DE-102015209242-B4 - SYSTEM UND VERFAHREN ZUM REGELN DER LEISTUNG EINER BRENNSTOFFZELLE

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Abstract

Verfahren zum Steuern der Leistung, aufweisend: Messen, durch eine Steuerung, einer Temperatur der Brennstoffzelle; und wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle innerhalb eines Hochtemperaturbereichs liegt, in dem ein Leistungsschwellenwert der Brennstoffzelle auf der Grundlage einer Erhöhung der Temperatur der Brennstoffzelle verringert wird, und wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle erhöht wird und dann gleich oder größer als eine vorgegebene Temperatur ist, Verringern, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwertes von einem Leistungswert bei der vorgegebenen Temperatur, wobei der Hochtemperaturbereich ein Bereich ist zwischen einer dritten Temperatur bei einer Leistung von 70 % einer tatsächlichen Leistungsgrenze ist, bei der der Leistungsschwellenwert auf der Grundlage der Erhöhung der Temperatur der Brennstoffzelle verringert wird, und einer vierten Temperatur, bei der der Leistungsschwellenwert verringert wird und dann den minimalen Leistungsschwellenwert von 0% erreicht.

Inventors

Sang Uk Kwon
Sung Gone Yoon

Assignees

HYUNDAI MOTOR COMPANY
KIA MOTORS CORPORATION

Dates

Publication Date: 20260507
Application Date: 20150520
Priority Date: 20141215

Claims (20)

Verfahren zum Steuern der Leistung, aufweisend: Messen, durch eine Steuerung, einer Temperatur der Brennstoffzelle; und wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle innerhalb eines Hochtemperaturbereichs liegt, in dem ein Leistungsschwellenwert der Brennstoffzelle auf der Grundlage einer Erhöhung der Temperatur der Brennstoffzelle verringert wird, und wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle erhöht wird und dann gleich oder größer als eine vorgegebene Temperatur ist, Verringern, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwertes von einem Leistungswert bei der vorgegebenen Temperatur, wobei der Hochtemperaturbereich ein Bereich ist zwischen einer dritten Temperatur bei einer Leistung von 70 % einer tatsächlichen Leistungsgrenze ist, bei der der Leistungsschwellenwert auf der Grundlage der Erhöhung der Temperatur der Brennstoffzelle verringert wird, und einer vierten Temperatur, bei der der Leistungsschwellenwert verringert wird und dann den minimalen Leistungsschwellenwert von 0% erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Verringern des Leistungsschwellenwerts ferner umfasst: Verringern, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwerts der Brennstoffzelle zwischen einem maximalen Leistungsschwellenwert auf der Grundlage der Erhöhung der gemessenen Temperatur der Brennstoffzelle und einem Leistungswert einer fünften Temperatur, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle im Bereich der fünften Temperatur liegt, die voreingestellt wird, so dass sie größer als die dritte Temperatur und kleiner als die vierte Temperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Verringern des Leistungsschwellenwerts ferner umfasst: Verringern, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwerts der Brennstoffzelle zwischen einem Leistungswert bei einer fünften Temperatur und dem minimalen Leistungsschwellenwert, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle größer als die fünfte Temperatur ist, die voreingestellt wird, so dass sie größer als die dritte Temperatur und kleiner als die vierte Temperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1 , ferner aufweisend: Festlegen, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwerts der Brennstoffzelle auf einen minimalen Wert, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle größer als der Hochtemperaturbereich ist.
Verfahren nach Anspruch 1 , ferner aufweisend: Erhöhen, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwerts der Brennstoffzelle auf der Grundlage der Erhöhung der Temperatur der Brennstoffzelle, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle innerhalb eines vorgegebenen Niedrigtemperaturbereichs liegt, wobei der Niedrigtemperaturbereich ein Bereich zwischen einer ersten Temperatur, bei der der Leistungsschwellenwert der Brennstoffzelle im Wesentlichen konstant gehalten wird und dann zu steigen beginnt, und einer zweiten Temperatur, bei der der Leistungsschwellenwert erhöht wird und dann einen maximalen Leistungsschwellenwert erreicht, ist.
Verfahren nach Anspruch 5 , ferner aufweisend: Festlegen, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwerts der Brennstoffzelle auf einen ersten Ausgangsschwellenwert größer als der minimale Ausgangsschwellenwert innerhalb des Hochtemperaturbereichs, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle kleiner als der Niedrigtemperaturbereich ist.
Verfahren nach Anspruch 6 , wobei der erste Ausgangsschwellenwert erhöht wird, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle gleich oder größer als ein Referenzwert für eine Referenzzeit gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , ferner aufweisend: Einstellen, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwerts der Brennstoffzelle, um im Wesentlichen konstant gehalten zu werden, wenn die gemessene Temperatur innerhalb eines voreingestellten Grenztemperaturbereichs liegt und die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle innerhalb des Hochtemperaturbereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 8 , wobei das Einstellen umfasst: Erhöhen, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwerts, wenn der Leistungsschwellenwert der Brennstoffzelle während einer Verringerung der gemessenen Temperatur der Brennstoffzelle im Wesentlichen konstant gehalten wird und dann von dem Grenztemperaturbereich abweicht, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle innerhalb des Hochtemperaturbereichs liegt und innerhalb des voreingestellten Grenztemperaturbereichs liegt; und Verringern, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwerts der Brennstoffzelle, wenn der Leistungsschwellenwert der Brennstoffzelle im Wesentlichen konstant gehalten wird und dann von dem Grenztemperaturbereich abweicht, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 5 , ferner aufweisend: Einstellen, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwerts der Brennstoffzelle, um im Wesentlichen konstant gehalten zu werden, wenn die gemessene Temperatur innerhalb eines voreingestellten Grenztemperaturbereichs liegt und die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle innerhalb des Niedrigtemperaturbereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 10 , wobei das Einstellen umfasst: Erhöhen, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwerts, wenn der Leistungsschwellenwert der Brennstoffzelle während der Erhöhung der gemessenen Temperatur der Brennstoffzelle im Wesentlichen konstant gehalten wird und dann von dem Grenztemperaturbereich abweicht, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle innerhalb des Niedrigtemperaturbereichs liegt und innerhalb des voreingestellten Grenztemperaturbereichs liegt; und Verringern, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwerts, wenn der Leistungsschwellenwert der Brennstoffzelle im Wesentlichen konstant gehalten wird und dann von dem Grenztemperaturbereich abweicht, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Hochtemperaturbereich auf der Grundlage einer Außentemperatur und eines Neigungswinkels oder einer Betriebsgeschwindigkeit der Brennstoffzelle für ein Fahrzeug verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 12 , wobei die dritte Temperatur oder eine fünfte Temperatur, die eingestellt wird, so dass sie größer als die dritte Temperatur ist und kleiner als die vierte Temperatur ist, verringert wird, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit verringert wird, die Außentemperatur ansteigt oder wenn der Neigungswinkel zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 12 , wobei die dritte Temperatur oder eine fünfte Temperatur, die voreingestellt wird, so dass sie größer als die dritte Temperatur ist und kleiner als die vierte Temperatur ist, verringert wird, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle bei der dritten Temperatur oder größer für eine vorgegebene Zeit gehalten wird und wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit verringert wird, die Außentemperatur ansteigt oder wenn der Neigungswinkel zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 5 , wobei der Niedrigtemperaturbereich auf der Grundlage darauf, ob ein Brennstoffzellenstapel aufgewärmt wird, bevor er betrieben wird, verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 15 , wobei, wenn die Zeitperiode, während der die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle gleich oder größer als die zweite Temperatur gehalten wird, eine vorgegebene Zeit überschreitet, die erste Temperatur oder die zweite Temperatur verringert wird oder ein erster Leistungsschwellenwert größer als der minimale Leistungsschwellenwert innerhalb des Hochtemperaturbereichs erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 12 , wobei eine Soll-Betriebstemperatur, die eine Referenztemperatur ist, die die Umdrehungen pro Minute (U/min) einer Kühlwasserpumpe, U/min eines Kühlerlüfters oder ein Öffnen eines Thermostats einstellt, auf der Grundlage einer Änderung in dem Hochtemperaturbereich verändert wird.
System zum Steuern der Leistung einer Brennstoffzelle, aufweisend: einen Speicher, der eingerichtet ist, um Programmbefehle zu speichern; und einen Prozessor, der eingerichtet ist, um die Programmbefehle auszuführen, wobei die Programmbefehle, wenn sie ausgeführt werden, eingerichtet sind, um: eine Temperatur der Brennstoffzelle zu messen; und den Leistungsschwellenwert von einem Leistungswert bei der vorgegebenen Temperatur zu verringern, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle innerhalb eines Hochtemperaturbereichs liegt, in dem ein Leistungsschwellenwert der Brennstoffzelle auf der Grundlage einer Erhöhung der Temperatur der Brennstoffzelle verringert wird, und wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle erhöht wird und dann gleich oder größer als eine vorgegebene Temperatur ist, wobei der Hochtemperaturbereich ein Bereich ist zwischen einer dritten Temperatur bei einer Leistung von 70 % einer tatsächlichen Leistungsgrenze ist, bei der der Leistungsschwellenwert auf der Grundlage der Erhöhung der Temperatur der Brennstoffzelle verringert wird, und einer vierten Temperatur, bei der der Leistungsschwellenwert verringert wird und dann den minimalen Leistungsschwellenwert von 0% erreicht.
System nach Anspruch 18 , wobei die Programmbefehle, wenn sie ausgeführt werden, ferner eingerichtet sind, um: den Leistungsschwellenwert der Brennstoffzelle zwischen einem maximalen Leistungsschwellenwert auf der Grundlage der Erhöhung der gemessenen Temperatur der Brennstoffzelle und einem Leistungswert einer fünften Temperatur zu verringern, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle im Bereich der fünften Temperatur liegt, die voreingestellt wird, so dass sie größer als die dritte Temperatur und kleiner als die vierte Temperatur ist.
System nach Anspruch 18 , wobei die Programmbefehle, wenn sie ausgeführt werden, eingerichtet sind, um: den Leistungsschwellenwerts der Brennstoffzelle zwischen einem Leistungswert bei einer fünften Temperatur und dem minimalen Leistungsschwellenwert zu verringern, wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle größer als die fünfte Temperatur ist, die voreingestellt wird, so dass sie größer als die dritte Temperatur und kleiner als die vierte Temperatur ist.

Description

HINTERGRUND 1. Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zum Steuern/Regeln der Leistung einer Brennstoffzelle, um eine Verschlechterung und eine Leistungsverschlechterung der Brennstoffzelle zu verhindern, und insbesondere ein System und Verfahren zum Steuern/Regeln der Leistung einer Brennstoffzelle, um zu verhindern, dass die Leistung plötzlich verändert wird. 2. Beschreibung des Standes der Technik Um eine Verschlechterung der Leistung eines Brennstoffzellenstapels zu verhindern, sollte ein Hochtemperatur-Betriebsbereich vermieden werden. Jedoch, obwohl die Temperatur in einem geeigneten Bereich durch eine Kühlsteuerung einer Brennstoffzelle gehalten wird, kann die Temperatur der Brennstoffzelle in den Hochtemperatur-Betriebsbereich aufgrund einer Begrenzung der Kühlleistung ansteigen. Insbesondere ist ein Verfahren zum Begrenzen der Leistung unter Umständen nicht in der Lage, um verwendet zu werden. Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zum optimalen Begrenzen der Leistung zum Minimieren einer Beschädigung der Betriebseigenschaften und optimalen Beibehalten der Leistung des Stapels in dem Verfahren zum Begrenzen der Leistung bei hoher Temperatur vor. Zusätzlich zum Leistungsbegrenzungs-Abbild für eine Betriebstemperatur werden eine Verhinderung eines Leistungsbegrenzungsschwankens, eine Aufrechterhaltung der Leistungsbegrenzungs-Startreferenzkonsistenz, eine Änderung in einer Leistungsbegrenzungsreferenz auf der Grundlage einer Umgebung und eines Betriebszustandes und dergleichen verwendet. Ein Brennstoffzellensystem ist eingerichtet, um ein Wasserstoffversorgungssystem, ein Luftversorgungssystem und ein Kühlsystem zu umfassen, und umfasst eine separate Brennstoffzellen-Lastvorrichtung. Das Kühlsystem ist eingerichtet, um eine Wasserpumpe zum Zuführen von Kühlwasser, einen Kühler und einen Kühlerlüfter für eine Wärmeabstrahlung von Kühlwasser und ein Thermostat zum Einstellen einer Menge an Wasser eines Kühlerkreislaufes und einer Umgehungskreislaufes zu umfassen. Die Brennstoffzellen-Lastvorrichtung wird verwendet, um zu verhindern, dass eine Stapelspannung während einer Aufwärmphase einer Brennstoffzelle oder eines Startens / Abstellens/Abschaltens ansteigt. Die Brennstoffzellen-Lastvorrichtung kann ein Widerstand, eine ladbare Hochspannungsbatterie oder eine andere Lastvorrichtung sein. Um die Temperatur der Brennstoffzelle einzustellen, werden der Kühlerlüfter und die Wasserpumpe betrieben, um zu verhindern, dass die Temperatur des Stapels auf eine hohe Temperatur (z.B. eine vorgegebene Temperatur) ansteigt, und die Steuerung/Regelung der Aufwärmphase wird unter Verwendung der Brennstoffzellen-Lastvorrichtung durchgeführt, um zu verhindern, dass sich die Temperatur des Stapels auf eine bestimmte niedrige Temperatur verringert. Demzufolge, selbst wenn eine Steuerung/Regelung zum Verhindern des Betriebs mit hoher Temperatur / niedriger Temperatur durchgeführt wird, kann die Temperatur möglicherweise nicht in einem akzeptablen Bereich aufgrund einer Begrenzung der Kühl- und Aufwärmleistung gehalten werden. Folglich wird die Leistung in Abhängigkeit von der Temperatur begrenzt und somit wird die Verschlechterung (z.B. eine Verhinderung des Überlaufens während einer niedrigen Temperatur, Verhinderung einer Hochtemperaturaustrocknung, Verhinderung einer Hochtemperaturverschlechterung und dergleichen) des Stapels verhindert. Jedoch, beim Einstellen der Leistung des Stapels auf der Grundlage der Temperatur, kann die Leistung schwankend sein, die Fahrbarkeit kann verringert werden und die Verschlechterung der Brennstoffzelle kann möglicherweise im Voraus nicht wirksam verhindert werden. Aus der US 2013 / 0 323 540 A1 kennt man ein Verfahren zum Steuern der Leistung, aufweisend: Messen, durch eine Steuerung, einer Temperatur der Brennstoffzelle; und wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle innerhalb eines Hochtemperaturbereichs liegt, in dem ein Leistungsschwellenwert der Brennstoffzelle auf der Grundlage einer Erhöhung der Temperatur der Brennstoffzelle verringert wird, und wenn die gemessene Temperatur der Brennstoffzelle erhöht wird und dann gleich oder größer als eine vorgegebene Temperatur ist, Verringern, durch die Steuerung, des Leistungsschwellenwertes von einem Leistungswert bei der vorgegebenen Temperatur, wobei der vorgegebene Hochtemperaturbereich ein Bereich ist zwischen einer dritten Temperatur, bei der begonnen wird, den Leistungsschwellenwert auf der Grundlage der Erhöhung der Temperatur der Brennstoffzelle zu verringern, und einer vierten Temperatur, bei der der Leistungsschwellenwert verringert wird und dann den minimalen Leistungsschwellenwert erreicht. Die als Stand der Technik beschriebenen Gegenstände sind lediglich zum Fördern des Verständnisses für den Hintergrund der vorliegenden Erfindung vorgesehen und sollten nicht derart betrachtet werden, dass sie dem Stand der Technik entsprechen, der einem Durchschnittsfachmann bekannt is