DE102006024170A1 - Methanol-fuel cell fuel density determination involves measuring physical parameters based on different fuel densities, supplying fuel of unknown density into cell, and implementing interpolation computation to determine density - Google Patents

Methanol-fuel cell fuel density determination involves measuring physical parameters based on different fuel densities, supplying fuel of unknown density into cell, and implementing interpolation computation to determine density Download PDF

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Abstract

The method involves providing a sample of fuel of known density to a methanol-fuel cell to generate electrical current in the cell by electromechanical reactions. Several physical parameters are measured and recorded based on different densities of the fuel, where three of the parameters are selected and provided as a basis of a three-dimensional image, which permits interpolation determinations of the fuel of the unknown density. The fuel of unknown density is fed into the cell. The selected parameters are measured and an interpolation computation is made to determine the density.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode zu einer Dichtebestimmung, insbesondere eine Rechenmethode für die Brennstoffdichte in einer Methanol-Brennstoffzelle.The The present invention relates to a method for density determination, in particular a calculation method for the fuel density in a methanol fuel cell.

In konventioneller Technik wird die Brennstoffdichte in Methanol-Brennstoffzellen allein durch Dichtesensoren bestimmt. Damit läßt sich die Aufgabe der Ermittlung von Brennstoffdichten lösen, jedoch in leichten, dünnen und kurzen Brennstoffzellen ist das Volumen von Dichtedetektoren entsprechend anzupassen. In kompakten Brennstoffzellen ist ein Einbau von Dichtesensoren nicht möglich.In Conventional technology is the fuel density in methanol fuel cells determined solely by density sensors. This can be the task of the investigation release from fuel densities, however, in light, thin and short fuel cells is the volume of density detectors adjust accordingly. In compact fuel cells is an installation of density sensors not possible.

Dieser Mangel läßt sich durch Anwenden einer Rechenmethode beheben, die eine Messung von Dichtewerten simuliert.This Lack can be by applying a calculation method that measures a density value simulated.

Die wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Rechenmethode zur Bestimmung der Brennstoffdichte während elektrochemischer Reaktionen in einer Methanol-Brennstoffzelle ohne Messung zu schaffen.The essential object of the present invention is a Calculation method for determining the fuel density during electrochemical To provide reactions in a methanol fuel cell without measurement.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Dichtesensor zu ersetzen, um die Brennstoffdichte während elektrochemischer Reaktionen in einer Methanol-Brennstoffzelle ohne Messung zu bestimmen.A Another object of the present invention is to provide a Density sensor to replace the fuel density during electrochemical reactions in a methanol fuel cell without measurement to determine.

Um diese Aufgaben zu erfüllem, weist die vorliegende Erfindung mehrere Schritte auf: Eine Brennstoffzelle wird bereitgestellt. Wenigstens ein Musters von Brennstoff bekannter Dichte zur Versorgung von Brennstoffzellen wird bereitgestellt, um unter verschiedenen Dichten in elektrochemischen Reaktionen Strom zu erzeugen. Unter verschiedenen Dichten werden Messungen und Aufzeichnungen mehrerer physikalische Parameter durchgeführt. Von den physikalischen Parametern werden drei ausgewählt und dienen als Basis einer dreidimensionalen Darstellung, die Interpolationsbestimmungen von Brennstoffen unbekannter Dichte erlaubt. In diesen wird Brennstoff unbekannter Dichte zugeführt und erzeugt Strom. Die ausgewählten drei physikalischen Parameter werden gemessen, und eine Interpolationsrechnung wird durchgeführt, die die gesuchte Brennstoffdichte ermittelt.Around to fulfill these tasks, For example, the present invention has several steps: a fuel cell will be provided. At least one pattern of fuel more familiar Density to supply fuel cells is provided to stream under different densities in electrochemical reactions to create. Under different densities are measurements and records of several physical parameters performed. Of the physical parameters, three are selected and serve as the basis of a three-dimensional representation, the interpolation determinations allowed by fuels of unknown density. In these will be fuel fed to unknown density and generates electricity. The selected ones three physical parameters are measured, and one interpolation calculation is carried out, which determines the sought fuel density.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen.Further Advantages, features and applications of the present Invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawings.

1 ist ein Flußdiagramm der Methode der vorliegenden Erfindung. 1 Figure 3 is a flow chart of the method of the present invention.

2 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus der vorliegenden Erfindung. 2 is a schematic representation of the structure of the present invention.

3 ist eine dreidimensionale Auftragung physikalischer Parameter bei mehreren Brennstoffdichten in der vorliegenden Erfindung. 3 Figure 3 is a three-dimensional plot of physical parameters at multiple fuel densities in the present invention.

4 ist ein Flußdiagramm der Interpolationsrechnung der vorliegenden Erfindung. 4 FIG. 4 is a flowchart of the interpolation calculation of the present invention. FIG.

1 ist ein Flußdiagramm der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist eine Methode 10 zur Bestimmung der Brennstoffdichte während elektrochemischer Reaktionen in einer Methanol-Brennstoffzelle ohne Verwednung eines Dichtesensors. Die Methode (10) umfaßt Schritte (101) bis (109), die im folgenden erläutert werden. Schritt (101) besteht im Bereitstellen einer Methanol-Brennstoffzelle 20. Schritt (103) besteht im Bereitstellen wenigstens eines Musters von Brennstoff bekannter Dichte zur Versorgung von Brennstoffzellen, um unter verschiedenen Dichten in elektrochemischen Reaktionen Strom zu erzeugen. In den Schritten (101) und (103) wird in der Brennstoffzelle 20 Strom durch elektrochemische Reaktionen in Brennstoffen bekannter Dichte erzeugt. Zur Bestimmung für eine Rechnung benötigter physikalischer Parameter verwendet die Methode 10 der vorliegenden Erfindung ein Meß- und Registriersystem 30. Wie in 2 gezeigt, weist die Brennstoffzelle 20 eine Anodenplatte 201a, eine Kathodenplatte 201b, eine Heizung 203 und eine Membranelektrode 205 auf. 1 is a flow chart of the present invention. The present invention is a method 10 for determining the fuel density during electrochemical reactions in a methanol fuel cell without using a density sensor. The method ( 10 ) includes steps ( 101 ) to ( 109 ), which are explained below. Step ( 101 ) is to provide a methanol fuel cell 20 , Step ( 103 ) is to provide at least one pattern of fuel of known density to supply fuel cells to generate electricity at different densities in electrochemical reactions. In the steps ( 101 ) and ( 103 ) is in the fuel cell 20 Electricity generated by electrochemical reactions in fuels of known density. The method uses to determine for an invoice required physical parameters 10 the present invention, a measuring and recording system 30 , As in 2 shown points the fuel cell 20 an anode plate 201 , a cathode plate 201b , a heater 203 and a membrane electrode 205 on.

Schritt (105) besteht im Messen und Aufzeichnungen mehrerer physikalische Parameter bei Verwendung mehrerer Brennstoffe bekannter Dichten, um Strom in der Brennstoffzelle 20 zu erzeugen. Von den physikalischen Parametern werden drei ausgewählt und dienen als Basis einer dreidimensionalen Darstellung. Im Schritt (105) werden bei bekannten Dichten von Brennstoffen Temperatur, Spannung und Strom registriert, die als Basis einer dreidimensionalen Darstellung dienen. Bei Einsatz des Meß- und Registriersystems 30 wird Strom durch elektrochemische Reaktionen unter verschiedenen Dichtewerten von Brennstoffen erzeugt, und die physikalischen Parameter Temperatur, Spannung und Strom werden gemessen und in einem Computer gespeichert. Wie in 3 gezeigt, werden alle ermittelten Werte der physikalischen Parameter dreidimensional aufgetragen und durch Flächen 41, 43, 45, 47 verbunden. Jede der Flächen 41, 43, 45, 47 entspricht einem Wert der Brennstoffdichte. Damit wird eine dreidimensionale Darstellung des Stroms als Funktion der Spannung und der Temperatur erreicht.Step ( 105 ) is to measure and record multiple physical parameters using multiple fuels of known densities to generate electricity in the fuel cell 20 to create. Of the physical parameters, three are selected and serve as the basis of a three-dimensional representation. In step ( 105 In the case of known densities of fuels, temperature, voltage and current are registered, which serve as the basis of a three-dimensional representation. When using the measuring and recording system 30 Electricity is generated by electrochemical reactions under different density values of fuels, and the physical parameters temperature, voltage and current are measured and stored in a computer. As in 3 shown, all the determined values of the physical parameters are plotted three-dimensionally and by areas 41 . 43 . 45 . 47 connected. Each of the surfaces 41 . 43 . 45 . 47 corresponds to a value of the fuel density. This is a three-dimensional representation of the stream as Function of voltage and temperature reached.

Die im Schritt (105) verwendeten Werte der Brennstoffdichte liegen vorzugsweise zwischen 3 Vol.% und 8 Vol.%. Ebenso liegen vorzugsweise die Temperaturwerte zwischen 10°C und 80°C und die Spannungswerte zwischen 0 V und 0,5 V.The in step ( 105 ) values of the fuel density are preferably between 3 vol.% and 8 vol.%. Likewise, the temperature values are preferably between 10 ° C. and 80 ° C. and the voltage values between 0 V and 0.5 V.

Schritt (107) besteht in einer Interpolationsrechnung zur Bestimmung von Dichten unbekannter Brennstoffe. Ein Brennstoff unbekannter Dichte wird in die Brennstoffzelle 20 eingebracht. Die Flächen gleicher Brennstoffdichte erlauben eine Interpolationsbestimmung der unbekannten Brennstoffdichte. Schritt (109) besteht in der Messung der drei in Schritt (105) registrierten physikalischen Parameter unter Verwendung der Interpolationsrechnung in Schritt (107).Step ( 107 ) consists in an interpolation calculation for the determination of densities of unknown fuels. A fuel of unknown density gets into the fuel cell 20 brought in. The areas of the same fuel density allow an interpolation determination of the unknown fuel density. Step ( 109 ) consists of measuring the three in step ( 105 ) registered physical parameters using the interpolation calculation in step ( 107 ).

Wie in 4 gezeigt, umfaßt die Interpolationsrechnung mehrere Unterschritte. In Unterschritt (1071) werden aufgrund n bekannter Werte der Brennstoffdichte C1, C2, ..., Ck, n Flächen gleicher Brennstoffdichte in der Auftragung der gemessenen physikalischen Parameter Temperatur, Spannung und Strom errichtet, wobei k = 1, 2, ..., n. Die Fläche 41 in 3 entspricht der Brennstoffdichte in Unterschritt (1071) mit dem Index 1. Unterschritt (1073) besteht im Zuführen eines Brennstoffs unbekannter Dichte in die Brennstoffzelle 20 und dem Messen der physikalischen Parameter Temperatur, Spannung und Strom sowie dem Eintragen entsprechender Koordinatenpunkte P.As in 4 As shown, the interpolation calculation comprises several substeps. In substep ( 1071 ) are established on the basis of n known values of the fuel density C 1 , C 2 ,..., C k , n areas of equal fuel density in the plot of the measured physical parameters temperature, voltage and current, where k = 1, 2,. n. The area 41 in 3 corresponds to the fuel density in substep ( 1071 ) with the index 1. substep ( 1073 ) is to introduce a fuel of unknown density into the fuel cell 20 and measuring the physical parameters temperature, voltage and current as well as entering corresponding coordinate points P.

In Unterschritt (1075) werden die eingetragenen Koordinatenpunkte P auf die n Flächen gleicher Brennstoffdichten projiziert, wobei sich Koordinatenwerte für den Strom Ii, i = 1, 2, ..., n, ergeben. Unterschritt (1077) besteht in einer Berechnung der unbekannten Brennstoffdichte gemäß der Formel

Figure 00040001
In substep ( 1075 ), the registered coordinate points P are projected onto the n surfaces of equal fuel densities, resulting in coordinate values for the current I i , i = 1, 2,..., n. Sub-step ( 1077 ) consists in calculating the unknown fuel density according to the formula
Figure 00040001

Nachdem die Methode 10 der vorliegenden Erfindung die Schritte (101) bis (105) vollzogen hat, sind Flächen gleicher Brennstoffdichten bestimmt, und die Schritte (107) und (109) werden ausgeführt, was vorzugsweise in Echtzeit programmiert geschieht. Die Bestimmung der Flächen gleicher Brennstoffdichten und die Interpolationsrechnung erfolgt ebenfalls vorzugsweise in Echtzeit programmiert in einem mit der Brennstoffzelle 20 verbundenen Prozessor (nicht gezeigt).After the method 10 the present invention the steps ( 101 ) to ( 105 ), areas of identical fuel densities are determined and the steps ( 107 ) and ( 109 ) are executed, which is preferably programmed in real time. The determination of the areas of the same fuel densities and the interpolation calculation is also preferably carried out in real time programmed in one with the fuel cell 20 connected processor (not shown).

Daher ist die Methode 10 der vorliegenden Erfindung in der Funktion gleich einem Dichtesensor für Brennstoffdichten. Die Methode der Bestimmung von Brennstoffdichten durch Interpolationsrechnung ist neuartig.Therefore, the method 10 of the present invention is similar to a density sensor for fuel densities. The method of determining fuel densities by interpolation calculation is novel.

Die vorangegangene Erläuterung der vorliegenden Erfindung ist, obwohl sie die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung an Hand einer detaillierten Struktur- und Funktionsbeschreibung erklärt, nur illustrativ zu verstehen. Änderungen im Detail, insbesondere bezüglich Größe, Form und Anordnung von Teilen sind durchführbar in dem Rahmen, der durch die folgenden Patentansprüche abgesteckt ist.The previous explanation The present invention, although having the features and advantages of the present invention with reference to a detailed structural and functional description explained, only to be understood illustratively. amendments in detail, especially as regards Size, shape and arrangement of parts are feasible in the frame by the following claims is staked.

Claims (9)

Rechenmethode für die Brennstoffdichte in einer Methanol-Brennstoffzelle, aufweisend folgende Schritte: (A) Bereitstellen einer Brennstoffzelle; (B) Bereitstellen wenigstens ein es Musters von Brennstoff bekannter Dichte zur Versorgung von Brennstoffzellen, um unter verschiedenen Dichten in elektrochemischen Reaktionen elektrischen Strom zu erzeugen; (C) Messen und Aufzeichnen mehrerer physikalische Parameter unter den verschiedenen Dichten aus Schritt (B), Auswählen dreier physikalischer Parameter als Basis einer dreidimensionalen Darstellung; (D) Aufstellen einer Interpolationsrechnung zur Ermittlung der Dichte eines Brennstoffs unbekannter Dichte; und (E) Zuführen des Brennstoffs unbekannter Dichte in die Brennstoffzelle und Erzeugen von elektrischem Strom durch elektrochemische Reaktionen sowie Ermittlung der Dichte des Brennstoffs unbekannter Dichte unter Verwendung der drei physikalischen Parameter aus Schritt (C) und der Interpolationsrechnung aus Schritt (D).Calculation method for the fuel density in one Methanol fuel cell, comprising the following steps: (A) Providing a fuel cell; (B) Provide at least a pattern of fuel of known density for supplying fuel cells, to electric under various densities in electrochemical reactions Generate electricity; (C) Measure and record multiple physical parameters among the various densities of step (B), selecting three physical parameter as the basis of a three-dimensional representation; (D) Establishing an interpolation calculation to determine the density a fuel of unknown density; and (E) feeding the Fuel of unknown density in the fuel cell and generating of electric current through electrochemical reactions as well as detection the density of the fuel of unknown density using the three physical parameters from step (C) and the interpolation calculation from step (D). Rechenmethode für die Brennstoffdichte in einer Methanol-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei im Schritt (C) verwendete Werte der Brennstoffdichte zwischen 3 Vol.% und 8 Vol.% liegen.Calculation method for the fuel density in a methanol fuel cell according to claim 1, wherein values used in step (C) are the fuel density between 3 vol.% And 8 vol.% Lie. Rechenmethode für die Brennstoffdichte in einer Methanol-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die im Schritt (C) ausgewählten drei physikalische Parameter Temperatur, elektrische Spannung und elektrischer Strom sind.Calculation method for the fuel density in a methanol fuel cell according to claim 1, wherein the three physical parameters selected in step (C) Temperature, electrical voltage and electric current are. Rechenmethode für die Brennstoffdichte in einer Methanol-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei im Schritt (C) verwendete Temperaturwerte zwischen 10°C und 80°C liegen.Calculation method for the fuel density in a methanol fuel cell according to claim 1, wherein the temperature values used in step (C) are between 10 ° C and 80 ° C. Rechenmethode für die Brennstoffdichte in einer Methanol-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei im Schritt (C) verwendete Spannungswerte zwischen 0 V und 0,5 V liegen.Calculation method for the fuel density in a methanol fuel cell according to claim 1, wherein voltage values used in step (C) are between 0 V and 0.5V lie. Rechenmethode für die Brennstoffdichte in einer Methanol-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Interpolationsrechnung in Echtzeit programmiert ist.Calculation method for the fuel density in ei The methanol fuel cell according to claim 1, wherein the interpolation calculation is programmed in real time. Rechenmethode für die Brennstoffdichte in einer Methanol-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffzelle eine Brennstoffzelle mit zwei Elektroden ist.Calculation method for the fuel density in a methanol fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is a fuel cell with two electrodes is. Rechenmethode für die Brennstoffdichte in einer Methanol-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffzelle als gedruckter Schaltkreis hergestellt ist.Calculation method for the fuel density in a methanol fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell made as a printed circuit is. Rechenmethode für die Brennstoffdichte in einer Methanol-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei Schritt (D) folgende Unterschritte aufweist: (d1) Errichten von n Flächen gleicher Brennstoffdichte in der Auftragung der ausgewählten drei physikalische Parameter aufgrund n bekannter Werte der Brennstoffdichte C1, C2, ..., Ck, wobei k = 1, 2, ..., n und wobei die ausgewählten drei physikalische Parameter Temperatur, elektrische Spannung und elektrischer Strom sind; (d2) Zuführen eines Brennstoffs unbekannter Dichte C in die Brennstoffzelle und Messen der physikalischen Parameter Temperatur, elektrische Spannung und elektrischer Strom sowie Eintragen entsprechender Koordinatenpunkte P; (d3) Projizierenen der Koordinatenpunkte P auf die n Flächen gleicher Brennstoffdichten, wobei sich Koordinatenwerte für den Strom Ii, i = 1, 2, ..., n, ergeben; und (d4) Berechnen der unbekannten Brennstoffdichte gemäß der Formel
Figure 00080001
wobei n ≥ 2.A fuel cell density calculation method in a methanol fuel cell according to claim 1, wherein step (D) comprises substeps of: (d1) establishing n faces of equal fuel density in the plot of the selected three physical parameters based on n known values of fuel density C 1 , C 2 , ..., C k , where k = 1, 2, ..., n and where the selected three physical parameters are temperature, electrical voltage and electric current; (d2) supplying a fuel of unknown density C into the fuel cell and measuring the physical parameters temperature, electrical voltage and electric current and entering corresponding coordinate points P; (d3) projecting the coordinate points P onto the n faces of equal fuel densities, resulting in coordinate values for the current I i , i = 1, 2, ..., n; and (d4) calculating the unknown fuel density according to the formula
Figure 00080001
where n ≥ 2.
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