用于控制燃料电池系统能量管理的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于使向至少一个耗电器（71、73）供给电功率的燃料电池系统（50）运行的方法，其中，燃料电池系统（50）包括至少一个燃料电池（11）以及用于供给燃料电池（11）的至少一个附件（12）。依据本发明专利技术，确定燃料电池系统（50）的效率（21）并在燃料电池系统（50）的效率（21）低于断开-极限效率（23）的情况下短暂断开燃料电池（11）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制燃料电池系统能量管理的方法
本专利技术涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于使向至少一个耗电器供给电功率的燃料电池系统运行的方法。本专利技术此外涉及按权利要求12所述的这种方法在汽车上的应用。
技术介绍
燃料电池早已公知并特别是近年来在汽车工业领域获得显著意义。燃料电池基于化学作用产生电能，其中，燃料电池基于这种工作原理，即分子和离子相互电化学反应并由此产生电子流。在此所放出的电子然后作为电流输送通过耗电器。燃料电池因此是一种能量转换器。通过输送燃料，例如像氢，向燃料电池提供用于产生电流的能量并通过燃料与氧化剂的化学反应转换成电能。为了使燃料电池运行，必须的是，向反应过程连续输入各原材料（分离物）并连续输出反应产物。这些任务和例如向阴极和阳极供给空气等类似任务由所谓的附件得以确保，属于这些附件的例如有泵、压缩机、真空泵、阀门和控制单元。燃料电池和为其供给的附件称为燃料电池系统。附件经常也是耗电器。由于在燃料电池的功率降低时，附件的耗电降低至比燃料电池所产生的功率少的程度，因此在系统负载低时，燃料电池系统的系统效率相对于燃料电池的效率降低。这一点导致燃料消耗增加或在汽车上导致油耗增加，因为缺少的能量必须通过发电机，例如汽车的发电机提供。为解决这一问题，现有技术中公开了各种各样的方案。德国专利DE10261418A1中介绍了燃料电池与蓄电池组和耗电器的电路连接，其中，通过相对于系统其余部分接通和断开燃料电池和蓄电池组来实现系统效率的改进。德国专利DE10202611C1介绍了一种方法，该方法控制如何和以何种顺序使燃料电池系统的组件相互电路连接。对实施该方法的系统条件未做详细介绍。德国专利DE10056429A1同样公开了燃料电池的接通和断开。在此以现存的供给介质为标准进行接通和断开——通过燃料电池系统所达到的效率不起作用。同样视为公开的是在未达到预定的运行负载时断开燃料电池的方案。这种方案思路的基础是，在运行负载低时，系统效率如此低，以致断开燃料电池是合理的。但是，所公开的这些解决方案具有各种各样的缺点。尤其有问题的是，在静态选择的断开点上断开燃料电池。这导致当由于运行条件，如发电机波动或环境条件，附件所需功率大于燃料电池所产生的功率时，该燃料电池仍有可能未被断开。US2003/194586A1andUS2002/162694A1各描述了一般的燃料电池系统。就此主题，EP2001070A1可被提及为其他现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种用于使燃料电池系统运行的方法，该方法更好地考虑燃料电池的实际运行条件。这一目的通过按照权利要求1所述的方法以及按照权利要求12所述的这种方法在汽车上的应用得以实现。本专利技术的有利实施例构成从属权利要求的主题。本专利技术的第一构思在于，确定燃料电池系统的效率并在低于特定的断开-极限效率的情况下断开燃料电池。在一种优选的方案中，同时储存在断开时间点上短暂存在的运行负载以及不同的系统状态，例如像温度和压力。当在考虑到那时占主导的系统状态时运行负载超过接通-最大负载值时，有利地重新接通燃料电池。这里本专利技术意义上的“短暂”是指暂时断开燃料电池。这意味着，燃料电池断开，而燃料电池系统本身则继续运行或至少保持在该系统可以非常迅速地再次恢复运行的状态下。本专利技术因此不涉及燃料电池系统的最终断开，而是涉及燃料电池系统向“待命（Stand-by）”状态的转换。为确定燃料电池系统的效率，有利地使输送到燃料电池的能量与通过燃料电池系统所提供的作为有效功率（可用功率）的能量成比例。所输送的能量已知时，作为有效功率所提供的能量可以要么直接测量，要么通过确定附件的能耗并从输送到燃料电池的能量中减去附件的能耗来计算得到。有利地进行电断开燃料电池，也就是将电池与电源分离。但是，同样可以其他方式例如通过停止燃料输送并因此通过结束化学反应来断开燃料电池。在本实施例中提出燃料电池系统包括利用阳极再循环输送装置环绕燃料电池阳极的阳极废气再循环，其中，在断开燃料电池时保持或减少通过阳极再循环输送装置输送的体积流，但不断开。因为向燃料电池供给氢或与之对比的适合于在燃料电池内发电的气体典型地比较复杂，所以在短暂断开燃料电池时完全断开阳极再循环输送装置意义不大。可以仅断开氢的输送。如果气体在再循环输送装置内继续循环，典型地以下降的体积流率循环运动，那么，一旦达到接通-运行负载值就可以非常迅速和有效地重新启动燃料电池，这是因为至少最低量的氢存在于阳极的整个区域内并可以与然后重新输送在阴极端上的空气一起立刻转换成电。有利地，在超过接通-运行负载值的情况下重新接通燃料电池。为此，例如可以储存运行负载值——在该处断开燃料电池。但是，同样可以设想接通-运行负载值是静态的。在另一种优选的实施例中，断开-极限效率和/或接通-运行负载值随系统状态而改变。燃料电池的功率并因此燃料电池系统的效率取决于不同的系统状态，例如像温度或压力。为使用尽可能最佳的极限值，因此有利地可以使断开-极限效率和/或接通-运行负载值与各自占主导的系统状态适配。为此，然后存在分析工具——其利用传感器、运行和状态信息能够识别相关的系统状态。优选地，通过所谓的Polling（周期性询问）获得传感器、运行和状态信息。但是，等效的还有使用Interrupt-Request（中断要求）或递归结构。数据然后可以任意的数据结构，例如字段（数据组）、列表或方框图储存。有利地，这种数据结构直接在所使用的特定系统内例如汽车上制作。系统运行越长，数据收集就变得越大。这样做的优点是，所储存的数据来自该个性化的系统并相应准确。但是，为此，也可以在准备阶段为示例性燃料电池系统测量或计算数据并作为现成的列表储存在系统内。此外，有利地观测可用的蓄能器的充电状态。例如，可以在蓄电池组水平比较低时，降低断开-极限效率和/或接通-运行负载值。在依据本专利技术方法的另一有利实施例中，断开-极限效率和/或接通-运行负载值根据耗电器的状态而改变。因此，用于燃料电池的两个开关阈值不仅可以在燃料电池系统的内部进行适配，而且可选地或附加地受到燃料电池系统外部的影响。此方面的例子是耗电器本身相应的运行状态，从而能相应迅速地对耗电器的变化做出反应，以便，除了确定效率外，在最佳时刻实现燃料电池的接通或断开。此外，在依据本专利技术的方法的另一非常有利实施例中提出，耗电器实施为电动机，其中，断开-极限效率和/或接通-运行负载值根据电动机所驱动的系统的状态而改变。不仅本身作为耗电器的电动机，而且附加地或甚至可选地，由该电动机所驱动的系统的参数也可以用于影响用于燃料电池的两个开关阈值。由此可以非常早和有效地达到对燃料电池的未来要求的识别，例如在汽车中通过评估其汽车控制器。因此除了用于效率优化，同时还可以实施启动/停止系统，该系统相对早地识别燃料电池已进入效率较差的范围内并可以断开，例如在汽车的速度降到零的情况下，这典型适用于例如交通灯处的短暂停止。同样可以通过相应降低接通-运行负载值来非常早地对启动做出反应，特别是如例如通过例如松开汽车的制动踏板和/或操作汽车的加速踏板。依据本专利技术的方法因此可以理想的方式通过公知的启动/停止系统来实施或被扩展成那种系统/方法。优选地，通过将燃料电池与系统其余部分电分离来关闭燃料电池。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.30 DE 102010018907.31.用于使向至少一个耗电器(71、73)供给电功率的燃料电池系统(50)运行的方法，所述燃料电池系统(50)包括至少一个燃料电池(11)以及用于供给燃料电池(11)的至少一个附件，其中，确定燃料电池系统(50)的效率(21)，如果燃料电池系统(50)的效率(21)低于断开-极限效率(23)，那么短暂断开燃料电池(11)，其特征在于，所述燃料电池系统(50)包括利用阳极再循环输送装置(55)绕燃料电池(11)阳极(51)再循环阳极废气，其中，在断开燃料电池(11)时保持或减少通过阳极再循环输送装置(55)所输送的体积流，但不断开，在断开燃料电池(11)时通过降低用于供给空气的空气压缩机的转速来减少向燃料电池(11)的空气供给，但不完全停止所述空气压缩机，在燃料电池系统的运行负载超过接通-运行负载值的情况下重新接通燃料电池(11)，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·奥滕里特，
申请(专利权)人：戴姆勒股份公司，
类型：
国别省市：