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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Brennstoffzellenanordnung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
bekannten Brennstoffzellenanordnungen sind eine Vielzahl von Brennstoffzellen
in Form eines Brennstoffzellenstapels angeordnet und elektrisch hintereinander
geschaltet. Für einen zuverlässigen und sicheren
Betrieb der Brennstoffzellen, und um für diese eine hohe
Lebensdauer sicherzustellen, ist es notwendig, dass die Brennstoffzellen
innerhalb vorgegebener Betriebsbereiche arbeiten, insbesondere hinsichtlich
Spannung und Temperatur. Es ist wichtig, dass keine der Brennstoffzellen
unter unzulässigen Betriebsbedingungen arbeitet, beispielsweise
nicht mit negativer Zellspannung oder mit (punktuellen) Übertemperaturen.
Weil die Überwachung jeder einzelnen Zelle einen unverhältnismäßig
hohen Aufwand erforderlich macht, wird üblicherweise der Brennstoffzellenstapel
in eine Anzahl von jeweils mehrere Brennstoffzellen enthaltenden
Paketen unterteilt, an denen dann in regelmäßigen
zeitlichen Abständen der oder die zu überwachenden
Betriebswerte erfaßt werden.
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Aus
der
DE 691 23 822
T2 , entsprechend
WO
91/19328 ist ein Verfahren zur Funktions- oder Leistungsüberwachung
mehrerer elektrisch in Serie geschalteter Brennstoffzellen bekannt,
bei dem die Brennstoffzellen in mehrere Gruppen oder Pakete aufgeteilt
und die Spannungen über jeder von diesen gemessen wird.
Die Spannung jeder der Brennstoffzellengruppen wird mit einer ersten
Bezugsspannung verglichen, welche gleich einer vorgegebenen minimalen
Spannung ist, sowie mit einer zweiten Bezugsspannung, welche gleich
der gemessenen Spannung jeder der anderen der Brennstoffzellengruppen
ist. Ein Alarm wird aktiviert, wenn die Spannung an einer der Brennstoffzellengruppen
kleiner als die erste Bezugsspannung, d. h. die minimale Spannung
ist, oder wenn sie von der zweiten Bezugsspannung, d. h. der Spannung
einer von jeder der anderen Brennstoffzellengruppen, mehr als eine
vorgegebene Spannungsdifferenz abweicht.
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Hierdurch
soll erreicht werden, dass ein Alarm erzeugt wird, wenn eine oder
mehrere Zellen im Stapel mit ihrer Leistung unter einem gewünschten
Niveau liegt, ohne dass sämtliche Zellen überwacht
werden müssen.
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Aus
der
DE 195 23 260
C2 ist ein Verfahren zur Überwachung von Brennstoffzellen
bekannt, welche zu mehreren in Einheiten oder Paketen zusammengefaßt
sind, bei dem die Einzelspannungen der Einheiten gemessen und daraus
eine Mittelwertspannung bestimmt und die Einzelspannungen mit der Mittelwertspannung
verglichen werden, um eine Warninformation abzugeben, wenn eine
der Einzelspannungen kleiner als ein von der Mittelwertspannung
abhängiger erster Einzelspannungsgrenzwert ist. Weiterhin
wird auch die Differenz zwischen der größten und
der kleinsten Einzelspannung der Einheiten bestimmt und eine Warninformation
abgegeben, wenn diese Spannungsdifferenz einen vorgegebenen Spannungsdifferenzgrenzwert überschreitet.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Diagnose
einer Brennstoffzellenanordnung anzugeben. Insbesondere soll dieses geeignet
sein, kurzfristig auftretende Fehlerzustände beim Betrieb
von Brennstoffzellen zu erkennen.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen
des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Durch
die Erfindung wird ein Verfahren zur Diagnose einer Brennstoffzellenanordnung
im Hinblick auf einen oder mehrere zu überwachende Betriebswerte
geschaffen, bei dem der Brennstoffzellenstapel in eine Anzahl von
mehrere Brennstoffzellen enthaltende Pakete unterteilt wird, und
an jedem Paket des Brennstoffzellenstapels in regelmäßigen zeitlichen
Abständen der zu überwachende Betriebswert erfaßt
wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass
der Verlauf der erfaßten Betriebswerte mit dem Verlauf
des Durchschnittswerts der erfaßten Betriebswerte verglichen
und ein Alarmsignal erzeugt wird, wenn das Ergebnis des Vergleichs
eine vorgegebene Bedingung verletzt, und/oder dass aus den erfaßten
Betriebswerten ein zeitlicher Mittelwert gebildet wird, wobei der
Verlauf der zeitlichen Mittelwerte mit dem Verlauf der Durchschnittswerte
verglichen wird, und ein Alarmsignal erzeugt wird, wenn das Ergebnis
des Vergleichs eine vorgegebene Bedingung verletzt.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die
in regelmäßigen zeitlichen Abständen
erfaßten Betriebswerte jeweils in einem Schieberegister
abgelegt, das für jedes der Brennstoffzellenpakete eine
einer vorgegebenen Anzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Messungen entsprechende
Anzahl von Speicherzeilen aufweist, und die erfassten Betriebswerte
entsprechend zeitlich verschoben werden.
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Die
zeitlichen Mittelwerte können zur Datenmengenreduktion
durch Mittelung aus einer vorgegebenen Anzahl von Speicherzeilen
des Schieberegisters erzeugt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung sind die zu überwachenden
Betriebswerte von den Brennstoffzellen abgegriffene elektrische
Spannungen.
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Zusätzlich
können die Spannungen einer Anzahl von Brennstoffzellen
an den Enden des Brennstoffzellenstapels einzeln erfaßt
werden.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung sind die zu überwachenden
Betriebswerte an jeweiligen vorgegebenen über die Fläche
der Brennstoffzellen verteilten Stellen erfaßte Temperaturen.
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Gemäß einer
Ausführung der Erfindung werden die Temperaturen in nur
einer oder nur einem Teil der Brennstoffzellen der jeweiligen Brennstoffzellenpakete
erfaßt.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren mittels
Ferndiagnose durchgeführt.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Vergleich der
aktuellen erfaßten Betriebswerte und/oder der aktuellen
Durchschnittswerte mit dem oder den vorherigen Betriebswerten oder Durchschnittswerten
in einem (ersten) Schieberegister, das eine dem zeitlichen Abstand
der am weitesten auseinanderliegenden zu vergleichenden Messungen
entsprechende Anzahl von Speicherzellen aufweist.
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Die
Auswertung des zeitlichen Mittelwerts kann in einem (zweiten) Schieberegister
erfolgen, das eine der Dauer des über den längsten
Zeitraum erfolgenden Überwachungszeitraums entsprechende
Anzahl von Speicherzellen aufweist.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch eine Einrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Diese
Einrichtung kann ferngesteuert sein.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung erläutert.
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Es
zeigt:
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1 in
der Draufsicht eine vereinfachte Darstellung einer Brennstoffzellenanordnung,
bei der eine Anzahl von Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel
zusammengefaßt sind, wobei gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Diagnose der Brennstoffzellenanordnung
im Hinblick auf die Brennstoffzellenspannung erfolgt;
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2a)
eine schematisierte perspektivische Explosionsdarstellung, welche
einzelne Brennstoffzellen einer Brennstoffzellenanordnung mit in
Form eines Brennstoffzellenstapels vorgesehenen Brennstoffzellen
darstellt, wobei gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Diagnose der Brennstoffzellenanordnung in Hinblick
auf die Temperatur der Brennstoffzellen erfolgt, wobei 2b) eine frontale Ansicht auf die Brennstoffzellen zur
Verdeutlichung der räumlichen Anordnung von Temperatursensoren
zur Erfassung der besagten zu überwachenden Brennstoffzellentemperatur
ist;
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3 eine
schematisierte Darstellung einer Brennstoffzellenanordnung mit wiederum
einer Anzahl von in Form eines Brennstoffzellenstapels zusammengefaßten
Brennstoffzellen, wobei gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Diagnose in Hinblick auf die Temperatur der Kathodengasströme
erfolgt;
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4 eine
schematisierte Darstellung eines Brennstoffzellenstapels, bei dem
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Diagnose in Hinblick auf die Verteilung der Anodenausgangstemperaturen
vorgenommen wird;
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5a) und b) jeweils Querschnittsansichten
einer Brennstoffzellenanordnung in der frontalen Querschnittsansicht
bzw. in der seitlichen Querschnittsansicht, welche die räumliche
Verteilung von Temperatursensoren zur Diagnose der Brennstoffzellenanordnung
in Hinblick auf die Temperatur innerhalb eines Behältnisses
zeigt, in welchem die Brennstoffzellenanordnung nach Art eines sogenannten Hot-Modules
vorgesehen ist, gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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6 ein
Blockdiagramm eines Bestandteils des Verfahrens zur Diagnose einer
Brennstoffzellenanordnung in Hinblick auf einen oder mehrere zu überwachende
Betriebswerte gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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7a)
und b) ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Diagnose einer Brennstoffzellenanordnung
in Hinblick auf einen oder mehrere zu überwachende Betriebswerte
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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8 eine
Tabelle, welche verdeutlicht, wie gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung jeweilige aktuelle Messungen
von zu überwachenden Betriebswerten der Brennstoffzellenanordnung
in einem Schieberegister abgelegt und für die Diagnose ausgewertet
werden.
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In 1 ist
schematisiert eine Brennstoffzellenanordnung gezeigt, bei der eine
Anzahl von insgesamt 342 Brennstoffzellen in Form eines Brennstoffzellenstapels 10 angeordnet
und elektrisch hintereinandergeschaltet sind. An der rechten Seite
des Brennstoffzellenstapels 10 ist das kathodenseitige Ende
MS gezeigt, an der linken Seite das anodenseitige Ende ES. Der Brennstoffzellenstapel 10 wird
in Richtungen quer zu seiner Längsausdehnung vom Anodengas
bzw. vom Kathodengas durchströmt, wobei der Eingang und
der Ausgang des Kathodengases mit Ci bzw.
mit Cx bezeichnet sind, Eingang und Ausgang
des Anodengases sind in der 1 nicht dargestellt.
Die Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels 10 sind
in eine Anzahl von jeweils mehrere Brennstoffzellen enthaltende
Pakete G601, G602 ...G607 unterteilt, welche jeweils 49 Brennstoffzellen umfassen,
mit der Ausnahme des Pakets G604, welches lediglich 48 Brennstoffzellen
beinhaltet.
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Zur Überwachung
der Brennstoffzellenspannung als bei diesem Ausführungsbeispiel
zu überwachender Betriebswert der Brennstoffzellenanordnung wird
jeweils die Spannung über jedem der Brennstoffzellenpakete
G601, G602, ...G607 abgegriffen.
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Weiterhin
werden an den Enden des Brennstoffzellenstapels auch die Spannungen
der jeweils vier letzten Brennstoffzellen abgegriffen, um hier eine verfeinerte
Messung zu erhalten. So werden am kathodenseitigen Ende des Brennstoffzellenstapels
die Spannungen der Brennstoffzellen 1–4 abgegriffen, W609–W612,
sowie am anodenseitigen Ende die Spannungen der Brennstoffzellen
340–342, nämlich W613, W614, W615, sowie einer
anodenseitigen Halbzelle am Ende des Brennstoffzellenstapels, W608,
was gleichzeitig das besagte anodenseitige Bezugspotential des letzten
Brennstoffzellenpakets G607 ist. Die Spannung einer anodenseitigen
Endplatte und einer kathodenseitigen Endplatte des Brennstoffzellenstapels 10 sind
die Spannungen W601, nämlich das bereits genannte Potential
des ersten Brennstoffzellenpakets G601, bzw. eine Spannung W616,
welche gleichzeitig die Spannung am kathodenseitigen Ende ES des
Brennstoffzellenstapels 10 ist.
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An
jedem Paket G601, G602, ...G607 des Brennstoffzellenstapels 10 werden
in regelmäßigen zeitlichen Abständen
Meßwerte der zu überwachenden Brennstoffzellenspannungen
erfaßt und diese ausgewertet, um eine laufende Diagnose
der Brennstoffzellenanordnung durchzuführen. Wegen unterschiedlicher
Größen der Zellgruppen oder -pakete werden die
Messwerte beispielsweise auf das Niveau mit der maximalen Zellenanzahl
rechnerisch angepasst, d. h. normiert.
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In
allgemeiner Weise formuliert erfolgt dies so, dass an jedem Brennstoffzellenpaket
G601, G602, ...G607 in regelmäßigen zeitlichen
Abständen, beispielsweise jede Minute, die Spannung abgegriffen
und erfaßt wird. Sowohl die jeweiligen aktuellen Spannungswerte
als auch der jeweilige daraus gebildete Durchschnittswert werden
nacheinander nach Art eines Schieberegisters abgespeichert und mit
einem oder mehreren vorherigen, d. h. früher erfaßten Meßwerten
oder Durchschnittswerten eine Differenz gebildet und ein Alarmsignal
erzeugt, wenn die Differenz eine vorgegebene Bedingung verletzt.
Dabei wird der Durchschnittswert von jeder der Meßwertdifferenzen
subtrahiert. Zusätzlich oder alternativ wird aus den erfaßten
aktuellen Betriebswerten, also den aktuellen Werten der Spannungen
W601, W602, ...W607 über eine vorgegebene Zeitdauer ein
zeitlicher Mittelwert gebildet und wiederum ein Alarmsignal erzeugt,
wenn das Ergebnis des Vergleichs eine vorgegebene Bedingung verletzt.
Ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die besagten aktuellen
Betriebswerte, im Falle des Ausführungsbeispiels von 1 also
die gemessenen Spannungen W601, W602, ...W607 nach Art eines Schieberegisters
verarbeitet und ausgewertet werden, wird später noch unter
Bezugnahme auf die in 8 gezeigte Tabelle näher
erläutert.
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2a)
zeigt in perspektivischer Explosionsdarstellung einzelne Brennstoffzellen
aus den Brennstoffzellenpaketen G601, G602, ...G607 von 1, welche
zur Diagnose der Brennstoffzellenanordnung in Hinblick auf die Temperatur
im Inneren des Brennstoffzellenstapels als zu überwachender
Betriebswert erfaßt werden. Es sind die Zelle 2 aus dem Brennstoffzellenpaket
G601, die Zelle 56 aus dem Brennstoffzellenpaket G602 am anodenseitigen
Ende, die Zelle 116 aus dem Brennstoffzellenpaket G603, die Zelle
168 aus dem Brennstoffzellenpaket G604, die Zelle 224 aus dem Brennstoffzellenpaket G605,
die Zelle 280 aus dem Brennstoffzellenpaket G606 und die Zelle 342
aus dem Brennstoffzellenpaket G607 am kathodenseitigen Ende des
Brennstoffzellenstapels 10 gezeigt. In jeder der gezeigten
Zellen 2, 56, 112, 116, 168, 224, 280 und 342 werden an den in 2a)
durch ausgefüllte Kreise kenntlich gemachten Stellen die
Temperaturen, beispielsweise an deren jeweiliger Kathode, erfaßt.
Ein Teil der bei dem in 2a) gezeigten
Ausführungsbeispiel erfaßten Temperaturen sind
exemplarisch mit CT601 bis CT615 bezeichnet. Wie der Vergleich von
jeweils einander benachbarten von denjenigen Zellen, deren Temperatur
erfaßt wird, zeigt, beispielsweise der Zellen 168 und 224,
ergänzen sich die Orte, an denen die Temperaturen detektiert
werden, so, dass insgesamt an neun Orten gemessen wird, die in 2b) durch Rechtecke bezeichnet sind, welche
mit A, C, E, K, M, O, U, W, Y bezeichnet sind. In der Zelle 168 wird
an den Orten C, K, O und U gemessen, in der Zelle 224 an den Orten
A, E, M, U und Y. Die Messungen an beiden Zellen 168 und 224 zusammen
ergänzen sich somit zu dem in 2b)
gezeigten Gesamtraster.
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Die
Auswertung der Betriebswerte für die solchermaßen
gemessenen Temperaturen im Inneren des Brennstoffzellenstapels erfolgt
in einer Weise, wie sie vorher unter Bezugnahme auf die 1 hinsichtlich
der dort erfaßten Spannungen beschrieben wurde, nun sind
es aber die Temperaturen, welche als Betriebswerte überwacht
werden. Das bedeutet, an jedem Paket werden in regelmäßigen
Zeitabständen, beispielsweise jede Minute, die momentanen
Temperaturen an den in 2a) gezeigten Orten erfaßt, sowohl
die erfaßten aktuellen Werte der Temperaturen als auch
daraus ein Durchschnittswert gebildet und nach Art eines Schieberegisters
abgespeichert und die jeweiligen vorher unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen
Vergleiche durchgeführt, um ein Alarmsignal zu erzeugen,
wenn das Ergebnis der Vergleiche vorgegebene Bedingungen verletzt.
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3 zeigt
eine schematisierte Darstellung einer Brennstoffzellenanordnung
mit in einem Stapel zusammengefaßten Brennstoffzellen,
bei der die Kathodengastemperatur mittels einer Anzahl von über den
Brennstoffzellenstapel verteilten Temperatursensoren CT701–CT723
gemessen wird. Die Auswertung der Ausgangssignale der Temperatursensoren CT701–CT723
erfolgt ähnlich wie bereits unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
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4 zeigt
eine Draufsicht auf die Anodenausgangsseite eines Brennstoffzellenstapels,
wo Temperaturen CT101–CT104 an verschiedenen bevorzugten
Stellen an den Endbereichen des Brennstoffzellenstapels gemessen
werden, nämlich mit den Sensoren CT102 und CT103 mittig
und am kathodenseitigen Ende MS zusätzlich seitlich bezüglich der
Längsrichtung des Brennstoffzellenstapels 10 nach
vorne bzw. nach hinten versetzt an Sensoren CT101 und CT104.
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Bei
dem in den 5a) und b) dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Brennstoffzellenstapel 10 im Inneren eines hermetisch
abgeschlossenen Gehäuses, eines sogenannten ”Hot-Module” angeordnet,
was in 5a) in einer geschnittenen
Frontansicht und in 5b) in einer geschnittenen
Seitenansicht gezeigt ist. Im Inneren des Behälters 20 sind eine
Anzahl von Temperatursensoren räumlich verteilt angeordnet,
von denen in 5b) exemplarisch Temperatursensoren
CT402–CT407 gezeigt sind. Wie die frontale Querschnittsansicht
von 5a) zeigt, sind Temperatursensoren
sowohl in einer Gashaube 21 an der Kathodeneingangsseite,
links im Bild, als auch an der Kathodenausgangsseite, rechts im
Bild, sowie auch an den Anodeneingängen und -ausgängen,
unten und oben, dargestellt. Die Kathodenausgangsseite Cx öffnet sich direkt ins Innere
des Behälters 20, wie bei heutigen Hot-Module-Brennstoffzellenanordnungen üblich.
An der Kathodeneingangsseite Ci, sowie am
Anodeneingang und am Anodenausgang können jeweilige Gashauben
vorgesehen sein, nur die Gashaube am Kathodeneingang Ci ist
dargestellt.
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6 zeigt
ein Ablaufdiagramm in Blockform des Verfahrens zur Diagnose der
Brennstoffzellenanordnung in Hinblick auf einen oder mehrere zu überwachende
Betriebswerte in allgemeiner Form gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Start des Verfahrens
ist bei 201. Bei 202 werden die zu überwachenden
Betriebswerte in Form von Meßwerten in regelmäßigen
zeitlichen Abständen erfaßt und aus den aktuellen
Meßwerten bei 203 ein Durchschnittswert berechnet.
Bei 204 werden alle Werte, also sowohl die aktuellen Meßwerte
als auch der daraus berechnete Durchschnittswert in einem ersten Schieberegister
1 abgelegt, wobei das Schieberegister eine Anzahl von Speicherzeilen
i aufweist, die einer vorgegebenen Anzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden
Messungen entspricht, aufgrund derer das Verfahren durchgeführt
werden soll. Darauf wird später noch unter Bezugnahme auf
die in 8 gezeigten Tabelle näher eingegangen.
Bei 206 wird die Differenz zwischen jedem aktuellen Wert
und dem letzten im Schieberegister 1 gespeicherten Wert und bei 207 die
Abweichung der Differenz des Meßwerts von der in Schritt 203 berechneten
Differenz berechnet. Bei 208 erfolgt eine Prüfung
der bei 207 berechneten Abweichung in Hinblick auf eine
etwaige Verletzung vorgebebener Grenzwerte. Wenn diese Prüfung
ergibt, dass keine Grenzwertverletzung vorliegt, wird bei 209 eine
erste mögliche Alarmmeldung 1 gelöscht und bei 211 das
Zyklusende gesetzt, von wo ein Rücksprung zum Start 201 für
die Durchführung zum nächsten Zeitpunkt i+1 erfolgt.
Zeigt die Prüfung bei 208, dass eine Grenzwertverletzung
vorliegt, wird bei 210 eine entsprechende Alarmmeldung
abgesetzt, von wo über den Schritt Zyklusende bei 211 wieder
ein Rücksprung zum Start 201 erfolgt.
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Die 7a)
und 7b) zeigen ein Ablaufdiagramm in Blockform von
einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens, bei dem zusätzlich zu einem Verfahrensablauf,
der dem in 6 gezeigten entspricht, eine
Berechnung von zeitlichen Mittelwerten über eine vorgegebene Zeitdauer
und ein Vergleich der Meßwerte mit diesen vorgesehen ist.
Mit Ausnahme eines zusätzlichen Schrittes 305 entsprechen
die Schritte 301–304 und 306–310 in 7a)
den Schritten 201–204 und 206–210 in 6.
In dem zusätzlichen Schritt 305 der 7a)
wird der Mittelwert aus den letzten 15 Meßwerten (bei dem
hier dargestellten Ausführungsbeispiel) einer Meßstelle
berechnet. Wegen unterschiedlicher Größen der
Zellpakete werden nach Schritt 302 die Messwerte beispielsweise
auf das Niveau mit der maximalen Zellenanzahl rechnerisch angepasst,
d. h. normiert.
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Nach
den Schritten 309 bzw. 310, welche den Schritten 209 bzw. 210 von 6 entsprechen, erfolgt
jedoch noch nicht ein Rücksprung zum Start 301,
sondern in einem Schritt 312 wird ein Zykluszähler
jeweils nach jeder Messung um eins erhöht, bis der x-te
Zyklus erreicht wird, was bei 313 festgestellt wird. Ist
der x-te Zyklus erfolgt, wird bei 315 der Zykluszähler
gelöscht, d. h. auf null gesetzt, ist dies nicht der Fall,
wird bei 314 der Zyklus auf Ende gesetzt, von wo ein Rücksprung
zum Start 301 erfolgt, ohne dass der Zykluszähler
gelöscht wird.
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Danach, 7b),
werden die Mittelwerte bei 316 in einem zweiten Schieberegister
2 abgelegt und bei 317 erfolgt eine Berechnung der Differenzen
zwischen dem aktuellen Mittelwert und den Werten entsprechender Überwachungsintervalle.
Im Schieberegister 2 erfolgt bei 318 eine Berechnung der
Abweichung der Differenzen der Mittelwerte der einzelnen Meßstelle
zur Differenz der Durchschnittsmittelwerte, analog zur Berechnung
der Differenzen bzw. Abweichungen in den Schritten 306 und 307 für
die einzelnen, also noch nicht zeitlich gemittelten Meßwerte. Bei 320 erfolgt
dann eine Prüfung in Hinblick auf eine mögliche
Grenzwertverletzung, liegt keine solche vor, wird bei 321 die
Alarmmeldung für die entsprechenden Intervalle gelöscht,
falls eine Grenzwertverletzung vorliegt, erfolgt bei 322 eine
Alarmmeldung für die entsprechenden Intervalle. Bei 323 ist
der Zyklus beendet, worauf bei 301 ein neuer Start beginnen
kann.
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8 zeigt
eine Tabelle, in welcher exemplarisch die Auswertung der gewonnenen
Meßwerte mittels der beiden Schieberegister 1 und 2, vergleiche 6 und 7, durchgeführt wird. Die aktuellen Meßwerte
sind mit n1 i–n7 i bezeichnet, entsprechen also
beispielsweise den gemessenen Spannungen W601–W607 der
in 1 gezeigten Pakete G601–G607 von Brennstoffzellen.
Der obere Index i bedeutet den jeweiligen Meßzeitpunkt,
wobei i = 0 die jüngste, aktuelle Messung n0 und
i = 60 die älteste Messung n60 im
Schieberegister 1 bezeichnet. Weiterhin bedeutet nd i den jeweiligen momentanen Durchschnittswert
der Messungen n1 i–n7 i zu den entsprechenden
gleichen Zeitpunkten, also beispielsweise jede Minute gemessen.
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Nach
jeder Speicherung einer neuen Wertereihe im Schieberegister 1 werden
die Differenzen y der jüngsten Messung nj 0 und der ältesten Messung nj 60 gebildet, d.
h. y1 = n1 0–n1 60, y1 = n2 0–n2 60, y7 = n7 0–n7 60 für
die einzelnen Meßwerte, sowie yd = nd 0–nd 60 für
den Durchschnittswert der jeweiligen momentanen Messungen. Die Prüfung
bezüglich einer Grenzwertverletzung, entsprechend den Schritten 208 in 6 bzw. 308 in 7a)
bedeutet somit yj-yd < G, wobei G = Grenzwert
bedeutet.
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Ein
zweites Schieberegister 2 kann beispielsweise 288 Zeilen enthalten,
in welchen jeweils ein Mittelwert für hier z. B. 15 Messungen
entsprechend dem Ablauf von 7 abgelegt
werden, d. h. die 288 Zeilen entsprechen 72 Stunden. In den Zeilen des
Schieberegisters 2 werden so jeweils die Mittelwerte m1 0-15, m2 0-15,
m7 0-15, errechnet
aus der Summe der letzten Werte einer Meßreihe dividiert
durch die Zahl der Messungen, für die zeitlich gemittelten
momentanen Einzelmeßwerte abgelegt, sowie ein Mittelwert
md 0-15, welches
der zeitlich gemittelte Wert des Durchschnittswerts der momentanen
Einzelmessungen ist.
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Die
zeitlichen Mittelwerte können über verschieden
lange Mittelungszeiten gebildet werden, entsprechend unterschiedlichen
Speicherzeilen, die zur Berechnung herangezogen werden. Dadurch
ergibt sich eine kleinere Datenmenge für größere Überwachungszeiträume,
beispielsweise für acht Stunden oder für die besagten
72 Stunden, selbstverständlich auch für jedwede
andere Zeitdauer.
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Das
erfindungsgemäße Diagnoseverfahren wurde vorstehend
zur Auswertung von Spannungswerten oder Temperaturwerten beschrieben,
es können jedoch auch andere für den Betrieb der
Brennstoffzellenanordnung maßgebliche Betriebswerte überwacht
und entsprechend ausgewertet werden.
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Vorteilhaft
kann das Verfahren mittels Ferndiagnose ausgeführt werden.
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Eine
Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann insbesondere durch eine geeignet gesteuerte digitale
Verarbeitungseinrichtung gebildet sein.
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- 10
- Brennstoffzellenstapel
- 20
- Hot-Module-Gehäuse
- 21
- Kathodengaseinlaßhaube
- G601–G607
- Brennstoffzellenpakete
- W601–W616
- Brennstoffzellenspannungen
- CT101–CT104
- Anodenausgangstemperaturen
- CT701–CT723
- Kathodeneingangstemperaturen
- CT402–CT407
- Temperaturen
im Hot-Module
- CT601–CT615
- Brennstoffzellentemperaturen
- n1 i–n7 i
- momentane
Einzelmeßwerte
- nd i
- Durchschnitt
der momentanen Einzelmeßwerte
- m1 0-15–m7 0-15
- zeitlicher
Mittelwert der Einzelmeßwerte
- md 0-15
- zeitlicher
Mittelwert der Durchschnittsmeßwerte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 69123822
T2 [0003]
- - WO 91/19328 [0003]
- - DE 19523260 C2 [0005]