DE102024107318A1 - Method and device for adjusting a valve in a fuel cell system, vehicle, computer program product and storage medium - Google Patents
Method and device for adjusting a valve in a fuel cell system, vehicle, computer program product and storage mediumInfo
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Abstract
Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß ein Verfahren zum Einstellen eines Ventils (11), aufweisend: Variieren eines elektrischen Ansteuerstroms, mit welchem das Ventil (11) angesteuert wird, Zerlegen des variierenden Ansteuerstroms in einen gemittelten Stromteil und in einen variierenden Stromteil, Ermitteln einer gemittelten Ventilposition basierend auf dem gemittelten Stromteil und Einstellen des Ventils (11) basierend auf der gemittelten Ventilposition. Die Technologie betrifft ferner eine Vorrichtung (10) und ein Computerprogrammprodukt (30) zum Ausführen des Verfahrens sowie ein computerlesbares Speichermedium (40), auf welchem das Computerprogrammprodukt (30) gespeichert ist. The technology disclosed here relates to a method for adjusting a valve (11), comprising: varying an electrical control current with which the valve (11) is controlled, decomposing the varying control current into an averaged current component and a varying current component, determining an averaged valve position based on the averaged current component, and adjusting the valve (11) based on the averaged valve position. The technology further relates to a device (10) and a computer program product (30) for carrying out the method, as well as to a computer-readable storage medium (40) on which the computer program product (30) is stored.
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen eines Ventils in einem Brennstoffzellensystem. Die Technologie betrifft ferner ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung, ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen des Verfahrens sowie ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein solches Computerprogrammprodukt gespeichert ist.The technology disclosed here relates to a method and a device for adjusting a valve in a fuel cell system. The technology further relates to a vehicle having such a device, a computer program product for executing the method, and a computer-readable storage medium on which such a computer program product is stored.
Im Stand der Technik sind verschiedene Systeme und Verfahren bekannt, um die Menge des eingebrachten Brennstoffs in eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems zu bestimmen oder zumindest abzuschätzen. Basierend auf der bestimmten Brennstoffmenge können bevorzugte Betriebszustände bestimmt und/oder eingestellt werden. In bekannten Systemen werden diese Betriebszustände durch Messgrößen wie beispielsweise den Anodendruck in Annäherung berechnet. Zum Durchführen solcher Messungen sind verschiedene, teilweise komplexe und/oder störanfällige Messverfahren bekannt. Hierbei soll insbesondere erreicht werden, dass sich stets ausreichend Brennstoff in der Anode befindet. Zu wenig Brennstoff in der Anode kann zu Schäden ab der Brennstoffzelle führen. Unnötig hohe Wasserstoffmengen in der Anode sollen selbstverständlich auch vermieden werden. Zum Kontrollieren der Brennstoffmenge in der Anode und/oder stromaufwärts der Anode wird in bekannten Brennstoffzellensystemen mindestens ein Injektor/Ejektor mit Proportionalventil verwendet. Die Ansteuerung des Proportionalventils erfolgt bei bekannten Systemen über eine modellfreie oder modellbehaftete Regelung. Hierbei wird eine Druckdifferenz zwischen Soll-Druck und Ist-Druck gebildet. Die Druckdifferenz wird in ein Spannungssignal bzw. Stromsignal übersetzt, mittels welchem ein Hubmagnet angesteuert wird. Der Hubmagnet wird durch eine magnetische Kraft angesteuert, die mit dem Stromsignal korreliert, gegen eine Feder des Proportionalventils im Gleichgewicht gehalten wird und die Ventilöffnung des Proportionalventils verändert. Das Stromsignal bzw. der entsprechende Strom kann durch verschiedene Verfahren und Systeme verändert werden, um die Druckdifferenz zu reduzieren. Kombiniert mit einer Totzeit im System ist die Regelung allerdings schwierig. Bei einer bekannten Ventilöffnung kann anhand einer Ventilstellung des Proportionalventils auf den Massenstrom durch das Proportionalventil geschlossen werden. Durch die Hysterese des magnetisch angesteuerten Proportionalventils ist bei bekannten Systemen jedoch kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Strom und Ventilöffnung möglich. Bei einem vorgegebenen Strom kann die sich ergebene Ventilöffnung relativ stark variieren. Deshalb wird das Regeln des Proportionalventils bei konventionellen Systemen und Verfahren über eine Rückmeldung von Drucksensoren des Brennstoffzellensystems gelöst. Durch die Totzeit und die Hysterese ist die Regelung bei konventionellen Systemen mit PI- oder PID-Reglern nicht ideal und kann zu erhöhten stationären Fehlern und stationär schwingendem Verhalten führen.Various systems and methods are known in the prior art for determining or at least estimating the amount of fuel introduced into a fuel cell of a fuel cell system. Based on the determined fuel quantity, preferred operating conditions can be determined and/or adjusted. In known systems, these operating conditions are approximately calculated using measured variables such as the anode pressure. Various, sometimes complex and/or error-prone, measurement methods are known for performing such measurements. The primary goal here is to ensure that there is always sufficient fuel in the anode. Too little fuel in the anode can lead to damage to the fuel cell. Unnecessarily high hydrogen quantities in the anode should, of course, also be avoided. To control the fuel quantity in the anode and/or upstream of the anode, at least one injector/ejector with a proportional valve is used in known fuel cell systems. In known systems, the proportional valve is controlled via a model-free or model-based control system. A pressure difference is formed between the target pressure and the actual pressure. The pressure difference is translated into a voltage or current signal, which is used to control a solenoid. The solenoid is controlled by a magnetic force that correlates with the current signal, is held in balance against a spring of the proportional valve, and changes the valve opening of the proportional valve. The current signal or the corresponding current can be varied using various methods and systems to reduce the pressure difference. However, when combined with a dead time in the system, control becomes difficult. With a known valve opening, the mass flow through the proportional valve can be determined from the valve position of the proportional valve. However, due to the hysteresis of the magnetically controlled proportional valve, a clear relationship between current and valve opening is not possible in known systems. For a given current, the resulting valve opening can vary relatively significantly. Therefore, in conventional systems and methods, the proportional valve is controlled using feedback from pressure sensors in the fuel cell system. Due to the dead time and hysteresis, the control in conventional systems with PI or PID controllers is not ideal and can lead to increased steady-state errors and steady-state oscillating behavior.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Einstellen eines Ventils, insbesondere eines Ventils in einem Brennstoffzellensystem, zu schaffen.The object of the present invention is to provide improved methods and devices for adjusting a valve, in particular a valve in a fuel cell system.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung, das Fahrzeug, das Computerprogrammprodukt und das computerlesbare Speichermedium gemäß der Nebenansprüche gelöst. Weitere Vorteile der offenbarten Technologie ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, auch im Zusammenhang mit der Vorrichtung, dem Fahrzeug, dem Computerprogrammprodukt, dem Speichermedium und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Aspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird und/oder werden kann.The above object is achieved by the patent claims. In particular, the above object is achieved by the method according to claim 1 and by the device, the vehicle, the computer program product, and the computer-readable storage medium according to the independent claims. Further advantages of the disclosed technology emerge from the dependent claims, the description, and the figures. Features described in connection with the method also apply in connection with the device, the vehicle, the computer program product, the storage medium, and vice versa, so that with regard to the disclosure, reciprocal reference is and/or can always be made to the individual aspects.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Technologie wird ein Verfahren zum Einstellen eines magnetisch ansteuerbaren Ventils vorgeschlagen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Variieren eines elektrischen Ansteuerstroms, mit welchem das Ventil angesteuert wird,
- - Zerlegen des variierenden Ansteuerstroms in einen gemittelten Stromteil und in einen variierenden Stromteil,
- - Ermitteln einer gemittelten Ventilposition basierend auf dem gemittelten Stromteil und
- - Einstellen des Ventils basierend auf der (ermittelten) gemittelten Ventilposition.
- - Varying an electrical control current with which the valve is controlled,
- - Decomposing the varying drive current into an average current part and a varying current part,
- - Determining an average valve position based on the averaged current part and
- - Adjusting the valve based on the (determined) average valve position.
Im Rahmen der vorliegenden Entwicklung wurde erkannt, dass durch ein gezieltes und/oder vordefiniertes Variieren des Ansteuerstroms um einen definierten Stromwert die Hysterese des Ventils umgangen werden kann. Insbesondere kann einem bestimmten Stromwert eine bestimmte gemittelte Ventilposition zugeordnet werden. Das heißt, jedem gemittelten Stromteil können eindeutig eine Ventilposition und/oder ein entsprechender Massenstrom zugeordnet werden. Unter der gemittelten Ventilposition können folglich eine gemittelte Ventilöffnung und/oder ein gemittelter Massenstrom, der aus der gemittelten Ventilposition resultiert, verstanden werden. Basierend auf der ermittelten Ventilposition kann deshalb ein massengesteuertes Einstellen des Ventils, beispielsweise eine massengesteuerte Vorsteuerung des Ventils, durchgeführt werden. Auch kann eine bekannte, modellfreie, druckbasierte Regelung des Ventils verbessert werden. Das Variieren des Ansteuerstroms führt bei der Verwendung des Ventils in und/oder an einem gattungsgemäßen Injektor/Ejektor eines Brennstoffzellensystems beispielsweise zu einem entsprechend variierenden Druckprofil im Anodendruck. In diesem Fall kann das Ventil basierend auf dem gemittelten Stromteil sowie basierend auf einer resultierenden Differenz zwischen einem Solldruck des Anodendrucks und einem Istdruck des Anodendrucks geregelt werden. Das heißt, die resultierenden Druckdifferenzen können zum Regeln und/oder Einstellen des Ventils verwendet werden.Within the scope of the present development, it was recognized that the hysteresis of the valve can be circumvented by a targeted and/or predefined variation of the control current by a defined current value. In particular, a specific averaged valve position can be assigned to a specific current value. This means that each averaged current component can be uniquely assigned a valve position and/or a corresponding mass flow. The averaged valve position can therefore be understood as an averaged valve opening and/or an averaged mass flow resulting from the averaged valve position. Based on the determined valve position, a mass-controlled adjustment of the valve, for example a mass-controlled Pre-control of the valve can also be performed. A known, model-free, pressure-based control of the valve can also be improved. Varying the control current, when the valve is used in and/or on a generic injector/ejector of a fuel cell system, for example, leads to a correspondingly varying pressure profile in the anode pressure. In this case, the valve can be controlled based on the averaged current component and based on a resulting difference between a target anode pressure and an actual anode pressure. This means that the resulting pressure differences can be used to control and/or adjust the valve.
Für modellbasierte Controller und/oder Regel vereinfacht sich durch das vorgeschlagene Verfahren die nicht-lineare Hysterese zu einem linearen oder quasi-linearen Zusammenhang. Das heißt, für das Einstellen des Ventils kann von einem linearen oder quasi-linearen Zusammenhang zwischen Massenfluss und Ventilöffnung ausgegangen werden. Bei hinreichend genauer Ansteuerung des Ventil ist kein Drucksensor für eine Anodengasregelung mehr nötig.For model-based controllers and/or closed-loop control, the proposed method simplifies the nonlinear hysteresis to a linear or quasi-linear relationship. This means that a linear or quasi-linear relationship between mass flow and valve opening can be assumed for valve adjustment. With sufficiently precise valve control, a pressure sensor for anode gas control is no longer necessary.
Unter dem Einstellen des Ventils kann ein Kontrollieren des Ventils verstanden werden. Unter dem Kontrollieren des Ventils kann ein Steuern und/oder Regeln des Ventils verstanden werden. Unter dem Einstellen des Ventils kann folglich ein Verändern und/oder bewusstes Beibehalten einer Ventilstellung verstanden werden. Unter dem Verändern einer Ventilstellung kann verstanden werden, dass die Relativposition eines Kontrollmittels des Ventils, beispielsweise die Relativposition eines Ventilstößels und/oder eines Ventiltellers, verändert wird oder bewusst unverändert bleibt. Durch ein Verändern der Relativposition des Kontrollmittels kann die Ventilöffnung bzw. ein Ventilöffnungsquerschnitt vergrößert oder verkleinert werden. Das Ventil kann in einen vollständig geöffneten Zustand, in einen vollständig geschlossenen Zustand und/oder in Öffnungszustände dazwischen eingestellt werden.Adjusting the valve can be understood as controlling the valve. Controlling the valve can be understood as controlling and/or regulating the valve. Adjusting the valve can therefore be understood as changing and/or deliberately maintaining a valve position. Changing a valve position can be understood as changing the relative position of a control means of the valve, for example the relative position of a valve tappet and/or a valve disk, or deliberately leaving it unchanged. By changing the relative position of the control means, the valve opening or a valve opening cross-section can be increased or decreased. The valve can be set to a fully open state, a fully closed state and/or opening states in between.
Unter dem Ventil kann ein Proportionalventil, beispielsweise ein magnetisch betreibbares Proportionalventil, verstanden werden. Das Ventil kann als Bestandteil eines Injektor/Ejektors verstanden werden. Das Verfahren kann demnach als Verfahren zum Einstellen eines Ventils eines Injektor/Ejektors ausgeführt werden. Das Ventil kann ein Ventilgehäuse, ein Ventilvolumen, eine Ventilöffnung und ein verstellbares Kontrollmittel zum Freigeben und Sperren der Ventilöffnung aufweisen. Unter dem Einstellen des Ventils kann ein Einstellen des Kontrollmittels verstanden werden, um den Öffnungsquerschnitt der Ventilöffnung zu verändern oder gezielt unverändert zu lassen.The valve can be understood as a proportional valve, for example, a magnetically operated proportional valve. The valve can be understood as a component of an injector/ejector. The method can therefore be implemented as a method for adjusting a valve of an injector/ejector. The valve can have a valve housing, a valve volume, a valve opening, and an adjustable control means for opening and closing the valve opening. Adjusting the valve can be understood as adjusting the control means in order to change the opening cross-section of the valve opening or to deliberately leave it unchanged.
Unter dem Ermitteln der gemittelten Ventilposition kann ein Berechnen der gemittelten Ventilposition verstanden werden. Unter der gemittelten Ventilposition kann ein Mittelwert verstanden werden, der einer Ventilposition entspricht. Unter der gemittelten Ventilposition kann demnach eine Ventilposition verstanden werden, die einem Mittelwert entspricht, der basierend auf mehreren ermittelten Ventilpositionswerten gebildet wird oder wurde. Unter dem gemittelten Stromteil kann auf analoge Weise ein Mittelwert verstanden werden, der einem Stromteil und/oder Stromwert entspricht.Determining the average valve position can be understood as calculating the average valve position. The average valve position can be understood as an average value corresponding to a valve position. The average valve position can therefore be understood as a valve position that corresponds to an average value that is or was calculated based on several determined valve position values. Analogously, the average current component can be understood as an average value that corresponds to a current component and/or current value.
Unter dem Variieren kann ein mehrfaches Verändern über die Zeit verstanden werden. Unter dem Variieren des elektrischen Ansteuerstroms kann verstanden werden, dass der Ansteuerstrom während einer Betriebszeit mit einer vordefinierten Häufigkeit und/oder Frequenz verändert wird. Hierbei wird der Ansteuerstrom in zwei Stromteile, den gemittelten Stromteil und den variierenden Stromteil, zerlegt. Unter dem gemittelten Stromteil kann ein gemittelter stationärer Stromteil verstanden werden, der sich, abhängig von der Regelung und/oder Einstellung des Ventils, über die Zeit verändern kann. Das Zerlegen kann mittels Reynoldscher Zerlegung durchgeführt werden. Unter dem gemittelten und/oder stationären Strom kann der steuernde Strom
Unter dem Ermitteln der gemittelten Ventilposition basierend auf dem gemittelten Stromteil kann verstanden werden, dass die gemittelte Ventilposition unter Verwendung des gemittelten Stromteils sowie unter Verwendung von möglichen weiteren Werten, Parametern und/oder Faktoren ermittelt und/oder berechnet werden kann. Unter dem elektrischen Ansteuerstrom kann der Strom verstanden werden, der zum Ansteuern und somit zum Einstellen des Ventils verwendet werden kann.Determining the average valve position based on the average current component can be understood as meaning that the average valve position can be determined and/or calculated using the average current component as well as possible additional values, parameters, and/or factors. The electrical control current can be understood as the current that can be used to control and thus adjust the valve.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Technologie ist es möglich, dass der elektrische Ansteuerstrom periodisch variiert wird. Das heißt, der Ansteuerstrom wird über eine Variationszeit kontinuierlich und/oder gleichmäßig verändert. Unter einer gleichmäßigen Veränderung kann eine Veränderung mit einem gleichmäßig linear oder nichtlinear abnehmenden Veränderungswert verstanden werden. Auf diese Weise kann die gemittelte Ventilposition besonders einfach und zuverlässig dem ermittelten gemittelten Stromteil zugeordnet werden. Unter der Variationszeit kann eine Zeit verstanden werden, in welcher das Ventil betrieben wird und/oder in welcher das System, in welchem sich das Ventil befindet, betrieben wird.According to an advantageous embodiment of the present technology, it is possible for the electrical drive current to be varied periodically. This means that the drive current is changed continuously and/or uniformly over a variation time. A uniform change can be understood as a change with a uniformly linear or non-linearly decreasing change value. In this way, the averaged valve position can be assigned particularly easily and reliably to the determined averaged current component. The variation time can be understood as the time during which the valve is operated and/or during which the system in which the valve is located is operated.
Die Amplitude für den variierenden Stromteil kann während einer Variationszeit, in welcher der Ansteuerstrom variiert wird, kontinuierlich verringert wird. Das heißt, der variierende Stromteil kann zunächst beispielsweise auf eine hohe Amplitude eingestellt werden, die über die Zeit abklingt bzw. verringert wird. Auf diese Weise können mögliche Nachteile bezüglich einer dauerhaft schwingenden Ansteuerung vermieden werden. Darunter, dass die Amplitude während der Variationszeit verringert wird, kann verstanden werden, dass die Amplitude gleichmäßig oder ungleichmäßig, über die ganze Variationszeit oder nur über einen Teil der Variationszeit, verringert wird.The amplitude of the varying current component can be continuously reduced during a variation time in which the drive current is varied. This means that the varying current component can initially be set to a high amplitude, for example, which decays or is reduced over time. In this way, potential disadvantages associated with a permanently oscillating drive can be avoided. Reducing the amplitude during the variation time can mean reducing the amplitude evenly or unevenly, over the entire variation time or only over part of the variation time.
Weiterhin ist es möglich, dass der Ansteuerstrom bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren mit einem Wert in einem Bereich zwischen 1 mA und 100 mA variiert wird. Das heißt, bei jeder Variation und/oder Veränderung des Ansteuerstromwertes kann dieser mit einem Wert verändert werden, der in einem Bereich zwischen 1 mA und 100 mA, zwischen 10 mA und 50 mA, beispielsweise bei ca. 30 mA, liegt. So kann der Ansteuerstrom beispielsweise kontinuierlich um 30 mA verringert werden, bis der Ansteuerstrom einen vordefinierten unteren Grenzwert aufweist. Es hat sich gezeigt, dass die gesuchte Ventilposition basierend auf einer solchen Veränderung ausreichend genau ermittelt werden kann, ohne dass sich funktionale Nachteile während des Betriebs des Ventils ergeben. Unter dem Variieren des Ansteuerstroms mit einem Wert von beispielsweise 10 mA kann verstanden werden, dass der Ansteuerstrom über die Zeit mehrfach um jeweils 10 mA verändert wird. Das Verändern bzw. Variieren muss jedoch nicht immer mit dem gleichen Veränderungswert durchgeführt werden. So kann der Ansteuerstrom bei einer ersten Veränderung beispielsweise um 50 mA, bei einer zweiten Veränderung um 40 mA, bei einer dritten Veränderung um 30 mA, etc. verändert werden.Furthermore, it is possible for the control current to be varied with a value in a range between 1 mA and 100 mA in the method proposed here. This means that with each variation and/or change in the control current value, it can be changed by a value that lies in a range between 1 mA and 100 mA, between 10 mA and 50 mA, for example, at approximately 30 mA. For example, the control current can be continuously reduced by 30 mA until the control current reaches a predefined lower limit. It has been shown that the desired valve position can be determined with sufficient accuracy based on such a change without any functional disadvantages arising during valve operation. Varying the control current with a value of, for example, 10 mA can be understood to mean that the control current is changed several times over time by 10 mA each time. However, the change or variation does not always have to be carried out with the same change value. For example, the drive current can be changed by 50 mA in a first change, by 40 mA in a second change, by 30 mA in a third change, etc.
Darüber hinaus ist es bei dem hier beschriebenen Verfahren möglich, dass der Ansteuerstrom mit einer Frequenz in einem Bereich zwischen 0,1 Hz und 10 Hz variiert wird. Mit einer solchen Änderungsfrequenz kann die Ventilposition hinreichend genau ermittelt werden. Das Variieren kann mit einer Frequenz in einem Bereich zwischen 0,2 Hz und 5 Hz oder in einem Bereich zwischen 0,5 Hz und 2 Hz durchgeführt werden. Unter dem Variieren des Ansteuerstrom mit beispielsweise 2 Hz kann verstanden werden, dass der Ansteuerstrom zwei Mal pro Sekunde verändert wird.Furthermore, the method described here allows the control current to be varied at a frequency in a range between 0.1 Hz and 10 Hz. With such a change frequency, the valve position can be determined with sufficient accuracy. The variation can be performed at a frequency in a range between 0.2 Hz and 5 Hz or in a range between 0.5 Hz and 2 Hz. Varying the control current at, for example, 2 Hz can be understood as changing the control current twice per second.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung mit einem Ventil vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung konfiguriert ist, die folgenden Schritte auszuführen:
- - Variieren eines elektrischen Ansteuerstroms, mit welchem das Ventil angesteuert wird,
- - Zerlegen des variierenden Ansteuerstroms in einen gemittelten Stromteil und in einen variierenden Stromteil,
- - Ermitteln einer gemittelten Ventilposition basierend auf dem gemittelten Stromteil und
- - Einstellen des Ventils basierend auf der (ermittelten) gemittelten Ventilposition.
- - Varying an electrical control current with which the valve is controlled,
- - Decomposing the varying drive current into an average current part and a varying current part,
- - Determining an average valve position based on the averaged current part and
- - Adjusting the valve based on the (determined) average valve position.
Die Vorrichtung kann ferner konfiguriert sein, das Ventil gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahren einzustellen. Damit bringt die Vorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das Verfahren beschrieben worden sind.The device can further be configured to adjust the valve according to the methods described above. Thus, the device provides the same advantages as those described in detail with reference to the method.
Die Vorrichtung kann als Brennstoffzellensystem oder als Teil eines Brennstoffzellensystems konfiguriert sein. Das Brennstoffzellensystem kann als PEM-Brennstoffzellensystem konfiguriert sein. Das Brennstoffzellensystem kann eine Brennstoffzelle mit einer Anode und einer Kathode, einen Anodengaszuführpfad und mindestens einen Injektor/Ejektor aufweisen. Der Injektor/Ejektor kann zum Zuführen von Anodengas zur Anode durch den Anodengaszuführpfad konfiguriert sein, wobei das Ventil als Teil des Injektor/Ejektors und/oder am Injektor/Ejektor ausgestaltet sein kann. Das Ventil kann als Proportionalventil konfiguriert sein. Die Vorrichtung und/oder das Brennstoffzellensystem können ein Brennstoffversorgungssystem, insbesondere ein Wasserstoffversorgungssystem, und ein Luftzuführsystemaufweisen, wobei das Ventil als Bestandteil des Brennstoffversorgungssystems konfiguriert sein kann.The device can be configured as a fuel cell system or as part of a fuel cell system. The fuel cell system can be configured as a PEM fuel cell system. The fuel cell system can comprise a fuel cell with an anode and a cathode, an anode gas supply path, and at least one injector/ejector. The injector/ejector can be configured to supply anode gas to the anode through the anode gas supply path, wherein the valve can be configured as part of the injector/ejector and/or on the injector/ejector. The valve can be configured as a proportional valve. The device and/or the fuel cell system can comprise a fuel supply system, in particular a hydrogen supply system, and an air supply system, wherein the valve can be configured as a component of the fuel supply system.
Die Vorrichtung und/oder das Brennstoffzellensystem sind vorzugsweise für mobile Anwendungen wie Fahrzeuge, insbesondere zur Bereitstellung von elektrischer Energie für wenigstens eine Antriebsmaschine des Fahrzeugs, konfiguriert. Unter der Brennstoffzelle können wenigstens eine Brennstoffzelle und/oder ein Brennstoffzellenstapel mit mehreren Brennstoffzellen verstanden werden. In ihrer einfachsten Form ist die Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme erzeugt. Die Anode und die Kathode können durch einen ionenselektiven bzw. ionenpermeablen Separator voneinander getrennt sein. Zum Ausführen des Verfahrens kann die Vorrichtung einen Controller, eine ECU und/oder eine entsprechend geeignete Ermittlungs- und/oder Recheneinheit, beispielsweise als Teil wenigstens eines Computers und/oder wenigstens eines Fahrzeugsteuergerätes, aufweisen.The device and/or the fuel cell system are preferably configured for mobile applications such as vehicles, in particular for providing electrical energy for at least one drive motor of the vehicle. The fuel cell can be understood as at least one fuel cell and/or a fuel cell stack with several fuel cells. In its simplest form, the fuel cell is an electrochemical energy converter that converts fuel and oxidant into reaction products, thereby generating electricity and heat. The anode and the cathode can be connected by an ion selective or ion-permeable separator. To carry out the method, the device can comprise a controller, an ECU, and/or a correspondingly suitable detection and/or computing unit, for example as part of at least one computer and/or at least one vehicle control unit.
Ein weiterer Aspekt der vorgeschlagenen Technologie betrifft ein Fahrzeug mit einer wie vorstehend beschriebenen Vorrichtung, die zur elektrischen Energieerzeugung im Fahrzeug konfiguriert ist. Das Fahrzeug kann wenigstens eine Antriebsmaschine, beispielsweise einen Elektromotor, zum Antreiben des Fahrzeugs aufweisen. Die Vorrichtung kann zur Stromversorgung des wenigstens einen Elektromotors konfiguriert sein. Damit bringt auch das Fahrzeug die vorstehend genannten Vorteile mit sich. Unter dem Fahrzeug können ein Kraftfahrzeug wie ein motorbetriebenes Zweirad, ein PKW und ein LKW verstanden werden. Unter dem Fahrzeug können ferner ein Straßenfahrzeug, ein Luftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Schienenfahrzeug ein Raumfahrzeug sowie ein Roboter verstanden werden. Unter dem Fahrzeug können außerdem ein reines Elektrofahrzeug und ein Hybrid-Elektrofahrzeug, das zusätzlich zu dem wenigstens einen Elektromotor einen Verbrennungsmotor für den Antrieb des Fahrzeugs aufweist, verstanden werden. Unter dem Fahrzeug kann ein sogenanntes FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) verstanden werden.A further aspect of the proposed technology relates to a vehicle with a device as described above, which is configured to generate electrical energy in the vehicle. The vehicle can have at least one drive machine, for example an electric motor, for driving the vehicle. The device can be configured to supply power to the at least one electric motor. The vehicle thus also offers the advantages mentioned above. The term "vehicle" can be understood to mean a motor vehicle such as a motor-driven two-wheeler, a passenger car, and a truck. The term "vehicle" can also be understood to mean a road vehicle, an aircraft, a watercraft, a rail vehicle, a spacecraft, and a robot. The term "vehicle" can also be understood to mean a purely electric vehicle and a hybrid electric vehicle, which, in addition to the at least one electric motor, has an internal combustion engine for driving the vehicle. The term "vehicle" can be understood to mean a so-called FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle).
Darüber hinaus umfasst die hier offenbarte Technologie ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares, insbesondere nichtflüchtiges Speichermedium, auf welchem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist. Damit bringen das Computerprogrammprodukt und das computerlesbare Speichermedium ebenfalls die vorstehend beschriebenen Vorteile mit sich. Das Computerprogrammprodukt kann Befehle umfassen, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch einen Computer, beispielsweise ein Steuergerät des Fahrzeugs, diesen veranlassen, in einem wie vorstehend beschriebenen Fahrzeug das hier beschriebene Verfahren auszuführen. Unter dem computerlesbaren Speichermedium kann ein Steuergerät, beispielsweise ein Fahrzeugsteuergerät, mit dem darin installierten Computerprogrammprodukt verstanden werden.Furthermore, the technology disclosed here comprises a computer program product and a computer-readable, in particular non-volatile, storage medium on which the computer program product is stored. Thus, the computer program product and the computer-readable storage medium also provide the advantages described above. The computer program product can include instructions that, when the computer program product is executed by a computer, for example, a vehicle control unit, cause the computer to execute the method described here in a vehicle as described above. The computer-readable storage medium can be understood as a control unit, for example, a vehicle control unit, with the computer program product installed therein.
Das Computerprogrammprodukt kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache und/oder Maschinensprache wie beispielsweise in JAVA, C++, C# und/oder Python implementiert sein. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbaren Speichermedium wie einer Datendisk, einem Wechsellaufwerk, einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher, oder einem eingebauten Speicher/Prozessor abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer und andere programmierbare Geräte wie ein Steuergerät derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogrammprodukt in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden und/oder sein, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann. Das Computerprogrammprodukt kann sowohl mittels einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, das heißt in Hardware oder in beliebig hybrider Form, das heißt mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden und/oder sein.The computer program product can be implemented as computer-readable instruction code in any suitable programming language and/or machine language, such as JAVA, C++, C#, and/or Python. The computer program product can be stored on a computer-readable storage medium, such as a data disk, a removable drive, a volatile or non-volatile memory, or a built-in memory/processor. The instruction code can program a computer and other programmable devices, such as a control unit, to perform the desired functions. Furthermore, the computer program product can be provided on a network, such as the Internet, from which it can be downloaded by a user as needed. The computer program product can be implemented using software, one or more special electronic circuits, i.e., in hardware, or in any hybrid form, i.e., using software components and hardware components.
Weitere Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen wesentlich sein.Further measures will become apparent from the following description of various exemplary embodiments, which are schematically illustrated in the figures. All features and/or advantages arising from the claims, the description, or the figures, including structural details and spatial arrangements, may be significant both individually and in various combinations.
Es zeigen jeweils schematisch:
-
1 einen Injektor/Ejektor mit einem Ventil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie, -
2 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie, -
3 ein Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie, -
4 ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie. -
5 ein computerlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogrammprodukt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie und -
6 ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
-
1 an injector/ejector with a valve according to an embodiment of the present technology, -
2 a device according to an embodiment of the present technology, -
3 a diagram for explaining a method according to an embodiment of the present technology, -
4 a flowchart for explaining a method according to an embodiment of the present technology. -
5 a computer-readable storage medium having a computer program product stored thereon according to an embodiment of the present technology and -
6 a vehicle having a device according to an embodiment of the present technology.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are provided with the same reference symbols in the figures.
Das Ventil 11 ist als magnetisch betreibbares Proportionalventil ausgestaltet. Wie mit Blick auf
Bei dem dargestellten Verfahren wird die Amplitude für den variierenden Stromteil I'(t) während einer Variationszeit, in welcher der Ansteuerstrom variiert wird, kontinuierlich verringert. Zu Beginn wird der Ansteuerstrom wird mit einem Wert von 50 mA und einer Frequenz von 1Hz variiert und wird daraufhin kontinuierlich bis auf einen vordefinierten Stromwert verringert.In the method presented, the amplitude for the varying current component I'(t) is continuously reduced during a variation time in which the drive current is varied. Initially, the drive current is varied at a value of 50 mA and a frequency of 1 Hz and is then continuously reduced to a predefined current value.
In
Die hier offenbarte Technologie lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. Das heißt, die Technologie soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden.The technology disclosed here allows for further design principles in addition to the embodiments shown. This means that the technology should not be considered limited to the embodiments explained with reference to the figures.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Vorrichtungdevice
- 1111
- Ventilvalve
- 1212
- Brennstoffzellefuel cell
- 1313
- Anodeanode
- 1414
- Kathodecathode
- 1616
- Injektor/EjektorInjector/Ejector
- 1717
- SpülventilFlush valve
- 1818
- WasserabscheiderWater separator
- 1919
- KontrollmittelControl means
- 2020
- Ventilstößelvalve tappet
- 2121
- Ventiltellervalve plate
- 2222
- Ventilsitzvalve seat
- 2323
- VentilvolumenValve volume
- 2424
- BrenngaszuführpfadFuel gas supply path
- 2525
- AnodengaszuführpfadAnode gas supply path
- 2626
- ProzessgasauslasspfadProcess gas outlet path
- 2727
- RezirkulationspfadRecirculation path
- 2828
- AbgaspfadExhaust path
- 2929
- EjektorauslassflächeEjector outlet area
- 3030
- Computerprogrammproduktcomputer program product
- 4040
- SpeichermediumStorage medium
- 5050
- Elektromotorelectric motor
- 6060
- Druckbehälterpressure vessel
- 7070
- ControllerController
- 100100
- Fahrzeugvehicle
Claims (10)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102024107318.7A DE102024107318A1 (en) | 2024-03-14 | 2024-03-14 | Method and device for adjusting a valve in a fuel cell system, vehicle, computer program product and storage medium |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family
ID=96879611
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| DE (1) | DE102024107318A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011086917A1 (en) * | 2011-06-09 | 2012-12-13 | Hyundai Motor Company | Apparatus for controlling the hydrogen supply of a fuel cell system and method of controlling the same |
| EP2674533A1 (en) * | 2012-06-12 | 2013-12-18 | HAWE Hydraulik SE | Electro-hydraulic control system |
| DE102017210479A1 (en) * | 2017-06-22 | 2018-12-27 | Robert Bosch Gmbh | Valve control with freely definable dither signal |
-
2024
- 2024-03-14 DE DE102024107318.7A patent/DE102024107318A1/en active Pending
Patent Citations (3)
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