DE102012105324A1 - Nutzung von HFR-basierendem Kathodeneinlass-RH-Modell im Vergleich zur Sensorrückkopplung zur Bestimmung einer angefallenen Wasserdampftransfereinheit und Nutzung für einen Diagnosecode und Botschaft - Google Patents

Abstract

Ein System und ein Verfahren zum Bestimmen, ob in einer WVT-Einheit ein Cross-Over-Leck oder ein anderer Fehler vorliegt, die den Kathodeneinlassluftfluss an einem Brennstoffzellenstapel in einem Brennstoffzellensystem befeuchtet. Das Brennstoffzellensystem beinhaltet einen HFR-Schaltkreis, der den Feuchtigkeitsgrad der Membranen in dem Brennstoffzellenstapel bestimmt, und einen RH-Sensor, der die relative Feuchtigkeit des Luftflusses an die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels misst. Die HFR-Feuchtigkeitsberechnung wird mit den RH-Messungen von dem RH-Sensor verglichen und, falls die Differenz zwischen den zwei RH-Werten größer als ein vorbestimmter Kalibrierwert ist, kann das System bestimmen, dass die WVT-Einheit am Ausfallen ist und gewartet oder ersetzt werden muss.

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• 1. Gebiet der Erfindung
• Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein System und ein Verfahren zum Bestimmen, ob eine Wasserdampftransfereinheit (WVT) in einem Brennstoffzellensystem sauber arbeitet und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zum Bestimmen, ob eine WVT-Einheit in einem Brennstoffzellensystem Cross-Over-Lecks durch den Vergleich eines Ausgangs eines relativen Feuchtigkeits-(RH)-Sensors, der die relative Feuchtigkeit in einer Kathodeneingangsleitung an einem Brennstoffzellenstapel misst und eines RH-Werts, der über einen Hochfrequenz-Widerstandsschaltkreis (HFR) bereitgestellt wird und die Membranfeuchtigkeit der Membranen innerhalb des Brennstoffzellenstapels bestimmt, aufweist.
• 2. Diskussion des Standes der Technik
• Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Treibstoff, da er sauber ist und effizient dazu genutzt werden kann, um Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Eine Wasserstoffbrennstoffzelle ist ein elektrochemisches Gerät, das eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyten zwischendrin beinhaltet. Die Anode empfängt Wasserstoffgas und die Kathode empfängt Sauerstoff oder Luft. Das Wasserstoffgas wird in der Anode dissoziiert, um freie Protonen und Elektronen zu erzeugen. Die Protonen gelangen durch den Elektrolyten an die Kathode. Die Protonen reagieren mit dem Sauerstoff und die Elektronen in der Kathode erzeugen Wasser. Die Elektronen aus der Anode können nicht in den Elektrolyten gelangen und demzufolge werden diese über eine Last geleitet, um Arbeit auszuführen, bevor sie an die Kathode gesendet werden.
• Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) sind populäre Brennstoffzellen für Fahrzeuge. Die PEMFC beinhalten eine feste Polymerelektrolytmembran, die Protonen leitet, wie beispielsweise eine Perfluorsulfonsäuremembran. Die Anode und Kathode beinhaltet typischerweise fein verteilte Katalysatorteilchen, gewöhnlicherweise einen hoch aktiven Katalysator wie z. B. Platin (Pt), welcher auf Kohlenstoffteilchen gelagert und mit einem Ionomer vermischt ist. Die Katalysatormischung wird auf entgegengesetzten Seiten der Membran angeordnet. Die Kombination der Anodenkatalysatormischung, der Kathodenkatalysatormischung und der Membran definieren eine Membranelektrodenanordnung (MEA). Membranelektrodenanordnungen sind relativ aufwändig herzustellen und erfordern gewisse Bedingungen für ihren effektiven Betrieb.
• Mehrere Brennstoffzellen werden typischerweise in einem Brennstoffzellenstapel über eine Reihenschaltung kombiniert, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Beispielsweise kann ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug zweihundert oder mehr gestapelte Brennstoffzellen umfassen. Der Brennstoffzellenstapel empfängt am Kathodeneingang ein Reaktionsgas, typischerweise einen Luftfluss, der durch den Stapel über einen Kompressor geleitet wird. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff vom Stapel aufgebraucht und es wird etwas an Luft als Kathodenabgas abgelassen, welches Wasser als ein Stapelnebenprodukt enthält. Der Brennstoffzellenstapel empfängt auch ein Anodenwasserstoff-Reaktionsgas, das in die Anodenseite des Stapels fließt.
• Der Brennstoffzellenstapel beinhaltet eine Serie von bipolaren Platten, die zwischen verschiedenen Membranelektrodenanordnungen im Stapel angeordnet sind, wobei die bipolaren Platten und die Membranelektrodenanordnungen zwischen zwei Endplatten angeordnet sind. Die bipolaren Platten beinhalten eine Anodenseite und eine Kathodenseite für benachbarte Brennstoffzellen im Stapel. Anodengasflussfelder werden auf der Anodenseite der bipolaren Platten vorgesehen, um das Anodenreaktionsgas an die jeweiligen Membranelektrodenanordnungen fließen zu lassen. Kathodengasflussfelder werden auf der Kathodenseite der bipolaren Platten vorgesehen, die es gestatten, dass das Kathodenreaktionsgas in die jeweiligen Membranelektrodenanordnungen fließt. Eine Endplatte beinhaltet Anodengasflusskanäle und die andere Endplatte beinhaltet Kathodengasflusskanäle. Die bipolaren Platten und Endplatten werden aus leitfähigem Material, beispielsweise einem rostfreien Stahl oder eines leitfähigen Verbunds gebildet. Die Endplatten leiten die Elektrizität aus dem Stapel heraus, die innerhalb der Brennstoffzellen erzeugt wurde. Die bipolaren Platten beinhalten Durchflusskanäle, durch welche eine Kühlflüssigkeit fließt.
• Die Membran innerhalb einer Brennstoffzelle muss einen ausreichenden Wassergehalt aufweisen, so dass der Ionen-Widerstand über die Membran niedrig genug ist, um effektiv Protonen zu leiten. Die Membranbefeuchtung kann aus dem Stapelwasserabfallprodukt oder einer externen Befeuchtung kommen. Der Fluss von Reaktanten durch die Flusskanäle des Stapels hat einen austrocknenden Effekt auf die Zellmembranen, der sich zumeist am Einlass des Reaktantenflusses bemerkbar macht. Die Akkumulation von Wassertröpfchen innerhalb der Flusskanäle kann die Recktanten am Durchfluss hindern und könnte dazu führen, dass die Zelle ausfällt, da ein niedriger Reaktantengasfluss vorliegt, was die Stapelstabilität beeinträchtigt. Die Akkumulation von Wasser sowohl in den Reaktantengasflusskanälen als auch innerhalb der Gasdiffusionsschicht (GDL) ist insbesondere bei niedrigen Stapelausgangslasten fehlerträchtig.
• Wie oben erwähnt, wird Wasser als ein Abfallprodukt beim Stapelbetrieb erzeugt. Das Kathodenabgas aus dem Stapel wird demzufolge typischerweise eine signifikante Menge an Wasserdampf und flüssigem Wasser aufweisen. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, eine Wasserdampftransfereinheit (WVT) zu verwenden, um einiges an Wasserdampf im Kathodenabgas aufzufangen und den Wasserdampf dazu zu benutzen, den Kathodeneingangsluftfluss zu befeuchten. Nasser im Kathodenabgas auf der einen Seite der Wassertransferelemente innerhalb der WVT-Einheit, wie beispielsweise den Membranen, wird von den Wassertransferelementen absorbiert und an den Kathodenluftstrom auf der anderen Seite der Wassertransferelemente transferiert.
• Wie oben erwähnt, ist es generell notwendig, die Stapelfeuchtigkeit zu regeln, so dass die Membranen in dem Stapel die korrekte elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wobei aber die Flusskanäle nicht von Eis blockiert werden, falls das Wasser während einer Systemabschaltung gefriert. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, einen RH-Sensor in dem Kathodenlufteinlass eines Brennstoffzellensystems bereitzustellen, um die Befeuchtung des Kathodeneinlassgasstroms, sobald dieser den Stapel betritt, zu messen. Unter der Verwendung der gemessenen relativen Einlassfeuchtigkeit und der wasserspezifischen Balance oder Massenbalance an Wasser, kann das RH-Profil des Brennstoffzellensystems inklusive des Kathodenluftauslassflusses geschätzt werden. Die Fähigkeit des RH-Sensors, einen genauen Wert für den RH bereitzustellen, wird durch die Kosten und die Komplexität des Sensors bestimmt. Typischerweise ist es wünschenswert, die Kosten für den Sensor zu begrenzen, was wiederum die Genauigkeit reduziert.
• Ein Verfahren zum Bestimmen der Membranfeuchtigkeit ist im Stand der Technik als Hochfrequenz-Widerstandsbefeuchtungsmessung (HER) bekannt. HER-Befeuchtungsmessungen werden durch das Bereitstellen einer Hochfrequenzkomponente oder eines Signals auf der elektrischen Last des Stapels erzeugt, so dass eine Hochfrequenzwelligkeit auf dem Ausgangsstrom des Stapels produziert wird. Der Widerstand des hochfrequenten Anteils wird dann mittels eines Detektors gemessen, welcher eine Funktion des Levels an Feuchtigkeit der Membranen in dem Stapel ist. Ein Hochfrequenzwiderstand ist eine gut bekannte Eigenschaft der Brennstoffzellen und steht in enger Beziehung mit dem Ohm'schen Widerstand oder dem Membranprotonenwiderstand der Brennstoffzellenmembranen. Der Ohm'sche Widerstand selber ist eine Funktion des Grades der Brennstoffzellenmembranfeuchtigkeit. Demzufolge kann der Grad an Feuchtigkeit der Brennstoffzellenmembranen bestimmt werden, indem der HER der Brennstoffzellenmembranen eines Brennstoffzellenstapels innerhalb eines spezifischen Anregungsbandes der Stromfrequenzen gemessen wird. Diese HER-Messung gestattet eine unabhängige Messung der Brennstoffzellenmembranfeuchtigkeit, welche die Notwendigkeit für RH-Sensoren beseitigt.
• Eine typische WVT-Einheit beinhaltet Membranen aus einem spezifischen Material, bei dem der nasse Fluss auf der einen Seite der Membran durch die Membran transferiert wird, um den trockenen Fluss auf der anderen Seite der Membran zu befeuchten. Da das Material, aus dem die Membranen bestehen, relativ dünn ist und der Druck auf der Kathodeneinlassseite, der von einem Kompressor bereitgestellt wird, höher ist als der Druck auf der Kathodenauslassseite, fallen WVT-Einheiten manchmal aus, wobei sich Löcher in den Membranen bilden, so dass der Luftfluss auf der Einlassseite der WVT-Einheit direkt auf die Auslassseite der WVT-Einheit fließt, ohne dabei durch den Brennstoffzellenstapel zu gelangen. Da ein Verlust an Luftfluss in dem Brennstoffzellenstapel erfolgt, ist der Sauerstoff, der im Brennstoffzellenstapel verfügbar ist, um die Reaktion bereitzustellen, reduziert, was wiederum die Leistungsfähigkeit des Stapels reduziert. Darüber hinaus reduziert ein geringerer Luftfluss durch die Kathodenflusskanäle als Ergebnis des Luftfluss-Cross-Overs den Betrag an Luftfluss, der dazu dient, Wasser aus den Kathodenflusskanälen zu entfernen, was wiederum die Stapelleistungsfähigkeit beeinträchtigt. Ferner wird die Kathodenstöchiometrie anders sein als erwartet, falls die relative Feuchtigkeit auf der Kathodeneinlassluft anders ist als detektiert, was auch die Stapelleistungsfähigkeit beeinträchtigt.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Im Einklang mit den Lehren der vorliegenden Erfindung werden ein System und ein Verfahren zum Bestimmen offenbart, ob ein Cross-Over-Leck oder ein anderer Fehler in einer WVT-Einheit vorliegt, die den Kathodeneinlassluftfluss an einem Brennstoffzellenstapel in einem Brennstoffzellensystem befeuchtet. Das Brennstoffzellensystem beinhaltet einen HFR-Schaltkreis, der den Feuchtigkeitsgrad der Membranen in dem Brennstoffzellenstapel bestimmt und einen RH-Sensor, der die relative Feuchtigkeit des Luftflusses auf der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels misst. Die HFR-Feuchtigkeitsberechnung wird mit den RH-Messungen von dem RH-Sensor verglichen und, falls die Differenz zwischen den zwei RH-Werten größer als ein vorbestimmter Kalibrierwert ist, dann kann das System bestimmen, dass die WVT-Einheit ausfällt und gewartet oder ersetzt werden muss.
• Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Figuren offensichtlich.
• KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
• 1 ist ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems; und
• 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen eines potentiellen Ausfalls in der WVT-Einheit basierend auf einem Vergleich zwischen einer HFR-Berechnung und einer RH-Sensormessung zeigt.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein System und ein Verfahren zum Bestimmen gerichtet ist, ob eine WVT-Einheit, die die Kathodeneinlassluft, die an ein Brennstoffzellensystem geliefert wird, befeuchtet, ausgefallen ist oder am Ausfallen ist, ist rein beispielhafter Natur und in keiner Weise dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Verwendungen oder Anwendungen zu begrenzen.
• 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems 10 mit einem Brennstoffzellenstapel 12. Ein Kompressor 14 liefert einen Luftfluss an die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 auf einer Kathodeneinlassleitung 16 durch ein Ventil 48 und eine Wasserdampftransfereinheit (WVT) 34, die die Kathodeneinlassluft befeuchtet. Ein Kathodenabgas wird auf dem Stapel 12 aus einer Kathodenabgasleitung 18 ausgelassen, die das Kathodenabgas an eine WVT-Einheit 34 leitet, um die Feuchtigkeit bereitzustellen, mit der die Kathodeneingangsluft befeuchtet wird. Eine Umgehungsleitung 36 ist um die WVT-Einheit 34 angeordnet, um einiges oder alles an Kathodeneingangsluftfluss um die WVT-Einheit 34 zu leiten. Ein Umgehungsventil 38 ist in der Umgehungsleitung 36 angeordnet, wobei die Positionen des Ventils 48 und des Umgehungsventils 38 so geregelt werden, um selektiv den Kathodeneinlassluftfluss durch oder um die WVT-Einheit 34 zu leiten, so dass bei Mischung des Luftflusses durch die WVT-Einheit 34 und die Umgehungsleitung 36 der gewünschte oder genaue Betrag an Feuchtigkeit an den Kathodeneingangsluftfluss abgegeben wird, welcher sich ändert, sobald sich die Stapelstromdichte ändert. Ein RH-Sensor 42 ist in der Kathodeneingangsleitung 16 angeordnet, um eine RH-Messung an dem Kathodeneingangsluftfluss bereitzustellen, nachdem dieser über die WVT-Einheit 34 befeuchtet wurde.
• Das Brennstoffzellensystem 10 beinhaltet eine Quelle 20 an Wasserstofftreibstoff oder Gas, typischerweise einen Hochdrucktank, der das Wasserstoffgas an einen Injektor 22 abgibt, der einen kontrollierten Betrag an Wasserstoffgas auf die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 auf einer Anodeneingangsleitung 24 injiziert. Obwohl nicht spezifisch gezeigt, ist es für einen Fachmann klar, dass verschiedene Druckregler, Kontrollventile, Abschaltventile, etc. vorgesehen sein können, um das Hochdruckwasserstoffgas aus der Quelle 20 mit einem geeigneten Druck an den Injektor 22 bereitzustellen. Der Injektor 22 kann jede Art von Injektor sein, der für die hier diskutierten Zwecke geeignet ist. Ein Beispiel ist ein Injektor/Ejektor, wie er in der US 7,320,840 mit dem Titel ”Kombination eines Injektors/Ejektors für Brennstoffzellensysteme” beschrieben ist, veröffentlicht am 22. Januar 2008 und eingetragen auf den Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung und hiermit durch Bezugnahme inkorporiert.
• Ein Anodenabgas wird aus der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 auf einer Anodenausgangsleitung 26, welche an ein Entlüftungsventil 28 geht, abgelassen. Wie es Fachleuten bekannt ist, verdünnt ein Stickstoff-Cross-Over von der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 das Wasserstoffgas in der Anodenseite des Stapels 12 und beeinträchtigt damit die Brennstoffzellenstapel-Leistungsfähigkeit. Demzufolge ist es notwendig, das Anodenabgas periodisch aus dem Anoden-Subsystem zu entlüften, um den Betrag an Stickstoff im Anoden-Subsystem zu reduzieren. Sobald das System 10 in einem normalen Nicht-Entlüftungsbetrieb arbeitet, ist das Entlüftungsventil 28 in einer Position, bei der das Anodenabgas in eine Rezirkulationsleitung 30 geführt wird, die das Anodengas an den Injektor 22 rezirkuliert, und diesen als einen Ejektor betreibt und rezirkuliertes Wasserstoffgas zurück auf den Anodeneingang des Stapels 12 führt. Sobald eine Entlüftung vorgenommen wird, um den Stickstoff in der Anodenseite des Stapels 12 zu reduzieren, wird das Entlüftungsventil 28 so positioniert, um das Anodenabgas über eine Umgehungsleitung 32 zu führen, die das Anodenabgas mit dem Kathodenabgas auf der Leitung 18 kombiniert, wobei das Wasserstoffgas in einer Art und Weise verdünnt wird, wie es für die Umwelt geeignet ist. Obwohl das System 10 ein Anoden-Rezirkulationssystem ist, kann die vorliegende Erfindung auch eine Anwendung bei anderen Arten von Brennstoffzellensystemen inklusive Anoden-Flow-Shift-Systemen finden, was von Fachleuten gut verstanden wird.
• Das Brennstoffzellensystem beinhaltet des Weiteren einen HFR-Schaltkreis 40, der die Stapelmembranfeuchtigkeit der Membranen in dem Stapel 12 in einer Art und Weise bestimmt, wie es Fachleuten bekannt ist. Der HFR-Schaltkreis 40 bestimmt den Hochfrequenzwiderstand des Brennstoffzellenstapels 12, welcher dann dazu verwendet wird, die Feuchtigkeit der Zellenmembranen innerhalb des Brennstoffzellenstapels 12 zu bestimmen. Der HFR-Schaltkreis 40 funktioniert über die Bestimmung des Ohm'schen Widerstandes oder des Membranprotonenwiderstandes des Brennstoffzellenstapels 12. Membranprotonenwiderstand ist eine Funktion der Membranfeuchtigkeit des Brennstoffzellenstapels 12.
• Die vorliegende Erfindung schlägt ein System und ein Verfahren zum Bestimmen vor, ob die WVT-Einheit 34 ein Cross-Over-Leck aufweist oder ein anderer Fehler auftritt oder, ob diese anfängt, auszufallen. In dieser Ausführungsform beinhaltet das System 10 einen Prozessor 44, der ermittelt, ob ein WVT-Einheit-Fehler auftritt. Der Prozessor 44 empfängt ein RH-Messsignal von dem RH-Sensor 42 und. ein HFR-basierendes relatives Feuchtigkeitssignal von dem Schaltkreis 40, das eine Darstellung des Feuchtigkeitsgrads der Membranen in dem Brennstoffzellenstapel wiedergibt. Die zwei Werte werden in dem Prozessor 44 verglichen und, falls die Differenz größer als ein vorbestimmter gewährbarer Kalibrierwert ist, dann kann ein potentieller WVT-Einheits-Fehler auftreten, welcher dann an ein Warngerät 46, beispielsweise eine Lampe, abgegeben wird.
• Der HFR-Schaltkreis 40 wird die tatsächliche Feuchtigkeit der Membranen detektieren, wobei es keine Rolle spielt, ob ein Cross-Over-Leck in der WVT-Einheit 34 vorliegt, so dass, falls ein niedrigerer Fluss auftritt, als ein Ergebnis eines Cross-Overs, die Membranen tatsächlich feuchter bei derselben Stapelstromdichte werden. Der RH-Sensor 42 wird allerdings in der Kathodeneinlassleitung 16 eine HR-Messung vornehmen, die geringer ist, da eine geringere Feuchtigkeit aufgrund des Cross-Overs im Kathodeneinlass vorliegt.
• 2 ist ein Flussdiagramm 50, das ein Verfahren zum Bestimmen zeigt, ob ein Cross-Over-Leck oder ein anderer potentieller Fehler in der WVT-Einheit 34 vorliegt, wobei der befeuchtete Luftfluss auf der Kathodeneinlassleitung 16 geringer ist als der erwartete oder gewünschte. Das Verfahren zum Bestimmen, ob ein Cross-Over-Leck oder ein anderer potentieller Fehler in der WVT-Einheit 34 vorliegt, kann zu jeder geeigneten Zeit ausgeführt werden, beispielsweise beim Systemstart oder so oft, wie es eben als geeignet erscheint, was mit dem Systemalter zunehmen kann.
• Im Kasten 52 bestimmt der Algorithmus eine Differenz zwischen der RH-Messung von dem Sensor 42, welcher in dem Kasten 54 bereitgestellt wird, und der HFR-Membranfeuchtigkeitsberechnung aus dem Schaltkreis 40, was im Kasten 56 bereitgestellt wird. Die Differenz zwischen diesen zwei RH-Werten wird dann in eine Entscheidungsraute 58 geliefert, wo bestimmt wird, ob die Differenz größer als ein vorbestimmter Feuchtigkeitskalibrierwert, der aus dem Kasten 60 bereitgestellt wird, ist. Der Feuchtigkeitskalibrierwert kann für verschiedene Brennstoffzellensysteme unterschiedlich sein. Der Feuchtigkeitskalibrierwert kann mit jedem geeigneten Verfahren bestimmt werden und kann fest sein oder kann in Abhängigkeit von den Stapelbetriebsbedingungen variieren. In einer nicht begrenzenden Ausführungsform wird der Kalibrierwert auf 20% des HFR-Membran-Feuchtigkeitsberechnungswertes gesetzt. Der Kalibrierwert kann über den gesamten Stromdichteausgang des Brennstoffzellenstapels 12 gleich sein oder er kann zunehmen, sobald die Stromdichte des Brennstoffzellenstapels 12 zunimmt, wobei mehr Feuchtigkeit für einen sauberen Betrieb des Stapels 12 notwendig sein kann.
• Falls die Differenz zwischen den zwei RH-Werten nicht größer als der Kalibrierwert in der Entscheidungsraute 58 ist, hört der Algorithmus im Kasten 62 auf und zeigt an, dass kein Problem bei der WVT-Einheit 34 vorliegt. Falls die Differenz zwischen den RH-Werten größer als der Kalibrierwert in der Entscheidungsraute 58 ist, erhöht der Algorithmus einen Zählwert im Kasten 64 und dann wird in der Entscheidungsraute 66 bestimmt, ob der Zählwert größer als ein vorbestimmter Zählwert ist, welcher eins oder ein anderer geeigneter Wert sein kann. Falls der Zählwert nicht größer als der vorbestimmte Zählwert in der Entscheidungsraute 66 ist, gibt der Algorithmus keinen Fehler aus und endet im Kasten 62. Falls der Zählwert den vorbestimmten Zählwert in der Entscheidungsraute 66 überschreitet, setzt der Algorithmus einen Diagnosefehlercode (DTC) im Kasten 68, welcher über eine Warnlampe auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs angezeigt werden kann und der anzeigt, dass die WVT-Einheit 34 ausfällt und eine Wartung vorgenommen werden sollte.
• Wie von Fachleuten gut verstanden wird, können verschiedene oder einige Schritte und Verfahren, die hier erörtert wurden, um die Erfindung zu beschreiben, von einem Computer, einem Prozessor oder einer anderen elektronischen Recheneinheit ausgeführt werden, die mit Hilfe elektrischer Phänomene Daten manipuliert und/oder transformiert. Diese Computer und elektrischen Geräte können verschiedene flüchtige und/oder nicht flüchtige Speicher inklusive einem festen computerlesbaren Medium mit einem darauf befindlichen ausführbaren Programm beinhalten, das verschiedene Codes oder ausführbare Instruktionen beinhaltet, die vom Computer oder Prozessor ausgeführt werden, wobei der Speicher und/oder das computerlesbare Medium alle Formen und Arten von einem Speicher und anderen computerlesbaren Medien beinhalten kann.
• Die vorhergehende Diskussion offenbart und beschreibt rein beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann kann leicht aus dieser Diskussion und aus den beigefügten Figuren und Patentansprüchen erkennen, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen gemacht werden können, ohne dabei Geist und Schutzbereich der Erfindung, wie er von den folgenden Patentansprüchen definiert wird, zu. verlassen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 7320840 [0017]

Claims (10)

1. Verfahren zum Bestimmen, ob eine Wasserdampftransfer(WVT)-Einheit, die einen Kathodenluftfluss zu einem Brennstoffzellenstapel in einem Brennstoffzellensystem befeuchtet, ausgefallen ist oder am Ausfallen ist, wobei das Verfahren umfasst: – Messen der relativen Feuchtigkeit (RH) des Kathodenluftflusses, der von der WVT-Einheit an den Brennstoffzellenstapel abgegeben wird, um einen ersten RH-Wert bereitzustellen; – Berechnen eines Hochfrequenzwiderstands der relativen Feuchtigkeit der Membranen in dem Brennstoffzellenstapel unter Verwendung eines Hochfrequenzwiderstands-(HFR)-Schaltkreises, um einen zweiten RH-Wert bereitzustellen; – Vergleichen des ersten RH-Werts mit dem zweiten RH-Wert, um eine RH-Wertedifferenz zu erzeugen; – Bereitstellen eines Kalibrierwertes; – Vergleichen der RH-Wertedifferenz mit dem Kalibrierwert; und – Bestimmen, dass die WVT-Einheit ausgefallen ist oder am Ausfallen ist, falls der RH-Differenzwert größer als der Kalibrierwert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen eines Kalibrierwertes das Bereitstellen eines Kalibrierwertes umfasst, der über alle Stapelstromdichten gleich ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen eines Kalibrierwertes das Bereitstellen eines Kalibrierwertes umfasst, der mit wachsender Stapelstromdichte wächst.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen eines Kalibrierwertes das Bereitstellen eines Kalibrierwertes beinhaltet, der ungefähr 20% des berechneten Hochfrequenzwiderstands der relativen Feuchtigkeit ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen der relativen Feuchtigkeit (RH) des Kathodenluftflusses die Verwendung eines RH-Sensors beinhaltet.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen, dass die WVT-Einheit ausgefallen ist oder am Ausfallen ist, das Bestimmen beinhaltet, dass ein Cross-Over-Leck am Kathodenluftfluss von einer trockenen Seite der Membranen innerhalb der WVT-Einheit zu einer feuchten Seite der Membranen in der WVT-Einheit vorliegt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend das Erhöhen eines Zielwertes jedes Mal, wenn der RH-Differenzwert größer ist, als der Kalibrierwert und nur dann Bestimmen, dass die WVT-Einheit ausgefallen ist oder am Ausfallen ist, falls der Zählwert einen vorbestimmten Zählwert überschreitet.
8. Ein System zum Bestimmen, ob eine Wasserdampftransfer(WVT)-Einheit, die einen Kathodenluftfluss zu einem Brennstoffzellenstapel in einem Brennstoffzellensystem befeuchtet, ausgefallen ist oder am Ausfallen ist, wobei das System umfasst: – Mittel zum Messen der relativen Feuchtigkeit (RH) des Kathodenluftflusses, welcher von der WVT-Einheit an den Brennstoffzellenstapel bereitgestellt wird, um einen ersten RH-Wert bereitzustellen; – Mittel zum Berechnen eines Hochfrequenzwiderstandes (HFR) in Abhängigkeit eines Feuchtigkeitswertes der Membranen in dem Brennstoffzellenstapel, um einen zweiten RH-Wert bereitzustellen; – Mittel zum Vergleichen des ersten RH-Werts mit dem zweiten RH-Wert, um eine RH-Wertedifferenz zu erzeugen; – Mittel zum Bereitstellen eines Kalibrierwertes; – Mittel zum Vergleichen der RH-Wertedifferenz mit dem Kalibrierwert; und – Mittel zum Bestimmen, dass die WVT-Einheit ausgefallen ist oder am Ausfallen ist, falls der RH-Differenzwert größer als der Kalibrierwert ist.
9. System nach Anspruch 8, wobei die Mittel zum Bereitstellen eines Kalibrierwerts einen Kalibrierwert bereitstellen, der über alle Stapelstromdichten gleich ist.
10. System nach Anspruch 8, wobei die Mittel zum Bereitstellen eines Kalibrierwertes einen Kalibrierwert bereitstellen, der mit wachsender Stapelstromdichte wächst.

Images