AT527816B1

AT527816B1 - Control of an operating fluid supply flow for branching sections of a flow path of a fuel cell system

Info

Publication number: AT527816B1
Application number: ATA50104/2024A
Authority: AT
Inventors: Kogler-Lichtenegger Dipl -Ing Markus; Gruber Dipl -Ing Christoph
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2024-02-09
Filing date: 2024-02-09
Publication date: 2025-07-15
Also published as: WO2025166395A1; AT527816A4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle einer Betriebsfluid- Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten (211, 212, 213, 214) eines Strömungspfads (210) eines Brennstoffzellensystems (300) mit einem Betriebsfluid, welches dem Strömungspfad (210) von einer Betriebsfluid- Fördervorrichtung (220) mit einer Ist-Versorgungsströmung (IVS) bereitstellbar ist. Dabei werden zuerst die Durchlassgrade von Stellorganen (230) erfasst, welche stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) in den Verzweigungsabschnitten (211, 212, 213, 214) angeordnet sind und jeweils hinsichtlich ihres Durchlassgrads zur individuellen Einstellung einer Ist-Zweig- Versorgungsströmung (IZVS) in dem jeweiligen Verzweigungsabschnitt (211, 212, 213, 214) kontrollierbar sind. Auf wenigstens einem der erfassten Durchlassgrade basierend wird eine Soll-Versorgungsströmung (SVS), mit der das Betriebsfluid von der Betriebsfluid-Fördervorrichtung (220) an die Verzweigungsabschnitte (211, 212, 213, 214) bereitzustellen ist, ermittelt. Die Ist-Versorgungsströmung (IVS) wird dann zu der Soll-Versorgungsströmung (SVS) kontrolliert. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt, eine Kontrollvorrichtung (100), ein Kontrollsystem (200) und ein Brennstoffzellensystem (300), welche sich das erfindungsgemäße Verfahren jeweils zu Nutze machen.The present invention relates to a method for controlling an operating fluid supply flow for supplying branching sections (211, 212, 213, 214) of a flow path (210) of a fuel cell system (300) with an operating fluid that can be provided to the flow path (210) by an operating fluid delivery device (220) with an actual supply flow (IVS). First, the flow rates of actuators (230) are detected. These actuators are arranged downstream of the operating fluid delivery device (220) in the branching sections (211, 212, 213, 214) and are each controllable with regard to their flow rate for individually adjusting an actual branch supply flow (IZVS) in the respective branching section (211, 212, 213, 214). Based on at least one of the detected flow rates, a target supply flow (SVS) is determined, with which the operating fluid is to be provided from the operating fluid delivery device (220) to the branching sections (211, 212, 213, 214). The actual supply flow (IVS) is then controlled to the target supply flow (SVS). The invention further relates to a computer program product, a control device (100), a control system (200), and a fuel cell system (300), each of which utilizes the method according to the invention.

Description

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Description

KONTROLLE EINER BETRIEBSFLUID-VERSORGUNGSSTRÖMUNG FÜR VERZWEIGUNGSABSCHNITTE EINES STRÖMUNGSPFADS EINES BRENNSTOFFZELLENSYSTEMS Control of an operating fluid supply flow for branching sections of a flow path of a fuel cell system

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Kontrolle einer Betriebsfluid-Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten eines Strömungspfads eines Brennstoffzellensystems mit Betriebsfluid. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt zur computerbasierten Ausführung eines solchen Verfahrens. [0001] The invention relates to a method and a system for controlling an operating fluid supply flow for supplying branching sections of a flow path of a fuel cell system with operating fluid. The invention further relates to a computer program product for the computer-based execution of such a method.

[0002] Reaktanten für den Betrieb von Brennstoffzellen sind üblicherweise mit einer bestimmten Temperatur, bei einem bestimmten Druck und in einer bestimmten Menge bereitzustellen. Um solche Prozessparameter entsprechend einzustellen, weisen Brennstoffzellensysteme oftmals verzweigte Leitungspfade auf, die zu den Brennstoffzellen führen und entlang derer die Reaktanten chemische und thermische Prozesse durchlaufen. [0002] Reactants for the operation of fuel cells are usually provided at a specific temperature, at a specific pressure, and in a specific quantity. To adjust such process parameters accordingly, fuel cell systems often have branched pipelines leading to the fuel cells, along which the reactants undergo chemical and thermal processes.

[0003] Die Reaktanten sind zudem kontinuierlich in ausreichender Menge bereitzustellen, da Brennstoffzellen vornehmlich kontinuierlich betrieben werden. Um die zuzuführende Menge an Reaktant zur Versorgung der Brennstoffzellen einzustellen, wird oftmals die Reaktanten-Versorgungsquelle geregelt und so der Massenfluss durch die Leitungspfade eingestellt. Als ein Reaktant findet in Brennstoffzellen beispielsweise Sauerstoff Verwendung, der als Luft-Strom von einem Gebläse an ein luftseitiges Leitungssystem des Brennstoffzellensystems bereitgestellt wird. [0003] The reactants must also be continuously provided in sufficient quantities, since fuel cells are primarily operated continuously. To adjust the amount of reactant supplied to the fuel cells, the reactant supply source is often regulated, thus adjusting the mass flow through the conduit paths. For example, oxygen is used as a reactant in fuel cells; it is supplied as an air stream by a blower to an air-side conduit system of the fuel cell system.

[0004] Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, im laufenden Betrieb eine Regelung des eingespeisten Gesamt-Luftmassenstroms durchzuführen. Dabei wird beispielsweise zunächst ein Soll-Gesamt-Luftmassenstrom aus einem vorgegebenen Luft-Bedarf der Brennstoffzelle errechnet. Auf Basis dieses errechneten Soll-Gesamt-Luftmassenstroms wird dann ein Drehzahlsollwert für das Gebläse ermittelt und an diesem eingestellt. Eine Regelung des Gesamt-Luftmassenstroms wird dann durch Abgleich des Soll-Gesamt-Luftmassenstroms mit einem von einem Flusssensor erfassten Ist-Gesamt-Luftmassenstrom ermöglicht. [0004] It is known from the prior art to regulate the total air mass flow supplied during operation. For example, a target total air mass flow is first calculated from a predetermined air requirement of the fuel cell. Based on this calculated target total air mass flow, a target speed for the fan is then determined and adjusted accordingly. Control of the total air mass flow is then enabled by comparing the target total air mass flow with an actual total air mass flow detected by a flow sensor.

[0005] Ein Verfahren zur Kontrolle einer Betriebsfluid-Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten eines Strömungspfads eines Brennstoffzellensystems mit Betriebsfluid ist beispielsweise aus der US 2017229721 A1 bekannt. [0005] A method for controlling an operating fluid supply flow for supplying branching sections of a flow path of a fuel cell system with operating fluid is known, for example, from US 2017229721 A1.

[0006] Nachteilig an einem solchen Vorgehen ist, dass unter bestimmten Umständen ein temporärer Luftmangel in den Brennstoffzellen eintreten kann. Solche Umstände sind beispielsweise Ereignisse, die singulär und/oder dynamisch in dem Brennstoffzellensystem auftreten, oder bestimmte Betriebsarten. Für jeden dieser Fälle berücksichtigt die initiale Berechnung des Soll-Gesamt-Luftmassenstroms derartige Vorkommnisse nicht oder nur unzureichend. Ein plötzlich veränderter Bedarf an Luft-Sauerstoff kann daher mit dem bekannten Vorgehen nur schwer erkannt und kontrolliert werden. Auch ist eine Regelung über den GesamtLuftmassenstrom fehleranfällig, da Flusssensoren bei Störungen, wie Verwirbelungen, ungenaue Daten zum tatsächlichen IstGesamt-Luftmassenstrom liefern. Derartige Probleme können natürlich auch bei anderen gasförmigen Medien als Luft, die als Reaktanten eingesetzt werden, auftreten, wie Wasserstoff oder Kohlendioxid. [0006] A disadvantage of such an approach is that under certain circumstances a temporary lack of air can occur in the fuel cells. Such circumstances include, for example, events that occur singularly and/or dynamically in the fuel cell system, or certain operating modes. In each of these cases, the initial calculation of the target total air mass flow does not take such occurrences into account or does so only inadequately. A suddenly changed demand for atmospheric oxygen is therefore difficult to detect and control using the known approach. Control via the total air mass flow is also prone to errors, since flow sensors provide inaccurate data on the actual total air mass flow in the event of disturbances such as turbulence. Such problems can of course also occur with gaseous media other than air that are used as reactants, such as hydrogen or carbon dioxide.

[0007] Entsprechend besteht mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehen ein erhöhtes Risiko, dass Brennstoffzellen oder wenigstens Teile des Leitungssystems nur unzureichend mit Reaktanten versorgt werden. [0007] Accordingly, with the procedure known from the prior art, there is an increased risk that fuel cells or at least parts of the line system are insufficiently supplied with reactants.

[0008] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen in einem Brennstoffzellensystem bereitzustellenden Gesamt-Massenstrom an Reaktant schnell, robust und bedarfsorientiert zu kontrollieren und dabei bei der Kontrolle insbesondere auf Daten eines Flusssensors für den Gesamt-Massenstrom verzichten zu können. [0008] It is therefore an object of the present invention to at least partially remedy the disadvantages described above. In particular, it is an object of the present invention to quickly, robustly, and demand-oriented control of a total mass flow of reactant to be provided in a fuel cell system, and, in particular, to be able to dispense with data from a flow sensor for the total mass flow during the control process.

[0009] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 10, ein Kontroll-[0009] The above object is achieved by a method having the features of claim 1, a computer program product having the features of claim 10, a control

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system mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12. system with the features of claim 11 and a fuel cell system with the features of claim 12.

[0010] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt, der erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung, dem erfindungsgemäßen Kontrollsystem und dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird und genommen werden kann. [0010] Further advantages and features of the invention emerge from the dependent claims, the description, and the drawings. Features and details described in connection with the method according to the invention naturally also apply in connection with the computer program product according to the invention, the control device according to the invention, the control system according to the invention, and the fuel cell system according to the invention, and vice versa, so that reciprocal reference is and can always be made to the individual aspects of the invention with regard to the disclosure.

[0011] Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle einer Betriebsfluid-Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten eines Strömungspfads eines Brennstoffzellensystems mit einem Betriebsfluid. Das Betriebsfluid ist dabei dem Strömungspfad von einer Betriebsfluid-Fördervorrichtung mit einer Ist-Versorgungsströmung bereitstellbar. [0011] A first aspect of the invention relates to a method for controlling an operating fluid supply flow for supplying branching sections of a flow path of a fuel cell system with an operating fluid. The operating fluid can be provided to the flow path by an operating fluid delivery device with an actual supply flow.

[0012] In dem Verfahren wird ein Durchlassgrad wenigstens eines Stellorgans erfasst. Das Stellorgan ist stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung in einem, insbesondere in jedem, der Verzweigungsabschnitte angeordnet. Das Stellorgan ist ferner hinsichtlich seines Durchlassgrads kontrollierbar, um eine Ist-Zweig-Versorgungsströmung durch den Verzweigungsabschnitt entsprechend einer Soll-Zweig-Versorgungsströmung zu kontrollieren. [0012] In the method, a flow rate of at least one actuator is detected. The actuator is arranged downstream of the operating fluid delivery device in one, in particular in each, of the branching sections. The actuator is further controllable with respect to its flow rate in order to control an actual branch supply flow through the branching section in accordance with a desired branch supply flow.

[0013] In dem Verfahren wird eine Soll-Versorgungsströmung ermittelt. Mit der Soll-Versorgungsströmung ist das Betriebsfluid an die Verzweigungsabschnitte bereitzustellen. Die Soll-Versorgungsströmung wird basierend auf dem erfassten Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans ermittelt. [0013] In the method, a target supply flow is determined. The operating fluid is to be supplied to the branching sections using the target supply flow. The target supply flow is determined based on the detected flow rate of the at least one actuator.

[0014] In dem Verfahren wird die Ist-Versorgungsströmung kontrolliert. Dabei ist die Ist- Versorgungsströmung von der Betriebsfluid-Fördervorrichtung an die Verzweigungsabschnitte als die Betriebsfluid-Versorgungsströmung bereitzustellen. Die Ist-Versorgungsströmung wird zu der ermittelten Soll-Versorgungsströmung kontrolliert. [0014] In the method, the actual supply flow is controlled. The actual supply flow from the operating fluid delivery device to the branching sections is to be provided as the operating fluid supply flow. The actual supply flow is controlled to the determined target supply flow.

[0015] Mit anderen Worten wird ein Verfahren bereitgestellt, in dem eine Betriebsfluid-Versorgungsströmung, von welcher Verzweigungsabschnitte eines Strömungspfads mit Betriebsfluid versorgt werden, auf Basis von Durchlassgraden wenigstens eines Stellorganes, welches in einem der Verzweigungsabschnitte angeordnet ist, kontrolliert wird. [0015] In other words, a method is provided in which an operating fluid supply flow, from which branch sections of a flow path are supplied with operating fluid, is controlled on the basis of permeabilities of at least one actuator arranged in one of the branch sections.

[0016] Erfindungsgemäß wird mithin ein Kontroll-Verfahren bereitgestellt. [0016] According to the invention, a control method is therefore provided.

[0017] Im Rahmen der Erfindung kann dabei unter einem „Kontrollieren“ insbesondere ein Steuern und/oder Regeln verstanden werden. [0017] Within the scope of the invention, “controlling” can be understood in particular as controlling and/or regulating.

[0018] Dabei wird in dem Verfahren eine Betriebsfluid-Versorgungsströmung kontrolliert. [0018] In the method, an operating fluid supply flow is controlled.

[0019] Im Rahmen der Erfindung kann dabei unter einer „Strömung“ insbesondere das Strömen einer Substanz verstanden werden. Bevorzugt kann die Strömung durch die pro Zeiteinheit durch eine Querschnittsfläche hindurchtretende Menge an Substanz definiert sein. Beispielsweise kann die Strömung als Massenstrom (z.B. kg/s) und/oder Volumenstrom (z.B. mli/s) durch eine Leitung oder einen Kanal definiert sein. Oftmals werden synonym auch die Begriffe „Strom“, „Durchflussmenge“ oder „Durchflussrate“ zur Charakterisierung einer Strömung verwendet. [0019] Within the scope of the invention, a "flow" can be understood, in particular, as the flow of a substance. Preferably, the flow can be defined by the amount of substance passing through a cross-sectional area per unit time. For example, the flow can be defined as a mass flow (e.g., kg/s) and/or volume flow (e.g., ml/s) through a line or channel. The terms "flow," "flow rate," or "flow rate" are often used synonymously to characterize a flow.

[0020] Die Betriebsfluid-Versorgungsströmung ist für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten eines Strömungspfads eines Brennstoffzellensystems mit einem Betriebsfluid vorgesehen. [0020] The operating fluid supply flow is provided for supplying branching sections of a flow path of a fuel cell system with an operating fluid.

[0021] Im Rahmen der Erfindung kann der Begriff „Versorgung“ dabei insbesondere als Bereitstellen und/oder Beibringen verstanden werden. Ein „Betriebsfluid“ kann insbesondere als ein Fluid oder eine gasförmige Substanz verstanden werden. Bevorzugt kann die Substanz während des Einsatzes im Betrieb wenigstens teilweise gasförmig sein. Ferner bevorzugt kann die Substanz im Betrieb oder für den Betrieb eines Brennstoffzellensystems eingesetzt werden. Das Betriebsfluid kann beispielsweise ein Reaktant sein, wie Luft oder Brennstoff. Ein „Verzweigungsabschnitt“ kann beispielsweise als ein Leitungsabschnitt aufgefasst werden, der sich von einer [0021] Within the scope of the invention, the term "supply" can be understood in particular as providing and/or supplying. An "operating fluid" can be understood in particular as a fluid or a gaseous substance. Preferably, the substance can be at least partially gaseous during use in operation. Furthermore, the substance can preferably be used in the operation or for the operation of a fuel cell system. The operating fluid can, for example, be a reactant, such as air or fuel. A "branching section" can, for example, be understood as a line section that extends from a

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Hauptleitung, welche das Betriebsfluid führt, an einer Stelle abzweigt, die mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Betriebsfluids stromabwärts vom Einlass liegt, und der wenigstens einen alternativen Strömungsweg in der Hauptleitung bereitstellt. Der Begriff „Strömungspfad“ kann im Rahmen der Erfindung insbesondere als Gesamtheit möglicher Strömungswege für das Betriebsfluid verstanden werden, wie ein Leitungssystem. Ferner bevorzugt kann der Strömungspfad beispielsweise eine fluidtechnische Verbindung zwischen einer Strömungsquelle, wie einem Luftgebläse, und wenigstens einer Strömungssenke, wie der Luftseite einer Brennstoffzelle, für das Betriebsfluid, wie Luft, sein. Main line, which carries the operating fluid, branches off at a point that is downstream of the inlet with respect to the flow direction of the operating fluid, and which provides at least one alternative flow path in the main line. The term "flow path" can be understood within the scope of the invention, in particular, as the totality of possible flow paths for the operating fluid, such as a line system. Furthermore, the flow path can preferably be, for example, a fluidic connection between a flow source, such as an air blower, and at least one flow sink, such as the air side of a fuel cell, for the operating fluid, such as air.

[0022] Das Betriebsfluid ist dem Strömungspfad von einer Betriebsfluid-Fördervorrichtung mit einer Ist-Versorgungsströmung bereitstellbar. [0022] The operating fluid can be provided to the flow path by an operating fluid conveying device with an actual supply flow.

[0023] Im Rahmen der Erfindung kann als eine „Betriebsfluid-Fördervorrichtung“ insbesondere eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Betriebsfluid als eine Strömung verstanden werden. So kann die Betriebsfluid-Fördervorrichtung beispielsweise ein Gebläse, eine Pumpe, und/oder ein unter Druck stehender Tank sein und bevorzugt mehrere dieser Komponenten aufweisen. [0023] Within the scope of the invention, an "operating fluid delivery device" can be understood, in particular, as a device for providing operating fluid as a flow. Thus, the operating fluid delivery device can be, for example, a blower, a pump, and/or a pressurized tank, and preferably comprise several of these components.

[0024] Gemäß der Erfindung wird ein Durchlassgrad wenigstens eines Stellorgans erfasst. [0024] According to the invention, a transmittance of at least one actuator is detected.

[0025] Im Rahmen der Erfindung kann unter einem „Durchlassgrad“ beispielsweise der Umfang einer Durchlässigkeit eines Stellorgans für das Betriebsfluid verstanden werden. So kann der Durchlassgrad beispielsweise eine Durchflussmenge, eine Durchflussfläche oder eine Ventilöffnung angeben. Bevorzugt kann der Durchlassgrad als relativer Wert in Relation zu einem Zustand nicht-eingeschränkten Durchfließens angegeben sein, beispielsweise als Prozentangabe. Das Stellorgan kann beispielsweise ein Ventil oder eine Drossel sein. Ein „Erfassen“ kann im Rahmen der Erfindung insbesondere als ein Messen, Aufnehmen, und/oder Registrieren verstanden werden. [0025] Within the scope of the invention, a "permeability" can be understood, for example, as the extent of permeability of an actuator to the operating fluid. Thus, the permeability can, for example, indicate a flow rate, a flow area, or a valve opening. Preferably, the permeability can be specified as a relative value in relation to a state of unrestricted flow, for example, as a percentage. The actuator can, for example, be a valve or a throttle. "Detecting" within the scope of the invention can be understood, in particular, as measuring, recording, and/or recording.

[0026] Das Stellorgan, dessen Durchlassgrad erfasst wird, ist stromabwärts der BetriebsfluidFördervorrichtung in einem der Verzweigungsabschnitte angeordnet und hinsichtlich seines Durchlassgrads kontrollierbar, um eine Ist-Zweig- Versorgungsströmung durch den Verzweigungsabschnitt entsprechend einer Soll-Zweig-Versorgungsströmung zu kontrollieren. [0026] The actuator, the degree of which is detected, is arranged downstream of the operating fluid conveying device in one of the branching sections and is controllable with regard to its degree of passage in order to control an actual branch supply flow through the branching section in accordance with a desired branch supply flow.

[0027] Im Rahmen der Erfindung kann die Kontrollierbarkeit des Stellorgans hinsichtlich seines Durchlassgrads insbesondere derart verstanden werden, dass bei dem Stellorgan beispielsweise der Durchlassgrad variabel eingestellt werden kann in einem Bereich zwischen einem gänzlich offenen und gänzlich geschlossenen Zustand. Dadurch kann das Stellorgan variabel hinsichtlich seines Durchlassgrads kontrolliert werden. Auch eine rein binäre Durchlassgrad-Kontrolle kann von der Erfindung umfasst sein. Bei einer binären Kontrolle des Durchlassgrads weist das Stellorgan beispielsweise nur zwei Öffnungszustände auf, nämlich einen offen und einen geschlossenen Zustand. [0027] Within the scope of the invention, the controllability of the actuator with respect to its transmittance can be understood in particular in such a way that, for example, the transmittance of the actuator can be variably adjusted within a range between a fully open and fully closed state. This allows the actuator to be variably controlled with respect to its transmittance. A purely binary transmittance control can also be encompassed by the invention. With binary control of the transmittance, the actuator, for example, has only two opening states: an open and a closed state.

[0028] Eine Soll-Versorgungsströmung, mit der das Betriebsfluid an die Verzweigungsabschnitte bereitzustellen ist, wird basierend auf dem erfassten Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans ermittelt. Die Ist- Versorgungsströmung, die von der Betriebsfluid-Fördervorrichtung an die Verzweigungsabschnitte als die Betriebsfluid-Versorgungsströmung bereitzustellen ist, wird zu der ermittelten Soll-Versorgungsströmung kontrolliert. [0028] A target supply flow at which the operating fluid is to be supplied to the branching sections is determined based on the detected flow rate of the at least one actuator. The actual supply flow to be supplied by the operating fluid delivery device to the branching sections as the operating fluid supply flow is controlled to the determined target supply flow.

[0029] Im Rahmen der Erfindung kann ein „Kontrollieren zu einem Soll-Wert“ insbesondere als ein Annähern an den Soll-Wert von unten und/oder oben verstanden werden. [0029] Within the scope of the invention, “controlling to a target value” can be understood in particular as approaching the target value from below and/or above.

[0030] Somit kann die Kontrolle der Betriebsfluid-Versorgungsströmung unabhängig von einer gemessenen Betriebsfluid-Versorgungsströmung erfolgen, wodurch auf ein Vorsehen entsprechender Flusssensoren verzichtet werden kann. Ferner ist es möglich, schnell und bedarfsorientiert auf plötzliche Veränderungen im Brennstoffzellensystem zu reagieren. So kann beispielsweise in dem Verfahren ein gestiegener Bedarf an Betriebsfluid in einem der Verzweigungsabschnitte erkannt werden, wenn das zugehörige Stellorgan einen relativ hohen Durchlassgrad benötigen sollte, um eine ausreichende Versorgung bereitzustellen. Entsprechend kann aus der erfassten Information zum Durchlassgrad abgeleitet werden, wann die Betriebsfluid-Versorgungsströmung zu verändern ist, um beispielsweise einen gestiegenen Bedarf an Betriebsfluid [0030] Thus, the control of the operating fluid supply flow can be carried out independently of a measured operating fluid supply flow, which eliminates the need for corresponding flow sensors. Furthermore, it is possible to react quickly and in a demand-oriented manner to sudden changes in the fuel cell system. For example, the method can detect an increased demand for operating fluid in one of the branching sections if the associated actuator requires a relatively high flow rate to provide a sufficient supply. Accordingly, the detected information on the flow rate can be used to determine when the operating fluid supply flow needs to be changed, for example, to meet an increased demand for operating fluid.

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zu decken. Die Durchlassgrade der Stellorgane können so die Funktion eines Indikators für den Bedarf an Betriebsfluid übernehmen und ein geänderter Bedarf muss nicht mehr aus dem Abgleich von Soll- und Ist-Werten für den Gesamtmassenstrom des Betriebsfluids ermittelt werden. Die Kontrolle der Betriebsfluid-Versorgungsströmung kann zudem stabil erfolgen, da diese durch Anpassen der von der Betriebsfluid-Fördervorrichtung bereitgestellten Betriebsfluid-Menge verändert wird und nicht durch die Stellorgane, welche allein Einfluss auf die ihnen jeweils zugeh6örige Zweig-Versorgungsströmung nehmen. to cover the demand. The flow rates of the actuators can thus serve as an indicator for the demand for operating fluid, and a changed demand no longer needs to be determined by comparing the target and actual values for the total mass flow of the operating fluid. Furthermore, the control of the operating fluid supply flow can be carried out stably, since it is changed by adjusting the amount of operating fluid provided by the operating fluid delivery device and not by the actuators, which only influence their respective branch supply flow.

[0031] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann der erfasste Durchlassgrad einen IstDurchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der erfasste Durchlassgrad einen Soll-Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans aufweisen. [0031] According to a preferred embodiment, the detected transmittance can comprise an actual transmittance of the at least one actuator. Alternatively or additionally, the detected transmittance can comprise a desired transmittance of the at least one actuator.

[0032] So kann eine anwendungsorientierte Ermittlung der Soll-Betriebsfluid-Versorgungsströmung erfolgen und die Kontrolle der Betriebsfluid-Versorgungsströmung verbessert werden. Basiert die Ermittlung der Soll-Betriebsfluid-Versorgungsströmung beispielsweise auf einem momentanen Ist- Durchlassgrad, kann die Kontrolle der Betriebsfluid-Versorgungsströmung ausgehend von einer Bewertung der Ist-Situation eines Verzweigungspfades erfolgen. Basiert die Ermittlung der Soll-Betriebsfluid-Versorgungsströmung hingegen auf einem Soll-Durchlassgrad, kann die Kontrolle der Betriebsfluid-Versorgungsströmung ausgehend von der Bewertung einer für den Verzweigungspfad angestrebten Situation erfolgen. Ein weiterer Vorteil hierbei ist ferner, dass beispielsweise auch nur binär schaltbare Stellorgane verwendet werden können, da die SollBetriebsfluid-Versorgungsströmung aus einem errechneten Durchlassgrad ermittelt werden kann. Basiert die Ermittlung der Soll-Betriebsfluid-Versorgungsströmung sowohl auf Ist-Durchlassgrad als auch Soll-Durchlassgrad, kann anhand eines Soll-Ist-Vergleichs ein sich verändernder Bedarf an Betriebsfluid genau und schnell erfasst werden, da bereits geringfügige Änderungen erkennbar werden. [0032] This allows for application-oriented determination of the target operating fluid supply flow, and improved control of the operating fluid supply flow. If the determination of the target operating fluid supply flow is based, for example, on a current actual flow rate, the control of the operating fluid supply flow can be based on an evaluation of the actual situation of a branching path. If, however, the determination of the target operating fluid supply flow is based on a target flow rate, the control of the operating fluid supply flow can be based on an evaluation of a desired situation for the branching path. A further advantage here is that, for example, only binary switchable actuators can be used, since the target operating fluid supply flow can be determined from a calculated flow rate. If the determination of the target operating fluid supply flow is based on both the actual flow rate and the target flow rate, a changing demand for operating fluid can be recorded accurately and quickly using a target-actual comparison, since even minor changes can be detected.

[0033] Gemäß der Erfindung wird die Ist-Zweig-Versorgungsströmung des Betriebsfluids durch einen Verzweigungsabschnitt erfasst. Bevorzugt kann hierbei ein Strömungssensor für die Erfassung in dem Verzweigungsabschnitt angeordnet sein. Ein Soll-Durchlassgrad für das wenigstens eine Stellorgan wird basierend auf der erfassten Ist-Zweig-Versorgungsströmung und einer bevorzugt vorgegebenen Soll-Zweig-Versorgungsströmung ermittelt. Als der erfasste Durchlassgrad wird wenigstens der ermittelte Soll-Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans erfasst. [0033] According to the invention, the actual branch supply flow of the operating fluid is detected through a branching section. A flow sensor for detection can preferably be arranged in the branching section. A target flow rate for the at least one actuator is determined based on the detected actual branch supply flow and a preferably predetermined target branch supply flow. At least the determined target flow rate of the at least one actuator is detected as the detected flow rate.

[0034] Derart kann die Ist-Versorgungsströmung basierend auf dem tatsächlichen BetriebsfluidBedarf, der für einen Verzweigungsabschnitt vorliegt, kontrolliert werden. Auch ist es möglich, den Betriebsfluid-Strom durch den individuellen Verzweigungsabschnitt zu kontrollieren, ohne das Stellorgan selbst hinsichtlich dessen Durchlassgrad zu kontrollieren. [0034] In this way, the actual supply flow can be controlled based on the actual operating fluid demand for a branch section. It is also possible to control the operating fluid flow through the individual branch section without controlling the actuator itself with regard to its flow rate.

[0035] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann der ermittelte Soll-Durchlassgrad mit einem Durchlassgradgrenzbereich verglichen werden. Der Durchlassgradgrenzbereich kann bevorzugt eine Durchlassgradobergrenze und/oder eine Durchlassgraduntergrenze aufweisen. Eine Grenze des Durchlassgradgrenzbereichs, also bevorzugt die Durchlassgradobergrenze oder die Durchlassgraduntergrenze, kann zur Begrenzung des Ist-Durchlassgrads als der SollDurchlassgrad festgelegt werden, falls der ermittelte Soll-Durchlassgrad außerhalb der Durchlassgradgrenze ist. Bevorzugt kann die Durchlassgradobergrenze wenigstens 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% oder 100% des maximalen Durchlassgrads des Stellorgans sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Durchlassgraduntergrenze wenigstens 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35% oder 40% des maximalen Durchlassgrads des Stellorgans sein. [0035] According to a preferred embodiment, the determined target transmittance can be compared with a transmittance limit range. The transmittance limit range can preferably have an upper transmittance limit and/or a lower transmittance limit. A limit of the transmittance limit range, i.e. preferably the upper transmittance limit or the lower transmittance limit, can be defined as the target transmittance to limit the actual transmittance if the determined target transmittance is outside the transmittance limit. The upper transmittance limit can preferably be at least 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, or 100% of the maximum transmittance of the actuator. Alternatively or additionally, the lower transmittance limit may be at least 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35% or 40% of the maximum transmittance of the actuator.

[0036] So kann eine Versorgung aller Verzweigungsabschnitte mit Betriebsfluid sichergestellt werden. Eine Begrenzung des Durchlassgrads ermöglicht ferner eine bessere Kontrollierbarkeit der Zweig-Versorgungsströmung, da das Stellorgan noch Spielraum für Verstellbewegungen zur Veränderung des Durchlassgrads aufweist, also Endlagen des Stellorgans (vollständig offen oder zu) nicht ohne Weiteres eingenommen werden und damit bei sich schnell ändernden oder kritischen Zuständen im Brennstoffzellensystem zur Kontrolle herangezogen werden können. [0036] This ensures that all branch sections are supplied with operating fluid. Limiting the flow rate also allows for better control of the branch supply flow, since the actuator still has room for adjustment movements to change the flow rate. This means that the actuator's end positions (fully open or closed) are not easily assumed and can therefore be used for control in the event of rapidly changing or critical conditions in the fuel cell system.

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[0037] Bevorzugt kann die Soll-Versorgungsströmung auf Basis des ermittelten Soll-Durchlassgrads und nicht auf Basis des begrenzten Durchlassgrads ermittelt werden. [0037] Preferably, the target supply flow can be determined on the basis of the determined target transmission rate and not on the basis of the limited transmission rate.

[0038] Derart kann die Stabilität der Kontrolle der Versorgungsströmung verbessert werden, da die Stellorgane nicht beliebig, sondern innerhalb eines Grenzbereiches kontrolliert werden und unabhängig davon zugleich ein geänderter Bedarf an Betriebsfluid bei der Ermittlung der SollVersorgungsströmung mit seiner tatsächlichen Größe berücksichtigt werden kann. [0038] In this way, the stability of the control of the supply flow can be improved, since the actuators are not controlled arbitrarily, but within a limit range and, independently of this, a changed demand for operating fluid can be taken into account when determining the target supply flow with its actual size.

[0039] Gemäß einer ferner bevorzugten Ausgestaltung kann die Soll-Versorgungsströmung mittels einer Kontrollfunktion ermittelt werden. Bevorzugt kann die Kontrollfunktion wenigstens den erfassten Durchlassgrad als Eingangsparameter aufweisen. Die Kontrollfunktion kann zum Beispiel eine lineare, polynomiale, logarithmische und/oder exponentielle Funktion aufweisen. [0039] According to a further preferred embodiment, the target supply flow can be determined using a control function. Preferably, the control function can have at least the detected permeability as an input parameter. The control function can, for example, have a linear, polynomial, logarithmic, and/or exponential function.

[0040] Somit kann die Soll-Versorgungsströmung genau und flexibel mittels Funktionsgleichungen ermittelt werden, da die Kontrollfunktion Prozesse oder Übertragungsfunktionen bestimmter Parameter mathematisch nachbilden können. [0040] Thus, the target supply flow can be determined accurately and flexibly using functional equations, since the control function can mathematically simulate processes or transfer functions of certain parameters.

[0041] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist es auch vorstellbar, den Durchlassgrad von mehr als nur einem Stellorgan zu erfassen. Insbesondere kann das Erfassen des Durchlassgrads ein Erfassen der Durchlassgrade von wenigstens zwei Stellorganen aufweisen, wobei die Stellorgane stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung in zueinander unterschiedlichen Verzweigungsabschnitten des Strömungspfads angeordnet sind und jeweils hinsichtlich ihres Durchlassgrads kontrollierbar sind. [0041] According to a preferred embodiment, it is also conceivable to detect the permeability of more than one actuator. In particular, detecting the permeability may involve detecting the permeabilities of at least two actuators, wherein the actuators are arranged downstream of the operating fluid delivery device in mutually different branching sections of the flow path and are each controllable with respect to their permeability.

[0042] Somit kann jeder Verzweigungsabschnitt beispielsweise in die Ermittlung der Soll-Versorgungsströmung einbezogen werden. [0042] Thus, each branching section can be included, for example, in the determination of the target supply flow.

[0043] Bevorzugt kann hierbei das Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung ein Ermitteln eines Maximums aus bevorzugt allen erfassten Durchlassgraden aufweisen. Bevorzugt kann das Maximum aus den Ist-Durchlassgraden oder Soll-Durchlassgraden, welche zu jedem der Stellorgane erfasst werden, ermittelt werden. Das so ermittelte Maximum kann als der für das Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung herangezogene Durchlassgrad festgelegt werden. [0043] Preferably, determining the target supply flow may comprise determining a maximum from preferably all detected flow rates. Preferably, the maximum may be determined from the actual flow rates or target flow rates detected for each of the actuators. The maximum thus determined may be set as the flow rate used to determine the target supply flow.

[0044] Alternativ oder zusätzlich kann der erfasste Durchlassgrad einen Ist-Durchlassgrad und einen Soll-Durchlassgrad zu jedem der wenigstens zwei Stellorgane aufweisen. Das Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung kann dabei das Ermitteln des Maximums der erfassten Ist-Durchlassgrade jedes Stellorgans und das Ermitteln des Maximums der erfassten Soll-Durchlassgrade jedes Stellorgans umfassen. Bevorzugt können die so ermittelten Maxima als der Durchlassgrad festgelegt werden, welcher für das Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung herangezogen wird. Die Soll-Versorgungsströmung kann bevorzugt mit einer Kontrollfunktion, die wenigstens die beiden ermittelten Maxima als Eingangsparameter aufweist, ermittelt werden. [0044] Alternatively or additionally, the detected flow rate can comprise an actual flow rate and a target flow rate for each of the at least two actuators. Determining the target supply flow rate can comprise determining the maximum of the detected actual flow rates for each actuator and determining the maximum of the detected target flow rates for each actuator. Preferably, the maxima thus determined can be defined as the flow rate used to determine the target supply flow rate. The target supply flow rate can preferably be determined using a control function that has at least the two determined maxima as input parameters.

[0045] Alternativ oder zusätzlich ist es gemäß einer ferner bevorzugten Ausgestaltung auch denkbar, die Soll-Versorgungsströmung anhand eines Durchlass-Verhältnisses zwischen einem Ist-Durchlassgrad und einem Soll-Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans zu ermitteln. Hierzu kann der erfasste Durchlassgrad einen Ist- Durchlassgrad und einen Soll-Durchlassgrad zu wenigstens dem einen Stellorgan aufweisen. Für das Ermitteln der Soll-Versorgungsströmung kann ein Durchlass-Verhältnis zwischen dem Ist-Durchlassgrad zu dem Soll-Durchlassgrad ermittelt werden. Bevorzugt kann dabei das Durchlass-Verhältnis aus dem Ist-Durchlassgrad mit dem Soll-Durchlassgrad desselben Stellorgans oder verschiedener Stellorgane gebildet werden. Das ermittelte Durchlass-Verhältnis kann mit einem Durchlassverhältnisgrenzwert verglichen werden. Die Soll-Versorgungsströmung kann gemäß einer Kontrollfunktion ermittelt werden, welche wenigstens das ermittelte Durchlass-Verhältnis als Eingangsparameter aufweist. Bevorzugt kann hierbei ein Kontrollieren der Ist-Versorgungsströmung zu der Soll-Versorgungsströmung erfolgen, bis das Durchlass-Verhältnis den Durchlassverhältnisgrenzwert nicht mehr überschreitet. [0045] Alternatively or additionally, according to a further preferred embodiment, it is also conceivable to determine the target supply flow based on a flow ratio between an actual flow rate and a target flow rate of the at least one actuator. For this purpose, the detected flow rate can have an actual flow rate and a target flow rate for at least one actuator. To determine the target supply flow, a flow ratio between the actual flow rate and the target flow rate can be determined. Preferably, the flow ratio can be formed from the actual flow rate and the target flow rate of the same actuator or different actuators. The determined flow rate can be compared with a flow rate limit value. The target supply flow can be determined according to a control function which has at least the determined flow rate as an input parameter. Preferably, the actual supply flow can be controlled relative to the desired supply flow until the flow ratio no longer exceeds the flow ratio limit value.

[0046] Mit den vorgenannten Ermittlungs-Methoden lässt sich in vorteilhafter Weise gut identifizieren, ob für den Strömungspfad ein veränderter Bedarf an Betriebsfluid vorliegt. Ausgehend hiervon kann die Soll-Versorgungsströmung entsprechend in geeigneter Höhe ermittelt werden. [0046] The aforementioned determination methods can be used to advantageously identify whether there is a change in the operating fluid demand for the flow path. Based on this, the target supply flow can be determined accordingly at a suitable level.

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[0047] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Kontrollieren der Ist- Versorgungsströmung ein Umwandeln der ermittelten Soll-Versorgungsströmung in ein Kontrollsignal KS. Das Kontrollsignal kann bevorzugt mit einem Soll-Kontrollparameter der Betriebsfluid-Fördervorrichtung korrespondieren. Zum Beispiel kann der Soll-Kontrollparameter bevorzugt eine Soll-FörderGeschwindigkeit, einen Soll-Förder-Druck, einen elektrischen Eingangsstrom, und/oder eine elektrische Eingangsspannung aufweisen. Die Betriebsfluid-Fördervorrichtung kann in Reaktion auf das Kontrollsignal mit dem Soll-Kontrollpbarameter betrieben werden. [0047] According to a preferred embodiment, controlling the actual supply flow may involve converting the determined target supply flow into a control signal KS. The control signal may preferably correspond to a target control parameter of the operating fluid delivery device. For example, the target control parameter may preferably include a target delivery speed, a target delivery pressure, an electrical input current, and/or an electrical input voltage. The operating fluid delivery device may be operated in response to the control signal with the target control parameter.

[0048] Alternativ oder zusätzlich kann das Kontrollieren der Ist-Versorgungsströmung ein Anpassen einer Durchflussrate eines Betriebsfluid-Stromes mittels eines Kontrollabschnitts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung aufweisen, wobei der Kontrollabschnitt angeordnet ist, um das Betriebsfluid mit der Ist- Versorgungsströmung abzugeben. Die Durchflussrate kann bevorzugt durch Anpassen eines Öffnungsquerschnitts des Kontrollabschnitts angepasst werden. [0048] Alternatively or additionally, controlling the actual supply flow may comprise adjusting a flow rate of an operating fluid flow by means of a control section of the operating fluid delivery device, wherein the control section is arranged to deliver the operating fluid at the actual supply flow. The flow rate may preferably be adjusted by adjusting an opening cross-section of the control section.

[0049] Im Rahmen der Erfindung kann ein „Kontrollsignal“ als übertragbare Information anpassbaren Inhalts, mittels derer eine Kontrolle eines Aktors ermöglicht wird, verstanden werden. So kann das Kontrollsignal beispielsweise ein Steuersignal oder Steuerbefehl sein. [0049] Within the scope of the invention, a "control signal" can be understood as transmittable information with adaptable content, by means of which control of an actuator is enabled. For example, the control signal can be a control signal or control command.

[0050] Derart kann die Kontrolle der Ist-Versorgungsströmung mit einfachen technischen Mitteln erreicht werden und dabei effizient und genau durchgeführt werden. [0050] In this way, the control of the actual supply flow can be achieved with simple technical means and can be carried out efficiently and accurately.

[0051] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen. [0051] A further aspect of the invention relates to a computer program product comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the method described above.

[0052] Es kann weiter eine Kontrollvorrichtung zur Kontrolle einer Betriebsfluid-Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten eines Strömungspfads eines Brennstoffzellensystems mit einem Betriebsfluid vorgesehen sein, welches dem Strömungspfad von einer Betriebsfluid-Fördervorrichtung mit einer Ist-Versorgungsströmung bereitstellbar ist. Die Kontrollvorrichtung weist hierzu ein Erfassungsmodul zum Erfassen eines Durchlassgrads wenigstens eines Stellorgans auf, welches stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung in einem der Verzweigungsabschnitte angeordnet ist und das bzgl. seines Durchlassgrads kontrollierbar ist. Die Kontrollvorrichtung weist weiter ein Ermittlungsmodul auf zum Ermitteln einer Soll-Versorgungsströmung, mit der das Betriebsfluid an die Verzweigungsabschnitte bereitzustellen ist. Das Ermittlungsmodul ist ausgebildet, die Soll-Versorgungsströmung basierend auf dem erfassten Durchlassgrad des wenigstens einen Stellorgans zu ermitteln. Die Kontrollvorrichtung weist ein Kontrollmodul auf, das ausgebildet ist, ein Kontrollsignal auszugeben, um die Ist- Versorgungsströmung als die Betriebsfluid-Versorgungsströmung zu der ermittelten Soll-Versorgungsströmung zu kontrollieren. [0052] A control device for controlling an operating fluid supply flow for supplying branching sections of a flow path of a fuel cell system with an operating fluid can be provided, which can be provided to the flow path by an operating fluid delivery device with an actual supply flow. For this purpose, the control device has a detection module for detecting a flow rate of at least one actuator, which is arranged downstream of the operating fluid delivery device in one of the branching sections and which can be controlled with regard to its flow rate. The control device further has a determination module for determining a target supply flow with which the operating fluid is to be provided to the branching sections. The determination module is designed to determine the target supply flow based on the detected flow rate of the at least one actuator. The control device comprises a control module configured to output a control signal to control the actual supply flow as the operating fluid supply flow to the determined target supply flow.

[0053] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kontrollsystem zur Kontrolle einer Betriebsfluid-Versorgungsströmung für die Versorgung von Verzweigungsabschnitten eines Strömungspfads eines Brennstoffzellensystems mit einem Betriebsfluid. Das Kontrollsystem weist eine Betriebsfluid-Fördervorrichtung auf, um das Betriebsfluid an den Strömungspfad mit einer Ist-Versorgungsströmung bereitzustellen. Ferner weist das Kontrollsystem wenigstens ein Stellorgan auf, welches stromabwärts der Betriebsfluid-Fördervorrichtung in einem der Verzweigungsabschnitte angeordnet ist und welches hinsichtlich seines Durchlassgrads kontrollierbar ist, um eine Ist-Zweig- Versorgungsströmung durch den Verzweigungsabschnitt entsprechend einer SollZweig-Versorgungsströmung zu kontrollieren. Das Kontrollsystem weist ferner die vorgenannte Kontrollvorrichtung auf, welche mit der Betriebsfluid-Fördervorrichtung und dem wenigstens einen Stellorgan gekoppelt ist. [0053] A further aspect of the invention relates to a control system for controlling an operating fluid supply flow for supplying branching sections of a flow path of a fuel cell system with an operating fluid. The control system comprises an operating fluid delivery device for providing the operating fluid to the flow path with an actual supply flow. Furthermore, the control system comprises at least one actuator, which is arranged downstream of the operating fluid delivery device in one of the branching sections and whose permeability is controllable in order to control an actual branch supply flow through the branching section in accordance with a desired branch supply flow. The control system further comprises the aforementioned control device, which is coupled to the operating fluid delivery device and the at least one actuator.

[0054] Die Kopplung mit der Kontrollvorrichtung kann dabei bevorzugt mechanisch, signaltechnisch und/oder funktionell sein. [0054] The coupling with the control device can preferably be mechanical, signal-related and/or functional.

[0055] Gemäß der Erfindung ist das Stellorgan ein kontrollierbares Ventil. Der Strömungspfad weist mehrere fluidtechnisch zueinander parallele Verzweigungsabschnitte auf. In einzelnen oder allen der Verzweigungsabschnitte ist jeweils wenigstens ein Stellorgan vorgesehen. Ferner weist wenigstens einer der Verzweigungsabschnitte wenigstens einen stromaufwärts des Stellorgans [0055] According to the invention, the actuator is a controllable valve. The flow path has several branching sections that are fluidically parallel to one another. In some or all of the branching sections, at least one actuator is provided. Furthermore, at least one of the branching sections has at least one upstream of the actuator.

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angeordneten Strömungssensor zur Erfassung der Ist-Zweig-Versorgungsströmung des Betriebsfluids durch den zugehörigen Verzweigungsabschnitt auf. Der Strömungspfad ist wenigstens ein Abschnitt eines Luftzuführpfads, welcher sich zu einer Luftseite eines Brennstoffzellenstapels erstreckt. Das Betriebsfluid weist Umgebungsluft auf. Die Betriebsfluid-Fördervorrichtung ist ein kontrollierbarer Luftbläser. arranged flow sensor for detecting the actual branch supply flow of the operating fluid through the associated branch section. The flow path is at least a portion of an air supply path extending to an air side of a fuel cell stack. The operating fluid comprises ambient air. The operating fluid delivery device is a controllable air blower.

[0056] Im Rahmen der Erfindung kann dabei unter einem „Strömungssensor“ insbesondere ein Instrument zur Erfassung eines Massen- oder Volumendurchflusses verstanden werden. [0056] Within the scope of the invention, a “flow sensor” can be understood in particular as an instrument for detecting a mass or volume flow.

[0057] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem. Bevorzugt kann das Brennstoffzellensystem ein PEM-, SOFC-, oder SOEC-Brennstoffzellensystem sein. Das Brennstoffzellensystem weist wenigstens einen Brennstoffzellenstapel mit einer Luftseite und einer Brennstoffseite auf. Ferner weist das Brennstoffzellensystem wenigstens einen Strömungspfad mit Verzweigungsabschnitten auf. Dabei wird durch den Strömungspfad der Luftseite oder der Brennstoffseite ein Zustrom an Betriebsfluid für den Betrieb des Brennstoffzellenstapels bereitgestellt. Das Brennstoffzellensystem weist ferner das vorgenannte Kontrollsystem auf. Das Kontrollsystem ist dabei in dem Brennstoffzellensystem angeordnet, eine Betriebsfluid-Versorgungsströmung zu kontrollieren, um die Verzweigungsabschnitte mit Betriebsfluid zu versorgen. [0057] A further aspect of the invention relates to a fuel cell system. The fuel cell system can preferably be a PEM, SOFC, or SOEC fuel cell system. The fuel cell system has at least one fuel cell stack with an air side and a fuel side. Furthermore, the fuel cell system has at least one flow path with branching sections. An inflow of operating fluid for operating the fuel cell stack is provided through the flow path of the air side or the fuel side. The fuel cell system further has the aforementioned control system. The control system is arranged in the fuel cell system to control an operating fluid supply flow in order to supply the branching sections with operating fluid.

[0058] Mit den vorgenannten weiteren Aspekten der Erfindung und deren Weiterbildungen können dieselben Vorteile und technischen Effekte erlangt werden, welche bereits im Detail oben für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wurden. Auf eine explizite Mederholung derselbigen wird daher an dieser Stelle verzichtet. [0058] With the aforementioned further aspects of the invention and their further developments, the same advantages and technical effects can be achieved that have already been described in detail above for the method according to the invention. Therefore, an explicit repetition of these aspects is omitted here.

[0059] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben werden. Es zeigen schematisch: [0059] Further advantages, features, and details of the invention will become apparent from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. They show schematically:

[0060] Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung, Kontrollsystems und Brennstoffzellensystems, [0060] Fig. 1 shows an embodiment of a control device, control system and fuel cell system according to the invention,

[0061] Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung und eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und [0061] Fig. 2 shows a further embodiment of a control device according to the invention and an embodiment of a method according to the invention, and

[0062] Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kontrollsystems und Brennstoffzellensystems. [0062] Fig. 3 shows a further embodiment of a control system and fuel cell system according to the invention.

[0063] Die Figuren 1 bis 3 zeigen unterschiedliche Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung. [0063] Figures 1 to 3 show different aspects and embodiments of the invention.

[0064] Figuren 1 und 3 zeigen beispielsweise ein erfindungsgemäßes Kontrollsystem 200 in einem Brennstoffzellensystem 300. Das Kontrollsystem 200 ist dazu vorgesehen, einen Strom eines Betriebsfluids zu Verzweigungsabschnitten 211, 212, 213, 214 eines Strömungspfads 210 zu kontrollieren. Da der Betriebsfluid Strom die Verzweigungsabschnitte 211, 212, 213, 214 mit Betriebsfluid versorgt, wird dieser Strom als Betriebsfluid-Versorgungsströmung bezeichnet. In Figur 1 ist der Strömungspfad 210 beispielhaft mit drei Verzweigungsabschnitten 211, 212, 213 dargestellt und ein weiterer Verzweigungsabschnitt 214 angedeutet. Natürlich kann der Strömungspfad 210 auch nur zwei oder mehr als die vier gezeigten Verzweigungsabschnitte 211, 212, 213, 214 aufweisen. [0064] Figures 1 and 3 show, for example, a control system 200 according to the invention in a fuel cell system 300. The control system 200 is provided to control a flow of an operating fluid to branching sections 211, 212, 213, 214 of a flow path 210. Since the operating fluid flow supplies the branching sections 211, 212, 213, 214 with operating fluid, this flow is referred to as the operating fluid supply flow. In Figure 1, the flow path 210 is shown, by way of example, with three branching sections 211, 212, 213, and a further branching section 214 is indicated. Of course, the flow path 210 can also have only two or more than the four branching sections 211, 212, 213, 214 shown.

[0065] Figuren 1 und 3 verdeutlichen die Funktionsweise des Kontrollsystems 200 anhand einer Ausbildung des Strömungspfads 210 als Luftpfad des Brennstoffzellensystems 300. In Figur 1 strömt somit Luft als das Betriebsfluid über einen Lufteinlass 201 in den Strömungspfad 210 ein. Der Strömungspfad 210 kann beispielsweise ein Leitungssystem sein. Hierbei kann sich ein Leitungsabschnitt von dem Lufteinlass 201 zu einer Verzweigungsstelle 219 erstrecken, von dem sich mehrere Leitungen als die Verzweigungsabschnitte 211, 212, 213, 214 wegerstrecken, welche jeweils separate Strömungswege für das Betriebsfluid bilden. [0065] Figures 1 and 3 illustrate the operation of the control system 200 based on a configuration of the flow path 210 as an air path of the fuel cell system 300. In Figure 1, air, as the operating fluid, flows into the flow path 210 via an air inlet 201. The flow path 210 can, for example, be a conduit system. A conduit section can extend from the air inlet 201 to a branching point 219, from which several conduits extend as the branching sections 211, 212, 213, 214, each forming separate flow paths for the operating fluid.

[0066] Zur definierten Bereitstellung der Betriebsfluid-Versorgungsströmung weist das Kontrollsystem 200 eine Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 auf, von der das Betriebsfluid mit einer IstVersorgungsströmung IVS an den Leitungspfad 210 bereitgestellt wird. In den Figuren 1 und 3 [0066] For the defined provision of the operating fluid supply flow, the control system 200 has an operating fluid delivery device 220, from which the operating fluid is provided with an actual supply flow IVS to the line path 210. In Figures 1 and 3

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ist die Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 beispielhaft als Luftgebläse dargestellt. Bevorzugt ist die Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 kontrollierbar, insbesondere hinsichtlich der bereitstellbaren Betriebsfluid-Versorgungsströmung. The operating fluid conveying device 220 is illustrated, by way of example, as an air blower. The operating fluid conveying device 220 is preferably controllable, in particular with regard to the available operating fluid supply flow.

[0067] Die Verzweigungsabschnitte 211, 212, 213 weisen bevorzugt jeweils ein Stellorgan 230 auf. Die Stellorgane 230 sind hinsichtlich ihres Durchlassgrads kontrollierbar. So kann das Stellorgan 230 beispielsweise zur Ausführung von Kontrollbewegungen ausgebildet sein, also beispielsweise ermöglichen, seinen aktuell eingestellten Ist- Durchlassgrad IDG zu erfassen und auszugeben. Ferner kann das Stellorgan 230 den Durchlassgrad bevorzugt aufgrund einer Stellvorgabe zu einem Soll-Durchlassgrad SDG verstellen. Somit kann ein Betriebsfluid Strom durch den jeweiligen Verzweigungsabschnitt 211, 212, 213 kontrolliert werden. Dies ist in Figur 1 durch die Angabe von Ist-Zweig-Versorgungsströmungen IZVS dargestellt, die beispielsweise von Strömungssensoren 240 erfasst werden können. Die Strömungssensoren 240 können dabei zwischen der Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 und dem jeweiligen Stellorgan 230 angeordnet sein. Die Stellorgane 230 können bevorzugt Regelventile sein. [0067] The branching sections 211, 212, 213 preferably each have an actuator 230. The actuators 230 can be controlled with regard to their flow rate. For example, the actuator 230 can be designed to perform control movements, for example, to enable the detection and output of its currently set actual flow rate IDG. Furthermore, the actuator 230 can adjust the flow rate to a target flow rate SDG, preferably based on an adjustment specification. Thus, an operating fluid flow through the respective branching section 211, 212, 213 can be controlled. This is illustrated in Figure 1 by the indication of actual branch supply flows IZVS, which can be detected, for example, by flow sensors 240. The flow sensors 240 can be arranged between the operating fluid conveying device 220 and the respective actuator 230. The actuators 230 may preferably be control valves.

[0068] Das Kontrollsystem 200 weist weiter eine Kontrollvorrichtung 100 auf, welche mit der Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 und dem wenigstens einen Stellorgan 230 gekoppelt ist. In den Figuren 1 und 3 ist die Kopplung beispielsweise durch Signalverbindungen angedeutet, welche beispielsweise drahtlos oder drahtgebunden vorgesehen sein können. Insbesondere kann durch die Kopplung ein Informationsaustausch zwischen den Komponenten des Kontrollsystems 200 und der Kontrollvorrichtung 100 ermöglicht werden. Die Kontrollvorrichtung 100 ist im Übrigen auch ein eigenständiger Bestandteil der Erfindung, wird aber nachfolgend zur Verdeutlichung im Kontext des Brennstoffzellensystems 300 und des Kontrollsystem 200 näher erläutert. [0068] The control system 200 further comprises a control device 100, which is coupled to the operating fluid delivery device 220 and the at least one actuator 230. In Figures 1 and 3, the coupling is indicated, for example, by signal connections, which can be provided, for example, wirelessly or wired. In particular, the coupling can enable an exchange of information between the components of the control system 200 and the control device 100. The control device 100 is also an independent component of the invention, but will be explained in more detail below in the context of the fuel cell system 300 and the control system 200 for clarity.

[0069] Die Kontrollvorrichtung 100 kann beispielsweise als Prozesscontroller oder Computer ausgebildet sein, welche beispielsweise fähig ist, ein Computerprogramm auszuführen. Die Kontrollvorrichtung 100 weist ein Erfassungsmodul 101 auf, mit dem die Ist-Durchlassgrade IDG der Stellorgane 230 erfasst werden können. Hierzu können, wie in den Figuren 1 und 3 gezeigt, Messsignalleitungen die Kontrollvorrichtung 100 mit den Stellorganen 230 verbinden. Das Erfassungsmodul 101 kann beispielsweise als Datenschnittstelle ausgebildet sein. [0069] The control device 100 can be configured, for example, as a process controller or computer, which is capable of executing a computer program, for example. The control device 100 has a detection module 101 with which the actual transmittances IDG of the actuators 230 can be detected. For this purpose, as shown in Figures 1 and 3, measurement signal lines can connect the control device 100 to the actuators 230. The detection module 101 can be configured, for example, as a data interface.

[0070] Weiter weist die Kontrollvorrichtung 100 ein Ermittlungsmodul 102 auf, um eine Soll-Versorgungsströmung SVS zu ermitteln, also insbesondere eine gewünschte Größe für den Strom an Betriebsfluid in dem Abschnitt des Strömungspfads 210 zwischen der Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 und den Verzweigungsabschnitte 211, 212, 213, 214 zu ermitteln. Dabei ist das Ermittlungsmodul 102 dazu ausgebildet, basierend auf dem erfassten Durchlassgrad der Stellorgane 230 die Soll-Versorgungsströmung SVS zu ermitteln. [0070] Furthermore, the control device 100 has a determination module 102 for determining a desired supply flow SVS, i.e., in particular, for determining a desired value for the flow of operating fluid in the section of the flow path 210 between the operating fluid conveying device 220 and the branching sections 211, 212, 213, 214. The determination module 102 is configured to determine the desired supply flow SVS based on the detected flow rate of the actuators 230.

[0071] Ferner weist die Kontrollvorrichtung 100 ein Kontrollmodul 103 auf, mittels dessen ein Kontrollsignal KS ausgegeben wird, um die Ist-Versorgungsströmung IVS zu kontrollieren. Dies ist in den Figuren 1 und 3 durch eine Signalleitung von der Kontrollvorrichtung 100 zu der Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 exemplarisch dargestellt. Das Kontrollmodul 103 kann beispielsweise ein Signalausgang der Kontrollvorrichtung 100 sein. [0071] Furthermore, the control device 100 has a control module 103, by means of which a control signal KS is output to control the actual supply flow IVS. This is illustrated by way of example in Figures 1 and 3 by a signal line from the control device 100 to the operating fluid delivery device 220. The control module 103 can, for example, be a signal output of the control device 100.

[0072] Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der Kontrollvorrichtung 100 und insbesondere der Ermittlung der Soll-Versorgungsströmung SVS. Figur 2 kann ferner auch zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kontrolle der Betriebsfluid-Versorgungsströmung dienen. [0072] Figure 2 shows a preferred embodiment of the control device 100 and, in particular, the determination of the desired supply flow SVS. Figure 2 can also serve to explain the method according to the invention for controlling the operating fluid supply flow.

[0073] So wird zunächst der Durchlassgrad wenigstens eines der Stellorgane 230 erfasst. Hierbei kann es sich um den Ist-Durchlassgrad IDG und/oder den Soll-Durchlassgrad SDG handeln. Da in dem Beispiel der Figur 2 die Durchlassgrade mehrerer Stellorgane 230 erfasst werden, sind die Ist-Durchlassgrade IDG und Soll-Durchlassgrade SDG als Vektoren „<>“ gezeigt. [0074] Die Soll-Durchlassgrade SDG können wahlweise benutzerdefiniert vorgegeben werden oder ermittelt werden. In der Kontrollvorrichtung 100 kann zur Ermittlung des Soll-Durchlassgrads SDG beispielsweise ein Soll-Durchlassgrad-Ermittlungsmodul 105 vorgesehen sein. Hierbei können neben den Ist-Durchlassgraden IDG bevorzugt auch die Ist-Zweig-Versorgungsströmungen [0073] Thus, first, the transmittance of at least one of the actuators 230 is detected. This can be the actual transmittance IDG and/or the target transmittance SDG. Since in the example of Figure 2 the transmittances of several actuators 230 are detected, the actual transmittances IDG and target transmittances SDG are shown as vectors "<>". [0074] The target transmittances SDG can either be user-defined or determined. In the control device 100, for example, a target transmittance determination module 105 can be provided to determine the target transmittance SDG. In this case, in addition to the actual transmittances IDG, the actual branch supply flows can also preferably be

[0074] Die Soll-Durchlassgrade SDG können wahlweise benutzerdefiniert vorgegeben werden oder ermittelt werden. In der Kontrollvorrichtung 100 kann zur Ermittlung des Soll-Durchlassgrads SDG beispielsweise ein Soll-Durchlassgrad-Ermittlungsmodul 105 vorgesehen sein. Hierbei können neben den Ist-Durchlassgraden IDG bevorzugt auch die Ist-Zweig-Versorgungsströmungen [0074] The target transmittances SDG can either be user-defined or determined. For example, a target transmittance determination module 105 can be provided in the control device 100 to determine the target transmittance SDG. In this case, in addition to the actual transmittances IDG, the actual branch supply flows can also preferably be determined.

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IZVS der Verzweigungsabschnitte 211, 212, 213 erfasst werden. In der Kontrollvorrichtung 100 kann dies beispielsweise mittels des zuvor beschriebenen Erfassungsmoduls 101 ermöglicht werden. Auf Basis eines Vergleichs derselben mit vorgegebenen Soll-Zweig-Versorgungsströmungen SZVS können dann die Soll-Durchlassgrade SDG für die jeweiligen Stellorgane 230 ermittelt werden. Hierzu kann in der Kontrollvorrichtung 100 ein Soll-Durchlassgrad-Bestimmungsmodul 1051 vorgesehen sein. Die SollZweig-Versorgungsströmungen SZVS können beispielsweise anhand eines gewünschten Betriebs der Brennstoffzellen berechnet werden. IZVS of the branching sections 211, 212, 213 can be detected. In the control device 100, this can be enabled, for example, by means of the previously described detection module 101. Based on a comparison of these with predetermined target branch supply flows SZVS, the target flow rates SDG for the respective actuators 230 can then be determined. For this purpose, a target flow rate determination module 1051 can be provided in the control device 100. The target branch supply flows SZVS can be calculated, for example, based on a desired operation of the fuel cells.

[0075] Um zu verhindern, dass eine ausreichende Versorgung aller Verzweigungsabschnitte 211, 212, 213, 214 gefährdet wird, falls die so ermittelten Soll-Durchlassgrade SDG ohne weitere Kontrolle direkt an die Stellorgane 230 zur Flusskontrolle in den Zweigen übertragen würden, kann ferner eine Beschränkung der ermittelten Soll-Durchlassgrade SDG auf geeignete Grenzen erfolgen. Hierzu kann beispielsweise in der Kontrollvorrichtung 100 ein Soll-Durchlassgrad-Beschränkungsmodul 1052 vorgesehen sein. Dort kann der ermittelte Soll-Durchlassgrad SDG mit einem Durchlassgradgrenzbereich verglichen werden, welcher eine Durchlassgradobergrenze OG und eine Durchlassgraduntergrenze UG aufweisen kann. Falls einer oder einzelne der ermittelten Soll-Durchlassgrade SDG außerhalb des Durchlassgradgrenzbereichs liegen sollten, kann die Durchlassgradobergrenze OG oder Durchlassgraduntergrenze UG für solche Durchlassgrade festgelegt werden. Die so modifizierten Soll-Durchlassgrade können als beschränkte Soll-Durchlassgrade bSDG an die Stellorgane 230 ausgegeben werden. [0075] To prevent a sufficient supply to all branching sections 211, 212, 213, 214 from being jeopardized if the thus determined target transmittances SDG were to be transmitted directly to the actuators 230 for flow control in the branches without further control, the determined target transmittances SDG can also be restricted to suitable limits. For this purpose, a target transmittance restriction module 1052 can be provided, for example, in the control device 100. There, the determined target transmittance SDG can be compared with a transmittance limit range, which can have an upper transmittance limit OG and a lower transmittance limit UG. If one or more of the determined target transmittances SDG lie outside the transmittance limit range, the upper transmittance limit OG or lower transmittance limit UG can be set for such transmittances. The target transmittances modified in this way can be output to the actuators 230 as limited target transmittances bSDG.

[0076] Hierbei ist ferner anzumerken, dass bevorzugt während des Betriebes eine Kontrolle der Stellorgane 230 basierend auf den Soll-Durchlassgraden SDG oder bSDG erfolgen kann. Alternativ ist es auch vorstellbar, dass die Stellorgane 230 in derselben Öffnungsposition verharren, so dass die Ist-Zweig-Versorgungsströmungen IZVS wahlweise allein durch die Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 kontrolliert werden oder zusätzlich in Kombination mit den Stellorganen 230. [0076] It should also be noted that, preferably during operation, the actuators 230 can be controlled based on the desired flow rates SDG or bSDG. Alternatively, it is also conceivable for the actuators 230 to remain in the same opening position, so that the actual branch supply flows IZVS are optionally controlled solely by the operating fluid delivery device 220 or additionally in combination with the actuators 230.

[0077] Die Soll-Versorgungsströmung SVS wird basierend auf den erfassten Durchlassgraden der Stellorgane 230 ermittelt. Neben den Ist-Durchlassgraden IDG kann dies auch die Soll-Durchlassgrade oder die beschränkten Soll-Durchlassgrade bSDG umfassen. In Figur 2 werden bevorzugt neben Ist-Durchlassgraden IDG auch die ermittelten Soll-Durchlassgrade SDG zur Ermittlung der Soll-Versorgungsströmung SVS verwendet. Aus diesen Durchlassgraden werden dann jeweils ein Maximum für die Ist-Durchlassgrade IDG und ein Maximum für die Soll-Durchlassgrade SDG ermittelt (angedeutet durch MAX-Funktionen) und an eine Kontrollfunktion KF übergeben, um die Soll-Versorgungsströmung SVS zu berechnen. Bevorzugt kann die Kontrollfunktion KF ein Lookup-Table oder ein Fuzzy-Kontroller oder ein neuronales Netzwerk sein. In der Kontrollvorrichtung 100 können die vorgenannten Verfahrensschritte beispielsweise durch das Ermittlungsmodul 102 implementiert werden. [0077] The target supply flow SVS is determined based on the detected flow rates of the actuators 230. In addition to the actual flow rates IDG, this can also include the target flow rates or the limited target flow rates bSDG. In Figure 2, in addition to the actual flow rates IDG, the determined target flow rates SDG are preferably also used to determine the target supply flow SVS. From these flow rates, a maximum for the actual flow rates IDG and a maximum for the target flow rates SDG are then determined (indicated by MAX functions) and passed to a control function KF to calculate the target supply flow SVS. The control function KF can preferably be a lookup table, a fuzzy controller, or a neural network. In the control device 100, the aforementioned method steps can be implemented, for example, by the determination module 102.

[0078] Mit der ermittelten Soll-Versorgungsströmung SVS kann die Ist- Versorgungsströmung IVS zu der ermittelten Soll-Versorgungsströmung SVS kontrolliert werden. So kann beispielsweise basierend auf der Soll-Versorgungsströmung SVS eine Kontrolle der kontrollierbaren Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 erfolgen. Bevorzugt kann hierzu in dem Kontrollmodul 103 der Kontrollvorrichtung 100 die ermittelte Soll-Versorgungsströmung SVS in ein Kontrollsignal KS umgewandelt werden. Das Kontrollsignal KS kann dabei beispielsweise derart sein, dass es mit einem Soll-Kontrollbarameter der Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 korrespondiert. Beispiele für den Soll-Kontrollpbarameter können eine Soll-Förder-Geschwindigkeit oder Luftbläserdrehzahl sein. Die Betriebsfluid-Fördervorrichtung 220 kann das Kontrollsignal KS erfassen und in Reaktion darauf mit dem Soll-Kontrollparameter betrieben werden. [0078] Using the determined target supply flow SVS, the actual supply flow IVS can be controlled relative to the determined target supply flow SVS. For example, based on the target supply flow SVS, the controllable operating fluid delivery device 220 can be controlled. For this purpose, the determined target supply flow SVS can preferably be converted into a control signal KS in the control module 103 of the control device 100. The control signal KS can, for example, be such that it corresponds to a target control parameter of the operating fluid delivery device 220. Examples of the target control parameter can be a target delivery speed or air blower speed. The operating fluid delivery device 220 can detect the control signal KS and, in response thereto, operate with the target control parameter.

[0079] Aus der Beschreibung zu dem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren und den zugehörigen Figuren ergibt sich für den Fachmann auch, wie ein zugehöriges Computerprogrammprodukt auszugestalten ist, und dieses wird daher im Folgenden nicht weiter diskutiert. [0079] From the description of the control method according to the invention and the associated figures, it will also become clear to the person skilled in the art how an associated computer program product is to be designed, and this will therefore not be discussed further below.

[0080] Figur 3 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung des Brennstoffzellensystems 300, in der nicht alle Bauteile und Betriebskomponenten dargestellt sind. Das Brennstoffzellensystem 300 kann ein PEM- oder SOEC-Brennstoffzellensystem sein. Das Brennstoffzellensystem 300 weist wenigstens einen Brennstoffzellenstapel 301 mit einer Luftseite 310 und einer Brennstoffseite [0080] Figure 3 shows a highly simplified representation of the fuel cell system 300, in which not all components and operating components are shown. The fuel cell system 300 can be a PEM or SOEC fuel cell system. The fuel cell system 300 has at least one fuel cell stack 301 with an air side 310 and a fuel side

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320 auf. Ferner weist das Brennstoffzellensystem 300 den Strömungspfad 210 auf, durch den der Luftseite 310 oder der Brennstoffseite 320 ein Zustrom an Betriebsfluid für den Betrieb des Brennstoffzellenstapels 301 bereitgestellt wird. In Figur 3 ist der Strömungspfad 210 exemplarisch als zur Luftseite 310 führend dargestellt. Zudem ist in dem Brennstoffzellensystem 300 das Kontrollsystem 200 vorgesehen, um die Betriebsfluid-Versorgungsströmung zur Versorgung der Verzweigungsabschnitte 211, 212, 213, 214 mit dem Betriebsfluid zu kontrollieren. 320. Furthermore, the fuel cell system 300 has the flow path 210, through which an inflow of operating fluid is provided to the air side 310 or the fuel side 320 for the operation of the fuel cell stack 301. In Figure 3, the flow path 210 is shown as leading to the air side 310. Furthermore, the control system 200 is provided in the fuel cell system 300 to control the operating fluid supply flow for supplying the branching sections 211, 212, 213, 214 with the operating fluid.

[0081] In Figur 3 strömt Luft aus der Umgebung angezogen vom Sog des Luftbläsers 220 durch einen Luftfilter 361 in den Luftpfad 210 ein. Dieser Luftpfad 210 weist vier Verzweigungsabschnitte 211, 212, 213, 214 auf, welche teilweise Wärmetauscher oder Heizgeräte aufweisen, um die Luft aufzuheizen. Die Verzweigungsabschnitte 211, 212, 213, 214 werden zusammengeführt, ehe sie einen Lufteingang 311 der Luftseite 310 erreichen. Die verbrauchte Luft wird über einen Luftabgasausgang 312 wieder aus dem Brennstoffzellenstapel 301 herausgefördert. [0081] In Figure 3, air from the environment, drawn by the suction of the air blower 220, flows through an air filter 361 into the air path 210. This air path 210 has four branching sections 211, 212, 213, 214, some of which have heat exchangers or heaters to heat the air. The branching sections 211, 212, 213, 214 are merged before reaching an air inlet 311 of the air side 310. The used air is expelled from the fuel cell stack 301 via an air exhaust outlet 312.

[0082] Ebenso wird in dem Beispiel aus Figur 3 Brennstoff vor seinem Eintritt in einen Brennstoffpfad 340 zunächst durch einen Brennstofffilter 362 gefiltert. Auch ein Rezirkulationsbläser 363 findet Einsatz. Der Brennstoffpfad 340 verzweigt sich stromabwärts des Rezirkulationsbläsers 363, wie mit Brennstoffzweigabschnitten 341, 342 exemplarisch dargestellt. Hierbei kann wenigstens einer der Brennstoffzweigabschnitte 341, 342 ein Stellorgan 230 aufweisen. Der Brennstoff wird den Brennstoffzellen 301 über einen Brennstoffeingang 321 zugeführt und der verbrauchte Brennstoff über einen Brennstoffabgasausgang 322 von diesen abgeführt. Es ist vorstellbar, dass das erfindungsgemäße Verfahren, die Kontrollvorrichtung 100 und das Kontrollsystem 200 auch verwendet werden könnte, um eine Brennstoff-Versorgung der Brennstoffzweigabschnitte 341, 342 zu kontrollieren. [0082] Likewise, in the example of Figure 3, fuel is first filtered through a fuel filter 362 before entering a fuel path 340. A recirculation blower 363 is also used. The fuel path 340 branches downstream of the recirculation blower 363, as exemplified by fuel branch sections 341, 342. Here, at least one of the fuel branch sections 341, 342 can have an actuator 230. The fuel is supplied to the fuel cells 301 via a fuel inlet 321, and the used fuel is removed from them via a fuel exhaust outlet 322. It is conceivable that the method according to the invention, the control device 100, and the control system 200 could also be used to control a fuel supply to the fuel branch sections 341, 342.

[0083] Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. [0083] The above explanation of the embodiments describes the present invention exclusively in the context of examples.

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BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE SYMBOLS

100 Kontrollvorrichtung 100 control device

101 Erfassungsmodul 101 Recording module

102 Ermittlungsmodul 102 Investigation module

103 Kontrollmodul 103 Control module

105 Soll-Durchlassgrad-Ermittlungsmodul 1051 Soll-Durchlassgrad-Bestimmungsmodul 1052 Soll-Durchlassgrad-Beschränkungsmodul 200 Kontrollsystem 105 Target transmittance determination module 1051 Target transmittance determination module 1052 Target transmittance restriction module 200 Control system

201 Lufteinlass 201 Air intake

210 Strömungspfad 210 Flow path

211, 212, 213, 214 Verzweigungsabschnitt(e) 211, 212, 213, 214 branching section(s)

219 Verzweigungsstelle 219 branch point

220 Betriebsfluid-Fördervorrichtung 230 Stellorgan 220 Operating fluid conveying device 230 Actuator

240 Strömungssensor 240 flow sensor

300 Brennstoffzellensystem 300 fuel cell system

301 Brennstoffzellenstapel 301 fuel cell stacks

310 Luftseite 310 Airside

311 Lufteingang 311 Air inlet

312 Luftabgasausgang 312 Air exhaust outlet

320 Brennstoffseite 320 Fuel side

321 Brennstoffeingang 321 Fuel inlet

322 Brennstoffabgasausgang 322 Fuel exhaust outlet

340 Brennstoffpfad 340 Fuel path

341, 342 Brennstoffzweigabschnitte 341, 342 Fuel branch sections

361 Luftfilter 361 air filter

362 Brennstofffilter 362 fuel filter

363 Gebläse 363 blowers

KF Kontrollfunktion KF control function

OG Durchlassgradobergrenze OG upper limit of transmittance

UG Durchlassgraduntergrenze UG lower limit of transmittance

IVS Ist-Versorgungsströmung IVS actual supply flow

IZVS Ist-Zweig-Versorgungsströmung IZVS actual branch supply flow

IDG Ist-Durchlassgrad IDG actual transmittance

SDG Soll-Durchlassgrad SDG target transmittance

bSDG beschränkter Soll-Durchlassgrad SZVS Soll-Zweig-Versorgungsströmung SVS Soll-Versorgungsströmung bSDG restricted nominal flow rate SZVS nominal branch supply flow SVS nominal supply flow

KS Kontrollsignal KS control signal

Claims

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Patent claims

1. A method for controlling an operating fluid supply flow for supplying branching sections (211, 212, 213, 214) of a flow path (210) of a fuel cell system (300) with an operating fluid which can be provided to the flow path (210) by an operating fluid delivery device (220) with an actual supply flow (IVS), the following steps being provided:

- detecting a degree of passage of at least one actuator (230) which is arranged downstream of the operating fluid conveying device (220) in one of the branching sections (211, 212, 213, 214) and which is controllable with regard to its degree of passage in order to control an actual branch supply flow (IZVS) through the branching section (211, 212, 213, 214) in accordance with a desired branch supply flow (SZVS);

- determining a target supply flow (SVS) with which the operating fluid is to be provided to the branching sections (211, 212, 213, 214) based on the detected degree of permeability of the at least one actuator (230); and

- controlling the actual supply flow (IVS), which is to be provided by the operating fluid conveying device (220) to the branching sections (211, 212, 213, 214) as the operating fluid supply flow, to the determined target supply flow (SVS),

characterized by the following steps:

- detecting the actual branch supply flow (IZVS) of the operating fluid through the associated branch section (211, 212, 213, 214); and

- Determining a target flow rate (SDG) for the at least one actuator (230) based on the detected actual branch supply flow (IZVS) and on the target branch supply flow (SZVS), wherein at least the determined target flow rate (SDG) of the at least one actuator (230) is detected as the detected flow rate.

2. Method according to claim 1, characterized in that the detected transmittance comprises an actual transmittance (IDG) and/or a desired transmittance (SDG) of the at least one actuator (230).

3. Method according to claim 1 or 2, characterized by

- comparing the determined target transmittance (SDG) with a transmittance limit range, preferably comprising an upper transmittance limit (0G) and/or a lower transmittance limit (UG); and

- Setting a limit (UG, OG) of the transmittance limit range as the target transmittance (SDG) for limiting the actual transmittance (IDG) if the determined target transmittance (SDG) is outside the transmittance limit range, wherein preferably the upper transmittance limit (0G) is at least 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% or 100% of the maximum transmittance of the actuator (230), and/or wherein preferably the lower transmittance limit (UG) is at least 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35% or 40% of the maximum transmittance of the actuator (230).

4. Method according to one of claims 2 to 3, characterized in that the target supply flow (SVS) is determined on the basis of the determined target transmission rate (SDG).

5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the desired supply flow (SVS) is determined by means of a control function (KF) which has at least the detected transmission rate as an input parameter, wherein the control function (KF) preferably has a linear, polynomial, logarithmic and/or exponential function.

6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detection of the transmittance comprises detecting the transmittances of at least two of the

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11.

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Control elements (230) which are arranged downstream of the operating fluid conveying device (220) in different and preferably fluidically parallel branching sections (211, 212, 213, 214) of the flow path (210) and are each controllable with regard to their degree of permeability; and the determination of the desired supply flow (SVS) further comprises:

- determining the maximum from preferably all of the detected transmittances of the actuators (230), preferably the maximum from the actual transmittances (IDG) or target transmittances (SDG) detected for each of the actuators (230), and

- Specify the determined maximum as the transmittance used to determine the target supply flow (SVS).

Method according to claim 6, characterized in that the detected flow rate comprises an actual flow rate (IDG) and a desired flow rate (SDG) to each of at least two of the actuators (230), and determining the desired supply flow (SVS) further comprises:

- Determining the maximum of the recorded actual transmittances (IDG) of each actuator (230);

- determining the maximum of the recorded target transmittances (SDG) of each actuator (230); and

- Determining the target supply flow (SVS) according to a control function (KF) which has at least the two determined maxima as input parameters.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detected transmission rate comprises an actual transmission rate (IDG) and a desired transmission rate (SDG) to at least one actuator (230), and the determination of the desired supply flow (SVS) further comprises:

- determining a transmission ratio between the actual transmission rate (IDG) and the desired transmission rate (SDG), wherein the transmission ratio is preferably formed from the actual transmission rate (IDG) and the desired transmission rate (SDG) of the same actuator (230) or different actuators (230),

- comparing the determined transmission ratio with a transmission ratio limit value, and

- determining the desired supply flow (SVS) according to a control function (KF) which has at least the determined flow ratio as an input parameter; and

Preferably, the actual supply flow (IVS) is controlled relative to the desired supply flow (SVS) until the flow ratio no longer exceeds the flow ratio limit.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the controlling of the actual supply flow (IVS) comprises:

- converting the determined target supply flow (SVS) into a control signal (KS) which corresponds to at least one target control parameter of the operating fluid delivery device (220), wherein the target control parameter preferably has a target delivery speed, a target delivery pressure, an electrical input current, and/or an electrical input voltage; and

- Operating the operating fluid conveying device (220) with the desired control parameter in response to the control signal (K$S).

A computer program product comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out a method according to any one of the preceding claims 1 to 9.

Control system (200) for controlling an operating fluid supply flow for supplying branching sections (211, 212, 213, 214) of a flow path (210) of a fuel cell system (300) with an operating fluid, comprising

- an operating fluid delivery device (220) for providing the operating fluid to the flow path (210) with an actual supply flow (IVS);

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- at least one actuator (230) which is arranged downstream of the operating fluid conveying device (220) in one of the branching sections (211, 212, 213, 214) and which is controllable with regard to its degree of permeability in order to control an actual branch supply flow (IZVS) through the branching section (211, 212, 213, 214) in accordance with a desired branch supply flow (SZVS); wherein

a control device (100) for controlling an operating fluid supply flow for supplying branching sections (211, 212, 213, 214) of a flow path (210) of a fuel cell system (300) with an operating fluid is provided, which can be provided to the flow path (210) by an operating fluid delivery device (220) with an actual supply flow (IVS), which is coupled to the operating fluid delivery device (220) and the at least one actuator (230), wherein the control device (100) has

- a detection module (101) for detecting a degree of permeability of at least one actuator (230), which is arranged downstream of the operating fluid conveying device (220) in one of the branching sections (211, 212, 213, 214) and which is controllable with regard to its degree of permeability;

- a determination module (102) for determining a target supply flow (SVS) with which the operating fluid is to be provided to the branching sections (211, 212, 213, 214), wherein the determination module (102) is designed to determine the target supply flow (SVS) based on the detected flow rate (IDG, SDG) of the at least one actuator (230); and

- a control module (103) for outputting a control signal (KS), wherein the control module (103) is designed to control the actual supply flow (IVS) as the operating fluid supply flow to the determined target supply flow (SVS),

characterized in that

- the actuator (230) is a controllable valve;

- the flow path (210) has a plurality of fluidically parallel branching sections (211, 212, 213, 214), in each of which at least one actuator (230) is provided;

- at least one of the branching sections (211, 212, 213, 214) has at least one flow sensor (240) arranged upstream of the actuator (230) for detecting the actual branch supply flow (IZVS) of the operating fluid through the associated branching section;

- the operating fluid contains ambient air; and/or

- the operating fluid conveying device (220) is a controllable air blower.

12. Fuel cell system (300), comprising

- at least one fuel cell stack (301) with an air side (310) and a fuel side (320), and

- a flow path (210) with branching sections (211, 212, 213, 214) through which an inflow of operating fluid for the operation of the fuel cell stack (301) is provided to the air side (310) or the fuel side (320),

characterized by

- a control system (200) according to claim 11, which is arranged in the fuel cell system (300) to control an operating fluid supply flow for supplying the branching sections (211, 212, 213, 214) with the operating fluid.

3 sheets of drawings