-
Stand der Technik
-
Die Druckschrift
US 2011/0076576 A1 beschreibt bereits ein Verfahren zu einem Betrieb einer Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere einer Hochtemperaturbrennstoffzellenvorrichtung, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt zumindest eine Leistungskenngröße der Brennstoffzellenvorrichtung einer Last folgend gesteuert wird.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zu einem Betrieb einer Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere einer Hochtemperaturbrennstoffzellenvorrichtung, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt zumindest eine Leistungskenngröße der Brennstoffzellenvorrichtung einer Last folgend gesteuert wird.
-
Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem regulären Betriebszustand der Brennstoffzellenvorrichtung ein zumindest im Wesentlichen unmodifizierter Leistungsbedarf der Last als Führungsgröße für eine Anpassung der Leistungskenngröße verwendet wird. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Brennstoffzelleneinheit zu einer Erzeugung einer elektrischen Leistung. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung Zusatzelemente zu einem Betrieb der Brennstoffzelleneinheit, wie beispielsweise eine Brennstoffzufuhrleitung, eine Oxidanszufuhrleitung, eine Abgasleitung, eine Rezirkulationsleitung, ein Förderelement zu einer Förderung des Brennstoffs, des Oxidans und/oder des Abgases, einen Nachbrenner, einen Reformer, einen Wärmeübertrager zu einer Abgaswärmerückgewinnung, einen elektrischen Startheizer und/oder weitere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Zusatzelemente zu einem Betrieb zumindest einer Brennstoffzelleneinheit, insbesondere einer Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Steuereinheit zu einer Steuerung oder Regelung des Betriebs der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere mittels der Zusatzelemente.
-
Unter einer „Brennstoffzelleneinheit“ soll insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, einer Brennstoffzelle verstanden werden. Insbesondere kann die Brennstoffzelleneinheit auch die gesamte Brennstoffzelle, einen Stack aus Brennstoffzellen und/oder einen Verbund mehrerer Stacks aus Brennstoffzellen umfassen. Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit als Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit mit zumindest einer Hochtemperaturbrennstoffzelle, insbesondere zumindest einer Festoxidbrennstoffzelle und/oder einer Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle, ausgebildet. Es ist auch denkbar, dass die Brennstoffzellenvorrichtung mehrere Brennstoffzelleneinheiten mit Brennstoffzellen unterschiedlichen Typs umfasst. Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit dazu vorgesehen, einen Brennstoff unter Zuführung eines Oxidans in einem elektrochemischen Prozess zu einer elektrischen Energiegewinnung zu verwerten. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell eingerichtet, speziell programmiert, speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
-
Insbesondere umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Leistungsauskopplungseinheit zu einer Bereitstellung einer durch die Brennstoffzelleneinheit erzeugten elektrischen Leistung. Insbesondere gibt die Leistungsauskopplungseinheit in zumindest einem Verfahrensschritt ein Leistungssignal aus, insbesondere zu einer Aufnahme der erzeugten elektrischen Leistung durch die Last. Vorzugsweise beschreibt oder charakterisiert die Leistungskenngröße der Brennstoffzellenvorrichtung das Leistungssignal und/oder eine von der Brennstoffzelleneinheit bereitgestellte Leistung. Sofern zwischen der Leistungskenngröße für das Leistungssignal und der Leistungskenngröße für die von der Brennstoffzelleneinheit bereitgestellte Leistung unterschieden wird, wird die Leistungskenngröße für das Leistungssignal als Signalleistungsgröße und die Leistungskenngröße für die von der Brennstoffzelleneinheit bereitgestellte Leistung als Gesamtleistungsgröße bezeichnet. Insbesondere ist ein Wert der Gesamtleistungsgröße stets größer oder, insbesondere bis auf ungewollte Verluste, gleich einem Wert der Signalleistungsgröße. Darüber hinaus ist es denkbar, dass ein Teil der Gesamtleistungsgröße zu einem Eigenverbrauch durch die Brennstoffzellenvorrichtung, beispielsweise zum Betrieb eines Förderelements, aufgewandt wird.
-
Vorzugsweise ist die Leistungskenngröße als elektrische Leistung, als Stromstärke, als Effektivwert einer Stromstärke, als Amplitude einer Stromstärke oder dergleichen ausgebildet. Vorzugsweise umfasst die Leistungsauskopplungseinheit zumindest ein Leistungskontrollelement zu einer Einstellung der Leistungskenngröße. Insbesondere wird gleichzeitig oder nachgelagert zu einer Anpassung der Signalleistungsgröße die Gesamtleistungsgröße angepasst. Beispielsweise ist das Leistungskontrollelement als einstellbarer Stromteiler oder als einstellbarer elektrischer Widerstand ausgebildet.
-
Unter der „Last folgend“ soll insbesondere von einem elektrischen Leistungsbedarf der Last abhängig verstanden werden. Insbesondere wird die Leistungskenngröße angepasst, um den elektrischen Leistungsbedarf der Last zu decken. Die Last kann als einzelner Verbraucher oder als mehrere in einem Leistungsverteilungsnetzwerk zusammengeschlossene Verbraucher ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass das Leistungsverteilungsnetzwerk weitere Leistungserzeuger aufweist. Insbesondere wird in zumindest einem Verfahrensschritt ein Leistungsbedarf der Last ermittelt, beispielsweise mittels einer Sensoreinheit der Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Messung eines Spannungsabfalls an der Last oder an einem Energiepuffer der Brennstoffzellenvorrichtung. Vorzugsweise wird eine Laständerung überwacht, insbesondere mittels der Steuereinheit. Vorzugsweise soll „Laständerung“ als Kurzform für eine Änderung des Leistungsbedarfs der Last verstanden werden. Beispielsweise wird zu einer Ermittlung des Leistungsbedarfs der Last, insbesondere einer Laständerung, ein Spannungsabfall über der Last gemessen. Vorzugsweise wird anhand des ermittelten Leistungsbedarfs und/oder der ermittelten Laständerung die Leistungskenngröße eingestellt. Insbesondere wird die Leistungskenngröße zu einer Deckung des Leistungsbedarfs der Last nach und/oder während einer Laständerung eingestellt.
-
Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt ein Betriebszustand der Brennstoffzellenvorrichtung ermittelt, insbesondere mittels der Steuereinheit. Insbesondere ist eine Anpassung der Leistungskenngröße abhängig von dem ermittelten Betriebszustand. Vorzugsweise wird zu einer Ermittlung des Betriebszustands zumindest ein Betriebsparameter einer Prüfgruppe von Betriebsparameter der Brennstoffzellenvorrichtung ermittelt, insbesondere mittels der Steuereinheit. Es ist auch denkbar, dass die Prüfgruppe genau einen Betriebsparameter umfasst. Vorzugsweise umfasst die Prüfgruppe zumindest einen Verwertungsparameter der Brennstoffzelleneinheit als Betriebsparameter. Unter einem „Verwertungsparameter der Brennstoffzelleneinheit“ soll insbesondere eine Größe oder Kennzahl verstanden werden, die die elektrochemische Verwertung durch die Brennstoffzelleneinheit beschreibt oder charakterisiert. Beispielweise wird als Verwertungsparameter ein Brennstoffnutzungsgrad, ein Oxidans-Brennstoff-Verhältnis und/oder eine Zellspannung ermittelt. Beispielsweise umfasst die Prüfgruppe als Betriebsparameter, insbesondere zusätzlich, eine Stacktemperatur der Brennstoffzelleneinheit. Insbesondere werden Betriebsparameter, insbesondere die Betriebsparameter der Prüfgruppe, gemessen und/oder, insbesondere von der Steuereinheit, aus einem mathematischen Modell der Brennstoffzellenvorrichtung abgeleitet, insbesondere anhand von zumindest einer aktuellen Einstellung der Steuereinheit, anhand von einem protokollierten Betriebsverlauf der Brennstoffzellenvorrichtung und/oder anhand von einem bereits ermittelten oder anderweitig bekannten weiteren Betriebsparameter der Brennstoffzellenvorrichtung. Weitere Betriebsparameter umfassen insbesondere Versorgungs- und Einstellungsparameter, beispielsweise einen Brennstoffvolumenstrom, einen Oxidansvolumenstrom, eine Rezirkulationsrate oder dergleichen. Vorzugsweise werden die Betriebsparameter der Prüfgruppe mit einem jeweiligen Sollwertbereich verglichen, insbesondere mittels der Steuereinheit. Insbesondere kann der Sollwertbereich durch einen zulässigen Maximalwert und/oder zulässigen Minimalwert festgelegt sein oder durch einen theoretischen Idealwert und eine zulässige symmetrische oder asymmetrische Abweichung. Unter einem „regulären“ Betriebszustand soll insbesondere ein Betriebszustand verstanden werden, bei welchem der Wert jedes ermittelten Betriebsparameters der Prüfgruppe innerhalb des jeweiligen Sollwertbereichs liegt. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, einen regulären Betriebszustand aufrecht zu erhalten oder zu erreichen. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, die Leistungskenngröße anzupassen, um einen regulären Betriebszustand aufrecht zu erhalten oder zu erreichen.
-
Vorzugsweise wird die Leistungskenngröße, insbesondere die Signalleistungsgröße, in Abhängigkeit von einem Leistungsbedarf der Last gesteuert oder geregelt. Insbesondere dient der ermittelte Leistungsbedarf der Last als Führungsgröße für die Leistungskenngröße, insbesondere die Signalleistungsgröße. Insbesondere verarbeitet die Steuereinheit den ermittelten Leistungsbedarf zu einer Steuerung der Leistungskenngröße, insbesondere der Signalleistungsgröße, beispielsweise über eine Steuerung des Leistungskontrollelements. Insbesondere gibt die Leistungsauskopplungseinheit ein Leistungssignal aus, das zumindest im Wesentlichen dem Leistungsbedarf der Last entspricht. Unter „unmodifiziert“ soll insbesondere frei von einem einen zeitlichen Werteverlauf anpassenden Eingriff der Steuereinheit verstanden werden. Insbesondere ist ein zeitlicher Werteverlauf der Leistungskenngröße, insbesondere der Signalleistungsgröße, proportional zu einem zeitlichen Werteverlauf des Leistungsbedarfs, insbesondere über einen vollständigen vorgesehenen Wertebereich für die Leistungskenngröße, insbesondere der Signalleistungsgröße. Insbesondere entspricht eine Anpassungsrate der Leistungskenngröße, insbesondere der Signalleistungsgröße, einer Laständerungsrate. Beispiele für einen zeitlichen Werteverlauf anpassenden Eingriff sind eine Beschränkung eines Maximalwerts, eine Beschränkung eines Minimalwerts, eine Beschränkung einer Anpassungsrate, eine Frequenzfilterung, insbesondere Glättung, eine Bildung eines gleitenden Durchschnitts oder dergleichen. Beispiele die als ein einen zeitlichen Werteverlauf erhaltenden Eingriff gelten sollen, umfassen eine Umrechnung in eine andere Größe oder Kennzahl, insbesondere zu einem direkten Vergleich mit der Leistungskenngröße, eine konstante Zeitverzögerung, eine Invertierung, eine Diskretisierung, insbesondere Digitalisierung, eine Umwandlung in eine Stellgröße zu einer Ansteuerung des Leistungskontrollelements oder dergleichen. Es ist denkbar, dass die Leistungskenngröße und/oder eine Anpassungsrate der Leistungskenngröße durch absolute Grenzwerte beschränkt sind, die insbesondere durch die verwendeten technischen Bauteile, parasitäre Impedanzen, eine endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit von Signalen und dergleichen gegeben sind. Unter „im Wesentlichen unmodifiziert“ soll insbesondere verstanden werden, dass die Leistungskenngröße, insbesondere die Signalleistungsgröße, zumindest in Zeitintervallen proportional zu dem Leistungsbedarf der Last gesteuert wird. Insbesondere ist eine Summe aller Zeitintervalle größer als 50 %, vorzugsweise größer als 75 %, besonders bevorzugt größer als 90 %, einer Gesamtdauer des regulären Betriebszustands. Darüber hinaus ist es denkbar, dass ein zeitlicher Werteverlauf der Leistungskenngröße, insbesondere der Signalleistungsgröße, und ein zeitlicher Werteverlauf des Leistungsbedarfs zeitverzögert zueinander proportional sind.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Anpassung der Leistungskenngröße, insbesondere der Signalleistungsgröße, in Abhängigkeit von einem Leistungsbedarf der Last vorteilhaft schnell erfolgen. Insbesondere kann ein Energiespeicher der Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Pufferung einer Laständerung vorteilhaft vermieden werden und/oder mit einer vorteilhaft kleinen Speicherkapazität ausgestaltet werden.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt bei einer Laständerung eine Leistungsumverteilung innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung durchgeführt wird. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung einen Leistungspuffer. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt der Leistungspuffer mit von der Brennstoffzelleneinheit erzeugter Leistung versorgt. Insbesondere ist der Leistungspuffer dazu vorgesehen, Leistung von der Brennstoffzelleneinheit umzusetzen. Beispielsweise ist der Leistungspuffer als elektrischer Heizer ausgebildet. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt die Last mit von der Brennstoffzelleneinheit erzeugter Leistung versorgt. Vorzugsweise werden in zumindest einem Verfahrensschritt die Last und der Leistungspuffer gleichzeitig mit von der Brennstoffzelleneinheit erzeugter Leistung versorgt. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt nach und/oder während einer Laständerung Leistung zwischen dem Leistungspuffer und der Last umverteilt, insbesondere mittels der Steuereinheit. Insbesondere wird bei einem fallenden Leistungsbedarf der Last die Signalleistungsgröße gesenkt und eine Nutzrate des Leistungspuffers erhöht, insbesondere mittels der Steuereinheit. Insbesondere wird bei einem ansteigenden Lastbedarf die Signalleistungsgröße erhöht und eine Nutzrate des Leistungspuffers gesenkt, insbesondere mittels der Steuereinheit. Vorzugsweise wird bei einer Über- oder Unterschreitung eines Toleranzwerts für die Nutzrate des Leistungspuffers die Gesamtleistungsgröße der Brennstoffzelleneinheit angepasst. Insbesondere wird die Gesamtleistungsgröße an den Leistungsbedarf der Last zusätzlich zu einer Sollnutzrate des Leistungspuffers angepasst. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft schnell auf eine Laständerung reagiert werden. Insbesondere kann die Signalleistungsgröße vorteilhaft schnell angepasst werden. Insbesondere kann eine Verwendung von seltenen, toxischen und/oder umweltschädlichen Materialen für einen Energiepuffer vorteilhaft gering gehalten werden. Insbesondere kann eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einem vorteilhaft großen Modulationsbereich bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine Gesamtleistungsgröße der Brennstoffzelleneinheit gegenüber kurzzeitigen und/oder kleinen Schwankungen des Leistungsbedarfs vorteilhaft konstant gehalten werden.
-
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Sollnutzrate eines Leistungspuffers der Brennstoffzellenvorrichtung im Zuge einer Laständerung angepasst wird. Vorzugsweise wird die Sollnutzrate des Leistungspuffers abhängig von einer Reaktionszeit der Brennstoffzellenvorrichtung auf eine Laständerung von der Steuereinheit festgelegt. Vorzugsweise wird, insbesondere nach einer Leistungsumverteilung, die Sollnutzrate in Richtung einer aktuellen Nutzrate des Leistungspuffers verschoben. Insbesondere stellt die Steuereinheit die Sollnutzrate in einer unteren Hälfte eines vorgesehenen Wertebereichs für die Nutzrate ein, wenn die Signalleistungsgröße auf einen Wert in einer oberen Hälfte eines vorgesehenen Wertebereichs für die Signalleistungsgröße eingestellt ist. Insbesondere stellt die Steuereinheit die Sollnutzrate in einer oberen Hälfte des vorgesehenen Wertebereichs für die Nutzrate ein, wenn die Signalleistungsgröße auf einen Wert in einer unteren Hälfte des vorgesehen Wertebereichs für die Signalleistungsgröße eingestellt ist. Es ist auch denkbar, dass die Sollnutzrate auf einen maximalen Leistungsbedarf der Last abgestimmt ist. Vorzugsweise ist ein Maximalwert für die Sollnutzrate des Leistungspuffers kleiner als ein Maximalwert für die erzeugte Gesamtleistungsgröße der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere kleiner als ein Maximalwert für den Leistungsbedarf der Last. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine von dem Leistungspuffer auffangbare Schwankungsbreite des Leistungsbedarfs der Last vorteilhaft groß gestaltet werden.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt ein netzseitiger Energiepuffer geladen oder entladen wird. Vorzugsweise ist der Energiepuffer zwischen der Leistungsauskopplungseinheit und der Last, insbesondere einem Leistungsverteilungsnetzwerk der Last, angeordnet. Insbesondere ist der Energiepuffer als elektrischer Energiepuffer ausgebildet, beispielsweise als Akkumulator, als Superkondensator oder dergleichen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Anpassung der Leistungskenngröße vorteilhaft zeitverzögert durchgeführt werden. Insbesondere kann eine Anpassung der Betriebsparameter vorteilhaft langsam erfolgen. Insbesondere kann eine aufwendige Überwachung der Betriebsparameter vorteilhaft gering ausgestaltet werden oder vollständig vermieden werden. Insbesondere kann eine Laständerungsrate vorteilhaft vor einer Verarbeitung durch die Steuereinheit gedämpft werden. insbesondere ermittelte die Steuereinheit vorteilhaft eine verzögerte effektive Laständerung.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Anpassung der Leistungskenngröße spätestens nach einer im Wesentlichen abgeschlossen Anpassung eines Betriebsparameters der Brennstoffzellenvorrichtung durchgeführt wird. Vorzugsweise wird bei einer Ermittlung einer Laständerung zumindest ein als Versorgungs- und Einstellungsparameter ausgebildeter Betriebsparameter der Brennstoffzellenvorrichtung angepasst. Insbesondere wird der Betriebsparameter angepasst, um einen regulären Betriebszustand mit einer in Abhängigkeit von der Laständerung anzupassenden Leistungskenngröße zu ermöglichen. Beispielsweise wird ein Brennstoffvolumenstrom, ein Oxidansvolumenstrom, eine Rezirkulationsrate oder dergleichen angepasst um einen regulären Betriebszustand mit der anzupassenden Leistungskenngröße zu ermöglichen. Vorzugsweise wird die Leistungskenngröße noch während der Anpassung des Betriebsparameters angepasst. Insbesondere soll unter einer „im Wesentlichen abgeschlossenen Anpassung“ einer Größe eine Anpassung eines Werts der Größe verstanden werden, bei welcher ein Absolutwert eines Verhältnisses einer Differenz eines aktuellen Werts der Größe und eines Sollwerts für die Größe zu einer Differenz des aktuellen Werts und eines Ausgangswerts der Größe unmittelbar vor der Anpassung kleiner als 1/3, vorzugsweise kleiner als 1, besonders bevorzugt kleiner als 3, ist. Vorzugsweise wird die Signalleistungsgröße, beispielsweise mittels des Leistungspuffers, vor oder während der Anpassung des Betriebsparameters angepasst. Vorzugsweise wird die Gesamtleistungsgröße während und/oder spätestens nach der im Wesentlichen abgeschlossenen Anpassung des Betriebsparameters angepasst. Insbesondere startet eine Anpassung der Gesamtleistungskenngröße während und/oder spätestens nach der im Wesentlichen abgeschlossenen Anpassung des Betriebsparameters. Insbesondere startet eine Anpassung der Signalleistungsgröße vor und/oder während der im Wesentlichen abgeschlossenen Anpassung des Betriebsparameters. Es ist denkbar, dass eine Anpassung der Gesamtleistungsgröße und/oder Signalleistungsgröße erst zu einem Zeitpunkt nach der im Wesentlichen abgeschlossenen Anpassung des Betriebsparameters zumindest im Wesentlichen abgeschlossen ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine systembedingte Totzeit aufgrund einer Reaktionszeit der Brennstoffzellenvorrichtung auf eine Laständerung und/oder eine Anpassung eines Betriebsparameters vorteilhaft gering gehalten werden. Insbesondere kann eine Speicherkapazität eines Energiepuffers und/oder eine Leistungskapazität eines Leistungspuffers zu einer Überbrückung der Totzeit vorteilhaft gering gehalten werden.
-
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Anpassung der Leistungskenngröße in Abhängigkeit von einer Anpassung zumindest eines ermittelten Betriebsparameters der Brennstoffzellenvorrichtung gesteuert, insbesondere geregelt, wird. Insbesondere wird die Leistungskenngröße in Abhängigkeit von einer Anpassung zumindest eines Versorgungs- und Einstellungsparameters der Brennstoffzellenvorrichtung gesteuert. Vorzugsweise wird aus der ermittelten Laständerung ein Sollwert für den Betriebsparameter, insbesondere für den Versorgungs- und Einstellungsparameter, ermittelt. Vorzugsweise werden bei einer Anpassung des Betriebsparameters, insbesondere zu einer Erreichung des Sollwerts, die Betriebsparameter der Prüfgruppe überwacht. Vorzugsweise wird eine Anpassung der Leistungskenngröße in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter der Prüfgruppe gesteuert oder geregelt. Besonders bevorzugt wird eine Anpassung der Leistungskenngröße in Abhängigkeit von einer Brennstoffnutzung und/oder einem Oxidans-Brennstoff-Verhältnis der Brennstoffzelleneinheit gesteuert oder geregelt. Insbesondere fungiert die Leistungskenngröße als Stellgröße, um bei einer Anpassung des Betriebsparameters, insbesondere des Versorgungs- und Einstellungsparameters, die Betriebsparameter der Prüfgruppe bis auf einen Toleranzwert konstant zu halten. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Brennstoffzellenvorrichtung vorteilhaft während einer gesamten Zeitdauer der Anpassung der Leistungskenngröße und/oder des Betriebsparameters in einem regulären Betriebszustand gehalten werden.
-
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem irregulären Betriebszustand der Brennstoffzellenvorrichtung eine Anpassungsrate der Leistungskenngröße an eine Laständerung steuerungstechnisch begrenzt wird. Unter einem „irregulären Betriebszustand“ soll insbesondere ein Betriebszustand verstanden werden, bei dem zumindest ein Betriebsparameter der Prüfgruppe außerhalb des zugehörigen Sollwertbereichs liegt. Vorzugsweise wird die Anpassungsrate der Gesamtleistungsgröße steuerungstechnisch begrenzt. Insbesondere wird ein Absolutwert der Anpassungsrate der Gesamtleistungsgröße nach oben beschränkt. Insbesondere gibt die Steuereinheit einen Maximalwert für den Absolutwert der Anpassungsrate vor. Es ist denkbar, dass ein Absolutwert der Anpassungsrate der Signalleistungsgröße, beispielsweise mittels des Leistungspuffers, größer ist als der Maximalwert für den Absolutwert der Gesamtleistungsgröße. Vorzugsweise wird eine Beschränkung der Anpassungsrate, insbesondere zeitverzögert und/oder schrittweise, aufgehoben, wenn ein regulärer Betriebszustand erreicht wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Abdriften des Betriebszustandes in einen für die Brennstoffzellenvorrichtung schädlichen Bereich vorteilhaft vermieden werden. Insbesondere können die Betriebsparameter der Prüfgruppe vorteilhaft nahe an einem Idealwert gehalten werden.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem irregulären Betriebszustand ein Maximalwert der Anpassungsrate der Leistungskenngröße kleiner ist als eine aktuelle Anpassungsrate eines den irregulären Betriebszustand behebenden Betriebsparameters der Brennstoffzellenvorrichtung. Vorzugsweise ist der den irregulären Betriebszustand behebenden Betriebsparameter als Versorgungs- und Einstellungsparameter ausgebildet. Vorzugsweise ist die Prüfgruppe eine Funktion der Leistungskenngröße und zumindest des als Versorgungs- und Einstellungsparameter ausgebildeten Betriebsparameters. Insbesondere weist die Prüfgruppe eine Nettoanpassungsrate auf, die abhängig ist von der Anpassungsrate der Leistungskenngröße und der Anpassungsrate des als Versorgungs- und Einstellungsparameter ausgebildeten Betriebsparameters. Darunter, dass „eine Anpassungsrate der Leistungskenngröße kleiner ist als eine Anpassungsrate eines Betriebsparameters“, soll insbesondere verstanden werden, dass ein Effekt der Anpassungsrate der Leistungskenngröße auf die Nettoanpassungsrate der Prüfgruppe kleiner ist als ein Effekt der Anpassungsrate des Betriebsparameters. Insbesondere entwickelt sich ein zeitlicher Werteverlauf der Prüfgruppe aufgrund der Nettoanpassungsrate auf einen Sollwertbereich zu. Es ist denkbar, dass der Maximalwert der Anpassungsrate der Leistungskenngröße abhängig davon ist, welcher Betriebsparameter der Prüfgruppe außerhalb des jeweiligen Sollwertbereichs liegt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Anpassung der Leistungskenngröße, insbesondere der Gesamtleistungsgröße, vorteilhaft auf eine zeitliche Entwicklung des Betriebsparameters abgestimmt werden.
-
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt ein als Brennstoffnutzung, als Oxidans-Brennstoff-Verhältnis und/oder als Zellspannung ausgebildeter Betriebsparameter der Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Anpassung der Leistungskenngröße ermittelt wird. Unter einer „Brennstoffnutzung“ soll insbesondere eine Differenz einer in die Brennstoffzelleneinheit eintretenden Brennstoffmenge und einer aus der Brennstoffzelleneinheit austretenden Brennstoffmenge, insbesondere im Verhältnis zu der in die Brennstoffzelleneinheit eintretenden Brennstoffmenge, verstanden werden. Eine Brennstoffmenge wird insbesondere jeweils als Volumen, Volumenanteil, Volumenstrom, Masse, Massenanteil und/oder Massenstrom oder dergleichen ermittelt. Es ist auch denkbar, dass die Brennstoffnutzung über einen Anteil eines Verbrennungsprodukts der elektrochemischen Verwertung in einem Abgas der Brennstoffzelleneinheit ermittelt wird. Vorzugsweise soll unter einem „Oxidans-Brennstoff-Verhältnis“ das Massenverhältnis von dem Brennstoff zu dem Oxidans innerhalb der Brennstoffzelleneinheit verstanden werden. Insbesondere wird das Oxidans-Brennstoff-Verhältnis als Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis oder als Wasserstoff-Sauerstoff-Verhältnis ermittelt. Es ist auch denkbar, dass das Oxidans-Brennstoff-Verhältnis über einen Anteil eines Verbrennungsprodukts der elektrochemischen Verwertung in einem Abgas der Brennstoffzelleneinheit ermittelt wird. Vorzugsweise ist die Zellspannung als Gesamtspannung der Brennstoffzelleneinheit aufgrund der elektrochemischen Verwertung ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, dass die Spannung einzelner Stackverbünde, einzelner Stacks und/oder einzelner Brennstoffzellen der Brennstoffzelleneinheit aufgrund der elektrochemischen Verwertung als Zellspannung verwendet werden. Insbesondere werden die als Brennstoffnutzung, als Oxidans-Brennstoff-Verhältnis und/oder als Zellspannung ausgebildeten Betriebsparameter bei einer Anpassung der Leistungskenngröße überwacht. Insbesondere ist zumindest einer, vorzugweise sind alle, der als Brennstoffnutzung, als Oxidans-Brennstoff-Verhältnis und/oder als Zellspannung ausgebildete Betriebsparameter Teil der Prüfgruppe. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Brennstoffzellenvorrichtung in dem regulären Betriebszustand mit einem vorteilhaft geringen Verschleiß betrieben werden. Insbesondere kann die Brennstoffzellevorrichtung in dem regulären Betriebszustand mit einem vorteilhaft geringen Risiko einer Beschädigung betrieben werden. Insbesondere kann die Brennstoffzellenvorrichtung in dem regulären Betriebszustand vorteilhaft effektiv und/oder effizient betrieben werden.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Anpassung zumindest eines Betriebsparameters der Brennstoffzellenvorrichtung vor einer erwarteten Laständerung durchgeführt wird. Insbesondere umfasst die Steuereinheit ein Speicherelement, auf welchem Modelldaten über die Last hinterlegt sind. Modeldaten können beispielsweise ein mathematisches Modell, ein durch einen Benutzer vorgegebenes Lastprofil, ein durch die Steuereinheit aufgenommenes und/oder statistisch ermitteltes Lastprofil oder dergleichen umfassen. Insbesondere wertet die Steuereinheit die auf dem Speicherelement hinterlegten Modelldaten aus, um einen Zeitpunkt und/oder ein Ausmaß einer Laständerung zu ermitteln, insbesondere vorherzusagen. Insbesondere passt die Steuereinheit vor dem ermittelten Zeitpunkt der Laständerung zumindest einen Betriebsparameter, insbesondere einen Versorgungs- und Einstellungsparameter, an. Es ist denkbar, dass die Gesamtleistungsgröße, insbesondere zusammen mit der Sollnutzrate des Leistungspuffers, vor dem ermittelten Zeitpunkt der Laständerung angepasst wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Betriebszustand der Brennstoffzellenvorrichtung auf eine Laständerung vorteilhaft voreingestellt werden. Insbesondere kann eine nachgeordnete Reaktion der Brennstoffzellenvorrichtung auf eine Laständerung vorteilhaft klein ausfallen.
-
Des Weiteren wird eine Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere Hochtemperaturbrennstoffzellenvorrichtung, mit zumindest einer Steuereinheit zu einer Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest die Brennstoffzelleneinheit zu einer Erzeugung einer elektrischen Leistung. Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit als Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit ausgebildet, insbesondere als Festoxidbrennstoffzelleneinheit. Vorzugsweise ist der Brennstoff als Wasserstoff und/oder Erdgas ausgebildet. Vorzugsweise ist das Oxidans als Umgebungsluft ausgebildet. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzelleneinheit zumindest eine Membran-Elektroden-Einheit (engl.: membrane electrode assembly MEA). Insbesondere umfasst die Brennstoffzelleneinheit zumindest eine Oxidanselektrode, insbesondere zu einem Kontakt mit dem Oxidans, eine Brennstoffelektrode, insbesondere zu einem Kontakt mit dem Brennstoff, und zumindest eine zwischen der Brennstoffelektrode und der Oxidanselektrode angeordnete Elektrolytschicht. Vorzugsweise ist die Membran-Elektroden-Einheit metallgestützt. Es ist aber auch denkbar, dass die Membran-Elektroden-Einheit keramikgestützt, anodengestützt, elektrolytgestützt oder kathodengestützt ausgebildet ist. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Brennstoffzufuhrleitung, zumindest eine Oxidanszufuhrleitung, zumindest eine Abgasleitung von der Brennstoffelektrode und/oder zumindest eine Rezirkulationsleitung. Vorzugsweise ist die Rezirkulationsleitung als Brennstoffrezirkulationsleitung ausgebildet. Insbesondere verbindet die Rezirkulationsleitung die Abgasleitung mit der Brennstoffzufuhrleitung. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest ein Brennstoffförderelement, ein Oxidansförderelement und/oder ein Rezirkulationsförderelement, insbesondere zu einer Einstellung eines Brennstoffvolumenstroms, eines Brennstoffmassenstroms, eines Oxidansvolumenstroms, eines Oxidansmassenstroms und/oder einer Rezirkulationsrate. Insbesondere umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Leistungsauskopplungseinheit zu einer Bereitstellung einer durch die Brennstoffzelleneinheit erzeugte elektrische Leistung. Vorzugsweise umfasst die Leistungsauskopplungseinheit zumindest ein Leistungskontrollelement zu einer Einstellung der Leistungskenngröße. Es ist denkbar, dass die Leistungsauskopplungseinheit zumindest ein Aufbereitungselement zu einer Manipulation einer Ausgabeform des Leistungssignals umfasst, wie etwa einen Wechselrichter, einen Gleichspannungswandler oder dergleichen. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest einen Leistungspuffer, insbesondere einen Elektroheizer. Es ist denkbar, dass die Brennstoffzellenvorrichtung einen Energiepuffer, insbesondere einen Akkumulator, einen Superkondensator oder dergleichen, umfasst. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, die Leistungsauskopplungseinheit, das Brennstoffförderelement, das Oxidansförderelement und/oder das Rezirkulationsförderelement zu steuern oder zu regeln, insbesondere zu einer Aufrechterhaltung und/oder einem Erreichen eines regulären Betriebszustands der Brennstoffzellenvorrichtung. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Brennstoffzellenvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die vorteilhaft flexibel und/oder vorteilhaft schnell auf eine Laständerung reagieren kann. Insbesondere kann eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einem vorteilhaft kleinen Energiepuffer bereitgestellt werden. Es ist denkbar, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Sensoreinheit zu einer Ermittlung zumindest eines Betriebsparameters umfasst.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können/kann das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
-
Figurenliste
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
-
Es zeigen:
- 1 Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung und
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
1 zeigt eine Brennstoffzellenvorrichtung 12. Die Brennstoffzellenvorrichtung 12 umfasst zumindest eine Steuereinheit 26. Die Steuereinheit 26 ist zu einer Durchführung eines Verfahrens 10 vorgesehen, welches insbesondere in 2 dargestellt ist. Vorzugsweise ist die Brennstoffzellenvorrichtung 12 als Hochtemperaturbrennstoffzellenvorrichtung, insbesondere als Festoxidbrennstoffzellenvorrichtung, ausgebildet. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 12 zumindest eine Brennstoffzelleneinheit 28, insbesondere eine Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit, bevorzugt eine Festoxidbrennstoffzelleneinheit. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzelleneinheit 28 mehrere Brennstoffzellen, Stacks oder Verbünde von Stacks. Die Brennstoffzelleneinheit 28 ist hier der Übersichtlichkeit halber als einzelne Membran-Elektroden-Einheit dargestellt. Insbesondere umfasst die Brennstoffzelleneinheit 28 zumindest eine Oxidanselektrode 30. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzelleneinheit 28 zumindest eine Brennstoffelektrode 32. Insbesondere sind die Brennstoffelektrode 32 und die Oxidanselektrode 30 durch eine Elektrolytschicht 34 voneinander getrennt angeordnet. Vorzugsweise fungiert die Oxidanselektrode 30 in einem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 12 als Kathode. Vorzugsweise fungiert die Brennstoffelektrode 32 in einem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 12 als Anode. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 12 zumindest eine Brennstoffzufuhrleitung 36, insbesondere zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheit 28 mit einem Brennstoff. Insbesondere ist die Brennstoffzufuhrleitung 36 fluidtechnisch an der Brennstoffelektrode 32 angeschlossen. Vorzugsweise ist in der Brennstoffzufuhrleitung 36 ein Brennstoffförderelement 38 angeordnet, insbesondere zu einer Einstellung eines Brennstoffvolumenstroms und/oder eines Brennstoffmassenstroms zu der Brennstoffzelleneinheit 28. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 12 einen Reformer 40, insbesondere zu einer Reformierung des Brennstoffs vor einem Eintritt in die Brennstoffzelleneinheit 28. Insbesondere ist der Reformer 40 in der Brennstoffzufuhrleitung 36 angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 12 zumindest einen Abgaskanal 42. Vorzugsweise ist der Abgaskanal 42 fluidtechnisch an der Brennstoffelektrode 32 angeschlossen. Vorzugweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 12 zumindest einen weiteren Abgaskanal 44. Insbesondere ist der weitere Abgaskanal 44 fluidtechnisch an der Oxidanselektrode 30 angeschlossen. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 12 zumindest eine Rezirkulationsleitung 46. Insbesondere ist die Rezirkulationsleitung 46 zu einer teilweisen Rückführung eines Brennstoffelektrodenabgases in die Brennstoffzufuhrleitung 36, insbesondere in den Reformer 40, vorgesehen. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 12 zumindest ein Rezirkulationsförderelement 48, insbesondere zu einer Einstellung eines Volumenstroms und/oder eines Massenstroms durch die Rezirkulationsleitung 46. Insbesondere ist das Rezirkulationsförderelement 48 zu einer Einstellung einer Rezirkulationsrate vorgesehen. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 12 zumindest eine Oxidanszufuhrleitung 50, insbesondere zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheit 28 mit einem Oxidans. Insbesondere ist die Oxidanszufuhrleitung 50 fluidtechnisch an der Oxidanselektrode 30 angeschlossen. Vorzugsweise ist in der Oxidanszufuhrleitung 50 ein Oxidansförderelement 52 angeordnet, insbesondere zu einer Einstellung eines Oxidansvolumenstroms und/oder eines Oxidansmassenstroms zu der Brennstoffzelleneinheit 28.
-
Insbesondere umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 12 zumindest eine Leistungsauskopplungseinheit 54 zu einer Bereitstellung einer durch die Brennstoffzelleneinheit 28 erzeugten elektrischen Leistung. Insbesondere ist die Leistungsauskopplungseinheit 54 dazu vorgesehen, die Brennstoffzellenvorrichtung 12 elektrisch an eine Last 14 anzuschließen. Insbesondere ist es denkbar, dass die Last 14 ein Lastverteilungsnetzwerk mit mehreren Leistungsverbrauchern und Leistungserzeugern umfasst. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 12 einen Energiepuffer 60, insbesondere einen Akkumulator, einen Superkondensator oder dergleichen. Insbesondere ist der Energiepuffer 60 lastseitig an der Leistungsauskopplungseinheit 54 elektrisch angeschlossen. Vorzugsweise umfasst die Leistungsauskopplungseinheit 54 zumindest ein Leistungskontrollelement 56, insbesondere zu einer Anpassung einer Leistungskenngröße 22 der Brennstoffzellenvorrichtung 12. Vorzugsweise umfasst die Leistungsauskopplungseinheit 54 zumindest ein Aufbereitungselement 58, insbesondere einen Wechselrichter. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 12 zumindest einen Leistungspuffer 20, insbesondere einen Elektroheizer. Insbesondere ist die Steuereinheit 26 dazu vorgesehen, die Leistungsauskopplungseinheit 54, das Brennstoffförderelement 38, das Oxidansförderelement 52 und/oder das Rezirkulationsförderelement 48 zu steuern oder zu regeln. Insbesondere beschreibt eine als Gesamtleistungskenngröße ausgebildete Leistungskenngröße der Brennstoffzellenvorrichtung 12 eine von der Brennstoffzelleneinheit 28 produzierte Leistung. Insbesondere ist das Leistungskontrollelement 56 dazu vorgesehen, die Gesamtleistungskenngröße einzustellen, insbesondere über einen einstellbaren elektrischen Widerstand. Vorzugsweise beschreibt eine als Signalleistungsgröße ausgebildete Leistungskenngröße der Brennstoffzellenvorrichtung 12 einen Anteil der produzierten Leistung, der von der Leistungsauskopplungseinheit 54 ausgegeben wird.
-
2 zeigt das Verfahren 10 zu einem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 12. In zumindest einem Verfahrensschritt wird zumindest die Leistungskenngrö-ße, insbesondere die Signalleistungsgröße, der Brennstoffzellenvorrichtung 12 der Last 14 folgend gesteuert. In zumindest einem regulären Betriebszustand der Brennstoffzellenvorrichtung 12 wird ein zumindest im Wesentlichen unmodifizierter Leistungsbedarf der Last 14 als Führungsgröße für eine Anpassung der Leistungskenngröße 22 verwendet. Insbesondere ändert sich bei einer Laständerung 16 ein Leistungsbedarf der Last 14. Vorzugweise wird die Laständerung 16 in einem Pufferschritt 64 von dem Energiepuffer 60 abgefangen. In dem Pufferschritt 64 wird ein netzseitiger Energiepuffer 60 geladen oder entladen. Insbesondere wird der Energiepuffer 60 bei einer Erhöhung des Leistungsbedarfs der Last 14 entladen. Insbesondere wird der Energiepuffer 60 bei einer Verringerung des Leistungsbedarfs der Last 14 geladen. In zumindest einem Verfahrensschritt wird bei einer Laständerung 16 eine Leistungsumverteilung 18 innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung 12 durchgeführt. Insbesondere wird Leistung zwischen der Last 14 und dem Leistungspuffer 20 umverteilt. Insbesondere wird bei einer Verringerung des Leistungsbedarfs der Last 14 eine Nutzrate des Leistungspuffers 20 erhöht und die Leistungskenngröße verringert. Insbesondere wird bei einer Erhöhung des Leistungsbedarfs der Last 14 die Nutzrate des Leistungspuffers 20 verringert und die Leistungskenngröße erhöht. Vorzugsweise wird ein Entladen oder Laden des Energiepuffers 60 durch die Leistungsumverteilung 18 zumindest verlangsamt, bevorzugt gestoppt und/oder rückgängig gemacht. Insbesondere wird die als Signalleistungsgröße ausgebildete Leistungskenngröße der Brennstoffzellenvorrichtung 12 mittels des Leistungspuffers 20 der Last 14 folgend gesteuert. Insbesondere ist der Energiepuffer 60 zu einer Überbrückung einer Umverteilungszeit der Leistungsumverteilung 18 vorgesehen.
-
Vorzugsweise wird in einem Betriebsermittlungsschritt 62 die Laständerung 16 ermittelt, beispielsweise über einen Spannungsabfall an der Last 14 oder an dem Energiepuffer 60 und/oder über eine Diskrepanz zwischen Sollnutzrate und Nutzrate des Leistungspuffers 20. Insbesondere wird in dem Betriebsermittlungsschritt 62 ein Sollwert für die Gesamtleistungsgröße ermittelt. Insbesondere deckt der Sollwert für die Gesamtleistungsgröße einen Leistungsbedarf der Last 14 zuzüglich einer Sollnutzrate für den Leistungspuffer 20 ab. Insbesondere wird in dem Betriebsermittlungsschritt 62 die Sollnutzrate des Leistungspuffers 20 der Brennstoffzellenvorrichtung 12 im Zuge der Laständerung 16 angepasst. Insbesondere wird die Sollnutzrate in Richtung der aktuellen Nutzrate verschoben. Vorzugsweise wird in dem Betriebsermittlungsschritt 62 überprüft, ob alle Betriebsparameter einer Prüfgruppe in einem jeweiligen Sollwertbereich liegen, wenn ein Sollwert für die Gesamtleistungsgröße eingestellt wird. In dem Betriebsermittlungsschritt 62 wird ein als Brennstoffnutzung, als Oxidans-Brennstoff-Verhältnis und/oder als Zellspannung ausgebildeter Betriebsparameter der Brennstoffzellenvorrichtung 12 zu einer Anpassung der Leistungskenngröße 22 ermittelt. Insbesondere sind die als Brennstoffnutzung, als Oxidans-Brennstoff-Verhältnis und/oder als Zellspannung ausgebildete Betriebsparameter Teil der Prüfgruppe.
-
Erwartet die Steuereinheit 26 nach einer Überprüfung einen regulären Betriebszustand mit dem Sollwert für die Gesamtleistungsgröße, wird insbesondere eine Anpassung der Gesamtleistungsgröße 66 durchgeführt. Insbesondere wird für die Anpassung der Gesamtleistungsgröße 66 zumindest ein im Wesentlichen unmodifizierter Leistungsbedarf der Last 14 als Führungsgröße verwendet. Insbesondere kann in einem Betrieboptimierungsschritt 72 nach oder während der Anpassung der Gesamtleistungsgröße 66 eine optionale Anpassung eines Betriebsparameters 24 durchgeführt werden. Insbesondere wird in dem Betrieboptimierungsschritt 72 ein als Versorgungs- und Einstellungsparameter ausgebildeter Betriebsparameter angepasst. Insbesondere ist die optionale Anpassung des Betriebsparameters 24 während des Betrieboptimierungsschritts 72 dazu vorgesehen, einen Istwert der Prüfgruppe von einem Randabschnitt des entsprechenden Sollwertbereichs in einen Mittelwert und/oder Idealwert des Sollwertbereichs zu führen.
-
Erwartet die Steuereinheit 26 nach einer Überprüfung einen irregulären Betriebszustand mit dem Sollwert für die Gesamtleistungsgröße, wird vorzugsweise eine notwendige Anpassung eines Betriebsparameters 24 durchgeführt. Insbesondere wird in dem Betriebsermittlungsschritt 62 zumindest ein Sollwert für einen als Versorgungs- und Einstellungsparameter ausgebildeten Betriebsparameter der Brennstoffzellenvorrichtung 12 ermittelt. Insbesondere wird der Sollwert für den als Versorgungs- und Einstellungsparameter ausgebildeten Betriebsparameter in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Gesamtleistungsgröße ermittelt. Insbesondere wählt die Steuereinheit 26 einen Sollwert für den als Versorgungs- und Einstellungsparameter ausgebildeten Betriebsparameter, welcher zusammen mit dem Sollwert für die Gesamtleistungsgröße einen regulären Betriebszustand ergibt. Insbesondere wird bei der notwendigen Anpassung des Betriebsparameters 24 ein durch das Brennstoffförderelement 38, durch das Oxidansförderelement 52 und/oder durch das Rezirkulationsförderelement 48 erzeugter Volumenstrom angepasst.
-
Insbesondere wird in einem Bandregelschritt 68 eine Anpassung der Leistungskenngröße 22 spätestens nach der im Wesentlichen abgeschlossen Anpassung des Betriebsparameters 24 der Brennstoffzellenvorrichtung 12 durchgeführt. Insbesondere wird in dem Bandregelschritt 68 die Gesamtleistungsgröße zeitgleich oder zeitlich überlappend mit der notwendigen Anpassung des Betriebsparameters 24 durchgeführt. Insbesondere wird in dem Bandregelschritt 68 eine Anpassung der Leistungskenngröße 22, insbesondere der Gesamtleistungsgröße, in Abhängigkeit von der Anpassung zumindest eines ermittelten Betriebsparameters 24 der Brennstoffzellenvorrichtung 12 gesteuert, insbesondere geregelt. Insbesondere wird eine Auswirkung einer Anpassung des Betriebsparameters 24 auf die Prüfgruppe überwacht. Insbesondere wird während der Anpassung des Betriebsparameters 24, die Gesamtleistungsgröße als Stellgröße verwendet um die Prüfgruppe in dem jeweiligen Sollwertbereich zu halten. Vorzugsweise folgt die Gesamtleistungsgröße während des Bandregelschritts 68 der Laständerung 16 zumindest innerhalb des durch die Prüfgruppe vorgegebenen Wertebandes. Verlässt die Gesamtleistungsgröße das durch die Prüfgruppe vorgegebene Werteband, wechselt die Brennstoffzellenvorrichtung 12 in einen irregulären Betriebszustand. In zumindest einem irregulären Betriebszustand der Brennstoffzellenvorrichtung 12 wird eine Anpassungsrate der Leistungskenngröße an eine Laständerung 16 steuerungstechnisch begrenzt. In zumindest einem irregulären Betriebszustand ist ein Maximalwert der Anpassungsrate der Leistungskenngröße kleiner als eine aktuelle Anpassungsrate eines den irregulären Betriebszustand behebenden Betriebsparameters der Brennstoffzellenvorrichtung 12.
-
Insbesondere wird in einem Vorhersageschritt 70 Modeldaten der Last 14 ausgewertet. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit 26 mit Hilfe der Modeldaten einen Zeitpunkt und/oder eine Amplitude einer erwarteten Laständerung 16'. In zumindest dem Betrieboptimierungsschritt 72 wird eine Anpassung zumindest eines Betriebsparameters 24 der Brennstoffzellenvorrichtung 12 vor einer erwarteten Laständerung 16' durchgeführt. Insbesondere wird in dem Betrieboptimierungsschritt 72 zumindest ein Betriebsparameter auf die erwartete Laständerung 16' abgestimmt. Es ist denkbar, dass zusätzliche die Gesamtleistungsgröße, insbesondere zusammen mit der Nutzrate des Leistungspuffers 20, auf die erwartete Laständerung 16' abgestimmt wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2011/0076576 A1 [0001]