Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur emissionsfreien Stromversorgung mittels Brennstoffzellen, die durch einen Brenngasversorgungspfad mit Brenngas versorgt werden.The invention relates to a method and a device for emission-free power supply by means of fuel cells, which are supplied by a fuel gas supply path with fuel gas.
Brennstoffzellen sind elektrochemische Stromerzeuger, welche die chemische Energie eines Brenngases und eines Oxidationsmittels, direkt, ohne den Umweg einer Wärmeerzeugung, in elektrische Energie umwandeln. Grundsätzlich sind in einer Brennstoffzelle unterschiedliche oxidierbare gasförmige Brennstoffe einsetzbar. Bei herkömmlichen Brennstoffzellen wird hauptsächlich reiner Wasserstoff als Brennstoff verwendet. Brennstoffzellen zeigen sich durch einen höheren Wirkungsgrad als Verbrennungsmotoren aus und haben zudem eine deutlich niedrigere Schadstoffemission. Während beispielsweise bei Verbrennungsmotoren durch Verbrennung fossiler Brennstoffe Kohlendioxid entsteht, entsteht in der Brennstoffzelle bei Betrieb mit Wasserstoff als primären Brennstoff und mit Sauerstoff als Oxidationsmittel Wasser bzw. Wasserdampf.Fuel cells are electrochemical generators that convert the chemical energy of a fuel gas and an oxidant directly into electrical energy without the detour of heat generation. In principle, different oxidizable gaseous fuels can be used in a fuel cell. Conventional fuel cells use mainly pure hydrogen as the fuel. Fuel cells are characterized by a higher efficiency than internal combustion engines and also have a significantly lower pollutant emission. For example, while carbon dioxide is produced by combustion of fossil fuels in internal combustion engines, water or water vapor is produced in the fuel cell when operated with hydrogen as the primary fuel and with oxygen as the oxidant.
In einer Stromversorgungsvorrichtung, die elektrischen Strom mithilfe von Brennstoffzellen erzeugt, wird das Brenngas, insbesondere Wasserstoff, in einem Brennstofftank gespeichert, welcher die Brennstoffzellen mit dem darin enthaltenen Brenngas versorgt. Aufgrund der hohen Reaktionsfähigkeit des Brenngases besteht bei einer derartigen Stromversorgungsvorrichtung eine Explosionsgefahr, vor allem wenn Brenngas aus dem Brennstofftank oder den Brenngasversorgungsleitungen eines Brenngasversorgungspfades durch Leckagen innerhalb des Gehäuses der Stromversorgungsvorrichtung entweicht.In a power supply apparatus that generates electric power using fuel cells, the fuel gas, particularly hydrogen, is stored in a fuel tank that supplies the fuel cells with the fuel gas contained therein. Due to the high reactivity of the fuel gas, there is a risk of explosion in such a power supply device, especially when fuel gas escapes from the fuel tank or the fuel gas supply lines of a fuel gas supply path by leaks within the housing of the power supply device.
Daher werden herkömmliche Systeme zur Verminderung der Explosionsgefahr teilweise mittels eines explosionsgeschützten Entlüfters entlüftet, um Ansammlungen von Brenngas, welche beispielsweise durch Leckagen entstehen können, zu vermeiden.Therefore, conventional systems to reduce the risk of explosion are partially vented by means of an explosion-proof vent to avoid accumulations of fuel gas, which may be caused by leaks, for example.
Derartige herkömmliche Brennstoffzellensysteme haben jedoch den Nachteil, dass weiterhin eine erhebliche Explosionsgefahr bestehen kann, insbesondere wenn Brenngas aus dem Brenngasversorgungspfad entweicht. Brennstoffzellensysteme enthalten elektronische Komponenten, insbesondere eine Steuereinheit, welche u.a. auch einen Entlüfter zur Entlüftung des Brennstoffzellensystems ansteuert. Da sowohl die elektronischen Komponenten bzw. die Steuerelektronik als auch der Brenngasversorgungspfad sich innerhalb des Gehäuses der Stromversorgungsvorrichtung bzw. des Brennstoffzellensystems befinden, kann es bei Auftreten einer Leckage, insbesondere in dem Brenngasversorgungspfad, durch eine unter Spannung stehende elektronische Komponente zu einer Entzündung des ausgetretenen Brenngases kommen, sodass bei herkömmlichen Brennstoffzellensystemen eine latente Explosionsgefahr besteht.However, such conventional fuel cell systems have the disadvantage that, further, a significant risk of explosion may exist, especially when fuel gas escapes from the fuel gas supply path. Fuel cell systems contain electronic components, in particular a control unit, which i.a. also controls a vent for venting the fuel cell system. Since both the electronic components or the control electronics as well as the fuel gas supply path are located within the housing of the power supply device or the fuel cell system, it can cause leakage of leaked, especially in the fuel gas supply path, by a live electronic component to an ignition of the leaked fuel gas come so that there is a latent risk of explosion in conventional fuel cell systems.
In der DE 11 2005 003 121 T5 sind ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Überprüfen eines Austretens von Gas aus dem Brennstoffzellensystem beschrieben. In einem Gasströmungsweg des Brennstoffzellensystems sind eine Prüfgas-Einlassöffnung und eine Prüfgas-Auslassöffnung vorgesehen.In the DE 11 2005 003 121 T5 For example, a fuel cell system and a method of checking for leakage of gas from the fuel cell system are described. In a gas flow path of the fuel cell system, a test gas inlet port and a test gas exhaust port are provided.
In der DE 102 31 208 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Brennstoffzellensystems beschrieben.In the DE 102 31 208 A1 For example, a method and apparatus for testing a fuel cell system are described.
In der EP 2 131 172 B1 sind eine Gasführungsvorrichtung mit Dichtigkeitsprüfung sowie ein entsprechendes Verfahren beschrieben. Das Verfahren umfasst ein Schließen von zwei Ventileinrichtungen und ein Messen eines Drucks zwischen den Ventileinrichtungen über einen vorbestimmten Zeitraum.In the EP 2 131 172 B1 are described a gas-conducting device with leak test and a corresponding method. The method includes closing two valve devices and measuring a pressure between the valve devices over a predetermined period of time.
In der JP 2003 - 194 661 A sind ein Verfahren zum Inspizieren eines Gaslecks und eine Gasleck-Inspektionsvorrichtung beschrieben.In the JP 2003-194 661 A For example, a method for inspecting a gas leak and a gas leak inspection device are described.
In der DE 103 06 237 A1 sind ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems und Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.In the DE 103 06 237 A1 For example, a method for controlling a fuel cell system and arrangements for carrying out the method are described.
In der DE 10 2007 011 534 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Kombination eines Heizgerätes mit einer Brennstoffzellenanlage beschrieben.In the DE 10 2007 011 534 A1 a method for operating a combination of a heater with a fuel cell system is described.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine emissionsfreie Stromversorgungsvorrichtung zu schaffen, bei der eine Explosionsgefahr, insbesondere durch Leckagen in dem Brenngasversorgungspfad, deutlich vermindert wird.It is an object of the present invention to provide an emission-free power supply device in which a risk of explosion, in particular by leaks in the fuel gas supply path, is significantly reduced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine emissionsfreie Stromversorgungsvorrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved by an emission-free power supply device with the features specified in claim 1.
Bei der erfindungsgemäßen emissionsfreien Stromversorgungsvorrichtung ist es möglich, die Dichtheit des Brenngasversorgungspfades zu überwachen, sodass eine möglicherweise bestehende Explosionsgefahr frühzeitig erkannt werden kann.In the emission-free power supply apparatus of the invention, it is possible to monitor the tightness of the fuel gas supply path, so that a potentially existing explosion hazard can be detected early.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung ist in dem Brenngasversorgungspfad mindestens ein Sicherheitsventil vorgesehen, das sich bei einem in dem Brenngasversorgungspfad herrschenden lokalen Überdruck öffnet.In one possible embodiment of the power supply device according to the invention, at least one safety valve is provided in the fuel gas supply path, which opens at a local overpressure prevailing in the fuel gas supply path.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung weist der Brenngasversorgungspfad mindestens ein Druckregelungsventil zur Reduzierung des Brenngasdruckes des aus dem Brennstofftank stammenden und den Brennstoffzellen zugeführten Brenngases auf. In a further possible embodiment of the power supply device according to the invention, the fuel gas supply path has at least one pressure regulating valve for reducing the fuel gas pressure of the fuel gas originating from the fuel tank and supplied to the fuel cells.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung sind die in dem Brenngasversorgungspfad vorgesehenen Ventile, insbesondere die Druckregelungsventile, die Absperrventile und die Sicherheitsventile, zumindest teilweise durch eine Steuerelektronik der Stromversorgungsvorrichtung und/oder durch die Auswerteeinheit ansteuerbar.In a further possible embodiment of the power supply device according to the invention, the valves provided in the fuel gas supply path, in particular the pressure control valves, the shut-off valves and the safety valves, can be actuated at least partially by control electronics of the power supply device and / or by the evaluation unit.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung werden die in dem Brenngasversorgungspfad vorgesehenen steuerbaren Ventile während des Anlegens des Prüfgases und/oder während der Messung des Druckverlaufs durch die Druckmesseinrichtung durch die Steuerelektronik der Stromversorgungsvorrichtung oder die Auswerteeinheit systematisch geschaltet.In a further possible embodiment of the power supply device according to the invention, the controllable valves provided in the fuel gas supply path are systematically switched by the control electronics of the power supply device or the evaluation unit during the application of the test gas and / or during the measurement of the pressure profile by the pressure measuring device.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung erkennt die Auswerteeinheit anhand des von der Druckmesseinrichtung gemessenen Druckverlaufs bei einem signifikanten Druckabfall innerhalb eines kurzen Zeitraums das Vorhandensein eines Gaslecks in dem Brenngasversorgungspfad und generiert eine Brennstoffleck-Fehlermeldung.In a further possible embodiment of the power supply device according to the invention, the evaluation unit recognizes the presence of a gas leak in the fuel gas supply path based on the pressure curve measured by the pressure measuring device with a significant pressure drop within a short period of time and generates a fuel leak error message.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung ermittelt die Auswerteeinheit bei systematischem Schalten der in dem Brenngasversorgungspfad vorgesehenen schaltbaren Ventile anhand des von der Druckmesseinrichtung gemessenen Druckverlaufs eine Position eines in dem Brenngasversorgungspfad vorhandenen Gaslecks.In a further possible embodiment of the power supply device according to the invention, the evaluation unit determines a position of a gas leak present in the fuel gas supply path during systematic switching of the switchable valves provided in the fuel gas supply path on the basis of the pressure profile measured by the pressure measuring device.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung wird bei Auftreten einer Brennstoffleck-Fehlermeldung die emissionsfreie Stromversorgungsvorrichtung automatisch abgeschaltet.In a further possible embodiment of the power supply device according to the invention, the emission-free power supply device is automatically switched off when a fuel leak error message occurs.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung wird der Prüfgasdruck des angelegten Prüfgases zur Ermittlung eines Gaslecks innerhalb des Brenngasversorgungspfades in einem Bereich von 0,3 bis 10 bar eingestellt.In a further possible embodiment of the power supply device according to the invention, the test gas pressure of the applied test gas for determining a gas leak within the fuel gas supply path is set in a range of 0.3 to 10 bar.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung wird der Prüfgasdruck des angelegten Prüfgases zur Überprüfung eines Öffnungsdruckes der in dem Brenngasversorgungspfad vorgesehenen Sicherheitsventile in einem Bereich von 15 bis 20 bar eingestellt.In another possible embodiment of the power supply device according to the invention, the test gas pressure of the applied test gas for checking an opening pressure of the safety valves provided in the fuel gas supply path is set in a range of 15 to 20 bar.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung wird eine Abluft der Unterdruckkammer über einen in einem Abluftkanal der Unterdruckkammer angebrachten Entlüfter zur Erzeugung eines Unterdruckes in der Unterdruckkammer an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung abgegeben.In one possible embodiment of the power supply device according to the invention an exhaust air of the vacuum chamber is discharged via a mounted in an exhaust duct of the vacuum chamber deaerator for generating a negative pressure in the vacuum chamber to the environment of the power supply device.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Überwachung einer Dichtheit eines Brenngasversorgungspfades mit den in Patentanspruch 12 angegebenen Merkmalen.The invention further provides a method for monitoring a tightness of a fuel gas supply path having the features specified in claim 12.
Die Erfindung schafft demnach ein Verfahren zur Überwachung einer Dichtheit eines Brenngasversorgungspfades, der Brennstoffzellen einer Stromversorgungsvorrichtung mit einem von einem Brennstofftank stammenden Brenngas versorgt, mit den Schritten:The invention accordingly provides a method of monitoring a leak of a fuel gas supply path that supplies fuel cells of a power supply device with fuel gas from a fuel tank, comprising the steps of:
Anlegen eines Prüfgases mit einem vorgegebenen Prüfgas-druck über ein geöffnetes Dichtheitsprüfanschlussventil des Brenngasversorgungspfades; wobei das Prüfgas bei geöffnetem Dichtheitsprüfanschlussventil aus einem Prüfgasbehälter an den Brenngasversorgungspfad mit einem einstellbaren Prüfgasdruck für eine bestimmte Zeitdauer angelegt wird und nach Schließen des Dichtheitsprüfanschlussventils ein Druckverlauf des Prüfgases in dem Brenngasversorgungspfad durch eine Druckmesseinrichtung gemessen wird und
Auswerten eines in dem Brenngasversorgungspfad aufgetretenen, gemessenen Druckverlaufs nach Schließen des Dichtheitsprüfanschlussventils; wobei der Prüfgasbehälter, die Druckmesseinrichtung, die Auswerteeinheit und eine Prüfsteuereinrichtung in der Stromversorgungsvorrichtung in einem an das Dichtheitsprüfanschlussventil der Stromversorgungsvorrichtung anschließbaren separaten Prüfgerät enthalten sind.Applying a test gas with a predetermined test gas pressure via an open Dichtheitsprüfanschlussventil the fuel gas supply path; wherein the test gas is applied with a test gas container open to a test gas tank to the fuel gas supply path with an adjustable Prüfgasdruck for a certain period of time and after closing the Dichtheitsprüfanschlussventils a pressure curve of the test gas in the fuel gas supply path is measured by a pressure measuring device and
Evaluating a measured pressure profile which has occurred in the fuel gas supply path after closing the leak test connection valve; wherein the test gas container, the pressure measuring device, the evaluation unit and a test control device are included in the power supply device in a separate test device connectable to the leak test connection valve of the power supply device.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden während des Anlegens des Prüfgases und/oder während der Messung des Druckverlaufs in dem Brenngasversorgungspfad enthaltene Ventile systematisch geschaltet.In one possible embodiment of the method according to the invention, valves which are contained in the fuel gas supply path during the application of the test gas and / or during the measurement of the pressure profile are systematically switched.
Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen emissionsfreien Stromversorgungsvorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung einer Dichtheit eines Brenngasversorgungspfades innerhalb der Stromversorgungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.In addition, possible embodiments of the emission-free power supply device according to the invention and of the method according to the invention for monitoring a leaktightness of a fuel gas supply path are within the power supply device with reference to the accompanying figures.
Es zeigen:
- 1 ein schematisches Blockschaltbild zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer emissionsfreien Stromversorgungsvorrichtung;
- 2 ein spezifisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen emissionsfreien Stromversorgungsvorrichtung;
- 3 ein einfaches Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung einer Dichtheit eines Brenngasversorgungspfades.
Show it: - 1 a schematic block diagram illustrating an embodiment of an emission-free power supply device;
- 2 a specific embodiment of an emission-free power supply device according to the invention;
- 3 a simple flow chart for illustrating an embodiment of the method according to the invention for monitoring a tightness of a fuel gas supply path.
Wie man in 1 erkennen kann, weist eine emissionsfreie Stromversorgungsvorrichtung 1 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Einheiten auf. Die emissionsfreie Stromversorgungsvorrichtung 1 enthält bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Unterdruckkammer 2, die sich innerhalb des Gehäuses der Stromversorgungsvorrichtung 1 befindet. In der Unterdruckkammer 2 herrscht im Vergleich zur Umgebung ein Unterdruck. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich in der Unterdruckkammer 2 der Stromversorgungsvorrichtung 1 ein Brenngastank 4, welcher über eine Leitung 3 und einen Brenngasversorgungspfad 5 Brennstoffzellen 6 mit einem Brenngas, beispielsweise Wasserstoff, versorgt. Die Brennstoffzellen 6 sind vorzugsweise in einem Brennstoffzellenstack angeordnet und liefern einen elektrischen Strom, der über elektrische Leitungen 7 eine elektrische Speichereinrichtung 8 der Stromversorgungsvorrichtung 1 auflädt. Wie in 1 dargestellt, befindet sich die elektrische Speichereinrichtung 8 außerhalb der Unterdruckkammer 2 und speichert die von den Brennstoffzellen 6 gelieferte elektrische Energie. An die innerhalb des Gehäuses der Stromversorgungsvorrichtung 1 befindliche elektrische Speichereinrichtung 8 kann über eine Schnittstelle eine beliebige elektrische Last, beispielsweise ein Gleichstrommotor, angeschlossen werden. Die emissionsfreie Stromversorgungsvorrichtung 1 enthält ferner eine außerhalb der Unterdruckkammer 2 befindliche Steuerelektronik 9, welche insbesondere den Ladezustand der elektrischen Speichereinrichtung 8 überwacht und den Verbrennungsprozess innerhalb der Brennstoffzellen 6 steuert.How to get in 1 has an emission-free power supply device 1 in the illustrated embodiment, a plurality of units. The zero emission power supply device 1 contains in the illustrated embodiment, a vacuum chamber 2 located inside the housing of the power supply device 1 located. In the vacuum chamber 2 There is a negative pressure compared to the environment. In the illustrated embodiment is located in the vacuum chamber 2 the power supply device 1 a fuel gas tank 4 , which via a line 3 and a fuel gas supply path 5 fuel cells 6 supplied with a fuel gas, for example hydrogen. The fuel cells 6 are preferably arranged in a fuel cell stack and provide an electrical current via electrical lines 7 an electrical storage device 8th the power supply device 1 charging. As in 1 represented is the electrical storage device 8th outside the vacuum chamber 2 and stores those from the fuel cells 6 supplied electrical energy. To within the housing of the power supply device 1 located electrical storage device 8th can be connected via an interface any electrical load, such as a DC motor. The zero emission power supply device 1 also contains one outside the vacuum chamber 2 located control electronics 9 which in particular the state of charge of the electrical storage device 8th monitors and the combustion process within the fuel cells 6 controls.
Bei der emissionsfreien Stromversorgungsvorrichtung 1 befindet sich in dem Brenngasversorgungspfad 5 ein Dichtheitsprüfanschlussventil 10 zur Überwachung der Dichtheit des Brenngasversorgungspfades 5. Bei geöffnetem Dichtheitsprüfanschlussventil 10 kann ein Prüfgas aus einem Prüfgasbehälter an den Brenngasversorgungspfad 5 mit einem einstellbaren Prüfgasdruck für eine gewisse Zeitdauer angelegt werden. Nach Schließen des Dichtheitsprüfanschlussventils 10 wird durch eine Druckmesseinrichtung 11 ein zeitlicher Druckverlauf P(t) des Prüfgases in dem Brenngasversorgungspfad 5 gemessen. In dem Brenngasversorgungspfad 5 befindet sich mindestens ein Absperrventil zur Einstellung der Brenngasversorgung der Brennstoffzellen 6 mit Brenngas, insbesondere Wasserstoff. Bei einer möglichen Ausführungsform der Stromversorgungsvorrichtung 1 ist in dem Brenngasversorgungspfad 5 ferner mindestens ein Sicherheitsventil vorgesehen, dass sich bei einem in dem Brenngasversorgungspfad 5 herrschenden lokalen Überdruck öffnet. Ferner weist der Brenngasversorgungspfad 5 bei einer möglichen Ausführungsform mindestens ein Druckregelungsventil zur Reduzierung des Brenngasdruckes des aus dem Brennstofftank 4 stammenden Brenngases bevor es den Brennstoffzellen 6 zugeführt wird.In the zero-emission power supply device 1 is located in the fuel gas supply path 5 a leak test connection valve 10 for monitoring the tightness of the fuel gas supply path 5 , With leak test connection valve open 10 For example, a test gas may be supplied from a test gas container to the fuel gas supply path 5 be applied with an adjustable Prüfgasdruck for a certain period of time. After closing the leak test connection valve 10 is by a pressure measuring device 11 a time pressure curve P (t) of the test gas in the fuel gas supply path 5 measured. In the fuel gas supply path 5 there is at least one shut-off valve for adjusting the fuel gas supply of the fuel cell 6 with fuel gas, especially hydrogen. In a possible embodiment of the power supply device 1 is in the fuel gas supply path 5 further provided at least one safety valve that at one in the fuel gas supply path 5 prevailing local overpressure opens. Further, the fuel gas supply path 5 in a possible embodiment, at least one pressure regulating valve for reducing the fuel gas pressure of the fuel tank 4 originating fuel gas before the fuel cells 6 is supplied.
Die in dem Brenngasversorgungspfad 5 vorgesehenen Ventile, insbesondere die Druckregelungsventile, die Absperrventile und die Sicherheitsventile, sind zumindest teilweise ansteuerbar. Das Ansteuern der Ventile geschieht dabei bei einer möglichen Ausführungsform durch die Steuerelektronik 9 der Stromversorgungsvorrichtung 1. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform sind die Ventile innerhalb des Brenngasversorgungspfades 5 zumindest teilweise durch die Auswerteeinheit 12 ansteuerbar. Bei der Auswerteeinheit 12 kann es sich um einen externen Rechner handeln. Bei einer möglichen Ausführungsform kommuniziert die Auswerteeinheit 12 mit der Steuerelektronik 9 der Stromversorgungsvorrichtung 1 über eine Datenschnittstelle. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Auswerteeinheit 12 indirekt über die Steuerelektronik 9 Ventile, die sich innerhalb des Brenngasversorgungspfades 5 befinden, ansteuert.The in the fuel gas supply path 5 provided valves, in particular the pressure control valves, the shut-off valves and the safety valves are at least partially controlled. The control of the valves happens in a possible embodiment by the control electronics 9 the power supply device 1 , In another possible embodiment, the valves are within the fuel gas supply path 5 at least partially by the evaluation unit 12 controllable. At the evaluation unit 12 it can be an external computer. In one possible embodiment, the evaluation unit communicates 12 with the control electronics 9 the power supply device 1 via a data interface. In this way it is possible that the evaluation unit 12 indirectly via the control electronics 9 Valves located within the fuel gas supply path 5 are located, driving.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung 1 werden die in dem Brenngasversorgungspfad 5 vorgesehenen steuerbaren Ventile während des Anlegens des Prüfgases und/oder während der Messung des Druckverlaufs mittels der Druckmesseinrichtung 11 durch die Steuerelektronik 9 der Stromversorgungsvorrichtung 1 und/oder durch die Auswerteeinheit 12 systematisch geschaltet. Das Schalten der Ventile geschieht dabei vorzugsweise gemäß einem gespeicherten Schaltmuster. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung 1 sind eines oder mehrere Schaltmuster in einer Speichereinheit gespeichert und entsprechend der Konfiguration bzw. Topologie des Brenngasversorgungspfades 5 programmierbar. Bei einer möglichen Ausführungsform hat die Auswerteeinheit 12 Zugriff auf die Speichereinheit, in welcher die Ventilschaltmuster gespeichert sind und veranlasst die Steuerelektronik 9 über die Datenschnittstelle dazu, die in dem Brenngasversorgungspfad 5 vorgesehenen ansteuerbaren Ventile entsprechend dem ausgelesenen Schaltmuster zu öffnen bzw. zu schließen.In a possible embodiment of the power supply device according to the invention 1 become the in the fuel gas supply path 5 provided controllable valves during the application of the test gas and / or during the measurement of the pressure profile by means of the pressure measuring device 11 through the control electronics 9 the power supply device 1 and / or by the evaluation unit 12 switched systematically. The switching of the valves is preferably done according to a stored switching pattern. In a possible embodiment of the power supply device according to the invention 1 For example, one or more switching patterns are stored in a memory unit and corresponding to the configuration or topology of the fuel gas supply path 5 programmable. In one possible embodiment, the evaluation unit has 12 Access to the memory unit in which the valve switching patterns are stored and causes the control electronics 9 via the data interface to that in the Fuel gas supply path 5 provided controllable valves according to the read-out switching pattern to open or close.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung 1 erkennt die Auswerteeinheit 12 anhand des von der Druckmesseinrichtung 11 gemessenen Druckverlaufs P(t) bei einem innerhalb eines kurzen Zeitraums auftretenden signifikanten Druckabfalls das Vorhandensein eines Gaslecks in dem Brenngasversorgungspfad 5. Sobald die Auswerteeinheit 12 das Vorhandensein eines Gaslecks innerhalb des Brenngasversorgungspfades 5 aufgrund des stark abfallenden Druckverlaufs erkennt, generiert die Auswerteeinheit 12 bei einer möglichen Ausführungsform eine Brennstoffleck-Fehlermeldung. Die Brennstoffleck-Fehlermeldung kann bei einer möglichen Ausführungsform über eine Anzeigeeinheit einer Nutzerschnittstelle einem Nutzer der Stromversorgungsvorrichtung 1 angezeigt werden. Darüber hinaus kann die Brennstoffleck-Fehlermeldung, welche durch die Auswerteeinheit 12 generiert wird, über eine Datenschnittstelle an eine innerhalb der Steuerelektronik 9 vorhandene Sicherheitslogik übertragen werden. Sobald die Sicherheitslogik innerhalb der Steuerelektronik 9 der Stromversorgungsvorrichtung 1 die Brennstoffleck-Fehlermeldung von der Auswerteeinheit 12 erhält, wird bei einer möglichen Ausführungsform die emissionsfreie Stromversorgungsvorrichtung 1 automatisch abgeschaltet.In a possible embodiment of the power supply device according to the invention 1 recognizes the evaluation unit 12 on the basis of the pressure measuring device 11 measured pressure curve P (t) at a significant pressure drop occurring within a short period of time, the presence of a gas leak in the fuel gas supply path 5 , As soon as the evaluation unit 12 the presence of a gas leak within the fuel gas supply path 5 recognizes due to the strongly declining pressure course, generates the evaluation unit 12 in one possible embodiment, a fuel leak error message. In one possible embodiment, the fuel leak error message can be sent to a user of the power supply device via a display unit of a user interface 1 are displayed. In addition, the fuel leak error message, which by the evaluation unit 12 is generated via a data interface to one within the control electronics 9 existing security logic are transmitted. Once the safety logic within the control electronics 9 the power supply device 1 the fuel leak error message from the evaluation unit 12 receives, is in one possible embodiment, the emission-free power supply device 1 automatically shut off.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung 1 ermittelt die Auswerteeinheit 12 bei systematischem Schalten der in dem Brenngasversorgungspfad 5 vorgesehenen schaltbaren Ventile anhand des von der Druckmesseinrichtung 11 gemessenen Druckverlaufs zusätzlich eine Position bzw. vermutete Stelle eines in dem Brenngasversorgungspfad 5 vorhandenen Gaslecks. Beispielsweise kann ein fehlerhaftes bzw. leckes Ventil innerhalb des Brenngasversorgungspfades 5 detektiert werden und ggf. anschließend ausgetauscht werden. Hierdurch wird die Reparatur eines leckgeschlagenen Brenngasversorgungspfades 5 erleichtert. Anhand des gemessenen Druckverlaufs P(t), der in Folge eines Ventilschaltmusters hervorgerufen wird, kann die Auswerteeinheit 12 eine ungefähre Position bzw. Lage des Gaslecks innerhalb des Brenngasversorgungspfades 5 berechnen und einem Monteur einen entsprechenden Hinweis geben, an welcher Stelle des Brenngasversorgungspfades 5 das Gasleck vermutlich aufgetreten ist. Bei einer möglichen Ausführungsform werden durch die Auswerteeinheit 12 gesteuert verschiedenartige Schaltventilmuster angelegt, um verschiedene Bereiche des Brenngasversorgungspfades 5 separat zu prüfen. Auf diese Weise können Bereiche für mögliche undichte Stellen innerhalb des Brenngasversorgungspfades 5 eingegrenzt werden.In a further possible embodiment of the power supply device according to the invention 1 determines the evaluation unit 12 with systematic switching of the in the fuel gas supply path 5 provided switchable valves on the basis of the pressure measuring device 11 measured pressure curve additionally a position or assumed location of one in the fuel gas supply path 5 existing gas leaks. For example, a faulty valve may be within the fuel gas supply path 5 be detected and possibly subsequently replaced. This will repair a leaking fuel gas supply path 5 facilitated. Based on the measured pressure curve P (t), which is caused as a result of a valve switching pattern, the evaluation unit 12 an approximate position or location of the gas leak within the fuel gas supply path 5 calculate and give a fitter a corresponding indication, at which point of the fuel gas supply path 5 the gas leak probably occurred. In one possible embodiment, the evaluation unit 12 controlled various switching valve pattern applied to different areas of the fuel gas supply path 5 to be checked separately. In this way, areas for possible leaks within the fuel gas supply path 5 be limited.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung 1 wird der Prüfgasdruck des angelegten Prüfgases zur Ermittlung eines Gasleckes innerhalb des Brenngasversorgungspfades 5 in einem Bereich von 0,3 bis 10 bar eingestellt. Weiterhin kann der Prüfgasdruck des angelegten Prüfgases zur Überprüfung eines Öffnungsdruckes der in dem Brenngasversorgungspfad vorgesehenen Sicherheitsventile in einem Bereich von 15 bis 20 bar eingestellt werden.In a possible embodiment of the power supply device according to the invention 1 the test gas pressure of the applied test gas is determined to detect a gas leak within the fuel gas supply path 5 set in a range of 0.3 to 10 bar. Furthermore, the test gas pressure of the applied test gas for checking an opening pressure of the safety valves provided in the fuel gas supply path can be set within a range of 15 to 20 bar.
Der Prüfgasbehälter, die Druckmesseinrichtung 11, die Auswerteeinheit 12 und eine Prüfsteuereinrichtung sind in einem an das Dichtheitsprüfanschlussventil 10 der Stromversorgungsvorrichtung 1 anschließbaren separaten Prüfgerät enthalten. Bei dieser Ausführungsform ist an dem Gehäuse der Stromversorgungsvorrichtung 1 eine Schnittstelle zum Anschluss des Prüfgerätes an das Dichtheitsprüfanschlussventil 10 vorgesehen. Zusätzlich kann eine Datenschnittstelle zur Verbindung der Auswerteeinheit 12 des Prüfgerätes mit der in der Stromversorgungsvorrichtung 1 integrierten Steuerelektronik 9 vorgesehen sein.The test gas container, the pressure measuring device 11 , the evaluation unit 12 and a test control device are in one to the leak test connection valve 10 the power supply device 1 connectable separate tester included. In this embodiment, on the housing of the power supply device 1 an interface for connecting the tester to the leak test connection valve 10 intended. In addition, a data interface for connecting the evaluation unit 12 of the tester with the in the power supply device 1 integrated control electronics 9 be provided.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel steuert die Auswerteeinheit 12 über eine Steuerleitung 13 direkt das Öffnen und Schließen des Dichtheitsprüfanschlussventils 10. Bei einer alternativen Ausführungsform wird das Dichtheitsprüfanschlussventil 10 durch die Steuerelektronik 9 angesteuert, welche über eine Datenschnittstelle mit der Auswerteeinheit 12 kommuniziert. Bei dieser Ausführungsform wird das Dichtheitsprüfanschlussventil 10 durch die Auswerteeinheit 12 indirekt über die Steuerelektronik 9 angesteuert. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform kann das Dichtheitsprüfanschlussventil 10 auch manuell durch einen Nutzer betätigt werden.At the in 1 illustrated embodiment controls the evaluation 12 via a control line 13 directly opening and closing the leak test connection valve 10 , In an alternative embodiment, the leak check port valve becomes 10 through the control electronics 9 which is controlled via a data interface with the evaluation unit 12 communicated. In this embodiment, the leak check port valve becomes 10 through the evaluation unit 12 indirectly via the control electronics 9 driven. In another possible embodiment, the leak test connection valve 10 manually operated by a user.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich der Brenngastank 4, der Brenngasversorgungspfad 5 sowie die Brennstoffzellen 6 in einer Unterdruckkammer 2. Bei einer möglichen Ausführungsform wird die Abluft der Unterdruckkammer 2 über einen in einem Abluftkanal der Unterdruckkammer 2 angebrachten Entlüfter zur Erzeugung eines Unterdruckes in der Unterdruckkammer 2 an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung 1 abgegeben. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der in der Unterdruckkammer 2 herrschende Unterdruck durch die Steuerelektronik 9 der Stromversorgungsvorrichtung 1 überwacht.At the in 1 illustrated embodiment are the fuel gas tank 4 , the fuel gas supply path 5 as well as the fuel cells 6 in a vacuum chamber 2 , In one possible embodiment, the exhaust air of the vacuum chamber 2 via a in an exhaust duct of the vacuum chamber 2 mounted breather for generating a negative pressure in the vacuum chamber 2 to the environment of the power supply device 1 issued. In one possible embodiment, that in the vacuum chamber 2 prevailing negative pressure by the control electronics 9 the power supply device 1 supervised.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen emissionsfreien Stromversorgungsvorrichtung 1 enthält diese keine Unterdruckkammer 2. Bei dieser Ausführungsform befindet sich der Brenngastank 4, der Brenngasversorgungspfad 5 sowie die Brennstoffzellen 6 zusammen mit den übrigen Komponenten der Stromversorgungsvorrichtung 1 in dessen Gehäuse. Bei dieser Ausführungsform hat die Überprüfung der Dichtheit des Brenngasversorgungspfades 5 besondere Bedeutung, da sich ein aus dem Brenngasversorgungspfad 5 austretendes Brenngas leicht entzünden kann und eine Explosion verursachen kann.In a further possible embodiment of the emission-free power supply device according to the invention 1 this contains no vacuum chamber 2 , In this embodiment, the fuel gas tank is located 4 , the fuel gas supply path 5 as well as the fuel cells 6 together with the other components of the power supply device 1 in its housing. In this embodiment, the check of the tightness of the fuel gas supply path 5 special importance, since a from the fuel gas supply path 5 escaping fuel gas can easily ignite and cause an explosion.
Die Überprüfung des Brenngasversorgungspfades 5 auf seine Dichtheit hin kann bei einer möglichen Ausführungsform periodisch in regelmäßigen Zeitabständen erfolgen. Bei einer möglichen Ausführungsform erfolgt die Überprüfung der Dichtheit des Brenngasversorgungspfades 5 automatisch in regelmäßigen Zeitabständen, beispielsweise alle fünf Minuten. Bei einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Überprüfung des Brenngasversorgungspfades 5 auf seine Dichtheit hin in Folge von bestimmten Ereignissen, insbesondere bei Detektion eines ausgetretenen Brenngases durch Brenngassensoren. Diese Brenngassensoren können sich bei einer möglichen Ausführungsform in dem Abluftkanal der Unterdruckkammer 2 befinden und Sensordaten an die Steuerelektronik 9 der Stromversorgungsvorrichtung 1 liefern. Bei einer möglichen Ausführungsform geben die Sensordaten der Brenngassensoren eine Konzentration eines Brenngases innerhalb der Abluft der Unterdruckkammer 2 oder innerhalb verschiedener Bereiche des Gehäuses der Stromversorgungsvorrichtung 1 an. Überschreitet die gemessene Konzentration des Brenngases einen einstellbaren Schwellenwert, kann die Steuerelektronik 9 bzw. die darin enthaltene Sicherheitslogik die Auswerteeinheit 12 über eine Datenschnittstelle dazu veranlassen, eine Überprüfung des Brenngasversorgungspfades 5 vorzunehmen, um festzustellen, ob das ausgetretene Brenngas durch ein in dem Brenngasversorgungspfad 5 befindliches Gasleck ausgetreten ist. Überschreitet die gemessene Konzentration des ausgetretenen Brenngases, beispielsweise in der Abluft der Unterdruckkammer 2, einen zweiten kritischen Schwellenwert, veranlasst die Steuerelektronik 9 vorzugsweise ein sofortiges Abschalten der emissionsfreien Stromversorgungsvorrichtung 1, um eine Explosion sicher zu verhindern.Checking the fuel gas supply path 5 its tightness can be done periodically at regular intervals in a possible embodiment. In one possible embodiment, the verification of the tightness of the fuel gas supply path takes place 5 automatically at regular intervals, for example every five minutes. In a further embodiment, the check of the fuel gas supply path takes place 5 its tightness due to certain events, in particular in detection of a leaked fuel gas by fuel gas sensors. These fuel gas sensors may, in one possible embodiment, be located in the exhaust air duct of the vacuum chamber 2 and sensor data to the control electronics 9 the power supply device 1 deliver. In one possible embodiment, the sensor data of the fuel gas sensors give a concentration of a fuel gas within the exhaust air of the vacuum chamber 2 or within different areas of the housing of the power supply device 1 at. If the measured concentration of the fuel gas exceeds an adjustable threshold value, the control electronics 9 or the security logic contained therein, the evaluation unit 12 via a data interface to cause a review of the fuel gas supply path 5 to determine whether the leaked fuel gas by a in the fuel gas supply path 5 leaked gas leak. Exceeds the measured concentration of the leaked fuel gas, for example in the exhaust air of the vacuum chamber 2 , a second critical threshold, causes the control electronics 9 preferably an immediate shutdown of the emission-free power supply device 1 to safely prevent an explosion.
Bei einer möglichen Ausführungsform werden Messparameter, insbesondere der Prüfgasdruck des angelegten Prüfgases sowie die Zeitdauer der Messung und die Überwachungsschwellenwerte hinsichtlich der Brenngaskonzentration über eine Nutzerschnittstelle der Stromversorgungsvorrichtung 1 eingestellt. In one possible embodiment, measurement parameters, in particular the test gas pressure of the applied test gas and the duration of the measurement and the monitoring threshold values with respect to the fuel gas concentration, are transmitted via a user interface of the power supply device 1 set.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Brenngastank 4 innerhalb einer Unterdruckkammer 2 der Stromversorgungsvorrichtung 1. Bei einer alternativen Ausführungsform wird der Brenngastank 4 über ein Anschlussventil an die Stromversorgungsvorrichtung 1 angeschlossen und befindet sich außerhalb des Gehäuses der Stromversorgungsvorrichtung 1.At the in 1 illustrated embodiment is the fuel gas tank 4 within a vacuum chamber 2 the power supply device 1 , In an alternative embodiment, the fuel gas tank 4 via a connection valve to the power supply device 1 connected and located outside the housing of the power supply device 1 ,
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen emissionsfreien Stromversorgungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung mit einem darin enthaltenen Brenngasversorgungspfad 5. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform befindet sich der Brenngastank 4 innerhalb des Gehäuses der Stromversorgungsvorrichtung 1. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Druckmesseinrichtung 11 und die Auswerteeinheit 12 in einem separaten Prüfgerät 14 vorgesehen, wobei die Auswerteeinheit 12 ein Dichtheitsprüfanschlussventil 10 über eine Datenschnittstelle direkt oder indirekt über eine Steuerelektronik 9 ansteuert. Die Steuerelektronik 9 und die elektrische Speichereinrichtung 8 der Stromversorgungsvorrichtung 1 sind in 2 zur Vereinfachung nicht dargestellt. 2 shows an embodiment of the emission-free power supply device according to the invention 1 according to the invention with a fuel gas supply path contained therein 5 , At the in 2 illustrated embodiment is the fuel gas tank 4 within the housing of the power supply device 1 , At the in 2 illustrated embodiment is the pressure measuring device 11 and the evaluation unit 12 in a separate tester 14 provided, wherein the evaluation unit 12 a leak test connection valve 10 via a data interface directly or indirectly via control electronics 9 controls. The control electronics 9 and the electrical storage device 8th the power supply device 1 are in 2 not shown for simplicity.
Der Brenngastank 4 versorgt den Brennstoffzellenstack 6 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Brenngasversorgungspfad 5 mit Brenngas, insbesondere Wasserstoff. Der Brennstoffzellenstack 6 besitzt eine Anode 15, welcher das Brenngas zugeführt wird. Darüber hinaus hat der Brennstoffzellenstack 6 eine Kathode 16, der von einem Kathodenbefeuchter 17 und einem Gebläse 18 über einen Filter 19 Luft L zugeführt wird, die als Oxidationsmittel Sauerstoff enthält. Darüber hinaus wird der Brennstoffzellenblock 6 mit einem Kühlmittel in einem Kühlkreislauf gekühlt. Bei dem Kühlmittel handelt es sich beispielsweise um Wasser. Der Kühlkreislauf umfasst ein Kühlaggregat 20, das durch einen Kühllüfter 21 gekühlt werden kann. Das gekühlte Kühlmedium gelangt von dem Kühlaggregat 20 über eine Kühlpumpe 22 zu dem Brennstoffzellenblock 6 und wird an das Kühlaggregat 20 zurückgeführt. Im Kühlkreislauf ist ein Kühlmittelreservoir 23 zum Ausgleich angeschlossen. Dieses Kühlmittelreservoir 23 weist bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ein Überdruckventil 24 auf.The fuel gas tank 4 supplies the fuel cell stack 6 in the illustrated embodiment via a fuel gas supply path 5 with fuel gas, especially hydrogen. The fuel cell stack 6 has an anode 15 to which the fuel gas is supplied. In addition, the fuel cell stack has 6 a cathode 16 that of a cathode humidifier 17 and a blower 18 over a filter 19 Air L is supplied, which contains oxygen as an oxidant. In addition, the fuel cell block 6 cooled with a coolant in a cooling circuit. The coolant is, for example, water. The cooling circuit comprises a cooling unit 20 passing through a cooling fan 21 can be cooled. The cooled cooling medium passes from the cooling unit 20 via a cooling pump 22 to the fuel cell block 6 and gets to the chiller 20 recycled. In the cooling circuit is a coolant reservoir 23 connected for compensation. This coolant reservoir 23 indicates at the in 2 illustrated embodiment, a pressure relief valve 24 on.
An einem Anodenaustritt 25 des Brennstoffzellenstacks 6 ist ein Anodenaustrittkondensatabscheider 26 vorgesehen, der über Reinigungsventile 27, 28 mit einer Kondensatseparationseinheit 29 verbunden ist. Abgeschiedenes Kondensat kann in einem Kondensatreservoir bzw. Kondensatbehälter 30 gesammelt werden. Das gesammelte Kondensat kann über einen Kondensatablass 31 der Stromversorgungsvorrichtung 1 abgelassen werden.At an anode outlet 25 of the fuel cell stack 6 is an anode effluent condensate separator 26 provided, via cleaning valves 27 . 28 with a condensate separation unit 29 connected is. Secluded condensate can in a condensate reservoir or condensate tank 30 to be collected. The collected condensate can be removed via a condensate drain 31 the power supply device 1 be drained.
Durch einen Entlüfter 32, der sich beispielsweise in einem Abluftkanal der Unterdruckkammer 2 oder des Gehäuses befinden kann, wird Abluft an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung 1 abgegeben. Bei einer möglichen Ausführungsform befinden sich in dem Abluftkanal Brenngassensoren 33, 34, die eine Brenngaskonzentration innerhalb der Abluft messen. Bei den Brenngassensoren handelt es sich beispielsweise um Wasserstoffsensoren. Die Brenngassensoren liefern Sensordaten an eine Sicherheitslogik der Steuerelektronik 9, die auf diese Weise die Konzentration des Brenngases innerhalb der Abluft oder innerhalb verschiedener Bereiche des Gehäuses überwachen kann.Through a breather 32 , for example, in an exhaust duct of the vacuum chamber 2 or the housing is exhausted to the environment of the power supply device 1 issued. In one possible embodiment, fuel gas sensors are located in the exhaust air duct 33 . 34 that has a fuel gas concentration within the Measure exhaust air. The fuel gas sensors are, for example, hydrogen sensors. The fuel gas sensors provide sensor data to a safety logic of the control electronics 9 , which in this way can monitor the concentration of the fuel gas within the exhaust air or within different areas of the housing.
Wie man in 2 erkennen kann, ist der Brenngastank 4 über eine Drosseleinrichtung 35, ein manuell betätigbares Ventil 36 und ein steuerbares Brenngastankventil 37 über ein Rückschlagventil 38 von außen über einen Brenngasfüllanschluss 39 mit Brenngas betankbar. Dabei wird das Brenngas in dem Brenngastank 4 unter Überdruck gespeichert. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der in dem Brenngastank 4 herrschende Druck mithilfe eines Drucksensors 40 überwacht. Neben dem steuerbaren Brenngastankventil 37 kann ein zweites Tankabsperrventil 41 vorgesehen sein, wie in 2 dargestellt. In Reihe zu dem Tankventil 41 ist bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Überstromsicherungsventil 42 vorgesehen, das über eine Druckreduzierungsregelung 43 Brenngas, welches aus dem Brenngastank 4 über die geöffneten Ventile abgegeben wird, an eine Brenngasversorgungsleitung 44 abgibt. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Dichtheitsprüfanschlussventil 10 an die Brenngasversorgungsleitung 44 angeschlossen. Die Brenngasversorgungsleitung 44 verfügt ferner über ein Überdrucksicherheitsventil 45a, welches sich bei einem Überdruck von beispielsweise mehr als 12 bar automatisch selbst öffnet. Das Brenngas gelangt über die Brenngasversorgungsleitung 44 zu einer Anodendruckregelungseinrichtung 46, die über eine Versorgungsleitung 47 mit der Anode 15 des Brennstoffzellenstacks 6 verbunden ist. Bei einer möglichen Ausführungsform ist an die Versorgungsleitung 47 ein weiteres Sicherheitsventil 45b angeschlossen, das sich bereits bei einem Druck von 0,6 bar öffnet.How to get in 2 can recognize is the fuel gas tank 4 via a throttle device 35 , a manually operable valve 36 and a controllable fuel gas tank valve 37 via a check valve 38 from the outside via a fuel gas filling connection 39 fuelable with fuel gas. In this case, the fuel gas in the fuel gas tank 4 stored under overpressure. In one possible embodiment, that in the fuel gas tank 4 prevailing pressure using a pressure sensor 40 supervised. Next to the controllable fuel gas tank valve 37 can a second tank shutoff valve 41 be provided as in 2 shown. In line with the tank valve 41 is at the in 2 illustrated embodiment, an overcurrent protection valve 42 provided that via a pressure reduction control 43 Fuel gas, which from the fuel gas tank 4 is discharged via the open valves, to a fuel gas supply line 44 emits. At the in 2 illustrated embodiment is the Dichtheitsprüfanschlussventil 10 to the fuel gas supply line 44 connected. The fuel gas supply line 44 also has an overpressure safety valve 45a which automatically opens itself at an overpressure of, for example, more than 12 bar. The fuel gas passes through the fuel gas supply line 44 to an anode pressure control device 46 that have a supply line 47 with the anode 15 of the fuel cell stack 6 connected is. In one possible embodiment is to the supply line 47 another safety valve 45b connected, which opens already at a pressure of 0.6 bar.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die von den Sicherheitsventilen 45a, 45b abgegebenen Gase in einer Sammelröhre 48 gesammelt und über ein Sicherheitsventil 49, welches sich beispielsweise bei einem relativ niedrigen Druck von etwa 0,2 bar öffnet, in einen Abluftkanal geleitet. In der Sammelröhre 48 kann sich ein weiterer Drucksensor 50 befinden, wie in 2 dargestellt. Darüber hinaus kann an der Versorgungsleitung 47 ein weiterer Drucksensor 51 vorgesehen sein. Zur Überwachung der Temperatur des Kühlmediums ist bei einer möglichen Ausführungsform ferner ein Temperatursensor 52 vorgesehen. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform wird die Drehzahl bzw. Rotationsgeschwindigkeit des Entlüfters 32 über einen Sensor 53 zusätzlich überwacht. Die Sensoren können mit der Steuerelektronik 9 der emissionsfreien Stromversorgungsvorrichtung 1 verbunden sein.At the in 2 embodiment shown are those of the safety valves 45a . 45b discharged gases in a collection tube 48 collected and via a safety valve 49 , which opens, for example, at a relatively low pressure of about 0.2 bar, directed into an exhaust duct. In the collection tube 48 may be another pressure sensor 50 are as in 2 shown. In addition, on the supply line 47 another pressure sensor 51 be provided. For monitoring the temperature of the cooling medium is in a possible embodiment also a temperature sensor 52 intended. In another possible embodiment, the speed or rotational speed of the breather 32 via a sensor 53 additionally monitored. The sensors can be connected to the control electronics 9 the zero-emission power supply device 1 be connected.
Bei dem in 2 dargestellten besonderen Ausführungsbeispiel umfasst der Brenngasversorgungspfad 5 alle seriell angeordneten Komponenten zwischen dem Brenngastank 4 und dem Anodenanschluss 15 des Brennstoffzellenstacks 6 sowie die Sicherheitsventile. Der Brenngasversorgungspfad 5 umfasst somit bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Drosseleinrichtung 35, das manuell einstellbare Absperrventil 36, das Haupttankventil 37, das zweite Tankventil 41, das Überstromventil 42, die Druckminderungsregelungseinrichtung 43, die Brenngasversorgungsleitung 44, die Anodendruckregelungseinrichtung 46 sowie die Versorgungsleitung 47. Darüber hinaus sind an dem Brenngasversorgungspfad weitere Komponenten angeschlossen, nämlich das Rückschlagventil 38, das Sicherheitsventil 45a sowie das Sicherheitsventil 45b. Die Konfiguration und Anordnung der verschiedenen Komponenten des Brenngasversorgungspfades 5 kann je nach Anwendung variieren. Wie man bei dem in 2 dargestellten Beispiel erkennen kann, sind einige Ventile des Brenngasversorgungspfades 5 ansteuerbar und können beispielsweise durch die Auswerteeinheit 12 direkt oder indirekt über die Steuerelektronik 9 angesteuert werden. Um die verschiedenen Abschnitte des Stromversorgungspfades 5 separat auf Dichtheit prüfen zu können, können dafür weitere steuerbare Ventile innerhalb des Stromversorgungspfades 5 vorgesehen sein. Bei einer möglichen Ausführungsform steuert die Auswerteeinheit 12 verschiedene innerhalb des Stromversorgungspfades 5 vorgesehene Ventile entsprechend einem entsprechenden Prüfmuster bzw. Schaltmuster, um Leckstellen innerhalb des Stromversorgungspfades 5 einzugrenzen bzw. mögliche wahrscheinliche Positionen von Gaslecks zu bestimmen. Bei einer möglichen Ausführungsform sind die Prüfmuster dabei entsprechend der Konfiguration des Brenngasversorgungspfades 5 programmiert. Bei einer möglichen Ausführungsform wertet die Druckmesseinrichtung 11 Sensordaten der in dem Brenngasversorgungspfad 5 vorgesehenen Drucksensoren aus, beispielsweise des Drucksensors 40 und/oder des Drucksensors 51. Bei einer möglichen Ausführungsform wertet die Druckmesseinrichtung 11 zusätzlich Sensordaten des in der Sammelröhre befindlichen Drucksensors 50 aus. Weiterhin kann die Druckmesseinrichtung 11 einen eigenen Drucksensor enthalten, der den an dem Dichtheitsprüfanschlussventil 10 herrschenden Druck direkt misst. Bei einer möglichen Ausführungsform sind weitere Drucksensoren an verschiedenen Stellen des Brenngasversorgungspfades 5 vorgesehen, um eine Druckverteilung innerhalb des Brenngasversorgungspfades nach Schließen des Dichtheitsprüfanschlussventils 10 sensorisch zu erfassen.At the in 2 illustrated particular embodiment includes the fuel gas supply path 5 all components arranged in series between the fuel gas tank 4 and the anode terminal 15 of the fuel cell stack 6 as well as the safety valves. The fuel gas supply path 5 Thus, in the illustrated embodiment includes the throttle device 35 , the manually adjustable shut-off valve 36 , the main tank valve 37 , the second tank valve 41 , the overflow valve 42 , the pressure reduction control device 43 , the fuel gas supply line 44 , the anode pressure control device 46 as well as the supply line 47 , In addition, other components are connected to the fuel gas supply path, namely the check valve 38 , the safety valve 45a as well as the safety valve 45b , The configuration and arrangement of the various components of the fuel gas supply path 5 may vary depending on the application. How to get in on the 2 shown example, are some valves of the fuel gas supply path 5 can be controlled and, for example, by the evaluation 12 directly or indirectly via the control electronics 9 be controlled. Around the different sections of the power supply path 5 separately to be able to check for tightness, can be used for other controllable valves within the power supply path 5 be provided. In one possible embodiment, the evaluation unit controls 12 different within the power supply path 5 provided valves corresponding to a corresponding test pattern or switching patterns to leaks within the power supply path 5 or to identify possible probable positions of gas leaks. In one possible embodiment, the test samples are in accordance with the configuration of the fuel gas supply path 5 programmed. In one possible embodiment, the pressure measuring device evaluates 11 Sensor data in the fuel gas supply path 5 provided pressure sensors, for example, the pressure sensor 40 and / or the pressure sensor 51 , In one possible embodiment, the pressure measuring device evaluates 11 additional sensor data of the pressure sensor located in the collection tube 50 out. Furthermore, the pressure measuring device 11 include its own pressure sensor, the one on the leak test connection valve 10 directly measuring prevailing pressure. In one possible embodiment, further pressure sensors are at different locations of the fuel gas supply path 5 provided a pressure distribution within the fuel gas supply path after closing the Dichtheitsprüfanschlussventils 10 sensory.
Der durch die Druckmesseinrichtung 11 gemessene zeitliche Druckverlauf des Prüfgases an einer oder mehreren Stellen entlang des Brenngasversorgungspfades 5 wird zur Überwachung einer Dichtheit des Brenngasversorgungspfades 5 durch die Auswerteeinheit 12 ausgewertet. Die in dem Brenngasversorgungspfad 5 vorgesehenen steuerbaren Ventile (beispielsweise die Ventile 37, 41) werden während des Anlegens des Prüfgases und/oder während der Messung des Druckverlaufs mittels der Druckmesseinrichtung 11 durch die Steuerelektronik 9 der Stromversorgungsvorrichtung 1 oder durch die Auswerteeinheit 12 systematisch geschaltet. Die Auswerteeinheit 12 erkennt anhand des von der Druckmesseinrichtung 11 gemessenen Druckverlaufs bei einem signifikanten Druckabfall innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums das Vorhandensein eines Gaslecks in dem Brenngasversorgungspfad 5 und generiert ggf. eine Brennstoffleck-Fehlermeldung. Bei einer möglichen Ausführungsform wird bei Auftreten einer derartigen Brennstoffleck-Fehlermeldung durch die Steuerelektronik die emissionsfreie Stromversorgungsvorrichtung 1 insgesamt automatisch abgeschaltet.The through the pressure measuring device 11 measured time pressure curve of the test gas at one or more locations along the fuel gas supply path 5 is used to monitor a Tightness of the fuel gas supply path 5 through the evaluation unit 12 evaluated. The in the fuel gas supply path 5 provided controllable valves (for example, the valves 37 . 41 ) are during the application of the test gas and / or during the measurement of the pressure profile by means of the pressure measuring device 11 through the control electronics 9 the power supply device 1 or through the evaluation unit 12 switched systematically. The evaluation unit 12 recognizes by means of the pressure measuring device 11 measured pressure curve at a significant pressure drop within a relatively short period of time, the presence of a gas leak in the fuel gas supply path 5 and possibly generates a fuel leak error message. In one possible embodiment, upon occurrence of such a fuel leak error message by the control electronics, the emission-free power supply device 1 altogether switched off automatically.
Bei einer möglichen Ausführungsform befindet sich der in 2 dargestellte Brenngasversorgungspfad 5 zwischen dem Brenngastank 4 und dem Anodenanschluss 15 innerhalb einer Unterdruckkammer 2. Bei einer alternativen Ausführungsform ist keine derartige Unterdruckkammer 2 vorgesehen. Insbesondere bei dieser Ausführungsform erfolgt vorzugsweise eine regelmäßige bzw. periodische Überwachung des Brenngasversorgungspfades 5 auf seine Dichtheit hin. Bei dieser Ausführungsform ist vorzugsweise die Prüfeinheit 14 innerhalb der Stromversorgungsvorrichtung 1 integriert und überprüft in regelmäßigen Zeitabständen, ob in dem Brennstoffversorgungspfad 5 möglicherweise ein Gasleck aufgetreten ist.In one possible embodiment, the in 2 illustrated fuel gas supply path 5 between the fuel gas tank 4 and the anode terminal 15 within a vacuum chamber 2 , In an alternative embodiment, there is no such vacuum chamber 2 intended. In particular, in this embodiment, preferably takes place a regular or periodic monitoring of the fuel gas supply path 5 to his tightness. In this embodiment, preferably, the test unit 14 within the power supply device 1 integrated and checked at regular intervals, whether in the fuel supply path 5 possibly a gas leak has occurred.
Bei einer möglichen Ausführungsform weist der Brenngastank 4 ein Volumen von etwa 25 1 auf und speichert das Brenngas mit einem Überdruck von etwa 200 bar. Das bei der Prüfung verwendete Prüfgas weist bei einer möglichen Ausführungsform komprimierte Luft auf. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform wird der durch die Druckmesseinrichtung 11 gemessene Druckverlauf aufgezeichnet und in einer Speichereinheit zum Auslesen abgelegt. Der aufgezeichnete Druckverlauf kann bei Bedarf ausgelesen werden und von einer externen Auswerteeinheit 12 ausgewertet werden. Durch Einbau des Dichtheitsprüfanschlussventils 10 an geeigneter Stelle des Brennstoffversorgungspfades 5 kann durch das Anlegen des Prüfgasdruckes und das systematische Schalten der Ventile die Dichtheit des gesamten Brenngasversorgungspfades 5 durch Druckabfallmessung durch eine geeichte Druckmesseinrichtung 11 überprüft werden. Durch Steigerung des Prüfgasdruckes in der Prüfgaszuleitung kann zusätzlich der Öffnungsdruck der Sicherheitsventile überprüft werden.In one possible embodiment, the fuel gas tank 4 a volume of about 25 1 and stores the fuel gas with an overpressure of about 200 bar. The test gas used in the test has compressed air in one possible embodiment. In another possible embodiment of the invention is by the pressure measuring device 11 measured pressure profile recorded and stored in a memory unit for reading. The recorded pressure profile can be read out as required and from an external evaluation unit 12 be evaluated. By installing the leak test connection valve 10 at a suitable location of the fuel supply path 5 can by the application of Prüfgasdruckes and the systematic switching of the valves, the tightness of the entire fuel gas supply path 5 by pressure drop measurement by a calibrated pressure measuring device 11 be checked. By increasing the test gas pressure in the Prüfgaszuleitung additionally the opening pressure of the safety valves can be checked.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung einer Dichtheit eines Brenngasversorgungspfades 5, welcher Brennstoffzellen 6 einer Stromversorgungsvorrichtung 1 mit einem von einem Brennstofftank 4 stammenden Brenngas versorgt. 3 shows a flowchart for illustrating an embodiment of the method according to the invention for monitoring a tightness of a fuel gas supply path 5 , which fuel cells 6 a power supply device 1 with one of a fuel tank 4 supplied fuel gas.
In einem ersten Schritt S1 wird ein Prüfgas mit einem vorgegebenen Prüfgasdruck über ein geöffnetes Dichtheitsprüfanschlussventil 10 des Brenngasversorgungspfades 5 an diesen angelegt.In a first step S1 is a test gas with a predetermined test gas pressure via an open Dichtheitsprüfanschlussventil 10 the fuel gas supply path 5 created on this.
In einem weiteren Schritt S2 wird anschließend ein in dem Brenngasversorgungspfad 5 aufgetretener gemessener Druckverlauf ausgewertet, nachdem das Dichtheitsprüfanschlussventil 10 geschlossen worden ist.In a further step S2 then becomes one in the fuel gas supply path 5 occurred measured measured pressure curve after the leak test connection valve 10 has been closed.
Während des Anlegens des Prüfgases und/oder während der Messung des Druckverlaufs in dem Brenngasversorgungspfad 5 können Ventile, welche in dem Brenngasversorgungspfad enthalten sind, systematisch entsprechend einem Schaltmuster geschaltet werden.During the application of the test gas and / or during the measurement of the pressure profile in the fuel gas supply path 5 For example, valves included in the fuel gas supply path can be systematically switched according to a switching pattern.
Die erfindungsgemäße Stromversorgungsvorrichtung 1 eignet sich zur Stromversorgung einer beliebigen Last mit Gleichstrom. Beispielsweise kann die Stromversorgungsvorrichtung 1 einen Gleichstrommotor mit elektrischer Energie versorgen, der sich in einem Elektrofahrzeug befindet. Bei dem Elektrofahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Flurförderfahrzeug FFZ, insbesondere einem Gabelstapler oder dergleichen, handeln. Die in 1 dargestellte elektrische Speichereinrichtung 8 ist beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie, welche durch die Brennstoffzellen 6 aufgeladen werden kann. Bei einer möglichen Ausführungsform wird die Stromversorgungsvorrichtung 1 des Elektrofahrzeuges über eine Betankungsanlage mit Brenngas betankt. Bei einer möglichen Ausführungsform wird nach Abschluss des Betankungsvorgangs der Brenngasversorgungspfad 5 durch Steuerung der Auswerteeinheit 12 und/oder der Steuerelektronik 9 automatisch auf Dichtheit hin überprüft. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem Brenngastank 4 als Brenngas Wasserstoff gespeichert. Bei alternativen Ausführungsformen können andere Brenngase für die Versorgung der Brennstoffzellen 6 zum Einsatz kommen.The power supply device according to the invention 1 is suitable for powering any load with direct current. For example, the power supply device 1 provide a DC motor with electrical energy that is in an electric vehicle. The electric vehicle may be, for example, an industrial truck FFZ, in particular a forklift or the like. In the 1 illustrated electrical storage device 8th is for example a lithium-ion battery, which by the fuel cells 6 can be charged. In one possible embodiment, the power supply device 1 of the electric vehicle refueled via a refueling system with fuel gas. In one possible embodiment, after completion of the refueling operation, the fuel gas supply path becomes 5 by controlling the evaluation unit 12 and / or the control electronics 9 automatically checked for leaks. In a preferred embodiment is in the fuel gas tank 4 stored as fuel gas hydrogen. In alternative embodiments, other fuel gases may be used to supply the fuel cells 6 be used.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform wird der durch die Brennstoffzellen 6 generierte elektrische Strom zur Aufladung einer elektrischen Speichereinrichtung 8 verwendet. Bei alternativen Ausführungsformen kann der durch die Brennstoffzellen 6 gelieferte elektrische Strom direkt einer elektrischen Last zugeführt werden.At the in 1 illustrated embodiment of the fuel cells by the 6 generated electric current for charging an electrical storage device 8th used. In alternative embodiments, the fuel cell may be provided by the fuel cell 6 supplied electric power can be fed directly to an electrical load.
