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DE102021200450A1 - Control method and characteristic curve setting unit for controlling a metering valve of a fuel cell system - Google Patents

Control method and characteristic curve setting unit for controlling a metering valve of a fuel cell system Download PDF

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DE102021200450A1
DE102021200450A1 DE102021200450.4A DE102021200450A DE102021200450A1 DE 102021200450 A1 DE102021200450 A1 DE 102021200450A1 DE 102021200450 A DE102021200450 A DE 102021200450A DE 102021200450 A1 DE102021200450 A1 DE 102021200450A1
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DE
Germany
Prior art keywords
metering valve
current
operating point
fuel cell
value
Prior art date
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Pending
Application number
DE102021200450.4A
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German (de)
Inventor
Hans-Christoph Magel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren (100) zur Kontrolle eines Dosierventils (301) eines Brennstoffzellensystems (300), wobei das Kontrollverfahren (100) umfasst:
- Einstellen (101) eines dem Dosierventil (301) zuzuführenden elektrischen Stroms auf einen ersten Stromwert, in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebspunkts des Brennstoffzellensystems (300), und
für den Fall, dass der aktuelle Betriebspunkt zu einem Sollbetriebspunkt gewechselt werden soll:
- Ermitteln (103) einer Differenz eines durch das Dosierventil (301) aktuell eingestellten Massenstroms zu einem Sollmassenstrom für den Sollbetriebspunkt anhand eines Zuordnungsschemas,
- Bestimmen (105) eines Änderungswerts für einen dem Dosierventil (301) zuzuführenden elektrischen Strom anhand einer vorgegebenen Kennlinie des Dosierventils (301), die jeweiligen Massenstromwerten entsprechende Stromwerte zuordnet,
- Einstellen (107) des Dosierventils (301) durch Ändern des ersten Stromwerts um den Änderungswert.

Figure DE102021200450A1_0000
The presented invention relates to a control method (100) for controlling a metering valve (301) of a fuel cell system (300), the control method (100) comprising:
- Setting (101) an electrical current to be supplied to the metering valve (301) to a first current value, depending on a current operating point of the fuel cell system (300), and
in the event that the current operating point is to be changed to a target operating point:
- Determining (103) a difference between a mass flow currently set by the metering valve (301) and a target mass flow for the target operating point using an assignment scheme,
- determining (105) a change value for an electrical current to be supplied to the metering valve (301) using a predetermined characteristic curve of the metering valve (301), which assigns corresponding current values to the respective mass flow values,
- Adjusting (107) the dosing valve (301) by changing the first current value by the change value.
Figure DE102021200450A1_0000

Description

Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren, eine Kennlinienstelleinheit, ein Dosierventil und ein Brennstoffzellensystem gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen.The presented invention relates to a control method, a characteristic curve setting unit, a metering valve and a fuel cell system according to the respective independent claims.

Stand der TechnikState of the art

In einem Brennstoffzellensystem wird im Anodenkreis Wasserstoff in einem Mitteldruckbereich jeweiligen Brennstoffzellen zugeführt. Dabei wird typischerweise ein Proportionalventil, wie bspw. das Bosch „HGI“, zur bedarfsgerechten Dosierung des Wasserstoffs verwendet.In a fuel cell system, hydrogen is supplied to respective fuel cells in a medium-pressure range in the anode circuit. Typically, a proportional valve, such as the Bosch "HGI", is used to meter the hydrogen as required.

Vorteile eines Proportionalventils liegen in besonders geringen Druckschwankungen und einem geräuscharmen Betrieb.The advantages of a proportional valve are particularly low pressure fluctuations and low-noise operation.

Bei einem Proportionalventil tritt bauartbedingt eine Streuung einer Einspritzmenge bezogen auf eine jeweilige Stellgröße, bspw. aufgrund von Toleranzen von in dem Proportionalventil anliegenden Magnet- oder Federkräften, oder aufgrund von Temperaturschwankungen, auf. Eine solche Streuung ist bereits bei Neuteilen vorhanden.In the case of a proportional valve, the type of construction causes a scattering of an injection quantity in relation to a respective manipulated variable, for example due to tolerances of magnetic or spring forces present in the proportional valve, or due to temperature fluctuations. Such a spread already exists with new parts.

Ferner weist die Kennlinie eines Proportionalventils stets eine Hysterese auf, wodurch sich die Streuung der Einspritzmenge zusätzlich erhöhen kann.Furthermore, the characteristic curve of a proportional valve always has a hysteresis, which can also increase the spread of the injection quantity.

Um die Streuung der Einspritzmenge zu minimieren, ist eine Steuerung über einen dem Proportionalventil zugeführten Strom als Steuergröße sinnvoll.In order to minimize the spread of the injection quantity, control using a current fed to the proportional valve as a control variable makes sense.

Da die Druckregelung im Anodenkreis bei einer Brennstoffzelle in einem geschlossenen Regelkreis funktioniert, ist es bekannt, eine Toleranz der Mengenkennlinie mit auszuregeln.Since the pressure control in the anode circuit of a fuel cell works in a closed control loop, it is known to also compensate for a tolerance in the quantity characteristic.

Um jedoch die Regelgenauigkeit bei schnellen Lastsprüngen zu optimieren ist es oft gewünscht und sinnvoll, zusätzlich zum Regelkreis noch eine Vorsteuerung des Ansteuerstroms des Regelventils vorzunehmen. Hierzu muss eine konkrete Stromgröße entsprechend der gewünschten neuen Sollmenge angesteuert werden. Dies ist durch Toleranzen in der Mengenkennlinie eines Proportionalventils nur eingeschränkt möglich.However, in order to optimize the control accuracy in the event of rapid load changes, it is often desirable and sensible to pre-control the control valve's control current in addition to the control circuit. To do this, a specific current variable must be controlled in accordance with the desired new target quantity. This is only possible to a limited extent due to tolerances in the quantity characteristic of a proportional valve.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die vorgestellte Erfindung dient insbesondere zum Bereitstellen eines Regelventils zum Regeln einer Menge eines zu dosierenden Fluids, das eine besondere geringe Streuung beim Bereitstellen der Menge des zu dosierenden Fluids zeigt.The invention presented serves in particular to provide a control valve for controlling a quantity of a fluid to be metered, which shows a particularly low scatter when providing the quantity of the fluid to be metered.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung wird ein Kontrollverfahren zur Kontrolle eines Dosierventils eines Brennstoffzellensystems vorgestellt. Das Kontrollverfahren umfasst einen Einstellschritt zum Einstellen eines dem Dosierventil zuzuführenden elektrischen Stroms auf einen ersten Stromwert, in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebspunkts des Brennstoffzellensystems, und für den Fall, dass der aktuelle Betriebspunkt zu einem Sollbetriebspunkt gewechselt werden soll, einen Ermittlungsschritt zum Ermitteln einer Differenz eines durch das Dosierventil aktuell eingestellten Massenstroms zu einem Sollmassenstrom für den Sollbetriebspunkt anhand eines Zuordnungsschemas, einen Bestimmungsschritt zum Bestimmen eines Änderungswerts für einen dem Dosierventil zuzuführenden elektrischen Strom anhand einer vorgegebenen Kennlinie des Dosierventils, die jeweiligen Massenstromwerten entsprechende Stromwerte zuordnet und einen Einstellschritt zum Einstellen des Dosierventils durch Ändern des ersten Stromwerts um den Änderungswert. Es kann eine Feststellung durchgeführt werden, ob zu einem Sollbetriebspunkt gewechselt werden soll.According to a first aspect of the presented invention, a control method for checking a metering valve of a fuel cell system is presented. The control method includes a setting step for setting an electric current to be supplied to the metering valve to a first current value, depending on a current operating point of the fuel cell system, and in the event that the current operating point is to be changed to a target operating point, a determination step for determining a difference between a the metering valve currently set mass flow to a target mass flow for the target operating point based on an assignment scheme, a determination step for determining a change value for an electric current to be supplied to the metering valve based on a predetermined characteristic curve of the metering valve, which assigns corresponding current values to the respective mass flow values, and a setting step for setting the metering valve by changing of the first current value by the change value. A determination may be made as to whether to transition to a target operating point.

Unter einem Dosierventil ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Ventil zum Dosieren, d.h. zum Einstellen, eines Massenstroms eines Fluids, wie bspw. eines Gases, insbesondere eine Menge an Wasserstoff, zu verstehen.In the context of the presented invention, a metering valve is to be understood as a valve for metering, i.e. for adjusting, a mass flow of a fluid, such as a gas, in particular a quantity of hydrogen.

Unter einer Kennlinie ist im Kontext der vorgestellten Erfindung insbesondere eine Linie zu verstehen, die jeweiligen Massenstromwerten jeweilige Ansteuerungsstromwerte zuordnet. Entsprechend kann eine Kennlinie bspw. in einem Diagramm vorliegen, das sich über einen Massenstrom und einen Ansteuerungsstrom aufspannt.In the context of the present invention, a characteristic curve is to be understood in particular as a line that assigns respective control flow values to respective mass flow values. Correspondingly, a characteristic curve can be present, for example, in a diagram that spans a mass flow and a control current.

Das vorgestellte Kontrollverfahren basiert auf dem Prinzip, dass zur Vorsteuerung eines Dosierventils auf einen neuen Zielwert bzw. einen neuen Sollbetriebspunkt, nicht ein absoluter Mengenwert und ein entsprechender Stromwert verwendet wird, sondern lediglich eine Änderungsdifferenz zwischen einem dem Sollbetriebspunkt entsprechenden Sollmassenstrom und einem dem aktuellen Betriebspunkt entsprechenden aktuellen Massenstrom verwendet wird. Anhand der Änderungsdifferenz des Massenstroms wird ein Änderungswert ermittelt, um den ein dem Dosierventil zuzuführender elektrischer Strom zu ändern ist.The control method presented is based on the principle that, for pilot control of a metering valve to a new target value or a new target operating point, not an absolute quantity value and a corresponding current value is used, but only a change difference between a target mass flow corresponding to the target operating point and one corresponding to the current operating point current mass flow is used. A change value by which an electrical current to be supplied to the metering valve is to be changed is determined on the basis of the change difference in the mass flow.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Änderungswert für einen dem Dosierventil zuzuführenden elektrischen Strom anhand einer vorgegebenen Kennlinie des Dosierventils bestimmt wird. Entsprechend wird zum Einstellen des Dosierventils auf den Sollmassenstrom lediglich die Änderungsdifferenz des Sollmassenstroms zu einem aktuellen Massenstrom bestimmt und anhand der Änderungsdifferenz ausgehend vom einem aktuellen Stromwert bzw. Ansteuerungswert und einer Steigung einer Kennlinie des Dosierventils ein Änderungswert zum Einstellen des dem Dosierventil zuzuführenden elektrischen Stroms ermittelt.In particular, it is provided that the change value for an electrical current to be supplied to the metering valve is determined on the basis of a predetermined characteristic curve of the metering valve. Correspondingly, in order to adjust the metering valve to the target mass flow, only the change difference in the target mass flow becomes a current mass senstrom determined and based on the change difference based on a current current value or control value and a slope of a characteristic curve of the metering valve determined a change value for adjusting the metering valve to be supplied electrical current.

Zum Bestimmen des erfindungsgemäß vorgesehenen Änderungswerts kann bspw. eine in einem Speicher hinterlegte Kennlinie eines jeweiligen Dosierventils ausgewertet werden, indem ein vorgegebener Sollmassenstrom einem Punkt auf der Kennlinie zugeordnet wird und ein dem Punkt entsprechender Stromwert ermittelt wird.To determine the change value provided according to the invention, a characteristic curve of a respective metering valve stored in a memory can be evaluated, for example, by assigning a specified target mass flow to a point on the characteristic curve and determining a current value corresponding to the point.

Da ein Ermitteln eines Änderungswerts anhand einer Kennlinie nur geringen Toleranzen unterliegt und insbesondere unabhängig von Magnetkrafttoleranzen und Federkrafttoleranzen ist, ergibt sich unter Verwendung des erfindungsgemäß vorgesehenen Änderungswerts eine gegenüber einer komplett neuen bzw. von einem aktuell eingestellten Stromwert unabhängigen Einstellung eines dem Dosierventil zuzuführenden elektrischen Stroms verbesserte Genauigkeit eines durch das Dosierventil eindosierten Massenstroms.Since determining a change value using a characteristic curve is subject to only small tolerances and, in particular, is independent of magnetic force tolerances and spring force tolerances, using the change value provided according to the invention results in an improved setting of an electric current to be supplied to the metering valve compared to a completely new setting or one that is independent of a current value that is currently set Accuracy of a mass flow dosed through the dosing valve.

Das vorgestellte Kontrollverfahren zeigt insbesondere bei Dosierventilen mit einer Hysterese in ihrer Kennlinie, wie es typischerweise bei Proportionalventilen der Fall ist, Vorteile, da eine Steigung der Kennlinie im aufsteigenden und im abfallenden Ast dieselbe ist.The control method presented shows advantages, particularly in the case of metering valves with a hysteresis in their characteristic curve, as is typically the case with proportional valves, since the slope of the characteristic curve is the same in the ascending and descending branches.

Es kann vorgesehen sein, dass das Einstellen des Dosierventils durch Ändern des ersten Stromwerts um den Änderungswert mittels lediglich einer Kennlinienstelleinheit durchgeführt wird.Provision can be made for the metering valve to be adjusted by changing the first current value by the change value by means of just one characteristic-curve setting unit.

Da eine Kennliniensteilheit eines Dosierventils nur geringe Toleranzen aufweist und insbesondere unabhängig von Magnetkrafttoleranzen und Federkrafttoleranzen ist, ergibt sich durch die Verwendung lediglich einer Kennlinienstelleinheit zum Einstellen eines dem Dosierventil zuzuführenden elektrischen Stroms eine gegenüber einer komplett neuen bzw. von einer aktuell eingestellten Stromwert unabhängigen Einstellung eines dem Dosierventil zuzuführenden elektrischen Stroms verbesserte Genauigkeit.Since the steepness of the characteristic curve of a metering valve has only small tolerances and is in particular independent of magnetic force tolerances and spring force tolerances, the use of just one characteristic curve setting unit for setting an electrical current to be supplied to the metering valve results in a setting of a dem Electric current to be supplied to the metering valve improved accuracy.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass für den Fall, dass sich eine Richtung des ersten Stromwerts durch den Änderungswert ändert, der Änderungswert um einen Wert einer Hysterese der Kennlinie eines jeweiligen Dosierventils geändert wird.Provision can furthermore be made for the change value to be changed by a value of a hysteresis of the characteristic curve of a respective metering valve in the event that a direction of the first current value changes as a result of the change value.

Insbesondere kann der Änderungswert bei einer Änderung einer Richtung des ersten Stromwerts um den Wert einer Hysterese der Kennlinie eines jeweiligen Dosierventils erhöht oder verringert werden. Dazu kann der Wert der Hysterese bspw. als Cofaktor beim Bestimmen des Änderungswerts einbezogen, bspw. mit dem Änderungswert multipliziert werden.In particular, when there is a change in the direction of the first current value, the change value can be increased or decreased by the value of a hysteresis of the characteristic curve of a respective metering valve. For this purpose, the value of the hysteresis can be included, for example, as a cofactor when determining the change value, for example multiplied by the change value.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass ein aktuell an dem Dosierventil anliegender Eingangsdruck ermittelt wird und anhand des aktuell an dem Dosierventil anliegenden Eingangsdrucks ein Korrekturfaktor bestimmt wird, der zur Korrektur einer Steigung der Kennlinie des Dosierventils verwendet wird.Provision can furthermore be made for an inlet pressure currently present at the metering valve to be determined and based on the inlet pressure currently present at the metering valve to determine a correction factor which is used to correct a slope of the characteristic curve of the metering valve.

Da sich eine Kennlinie eines Dosierventils in Abhängigkeit eines an dem Dosierventil anliegenden Eingangsdrucks verändern kann, kann mittels eines Korrekturfaktors, der anhand eines aktuell an dem Dosierventil anliegenden Eingangsdrucks bestimmt wird, ein Einfluss des Eingangsdrucks auf eine durch das Dosierventil einzudosierende Menge an Fluid minimieren.Since a characteristic curve of a metering valve can change as a function of an inlet pressure present at the metering valve, an influence of the inlet pressure on an amount of fluid to be metered in through the metering valve can be minimized by means of a correction factor, which is determined using an inlet pressure currently present at the metering valve.

In einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung eine Kennlinienstelleinheit für ein Dosierventil eines Brennstoffzellensystems. Die Kennlinienstelleinheit umfasst eine Kontrolleinheit, die dazu konfiguriert ist, einen dem Dosierventil zuzuführenden elektrischen Strom auf einen ersten Stromwert, in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebspunkts des Brennstoffzellensystems einzustellen, und für den Fall, dass der aktuelle Betriebspunkt zu einem Sollbetriebspunkt gewechselt werden soll, eine Differenz eines durch das Dosierventil aktuell eingestellten Massenstroms zu einem Sollmassenstrom für den Sollbetriebspunkt anhand eines Zuordnungsschemas zu ermitteln, einen Änderungswert für einen dem Dosierventil zuzuführenden elektrischen Strom anhand einer vorgegebenen Kennlinie des Dosierventils, die jeweiligen Massenstromwerten entsprechende Stromwerte zuordnet, zu bestimmen, und das Dosierventil durch Ändern des ersten Stromwerts um den Änderungswert einzustellen.In a second aspect, the presented invention relates to a characteristic setting unit for a metering valve of a fuel cell system. The characteristic curve setting unit includes a control unit that is configured to set an electric current to be supplied to the metering valve to a first current value, depending on a current operating point of the fuel cell system, and in the event that the current operating point is to be changed to a target operating point, a difference of one to determine the mass flow currently set by the metering valve to a target mass flow for the target operating point using an assignment scheme, to determine a change value for an electrical current to be supplied to the metering valve using a specified characteristic curve of the metering valve, which assigns corresponding current values to the respective mass flow values, and to open the metering valve by changing the first current value to set the change value.

Die vorgestellte Kennlinienstelleinheit dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Kontrollverfahrens und kann bspw. als Vorsteuerungsmodul für ein Dosierventil ausgestaltet sein.The presented characteristic curve setting unit is used in particular to carry out the presented control method and can be designed, for example, as a pilot control module for a metering valve.

Zum Durchführen der logischen Operationen des vorgestellten Kontrollverfahrens kann die Kontrolleinheit der Kennlinienstelleinheit bspw. einen Prozessor, einen ASIC oder jeden weiteren programmierbaren Schaltkreis und ggf. einen insbesondere nicht flüchtigen Speicher umfassen.In order to carry out the logical operations of the control method presented, the control unit of the characteristic curve setting unit can comprise, for example, a processor, an ASIC or any other programmable circuit and possibly a non-volatile memory in particular.

Die vorgestellte Kennlinienstelleinheit kann zum Kontrollieren, d.h. zum Steuern bzw. Regeln eines beliebigen Dosierventils konfiguriert sein. Dazu kann die Kennlinienstelleinheit eine Kommunikationsschnittstelle, wie bspw. einen Anschluss für ein Kabel oder eine Drahtlosschnittstelle umfassen, um mit einem jeweiligen Dosierventil eine kommunikative Verbindung aufzubauen.The characteristic setting unit presented can be configured for checking, ie for controlling or regulating, any metering valve. For this purpose, the characteristic setting unit can use a communi cation interface, such as a connection for a cable or a wireless interface to establish a communicative connection with a respective metering valve.

In einem dritten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Dosierventil mit einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Kennlinienstelleinheit.In a third aspect, the presented invention relates to a metering valve with a possible embodiment of the presented characteristic curve setting unit.

Durch eine integrale Ausgestaltung eines Dosierventils mit einer Kennlinienstelleinheit kann ein System, wie bspw. ein Brennstoffzellensystem schnell und einfach mittels des vorgestellten Kontrollverfahrens gesteuert bzw. geregelt werden.A system, such as a fuel cell system, can be controlled or regulated quickly and easily by means of the control method presented by means of an integral configuration of a metering valve with a characteristic curve setting unit.

In einem vierten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Dosierventils.In a fourth aspect, the presented invention relates to a fuel cell system with a possible configuration of the presented metering valve.

Ein mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Dosierventils ausgestattetes Brennstoffzellensystem kann besonders präzise eingestellt bzw. kontrolliert werden, da das vorgestellte Dosierventil aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Kennlinienstelleinheit besonders geringe Abweichungen im Betrieb zeigt.A fuel cell system equipped with a possible configuration of the metering valve presented can be adjusted and controlled particularly precisely, since the metering valve presented shows particularly small deviations during operation due to the characteristic curve setting unit provided according to the invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention result from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Kontrollverfahrens,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Korrektur einer Hysterese mittels des vorgestellten Kontrollverfahrens, und
  • 3 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Brennstoffzellensystems mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Dosierventils und einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Kennlinienstelleinheit.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a possible embodiment of the control procedure presented,
  • 2 a schematic representation of a correction of a hysteresis using the control method presented, and
  • 3 a schematic representation of a possible embodiment of the presented fuel cell system with a possible embodiment of the presented metering valve and a possible embodiment of the presented characteristic setting unit.

In 1 ist ein Kontrollverfahren 100 dargestellt. Das Kontrollverfahren 100 umfasst einen Einstellschritt 101 zum Einstellen eines einem Dosierventil zuzuführenden elektrischen Stroms auf einen ersten Stromwert, in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebspunkts eines durch das Dosierventil versorgten Brennstoffzellensystems, und für den Fall, dass der aktuelle Betriebspunkt zu einem Sollbetriebspunkt gewechselt werden soll, einen Ermittlungsschritt 103 zum Ermitteln einer Differenz eines durch das Dosierventil aktuell eingestellten Massenstroms zu einem Sollmassenstrom für den Sollbetriebspunkt anhand eines Zuordnungsschemas, einen Bestimmungsschritt 105 zum Bestimmen eines Änderungswerts für einen dem Dosierventil zuzuführenden elektrischen Strom anhand einer vorgegebenen Kennlinie des Dosierventils, die jeweiligen Massenstromwerten entsprechende Stromwerte zuordnet, und einen Einstellschritt 107 zum Einstellen des Dosierventils durch Ändern des ersten Stromwerts um den Änderungswert.In 1 a control method 100 is shown. The control method 100 includes a setting step 101 for setting an electrical current to be supplied to a metering valve to a first current value, depending on a current operating point of a fuel cell system supplied by the metering valve, and in the event that the current operating point is to be changed to a target operating point, a determination step 103 to determine a difference between a mass flow currently set by the metering valve and a target mass flow for the target operating point using an assignment scheme, a determination step 105 to determine a change value for an electrical current to be supplied to the metering valve using a predetermined characteristic curve of the metering valve, which assigns corresponding current values to the respective mass flow values, and an adjusting step 107 of adjusting the metering valve by changing the first current value by the change amount.

In 2 ist ein Diagramm 200 dargestellt, das sich auf seiner Abszisse über einen Ansteuerstrom, der einem Dosierventil zugeführt wird, und auf seiner Ordinate über einen Massenstrom aufspannt.In 2 a diagram 200 is shown, the abscissa of which spans a control current that is supplied to a metering valve, and the ordinate of which spans a mass flow.

Ein erster Lastpunkt 201 entspricht einem aktuell eingestellten Betriebspunkt eines Brennstoffzellensystems. Ein zweiter Lastpunkt 203 entspricht einem weiteren Betriebspunkt des Brennstoffzellensystems.A first load point 201 corresponds to a currently set operating point of a fuel cell system. A second load point 203 corresponds to a further operating point of the fuel cell system.

Bei einem sprunghaften Wechsel des Brennstoffzellensystems von dem ersten Lastpunkt 201 zu dem zweiten Lastpunkt 203 wird gemäß dem vorgestellten Kontrollverfahren der elektrische Strom zur Vorsteuerung für den zweiten Lastpunkt 203nicht absolut aus einer Kennlinie eines entsprechenden Dosierventils entnommen, sondern aus der Differenz einer für den zweiten Lastpunkt 203 erforderlichen Fluidmenge zu einer für den bisherigen ersten Lastpunkt 201 vorgesehenen Fluidmenge des bestehenden Betriebspunkt 1 und der Steigung der Kennlinie des Dosierventils errechnet. Dadurch lassen sich auch bei auf der Ordinate verschobenen Kennlinien, was einer typischen Toleranz eines Regelventils entspricht, genaue Vorsteuerwerte für den Ansteuerstrom ermitteln und entsprechend eine Toleranz der Ansteuerung minimieren.In the event of a sudden change in the fuel cell system from the first load point 201 to the second load point 203, according to the control method presented, the electrical current for pilot control for the second load point 203 is not taken absolutely from a characteristic curve of a corresponding metering valve, but from the difference between one for the second load point 203 required amount of fluid is calculated for the previous first load point 201 provided fluid amount of the existing operating point 1 and the slope of the characteristic curve of the metering valve. As a result, even with characteristic curves that are shifted on the ordinate, which corresponds to a typical tolerance of a control valve, precise precontrol values for the control current can be determined and a tolerance of the control can be correspondingly minimized.

Vorliegend kann eine Hysterese in der Kennlinie des Dosierventils, wie durch Pfeil 205 angedeutet, minimiert werden, da die Steigung der Kennlinie im aufsteigenden Ast, wie durch Pfeil 207 angedeutet, und im abfallenden Ast, wie durch Pfeil 209 angedeutet, dieselbe ist. Entsprechend können mittels des vorgestellten Kontrollverfahrens auf jedem Ast genaue Vorsteuerwerte ermittelt werden. Insbesondere kann bei einem Wechsel der Richtung im Ansteuerstrom des Dosierventils eine Korrektur der Hysterese mit in die Berechnung des Vorsteuerwertes mit einbezogen werden, um eine besonders genaue Ansteuerung des Dosierventils zu erreichen.In the present case, a hysteresis in the characteristic curve of the metering valve, as indicated by arrow 205, can be minimized since the gradient of the characteristic curve in the ascending branch, as indicated by arrow 207, and in the descending branch, as indicated by arrow 209, is the same. Accordingly, precise pre-control values can be determined on each branch using the control method presented. In particular, when there is a change in direction in the control current of the metering valve, a correction of the hysteresis can also be included in the calculation of the pre-control value in order to achieve particularly precise control of the metering valve.

Optional kann ferner vorgesehen sein, dass ein Eingangsdruck, der an dem Dosierventils anliegt, ermittelt und zur Korrektur der Steigung der Kennlinien des Dosierventils verwendet wird.Optionally, it can also be provided that an inlet pressure applied to the metering valve is determined and used to correct the slope of the characteristic curves of the metering valve.

In 3 ist ein Brennstoffzellensystem 300 dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 300 umfasst ein Dosierventil 301, das von einer Kennlinienstelleinheit 303 kontrolliert, d.h. gesteuert bzw. geregelt, wird.In 3 a fuel cell system 300 is shown. The fuel cell system 300 includes a metering valve 301 which is controlled, ie controlled or regulated, by a characteristic setting unit 303 .

In Strömungsrichtung von durch das Brennstoffzellensystem 300 strömendem Wasserstoff vor dem Dosierventil 301 ist ein Druckmesser 305 angeordnet, der einen Druck, mit dem der Wasserstoff an dem Dosierventil 301 ankommt, misst.A pressure gauge 305 is arranged upstream of the metering valve 301 in the flow direction of hydrogen flowing through the fuel cell system 300 and measures a pressure at which the hydrogen arrives at the metering valve 301 .

Das Dosierventil 301 dosiert den Wasserstoff einem Brennstoffzellenstapel 307 und eine Strahlpumpe 309 in einem Rezirkulationspfad, wie durch Pfeil 311 angedeutet, zu und ermöglicht dadurch eine Druckregelung im Anodenpfad des Brennstoffzellensystems 300. Durch ein Ablassventil 313 werden Abgase in eine Umgebung abgeleitet.The metering valve 301 meters the hydrogen to a fuel cell stack 307 and a jet pump 309 in a recirculation path, as indicated by arrow 311, thereby enabling pressure regulation in the anode path of the fuel cell system 300. Exhaust gases are discharged into an environment through a drain valve 313.

Die Kennlinienstelleinheit 303 ist dazu konfiguriert, einen dem Dosierventil zuzuführenden elektrischen Strom auf einen ersten Stromwert, in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebspunkts des Brennstoffzellensystems 300 einzustellen, und für den Fall, dass der aktuelle Betriebspunkt zu einem Sollbetriebspunkt gewechselt werden soll, eine Differenz eines durch das Dosierventil 301 aktuell eingestellten Massenstroms zu einem Sollmassenstrom für den Sollbetriebspunkt anhand eines Zuordnungsschemas zu ermitteln, einen Änderungswert für einen dem Dosierventil zuzuführenden elektrischen Strom anhand einer vorgegebenen Kennlinie des Dosierventils 301, die jeweiligen Massenstromwerten entsprechende Stromwerte zuordnet, zu bestimmen, und das Dosierventil 301 durch Ändern des ersten Stromwerts um den Änderungswert einzustellen.The characteristic curve setting unit 303 is configured to set an electric current to be supplied to the metering valve to a first current value, depending on a current operating point of the fuel cell system 300, and in the event that the current operating point is to be changed to a target operating point, a difference in one through the metering valve 301 to determine the currently set mass flow to a target mass flow for the target operating point using an assignment scheme, to determine a change value for an electrical current to be supplied to the metering valve using a specified characteristic curve of metering valve 301, which assigns corresponding current values to the respective mass flow values, and to adjust metering valve 301 by changing the first current value to set the change value.

Optional umfasst das Brennstoffzellensystem 300 einen zweiten Druckmesser 315, der einen in Strömungsrichtung hinter der Strahlpumpe 309 anliegenden Druck ermittelt und an die Kennlinienstelleinheit 303, insbesondere an eine Kontrolleinheit 317 der Kennlinienstelleinheit 303 überträgt.Optionally, the fuel cell system 300 includes a second pressure gauge 315 which determines a pressure present downstream of the jet pump 309 in the direction of flow and transmits it to the characteristic setting unit 303 , in particular to a control unit 317 of the characteristic setting unit 303 .

Claims (7)

Kontrollverfahren (100) zur Kontrolle eines Dosierventils (301) eines Brennstoffzellensystems (300), wobei das Kontrollverfahren (100) umfasst: - Einstellen (101) eines dem Dosierventil (301) zuzuführenden elektrischen Stroms auf einen ersten Stromwert, in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebspunkts des Brennstoffzellensystems (300), und für den Fall, dass der aktuelle Betriebspunkt zu einem Sollbetriebspunkt gewechselt werden soll: - Ermitteln (103) einer Differenz eines durch das Dosierventil (301) aktuell eingestellten Massenstroms zu einem Sollmassenstrom für den Sollbetriebspunkt anhand eines Zuordnungsschemas, - Bestimmen (105) eines Änderungswerts für einen dem Dosierventil (301) zuzuführenden elektrischen Strom anhand einer vorgegebenen Kennlinie des Dosierventils (301), die jeweiligen Massenstromwerten entsprechende Stromwerte zuordnet, - Einstellen (107) des Dosierventils (301) durch Ändern des ersten Stromwerts um den Änderungswert.Control method (100) for controlling a metering valve (301) of a fuel cell system (300), the control method (100) comprising: - Setting (101) an electrical current to be supplied to the metering valve (301) to a first current value, depending on a current operating point of the fuel cell system (300), and in the event that the current operating point is to be changed to a target operating point: - Determining (103) a difference between a mass flow currently set by the metering valve (301) and a target mass flow for the target operating point using an assignment scheme, - determining (105) a change value for an electrical current to be supplied to the metering valve (301) using a predetermined characteristic curve of the metering valve (301), which assigns corresponding current values to the respective mass flow values, - Adjusting (107) the dosing valve (301) by changing the first current value by the change value. Kontrollverfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen (107) des Dosierventils (301) durch Ändern des ersten Stromwerts um den Änderungswert mittels lediglich einer Kennlinienstelleinheit (303) durchgeführt wird.Control procedure (100) according to claim 1 , characterized in that the setting (107) of the metering valve (301) is carried out by changing the first current value by the change value by means of only one characteristic setting unit (303). Kontrollverfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass sich eine Richtung des ersten Stromwerts durch den Änderungswert ändert, der Änderungswert um einen Wert einer Hysterese der Kennlinie des Dosierventils (301) geändert wird.Control procedure (100) according to claim 1 or 2 , characterized in that in the event that a direction of the first current value changes due to the change value, the change value is changed by a value of a hysteresis of the characteristic curve of the metering valve (301). Kontrollverfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktuell an dem Dosierventil (301) anliegender Eingangsdruck ermittelt wird und anhand des aktuell an dem Dosierventil (301) anliegenden Eingangsdrucks ein Korrekturfaktor bestimmt wird, der zur Korrektur einer Steigung der Kennlinie des Dosierventils (301) verwendet wird.Control method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that an inlet pressure currently present at the metering valve (301) is determined and based on the inlet pressure currently present at the metering valve (301) a correction factor is determined which is used to correct a slope of the characteristic curve of the dosing valve (301) is used. Kennlinienstelleinheit (303) für ein Dosierventil (301) eines Brennstoffzellensystems (300), wobei die Kennlinienstelleinheit (303) eine Kontrolleinheit (317) umfasst, die dazu konfiguriert ist, einen dem Dosierventil (301) zuzuführenden elektrischen Strom auf einen ersten Stromwert, in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebspunkts des Brennstoffzellensystems (300) einzustellen, und für den Fall, dass der aktuelle Betriebspunkt zu einem Sollbetriebspunkt gewechselt werden soll, eine Differenz eines durch das Dosierventil (301) aktuell eingestellten Massenstroms zu einem Sollmassenstrom für den Sollbetriebspunkt anhand eines Zuordnungsschemas zu ermitteln, einen Änderungswert für einen dem Dosierventil (301) zuzuführenden elektrischen Strom anhand einer vorgegebenen Kennlinie des Dosierventils, die jeweiligen Massenstromwerten entsprechende Stromwerte zuordnet, zu bestimmen, und das Dosierventil (301) durch Ändern des ersten Stromwerts um den Änderungswert einzustellen.Characteristic setting unit (303) for a metering valve (301) of a fuel cell system (300), wherein the characteristic curve setting unit (303) comprises a control unit (317) which is configured to set an electric current to be supplied to the metering valve (301) to a first current value, depending on a current operating point of the fuel cell system (300), and in the event that the current operating point is to be changed to a target operating point, to determine a difference between a mass flow currently set by the metering valve (301) and a target mass flow for the target operating point using an allocation scheme, a change value for an electrical value to be supplied to the metering valve (301). to determine the current based on a predetermined characteristic curve of the metering valve, which assigns corresponding current values to the respective mass flow values, and the metering valve (301) by changing the first current value to adjust the change value. Dosierventil (301) mit einer Kennlinienstelleinheit (303) nach Anspruch 5.Metering valve (301) with a characteristic adjustment unit (303). claim 5 . Brennstoffzellensystem (300) mit einem Dosierventil (301) nach Anspruch 6.Fuel cell system (300) with a metering valve (301). claim 6 .
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