DE102022200319A1 - Method for operating a fuel cell system, control unit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1), umfassend einen Brennstoffzellenstapel (2), der an einen Kühlkreis (3) mit integrierter Kühlmittelpumpe (4) angeschlossen ist. Erfindungsgemäß wird beim Starten des Brennstoffzellensystems (1) die Kühlmittelpumpe (4) mit einer initialen Startdrehzahl (nini) betrieben, die in Abhängigkeit von einer aktuell gemessenen und/oder modellierten Temperatur (Tini), vorzugsweise der Kühlmitteltemperatur, gewählt wird.Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät für ein Brennstoffzellensystem (1).The invention relates to a method for operating a fuel cell system (1), comprising a fuel cell stack (2) which is connected to a cooling circuit (3) with an integrated coolant pump (4). According to the invention, when the fuel cell system (1) is started, the coolant pump (4) is operated at an initial starting speed (nini), which is selected as a function of a currently measured and/or modeled temperature (Tini), preferably the coolant temperature a control unit for a fuel cell system (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, umfassend einen Brennstoffzellenstapel, der an einen Kühlkreis mit integrierter Kühlmittelpumpe angeschlossen ist. Das Verfahren ist insbesondere zum Betreiben von Brennstoffzellensystemen in mobilen Anwendungen geeignet.The invention relates to a method for operating a fuel cell system, comprising a fuel cell stack which is connected to a cooling circuit with an integrated coolant pump. The method is particularly suitable for operating fuel cell systems in mobile applications.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, Schritte des Verfahrens auszuführen.In addition, the invention relates to a control device that is set up to carry out steps of the method.
Stand der TechnikState of the art
Eine Brennstoffzelle wandelt einen Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, und Sauerstoff in elektrische Energie, Wärme und Wasser. Zur Steigerung der Leistung werden in der Regel eine Vielzahl an Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel, dem sogenannten „Stack“, verbunden und über den Brennstoffzellenstapel durchziehende Versorgungskanäle mit den Reaktionsgasen versorgt. Die bei dem elektrochemischen Prozess in den Brennstoffzellen anfallende Wärme wird mit Hilfe eines Kühlkreises und einem hierin integrierten Kühler - in mobilen Anwendungen in der Regel der Fahrzeugkühler - an die Umgebung abgeführt. Weiterer Bestandteil des Kühlkreises ist eine Kühlmittelpumpe, die im Betrieb des Brennstoffzellensystems das Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel durchziehende Kühlmittelversorgungskanäle pumpt. Zur Umgehung des Kühlers kann in den Kühlkreis ein Wegeventil integriert sein. Eine Umgehung des Kühlers kann beispielsweise im Startfall von Vorteil sein. Denn im Startfall, insbesondere bei Umgebungstemperaturen unter 0°C, soll der Brennstoffzellenstapel so schnell wie möglich aufgeheizt werden, um Wasser- und/oder Eisansammlungen zu vermeiden, die den Start verzögern oder sogar verhindern könnten. A fuel cell converts a fuel, such as hydrogen, and oxygen into electrical energy, heat, and water. To increase the output, a large number of fuel cells are usually connected to form a fuel cell stack, the so-called "stack", and supplied with the reaction gases via supply channels running through the fuel cell stack. The heat generated during the electrochemical process in the fuel cells is dissipated to the environment with the help of a cooling circuit and a cooler integrated into it - in mobile applications usually the vehicle cooler. A further component of the cooling circuit is a coolant pump which, during operation of the fuel cell system, pumps the coolant through the coolant supply channels running through the fuel cell stack. A directional control valve can be integrated into the cooling circuit to bypass the cooler. Bypassing the radiator can be advantageous, for example, when starting. This is because when starting, in particular at ambient temperatures below 0° C., the fuel cell stack should be heated up as quickly as possible in order to avoid accumulations of water and/or ice, which could delay or even prevent the start.
Die Vereisungsgefahr ist allerdings erst gebannt, wenn das Kühlmittel vor dem Eintritt in den Brennstoffzellenstapel sicher über 0°C aufgewärmt worden ist.However, the danger of icing is only averted if the coolant has been safely warmed above 0°C before it enters the fuel cell stack.
Beim Starten des Brennstoffzellensystems muss der Kühlmittelmassenstrom durch den Brennstoffzellenstapel zum einen hoch genug sein, um lokale Temperaturspitzen, sogenannte „Hot Spots“, zu vermeiden. Zum anderen muss der Kühlmittelmassenstrom niedrig genug sein, um eine zu hohe Temperaturabsenkung und ggf. Vereisung bei Eintritt in den Brennstoffzellenstapel zu verhindern. Die Regelung des Kühlmittelmassenstroms erfolgt dabei über die Drehzahl der Kühlmittelpumpe.When starting the fuel cell system, the coolant mass flow through the fuel cell stack must be high enough to avoid local temperature peaks, so-called "hot spots". On the other hand, the coolant mass flow must be low enough to prevent the temperature from dropping too much and possibly icing up when entering the fuel cell stack. The coolant mass flow is controlled via the speed of the coolant pump.
Insbesondere bei einem Gefriertstart ist die initiale Startdrehzahl der Kühlmittelpumpe nur unzureichend definiert. Die Erfindung versucht hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere soll die Erfindung die Ermittlung einer möglichst optimalen Startdrehzahl der Kühlmittelpumpe ermöglichen, und zwar bevor das System in einen geregelten Betrieb übergeht.In the case of a freeze start in particular, the initial starting speed of the coolant pump is not sufficiently defined. The invention tries to remedy this. In particular, the invention is intended to make it possible to determine the optimum possible starting speed of the coolant pump, specifically before the system switches to regulated operation.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird das Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen.To solve the problem, the method with the features of claim 1 is specified. Advantageous developments of the method can be found in the dependent claims. Furthermore, the control device with the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, das einen Brennstoffzellenstapel umfasst, der an einen Kühlkreis mit integrierter Kühlmittelpumpe angeschlossen ist. Erfindungsgemäß wird beim Starten des Brennstoffzellensystems die Kühlmittelpumpe mit einer initialen Startdrehzahl betrieben, die in Abhängigkeit von einer aktuell gemessenen und/oder modellierten Temperatur, vorzugsweise der Kühlmitteltemperatur, gewählt wird.A method is proposed for operating a fuel cell system that includes a fuel cell stack that is connected to a cooling circuit with an integrated coolant pump. According to the invention, when the fuel cell system is started, the coolant pump is operated at an initial starting speed, which is selected as a function of a currently measured and/or modeled temperature, preferably the coolant temperature.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird demnach die initiale Startdrehzahl der Kühlmittelpumpe temperaturabhängig variiert. Da von der Temperatur die Viskosität des Kühlmittels abhängt, findet diese bei der Einstellung der Startdrehzahl Berücksichtigung. Dies ist von Bedeutung, da die Viskosität des Kühlmittels den Kühlmittelmassenstrom durch den Brennstoffzellenstapel sowie die Druckdifferenz über den Brennstoffzellenstapel beeinflusst. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens kann demnach die Startdrehzahl der Kühlmittelpumpe so eingestellt werden, dass eine vorab definierte initiale Druckdifferenz erreicht wird.In the proposed method, the initial starting speed of the coolant pump is therefore varied depending on the temperature. Since the viscosity of the coolant depends on the temperature, this is taken into account when setting the starting speed. This is important because the viscosity of the coolant affects the coolant mass flow through the fuel cell stack as well as the pressure differential across the fuel cell stack. With the help of the proposed method, the starting speed of the coolant pump can therefore be set in such a way that a previously defined initial pressure difference is reached.
Bei einer gegebenen Temperatur korreliert die Druckdifferenz mit dem Kühlmittelmassenstrom. Der erforderliche Kühlmittelmassenstrom kann ebenfalls temperaturabhängig sein, wird aber die Temperaturabhängigkeit der zu erreichenden initialen Druckdifferenz nur in Sonderfällen exakt kompensieren. Eine exakte Einstellung des erforderlichen Kühlmittelmassenstroms beim Starten des Brennstoffzellensystems ist mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens nicht möglich, es hilft jedoch größere Abweichungen zu vermeiden.At a given temperature, the pressure difference correlates with the coolant mass flow. The required coolant mass flow can also depend on the temperature, but will only exactly compensate for the temperature dependence of the initial pressure difference to be achieved in special cases. An exact setting of the required coolant mass flow when starting the fuel cell system is not possible using the proposed method, but it helps to avoid major deviations.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird vorzugsweise die initiale Startdrehzahl aus mindestens zwei unterschiedlichen initialen Startdrehzahlen gewählt, die jeweils einer bestimmten Temperatur zugeordnet sind. Die Zuordnung ermöglicht eine erste Festlegung der initialen Startdrehzahl der Kühlmittelpumpe. Ist diese ungenau, so dass die vorab definierte initiale Druckdifferenz nicht erreicht wird, kann die Startdrehzahl adaptiert werden.When carrying out the method, the initial starting speed is preferably selected from at least two different initial starting speeds, each of which is associated with a specific temperature. The assignment enables the initial starting speed of the coolant pump to be determined first. If this is inaccurate, so the advance defined initial pressure difference is not reached, the starting speed can be adapted.
Bevorzugt wird eine höhere initiale Startdrehzahl gewählt wird, je niedriger die aktuell gemessene und/oder modellierte Temperatur ist. Denn je niedriger die Temperatur ist, desto höher ist die Viskosität des Kühlmittels. Das heißt, dass nur mit einer höheren Startdrehzahl die erforderliche Druckdifferenz und/oder der erforderliche Kühlmittelmassenstrom erreichbar ist bzw. sind.A higher initial starting speed is preferably selected, the lower the currently measured and/or modeled temperature is. Because the lower the temperature, the higher the viscosity of the coolant. This means that the required pressure difference and/or the required coolant mass flow can only be achieved with a higher starting speed.
Ferner bevorzugt werden ein Temperaturbereich, beispielsweise -40°C bis +60°C, sowie innerhalb des Temperaturbereichs, beispielsweise in Inkrementen von 5 Kelvin, liegende Temperaturen festgelegt, denen jeweils eine Startdrehzahl zugeordnet ist. Auf diese Weise kann die initiale Startdrehzahl sofort ermittelt werden.Furthermore, a temperature range, for example -40° C. to +60° C., and temperatures within the temperature range, for example in increments of 5 Kelvin, are preferably defined, each of which is assigned a starting speed. In this way, the initial starting speed can be determined immediately.
Zur Optimierung der initialen Startdrehzahl wird vorgeschlagen, dass die gewählte initiale Startdrehzahl adaptiert wird, wenn eine initiale Druckdifferenz des Kühlmitteldrucks über dem Brennstoffzellenstapel gemessen wird, die von einer der Temperatur zugeordneten initialen Druckdifferenz abweicht. Bevorzugt ist daher den Temperaturen eines vorab bestimmten Temperaturbereichs nicht nur eine initiale Startdrehzahl, sondern ferner eine initiale Druckdifferenz zugeordnet. Anhand dieser kann dann überprüft werden kann, ob die Startdrehzahl zu dem gewünschten Ergebnis führt oder ggf. einer Adaption bedarf.In order to optimize the initial starting speed, it is proposed that the selected initial starting speed be adapted if an initial pressure difference of the coolant pressure across the fuel cell stack is measured, which deviates from an initial pressure difference associated with the temperature. Therefore, the temperatures of a previously determined temperature range are preferably assigned not only an initial starting speed, but also an initial pressure difference. This can then be used to check whether the starting speed leads to the desired result or whether an adaptation is required.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die gewählte initiale Startdrehzahl adaptiert wird, wenn eine initiale Druckdifferenz des Kühlmitteldrucks über dem Brennstoffzellenstapel gemessen wird, die außerhalb eines zulässigen Druckdifferenzbereichs liegt, der durch einen vorgegebenen Maximalwert und einen vorgegebenen Minimalwert definiert wird. Die Adaption der Startdrehzahl kann in diesem Fall auf grobe Abweichungen der gemessenen initialen Druckdifferenz von der zu erreichenden initialen Druckdifferenz beschränkt werden. In den übrigen Fällen wird die gewählte initiale Startdrehzahl beibehalten.Alternatively or additionally, it is proposed that the selected initial starting speed is adapted if an initial pressure difference of the coolant pressure across the fuel cell stack is measured, which lies outside a permissible pressure difference range that is defined by a predetermined maximum value and a predetermined minimum value. In this case, the adaptation of the starting speed can be limited to gross deviations of the measured initial pressure difference from the initial pressure difference to be achieved. In the other cases, the selected initial start speed is retained.
Bevorzugt wird bei Überschreiten des vorgegebenen Maximalwerts die Startdrehzahl der Kühlmittelpumpe reduziert, wobei vorzugsweise die Reduzierung in Schritten vorgenommen wird.When the predetermined maximum value is exceeded, the starting speed of the coolant pump is preferably reduced, with the reduction preferably being carried out in steps.
Des Weiteren bevorzugt wird bei Unterschreiten des vorgegebenen Minimalwerts die Startdrehzahl der Kühlmittelpumpe erhöht, wobei vorzugsweise die Erhöhung in Schritten vorgenommen wird.Furthermore, when the value falls below the predefined minimum value, the starting speed of the coolant pump is preferably increased, with the increase preferably being carried out in steps.
Vorteilhafterweise wird die initiale Startdrehzahl der Kühlmittelpumpe mit Hilfe eines Steuergeräts gewählt, in dem mindestens zwei Startdrehzahlen hinterlegt sind, die jeweils einer bestimmten Temperatur zugeordnet sind. Das Verfahren kann auf diese Weise automatisiert werden. Dies setzt jedoch voraus, dass die Kühlmittelpumpe über das Steuergerät ansteuerbar ist. Ferner ist dem Steuergerät eine aktuell gemessene oder modellierte Temperatur, insbesondere Kühlmitteltemperatur, zur Verfügung zu stellen.The initial starting speed of the coolant pump is advantageously selected with the aid of a control unit in which at least two starting speeds are stored, each of which is associated with a specific temperature. The process can be automated in this way. However, this assumes that the coolant pump can be controlled via the control unit. Furthermore, a currently measured or modeled temperature, in particular coolant temperature, is to be made available to the control unit.
Mit Hilfe des Steuergeräts kann zudem die initiale Startdrehzahl adaptiert werden. Hierzu können im Steuergerät mindestens zwei initiale Druckdifferenzen hinterlegt sein, die jeweils einer bestimmten Temperatur zugeordnet sind. Alternativ oder ergänzend können im Steuergerät ein Maximalwert und ein Minimalwert zur Definition eines zulässigen Druckdifferenzbereichs abgelegt sein. Liegt die gemessene initiale Druckdifferenz außerhalb des zulässigen Druckdifferenzbereichs, wird mit Hilfe des Steuergeräts die initiale Startdrehzahl adaptiert. In diesem Fall muss nicht auf jede Abweichung mit einer Adaption der Startdrehzahl reagiert werden.With the help of the control unit, the initial starting speed can also be adapted. For this purpose, at least two initial pressure differences can be stored in the control unit, each of which is assigned to a specific temperature. As an alternative or in addition, a maximum value and a minimum value can be stored in the control unit to define a permissible pressure difference range. If the measured initial pressure difference is outside the permissible pressure difference range, the initial starting speed is adapted with the help of the control unit. In this case, it is not necessary to respond to every deviation by adapting the starting speed.
Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens kann initial, das heißt im gesteuerten Betrieb, noch bevor das Brennstoffzellensystem in den geregelten Betrieb übergeht, eine möglichst optimale Startdrehzahl der Kühlmittelpumpe festgelegt werden. Nach einer gewissen Zeit, das heißt im geregelten Betrieb, können dann die Temperaturen des Kühlmittels im Eintrittsbereich in den Brennstoffzellenstapel und im Austrittsbereich aus dem Brennstoffzellenstapel verwendet werden, um die Pumpendrehzahl einzuregeln.With the help of the proposed method, a starting speed of the coolant pump that is as optimal as possible can be defined initially, that is to say in controlled operation, even before the fuel cell system changes over to regulated operation. After a certain time, ie in controlled operation, the temperatures of the coolant in the area where the fuel cell stack enters and in the area where it exits the fuel cell stack can then be used to regulate the pump speed.
Darüber hinaus wird ein Steuergerät für ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Insbesondere kann in dem Steuergerät mindestens ein Temperaturwert und eine dem Temperaturwert zugeordnete Startdrehzahl hinterlegt sein. Mit Hilfe des Steuergeräts kann dann die initiale Startdrehzahl der Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von einer aktuell gemessenen und/oder modellierten Temperatur gewählt werden.In addition, a control unit for a fuel cell system is proposed. The control unit is set up to carry out steps of a method according to the invention. In particular, at least one temperature value and a starting speed assigned to the temperature value can be stored in the control unit. The initial starting speed of the coolant pump can then be selected with the aid of the control unit as a function of a currently measured and/or modeled temperature.
Ferner kann im Steuergerät mindestens eine der Temperatur zugeordnete initiale Druckdifferenz hinterlegt sein, die es zu erreichen gilt. Im Falle einer Abweichung kann dann die Startdrehzahl entsprechend adaptiert werden.Furthermore, at least one initial pressure difference, which is assigned to the temperature and which has to be reached, can be stored in the control unit. In the event of a deviation, the starting speed can then be adapted accordingly.
Des Weiteren kann im Steuergerät ein zulässiger Druckdifferenzbereich hinterlegt sein, der durch einen Maximalwert und einen Minimalwert definiert wird. Liegt die gemessene Druckdifferenz außerhalb dieses Bereichs kann durch Adaption der Startdrehzahl eine Korrektur vorgenommen werden.Furthermore, a permissible pressure difference range, which is defined by a maximum value and a minimum value, can be stored in the control unit. If the measured pressure difference is outside This range can be corrected by adapting the starting speed.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines mobilen Brennstoffzellensystems, das zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, -
2 ein Diagramm zur graphischen Darstellung des Kühlmittelmassenstroms ṁ über der Druckdifferenz Δp bei unterschiedlichen Temperaturen T, -
3 ein Diagramm zur graphischen Darstellung der Druckdifferenz Δp des Kühlmittels über der Drehzahl der Kühlmittelpumpe bei unterschiedlichen Temperaturen T, -
4 ein Diagramm zur graphischen Darstellung der Viskosität η über der Temperatur T des Kühlmittels und -
5 ein Blockschaltbild zur Darstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic representation of a mobile fuel cell system that is suitable for carrying out a method according to the invention, -
2 a diagram for the graphical representation of the coolant mass flow ṁ over the pressure difference Δp at different temperatures T, -
3 a diagram for the graphical representation of the pressure difference Δp of the coolant over the speed of the coolant pump at different temperatures T, -
4 a diagram for the graphical representation of the viscosity η over the temperature T of the coolant and -
5 a block diagram to show the sequence of a method according to the invention.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Das in der
Der von der Anode 2.1 benötigte Wasserstoff wird in einem Tank 9 bevorratet, der über ein Absperrventil 10 absperrbar ist. Da sich Wasserstoff bei der Entnahme aus dem Tank 9 erwärmt, ist stromabwärts des Absperrventils 10 ein Wärmetauscher 11 zur Temperierung vorgesehen. Auf den Wärmetauscher 11 folgt ein Druckregler 12, mit dessen Hilfe der Druck im Anodenkreis 14 regelbar ist. Da aus dem Brennstoffzellenstapel 2 austretendes Anodengas noch Wasserstoff enthält, wird es rezirkuliert. Die Rezirkulation wird vorliegend passiv mit Hilfe einer Strahlpumpe 13 sowie aktiv mit Hilfe eines Gebläses 15 bewirkt. Da rezirkuliertes Anodengas flüssiges Wasser enthalten kann, ist ein Wasserabscheider 16 vorgesehen, der flüssiges Wasser aus dem Anodengas abscheidet und in einem Behälter 17 sammelt. Bei vollem Behälter 17 wird ein Drainventil 18 geöffnet und der Behälter 17 geleert. Rezirkuliertes Anodengas reichert sich über die Zeit zudem mit Stickstoff an, das von der Kathodenseite auf die Anodenseite diffundiert. Zum Ausleiten des stickstoffhalteigen Anodengases ist ein Purgeventil 19 vorgesehen, das hierzu von Zeit zu Zeit geöffnet wird. Die über das Purgeventil 19 ausgeleitete Gasmenge wird durch Wasserstoff aus dem Tank 9 ersetzt.The hydrogen required by the anode 2.1 is stored in a
Die von der Kathode 2.2 benötigte Luft wird der Umgebung entnommen und über einen Zuluftpfad 20 mit integriertem Luftfilter 21 einem Luftverdichter 22 zugeführt. Da sich die Luft beim Verdichten erwärmt, ist stromabwärts des Luftverdichters 22 ein Wärmetauscher 23 vorgesehen, der die Luft abkühlt. Die aus dem Brennstoffzellenstapel 2 austretende Abluft wird über einen Abluftpfad 25 mit integriertem Absperrventil 24 wieder an die Umgebung abgeführt. Darüber hinaus ist ein Bypasspfad 26 mit einem hierin angeordneten Bypassventil 27 zur Umgehung des Brennstoffzellenstapels 2 vorgesehen.The air required by the cathode 2.2 is taken from the environment and fed to an
Im Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 erzeugt der Brennstoffzellenstapel 2 neben elektrischer Energie auch Wärme. Zum Abführen der Wärme ist der Brennstoffzellenstapel 2 an einen Kühlkreis 3 mit integrierter Kühlmittelpumpe 4 angeschlossen. Die Kühlmittelpumpe 4 wird mit Hilfe eines Elektromotors 5 angetrieben. Das Kühlmittel des Kühlkreises 3 gibt die beim Durchströmen des Brennstoffzellenstapels 3 aufgenommene Wärme an einen Kühler 6 ab, wobei es sich vorliegend um einen Fahrzeugkühler handelt. Zur Umgehung des Kühlers 6 ist ein Kühler-Bypass 7 vorgesehen, der über ein Wegeventil 8 geöffnet wird.During operation of the fuel cell system 1, the fuel cell stack 2 also generates heat in addition to electrical energy. The fuel cell stack 2 is connected to a
Beim Starten des Brennstoffzellensystems 1 muss eine initiale Startdrehzahl nini der Kühlmittelpumpe 4 festgelegt werden. Diese ist so zu wählen, dass der Kühlmittelmassenstrom ṁ ausreichend hoch ist, um sogenannte „Hot Spots“ zu vermeiden. Zugleich sollte sie nicht zu hoch sein, um - insbesondere bei einem Gefriertstart - eine Vereisung des Brennstoffzellenstapels 2 zu vermeiden. Das Verhalten des Kühlmittels ist dabei stark temperaturabhängig.When starting the fuel cell system 1, an initial starting speed n ini of the coolant pump 4 must be specified. This should be selected so that the coolant mass flow ṁ is sufficiently high to avoid so-called "hot spots". At the same time, it should not be too high in order to avoid icing of the fuel cell stack 2--particularly in the case of a freeze start. The behavior of the coolant is strongly dependent on the temperature.
Die
Bei der Festlegung der initialen Startdrehzahl nini wird erfindungsgemäß eine Temperatur Tini, insbesondere die Kühlmitteltemperatur, berücksichtigt. Die Temperatur Tini kann gemessen oder modelliert werden. Die Temperatur Tini wird einem Steuergerät zur Verfügung gestellt, in dem mehrere Startdrehzahlen nini hinterlegt sind, die jeweils einer bestimmten Temperatur Tini zugeordnet sind. Eine mögliche Zuordnung zeigt beispielhaft die nachfolgende Tabelle:
Führt die initiale Startdrehzahl nini nicht zu einer bestimmten Druckdifferenz Δpini des Kühlmittels über den Brennstoffzellenstapel 2, kann die Startdrehzahl nini adaptiert werden. Hierzu kann die tatsächliche Druckdifferenz Δpini,mess gemessen und mit einer der Temperatur Tini zugeordneten Druckdifferenz Δpini verglichen werden. Eine mögliche Zuordnung zeigt die nachfolgende Tabelle:
Wird die der Temperatur Tini zugeordnete Druckdifferenz Δpini nicht erreicht, kann die Startdrehzahl nini entsprechend angepasst bzw. adaptiert werden.If the pressure difference Δp ini assigned to the temperature T ini is not reached, the starting speed n ini can be adjusted or adapted accordingly.
Alternativ oder ergänzend kann ein Druckdifferenzbereich vorgegeben werden, der durch einen Maximalwert Δpini,max sowie einen Minimalwert Δpini,min begrenzt wird. Liegt die tatsächlich gemessene Druckdifferenz Δpini,mess außerhalb dieses Bereichs, kann ebenfalls die Startdrehzahl nini adaptiert werden.Alternatively or additionally, a pressure difference range can be specified, which is limited by a maximum value Δp ini,max and a minimum value Δp ini,min . If the actually measured pressure difference Δp ini,mess is outside of this range, the starting speed n ini can also be adapted.
Ein Verfahren zur Adaption der Startdrehzahl nini über einen vorab definierten Druckdifferenzbereich wird nachfolgend anhand der
In Schritt S1 wird mit Starten des Brennstoffzellensystems 1 eine initiale Startdrehzahl nini der Kühlmittelpumpe 4 in Abhängigkeit von einer Temperatur Tini gewählt. In Schritt S2 wird dann die tatsächliche Druckdifferenz Δpini,mess des Kühlmittels über dem Brennstoffzellenstapel 2 ermittelt. Liegt die Druckdifferenz Δpini,mess außerhalb eines definierten Druckdifferenzbereichs, der durch einen Maximalwert Δpini,max sowie einen Minimalwert Δpini,min vorgegeben ist, wird die Startdrehzahl nini adaptiert. In Schritt S3 wird geprüft, ob Δpini,mess > Δpini,max ist. Sofern dies bejaht wird („+“), wird in Schritt S4 die Startdrehzahl nini reduziert. Wird dies verneint, wird in Schritt S5 geprüft, ob Δpini,mess < Δpini,min liegt. Sofern dies bejaht wird („+“), wird in Schritt 6 die Startdrehzahl nini erhöht. Wird jedoch in Schritt S2 festgestellt, dass die Druckdifferenz Δpini,mess innerhalb des definierten Druckdifferenzbereichs liegt, so dass Δpini,min < Δpini,mess < Δpini,max gilt, kann in Schritt S7 die initiale Startdrehzahl nini beibehalten werden.In step S1, when the fuel cell system 1 is started, an initial starting speed n ini of the coolant pump 4 is selected as a function of a temperature T ini . In step S2, the actual pressure difference Δp ini,mess of the coolant across the fuel cell stack 2 is determined. If the pressure difference Δp ini,mess is outside a defined pressure difference range, which is specified by a maximum value Δp ini,max and a minimum value Δp ini,min , the starting speed n ini is adapted. In step S3 it is checked whether Δp ini,mess > Δp ini,max . If the answer is yes ("+"), the starting speed n ini is reduced in step S4. If the answer is no, in step S5 it is checked whether Δp ini,mess <Δp ini,min . If the answer is yes ("+"), in
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