【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用于診斷燃料電池系統的運行狀態的方法，一種基于其的用于控制燃料電池系統的方法，和一種燃料電池系統，所述燃料電池系統具有至少一個燃料電池、用于運行介質管理的系統和控制單元，所述控制單元構成用于執行根據本專利技術的方法。
技術介紹
1、用于驅動車輛的燃料電池系統通常基于以氫為燃料的質子交換膜燃料電池(pem燃料電池)。這種燃料電池系統包括pem燃料電池堆和連接在其上的用于運行介質管理，尤其用于陽極氫供應、陰極空氣供應和冷卻的系統。
2、在pem燃料電池運行中進行的電化學過程和物理過程是非常復雜的并且功能組件，尤其質子交換膜遭受各種退化過程和磨損過程。為了控制燃料電池系統，致力于盡可能精確地了解相應的運行狀態，為此，在現有技術中，例如執行阻抗光譜法以實時診斷燃料電池中的電化學過程。
技術實現思路
1、本專利技術的主題是一種用于診斷燃料電池系統的運行狀態的方法，所述燃料電池系統具有至少一個燃料電池和用于運行介質管理的系統，其中創建燃料電池的運行模型，所述運行模型包括電化學模型和與其耦聯的物理模型，其中
2、-可以借助于電化學模型根據電運行電流和與熱力學的運行參數確定燃料電池的電運行功率，和
3、-可以借助于物理模型確定熱力學的運行參數的時間相關的空間分布，并且其中為了診斷運行狀態持續地執行至少以下步驟：
4、-檢測燃料電池的電運行電流和燃料電池的運行介質的狀態變量，其中在燃料電池的輸入端側和/或輸出端側檢測運行介質的狀態變量
5、本專利技術的想法在于，將全面的運行模型用于燃料電池的電運行功率的持續診斷，其中運行模型以適宜的空間和時間分辨率對在燃料電池之內的電化學過程進行建模，例如穿過膜的離子擴散和電化學子反應的動力學，以及借助于物理模型對相關的熱力學的運行參數進行建模。相關的熱力學的運行參數尤其包括電池膜的溫度、運行介質的溫度、運行介質的壓力、運行介質的體積流、運行介質的物質量濃度和/或運行介質的濕度。在此，電化學模型和物理模型彼此耦聯。熱力學的運行參數的由物理模型確定的值形成電化學模型的輸入變量。例如，反應物的濃度損失和/或由電池反應的效率求取的局部廢熱的借助于電化學模型確定的值又傳送至物理模型。基于實際上流動的電流進行建模的燃料電池的電運行功率作為用于其運行狀態的量度輸出。這樣求取的運行功率尤其可以用于控制燃料電池系統。此外，由此例如可以經由與理想的極化曲線、尤其根據實驗在如新的一般的，即未耗損的燃料電池系統處求取的極化曲線的比較獲得關于瞬時退化程度的結論。
6、在燃料電池系統運行中，尤其連續地執行用于診斷電運行功率的建模，為此，執行由所連接的用電裝置、尤其電動車輛發動機所調用的電流作為用于運行模型的輸入變量的連續檢測。作為另外的輸入變量，連續地檢測燃料電池的運行介質的狀態變量，其中作為燃料電池的運行介質例如考慮燃料，尤其氫，氧化劑，尤其吸入的新鮮空氣，陽極排氣，陰極排氣和/或冷卻流體。檢測到的狀態變量尤其包括運行介質的溫度、壓力、體積流和/或水分含量，其中為了檢測可以使用在燃料電池上游和/或下游處設置的傳感器。
7、在根據本專利技術的方法的有利的實施方式中，電化學模型基于電學等效線路圖，和/或物理模型基于熱等效線路圖和/或液壓等效線路圖。尤其，所有模型基于合適的等效線路圖。電等效線路圖是燃料電池借助于分解為等效單個電學部件的電化學工作方式的示圖，其中等效線路圖盡可能準確地模仿燃料電池的行為。尤其，提供線性和非線性電阻器以及電容器作為無源電學兩極來進行建模。與電學等效線路圖類似，可以建立熱等效線路圖或液壓等效線路圖來對在運行介質運輸中的傳熱和流體機械現象進行建模。在此，從電網分析中已知的節點規則和網格規則可以有利地用于計算。例如，電勢差對應于溫度差或壓力差，電流對應于熱流或體積流，并且電阻對應于熱阻或流阻，其中熱阻尤其由熱傳導和對流的分量組成。
8、尤其，運行模型具有：離散化為彼此連接的區段，其中每個區段包括電化學子模型和與其耦聯的物理子模型。每個區段代表被建模的燃料電池的空間部段，并且可以進行對于相應的應用和提供的計算能力優化的分段。
9、在用于燃料電池系統的運行模式中，所述燃料電池系統具有燃料電池堆，所述燃料電池堆包括多個串聯電連接的燃料電池，電化學模型的和物理模型的等效線路圖具有對應的多個彼此上下連接的電路平面。
10、此外，本專利技術還涉及一種用于控制燃料電池系統的方法，所述燃料電池系統具有至少一個燃料電池和用于運行介質管理的系統，其中執行根據上述實施方式之一的用于診斷燃料電池系統的運行狀態的方法，并且其中根據燃料電池系統的經診斷的運行狀態來控制運行介質的管理。
11、此外，本專利技術涉及一種燃料電池系統，所述燃料電池系統具有至少一個燃料電池、用于運行介質管理的系統并且具有控制單元，所述控制單元構成用于執行根據本專利技術的診斷方法和/或根據本專利技術的控制方法。控制單元為了通信與燃料電池系統的所有對于方法執行所需的部件至少間接地連接并且尤其還具有用于存儲運行模型的存儲和計算單元以及基于運行介質的檢測到的電運行電流和檢測到的狀態變量借助于運行模型持續確定燃料電池的電運行功率。
12、此外，本專利技術涉及一種計算機程序產品，所述計算機程序產品具有程序代碼，所述程序代碼存儲在計算機可讀的介質上，所述程序代碼用于執行根據前述實施方式之一的根據本專利技術的方法。計算機程序產品尤其可以存儲在根據本專利技術的燃料電池系統的控制單元上并且由所述控制單元運行。
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1.一種用于診斷燃料電池系統的運行狀態的方法，所述燃料電池系統具有至少一個燃料電池和用于運行介質管理的系統，其中創建所述燃料電池的運行模型(M)，所述運行模型包括電化學模型(ecM)和與其耦聯的物理模型(pM)，其中
2.根據權利要求1所述的方法，其中借助于所述物理模型(pM)在時間相關的空間分布中確定的熱力學的運行參數(Σ)包括所述燃料電池的質子交換膜的溫度、所述運行介質的溫度、所述運行介質的壓力、所述運行介質的體積流、所述運行介質的物質量濃度和/或所述運行介質的濕度。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中考慮將燃料，尤其氫，氧化劑，尤其吸入的新鮮空氣，陽極排氣，陰極排氣和/或冷卻流體作為所述燃料電池的工作介質。
4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中所述電化學模型(ecM)基于電學等效線路圖，和/或所述物理模型(pM)基于熱等效線路圖(thM)和/或液壓等效線路圖(hydM)。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述運行模型具有：離散化為互連的區段(S)，其中每個區段(S)包括電化學子模型和與其耦聯的物理子模型。
...【技術特征摘要】
1.一種用于診斷燃料電池系統的運行狀態的方法，所述燃料電池系統具有至少一個燃料電池和用于運行介質管理的系統，其中創建所述燃料電池的運行模型(m)，所述運行模型包括電化學模型(ecm)和與其耦聯的物理模型(pm)，其中
2.根據權利要求1所述的方法，其中借助于所述物理模型(pm)在時間相關的空間分布中確定的熱力學的運行參數(σ)包括所述燃料電池的質子交換膜的溫度、所述運行介質的溫度、所述運行介質的壓力、所述運行介質的體積流、所述運行介質的物質量濃度和/或所述運行介質的濕度。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中考慮將燃料，尤其氫，氧化劑，尤其吸入的新鮮空氣，陽極排氣，陰極排氣和/或冷卻流體作為所述燃料電池的工作介質。
4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中所述電化學模型(ecm)基于電學等效線路圖，和/或所述物理模型(pm)基于熱等效線路圖(thm)和/或液壓等效線路圖(hydm)。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述運行模型具有：離散化為互連的區段(s)，其中每個區段(...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬里厄斯·蘇韋爾，馬里厄斯·沃爾特斯，約施卡·紹布，維韋克·斯里瓦斯塔瓦，
申請(專利權)人：FEV集團有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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