DE102008010493A1

DE102008010493A1 - Waschflüssigkeitsanlage für Brennstoffzellen-Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102008010493A1
Application number: DE102008010493A
Authority: DE
Inventors: Steven E. Fair Haven Morris; Kevin G. Oakland Township Kolpasky
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2028-02-23
Also published as: CN101254780A; US7845362B2; DE102008010493B4; CN101254780B; US20080206604A1

Abstract

Eine Waschflüssigkeitsanlage liefert durch Mischen von konzentrierter Waschflüssigkeit mit bei Betrieb einer Brennstoffzelle erzeugtem Abwasser Waschflüssigkeit. Die konzentrierte Waschflüssigkeit wird in einem nachfüllbaren Behälter gespeichert. Eine Mischpumpe dosiert automatisch das richtige Verhältnis konzentrierter Waschflüssigkeit zu Wasser (d. h. 1 : 10), bevorzugt durch eine Doppelkammeranordnung, wobei das Abwasser von der Brennstoffzelle und die konzentrierte Waschflüssigkeit aus ihren jeweiligen Quellen gesaugt und gemischt werden, was eine Mischwaschflüssigkeit mit dem richtigen Verhältnis von Wasser zu Waschflüssigkeitskonzentrat erzeugt. In einer ersten Ausführungsform erzeugt die Anlage die Mischwaschflüssigkeit in Echtzeit auf Anforderung der Wischanlage, in einer zweiten Ausführungsform hält ein Speicherbehälter Mischwaschflüssigkeit für die Bereitschaftsverwendung der Wischanlage.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftfahrzeug-Waschflüssigkeitsanlagen für Außenglasflächen und insbesondere eine Waschflüssigkeitsanlage von brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen, die durch die Brennstoffzelle erzeugtes Abwasser derselben mit einem Waschflüssigkeitskonzentrat mischt.
Hintergrund der Erfindung
Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Energieumwandlungsvorrichtung, die Energie aus der chemischen Reaktion einer Brennstoffzelle und eines Oxidans in elektrische Energie umwandelt. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM, kurz vom engl. Proton Exchange Membrane) werden für Fahrzeugmotoren am häufigsten verwendet. Bei diesen Brennstoffzellen wird wasserstoffreiches Gas (H₂) als Brennstoff zugeführt und Sauerstoffgas (O₂) oder Luft wird als Oxidans zugeführt. In den folgenden Oxidationsreduktionsreaktionen wird das H₂ oxidiert und reagiert mit O₂, um Waser zu bilden und Elektrizität für den Betrieb eines Elektromotors des Fahrzeugs zu erzeugen. Die Stöchiometrie der chemischen Reaktionen ist solcher Art, dass die erzeugte Wassermenge proportional zu der von dem Fahrzeug verbrauchten Leistung ist. Die Betriebseigenschaften der PEM-Brennstoffzelle erfordern bestimmte Feuchtigkeitswerte, damit sie effizient ist. Bei jeder PEM-Brennstoffzelle, die die erforderliche Leistung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs erzeugt, wird aber viel mehr Wasser als zum Wahren der entsprechenden Feuchtigkeit in der Brennstoffzelle erforderlich ist, erzeugt. Bei der Handhabung des Abwasserproblems wurde viel Arbeit in die Ausgestaltung dieser Zellen gesteckt.
Aufgrund der Ökonomie des Energieverbrauchs von Kraftfahrzeugen unterliegt ein Großteil des Entwicklungsprozesses von Kraftfahrzeugen dem Diktat der Einsparung von Fahrzeuggewicht und des Raums von Nichtinsassenbereichen. Dies senkt direkt den Energieverbrauch durch Reduzieren von Gewicht und indirekt durch Ermöglichen von größerer Flexibilität bei der Entwicklung aerodynamisch wichtiger Flächen durch Minimieren von Volumenanforderungen, die bei der Konstruktion zum Tragen kommen. Bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen, bei denen es schwieriger ist, marginale Leistungssteigerungen vorzusehen, ist dies besonders wichtig. Alle Konstruktionsänderungen, die eine Reduzierung von Gewicht oder Raum elektrisch betriebener Fahrzeuge ermöglichen, würden verglichen mit ähnlichen Änderungen von benzinbetriebenen Fahrzeugen eine größere Auswirkung auf die Betriebskosten haben.
Waschflüssigkeitsanlagen sind für den sicheren Betrieb von Kraftfahrzeugen notwendig, stellen aber sowohl für Gewicht als auch Raum in der vorliegenden Auslegung von Kraftfahrzeugen eine Belastung dar. Das derzeit in Kraftfahrzeugen verwendete Waschflüssigkeitsgemisch besteht vorrangig aus Wasser mit Frostschutzmittel und Reinigungskomponenten wie Alkoholen, Aminen und nichtionischen Reinigungsmitteln. Typischerweise wird diese Mischung in einem optimal gelegenen Raum gespeichert, um die Nachfüllbarkeit durch den Fahrer zu erleichtern, um die Speicherbehälter bei Bedarf nachzufüllen. Dies ergibt Auslegungen, die in optimal gelegenen Bereichen des Fahrzeugraums große schwere Behälter, die vorrangig mit Wasser gefüllt sind, anordnen. Eine Strategie bei der Auslegung, die die Speicherung nur der Konzentratform der Waschflüssigkeit erfordern würde, würde den Raum und das Gewicht, die von der Waschflüssigkeitsanlage benötigt werden, drastisch reduzieren.
Es muss nur noch in dem Gebiet das bei Betrieb der Brennstoffzelle erzeugte Abwasser in irgendeiner Weise zum Vorsehen von Waschflüssigkeit genutzt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist eine Waschflüssigkeitsanlage für Brennstoffzellen-Fahrzeuge, die Waschflüssigkeit durch Mischen von konzentrierter Waschflüssigkeit mit beim Betrieb einer Brennstoffzelle erzeugtem Abwasser vorsieht. Die konzentrierte Waschflüssigkeit kann in einem Behälter gespeichert werden, der an einer beliebigen Stelle angeordnet werden kann, darunter zum Beispiel an einer nicht so optimal gelegenen Stelle wie zum Beispiel einem Rahmenträger, einem Träger der Brennkraftmaschine, hinter Radkästen etc.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein elektronisches Steuergerät (ECM, kurz vom engl. Electronic Control Module), eine Mischpumpe und einen Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter. Das ECM integriert Eingaben durch die Fahrzeugwischanlage und erzeugt eine Ausgabe in Form von Signalen zur Mischpumpe. Die Mischpumpe dient als mechanischer Aktor der Waschflüssigkeitsanlage und dosiert automatisch das geeignete Verhältnis von konzentrierter Waschflüssigkeit zu Wasser (d. h. 1:10), bevorzugt durch eine Doppelkammeranordnung. Das Abwasser von der Brennstoffzelle und die konzentrierte Waschflüssigkeit werden aus ihren jeweiligen Quellen gesaugt und gemischt, was eine Mischwaschflüssigkeit mit dem richtigen Verhältnis von Wasser zu Waschflüssigkeitskonzentrat erzeugt. Durch diese bei den Hauptkomponenten wird das Arbeiten der vorliegenden Erfindung ausgelöst und gesteuert.
Diese Komponenten der Waschflüssigkeitsanlage umfassen weiterhin zwei primäre Schnittstellen. Eine Schnittstelle besteht zum Fahrzeugfahrer, wobei sie aus einer Betriebseingabe durch die Wischanlage besteht, um eine Anforderung von Mischwaschflüssigkeit anzuzeigen. Zudem kann der Fahrer durch eine Kontrollleuchte informiert werden, wenn der Stand der konzentrierten Waschflüssigkeit niedrig ist, und es kann ein Mittel vorgesehen werden, damit der Fahrer den Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter nachfüllen kann. Ferner muss die Waschflüssigkeitsanlage an das Brennstoffzellensystem anbinden, um das erforderliche Abwasser zu liefern. Dies würde zum Beispiel ein Ventil oder einen Teiler erfordern, der als Aktor zum Umleiten des Abwasserstroms von dem in dem Brennstoffzellensystem ausgelegten normalen Entsorgungsweg zu der Waschflüssigkeitsanlage dienen würde.
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Komponenten ferner ein Speicherbehälter mit Mischwaschflüssigkeit enthalten, der mit der Wischanlage verbunden ist, wobei die Mischwaschflüssigkeit durch den vorstehend erwähnten Mischprozess erzeugt wird und wobei das ECM eine zusätzliche Eingabe von Sensoren erhält, die den Flüssigkeitsstand in dem Speicherbehälter detektieren.
Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Waschflüssigkeitsanlage vorzusehen, die Abwasser von einer Brennstoffzelle sammelt und es mit Waschflüssigkeitskonzentrat mischt, um eine Mischwaschflüssigkeit auf Bedarfsbasis zu bilden und/oder um Waschflüssigkeit für einen Speicherbehälter vorzusehen.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung klarer.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Schaubild einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1A ist eine schematische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform einer Mischpumpe.
1B ist eine schematische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform einer Mischpumpe.
2 ist eine schematische Darstellung einer strukturellen Umsetzung der Steuerungen für die erste erfindungsgemäße bevorzugte Ausführungsform.
3 ist ein Flussdiagramm der Logik für den Haupt-Algorithmus des elektronischen Steuergeräts für die erste erfindungsgemäße bevorzugte Ausführungsform.
4 ist ein Flussdiagramm der Logik des Füllstandsteueralgorithmus des elektronischen Steuergeräts zum Überwachen des Füllstands der konzentrierten Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein schematisches Schaubild einer zweiten erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform, die einen Behälter für Mischwaschflüssigkeit enthält.
6 ist eine schematische Darstellung einer strukturellen Umsetzung der Steuerungen für die zweite erfindungsgemäße bevorzugte Ausführungsform.
7 ist ein Flussdiagramm für die Logik für den Haupt-Algorithmus des elektronischen Steuergeräts für die zweite erfindungsgemäße bevorzugte Ausführungsform.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Unter Bezug nun auf die Zeichnungen stellen 1, 2 und 3 eine erste bevorzugte Ausführungsform und 5 bis 7 eine zweite bevorzugte Ausführungsform dar, wobei 1A, 1B und 4 gemeinsam eine Waschflüssigkeitsanlage für Brennstoffzellen-Fahrzeuge nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
Unter Bezug zunächst auf 1 bis 2 werden die Komponenten der ersten bevorzugten Ausführungsform der Waschflüssigkeitsanlage 100 abgebildet, wobei in 1 kräftige Linien mit Pfeilen Flüssigkeitsleitungen ausweisen und schwächere Linien eine gegenseitige Verbindung ausweisen.
Bei einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug erzeugt eine Brennstoffzelle 102 im Lauf ihres Betriebs überschüssiges Wasser. Erfindungsgemäß fließt dieses überschüssige Wasser durch ein Umleitventil 104, das zwei Einstellungen aufweist. Das Umleitventil 104 ist mit einem Umleitventilaktor 106 verbunden. Unter normalen Betriebsbedingungen ist das Um leitventil 104 so eingestellt, dass es das Wasser zu einer herkömmlichen Modalität der Wasserentsorgung 108 umleitet, wie sie für gewöhnlich in dem Brennstoffzellen-Fahrzeug vorgesehen ist.
Ein elektronisches Steuergerät (ECM) 110, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, steht mit Komponenten der Waschflüssigkeitsanlage 100 in Verbindung und aktiviert diese, um den Betrieb derselben zu steuern.
Ein Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter (oder Tank) 120 enthält konzentrierte Waschflüssigkeit. Der Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter 120 kann an jeder zweckdienlichen Stelle positioniert werden, einschließlich einer nicht so optimal gelegenen Stelle des Fahrzeugs, beispielsweise einem Rahmenträger, einem Träger der Brennkraftmaschine, hinter einem Radkasten etc. Der Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter 120 ist bevorzugt mit einem Sensor 122 für zwei Füllstände ausgestattet, der Flüssigkeitsfüllstände unter oder über zwei separaten Füllständen detektieren kann, wobei ein solcher Sensor für zwei Füllstände aus dem Stand der Technik bekannt ist. Eine Füllstandsanzeige 126, zum Beispiel eine in dem Instrumentenbereich des Fahrzeugs angeordnete Leuchte, steht mit dem ECM 110 in Verbindung und leuchtet auf, wenn der Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter 120 nachgefüllt werden muss.
Eine Mischpumpe 112 pumpt zwei Flüssigkeiten (das Wasser aus der Brennstoffzelle 102 und die konzentrierte Waschflüssigkeit aus dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter 120) und mischt sie in einem vorbestimmten Verhältnis, beispielsweise in einem Verhältnis von 10 zu 1 Wasser zu konzentrierter Waschflüssigkeit. Bei einer bevorzugten Veranschaulichung werden eine größere Kammer 114A und eine kleinere Kammer 114B genutzt, die durch relatives Volumen auf das genaue Verhältnis zueinander dimensioniert sind, das zum Mischen von Wasser mit kon zentrierter Waschflüssigkeit erforderlich ist, um dadurch eine Mischwaschflüssigkeit zur Verwendung durch die Wischanlage 124 vorzusehen.
Ein erstes Beispiel der Mischpumpe (112 in 1 und 112' in 4) wird bei 1A dargestellt. Ein Motor 150 weist eine 1:1-Zahnradgetriebe-Verbindung 152 zu den jeweiligen Laufrädern 154, 156 einer größeren Kammer 158 und einer kleineren Kammer 160 auf. Die größere Kammer weist einen Einlass 162, in den Wasser 164 von der Brennstoffzelle eindringt, sowie einen Auslass 166 auf. Die kleinere Kammer weist einen Einlass 168, in den konzentrierte Waschflüssigkeit 170 des Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälters eindringt, und einen Auslass 172 auf. Eine Mischleitung 174 ist mit beiden Auslässen 166, 172 verbunden und sieht eine gemeinsame Leitung für Mischwaschflüssigkeit 176 zur Verwendung durch die Wischanlage vor.
Ein zweites Beispiel der Mischpumpe (112 in 1 und 112' in 4) wird bei 1B dargestellt. Ein Motor 150' weist eine 10:1-Zahnradgetriebe-Verbindung 152' zu den jeweiligen Laufrädern 154', 156' gleich bemessener erster und zweiter Kammern 158', 160' auf, so dass die erste Kammer das zehnfache Volumen an Flüssigkeit pro Zeiteinheit pumpt, als von der zweiten Kammer gepumpt wird. Die erste Kammer weist einen Einlass 162', in den Wasser 164 von der Brennstoffzelle eindringt, und einen Auslass 166' auf. Die zweite Kammer weist einen Einlass 168', in den konzentrierte Waschflüssigkeit 170 des Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälters eindringt, und einen Auslass 172' auf. Eine Mischleitung 174' ist mit beiden Auslässen 164', 168' verbunden und sieht eine gemeinsame Leitung für Mischwaschflüssigkeit 176 zur Verwendung durch die Wischanlage vor.
Es versteht sich, dass die Mischpumpe (112 in 1 und 112' in 4) andere Konfigurationen haben kann, wodurch ein festes vorbestimmtes Verhältnis von Wasser aus der Brennstoffzelle zu konzentrierter Waschflüssigkeit aus dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter vorgesehen wird, zum Beispiel mittels Dosieröffnungen, elektronischer Regelung relativer Fluidströmraten von zwei separaten Pumpen, etc.
In der größeren Kammer 114A ist bevorzugt ein Feuchtigkeitssensor 116 enthalten und steht mit dem ECM 110 in Verbindung. Der Zweck des Feuchtigkeitssensors ist das Detektieren des Vorhandenseins von Wasser in der größeren Kammer 114a, wodurch sie vor dem Gefrieren bei kalter Witterung (die kleinere Kammer weist darin konzentrierte Waschflüssigkeit auf, die nicht gefrieren kann) entfernt werden kann (nachstehend erläutert). Der Feuchtigkeitssensor 116 und die damit verbundenen Betriebsaspekte (nachstehend erläutert) werden überflüssig, wenn die Mischpumpe 112 und ihre zugehörige Wassereinlassleitung über dem Gefrierpunkt gehalten werden.
Die Wischanlage 124 ist herkömmlich und aus dem Stand der Technik bekannt, wobei sie aus mindestens einer Wischer- und Motorkombination zum Wischen der Außenglasflächen des Fahrzeugs, einer Steuerschnittstelle, so dass der Fahrer 118 ihren Betrieb steuern kann, und einem Mittel zum Pumpen und Spritzen von Waschflüssigkeit auf das gewischte Glas besteht.
Unter Bezug vorrangig nun auf 2, die eine schematische Darstellung einer strukturellen Umsetzung der Steuerungen ist, befiehlt der Fahrer 118 ein Spritzen von Mischwaschflüssigkeit durch die Wischanlage 124, woraufhin die Wischanlage ein Signal zum ECM 110 sendet, dass Mischwaschflüssigkeit angefordert wird. Der Feuchtigkeitssensor 116 sendet ein Signal zur ECM 110, das das Vorhandensein oder fehlende Vorhandensein von Feuchtigkeit in der größeren Kammer 114A der Mischpumpe 112 anzeigt. Der Sensor 122 für zwei Füllstände, der sich in dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter 120 befindet, liefert dem ECM 110 Informationen, die den Füllstand konzentrierter Waschflüssigkeit in dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter 120 anzeigen. Das ECM 110 verarbeitet diese Eingaben und gibt mittels Betriebsalgorithmen (nachstehend bezüglich 3 und 4 erläutert) selektiv Betriebssignale aus. Diesbezüglich weist das ECM 110 drei Kanäle von Ausgangsdaten auf, nämlich: ein Signal zu dem Umleitventilaktor 106, ein Signal zu der Mischpumpe 112 und ein Signal zu der Füllstandskontrollleuchte 126.
Unter Bezug als Nächstes auf 3 wird ein Hauptalgorithmus 200 zum Programmieren des EMC 110 gezeigt. Das Programm wird bei Block 202 initialisiert. Das Programm rückt zu Block 204 vor, wo es verweilt, bis ein Anforderungssignal des Fahrers 118 mittels der Wischanlage 124 erhalten wird, das eine Anforderung von Mischwaschflüssigkeit anzeigt. Bei Erhalt des Anforderungssignals rückt das Programm zu Block 206 vor. Bei Block 206 gibt das ECM 110 ein Signal an den Umleitventilaktor 106 aus, der daraufhin das Umleitventil 104 so setzt, dass es Wasser zur größeren Kammer 114A der Mischpumpe 112 umleitet. Dann geht das Programm weiter zu Block 208, wo die Mischpumpe 112 aktiviert wird. Nun rückt das Programm zu Entscheidungsblock 210 vor, wo angefragt wird, ob der Fahrer 118 immer noch Waschflüssigkeit durch die Wischanlage 124 fordert. Wenn die Antwort auf die Frage Ja lautet, dann rückt das Programm zu Block 212 vor. Bei Block 212 kommt es zu einem vorbestimmten Wartezeitraum, bevor das Programm zu Block 210 zurückkehrt; dieses Warten kann zum Beispiel etwa zwei Sekunden dauern und ermöglicht eine Mindestspritzzeit. Wenn die Antwort auf die Frage von Block 210 aber Nein lautet, dann rückt das Programm zu Block 214 vor. Bei Block 214 wird ein Signal von dem ECM 110 zu dem Umleitventilaktor 106 gesendet, um das Umleitventil 104 zu schließen. Dann rückt das Programm zu Entscheidungsblock 216 vor, wo angefragt wird, ob der Feuchtigkeitssensor 116 anzeigt, dass die größere Kammer 114A der Mischpumpe 112 noch nass ist. Wenn die Antwort auf die Frage Ja lautet, dann läuft die Pumpe weiter, um Luft durch die größere Mischkammer 114A der Mischpumpe 112 zu saugen, um die größere Kammer 114A und ihre zugehörigen Schläuche zu trocknen. Wenn die Antwort auf die Frage von Block 216 Nein lautet, dann ist die größere Kammer 114A trocken genug und das Programm rückt zu Block 218 vor. Bei Block 218 sendet das EMC 110 ein Signal zum Abschalten der Mischpumpe 112, und das Programm kehrt zu Block 204 zurück, um auf das nächste Anforderungssignal von der Wischanlage 124 zu warten.
Unter Bezug auf 4 wird der Algorithmus zum Steuern des Füllstands der konzentrierten Waschflüssigkeit 300 in dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter 120 dargestellt.
Das Programm wird bei Block 302 initialisiert. Das Programm rückt zu Entscheidungsblock 304 vor, wo angefragt wird, ob der Füllstand der konzentrierten Waschflüssigkeit unter einem ersten vorbestimmten Füllstand liegt. Lautet die Antwort auf die Frage Nein, dann rückt das Programm zu Block 306 vor und wartet eine vorbestimmte Zeitdauer, zum Beispiel eine Minute lang, so dass die Leuchte nicht schnellem Ein- und Ausschalten unterliegt, wenn sich der Füllstand bei Sensorfüllstand befindet, bevor es zu Block 304 zurückkehrt. Wenn die Antwort auf die Frage von Block 304 Ja lautet, dann rückt das Programm zu Block 308 vor, wo die Kontrollleuchte 126 aufleuchtet, was dem Fahrer anzeigt, dass die konzentrierte Waschflüssigkeit in dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter 120 nachgefüllt werden muss. Dann rückt das Programm zu Entscheidungsblock 310 vor, wo angefragt wird, ob die konzentrierte Waschflüssigkeit über einem zweiten vorbestimmten Füllstand liegt, wobei der zweite vorbestimmte Füllstand höher als der erste vorbestimmte Füllstand ist. Wenn die Antwort auf die Frage Nein lautet, dann rückt das Programm zu Block 312 vor und wartet ein vorbestimmtes Intervall lang, bevor es erneut zum Zweck des Verhinderns eines Ein- und Ausschaltens der Leuchte zu Block 310 zurückkehrt. Wenn die Antwort auf die Frage von Block 310 Ja lautet, dann rückt das Programm zu Block 314 vor. Bei Block 314 wird die Kontrollleuchte 126 abgeschaltet und das Programm kehrt zu Block 304 zurück.
Unter Bezug nun auf 5 und 6 wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Waschflüssigkeitsanlage 100' dargestellt, die nun einen Speicherbehälter (oder Tank) 128 für Mischwaschflüssigkeit verwendet, wobei gleiche Teile wie bezüglich der 1 und 2 beschriebenen gleiche, aber gestrichene Bezugszeichen aufweisen, wobei die eingehende Beschreibung derselben im Hinblick auf die vorstehende eingehende Beschreibung bezüglich der ersten bevorzugten Ausführungsform nur minimal sein muss, und wobei in 5 wie in 1 kräftige Linien mit Pfeilen Fluidleitungen ausweisen und schwächere Linien eine Verbindung ausweisen.
5 stellt eine Brennstoffzelle 102' eines brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs dar, die im Lauf ihres Betriebs überschüssiges Wasser erzeugt, wobei dieses überschüssige Wasser durch ein Umleitventil 104' fließt, das zwei Einstellungen aufweist und mit einem Umleitventilaktor 106' verbunden ist. Unter normalen Betriebsbedingungen ist das Umleitventil 104' so eingestellt, dass es das Wasser zu einer herkömmlichen Modalität der Wasserentsorgung 108' umleitet, wie sie für gewöhnlich in dem Brennstoffzellen-Fahrzeug vorgesehen ist. Ein elektronisches Steuergerät (ECM) 110' steht mit Komponenten der vorliegenden Erfindung in Verbindung und aktiviert diese, um den Betrieb derselben zu steuern. Ein Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter 120' liefert konzentrierte Waschflüssigkeit und kann wie vorstehend beschrieben an jeder zweckdienlichen Stelle positioniert werden. Der Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter 120' ist bevorzugt mit einem Sensor 122' für zwei Füllstände ausgestattet, der wie vorstehend beschrieben Flüssigkeitsfüllstände unter oder über zwei separaten Füllständen detektieren kann. Eine Mischpumpe 112' pumpt zwei Flüssigkeiten (das Wasser aus der Brennstoffzelle 102' und die konzentrierte Waschflüssigkeit aus dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter 120') und mischt sie in einem vorbestimmten Verhältnis, beispielsweise in einem Verhältnis von 10 zu 1 Wasser zu konzentrierter Waschflüssigkeit. Bei der bevorzugten Veranschaulichung werden eine größere Kammer 114A' und eine kleinere Kammer 114B' genutzt, die durch relatives Volumen auf das genaue Verhältnis zueinander dimensioniert sind, das zum Mischen von Wasser mit konzentrierter Waschflüssigkeit erforderlich ist, um dadurch eine Mischwaschflüssigkeit zur Verwendung durch die Wischanlage 124 vorzusehen. Die Mischpumpe 112' kann wie bezüglich 1A und 1B beschrieben sein oder kann wie vorstehend erwähnt anders ausgelegt sein, um ein geeignetes Verhältnis der Ausgabe von Mischflüssigkeiten vorzusehen. Ein Feuchtigkeitssensor 116' ist optional in der größeren Kammer 114' enthalten und steht mit dem ECM 110' in Verbindung. Die Wischanlage 124' ist wie vorstehend beschrieben herkömmlich. Eine Füllstandsanzeige 126', beispielsweise eine Leuchte, befindet sich in dem Instrumentenbereich des Fahrzeugs, wobei die Leuchte mit dem ECM 110' in Verbindung steht und aufleuchtet, wenn der Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter 120' nachgefüllt werden muss.
Der Speicherbehälter 128 ist mit dem Ausgang der Mischpumpe 112' verbunden. Der Speicherbehälter 128 kann an jeder geeigneten Stelle in oder außerhalb des Brennkraftmaschinenraums angeordnet sein und nimmt die aus der wie vorstehend beschrieben ausgebildeten Mischpumpe 112' austretende Mischwaschflüssigkeit auf, wobei die Mischwaschflüssigkeit in dem Speicherbehälter auf Anforderung des Fahrers 118' der Wischanlage 124' zugeführt wird. Der Speicherbehälter 128 enthält bevorzugt einen Mischwaschflüssigkeits-Füllstandssensor 130 für zwei Füllstände, der wie erwähnt aus dem Stand der Technik bekannt ist und der mit dem ECM 110' in Verbindung steht.
Unter Bezug nun insbesondere auf 6, die eine schematische Darstellung einer strukturellen Umsetzung der Steuerungen ist, sendet der Mischflüssigkeits-Füllstandsensor 130' ein Signal zum ECM 110', wenn der Flüssigkeitsfüllstand unter einen vorbestimmten Grenzwert fällt, was einen Bedarf an Mischwaschflüssigkeit anzeigt. Der Feuchtigkeitssensor 116' sendet ein Signal zum ECM 110', das das Vorhandensein oder fehlende Vorhandensein von Feuchtigkeit in der größeren Kammer 114A' der Mischpumpe 112' anzeigt. Der Sensor 122' für zwei Füllstände, der sich in dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter 120' befindet, liefert dem ECM 110' ein Signal, das den Füllstand konzentrierter Waschflüssigkeit darin anzeigt. Das ECM 110' verarbeitet diese Eingaben und gibt mittels Betriebsalgorithmen (siehe 7) selektiv Betriebssignale aus. Das ECM 110' weist drei Kanäle von Ausgangsdaten auf, nämlich: ein Signal zu dem Umleitventilsteuergerät 106', ein Signal zu der Mischpumpe 112' und ein Signal zu der Füllstandskontrollleuchte 126.
Bei dieser schematischen Darstellung der zweiten bevorzugten Ausführungsform steht das ECM 110' mit dem Sensor 122' für zwei Füllstände in dem Speicherbehälter 120 in Verbindung und es besteht keine Notwendigkeit der ECM-Verbindung mit der Wischanlage 124' (wie in 2), da die Wischanlage Mischwaschflüssigkeit aus dem Behälter für Misch waschflüssigkeit saugt, wobei keine Verbindung zwischen der Wischanlage 124'.
Unter Bezug nun auf 7 wird der Hauptalgorithmus 400 für das EMC 110' gezeigt. Das Programm wird bei Block 402 initialisiert. Das Programm rückt zu Entscheidungsblock 404 vor, wo angefragt wird, ob der Füllstand der Waschflüssigkeit in dem Behälter 128' für Mischwaschflüssigkeit unter einen vorbestimmten Füllstand gefallen ist. Lautet die Antwort auf die Frage Nein, dann rückt das Programm zu Block 406 vor, wo das Programm eine vorbestimmte Zeitdauer (zum Beispiel eine Minute lang, so dass ein Ein- und Ausschalten der Leuchte wie vorstehend erläutert verhindert wird) wartet, bevor es zu Block 404 zurückkehrt. Wenn die Antwort auf die Frage von Block 404 Ja lautet, dann rückt das Programm zu Block 408 vor. Bei Block 408 sendet das ECM 110' ein Signal zu dem Umleitventilaktor 106', der daraufhin das Umleitventil 104' so einstellt, dass es Wasser zu der größeren Kammer 114A' der Mischpumpe 112' umleitet. Dann rückt das Programm zu Block 410 vor, wo die Mischpumpe 112' aktiviert wird. Nun rückt das Programm zu Entscheidungsblock 412 vor, wo angefragt wird, ob die Mischwaschflüssigkeit über einem vorbestimmten Füllstand liegt. Wenn die Antwort auf die Frage Nein lautet, dann rückt das Programm zu Block 414 vor und wartet einen vorbestimmten Intervall (d. h. eine Minute) lang, bevor es zu Block 412 zurückkehrt. Wenn die Antwort auf die Frage von Block 412 Ja lautet, dann rückt das Programm zu Block 416 vor. Bei Block 416 wird von dem ECM 110' ein Signal zu dem Umleitventilaktor 106' gesendet, das das Schließen des Umleitventils 104 veranlasst. Dann rückt das Programm zu Entscheidungsblock 418 vor, wo angefragt wird, ob der Feuchtigkeitssensor 116' anzeigt, dass die größere Kammer 114' der Mischpumpe 112' noch nass ist. Lautet die Antwort auf die Frage Ja, dann läuft die Pumpe weiter, um Luft durch die größere Mischkammer 114A' der Mischpumpe 112' zu saugen, um die größere Kammer 114A' und ihre zugehörigen Schläuche zu trocknen. Wenn die Antwort auf die Frage Ja lautet, dann rückt das Programm zu Block 420 vor, wo das Programm das ECM 110' veranlasst, ein Signal zum Abschalten der Mischpumpe 112' zu senden, und das Programm kehrt zu Block 404 zurück.
Es versteht sich, dass das bei 4 beschriebene Programm zum Implementieren des Waschflüssigkeitskonzentrat-Sensors 122' für zwei Füllstände von 6 genutzt werden könnte.
Für den Fachmann, an den sich diese Erfindung richtet, kann die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform einer Änderung oder Abwandlung unterliegen. Eine solche Änderung oder Abwandlung kann ohne Abweichen vom Schutzumfang der Erfindung, der nur durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt sein soll, vorgenommen werden.

Claims

Waschflüssigkeitsanlage für Brennstoffzellen-Fahrzeuge umfassend: eine Brennstoffzelle, wobei die Brennstoffzelle eine Wasserquelle vorsieht; einen Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter mit konzentrierter Waschflüssigkeit; und Mischmittel zum Mischen des Wassers mit der konzentrierten Waschflüssigkeit in einem vorbestimmten Verhältnis relativer Volumina, um dadurch eine Mischwaschflüssigkeit vorzusehen.
Anlage nach Anspruch 1, wobei das Mischmittel eine Mischpumpe umfasst, wobei die Mischpumpe umfasst: eine mit der Wasserquelle verbundene erste Kammer, wobei die erste Kammer einen ersten Ausgang aufweist; eine mit dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter verbundene zweite Kammer, wobei die zweite Kammer einen zweiten Ausgang aufweist; und eine gegenseitige Verbindung des ersten und zweiten Ausgangs, um einen Mischausgang vorzusehen; wobei die erste und die zweite Kammer im Betrieb so ausgelegt sind, dass der Mischausgang das vorbestimmte Verhältnis vorsieht.
Waschflüssigkeitsanlage für Brennstoffzellen-Fahrzeuge umfassend: eine Wischanlage; eine Brennstoffzelle, wobei die Brennstoffzelle eine Wasserquelle vorsieht; einen Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter mit konzentrierter Waschflüssigkeit; und Mischmittel zum Mischen des Wassers mit der konzentrierten Waschflüssigkeit in einem vorbestimmten Verhältnis relativer Volumina, um dadurch der Wischanlage eine Mischwaschflüssigkeit zu liefern.
Anlage nach Anspruch 3 weiterhin umfassend: ein mit der Wasserquelle verbundenes Umleitventil, wobei das Umleitventil zwischen einer ersten Stellung, bei der das Wasser zu einer vorbestimmten Wasserentsorgung geht, und einer zweiten Stellung, bei der das Wasser zumindest teilweise zu der ersten Kammer geht, schaltbar ist; einen mit dem Umleitventil verbundenen Aktor, der das Umleitventil selektiv zwischen der ersten und zweiten Stellung schaltet; und ein elektronisches Steuergerät, das mit der Wischanlage, dem Mischmittel und dem Aktor verbunden ist, wobei das elektronische Steuergerät das Mischmittel und den Aktor selektiv betreibt, um dadurch der Wischanlage die Mischwaschflüssigkeit auf Anforderung der Waschflüssigkeitsanlage zu liefern.
Anlage nach Anspruch 4 weiterhin umfassend: einen Füllstandsensor, der mindestens einen Füllstand der konzentrierten Waschflüssigkeit in dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter erfasst; und eine Anzeige, die einen niedrigen Füllstand der konzentrierten Waschflüssigkeit als Reaktion auf den mindestens einen von dem Füllstandsensor erfassten Füllstand anzeigt.
Anlage nach Anspruch 3, wobei das Mischmittel umfasst: eine Mischpumpe mit: einer mit der Wasserquelle verbundenen ersten Kammer, wobei die erste Kammer einen ersten Ausgang aufweist; einer mit dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter verbundenen zweiten Kammer, wobei die zweite Kammer einen zweiten Ausgang aufweist; und einer gegenseitigen Verbindung des ersten und zweiten Ausgangs, um einen Mischausgang vorzusehen; wobei die erste und die zweite Kammer im Betrieb so abgestimmt sind, dass der Mischausgang das vorbestimmte Verhältnis vorsieht.
Anlage nach Anspruch 6 weiterhin umfassend: ein mit der Wasserquelle verbundenes Umleitventil, wobei das Umleitventil zwischen einer ersten Stellung, bei der das Wasser zu einer vorbestimmten Wasserentsorgung geht, und einer zweiten Stellung, bei der das Wasser zumindest teilweise zu der ersten Kammer geht, schaltbar ist; einen mit dem Umleitventil verbundenen Aktor, der das Umleitventil selektiv zwischen der ersten und zweiten Stellung schaltet; und ein elektronisches Steuergerät, das mit der Wischanlage, der Mischpumpe und dem Aktor verbunden ist, wobei das elektronische Steuergerät die Mischpumpe und den Aktor selektiv betreibt, um dadurch der Wischanlage die Mischwaschflüssigkeit auf Anforderung der Waschflüssigkeitsanlage zu liefern.
Anlage nach Anspruch 6 weiterhin umfassend: einen Füllstandsensor, der mindestens einen Füllstand der konzentrierten Waschflüssigkeit in dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter erfasst; und eine Anzeige, die einen niedrigen Füllstand der konzentrierten Waschflüssigkeit als Reaktion auf den mindestens einen von dem Füllstandsensor erfassten Füllstand anzeigt.
Anlage nach Anspruch 8 weiterhin umfassend: ein mit der Wasserquelle verbundenes Umleitventil, wobei das Umleitventil zwischen einer ersten Stellung, bei der das Wasser zu einer vorbestimmten Wasserentsorgung geht, und einer zweiten Stellung, bei der das Wasser zumindest teilweise zu der ersten Kammer geht, schaltbar ist; einen mit dem Umleitventil verbundenen Aktor, der das Umleitventil selektiv zwischen der ersten und zweiten Stellung schaltet; und ein elektronisches Steuergerät, das mit der Wischanlage, der Mischpumpe und dem Aktor verbunden ist, wobei das elektronische Steuergerät die Mischpumpe und den Aktor selektiv betreibt, um dadurch der Wischanlage die Mischwaschflüssigkeit auf Anforderung der Waschflüssigkeitsanlage zu liefern.
Waschflüssigkeitsanlage für Brennstoffzellen-Fahrzeuge umfassend: eine Wischanlage; eine Brennstoffzelle, wobei die Brennstoffzelle eine Wasserquelle vorsieht; einen Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter mit konzentrierter Waschflüssigkeit; einen mit der Wischanlage verbundenen Speicherbehälter; und Mischmittel zum Mischen des Wassers mit der konzentrierten Waschflüssigkeit in einem vorbestimmten Verhältnis relativer Volumina, um dadurch eine Mischwaschflüssigkeit in dem Speicherbehälter vorzusehen, die der Wischanlage zur Verfügung steht.
Anlage nach Anspruch 10 weiterhin umfassend: ein mit der Wasserquelle verbundenes Umleitventil, wobei das Umleitventil zwischen einer ersten Stellung, bei der das Wasser zu einer vorbestimmten Wasserentsorgung geht, und einer zweiten Stellung, bei der das Wasser zumindest teilweise zu der ersten Kammer geht, schaltbar ist; einen mit dem Umleitventil verbundenen Aktor, der das Umleitventil selektiv zwischen der ersten und zweiten Stellung schaltet; einen Mischwaschflüssigkeits-Füllstandsensor, der mindestens einen Füllstand der Mischwaschflüssigkeit in dem Speicherbehälter erfasst; und ein elektronisches Steuergerät, das mit dem Mischwaschflüssigkeits-Füllstandsensor, dem Mischmittel und dem Aktor verbunden ist, wobei das elektronische Steuergerät das Mischmittel und den Aktor selektiv betreibt, um dadurch dem Speicherbehälter zusätzliche Mischwaschflüssigkeit als Reaktion auf Erfassen des Mischwaschflüssigkeits-Füllstafdsensors, dass die Mischwaschflüssigkeit unter einem vorbestimmten Füllstand ist, zu liefern.
Anlage nach Anspruch 11 weiterhin umfassend: einen Waschflüssigkeitskonzentrat-Füllstandsensor, der mindestens einen Füllstand der konzentrierten Waschflüssigkeit in dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter erfasst; und eine Anzeige, die einen niedrigen Füllstand der konzentrierten Waschflüssigkeit als Reaktion auf den mindestens einen von dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Füllstandsensor erfassten Füllstand anzeigt.
Anlage nach Anspruch 10, wobei das Mischmittel umfasst: eine Mischpumpe mit: einer mit der Wasserquelle verbundenen ersten Kammer, wobei die erste Kammer einen ersten Ausgang aufweist; einer mit dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter verbundenen zweiten Kammer, wobei die zweite Kammer einen zweiten Ausgang aufweist; und einer gegenseitigen Verbindung des ersten und zweiten Ausgangs, um einen Mischausgang vorzusehen; wobei die erste und die zweite Kammer im Betrieb so abgestimmt sind, dass der Mischausgang das vorbestimmte Verhältnis vorsieht.
Anlage nach Anspruch 13 weiterhin umfassend: ein mit der Wasserquelle verbundenes Umleitventil, wobei das Umleitventil zwischen einer ersten Stellung, bei der das Wasser zu einer vorbestimmten Wasserentsorgung geht, und einer zweiten Stellung, bei der das Wasser zumindest teilweise zu der ersten Kammer geht, schaltbar ist; einen mit dem Umleitventil verbundenen Aktor, der das Umleitventil selektiv zwischen der ersten und zweiten Stellung schaltet; einen Mischwaschflüssigkeits-Füllstandsensor, der mindestens einen Füllstand der Mischwaschflüssigkeit in dem Speicherbehälter erfasst; und ein elektronisches Steuergerät, das mit dem Mischwaschflüssigkeits-Füllstandsensor, der Mischpumpe und dem Aktor verbunden ist, wobei das elektronische Steuergerät die Mischpumpe und den Aktor selektiv betreibt, um dadurch dem Speicherbehälter zusätzliche Mischwaschflüssigkeit als Reaktion auf Erfassen des Mischwaschflüssigkeits-Füllstandsensors, dass die Mischwaschflüssigkeit unter einem vorbestimmten Füllstand ist, zu liefern.
Anlage nach Anspruch 13 weiterhin umfassend: einen Waschflüssigkeitskonzentrat-Füllstandsensor, der mindestens einen Füllstand der konzentrierten Waschflüssigkeit in dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Behälter erfasst; und eine Anzeige, die einen niedrigen Füllstand der konzentrierten Waschflüssigkeit als Reaktion auf den mindestens einen von dem Waschflüssigkeitskonzentrat-Füllstandsensor erfassten Füllstand anzeigt.
Anlage nach Anspruch 15 weiterhin umfassend: ein mit der Wasserquelle verbundenes Umleitventil, wobei das Umleitventil zwischen einer ersten Stellung, bei der das Wasser zu einer vorbestimmten Wasserentsorgung geht, und einer zweiten Stellung, bei der das Wasser zumindest teilweise zu der ersten Kammer geht, schaltbar ist; einen mit dem Umleitventil verbundenen Aktor, der das Umleitventil selektiv zwischen der ersten und zweiten Stellung schaltet; einen Mischwaschflüssigkeits-Füllstandsensor, der mindestens einen Füllstand der Mischwaschflüssigkeit in dem Speicherbehälter erfasst; und ein elektronisches Steuergerät, das mit dem Mischwaschflüssigkeits-Füllstandsensor, der Mischpumpe und dem Aktor verbunden ist, wobei das elektronische Steuergerät die Mischpumpe und den Aktor selektiv betreibt, um dadurch dem Speicherbehälter zusätzliche Mischwaschflüssigkeit als Reaktion auf Erfassen des Mischwaschflüssigkeits-Füllstandsensors, dass die Mischwaschflüssigkeit unter einem vorbestimmten Füllstand ist, zu liefern.