专利名称：用于运行燃料电池系统的方法
技术领域：
本发明涉及一种按照在权利要求I的前序部分中详细限定的类型的用于运行燃料电池系统的方法。
背景技术：
由一般的现有技术已知燃料电池系统。燃料电池系统尤其用于借助于燃料电池从例如氢和空气的离析物(Edukt)产生电力。该燃料电池系统可以尤其涉及具有所谓的PEM燃料电池的燃料电池系统。这种PEM燃料电池通常构造成由单个燃料电池构成的组。阳极室通过质子交换膜(PEM)与阴极室分隔开。这种除了燃料电池系统以外还附加具有相应的用于氢气和空气供给的装置和必要时另外的外围部件的系统尤其适用于提供可以用于驱动车辆的电力。此外由一般的现有技术已知，这种燃料电池系统具有电子控制单元或控制电子装置，其控制系统的运行并且监测系统的顺利且可靠的运行。如果在燃料电池系统中出现故障，那么可以通过控制电子装置实施系统的紧急断开，通常或者是由于经传感器装置检测出的在硬件区域的故障或者是由于在控制电子装置的控制过程中出现的软件故障。一般地，燃料电池系统的这种紧急断开终止于控制电子装置的一个故障信息。在系统可以——必要时在排除故障之后——再起动之前，该故障信息通常必须以手动的方式由维护人员进行评估。尤其是在运输工具例如汽车、商用车、公共汽车或类似物中使用用于提供电力的燃料电池系统的情况下，这是特别令人不快的，因为运输工具的停止运转或许与燃料电池系统的紧急断开有关。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于运行燃料电池系统的方法，该方法避免上述缺点并且在出现故障情况下也能够实现尽可能舒适和可靠的运行。按照本发明，通过权利要求I的特征部分中的特征而实现该方法。该方法的其它有利的设计方案以及该方法的一种特别合适的用途由从属权利要求给出。按照本发明，在燃料电池系统中出现故障的情况下，通过控制电子装置对故障进行相应地评估，以便确定何种故障导致了系统断开。如果识别出该故障不严重或不与安全相关，那么通过控制电子装置直接地进行燃料电池系统的自动再起动。由此可以在出现不严重的和不与安全相关的故障情况下实现燃料电池系统的直接的自动再起动。燃料电池系统的停止运转时间由此可以被最小化，并且例如当燃料电池系统的使用者在运输工具中使用燃料电池系统时，在他能够继续使用该燃料电池系统之前，他不必先寻找修理厂、让人拖走车辆或请来维修技术人员。在系统的手动检查、监测和修理方面的费用只有在这样的情况下才是必需的即只有当已经导致燃料电池系统紧急断开的故障非常严重或与安全密切相关，以致于系统的手动检查、监测和修理是绝对必要的。在按照本发明的一个特别有益的和有利的扩展方案中规定，对故障情况的评估包括分类成预定的故障类别，其中 ，在控制电子装置中记录了针对每个故障类别是否允许自动再起动。通常燃料电池系统的紧急断开由某些故障源引起，这些故障源由控制电子装置监测。因此对于控制电子装置而言很清楚是哪个传感器、软件故障或类似情况引起该故障情况并且由此触发了燃料电池系统的紧急断开。可以在矩阵(Matrix)中相应地存储哪种故障情况严重到以致于系统无论如何必须保持断开状态和/或哪种故障情况允许燃料电池系统可以再起动。根据这种不同故障类别的分类，控制电子装置然后可以触发燃料电池系统的最终的断开或者使用按照本发明的方法并且只要该故障是可允许的就进行自动再起动。此外在该方法的一个非常有益的和有利的扩展方案中规定，对故障情况的评估包括检测故障的数目。按照一个特别有益的扩展方案，上述两个变型方案也可以被组合，从而探测每种故障类别的故障数目。由此可以实现非常确切的监测，并且视故障的、即相应的故障类别的严重程度，可以确定在产生预定数目的重复故障(可能是一种故障类别中的故障)之后，仅仅因为这种故障信息的数量很大就不可更改地阻止再起动。按照本发明的方法的一个特别有益的和有利的扩展方案，现在可以规定，与该燃料电池系统并联地连接一个电蓄能装置或者另一个燃料电池系统。由燃料电池系统和电蓄能装置构成的这种结构在此情况下通常优选用于在轿车中提供较小的电力，而由两个并联的燃料电池系统构成的且可选地还包括一个电蓄能装置的结构，则更可能被考虑用于商用车和公共汽车的领域。在这两种情况下都可以在第一燃料电池系统由于故障断开和在该系统中进行自动再起动期间，通过电蓄能装置和/或另一个燃料电池系统继续至少提供一部分电力。由此可以为相应的运输工具的使用者提供一种非常方便的运行燃料电池系统的方法，在该方法中使用者没有察觉到燃料电池系统的故障，该故障相当短暂并且通过再起动常常可以被非常快速地消除。由此可以实现装备有这种燃料电池系统的运输工具的非常方便的运行。该方法原则上不仅可以应用于运输工具中，尽管运输工具是按照本发明的方法的优选的应用，但是也可以应用于固定的系统中。在此也可以延长维修间隔并且避免在由于不太严重的故障造成的紧急断开情况下的计划外的维修。本发明的其它有利的设计方案由余下的从属权利要求给出并且根据实施例解释清楚，这些实施例以下参照附图进行详细说明。
图I示出了作为示例性的运输工具的公共汽车的原理图；和图2示出了按照本发明的方法的一种可能的流程。
具体实施例方式在图I的视图中示出了作为运输工具的公共汽车I。公共汽车I具有电动行驶马达2，它由两个并联的燃料电池系统3. I和3. 2提供用于驱动公共汽车I的电力。这两个并联的燃料电池系统3. 1,3. 2还具有一个与它们并联的蓄能装置4。这个电蓄能装置4例如可以构造成电池的形式和/或高性能电容器的形式。它可以暂时储存在燃料电池系统3. I、3. 2中产生的电能，如果该电能不需要用于驱动公共汽车I的话。此外，在公共汽车I制动时可以通过已知的方式和方法将电动行驶马达2作为发电机来运行，以便利用它的拖曳扭矩实现制动作用。由此产生的电力也可以相应地储存在电蓄能装置4中。这个过程一般称为回收(Rekuperation)。通过在此处没有示出的供给装置向这两个燃料电池系统3. 1,3. 2供给氢和空气。在此情况下，举例而言，氢可以在一个在此处没有示出的高压储存器中被一同带到公共汽车I中，或者氢也可以例如通过热蒸汽重整或类似方法由含碳氢化合物的初始材料在公共汽车I上产生。与采用何种离析物运行燃料电池系统3. 1,3. 2无关地，该燃料电池系统通过至少一个控制电子装置5控制或调节它们的过程。此外，控制电子装置5在此情况下通常与在此处没有示出的车辆电子装置通讯，该车辆电子装置按照公共汽车I司机的相应的指令将来自两个燃料电池系统3. 1,3. 2和电蓄能装置4的电能分配给行驶马达2，所述指令例如可以产生于行驶踏板位置和制动踏板位置。现在情况是，在诸如燃料电池系统3. 1、3. 2这种复杂的系统中会再三地出现故障。由于在具有离析物并且在此处尤其是氢的燃料电池系统3. 1,3. 2中存在反应性较高的物质，因此在燃料电池系统3. 1,3. 2中通常规定，控制电子装置5监测燃料电池系统3. I、
3.2并且在故障情况下断开该燃料电池系统。在常规系统中，这种紧急断开总是导致涉及的燃料电池系统3. 1,3. 2完全停止运转，该紧急断开然后必须由维修人员比较费事地排除。但是事实证明，出现的故障中的许多故障并不是如此严重以致于无论如何确实需要紧急断开涉及的燃料电池系统3. I或3. 2。因此，在公共汽车I中使用按照本发明的用于运行燃料电池系统3. 1,3. 2的方法，该方法允许较高的方便性并且在最大程度上减少对燃料电池系统3. I、3. 2的不必要的维修工作。在图2的视图中示出了一种用于运行燃料电池系统3. 1,3. 2的方法的流程。该方法在此情况下通常以软件程序的形式存储在控制电子装置5中并且显然仅仅是用于相应的燃料电池系统3. 1、3. 2的整个运行系统的一小部分。该方法从开始点A开始，询问是否在车辆I的端子(KL) 15上存在信号。这意味着，在车辆中的电接线端子的通常编号方式下，点火系统是接通的，即例如点火开关钥匙处于用于运行车辆的相应的位置上。这也可以通过按键或类似物代替点火开关钥匙来实现，因此在第一选择框中询问，是否在端子15上存在相应的信号并且是否公共汽车I由此处于运行中。如果在端子15上不存在信号，那么公共汽车I或者是停止的或者例如通过旋回点火钥匙正在从运行状态转变到停止状态。在这种情况下，相应的燃料电池系统3. 1、3.2由此被停止并且重置值被置于零。然后跳回到开始点A，以便等待点火系统的重新接通和端子15上的信号。相反，如果在第一选择框中在端子15上存在信号，那么在此之后接着是第二选择框，它询问端子50上的信号。这个端子50通常是在公共汽车I的起动器上的信号，因此意味着燃料电池系统3. I、3. 2被起动。这触发燃料电池系统3. I、3. 2的起动过程并且重置值也被置回到零。在燃料电池系统3. 1、3. 2运行期间，这通过下一个框表示出，定期地进行询问是否由于硬件或者由于软件触发了紧急断开。在紧急断开没有被实施的情况下，又跳回到开始点A并且燃料电池系统3. 1,3. 2继续保持运行。如果检测到这种紧急断开，那么在下一个方法步骤中使涉及的燃料电池系统3. I或3. 2停止。
然后在下一个方法步骤中评估出现的故障情况并且通常将其分配一定的故障类另|J。在此情况下在控制电子装置5中针对每个涉及的断开故障类别存储相应的处理指令。在燃料电池系统3. I或3. 2中可能发生要求直接紧急断开燃料电池系统3. I或3. 2的故障，因为该故障如此严重以致于不可能继续可靠地运行燃料电池系统3. I或3. 2。但是经常发生的是，故障被分类在一些不太严重的类别中，从而系统的重新运行是完全可能的。在控制电子装置5中为每个故障类别存储处理指令。与此相应地，在下一个选择框中，与重置值的检查一起，询问故障类别或处理指令。如果处理指令使得再起动是可能的并且重置值处于零，即至此为止没有实施再起动，那么可以通过切断在端子50上的信号促使系统停止。在此之后重置值被置于I。如果在端子50上不存在用于起动器的信号并且重置值处于1，这将在下一个询问框中进行询问，那么可以通过在端子50上设置该信号实现与紧急断开相关的燃料电池系统3. I或3. 2的再起动。如果相应地不满足这些条件，那么总是跳回到开始位置A。与再起动是否可能并且重置值是否处于零的询问并行，也可以设想相应地进行手动的再起动，例如通过操作公共汽车I的点火开关钥匙。端子15上的信号象征着公共汽车I的点火系统基本接通，该信号在运行期间是连续发生的，因为该过程是自动实施的并且不需要公共汽车I的司机的干预。此外，可以设想，出现的故障情况的数目或者被总体地计数，但尤其是按照每种故障类别被相应地计数。借助于一个附加的询问回路可以保证在对涉及的燃料电池系统3. I或3. 2进行最终的断开之前，例如由于同一故障的燃料电池系统3. I或3. 2的自动再起动例如相继进行三次，然后需要通过维修人员进行维修。在开头描述的、具有两个燃料电池系统3. I和3. 2以及可能地一个电储存装置4的公共汽车I的结构情况下，这种流程可以在燃料电池系统3. I或3. 2的其中一个中实施，而电力或大部分电力由另一个燃料电池系统3. 2或3. I和/或电蓄能装置4提供。由于在车辆运行的绝大部分期间，车辆中对于电力的需求是在部分负荷中产生的，因此由于故障情况被断开的燃料电池系统3. I或3. 2的自动再起动一般是可能的，而公共汽车I的司机对此没有觉察，从而对于公共汽车I的司机而言可以实现燃料电池系统3. I 和3. 2的非常方便且舒适的运行。
权利要求
1.一种用于运行提供电力的燃料电池系统的方法，其中，燃料电池系统在故障情况下被检测故障的控制电子装置断开，其特征在于，通过控制电子装置(5)评估导致断开的故障，其中，如果故障的评估允许，则通过控制电子装置(5)实施燃料电池系统(3. 1,3. 2)的自动再起动。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，对故障的评估包括分类成预定的故障类另Ij，其中，在控制电子装置(5)中存储对于每个故障类别是否允许自动再起动。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，对故障的评估包括检测故障的数目。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对故障的评估包括检测每种故障类别的故障的数目。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的方法，其特征在于，在出现预定的故障和/或故障数目的情况下，尤其是在一种故障类别中，通过控制装置(5)阻止燃料电池系统(3. I、3.2)的再起动。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在阻止再起动情况下产生和显示维修报警信号。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的方法，其特征在于，与燃料电池系统(3.1,3. 2)并联地连接一个电蓄能装置(4)，在燃料电池系统(3. 1,3. 2)再起动期间和/或当该燃料电池系统被断开时，该电蓄能装置(4)至少部分地实现电力的供给。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的方法，其特征在于，与燃料电池系统(3.I)并联地连接另一个燃料电池系统(3. 2)，在燃料电池系统(3. I)再起动期间和/或当该燃料电池系统被断开时，该另一个燃料电池系统(3. 2)至少部分地实现电力的供给。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，与第一燃料电池系统(3.I)相类似地运行该另一个燃料电池系统(3. 2)。
10.一种根据权利要求I至9中任一项所述的用于运行至少一个燃料电池系统(3. I、3.2)的方法的用途，该燃料电池系统在运输工具(I)中提供用于驱动的电力。
11.根据权利要求10所述的用途，其特征在于，所述方法用于运行用在商用车中——尤其是在公共汽车中——的两个并联的燃料电池系统(3. 1,3. 2)。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行提供电力的燃料电池系统(3.1、3.2)的方法。燃料电池系统(3.1，3.2)在故障情况下被检测故障的控制电子装置(5)断开。通过控制电子装置(5)评估导致断开的故障。如果故障的评估允许，通过控制装置(5)实施燃料电池系统(3.1，3.2)的自动再起动。
文档编号H01M8/04GK102640340SQ201080042712
公开日2012年8月15日 申请日期2010年7月16日 优先权日2009年9月25日
发明者R·鲍尔 申请人:戴姆勒股份公司