CN111418103B - 用于确定电化学系统工作状态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定电化学系统(1a；1b；1c；1d；1e)的工作状态的方法，电化学系统具有包括至少一个电极部(3,4)的单池堆(2)，其中，设置至少一个阀(5,6,20,21)和至少一条流体管线(23)，该方法具有以下步骤：经由所述至少一条流体管线(23)并通过所述至少一个阀(5,6,20,21)以预定的变化样式变化地输送至少一种流体，其中，通过所述至少一个阀(5,6,20,21)给流体流加载变化样式；确定在变化地输送至少一种流体期间的该单池堆(2)的电压响应和/或电流响应；以及依据该电压响应和/或电流响应确定电化学系统(1a；1b；1c；1d；1e)的工作状态。本发明还涉及一种计算机程序产品(11)、一种存储机构(12)、一种电路布置(13)以及一种电化学系统(1a；1b；1c；1d；1e)。

Description

用于确定电化学系统工作状态的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定电化学系统工作状态的方法。本发明还涉及一种计算机程序产品、一种存储有计算机程序产品的存储机构、一种安装有计算机程序产品的电路布置以及一种电化学系统。
背景技术
在电化学系统中可能出现危险工作状态。这样的危险工作状态例如可以是在作为电解池构成的电化学系统中因氢气溢出造成的结果或在呈燃料电池单池系统形式的电化学系统中因空气贫瘠和/或燃料贫瘠导致的结果。
从现有技术中知道了各种不同的方法，用于监测电化学系统的工作状态，因此提前识别危险状态的出现。例如常见的是进行电池电压监测(CVM)。但此时仅监测单池堆中的电压。电压偏差的可能起因不明，因此也无法做到提前可靠地识别危险工作状态。
为了部分克服所述问题，研发出用于借助调整装置在电化学系统中施加交变电信号的电路布置。将信号施加至电化学系统例如可能在使用如下方法时是必需的，即，在此通过测量电压信号响应和/或电流信号响应应推断出电化学系统的工作状态。这种方法例如由欧洲专利申请EP 1 646 101 A1公开了，在此，可设定的低频电流信号被施加或加载至燃料电池单池堆中，并且可通过与在燃料电池单池堆上测得的响应信号、一般是电压信号相比较、特别是通过比较两个信号的谐波分量来推断出燃料电池单池堆的单池工作状态。在一般具有非线性电流-电压特性曲线的燃料电池单池堆中，可以通过将所施加信号的谐波分量与因燃料电池单池堆的非线性特性而失真的响应信号的谐波分量相比较来推断出燃料电池单池堆的工作状态和进而相应推断出电化学系统工作状态。但是根据EP 1 646 101A1，无法补偿响应信号到达燃料电池单池堆前所走过的传输路程的非线性。因此，可能出现待施加信号的实际值、即实际信号与待施加信号的理论值不一致。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于确定电化学系统工作状态的高效方法。特别是，本发明的任务是提供一种方法、一种计算机程序产品、一种存储机构和一种电路布置用于简单、可靠和廉价地确定电化学系统工作状态以及提供一种作为现有技术替代方案的相应的电化学系统。
在先任务通过权利要求书来完成。特别是，在先任务通过根据权利要求1的方法、根据权利要求10的计算机程序产品、根据权利要求11的存储机构、根据权利要求12的电路布置以及根据权利要求13的电化学系统完成。本发明的其它优点来自从属权利要求、说明书和附图。在此，关于所述方法所描述的特征和细节显然也与本发明的计算机程序产品、本发明的存储机构、本发明的电路布置和本发明的电化学系统相关地是适用的，反之亦然，因此关于对各自发明方面的公开内容总是相互参照或可相互参照。
根据本发明的第一方面，提供一种用于确定电化学系统工作状态的方法。电化学系统具有包括至少一个电极部的单池堆，其中，设有至少一个阀和至少一条流体管线。该方法具有以下步骤：
-经由所述至少一条流体管线并通过至少一个阀以预定的变化样式变化地输送至少一种流体，其中，通过所述阀给流体流施加该变化样式，
-确定在变化地输送至少一种流体期间的单池堆的电压响应和/或电流响应，以及
-依据电压响应和/或电流响应确定电化学系统工作状态。
“以预定的变化样式变化地输送至少一种流体”优选是指在电化学系统内以定时和/或脉冲方式输送流体。在以定时方式输送流体的范围内，该流体可以在第一个节拍中被输送，在下一个节拍中不再输送，接着又输送，依此类推。还可行的是，流体在第一个节拍中仅以预定的低输送率被输送，在下一个节拍中以预定的高输送率被输送，其中，高输送率高于低输送率。不同的或变化的输送率可以有规律地周期性变动，或者通过预定方式发生不规则地改变。根据本发明的输送率变化最好通过采用定时阀或脉冲阀(输入阀和/或排出阀)来实现。通过使用这样的阀，在电化学系统中不需要为了电激励而附加和/或调适功率电路。由此该方法可以被简单实现且该系统可相应简单运行。本发明的阀一般事先安装在这种类型的电化学系统中，故在使用本发明方法时省却在电化学系统中的复杂实施。但针对在电化学系统中未安装或未设置本发明的阀的情况，它们可以被简单廉价地加装。在本发明方法中，至少一种介质流被建模或脉冲控制。这可以在单池堆之前或单池堆之后进行。该流体因此通过阀本身被定时或脉冲控制，即施加预定的频率。即，因为本发明的激励方法，不需要对电化学系统的功率电路做改动。
用于给流体流定时的所述至少一个阀设置在流体管线中。它例如可以紧接设置在单池堆的下游或上游。替代地，它也可以设置在作为进流管线或排流管线构成的流体管线中，定时或脉冲控制的流体通过该流体管线被供给流体管线或从流体管线被排出或者计量加入或计量排出。另一可能性是，该阀布置用于加湿器的脉冲控制或定时。为此，该阀作为旁通管路布置，其中，该旁通管路是一条流体管线并且可设计和布置用于半透性物质交换器如对流加湿器的旁通。通过旁通管路和阀被输送的定时控制的流体在半透性物质交换器的下游和单池堆的尤其是阳极部的上游被供给流体管线。
“电化学系统”尤其指一种用于将化学结合能转换为电能的例如呈燃料电池单池系统形式的系统，或者一种用于借助电能改变化学物质成分的例如呈电解池形式的系统。在此，该方法的另一优点是它可与电化学系统工作方式无关地、即与系统作为燃料电池单池系统或是电解池工作或设计无关地来执行。燃料电池单池系统可以是低温燃料电池单池系统如PEM燃料电池单池系统。
在本发明范围内，单池堆是指如下电化学反应器，其具有至少一个电极部或电极侧。特别是，单池堆具有两个电极侧，如一个阴极和一个阳极。例如该单池堆可以设计和布置用于执行电解或作为原电池。
所述至少一个电极部可以是电化学反应器(如燃料电池单池堆或SOEC系统)的阳极部和/或阴极部，其中，该电化学反应器在此情况下对应于单池堆。通过变化地、特别是以定时或脉冲方式供应至少一种流体给至少一个电极部，出现了定时控制信号或脉冲控制信号。因为在节拍或脉冲之间，流体逐渐消失或至少减少，故流体在至少一个电极部中在所述脉冲或节拍的持续期间内被不规律地耗用或者至少部分被耗用，并且必须在下一脉冲期间又被送至各自电极，例如通过扩散。如果激励例如通过矩形信号(以脉冲或定时方式)进行，则单池堆电压的交流分量的振幅随节拍频率或脉冲频率呈锯齿状偏移并且能相应有说服力地被分析。
“电压响应和/或电流响应的确定”最好是指检测或测量由电压和电流构成的混合信号的交流分量。在确定电压响应或电流响应的范围内，确定在所述至少一个电极部即阳极部和/或阴极部上的不同的流体浓度或介质浓度。在此情况下，特别是确定流体供应的改变、如流体(例如在阳极部上的还原剂如燃料和/或在阴极部上的氧化剂如空气)的当量比的改变。“确定电化学系统工作状态”特别是指确定电极部即例如阳极部和/或阴极部的状态。在所述确定的范围内尤其可以确定是否发生氧化剂贫瘠和/或还原剂贫瘠或流体之间溢流。“施加变化样式”也可以是指加载变化样式。该流体流基本对应于该流体，其中，在本发明范围内总是使流体流具有变化样式。
依据所确定的电化学系统工作状态，可以对至电极部的工作流体供应作出调整，例如供应呈空气形式的工作流体至阴极部和/或供应燃料形式的工作流体至阳极部。
有利的是，至少一个输入阀设置在至少一个电极部上游和/或至少一个排出阀设置在至少一个电极部下游，其中，至少一种流体通过所述至少一个输入阀和/或至少一个排出阀以预定的变化样式被变化输送，并且在变化地输送至少一种流体期间的单池堆的电压响应和/或电流响应被确定。由此，本发明方法不仅带来无需对功率电路做改动的优点，早期研究也证实了超越现有技术的分析能力。
根据本发明的一个改进方案而允许，单池堆具有呈阳极部形式的第一电极部和呈阴极部形式的第二电极部，其中，在阳极部上游设有第一输入阀，在阴极部上游设有第二输入阀。该方法在此变型设计中可具有以下其它步骤：
-通过第一输入阀以预定的第一变化样式变化地供应第一流体给阳极部，
-通过第二输入阀以预定的第二变化样式变化地供应第二流体给所述阴极部，其中，第一变化样式不同于第二变化样式，
-确定在变化地供应第一流体给阳极部期间的该单池堆的阳极部专属的电压响应和/或电流响应，
-确定在变化地供应第二流体给阴极部期间的该单池堆的阴极部专属的电压响应和/或电流响应，以及
-依据阳极部专属的和/或阴极部专属的电压响应和/或电流响应确定电化学系统工作状态。
由此，电化学系统工作状态可以伴随运行地或在线地很详细且连续地被确定。确切说，可以基本上同时确定阳极部中的工作状态以及阴极部中的工作状态。工作状态可以一方面因介质过量供应或供应不足而受到影响或者因介质越过电池隔膜或电池壁溢出而受到干扰。在使用不同的变化样式时，能事后可靠确定哪个信号来自哪个电极和对应于哪个流体流或介质流。就是说，可以阳极部专属地和阴极部专属地进行测量或计算。在发生不希望的流体溢出或流体贫瘠时，同样可以追溯或查明其起因。当电化学系统或单池堆以两个不同的频率被激励时，它们也可以在相应的信号响应中被检测。依据所检测到的频率，该信号可以被分配给阳极部或阴极部。接着，相应频率的振幅特性曲线可以被重建，由此可以推断出单独电极的变化的流体供应。
附加地或替代地可能有利的是，单池堆具有呈阳极部形式的第一电极部和呈阴极部形式的第二电极部，并且在阳极部下游设置第一排出阀，在阴极部下游设置第二排出阀。该方法在此变型设计中可以具有以下其它步骤：
-通过第一排出阀以预定的第一变化样式从该阳极部变化地排出第一流体，
-通过第二排出阀以预定的第二变化样式从该阴极部变化地排出第二流体，其中，第一变化样式不同于第二变化样式，
-确定在从阳极部变化地排出第一流体期间的单池堆的阳极部专属的电压响应和/或电流响应，
-确定在从阴极部变化地排出第二流体期间的单池堆的阴极部专属的电压响应和/或电流响应，以及
-依据阳极部专属的和/或阴极部专属的电压响应和/或电流响应确定电化学系统工作状态。
即，在此，介质流在单池堆下游被脉冲控制。其建模因此随之进行。但上述优点也适用于所述变型，因而对此不再详加介绍。
在另一个变型设计中，单池堆具有呈阳极部形式的第一电极部和呈阴极部形式的第二电极部，并且在阳极部上游第一输入阀布置在第一进流管线中，在阴极部上游第二输入阀布置在第二进流管线中。该方法可以在此设计变型中具有以下的其它步骤：
-通过第一输入阀以预定的第一变化样式变化地供应第一进流管线内的第一计量流体至第一流体管线内的第一流体且进一步至该阳极部，
-通过第二输入阀以预定的第二变化样式变化地供应第二进流管线内的第二计量流体至第二流体管线内的第二流体且进一步至该阴极部，其中，第一变化样式不同于第二变化样式，
-确定在变化地供应第一流体至阳极部期间的单池堆的阳极部专属的电压响应和/或电流响应，
-确定在变化地供应第二流体至阴极部期间的单池堆的阴极部专属的电压响应和/或电流响应，以及
-依据阳极部专属的和/或阴极部专属的电压响应和/或电流响应确定电化学系统工作状态。
因此在此变型中，流体的脉冲控制或定时通过将阀布置在各自专属的混合路径中进行。
还可行的是，在根据本发明的方法中，第一流体是或具有燃料或水，和/或第二流体是或具有空气。通过供应水、燃料和/或空气给相应的电极，采用本来就位于电化学系统中的过程流体。由此，所述方法可以相应简单地进行。作为燃料，可以采用氢气或碳氢化合物如甲醇或乙醇。一般，第一流体是还原剂，第二流体是氧化剂，其中，特别是在阴极侧输送还原剂，在阳极侧输送氧化剂。如果第二流体是空气，则空气例如可以被混入加湿器用水或氮气中。流体也可以是惰性的，例如像在SOEC系统的阴极路径中的氢气。
另外在本发明方法中可行的是，所述至少一种流体以在1Hz至500Hz、特别是3Hz至400Hz、最好在4Hz至350Hz之间的节拍被输送。在10Hz至30Hz之间、特别是约3Hz的节拍被证明是特别有利的。在此情况下，所述节拍对应于流体的变化输送。在本发明范围内的研究中已经证明了，所述节拍足以形成有说服力的测量结果。另外，可以采用相对廉价的输入阀。
此外可行的是，在本发明方法中，在电化学系统工作期间连续地或自动地在预定时间窗内执行电化学系统工作状态的确定。通过连续监测该电化学系统，可以总是适时识别功能故障并且相应提前防止可能损伤。通过例如在电化学系统的预定工作状态中自动实施有针对性的和/或选定的监测，监测机构和系统控制单元之间的数据流限定至标量(指标)，就像例如燃料贫瘠。该指标例如能以百分比值来标定(100％是全部，50％是一半，0％是完全没有)。
根据本发明的另一个方面，提供一种计算机程序产品，其被存储在存储机构上且设计和配置用于执行根据前述权利要求之一的方法。为此，计算机程序产品带来了与关于本发明方法所明确描述的相同的优点。计算机程序产品能以采用任何合适编程语言例如JAVA或C++的计算机可读指令码形式实现。计算机程序产品可以存储在计算机可读存储机构如数据盘、可更换式驱动器、易失型或非易失型存储器或者内置式存储器/处理器中。指令码可以如此编程计算机或其它可编程设备，即，执行期望的功能。此外，计算机程序产品可以在网络例如互联网中被提供，其可由使用者根据需要从所述网络下载。该计算机程序产品可以不仅借助计算机程序即软件、也借助一个或多个专用电子电路即硬件或者以任何混合形式即借助软件部分和硬件部分来实现。
本发明的另一方面涉及一种存储机构，其上存储有如前所述的计算机程序产品。另外，本发明涉及一种用于电化学系统的电路布置，该电路布置配置和设计用于执行如前所详述的方法。因此，所述存储机构和电路布置也带来前述优点。
根据本发明的另一方面，提供一种电化学系统。电化学系统具有包括至少一个电极部的单池堆、至少一个输入阀和/或至少一个排出阀，其中，所述至少一个输入阀布置在至少一个电极部上游用于变化地供应至少一种流体给至少一个电极部和/或所述至少一个排出阀布置在至少一个电极部下游用于从至少一个电极部变化地排出至少一种流体。电化学系统还具有如前所述的电路布置。
因此，电化学系统也带来前述优点。“过程流体”是指电化学系统工作所需要的流体。过程流体可以是空气、水、氢气、生物气体、甲醇、乙醇和/或其它，其中，所述例举不应该视为穷举性的。输入阀和/或排出阀最好分别设计成定时阀或脉冲阀。
此时有利的是设有至少两个流体管线，其中，至少一条流体管线作为进流管线构成，该至少一个输入阀布置在该进流管线中，其中，该进流管线在至少一个流量控制器的下游通入一条流体管线。由此，过程流体在单池堆之前可被施以脉冲或节拍，在这里，这在一条最好仅输送一小部分过程流体的单独进流管线内进行。在流量控制器的下游，被施以节拍/脉冲的过程流体被混入流体管线，由此现在大部分过程流体也被定时。
此时还有利的是，电极单元具有呈阳极部形式的第一电极部和呈阴极部形式的第二电极部，其中，设有第一进流管线和第二进流管线，其中，第一输入阀布置在第一进流管线中，第二输入阀布置在第二进流管线中，并且第一输入阀和第二输入阀为供应所述流体而以不同周期来定时，并且其中，第一进流管线在阳极部的上游通入第一流体管线，第二进流管线在阴极部的下游通入第二进流管线。即，第一输入阀和第二输入阀以不同周期性变化样式来配置，在这里，它们分别布置在一条单独的进流管线中。通过该周期性，可以产生特别稳定的且由此有说服力的响应信号，用于相应有说服力地确定工作状态。
在一个优选的变型设计中，单池堆具有呈阳极部形式的第一电极部和呈阴极部形式的第二电极部，其中，在阳极部的上游第一输入阀布置在第一进流管线内，其中，第一进流管线在第一流量控制器的下游通入用于供应第一流体至阳极部的第一流体管线，并且在阴极部的上游第二输入阀布置在第二进流管线内，其中，第二进流管线在第二流量控制器的下游通入用于供应第二流体至阳极部的第二流体管线中，并且其中，第一输入阀和第二输入阀为供应所述流体而以不同周期来定时。即，第一输入阀和第二输入阀以不同的周期性变化样式来配置。通过该周期性，可以产生特别稳定的且由此有说服力的响应信号，用于相应有说服力地确定工作状态。
在另一个优选变型设计中，电极单元具有呈阳极部形式的第一电极部和呈阴极部形式的第二电极部，其中，在阳极部的下游设置用于从阳极部排出第一流体的第一排出阀，在阴极部的下游设置用于从阴极部排出第二流体的第二排出阀，并且其中，所述第一排出阀和第二排出阀为排出所述流体而以不同周期来定时。即，第一排出阀和第二排出阀以不同周期性变化样式来配置。通过周期性，可以产生特别稳定且由此具有说服力的响应信号，用于相应有说服力地确定工作状态。
附图说明
改进本发明的其它措施来自以下对如图示意所示的本发明各不同实施例的说明。所有来自权利要求书、说明书或附图的特征和/或优点连同结构细节和空间布置在内可以不仅本身单独地、也在各种不同的组合中对于本发明是重要的，附图分别示意性示出了：
图1示出用于说明根据本发明第一实施方式的方法的流程图，
图2示出用于说明根据本发明第二实施方式的方法的流程图，
图3示出用于说明根据本发明第三实施方式的方法的流程图，
图4示出用于说明根据本发明第四实施方式的方法的流程图，
图5示出用于说明根据本发明第五实施方式的方法的流程图，
图6示出用于说明根据本发明第一实施方式的电化学系统的框图，
图7示出用于说明根据本发明第二实施方式的电化学系统的框图，
图8示出用于说明在现有技术中知道的特性曲线的曲线图，以及
图9示出用于说明本发明的特性曲线的曲线图。
具体实施方式
有相同的功能和工作方式的零部件在图1-9中分别带有相同的附图标记。
图1示出根据第一实施方式的电化学系统1a。如图1所示的系统1a例如可以是指燃烧电池单池系统或至少是燃料电池单池系统的一部分。单池堆2具有例如作为阳极部3和阴极部4的第一和第二电极部。在阳极部3的上游设有第一输入阀5。在阴极部4的上游设有第二输入阀6。输入阀5、6被设计成定时阀或脉冲阀，用于变化地供应各自过程流体至对应的电极部3、4。
在第一输入阀5的上游还补充设有第一流量控制器7，用于控制和/或调节至第一输入阀5的流体流通量。在第二输入阀6的上游补充设有第二流量控制器8，用于控制和/或调节至第二输入阀6的流体流通量。在阳极部3的下游设有在图1中未示出的用于吹扫阳极部的吹扫阀9。第一输入阀5和第二输入阀6为不同变化地供应各自过程流体而以不同周期来定时。即，第一输入阀5以第一变化样式来配置，第二输入阀6以第二变化样式来配置，在这里，第一变化样式不同于第二变化样式。在流量控制器7、8、输入阀5、6和单池堆2之间以及在单池堆2下游，分别设有一条流体管线23，在这里，在阳极路径内设置第一流体管线23a，在阴极路径内设置第二流体管线23b。
如图1所示的系统1a还具有用于控制和/或调整系统1a的电路布置13。电路布置13具有存储机构12连带有存储或安装于其上的计算机程序产品11。计算机程序产品11配置用于执行参照图3和图4所述的方法。
图2示出根据第二实施方式的电化学系统1b，在此，仅设有一个定时式或脉冲式排出阀20。放弃示出阴极部或单池堆。在阳极部3下游设有流体泵10，其中，在流体泵10的下游设有吹扫阀9。吹扫阀9布置用于吹扫阳极部。电路布置13对应于已经参照第一实施方式所描述的电路布置。又在电化学系统1b的各自部件之间设置流体管线23。电路布置13对应于图1的电路布置。阳极部3原则上也可以设计成阴极部。
图3示出另一个电化学系统1c，其中，设有脉冲式或定时式第一排出阀20和脉冲式或定时式第二排出阀21，其中，第一排出阀20布置在阳极部3下游，第二排出阀21布置在阴极部4下游。排出阀20、21此时分别布置在排流管线25a、25b中。第一排流管线25a在阳极部3下游从第一流体管线23a分支出，第二排流管线25b在阴极部4下游从第二流体管线23b分支出。在各自的流体管线23a、23b内设置有溢流阀19，溢流阀可以被设计成稳压阀。电路布置13又对应于其它实施例的电路布置。
图4示出根据第四实施方式的电化学系统1d。在阳极部3的或阴极部4的上游设置有第一进流管线24a或第二进流管线24b，在其中设有相应的输入阀5、6。各自的进流管线24a、24b在单池堆2上游和各自流量控制器5、6下游与第一流体管线23a或第二流体管线23b合并。流量控制器5、6基本上是阀并且也可以分别设计成电磁阀。在图4中也在单池堆2的下游设有两个溢流阀，溢流阀应用在超压运行中。电路布置13又对应于其它实施例的电路布置。
图5示出根据第四实施方式的电化学系统1e。在此情况下，阀5布置在旁通管线26中用于加湿器的脉冲控制或定时，在这里，旁通管线26对应于一条流体管线23并且设计和布置用于半透性物质交换器22的旁通。经由旁通管线26和阀5被输送和定时控制的流体在半透性物质交换器22的下游和单池堆2特别是阳极部3的上游被供给流体管线23。在阳极部3下游设置有溢流阀19，其中，流体管线23将溢流阀19与半透性物质交换器22流通相连。电路布置13又对应于其它实施例的电路布置。
各不同实施例也可以至少部分相互组合。也将明确指出，燃料电池单池系统如PEMFC仅是一个可能实施例。例如该电化学系统也被设计成SOEC系统，其中，此变型中电极部的设计(阴极部4或阳极部3)与呈燃料电池单池系统形式的设计正好相反。
图6示出用于说明确定在根据示例性第一实施方式的如图1-5所示的电化学系统1a、1b、1c、1d、1e中的工作状态的方法的流程图。在第一步骤S1中，呈氢气形式的流体或过程流体通过频率为30Hz的脉冲式输入阀5被相应变化地供给单池堆2的阳极部3。在第二步骤S2中，单池堆2的电压响应或电流响应被确定或测量。在随后的第三步骤S3中，测量值被评估和分析(例如通过THDA法或其它合适方法)，并且依据电压响应或电流响应来确定电化学系统1a、1b的工作状态。在此情况下，预定的算法可以求出或算出指标变化过程(图8中的附图标记14)。在指标变化时，电路布置13可以被相应控制以调整氢气流量。
参照图7，描述用于确定根据第二实施方式的电化学系统1b的工作状态的方法。在第一步骤S10中，呈氢气形式的过程流体通过频率为20Hz的脉冲式第一输入阀5被相应变化地供给单池堆2的阳极部3。另外，在至少部分同时进行的第二步骤S20中，呈例如空气形式的过程流体通过频率为40Hz的脉冲式第二输入阀6被相应变化地供给单池堆2的阴极部4。接着或在此期间，在第三步骤S30中测量单池堆2的阳极部专属的电压响应或电流响应以及单池堆2的阴极部专属的电压响应或电流响应。这是可行的，因为电极3、4用能在信号响应中被检测的两个不同频率被激振。现在，可以在第四步骤S40中依据阳极部专属的和/或阴极部专属的电压响应或电流响应来确定电化学系统1b的工作状态。
参照图8和图9，应该突显本发明方法的相比于在现有技术中迄今常见方法的优点。图8和图9分别示出曲线图，其电流轴(I/A)或电压轴(U/V)以时间轴(s)为基准。在曲线图中，分别示出了过程介质指标14、堆电压15、电流16、用10作为标度的氧气当量比17(λ*10)和氢气浓度18，在这里，突显过程介质指标14(0％-100％)。如图8所示，过程介质指标14表示如下振幅特性曲线，其随着时间总体增长且伴有上下波动。而在图9中出现的过程介质指标14表示如下振幅特性曲线，其随着时间均匀向上升高。这种特性曲线可以比图8所示的特性曲线明显更简单可靠地被视作电化学系统1a、1b、1c、1d的工作状态的相应依据或指标。
除了所示实施方式外，本发明也允许其它的设计原理。即，本发明不应该被视为局限于所示附图。
附图标记列表
1a,1b 燃料电池单池系统
2 单池堆
3 阳极(电极部)
4 阴极(电极部)
5 输入阀
6 输入阀
7 流量控制器
8 流量控制器
9 吹扫阀
10 流体泵
11 计算机程序产品
12 存储机构
13 电路布置
14 过程介质指标
15 堆电压
16 电流
17 当量比
18 氢气量
19 溢流阀
19a 溢流阀
19b 溢流阀
20 排出阀
21 排出阀
22 半透性物质交换器
23 流体管线
23a 流体管线
23b 流体管线
24a 进流管线
24b 进流管线
25a 排流管线
25b 排流管线
26 旁通管线

Claims (18)

1.一种用于确定电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)的工作状态的方法，该电化学系统具有包括至少一个电极部的单池堆(2)，其中，设有至少一个阀(5,6,20,21)和至少一条流体管线(23)，该方法具有以下步骤：
- 经由所述至少一条流体管线(23)并通过所述至少一个阀(5,6,20,21)以预定的变化样式变化地输送至少一种流体，其中，通过所述至少一个阀(5,6,20,21)给流体流加载该变化样式，
- 确定在变化地输送所述至少一种流体期间的该单池堆(2)的电压响应和/或电流响应，其中，确定阳极部和／或阴极部上的不同的流体浓度以及
- 依据该电压响应和/或电流响应通过建立是否发生氧化剂贫瘠和／或还原剂贫瘠或流体之间溢流确定该电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)的工作状态，其中所述工作状态是包括阳极部和／或阴极部的状态。
2.根据权利要求1的方法，其特征是，至少一个输入阀(5,6)设置在所述至少一个电极部的上游和/或至少一个排出阀(20,21)设置在所述至少一个电极部的下游，其中，至少一种流体通过所述至少一个输入阀(5,6)和/或至少一个排出阀(20,21)以预定的变化样式被变化输送，并且确定在变化地输送所述至少一种流体期间的该单池堆(2)的电压响应和/或电流响应。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征是，该单池堆(2)具有呈阳极部(3)形式的第一电极部和呈阴极部(4)形式的第二电极部，并且在该阳极部(3)上游设置第一输入阀(5)，在该阴极部(4)上游设置第二输入阀(6)，该方法具有其它步骤：
- 通过该第一输入阀(5)以预定的第一变化样式变化地供应第一流体给所述阳极部(3)，
- 通过该第二输入阀(6)以预定的第二变化样式变化地供应第二流体给所述阴极部(4)，其中，该第一变化样式不同于该第二变化样式，
- 确定在变化地供应该第一流体给该阳极部(3)期间的该单池堆(2)的阳极部专属的电压响应和/或电流响应，
- 确定在变化地供应该第二流体给该阴极部(4)期间的该单池堆(2)的阴极部专属的电压响应和/或电流响应，以及
- 依据所述阳极部专属的和/或阴极部专属的电压响应和/或电流响应确定该电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)的工作状态。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征是，该单池堆(2)具有呈阳极部(3)形式的第一电极部和呈阴极部(4)形式的第二电极部，并且在该阳极部(3)下游设置第一排出阀(20)且在该阴极部(4)下游设置第二排出阀(21)，该方法具有其它步骤：
- 通过该第一排出阀(20)以预定的第一变化样式从该阳极部(3)变化地排出第一流体，
- 通过该第二排出阀(21)以预定的第二变化样式从该阴极部(4)变化地排出第二流体，其中，该第一变化样式不同于该第二变化样式，
- 确定在从该阳极部(3)变化地排出该第一流体期间的该单池堆(2)的阳极部专属的电压响应和/或电流响应，
- 确定在从该阴极部(4)变化地排出该第二流体期间的该单池堆(2)的阴极部专属的电压响应和/或电流响应，以及
- 依据所述阳极部专属的和/或阴极部专属的电压响应和/或电流响应确定该电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)的工作状态。
5.根据权利要求1或2的方法，其特征是，该单池堆(2)具有呈阳极部(3)形式的第一电极部和呈阴极部(4)形式的第二电极部，并且在该阳极部(3)上游第一输入阀(5)布置在第一进流管线(24a)内，在该阴极部(4)上游第二输入阀(6)布置在第二进流管线(24b)内，该方法具有其它步骤：
- 通过该第一输入阀(5)以预定的第一变化样式变化地供应第一进流管线(24a)内的第一计量流体至第一流体管线(23a)内的第一流体且进一步至该阳极部(3)，
- 通过该第二输入阀(6)以预定的第二变化样式变化地供应第二进流管线(24b)内的第二计量流体至第二流体管线(23b)内的第二流体且进一步至该阴极部(4)，其中，该第一变化样式不同于该第二变化样式，
- 确定在变化地供应该第一流体至该阳极部(3)期间的该单池堆(2)的阳极部专属的电压响应和/或电流响应，
- 确定在变化地供应该第二流体至该阴极部(4)期间的该单池堆(2)的阴极部专属的电压响应和/或电流响应，以及
- 依据所述阳极部专属的和/或阴极部专属的电压响应和/或电流响应确定该电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)的工作状态。
6.根据权利要求3的方法，其特征是，该第一流体是或具有燃料或水和/或该第二流体是或具有空气，其中，该第一流体和该第二流体分别在一条流体管线(23a,23b)内被输送。
7.根据权利要求1或2的方法，其特征是，所述至少一种流体以1Hz至500Hz之间的节拍被输送。
8.根据权利要求7的方法，其特征是，所述至少一种流体以3Hz至400Hz之间的节拍被输送。
9.根据权利要求7的方法，其特征是，所述至少一种流体以4Hz至350Hz之间的节拍被输送。
10.根据权利要求1或2的方法，其特征是，该电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)是燃料电池单池或电解池。
11.根据权利要求1或2的方法，其特征是，该电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)的工作状态的确定是在该电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)工作期间连续地或自动地在预定时间窗内执行的。
12.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1-11任一项所述用于确定电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)的工作状态的方法。
13.一种用于电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)的电路布置(13)，其设计和配置用于执行根据权利要求1至11之一的方法。
14.一种电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)，具有包括至少一个电极部的单池堆(2)、至少一个输入阀(5,6)和/或至少一个排出阀(20,21)、至少一个流体管线(23)以及根据权利要求13的电路布置(13)，其中，所述至少一个输入阀(5,6)布置在该流体管线(23)中且在所述至少一个电极部的上游用于变化地供应至少一种流体给所述至少一个电极部和/或所述至少一个排出阀(20,21)布置在该流体管线(23)中且在所述至少一个电极部的下游用于从所述至少一个电极部变化地排出至少一种流体。
15.根据权利要求14的电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)，其特征是，设有至少两条流体管线(23a,23b)，其中，至少一条流体管线作为进流管线(24a)构成并且所述至少一个输入阀(5)布置在该进流管线(24a)中，其中，该进流管线(24a)在至少一个流量控制器(7)的下游通入一条流体管线(23a)。
16.根据权利要求15的电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)，其特征是，该单池堆(2)具有呈阳极部(3)形式的第一电极部和呈阴极部(4)形式的第二电极部，其中，设有第一进流管线(24a)和第二进流管线(24b)，其中，第一输入阀(5)布置在该第一进流管线(24a)中，第二输入阀(6)布置在该第二进流管线(24b)中，并且该第一输入阀(5)和该第二输入阀(6)为供应所述流体而以不同周期来定时，并且其中，该第一进流管线(24a)在该阳极部(3)上游通入第一流体管线(23a)，该第二进流管线(24b)在该阴极部(4)上游通入第二流体管线(23b)。
17.根据权利要求14的电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)，其特征是，该单池堆(2)具有呈阳极部(3)形式的第一电极部和呈阴极部(4)形式的第二电极部，其中，在该阳极部(3)的上游第一输入阀(5)布置在第一进流管线(24a)中，其中，该第一进流管线(24a)在第一流量控制器(7)的下游通入用于将第一流体供应给该阳极部(3)的第一流体管线(23a)中，并且在该阴极部(4)的上游第二输入阀(6)布置在第二进流管线(24b)中，其中，该第二进流管线(24b)在第二流量控制器(8)的下游通入用于供应第二流体给该阳极部(3)的第二流体管线(23b)中，并且其中，该第一输入阀(5)和该第二输入阀(6)为供应所述流体而以不同周期来定时。
18.根据权利要求14的电化学系统(1a;1b;1c;1d;1e)，其特征是，该单池堆(2)具有呈阳极部(3)形式的第一电极部和呈阴极部(4)形式的第二电极部，其中，在该阳极部(3)下游布置用于从该阳极部(3)排出第一流体的第一排出阀(20)，在该阴极部(4)下游布置用于从该阴极部(4)排出第二流体的第二排出阀(21)，并且其中，该第一排出阀(20)和该第二排出阀(21)为排出所述流体而以不同周期来定时。
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