brennstoffzellensystems - Google Patents

Kontrolle einer betriebsfluid-versorgungsströmung für verzweigungsabschnitte eines strömungspfads eines brennstoffzellensystems

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WO2025166395A1
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Markus KOGLER-LICHTENEGGER
Christoph Gruber
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AVL List GmbH
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Definitions

  • the reactants must also be continuously supplied in sufficient quantities, since fuel cells are primarily operated continuously.
  • the reactant supply source is often regulated, thus adjusting the mass flow through the lines.
  • oxygen is used as a reactant in fuel cells, which is supplied as an air stream from a blower to an air-side line system of the fuel cell system.
  • a target total air mass flow is first calculated from a specified air requirement of the fuel cell. Based on this calculated target total air mass flow, a target speed for the fan is then determined and adjusted accordingly. Control of the total air mass flow is then enabled by comparing the target total air mass flow with the actual total air mass flow measured by a flow sensor.
  • a flow rate of at least one actuator is detected.
  • the actuator is arranged downstream of the operating fluid delivery device in one, in particular in each, of the branching sections.
  • the actuator is further controllable with regard to its flow rate in order to control an actual branch supply flow through the branching section according to a desired branch supply flow.
  • the actual supply flow is controlled.
  • the actual supply flow from the operating fluid delivery device is to be provided to the branching sections as the operating fluid supply flow.
  • the actual supply flow is controlled to the determined target supply flow.
  • a method in which an operating fluid supply flow, from which branch sections of a flow path are supplied with operating fluid, is controlled on the basis of passivations of at least one actuator arranged in one of the branch sections.
  • a “flow” can be understood in particular as the flow of a substance.
  • the flow can be The flow can be defined as the amount of substance passing through a cross-sectional area per unit of time.
  • flow can be defined as a mass flow (e.g., kg/s) and/or volume flow (e.g., ml/s) through a pipe or channel.
  • mass flow e.g., kg/s
  • volume flow e.g., ml/s
  • the operating fluid supply flow is intended for supplying branching sections of a flow path of a fuel cell system with an operating fluid.
  • the term "supply” can be understood in particular as providing and/or supplying.
  • An "operating fluid” can be understood in particular as a fluid or a gaseous substance.
  • the substance can preferably be at least partially gaseous during use in operation.
  • the substance can preferably be used in the operation or for the operation of a fuel cell system.
  • the operating fluid can, for example, be a reactant such as air or fuel.
  • a "branching section” can, for example, be understood as a line section that branches off from a main line carrying the operating fluid at a point that is downstream of the inlet with respect to the flow direction of the operating fluid, and that provides at least one alternative flow path in the main line.
  • the term "flow path" can be understood in particular as the totality of possible flow paths for the operating fluid, such as a line system.
  • the flow path can preferably be, for example, a fluidic connection between a flow source, such as an air blower, and at least one flow sink, such as the air side of a fuel cell, for the operating fluid, such as air.
  • the operating fluid can be provided to the flow path by an operating fluid conveying device with an actual supply flow.
  • an "operating fluid delivery device” can be understood, in particular, as a device for providing operating fluid as a flow.
  • the operating fluid delivery device can be a blower, a pump, and/or a pressurized tank, and preferably comprise several of these components.
  • a transmittance of at least one actuator is detected.
  • a "permeability" can be understood, for example, as the extent of permeability of an actuator to the operating fluid.
  • the permeability can, for example, indicate a flow rate, a flow area, or a valve opening.
  • the permeability can be specified as a relative value in relation to a state of unrestricted flow, for example, as a percentage.
  • the actuator can, for example, be a valve or a throttle.
  • "Detecting" within the scope of the invention can be understood, in particular, as measuring, recording, and/or recording.
  • controllability of the actuator with respect to its transmittance can be understood in particular in such a way that, for example, the transmittance of the actuator can be variably adjusted within a range between a fully open and fully closed state. This allows the actuator to be variably controlled with respect to its transmittance.
  • a purely binary transmittance control can also be encompassed by the invention. With binary control of the transmittance, for example, the actuator has only two opening states: an open and a closed state.
  • the flow rates of the actuators can thus assume the function of an indicator for the demand for operating fluid, and a changed demand no longer has to be determined from the comparison of target and actual values for the total mass flow of the operating fluid. Furthermore, the control of the operating fluid supply flow can be carried out in a stable manner, since it is changed by adjusting the amount of operating fluid provided by the operating fluid delivery device and not by the actuators, which only influence the branch supply flow associated with them.
  • the detected transmittance can comprise an actual transmittance of the at least one actuator.
  • the detected transmittance can comprise a desired transmittance of the at least one actuator.
  • the control of the operating fluid supply flow can be based on an evaluation of the actual situation of a branching path. If, on the other hand, the determination of the target operating fluid supply flow is based on a target flow rate, the control of the operating fluid supply flow can be based on an evaluation of a desired situation for the branching path.
  • a further advantage is that, for example, only binary switchable actuators can be used, since the target operating fluid supply flow is calculated from a The flow rate can be determined. If the determination of the target operating fluid supply flow is based on both the actual flow rate and the target flow rate, a changing operating fluid demand can be accurately and quickly recorded using a target-actual comparison, since even minor changes can be detected.
  • the actual branch supply flow of the operating fluid can be detected through a branching section.
  • a flow sensor for detection can preferably be arranged in the branching section.
  • a target flow rate for the at least one actuator can be determined based on the detected actual branch supply flow and a preferably predetermined target branch supply flow. At least the determined target flow rate of the at least one actuator can preferably be detected as the detected flow rate.
  • the actual supply flow can be controlled based on the actual operating fluid demand for a branch section. It is also possible to control the operating fluid flow through the individual branch section without controlling the flow rate of the actuator itself.
  • the determined target transmittance can be compared with a transmittance limit range.
  • the transmittance limit range can preferably have an upper transmittance limit and/or a lower transmittance limit.
  • a limit of the transmittance limit range i.e. preferably the upper transmittance limit or the lower transmittance limit, can be defined as the target transmittance to limit the actual transmittance if the determined target transmittance is outside the transmittance limit.
  • the upper transmittance limit can preferably be at least 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, or 100% of the maximum transmittance of the actuator.
  • the lower transmittance limit may be at least 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35% or 40% of the maximum transmittance of the actuator.
  • the target supply flow can be determined on the basis of the determined target transmittance and not on the basis of the limited transmittance.
  • the target supply flow can be determined using a control function.
  • the control function can have at least the detected permeability as an input parameter.
  • the control function can, for example, have a linear, polynomial, logarithmic, and/or exponential function.
  • the target supply flow can be determined precisely and flexibly using functional equations, since the control function can mathematically simulate processes or transfer functions of certain parameters.
  • detecting the permeability may involve detecting the permeability of at least two actuators, wherein the actuators are arranged downstream of the operating fluid delivery device in mutually different branching sections of the flow path and are each controllable with respect to their permeability.
  • each branching section can be included, for example, in the determination of the target supply flow.
  • determining the target supply flow may involve determining a maximum from preferably all detected flow rates.
  • the maximum may be determined from the actual flow rates or target flow rates detected for each of the control elements. The maximum thus determined can be defined as the transmittance used to determine the target supply flow.
  • the detected flow rate can comprise an actual flow rate and a target flow rate for each of the at least two actuators.
  • Determining the target supply flow can comprise determining the maximum of the detected actual flow rates for each actuator and determining the maximum of the detected target flow rates for each actuator.
  • the maxima thus determined can be defined as the flow rate used to determine the target supply flow.
  • the target supply flow can preferably be determined using a control function that has at least the two determined maxima as input parameters.
  • the target supply flow based on a flow ratio between an actual flow rate and a target flow rate of the at least one actuator.
  • the detected flow rate can have an actual flow rate and a target flow rate for at least one actuator.
  • a flow ratio between the actual flow rate and the target flow rate can be determined.
  • the flow ratio can be formed from the actual flow rate and the target flow rate of the same actuator or different actuators.
  • the determined flow rate can be compared with a flow rate limit value.
  • the target supply flow can be determined according to a control function which has at least the determined flow rate as an input parameter.
  • the actual supply flow can be monitored to the target supply flow until the flow ratio no longer exceeds the flow rate limit value.
  • controlling the actual supply flow can involve converting the determined target supply flow into a control signal KS.
  • the control signal can preferably correspond to a target control parameter of the operating fluid delivery device.
  • the target control parameter can preferably include a target delivery speed, a target delivery pressure, an electrical input current, and/or an electrical input voltage.
  • the operating fluid delivery device can be operated in response to the control signal with the target control parameter.
  • controlling the actual supply flow may comprise adjusting a flow rate of an operating fluid flow by means of a control section of the operating fluid delivery device, wherein the control section is arranged to discharge the operating fluid at the actual supply flow.
  • the flow rate can preferably be adjusted by adjusting an opening cross-section of the control section.
  • a "control signal” can be understood as transmittable information with adaptable content that enables control of an actuator.
  • the control signal can be a control signal or control command.
  • a further aspect of the invention relates to a computer program product comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the method described above.
  • a further aspect of the invention relates to a control device for controlling an operating fluid supply flow for supplying branching sections of a flow path of a fuel cell system with an operating fluid, which can be provided to the flow path by an operating fluid delivery device with an actual supply flow.
  • the control device comprises a detection module for detecting a permeability of at least one actuator, which is arranged downstream of the operating fluid delivery device in one of the branching sections and which is controllable with respect to its permeability.
  • the control device further comprises a determination module for Determining a target supply flow with which the operating fluid is to be provided to the branching sections.
  • the determination module is configured to determine the target supply flow based on the detected flow rate of the at least one actuator.
  • the control device has a control module configured to output a control signal to control the actual supply flow as the operating fluid supply flow to the determined target supply flow.
  • a further aspect of the invention relates to a control system for controlling an operating fluid supply flow for supplying branching sections of a flow path of a fuel cell system with an operating fluid.
  • the control system comprises an operating fluid delivery device for providing the operating fluid to the flow path with an actual supply flow.
  • the control system comprises at least one actuator, which is arranged downstream of the operating fluid delivery device in one of the branching sections and whose permeability is controllable in order to control an actual branch supply flow through the branching section in accordance with a desired branch supply flow.
  • the control system further comprises the aforementioned control device, which is coupled to the operating fluid delivery device and the at least one actuator.
  • the coupling with the control device can preferably be mechanical, signaling and/or functional.
  • the actuator can be, for example, a controllable valve.
  • the flow path can, for example, have a plurality of branching sections that are fluidically parallel to one another. In some or all of the branching sections, at least one actuator can preferably be provided. Furthermore, preferably, for example, at least one of the branching sections can have at least one flow sensor arranged upstream of the actuator for detecting the actual branch supply flow of the operating fluid through the associated branching section.
  • the flow path can, for example, be at least a section of an air supply path that extends to an air side of a fuel cell stack.
  • the operating fluid can, for example, Ambient air.
  • the operating fluid delivery device can, for example, be a controllable air blower.
  • a “flow sensor” can be understood in particular as an instrument for detecting a mass or volume flow.
  • a further aspect of the invention relates to a fuel cell system.
  • the fuel cell system can preferably be a PEM, SOFC, or SOEC fuel cell system.
  • the fuel cell system has at least one fuel cell stack with an air side and a fuel side. Furthermore, the fuel cell system has at least one flow path with branching sections. An inflow of operating fluid for operating the fuel cell stack is provided through the flow path of the air side or the fuel side.
  • the fuel cell system further has the aforementioned control system.
  • the control system is arranged in the fuel cell system to control an operating fluid supply flow in order to supply the branching sections with operating fluid.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a control device, control system and fuel cell system according to the invention
  • Fig. 2 shows a further embodiment of a control device according to the invention and an embodiment of a method according to the invention
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a control system and fuel cell system according to the invention.
  • Figures 1 to 3 show different aspects and embodiments of the invention.
  • Figures 1 and 3 show, for example, a control system 200 according to the invention in a fuel cell system 300.
  • the control system 200 is provided for controlling a flow of an operating fluid to branching sections 211, 212, 213, 214 of a flow path 210. Since the operating fluid flow supplies the branching sections 211, 212, 213, 214 with operating fluid, this flow is referred to as the operating fluid supply flow.
  • the flow path 210 is illustrated by way of example with three branching sections 211, 212, 213, and a further branching section 214 is indicated. Of course, the flow path 210 can also have only two or more than the four branching sections 211, 212, 213, 214 shown.
  • Figures 1 and 3 illustrate the operation of the control system 200 based on a configuration of the flow path 210 as an air path of the fuel cell system 300.
  • air as the operating fluid, flows into the flow path 210 via an air inlet 201.
  • the flow path 210 can, for example, be a conduit system.
  • a conduit section can extend from the air inlet 201 to a branching point 219, from which several conduits extend as the branching sections 211, 212, 213, 214, each forming separate flow paths for the operating fluid.
  • the control system 200 has an operating fluid delivery device 220, from which the operating fluid is delivered to the line path 210 at an actual supply flow IVS.
  • the operating fluid delivery device 220 is illustrated, by way of example, as an air blower.
  • the operating fluid delivery device 220 is preferably controllable, in particular with regard to the available operating fluid supply flow.
  • the branching sections 211, 212, 213 preferably each have an actuator 230.
  • the actuators 230 are controllable with regard to their transmittance.
  • the actuator 230 can be designed to carry out control movements, for example, to enable the detection and output of its currently set actual transmittance IDG.
  • the actuator 230 can adjust the transmittance to a target value, preferably based on a control specification.
  • the flow rate SDG can be adjusted.
  • the flow of the operating fluid through the respective branching section 211, 212, 213 can be controlled. This is illustrated in Figure 1 by specifying the actual branch supply flows IZVS, which can be detected, for example, by flow sensors 240.
  • the flow sensors 240 can be arranged between the operating fluid delivery device 220 and the respective actuator 230.
  • the actuators 230 can preferably be control valves.
  • the control system 200 further comprises a control device 100, which is coupled to the operating fluid delivery device 220 and the at least one actuator 230.
  • the coupling is indicated, for example, by signal connections, which can be provided wirelessly or wired, for example.
  • the coupling can enable an exchange of information between the components of the control system 200 and the control device 100.
  • the control device 100 is also an independent component of the invention, but will be explained in more detail below in the context of the fuel cell system 300 and the control system 200 for clarity.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle einer Betriebsfluid-Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten (211, 212, 213, 214) eines Strömungspfads (210) eines Brennstoffzellensystems (300) mit einem Betriebsfluid, welches dem Strömungspfad (210) von einer Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) mit einer Ist-Versorgungsströmung (IVS) bereitstellbar ist. Dabei werden zuerst die Durchlassgrade von Stellorganen (230) erfasst, welche stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) in den Verzweigungsabschnitten (211, 212, 213, 214) angeordnet sind und jeweils hinsichtlich ihres Durchlassgrads zur individuellen Einstellung einer Ist-Zweig-Versorgungsströmung (IZVS) in dem jeweiligen Verzweigungsabschnitt (211, 212, 213, 214) kontrollierbar sind. Auf wenigstens einem der erfassten Durchlassgrade basierend wird eine Soll-Versorgungsströmung (SVS), mit der das Betriebsfluid von der Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) an die Verzweigungsabschnitte (211, 212, 213, 214) bereitzustellen ist, ermittelt. Die Ist-Versorgungsströmung (IVS) wird dann zu der Soll-Versorgungsströmung (SVS) kontrolliert. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt, eine Kontrollvorrichtung (100), ein Kontrollsystem (200) und ein Brennstoffzellensystem (300), welche sich das erfindungsgemäße Verfahren jeweils zu Nutze machen.

Description

Kontrolle einer Betriebsfluid-Versorgungsströmung für Verzweigungsabschnitte eines Strömungspfads eines Brennstoffzellensystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und Systeme zur Kontrolle einer Betriebsfluid-Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten eines Strömungspfads eines Brennstoffzellensystems mit Betriebsfluid. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt zur computerbasierten Ausführung eines solchen Verfahrens.
Reaktanten für den Betrieb von Brennstoffzellen sind üblicherweise mit einer bestimmten Temperatur, bei einem bestimmten Druck und in einer bestimmten Menge bereitzustellen. Um solche Prozessparameter entsprechend einzustellen, weisen Brennstoffzellensysteme oftmals verzweigte Leitungspfade auf, die zu den Brennstoffzellen führen und entlang derer die Reaktanten chemische und thermische Prozesse durchlaufen.
Die Reaktanten sind zudem kontinuierlich in ausreichender Menge bereitzustellen, da Brennstoffzellen vornehmlich kontinuierlich betrieben werden. Um die zuzuführende Menge an Reaktant zur Versorgung der Brennstoffzellen einzustellen, wird oftmals die Reaktanten-Versorgungsquelle geregelt und so der Massenfluss durch die Leitungspfade eingestellt. Als ein Reaktant findet in Brennstoffzellen beispielsweise Sauerstoff Verwendung, der als Luft-Strom von einem Gebläse an ein luftseitiges Leitungssystem des Brennstoffzellensystems bereitgestellt wird.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, im laufenden Betrieb eine Regelung des eingespeisten Gesamt-Luftmassenstroms durchzuführen. Dabei wird beispielsweise zunächst ein Soll-Gesamt-Luftmassenstrom aus einem vorgegebenen Luft-Bedarf der Brennstoffzelle errechnet. Auf Basis dieses errechneten Soll-Gesamt- Luftmassenstroms wird dann ein Drehzahlsollwert für das Gebläse ermittelt und an diesem eingestellt. Eine Regelung des Gesamt-Luftmassenstroms wird dann durch Abgleich des Soll-Gesamt-Luftmassenstroms mit einem von einem Flusssensor erfassten Ist-Gesamt-Luftmassenstrom ermöglicht.
Nachteilig an einem solchen Vorgehen ist, dass unter bestimmten Umständen ein temporärer Luftmangel in den Brennstoffzellen eintreten kann. Solche Umstände sind beispielsweise Ereignisse, die singulär und/oder dynamisch in dem Brennstoffzellensystem auftreten, oder bestimmte Betriebsarten. Für jeden dieser Fälle berücksichtigt die initiale Berechnung des Soll-Gesamt-Luftmassenstroms derartige Vorkommnisse nicht oder nur unzureichend. Ein plötzlich veränderter Bedarf an Luft-Sauerstoff kann daher mit dem bekannten Vorgehen nur schwer erkannt und kontrolliert werden. Auch ist eine Regelung über den Gesamt- Luftmassenstrom fehleranfällig, da Flusssensoren bei Störungen, wie Verwirbelungen, ungenaue Daten zum tatsächlichen Ist-Gesamt-Luftmassenstrom liefern. Derartige Probleme können natürlich auch bei anderen gasförmigen Medien als Luft, die als Reaktanten eingesetzt werden, auftreten, wie Wasserstoff oder Kohlendioxid.
Entsprechend besteht mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehen ein erhöhtes Risiko, dass Brennstoffzellen oder wenigstens Teile des Leitungssystems nur unzureichend mit Reaktanten versorgt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen in einem Brennstoffzellensystem bereitzustellenden Gesamt-Massenstrom an Reaktant schnell, robust und bedarfsorientiert zu kontrollieren und dabei bei der Kontrolle insbesondere auf Daten eines Flusssensors für den Gesamt-Massenstrom verzichten zu können.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 11 , eine Kontrollvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12, ein Kontrollsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den 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 Computerprogrammprodukt, der erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung, dem erfindungsgemäßen Kontrollsystem und dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird und genommen werden kann. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle einer Betriebsfluid- Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten eines Strömungspfads eines Brennstoffzellensystems mit einem Betriebsfluid. Das Betriebsfluid ist dabei dem Strömungspfad von einer Betriebsfluid-Fördervorrichtung mit einer Ist-Versorgungsströmung bereitstellbar.
In dem Verfahren wird ein Durchlassgrad wenigstens eines Stellorgans erfasst. Das Stellorgan ist stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung in einem, insbesondere injedem, der Verzweigungsabschnitte angeordnet. Das Stellorgan ist ferner hinsichtlich seines Durchlassgrads kontrollierbar, um eine Ist-Zweig- Versorgungsströmung durch den Verzweigungsabschnitt entsprechend einer Soll- Zweig-Versorgungsströmung zu kontrollieren.
In dem Verfahren wird eine Soll-Versorgungsströmung ermittelt. Mit der Soll- Versorgungsströmung ist das Betriebsfluid an die Verzweigungsabschnitte bereitzustellen. Die Soll-Versorgungsströmung wird basierend auf dem erfassten Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans ermittelt.
In dem Verfahren wird die Ist-Versorgungsströmung kontrolliert. Dabei ist die Ist- Versorgungsströmung von der Betriebsfluid-Fördervorrichtung an die Verzweigungsabschnitte als die Betriebsfluid-Versorgungsströmung bereitzustellen. Die Ist-Versorgungsströmung wird zu der ermittelten Soll-Versorgungsströmung kontrolliert.
Mit anderen Worten wird ein Verfahren bereitgestellt, in dem eine Betriebsfluid- Versorgungsströmung, von welcher Verzweigungsabschnitte eines Strömungspfads mit Betriebsfluid versorgt werden, auf Basis vonDurchlassgraden wenigstens eines Stellorganes, welches in einem der Verzweigungsabschnitte angeordnet ist, kontrolliert wird.
Erfindungsgemäß wird mithin ein Kontroll-Verfahren bereitgestellt.
Im Rahmen der Erfindung kann dabei unter einem „Kontrollieren“ insbesondere ein Steuern und/oder Regeln verstanden werden.
Dabei wird in dem Verfahren eine Betriebsfluid-Versorgungsströmung kontrolliert.
Im Rahmen der Erfindung kann dabei unter einer „Strömung“ insbesondere das Strömen einer Substanz verstanden werden. Bevorzugt kann die Strömung durch die pro Zeiteinheit durch eine Querschnittsfläche hindurchtretende Menge an Substanz definiert sein. Beispielsweise kann die Strömung als Massenstrom (z.B. kg/s) und/oder Volumenstrom (z.B. ml/s) durch eine Leitung oder einen Kanal definiert sein. Oftmals werden synonym auch die Begriffe „Strom“, „Durchflussmenge“ oder „Durchflussrate“ zur Charakterisierung einer Strömung verwendet.
Die Betriebsfluid-Versorgungsströmung ist für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten eines Strömungspfads eines Brennstoffzellensystems mit einem Betriebsfluid vorgesehen.
Im Rahmen der Erfindung kann der Begriff „Versorgung“ dabei insbesondere als Bereitstellen und/oder Beibringen verstanden werden. Ein „Betriebsfluid“ kann insbesondere als ein Fluid oder eine gasförmige Substanz verstanden werden. Bevorzugt kann die Substanz während des Einsatzes im Betrieb wenigstens teilweise gasförmig sein. Ferner bevorzugt kann die Substanz im Betrieb oder für den Betrieb eines Brennstoffzellensystems eingesetzt werden. Das Betriebsfluid kann beispielsweise ein Reaktant sein, wie Luft oder Brennstoff. Ein „Verzweigungsabschnitt“ kann beispielsweise als ein Leitungsabschnitt aufgefasst werden, der sich von einer Hauptleitung, welche das Betriebsfluid führt, an einer Stelle abzweigt, die mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Betriebsfluids stromabwärts vom Einlass liegt, und der wenigstens einen alternativen Strömungsweg in der Hauptleitung bereitstellt. Der Begriff „Strömungspfad“ kann im Rahmen der Erfindung insbesondere als Gesamtheit möglicher Strömungswege für das Betriebsfluid verstanden werden, wie ein Leitungssystem. Ferner bevorzugt kann der Strömungspfad beispielsweise eine fluidtechnische Verbindung zwischen einer Strömungsquelle, wie einem Luftgebläse, und wenigstens einer Strömungssenke, wie der Luftseite einer Brennstoffzelle, für das Betriebsfluid, wie Luft, sein.
Das Betriebsfluid ist dem Strömungspfad von einer Betriebsfluid-Fördervorrichtung mit einer Ist-Versorgungsströmung bereitstellbar.
Im Rahmen der Erfindung kann als eine „Betriebsfluid-Fördervorrichtung“ insbesondere eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Betriebsfluid als eine Strömung verstanden werden. So kann die Betriebsfluid-Fördervorrichtung beispielsweise ein Gebläse, eine Pumpe, und/oder ein unter Druck stehender Tank sein und bevorzugt mehrere dieser Komponenten aufweisen. Gemäß der Erfindung wird ein Durchlassgrad wenigstens eines Stellorgans erfasst.
Im Rahmen der Erfindung kann unter einem „Durchlassgrad“ beispielsweise der Umfang einer Durchlässigkeit eines Stellorgans für das Betriebsfluid verstanden werden. So kann der Durchlassgrad beispielsweise eine Durchflussmenge, eine Durchflussfläche oder eine Ventilöffnung angeben. Bevorzugt kann der Durchlassgrad als relativer Wert in Relation zu einem Zustand nicht-eingeschränkten Durchfließens angegeben sein, beispielsweise als Prozentangabe. Das Stellorgan kann beispielsweise ein Ventil oder eine Drossel sein. Ein „Erfassen“ kann im Rahmen der Erfindung insbesondere als ein Messen, Aufnehmen, und/oder Registrieren verstanden werden.
Das Stellorgan, dessen Durchlassgrad erfasst wird, ist stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung in einem der Verzweigungsabschnitte angeordnet und hinsichtlich seines Durchlassgrads kontrollierbar, um eine Ist-Zweig- Versorgungsströmung durch den Verzweigungsabschnitt entsprechend einer Soll- Zweig-Versorgungsströmung zu kontrollieren.
Im Rahmen der Erfindung kann die Kontrollierbarkeit des Stellorgans hinsichtlich seines Durchlassgrads insbesondere derart verstanden werden, dass bei dem Stellorgan beispielsweise der Durchlassgrad variabel eingestellt werden kann in einem Bereich zwischen einem gänzlich offenen und gänzlich geschlossenen Zustand. Dadurch kann das Stellorgan variabel hinsichtlich seines Durchlassgrads kontrolliert werden. Auch eine rein binäre Durchlassgrad-Kontrolle kann von der Erfindung umfasst sein. Bei einer binären Kontrolle des Durchlassgrads weist das Stellorgan beispielsweise nur zwei Öffnungszustände auf, nämlich einen offen und einen geschlossenen Zustand.
Eine Soll-Versorgungsströmung, mit der das Betriebsfluid an die Verzweigungsabschnitte bereitzustellen ist, wird basierend auf dem erfassten Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans ermittelt. Die Ist- Versorgungsströmung, die von der Betriebsfluid-Fördervorrichtung an die Verzweigungsabschnitte als die Betriebsfluid-Versorgungsströmung bereitzustellen ist, wird zu der ermittelten Soll-Versorgungsströmung kontrolliert.
Im Rahmen der Erfindung kann ein „Kontrollieren zu einem Soll-Wert“ insbesondere als ein Annähern an den Soll-Wert von unten und/oder oben verstanden werden. Somit kann die Kontrolle der Betriebsfluid-Versorgungsströmung unabhängig von einer gemessenen Betriebsfluid-Versorgungsströmung erfolgen, wodurch auf ein Vorsehen entsprechender Flusssensoren verzichtet werden kann. Ferner ist es möglich, schnell und bedarfsorientiert auf plötzliche Veränderungen im Brennstoffzellensystem zu reagieren. So kann beispielsweise in dem Verfahren ein gestiegener Bedarf an Betriebsfluid in einem der Verzweigungsabschnitte erkannt werden, wenn das zugehörige Stellorgan einen relativ hohen Durchlassgrad benötigen sollte, um eine ausreichende Versorgung bereitzustellen. Entsprechend kann aus der erfassten Information zum Durchlassgrad abgeleitet werden, wann die Betriebsfluid-Versorgungsströmung zu verändern ist, um beispielsweise einen gestiegenen Bedarf an Betriebsfluid zu decken. Die Durchlassgrade der Stellorgane können so die Funktion eines Indikators für den Bedarf an Betriebsfluid übernehmen und ein geänderter Bedarf muss nicht mehr aus dem Abgleich von Soll- und Ist- Werten für den Gesamtmassenstrom des Betriebsfluids ermittelt werden. Die Kontrolle der Betriebsfluid-Versorgungsströmung kann zudem stabil erfolgen, da diese durch Anpassen der von der Betriebsfluid-Fördervorrichtung bereitgestellten Betriebsfluid-Menge verändert wird und nicht durch die Stellorgane, welche allein Einfluss auf die ihnen jeweils zugehörige Zweig-Versorgungsströmung nehmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann der erfasste Durchlassgrad einen Ist- Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der erfasste Durchlassgrad einen Soll-Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans aufweisen.
So kann eine anwendungsorientierte Ermittlung der Soll-Betriebsfluid- Versorgungsströmung erfolgen und die Kontrolle der Betriebsfluid- Versorgungsströmung verbessert werden. Basiert die Ermittlung der Soll- Betriebsfluid-Versorgungsströmung beispielsweise auf einem momentanen Ist- Durchlassgrad, kann die Kontrolle der Betriebsfluid-Versorgungsströmung ausgehend von einer Bewertung der Ist-Situation eines Verzweigungspfades erfolgen. Basiert die Ermittlung der Soll-Betriebsfluid- Versorgungsströmung hingegen auf einem Soll-Durchlassgrad, kann die Kontrolle der Betriebsfluid- Versorgungsströmung ausgehend von der Bewertung einer für den Verzweigungspfad angestrebten Situation erfolgen. Ein weiterer Vorteil hierbei ist ferner, dass beispielsweise auch nur binär schaltbare Stellorgane verwendet werden können, da die Soll-Betriebsfluid- Versorgungsströmung aus einem errechneten Durchlassgrad ermittelt werden kann. Basiert die Ermittlung der Soll-Betriebsfluid- Versorgungsströmung sowohl auf Ist-Durchlassgrad als auch Soll-Durchlassgrad, kann anhand eines Soll-Ist-Vergleichs ein sich verändernder Bedarf an Betriebsfluid genau und schnell erfasst werden, da bereits geringfügige Änderungen erkennbar werden.
Gemäß einer ferner bevorzugten Ausgestaltung kann die Ist-Zweig- Versorgungsströmung des Betriebsfluids durch einen Verzweigungsabschnitt erfasst werden. Bevorzugt kann hierbei ein Strömungssensor für die Erfassung in dem Verzweigungsabschnitt angeordnet sein. Ein Soll-Durchlassgrad für das wenigstens eine Stellorgan kann basierend auf der erfassten Ist-Zweig-Versorgungsströmung und einer bevorzugt vorgegebenen Soll-Zweig-Versorgungsströmung ermittelt werden. Als der erfasste Durchlassgrad kann bevorzugt wenigstens der ermittelte Soll-Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans erfasst werden.
Derart kann die Ist-Versorgungsströmung basierend auf dem tatsächlichen Betriebsfluid-Bedarf, der für einen Verzweigungsabschnitt vorliegt, kontrolliert werden. Auch ist es möglich, den Betriebsfluid-Strom durch den individuellen Verzweigungsabschnitt zu kontrollieren, ohne das Stellorgan selbst hinsichtlich dessen Durchlassgrad zu kontrollieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann der ermittelte Soll-Durchlassgrad mit einem Durchlassgradgrenzbereich verglichen werden. Der Durchlassgradgrenzbereich kann bevorzugt eine Durchlassgradobergrenze und/oder eine Durchlassgraduntergrenze aufweisen. Eine Grenze des Durchlassgradgrenzbereichs, also bevorzugt die Durchlassgradobergrenze oder die Durchlassgraduntergrenze, kann zur Begrenzung des Ist-Durchlassgrads als der Soll-Durchlassgrad festgelegt werden, falls der ermittelte Soll-Durchlassgrad außerhalb der Durchlassgradgrenze ist. Bevorzugt kann die Durchlassgradobergrenze wenigstens 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% oder 100% des maximalen Durchlassgrads des Stellorgans sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Durchlassgraduntergrenze wenigstens 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35% oder 40% des maximalen Durchlassgrads des Stellorgans sein.
So kann eine Versorgung aller Verzweigungsabschnitte mit Betriebsfluid sichergestellt werden. Eine Begrenzung des Durchlassgrads ermöglicht ferner eine bessere Kontrollierbarkeit der Zweig-Versorgungsströmung, da das Stellorgan noch Spielraum für Verstellbewegungen zur Veränderung des Durchlassgrads aufweist, also Endlagen des Stellorgans (vollständig offen oder zu) nicht ohne Weiteres eingenommen werden und damit bei sich schnell ändernden oder kritischen Zuständen im Brennstoffzellensystem zur Kontrolle herangezogen werden können.
Bevorzugt kann die Soll-Versorgungsströmung auf Basis des ermittelten Soll- Durchlassgrads und nicht auf Basis des begrenzten Durchlassgrads ermittelt werden.
Derart kann die Stabilität der Kontrolle der Versorgungsströmung verbessert werden, da die Stellorgane nicht beliebig, sondern innerhalb eines Grenzbereiches kontrolliert werden und unabhängig davon zugleich ein geänderter Bedarf an Betriebsfluid bei der Ermittlung der Soll-Versorgungsströmung mit seiner tatsächlichen Größe berücksichtigt werden kann.
Gemäß einer ferner bevorzugten Ausgestaltung kann die Soll-Versorgungsströmung mittels einer Kontrollfunktion ermittelt werden. Bevorzugt kann die Kontrollfunktion wenigstens den erfassten Durchlassgrad als Eingangsparameter aufweisen. Die Kontrollfunktion kann zum Beispiel eine lineare, polynomiale, logarithmische und/oder exponentielle Funktion aufweisen.
Somit kann die Soll-Versorgungsströmung genau und flexibel mittels Funktionsgleichungen ermittelt werden, da die Kontrollfunktion Prozesse oder Übertragungsfunktionen bestimmter Parameter mathematisch nachbilden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist es auch vorstellbar, den Durchlassgrad von mehr als nur einem Stellorgan zu erfassen. Insbesondere kann das Erfassen des Durchlassgrads ein Erfassen der Durchlassgrade von wenigstens zwei Stellorganen aufweisen, wobei die Stellorgane stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung in zueinander unterschiedlichen Verzweigungsabschnitten des Strömungspfads angeordnet sind und jeweils hinsichtlich ihres Durchlassgrads kontrollierbar sind.
Somit kann jeder Verzweigungsabschnitt beispielsweise in die Ermittlung der Soll- Versorgungsströmung einbezogen werden.
Bevorzugt kann hierbei das Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung ein Ermitteln eines Maximums aus bevorzugt allen erfassten Durchlassgraden aufweisen. Bevorzugt kann das Maximum aus den Ist-Durchlassgraden oder Soll- Durchlassgraden, welche zu jedem der Stellorgane erfasst werden, ermittelt werden. Das so ermittelte Maximum kann als der für das Ermitteln der Soll- Versorgungsströmung herangezogene Durchlassgrad festgelegt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der erfasste Durchlassgrad einen Ist-Durchlassgrad und einen Soll-Durchlassgrad zu jedem der wenigstens zwei Stellorgane aufweisen. Das Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung kann dabei das Ermitteln des Maximums der erfassten Ist-Durchlassgrade jedes Stellorgans und das Ermitteln des Maximums der erfassten Soll-Durchlassgrade jedes Stellorgans umfassen. Bevorzugt können die so ermittelten Maxima als der Durchlassgrad festgelegt werden, welcher für das Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung herangezogen wird. Die Soll-Versorgungsströmung kann bevorzugt mit einer Kontrollfunktion, die wenigstens die beiden ermittelten Maxima als Eingangsparameter aufweist, ermittelt werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es gemäß einer ferner bevorzugten Ausgestaltung auch denkbar, die Soll-Versorgungsströmung anhand eines Durchlass-Verhältnisses zwischen einem Ist-Durchlassgrad und einem Soll-Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans zu ermitteln. Hierzu kann der erfasste Durchlassgrad einen Ist- Durchlassgrad und einen Soll-Durchlassgrad zu wenigstens dem einen Stellorgan aufweisen. Für das Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung kann ein Durchlass- Verhältnis zwischen dem Ist- Durchlassgrad zu dem Soll-Durchlassgrad ermittelt werden. Bevorzugt kann dabei das Durchlass-Verhältnis aus dem Ist-Durchlassgrad mit dem Soll-Durchlassgrad desselben Stellorgans oder verschiedener Stellorgane gebildet werden. Das ermittelte Durchlass-Verhältnis kann mit einem Durchlassverhältnisgrenzwert verglichen werden. Die Soll-Versorgungsströmung kann gemäß einer Kontrollfunktion ermittelt werden, welche wenigstens das ermittelte Durchlass-Verhältnis als Eingangsparameter aufweist. Bevorzugt kann hierbei ein Kontrollieren der Ist- Versorgungsströmung zu der Soll- Versorgungsströmung erfolgen, bis das Durchlass-Verhältnis den Durchlassverhältnisgrenzwert nicht mehr überschreitet.
Mit den vorgenannten Ermittlungs-Methoden lässt sich in vorteilhafter weise gut identifizieren, ob für den Strömungspfad ein veränderter Bedarf an Betriebsfluid vorliegt. Ausgehend hiervon kann die Soll-Versorgungsströmung entsprechend in geeigneter Höhe ermittelt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Kontrollieren der Ist- Versorgungsströmung ein Umwandeln der ermittelten Soll-Versorgungsströmung in ein Kontrollsignal KS. Das Kontrollsignal kann bevorzugt mit einem Soll- Kontrollparameter der Betriebsfluid-Fördervorrichtung korrespondieren. Zum Beispiel kann der Soll-Kontrollparameter bevorzugt eine Soll-Förder-Geschwindigkeit, einen Soll-Förder-Druck, einen elektrischen Eingangsstrom, und/oder eine elektrische Eingangsspannung aufweisen. Die Betriebsfluid-Fördervorrichtung kann in Reaktion auf das Kontrollsignal mit dem Soll-Kontrollparameter betrieben werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Kontrollieren der Ist-Versorgungsströmung ein Anpassen einer Durchflussrate eines Betriebsfluid-Stromes mittels eines Kontrollabschnitts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung aufweisen, wobei der Kontrollabschnitt angeordnet ist, um das Betriebsfluid mit der Ist- Versorgungsströmung abzugeben. Die Durchflussrate kann bevorzugt durch Anpassen eines Öffnungsquerschnitts des Kontrollabschnitts angepasst werden.
Im Rahmen der Erfindung kann ein „Kontrollsignal“ als übertragbare Information anpassbaren Inhalts, mittels derer eine Kontrolle eines Aktors ermöglicht wird, verstanden werden. So kann das Kontrollsignal beispielsweise ein Steuersignal oder Steuerbefehl sein.
Derart kann die Kontrolle der Ist-Versorgungsströmung mit einfachen technischen Mitteln erreicht werden und dabei effizient und genau durchgeführt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kontrollvorrichtung zur Kontrolle einer Betriebsfluid-Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten eines Strömungspfads eines Brennstoffzellensystems mit einem Betriebsfluid, welches dem Strömungspfad von einer Betriebsfluid-Fördervorrichtung mit einer Ist- Versorgungsströmung bereitstellbar ist. Die Kontrollvorrichtung weist hierzu ein Erfassungsmodul zum Erfassen eines Durchlassgrads wenigstens eines Stellorgans auf, welches stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung in einem der Verzweigungsabschnitte angeordnet ist und das bzgl. seines Durchlassgrads kontrollierbar ist. Die Kontrollvorrichtung weist weiter ein Ermittlungsmodul auf zum Ermitteln einer Soll-Versorgungsströmung, mit der das Betriebsfluid an die Verzweigungsabschnitte bereitzustellen ist. Das Ermittlungsmodul ist ausgebildet, die Soll-Versorgungsströmung basierend auf dem erfassten Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans zu ermitteln. Die Kontrollvorrichtung weist ein Kontrollmodul auf, das ausgebildet ist, ein Kontrollsignal auszugeben, um die Ist- Versorgungsströmung als die Betriebsfluid-Versorgungsströmung zu der ermittelten Soll-Versorgungsströmung zu kontrollieren.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kontrollsystem zur Kontrolle einer Betriebsfluid-Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten eines Strömungspfads eines Brennstoffzellensystems mit einem Betriebsfluid. Das Kontrollsystem weist eine Betriebsfluid-Fördervorrichtung auf, um das Betriebsfluid an den Strömungspfad mit einer Ist-Versorgungsströmung bereitzustellen. Ferner weist das Kontrollsystem wenigstens ein Stellorgan auf, welches stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung in einem der Verzweigungsabschnitte angeordnet ist und welches hinsichtlich seines Durchlassgrads kontrollierbar ist, um eine Ist-Zweig- Versorgungsströmung durch den Verzweigungsabschnitt entsprechend einer Soll- Zweig-Versorgungsströmung zu kontrollieren. Das Kontrollsystem weist ferner die vorgenannte Kontrollvorrichtung auf, welche mit der Betriebsfluid-Fördervorrichtung und dem wenigstens einen Stellorgan gekoppelt ist.
Die Kopplung mit der Kontrollvorrichtung kann dabei bevorzugt mechanisch, signaltechnisch und/oder funktionell sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Stellorgan beispielsweise ein kontrollierbares Ventil sein. Der Strömungspfad kann beispielsweise mehrere fluidtechnisch zueinander parallele Verzweigungsabschnitte aufweisen. In einzelnen oder allen der Verzweigungsabschnitte kann bevorzugt jeweils wenigstens ein Stellorgan vorgesehen sein. Ferner bevorzugt kann beispielsweise wenigstens einer der Verzweigungsabschnitte wenigstens einen stromaufwärts des Stellorgans angeordneten Strömungssensor zur Erfassung der Ist-Zweig-Versorgungsströmung des Betriebsfluids durch den zugehörigen Verzweigungsabschnitt aufweisen. Bevorzugt kann der Strömungspfad beispielsweise wenigstens ein Abschnitt eines Luftzuführpfads, welcher sich zu einer Luftseite eines Brennstoffzellenstapels erstreckt, sein. Ferner bevorzugt kann das Betriebsfluid beispielsweise Umgebungsluft aufweisen. Die Betriebsfluid-Fördervorrichtung kann beispielsweise ein kontrollierbarer Luftbläser sein.
Im Rahmen der Erfindung kann dabei unter einem „Strömungssensor“ insbesondere ein Instrument zur Erfassung eines Massen- oder Volumendurchflusses verstanden werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem. Bevorzugt kann das Brennstoffzellensystem ein PEM-, SOFC-, oder SOEC-Brennstoffzellensystem sein. Das Brennstoffzellensystem weist wenigstens einen Brennstoffzellenstapel mit einer Luftseite und einer Brennstoffseite auf. Ferner weist das Brennstoffzellensystem wenigstens einen Strömungspfad mit Verzweigungsabschnitten auf. Dabei wird durch den Strömungspfad der Luftseite oder der Brennstoffseite ein Zustrom an Betriebsfluid für den Betrieb des Brennstoffzellenstapels bereitgestellt. Das Brennstoffzellensystem weist ferner das vorgenannte Kontrollsystem auf. Das Kontrollsystem ist dabei in dem Brennstoffzellensystem angeordnet, eine Betriebsfluid-Versorgungsströmung zu kontrollieren, um die Verzweigungsabschnitte mit Betriebsfluid zu versorgen.
Mit den vorgenannten weiteren Aspekten der Erfindung und deren Weiterbildungen können dieselben Vorteile und technischen Effekte erlangt werden, welche bereits im Detail oben für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wurden. Auf eine explizite Wiederholung derselbigen wird daher an dieser Stelle verzichtet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben werden. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung, Kontrollsystems und Brennstoffzellensystems,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung und eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kontrollsystems und Brennstoffzellensystems. Die Figuren Ibis 3 zeigen unterschiedliche Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung.
Figuren 1 und 3 zeigen beispielsweise ein erfindungsgemäßes Kontrollsystem 200 in einem Brennstoffzellensystem 300. Das Kontrollsystem 200 ist dazu vorgesehen, einen Strom eines Betriebsfluids zu Verzweigungsabschnitten 211 , 212, 213, 214 eines Strömungspfads 210 zu kontrollieren. Da der Betriebsfluid Strom die Verzweigungsabschnitte 211 , 212, 213, 214 mit Betriebsfluid versorgt, wird dieser Strom als Betriebsfluid-Versorgungsströmung bezeichnet. In Figur 1 ist der Strömungspfad 210 beispielhaft mit drei Verzweigungsabschnitten 211 , 212, 213 dargestellt und ein weiterer Verzweigungsabschnitt 214 angedeutet. Natürlich kann der Strömungspfad 210 auch nur zwei oder mehr als die vier gezeigten Verzweigungsabschnitte 211 , 212, 213, 214 aufweisen.
Figuren 1 und 3 verdeutlichen die Funktionsweise des Kontrollsystems 200 anhand einer Ausbildung des Strömungspfads 210 als Luftpfad des Brennstoffzellensystems 300. In Figur 1 strömt somit Luft als das Betriebsfluid über einen Lufteinlass 201 in den Strömungspfad 210 ein. Der Strömungspfad 210 kann beispielsweise ein Leitungssystem sein. Hierbei kann sich ein Leitungsabschnitt von dem Lufteinlass 201 zu einer Verzweigungsstelle 219 erstrecken, von dem sich mehrere Leitungen als die Verzweigungsabschnitte 211 , 212, 213, 214 weg erstrecken, welche jeweils separate Strömungswege für das Betriebsfluid bilden.
Zur definierten Bereitstellung der Betriebsfluid-Versorgungsströmung weist das Kontrollsystem 200 eine Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 auf, von der das Betriebsfluid mit einer Ist- Versorgungsströmung IVS an den Leitungspfad 210 bereitgestellt wird. In den Figuren 1 und 3 ist die Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 beispielhaft als Luftgebläse dargestellt. Bevorzugt ist die Betriebsfluid- Fördervorrichtung 220 kontrollierbar, insbesondere hinsichtlich der bereitstellbaren Betriebsfluid-Versorgungsströmung.
Die Verzweigungsabschnitte 211 , 212, 213 weisen bevorzugt jeweils ein Stellorgan 230 auf. Die Stellorgane 230 sind hinsichtlich ihres Durchlassgrads kontrollierbar. So kann das Stellorgan 230 beispielsweise zur Ausführung von Kontrollbewegungen ausgebildet sein, also beispielsweise ermöglichen, seinen aktuell eingestellten Ist- Durchlassgrad IDG zu erfassen und auszugeben. Ferner kann das Stellorgane 230 den Durchlassgrad bevorzugt aufgrund einer Stellvorgabe zu einem Soll- Durchlassgrad SDG verstellen. Somit kann ein Betriebsfluid Strom durch den jeweiligen Verzweigungsabschnitt 211 , 212, 213 kontrolliert werden. Dies ist in Figur 1 durch die Angabe von Ist-Zweig-Versorgungsströmungen IZVS dargestellt, die beispielsweise von Strömungssensoren 240 erfasst werden können. Die Strömungssensoren 240 können dabei zwischen der Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 und dem jeweiligen Stellorgan 230 angeordnet sein. Die Stellorgane 230 können bevorzugt Regelventile sein.
Das Kontrollsystem 200 weist weiter eine Kontrollvorrichtung 100 auf, welche mit der Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 und dem wenigstens einen Stellorgan 230 gekoppelt ist. In den Figuren 1 und 3 ist die Kopplung beispielsweise durch Signalverbindungen angedeutet, welche beispielsweise drahtlos oder drahtgebunden vorgesehen sein können. Insbesondere kann durch die Kopplung ein Informationsaustausch zwischen den Komponenten des Kontrollsystems 200 und der Kontrollvorrichtung 100 ermöglicht werden. Die Kontrollvorrichtung 100 ist im Übrigen auch ein eigenständiger Bestandteil der Erfindung, wird aber nachfolgend zur Verdeutlichung im Kontext des Brennstoffzellensystems 300 und des Kontrollsystem 200 näher erläutert.
Die Kontrollvorrichtung 100 kann beispielsweise als Prozesscontroller oder Computer ausgebildet sein, welche beispielsweise fähig ist, ein Computerprogramm auszuführen. Die Kontrollvorrichtung 100 weist ein Erfassungsmodul 101 auf, mit dem die Ist-Durchlassgrade IDG der Stellorgane 230 erfasst werden können. Hierzu können, wie in den Figuren 1 und 3 gezeigt, Messsignalleitungen die Kontrollvorrichtung 100 mit den Stellorganen 230 verbinden. Das Erfassungsmodul 101 kann beispielsweise als Datenschnittstelle ausgebildet sein.
Weiter weist die Kontrollvorrichtung 100 ein Ermittlungsmodul 102 auf, um eine Soll- Versorgungsströmung SVS zu ermitteln, also insbesondere eine gewünschte Größe für den Strom an Betriebsfluid in dem Abschnitt des Strömungspfads 210 zwischen der Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 und den Verzweigungsabschnitte 211 , 212, 213, 214 zu ermitteln. Dabei ist das Ermittlungsmodul 102 dazu ausgebildet, basierend auf dem erfassten Durchlassgrad der Stellorgane 230 die Soll- Versorgungsströmung SVS zu ermitteln.
Ferner weist die Kontrollvorrichtung 100 ein Kontrollmodul 103 auf, mittels dessen ein Kontrollsignal KS ausgegeben wird, um die Ist-Versorgungsströmung IVS zu kontrollieren. Dies ist in den Figuren 1 und 3 durch eine Signalleitung von der Kontrollvorrichtung 100 zu der Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 exemplarisch dargestellt. Das Kontrollmodul 103 kann beispielsweise ein Signalausgang der Kontrollvorrichtung 100 sein.
Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der Kontrollvorrichtung 100 und insbesondere der Ermittlung der Soll-Versorgungsströmung SVS. Figur 2 kann ferner auch zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kontrolle der Betriebsfluid-Versorgungsströmung dienen.
So wird zunächst der Durchlassgrad wenigstens eines der Stellorgane 230 erfasst. Hierbei kann es sich um den Ist-Durchlassgrad IDG und/oder den Soll-Durchlassgrad SDG handeln. Da in dem Beispiel der Figur 2 die Durchlassgrade mehrerer Stellorgane 230 erfasst werden, sind die Ist-Durchlassgrade IDG und Soll- Durchlassgrade SDG als Vektoren „«...»“ gezeigt.
Die Soll-Durchlassgrade SDG können wahlweise benutzerdefiniert vorgegeben werden oder ermittelt werden. In der Kontrollvorrichtung 100 kann zur Ermittlung des Soll-Durchlassgrads SDG beispielsweise ein Soll-Durchlassgrad-Ermittlungsmodul 105 vorgesehen sein. Hierbei können neben den Ist- Durchlassgraden IDG bevorzugt auch die Ist-Zweig-Versorgungsströmungen IZVS der Verzweigungsabschnitte 211 , 212, 213 erfasst werden. In der Kontrollvorrichtung 100 kann dies beispielsweise mittels des zuvor beschriebenen Erfassungsmoduls 101 ermöglicht werden. Auf Basis eines Vergleichs derselben mit vorgegebenen Soll-Zweig- Versorgungsströmungen SZVS können dann die Soll-Durchlassgrade SDG für die jeweiligen Stellorgane 230 ermittelt werden. Hierzu kann in der Kontrollvorrichtung 100 ein Soll-Durchlassgrad-Bestimmungsmodul 1051 vorgesehen sein. Die Soll- Zweig-Versorgungsströmungen SZVS können beispielsweise anhand eines gewünschten Betriebs der Brennstoffzellen berechnet werden.
Um zu verhindern, dass eine ausreichende Versorgung aller Verzweigungsabschnitte 211 , 212, 213, 214 gefährdet wird, falls die so ermittelten Soll-Durchlassgrade SDG ohne weitere Kontrolle direkt an die Stellorgane 230 zur Flusskontrolle in den Zweigen übertragen würden, kann ferner eine Beschränkung der ermittelten Soll- Durchlassgrade SDG auf geeignete Grenzen erfolgen. Hierzu kann beispielsweise in der Kontrollvorrichtung 100 ein Soll-Durchlassgrad-Beschränkungsmodul 1052 vorgesehen sein. Dort kann der ermittelte Soll-Durchlassgrad SDG mit einem Durchlassgradgrenzbereich verglichen werden, welcher eine Durchlassgradobergrenze OG und eine Durchlassgraduntergrenze UG aufweisen kann. Falls einer oder einzelne der ermittelten Soll-Durchlassgrade SDG außerhalb des Durchlassgradgrenzbereichs liegen sollten, kann die Durchlassgradobergrenze OG oder Durchlassgraduntergrenze UG für solche Durchlassgrade festgelegt werden. Die so modifizierten Soll-Durchlassgrade können als beschränkte Soll- Durchlassgrade bSDG an die Stellorgane 230 ausgegeben werden.
Hierbei ist ferner anzumerken, dass bevorzugt während des Betriebes eine Kontrolle der Stellorgane 230 basierend auf den Soll-Durchlassgraden SDG oder bSDG erfolgen kann. Alternativ ist es auch vorstellbar, dass die Stellorgane 230 in derselben Öffnungsposition verharren, so dass die Ist-Zweig- Versorgungsströmungen IZVS wahlweise allein durch die Betriebsfluid- Fördervorrichtung 220 kontrolliert werden oder zusätzlich in Kombination mit den Stellorganen 230.
Die Soll-Versorgungsströmung SVS wird basierend auf den erfassten Durchlassgraden der Stellorgane 230 ermittelt. Neben den Ist-Durchlassgraden IDG kann dies auch die Soll-Durchlassgrade oder die beschränkten Soll-Durchlassgrade bSDG umfassen. In Figur 2 werden bevorzugt neben Ist-Durchlassgraden IDG auch die ermittelten Soll-Durchlassgrade SDG zur Ermittlung der Soll- Versorgungsströmung SVS verwendet. Aus diesen Durchlassgraden werden dann jeweils ein Maximum für die Ist-Durchlassgrade IDG und ein Maximum für die Soll- Durchlassgrade SDG ermittelt (angedeutet durch MAX-Funktionen) und an eine Kontrollfunktion KF übergeben, um die Soll-Versorgungsströmung SVS zu berechnen. Bevorzugt kann die Kontrollfunktion KF ein Lookup-Table oder ein Fuzzy- Kontroller oder ein neuronales Netzwerk sein. In der Kontrollvorrichtung 100 können die vorgenannten Verfahrensschritte beispielsweise durch das Ermittlungsmodul 102 implementiert werden.
Mit der ermittelten Soll-Versorgungsströmung SVS kann die Ist- Versorgungsströmung IVS zu der ermittelten Soll-Versorgungsströmung SVS kontrolliert werden. So kann beispielsweise basierend auf der Soll- Versorgungsströmung SVS eine Kontrolle der kontrollierbaren Betriebsfluid- Fördervorrichtung 220 erfolgen. Bevorzugt kann hierzu in dem Kontrollmodul 103 der Kontrollvorrichtung 100 die ermittelte Soll-Versorgungsströmung SVS in ein Kontrollsignal KS umgewandelt werden. Das Kontrollsignal KS kann dabei beispielsweise derart sein, dass es mit einem Soll-Kontrollparameter der Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 korrespondiert. Beispiele für den Soll- Kontrollparameter können eine Soll-Förder-Geschwindigkeit oder Luftbläserdrehzahl sein. Die Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 kann das Kontrollsignal KS erfassen und in Reaktion darauf mit dem Soll-Kontrollparameter betrieben werden.
Aus der Beschreibung zu dem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren und den zugehörigen Figuren ergibt sich für den Fachmann auch, wie ein zugehöriges Computerprogrammprodukt auszugestalten ist, und dieses wird daher im Folgenden nicht weiter diskutiert.
Figur 3 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung des Brennstoffzellensystems 300, in der nicht alle Bauteile und Betriebskomponenten dargestellt sind. Das Brennstoffzellensystem 300 kann ein PEM- oder SOEC-Brennstoffzellensystem sein. Das Brennstoffzellensystem 300 weist wenigstens einen Brennstoffzellenstapel 301 mit einer Luftseite 310 und einer Brennstoffseite 320 auf. Ferner weist das Brennstoffzellensystem 300 den Strömungspfad 210 auf, durch den der Luftseite 310 oder der Brennstoffseite 320 ein Zustrom an Betriebsfluid für den Betrieb des Brennstoffzellenstapels 301 bereitgestellt wird. In Figur 3 ist der Strömungspfad 210 exemplarisch als zur Luftseite 310 führend dargestellt. Zudem ist in dem Brennstoffzellensystem 300 das Kontrollsystem 200 vorgesehen, um die Betriebsfluid-Versorgungsströmung zur Versorgung der Verzweigungsabschnitte 211 , 212, 213, 214 mit dem Betriebsfluid zu kontrollieren.
In Figur 3 strömt Luft aus der Umgebung angezogen vom Sog des Luftbläsers 220 durch einen Luftfilter 361 in den Luftpfad 210 ein. Dieser Luftpfad 210 weist vier Verzweigungsabschnitte 211 , 212, 213, 214 auf, welche teilweise Wärmetauscher oder Heizgeräte aufweisen, um die Luft aufzuheizen. Die Verzweigungsabschnitte 211 , 212, 213, 214 werden zusammengeführt, ehe sie einen Lufteingang 311 der Luftseite 310 erreichen. Die verbrauchte Luft wird über einen Luftabgasausgang 312 wieder aus dem Brennstoffzellenstapel 301 herausgefördert.
Ebenso wird in dem Beispiel aus Figur 3 Brennstoff vor seinem Eintritt in einen Brennstoffpfad 340 zunächst durch einen Brennstofffilter 362 gefiltert. Auch ein Rezirkulationsbläser 363 findet Einsatz. Der Brennstoffpfad 340 verzweigt sich stromabwärts des Rezirkulationsbläsers 363, wie mit Brennstoffzweigabschnitten 341 , 342 exemplarisch dargestellt. Hierbei kann wenigstens einer der Brennstoffzweigabschnitte 341 , 342 ein Stellorgan 230 aufweisen. Der Brennstoff wird den Brennstoffzellen 301 über einen Brennstoffeingang 321 zugeführt und der verbrauchte Brennstoff über einen Brennstoffabgasausgang 322 von diesen abgeführt. Es ist vorstellbar, dass das erfindungsgemäße Verfahren, die Kontrollvorrichtung 100 und das Kontrollsystem 200 auch verwendet werden könnte, um eine Brennstoff-Versorgung der Brennstoffzweigabschnitte 341 , 342 zu kontrollieren.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.
Bezugszeichenliste
100 Kontrollvorrichtung
101 Erfassungsmodul
102 Ermittlungsmodul
103 Kontrollmodul
105 Soll-Durchlassgrad-Ermittlungsmodul
1051 Soll-Durchlassgrad-Bestimmungsmodul
1052 Soll-Durchlassgrad-Beschränkungsmodul
200 Kontrollsystem
201 Lufteinlass
210 Strömungspfad
211 , 212, 213, 214 Verzweigungsabschnitt(e)
219 Verzweigungsstelle
220 Betriebsfluid-Fördervorrichtung
230 Stellorgan
240 Strömungssensor
300 Brennstoffzellensystem
301 Brennstoffzellenstapel
310 Luftseite
311 Lufteingang
312 Luftabgasausgang
320 Brennstoffseite
321 Brennstoffeingang
322 Brennstoffabgasausgang
340 Brennstoffpfad
341 , 342 Brennstoffzweigabschnitte
361 Luftfilter
362 Brennstofffilter
363 Gebläse
KF Kontrollfunktion
OG Durchlassgradobergrenze
UG Durchlassgraduntergrenze
IVS Ist- Versorgungsströmung
IZVS Ist-Zweig-Versorgungsströmung IDG Ist-Durchlassgrad
SDG Soll-Durchlassgrad bSDG beschränkter Soll-Durchlassgrad
SZVS Soll-Zweig-Versorgungsströmung
SVS Soll-Versorgungsströmung
KS Kontrollsignal

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Kontrolle einer Betriebsfluid-Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten (211 , 212, 213, 214) eines Strömungspfads (210) eines Brennstoffzellensystems (300) mit einem Betriebsfluid, welches dem Strömungspfad (210) von einer Betriebsfluid- Fördervorrichtung (220) mit einer Ist-Versorgungsströmung (IVS) bereitstellbar ist, wobei folgende Schritte vorgesehen sind:
- Erfassen eines Durchlassgrads wenigstens eines Stellorgans (230), welches stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) in einem der Verzweigungsabschnitte (211 , 212, 213, 214) angeordnet ist und welches hinsichtlich seines Durchlassgrads kontrollierbar ist, um eine Ist- Zweig-Versorgungsströmung (IZVS) durch den Verzweigungsabschnitt (211 , 212, 213, 214) entsprechend einer Soll-Zweig-Versorgungsströmung (SZVS) zu kontrollieren;
- Ermitteln einer Soll-Versorgungsströmung (SVS), mit der das Betriebsfluid an die Verzweigungsabschnitte (211 , 212, 213, 214) bereitzustellen ist, basierend auf dem erfassten Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans (230); und
- Kontrollieren der Ist-Versorgungsströmung (IVS), welche von der Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) an die Verzweigungsabschnitte (211 , 212, 213, 214) als die Betriebsfluid-Versorgungsströmung bereitzustellen ist, zu der ermittelten Soll-Versorgungsströmung (SVS).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass der erfasste Durchlassgrad einen Ist-Durchlassgrad (IDG) und/oder einen Soll- Durchlassgrad (SDG) des wenigsten einen Stellorgans (230) aufweist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch
- Erfassen der Ist-Zweig-Versorgungsströmung (IZVS) des Betriebsfluids durch den zugehörigen Verzweigungsabschnitt (211 , 212, 213, 214); und
- Ermitteln eines Soll-Durchlassgrads (SDG) für das wenigstens eine Stellorgan (230) basierend auf der erfassten Ist-Zweig- Versorgungsströmung (IZVS) und auf der Soll-Zweig-Versorgungsströmung (SZVS), wobei als der erfasste Durchlassgrad wenigstens der ermittelte Soll- Durchlassgrad (SDG) des wenigstens einen Stellorgans (230) erfasst wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch
- Vergleichen des ermittelten Soll-Durchlassgrads (SDG) mit einem Durchlassgradgrenzbereich, bevorzugt aufweisend eine Durchlassgradobergrenze (OG) und/oder eine Durchlassgraduntergrenze (UG); und
- Festlegen einer Grenze (UG, OG) des Durchlassgradgrenzbereichs als den Soll-Durchlassgrad (SDG) zur Begrenzung des Ist-Durchlassgrads (IDG), falls der ermittelte Soll-Durchlassgrad (SDG) außerhalb des Durchlassgradgrenzbereichs ist, wobei bevorzugt die Durchlassgradobergrenze (OG) wenigstens 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% oder 100% des maximalen Durchlassgrads des Stellorgans (230) ist, und/oder wobei bevorzugt die Durchlassgraduntergrenze (UG) wenigstens 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35% oder 40% des maximalen Durchlassgrads des Stellorgans (230) ist.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Versorgungsströmung (SVS) auf Basis des ermittelten Soll- Durchlassgrads (SDG) ermittelt wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Versorgungsströmung (SVS) mittels einer Kontrollfunktion (KF), welche wenigstens den erfassten Durchlassgrad als einen Eingangsparameter aufweist, ermittelt wird, wobei bevorzugt die Kontrollfunktion (KF) eine lineare, polynomiale, logarithmische und/oder exponentielle Funktion aufweist.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Erfassen des Durchlassgrads ein Erfassen der Durchlassgrade von wenigstens zwei der Stellorgane (230) aufweist, welche stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) in unterschiedlichen und bevorzugt fluidtechnisch zueinander parallelen Verzweigungsabschnitten (211 , 212, 213, 214) des Strömungspfads (210) angeordnet sind und jeweils hinsichtlich ihres Durchlassgrads kontrollierbar sind; und das Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung (SVS) ferner aufweist:
- Ermitteln des Maximums aus bevorzugt allen der erfassten Durchlassgrade der Stellorgane (230), bevorzugt des Maximums aus den zu jedem der Stellorgane (230) erfassten Ist-Durchlassgraden (IDG) oder Soll- Durchlassgraden (SDG), und
- Festlegen des ermittelten Maximums als den für das Ermitteln der Soll- Versorgungsströmung (SVS) herangezogenen Durchlassgrad.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass der erfasste Durchlassgrad einen Ist-Durchlassgrad (IDG) und einen Soll-Durchlassgrad (SDG) zu jedem von wenigstens zwei der Stellorgane (230) aufweist, und das Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung (SVS) ferner aufweist:
- Ermitteln des Maximums der erfassten Ist-Durchlassgrade (IDG) jedes Stellorgans (230);
- Ermitteln des Maximums der erfassten Soll-Durchlassgrade (SDG) jedes Stellorgans (230); und
- Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung (SVS) gemäß einer Kontrollfunktion (KF), welche wenigstens die beiden ermittelten Maxima als Eingangsparameter aufweist.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der erfasste Durchlassgrad einen Ist-Durchlassgrad (IDG) und einen Soll-Durchlassgrad (SDG) zu wenigstens dem einen Stellorgan (230) aufweist, und das Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung (SVS) ferner aufweist:
- Ermitteln eines Durchlass-Verhältnisses zwischen dem Ist-Durchlassgrad (IDG) zu dem Soll-Durchlassgrad (SDG), wobei bevorzugt das Durchlass- Verhältnis aus dem Ist-Durchlassgrad (IDG) mit dem Soll-Durchlassgrad (SDG) desselben Stellorgans (230) oder verschiedener Stellorgane (230) gebildet wird,
- Vergleichen des ermittelten Durchlass-Verhältnisses mit einem Durchlassverhältnisgrenzwert, und - Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung (SVS) gemäß einer Kontrollfunktion (KF), welche wenigstens das ermittelte Durchlass- Verhältnis als Eingangsparameter aufweist; und bevorzugt wird die Ist-Versorgungsströmung (IVS) zu der Soll- Versorgungsströmung (SVS) kontrolliert, bis das Durchlass-Verhältnis den Durchlassverhältnisgrenzwert nicht mehr überschreitet.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Kontrollieren der Ist-Versorgungsströmung (IVS) aufweist:
- Umwandeln der ermittelten Soll-Versorgungsströmung (SVS) in ein Kontrollsignal (KS), welches mit wenigstens einem Soll-Kontrollparameter der Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) korrespondiert, wobei der Soll- Kontrollparameter bevorzugt eine Soll-Förder-Geschwindigkeit, einen Soll- Förder-Druck, einen elektrischen Eingangsstrom, und/oder eine elektrische Eingangsspannung aufweist; und
- Betreiben der Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) mit dem Soll- Kontrollparameter in Reaktion auf das Kontrollsignal (KS).
11 . Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
12. Kontrollvorrichtung (100) zur Kontrolle einer Betriebsfluid- Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten (211 , 212, 213, 214) eines Strömungspfads (210) eines Brennstoffzellensystems (300) mit einem Betriebsfluid, welches dem Strömungspfad (210) von einer Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) mit einer Ist-Versorgungsströmung (IVS) bereitstellbar ist, gekennzeichnet durch
- ein Erfassungsmodul (101 ) zum Erfassen eines Durchlassgrads wenigstens eines Stellorgans (230), welches stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) in einem der Verzweigungsabschnitte (211 , 212, 213, 214) angeordnet ist und welches hinsichtlich seines Durchlassgrads kontrollierbar ist;
- ein Ermittlungsmodul (102) zum Ermitteln einer Soll-Versorgungsströmung (SVS), mit der das Betriebsfluid an die Verzweigungsabschnitte (211 , 212, 213, 214) bereitzustellen ist, wobei das Ermittlungsmodul (102) ausgebildet ist, basierend auf dem erfassten Durchlassgrad (IDG, SDG) des wenigstens einen Stellorgans (230) die Soll-Versorgungsströmung (SVS) zu ermitteln; und
- ein Kontrollmodul (103) zum Ausgeben eines Kontrollsignals (KS), wobei das Kontrollmodul (103) ausgebildet ist, die Ist-Versorgungsströmung (IVS) als die Betriebsfluid-Versorgungsströmung zu der ermittelte Soll- Versorgungsströmung (SVS) zu kontrollieren.
13. Kontrollsystem (200) zur Kontrolle einer Betriebsfluid- Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten (211 , 212, 213, 214) eines Strömungspfads (210) eines Brennstoffzellensystems (300) mit einem Betriebsfluid, aufweisend
- eine Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) zum Bereitstellen des Betriebsfluids an den Strömungspfad (210) mit einer Ist- Versorgungsströmung (IVS);
- wenigstens ein Stellorgan (230), welches stromabwärts der Betriebsfluid- Fördervorrichtung (220) in einem der Verzweigungsabschnitte (211 , 212, 213, 214) angeordnet ist und welches hinsichtlich seines Durchlassgrads kontrollierbar ist, um eine Ist-Zweig-Versorgungsströmung (IZVS) durch den Verzweigungsabschnitt (211 , 212, 213, 214) entsprechend einer Soll- Zweig-Versorgungsströmung (SZVS) zu kontrollieren; gekennzeichnet durch
- eine Kontrollvorrichtung (100) gemäß Anspruch 12, welche mit der Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) und dem wenigstens einen Stellorgan (230) gekoppelt ist.
14. Kontrollsystem (200) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Stellorgan (230) ein kontrollierbares Ventil ist;
- der Strömungspfad (210) mehrere fluidtechnisch parallele Verzweigungsabschnitte (211 , 212, 213, 214) aufweist, in denen jeweils wenigstens ein Stellorgan (230) vorgesehen ist;
- wenigstens einer der Verzweigungsabschnitte (211 , 212, 213, 214) wenigstens einen stromaufwärts des Stellorgans (230) angeordneten Strömungssensor (240) zur Erfassung der Ist-Zweig-Versorgungsströmung (IZVS) des Betriebsfluids durch den zugehörigen Verzweigungsabschnitt aufweist;
- das Betriebsfluid Umgebungsluft aufweist; und/oder
- die Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) ein kontrollierbarer Luftbläser ist.
15. Brennstoffzellensystem (300), aufweisend
- wenigstens einen Brennstoffzellenstapel (301) mit einer Luftseite (310) und einer Brennstoffseite (320), und
- einen Strömungspfad (210) mit Verzweigungsabschnitten (211 , 212, 213, 214), durch den der Luftseite (310) oder der Brennstoffseite (320) ein Zustrom an Betriebsfluid für den Betrieb des Brennstoffzellenstapels (301 ) bereitgestellt wird, gekennzeichnet durch
- ein Kontrollsystem (200) gemäß Anspruch 13 oder Anspruch 14, welches in dem Brennstoffzellensystem (300) angeordnet ist, eine Betriebsfluid- Versorgungsströmung zur Versorgung der Verzweigungsabschnitte (211 , 212, 213, 214) mit dem Betriebsfluid zu kontrollieren.
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