DE102007003503A1 - Safety device for fuel cells - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Sicherung von Brennstoffzellen in Fahrzeugen. Hierzu befinden sich in/an dem Stackgehäuse (1) Sensoren (2, 5), die bei einer Durchdringung des Stackgehäuses (1) mit einem Gegenstand oder einer anderen starken Deformierung, die auch den Stack (3) mechanisch beschädigen könnte, ein Signal abgeben bzw. einen Signalkreis (6) unterbrechen, welches dann mittels Überwachungsgerät (7) zu einer Abschaltung der Medienzufuhr (8) zum Brennstoffzellenstack (3) bzw. zu einer Unterbrechung des Leistungsstromkreises (9) des Brennstoffzellensystems und eventuell anderer Aggregate führt.The invention relates to devices for securing fuel cells in vehicles. For this purpose, there are sensors (2, 5) in / on the stack housing (1) which emit a signal when the stack housing (1) penetrates an object or other strong deformation which could also mechanically damage the stack (3) or interrupt a signal circuit (6), which then leads by means of monitoring device (7) to a shutdown of the media supply (8) to the fuel cell stack (3) or to an interruption of the power circuit (9) of the fuel cell system and possibly other aggregates.
Description
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Sicherung von Brennstoffzellen. Insbesondere betrifft die Erfindung Vorkehrungen zur Sicherung von Brennstoffzellenstacks in Fahrzeugen.The The invention relates to devices for securing fuel cells. In particular, the invention relates to provisions for securing fuel cell stacks in vehicles.
Brennstoffzellenstacks werden üblicherweise in Gehäusen untergebracht. Diese Gehäuse schützen den Stack vor Staub, Wasser (Kurzschluss) usw. Diese Gehäuse sind normalerweise nur als Hülle ausgeführt, die starken mechanischen Einflüssen von außen nicht widerstehen kann. Wird das Gehäuse und direkt anschließend der Brennstoffzellenstack von außen beschädigt und der BZ-Stack befindet sich währenddessen in Betrieb, können die Reaktionsmedien aus dem Stack austreten. Des Weiteren können die den Stack beschädigenden Gegenstände mit Stromführenden Teilen in Berührung kommen und einen Kurzschluss bilden, bzw. den Stackstrom unkontrolliert ableiten.fuel cell stacks are usually housed in housings. These enclosures protect the stack from dust, water (Short circuit) etc. These enclosures are usually only designed as a shell, the strong mechanical Influences from the outside can not resist. Becomes the housing and immediately afterwards the fuel cell stack of damaged outside and the BZ stack is located while in operation, the reaction media can exit the stack. Furthermore, they can be the stack damaging objects with current carrying Parts come into contact and form a short circuit, or derive the stack current uncontrolled.
Um eine derartige Stackbeschädigung zu erfassen, wird üblicherweise durch die kontinuierliche Messung von Einzelzellspannungen, der Gesamtstackspannung und anderen Kenngrößen eine Überwachung des Status realisiert. Eine Beschädigung des Stacks bei der Verwendung dieser Kenngrößen kann jedoch prinzipiell erst erkannt werden, wenn die Beschädigung bereits eingetreten ist und bereits so weit fortgeschritten ist, dass Fehlfunktionen des Stacks auftreten. Auf diese Weise kann erst in diesem Stadium reagiert werden und so i. a. erst nach dem Eintritt der Beschädigung eine Abschaltung der Medienzufuhr und eine Unterbrechung des Stromkreises herbeigeführt werden.Around to detect such stack damage will become common through the continuous measurement of single cell voltages, the Total stack voltage and other characteristics a monitoring the status realized. Damage to the stack However, the use of these parameters can in principle only be recognized if the damage has already occurred is and is already so advanced that malfunctions of the stack. That way, it's only at this stage be reacted and so i. a. only after the damage has occurred a shutdown of the media supply and an interruption of the circuit be brought about.
Die
Offenlegungsschrift
Die
Patentschrift
Die Erfindung geht aus von dem vorgenannten Stand der Technik. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherungsvorkehrung für Brennstoffzellen zu entwickeln, die frühzeitig auf Beschädigung einer Brennstoffzelle mit Abschaltung reagiert.The The invention is based on the aforementioned prior art. You are lying the object of a safety precaution for fuel cells develop early on damage to a fuel cell reacted with shutdown.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gelöst durch die kennzeich nenden Merkmale des Anspruchs 1. Weitere Details und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.These Task is in a device with the features of the preamble of claim 1 solved by the characterizing features nenden of claim 1. Further details and advantageous embodiments the device according to the invention are the subject the dependent claims.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren und den darin angegebenen Bezugszeichen näher erläutert.The Invention will be described below with reference to preferred embodiments with reference to the figures and the references therein explained in more detail.
Dabei zeigen:there demonstrate:
Die Erfindung schlägt vor, dass sich in/an dem Stackgehäuse Sensoren befinden, die bei einer Durchdringung des Stackge häuses mit einem Gegenstand oder einer starken Deformierung, die auch den Stack mechanisch beschädigen könnte, ein Signal abgeben bzw. einen Signalkreis unterbrechen, welches dann mittels Überwachungsgerät zu einer Abschaltung der Medienzufuhr zum Brennstoffzellenstack bzw. zu einer Unterbrechung des Leistungsstromkreises des Brennstoffzellensystems und eventuell anderer Aggregate führt.The Invention proposes that in / on the stack housing Sensors are located, the housing at a penetration of the Stackge with an object or a strong deformation, which is also the Stack could mechanically damage a signal leave or interrupt a signal circuit, which then by means of monitoring device to a shutdown of the media supply to the fuel cell stack or to an interruption of the power circuit of the fuel cell system and possibly other aggregates.
Realisiert
wird dies durch eine entsprechende Sensorik, die in oder am Stackgehäuse
angebracht ist. Als Sensorelement kann es sich dabei als einfaches
Ausführungsbeispiel um einen dünnen Draht handeln,
der in oder am Stackgehäuse angebracht ist.
Während des Brennstoffzellenbetriebs (bzw. ab Einschalten einer Überwachungsfunktion) wird jedes Sensorelement auf Unversehrtheit überwacht, d. h. beispielsweise der Innenwiderstand jedes Sensor-Drahts gemessen oder der Draht wird mit einem sehr geringen Strom durchflossen oder steht unter Spannung.While of fuel cell operation (or from switching on a monitoring function) each sensor element is monitored for integrity, d. H. For example, the internal resistance of each sensor wire is measured or the wire is traversed by a very low current or is under tension.
Zum
Schutz gegen versehentliche Beschädigung eines Draht-Sensors,
z. B. beim Einbau der Brennstoffzelle kann der Draht mittels Versiegelung (
In
Die Überwachungs-Sensoren
sind am Stack so anzubringen, dass möglichst über
das ganze Gehäuse kritische mechanische Einflüsse
erkannt werden, die (u. U. erst zu einem deutlich späteren
Zeitpunkt) zu einer potentiellen Schädigung des Stack führen
könnten. Dies kann z. B. durch die mäanderförmige
Verlegung eines entsprechenden Drahtes an einer Gehäusefläche
erfolgen, wie in
Dehnmessstreifen
sind vorzugsweise so anzubringen, dass sie sich an dem Ort befinden,
an welchem sich konstruktionsbedingt die größten
Dehnungen ergeben. In
In einer erweiterten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch eine Kombination aus mehreren Sensortypen (z. B. Unterbrechungsdraht und Dehnmessstreifen) oder eine Kombination aus unterschiedlichen Anordnungen (Mäanderform, Netzverlauf) eingesetzt werden. Die Dehnmessstreifen und Drahtsensoren sind so zu dimensionieren, dass nicht bei Erschütterungen oder Vibrationen bereits ein (falsches) Signal abgegeben wird.In an extended embodiment of the invention Device can also be a combination of several types of sensors (eg break wire and strain gauges) or a combination from different arrangements (meander shape, network course) be used. The strain gauges and wire sensors are like that to dimension that not in case of shock or Vibrations already a (false) signal is delivered.
Neben den bereits erwähnten Dehnmesstreifen und Unterbrechungsdraht sind auch weitere Arten von Sensoren denkbar, die ähnlich auf die entsprechenden Einwirkungen reagieren können, beispielsweise dünne Metall-Folien mit Zwischenisolation, die bei mechanischer Einwirkung zerstört wird. Ebenso können verschiedene Kombinationen/Anordnungen der genannten Sensoren eingesetzt werden.Next the already mentioned strain gauge and break wire Other types of sensors are conceivable that are similar can respond to the corresponding effects, for example thin metal foils with interlayer insulation, which in mechanical Impact is destroyed. Likewise, different can Combinations / arrangements of said sensors are used.
Durch die Erfindung wird eine ("bevorstehende") Beschädigung einer Brennstoffzelle bereits bei einsetzender Beschädigung des Gehäuses erkannt und die entsprechenden Medienversorgung zum Brennstoffzellenstack kann abgeschaltet werden, bevor der Brennstoffzellenstack selbst durch äußere mechanische Einflüsse beschädigt wird und die darin befindlichen Reaktionsmedien nach außen gelangen. Dadurch dass die Abschaltung der Medienversorgung zum Stack und die Unterbrechung des Leistungsstromkreises im Brennstoffzellensystem initiiert wird, bevor eine direkte mechanische Beschädigung des Brennstoffzellenstacks eintritt, wird sichergestellt, dass die Abschaltung sehr frühzeitig erfolgt (erheblicher Zeitgewinn) und damit der Austritt von Reaktionsstoffen aus dem Stack verhindert wird.By the invention becomes ("imminent") damage a fuel cell already at the onset of damage the housing detected and the appropriate media supply to the fuel cell stack can be turned off before the fuel cell stack even by external mechanical influences is damaged and the reaction media contained therein get outside. By doing the shutdown of the media supply to the stack and the interruption of the power circuit in the fuel cell system is initiated before a direct mechanical damage of the Fuel cell stack occurs, it ensures that the shutdown done very early (considerable time savings) and thus the escape of reactants from the stack is prevented.
Neben der Abschaltung der Medienzufuhr für den Stack können bei Auslösen der Sensorik auch weitere Aktionen erfolgen. So können andere Hochspannungskomponenten (z. B. Hybridbatterie usw.) oder sich in der Nähe des Brennstoffzellenstacks befindliche Aggregate und Komponenten mit abgeschaltet werden (Schließen der Tankventile usw.), wenn eine drohende Beschädigung des Stacks durch eine Deformation oder Beschädigung des Stackgehäuses detektiert wurde.Next shutdown the media supply for the stack when the sensor is triggered, further actions take place. For example, other high voltage components (eg hybrid battery etc.) or near the fuel cell stack located aggregates and components are switched off with (Close the tank valves, etc.), if a threat of damage of the stack due to deformation or damage of the Stack housing was detected.
Durch die Ausstattung des Stackgehäuses mit der erfindungsgemäßen Sensorik kann auf zusätzliche mechanische Verstärkungen zum Schutz des Gehäuses verzichtet werden. Die damit verbundene Einsparung an Gewicht und Bauraum ist daher insbesondere bei Einsatz in mobilen Systemen von Vorteil.By equipping the stack housing with the sensor according to the invention can be dispensed with additional mechanical reinforcements to protect the housing. The connected with it dene saving in weight and space is therefore particularly when used in mobile systems advantage.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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