DE102012218572A1

DE102012218572A1 - Verfahren zum gesicherten Brennstoffzellenbetrieb

Info

Publication number: DE102012218572A1
Application number: DE201210218572
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Horst; Ulrich Gottwick; Jürgen Binder; Rodrigo Biurrun Sotelo
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-04-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Brennstoffzelle, bei dem in einem Verfahrensschritt a) ein für die Leistung der Brennstoffzelle charakteristischer Parameter bei einem der Brennstoffzelle zugeführten Luftmassenstrom gemessen und in einem Verfahrensschritt b) ermittelt wird, ob der in Verfahrenschritt a) gemessene Parameterwert (P1) niedriger als ein vorgegebener Grenzwert (x) ist. Wenn der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert (P1) niedriger als der vorgegebene Grenzwert ist, wird in einem Verfahrensschritt c) der Luftmassenstrom bei gleichbleibender elektrischer Belastung der Brennstoffzelle temporär erhöht, der Parameter erneut gemessen und in einem Verfahrensschritt c1) ermittelt wird, ob der in Verfahrensschritt c) gemessene Parameterwert (P2) den in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert (P1) überschreitet, und/oder es wird in einem Verfahrensschritt c’) überprüft, ob der in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert (P1) durch eine oder mehrere andere Ursachen als einen verringerten Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft bedingt ist. Wenn Verfahrensschritt c1) ergibt, dass der in Verfahrensschritt c) gemessene Parameterwert (P2) den in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert (P1) überschreitet oder wenn in Verfahrensschritt c’) keine andere Ursache (U0) festgestellt wird oder wenn in Verfahrensschritt c’) mindestens eine andere Ursache (Ux) festgestellt wird, welche eine Abschaltung oder Leistungsdrosselung der Brennstoffzelle erfordert, wird die Brennstoffzelle in einem Verfahrensschritt d) abgeschaltet oder leistungsgedrosselt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein System zum Betrieb einer Brennstoffzelle sowie ein derartiges Computerprogramm und Speichermedium.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Brennstoffzelle, ein System zum Betrieb einer Brennstoffzelle, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium.
Stand der Technik
Brennstoffzellen stellen eine neue Möglichkeit dar Fahrzeuge mit Energie zu versorgen. Bei teilweise oder vollständig brennstoffzellengetriebenen Fahrzeugen sind Situationen denkbar, bei denen das Brennstoffzellensystem in einem teilweise oder vollständig geschlossenen Raum aktiviert ist. Da Brennstoffzellensysteme Sauerstoff verbrauchen, welcher in einem teilweise oder vollständig geschlossenen Raum, wie einer Garage, nur schlecht oder nicht durch Luftaustausch ersetzt werden kann, besteht beim Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einem teilweise oder vollständig geschlossenen Raum die Gefahr, dass der Sauerstoffgehalt der Raumluft über die Maßen reduziert wird.
Um dies zu verhindern, kann ein Sauerstoffsensor eingesetzt werden, welcher falls der Sauerstoffgehalt einen bestimmten Grenzwert unterschreitet, eine Sicherheitsabschaltung des Brennstoffzellensystems veranlasst.
Die Druckschriften DE 10 2009 018 848 A1 , WO 97/48143 A1 und DE 10 2006 045 922 A1 beschreiben Brennstoffzellensysteme.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Betriebsverfahren für eine Brennstoffzelle, bei dem in einem Verfahrensschritt a) ein für die Leistung der Brennstoffzelle charakteristischer Parameter bei einem der Brennstoffzelle zugeführten Luftmassenstrom gemessen wird und in einem Verfahrensschritt b) ermittelt wird, ob der in Verfahrenschritt a) gemessene Parameterwert niedriger als ein vorgegebener Grenzwert ist.
Der für die Leistung der Brennstoffzelle charakteristische Parameter kann insbesondere die Brennstoffzellenspannung und/oder die Brennstoffzellenleistung und/oder die elektrische Leistungsdichte der Brennstoffzelle und/oder der Strom beziehungsweise die Stromdichte, insbesondere bei einer bestimmten Spannung, der Brennstoffzelle und/oder die Wärmeabgabe der Brennstoffzelle sein. Die Leistung der Brennstoffzelle kann dabei aus der Wärmeabgabe der Brennstoffzelle bestimmbar sein, da beispielsweise die thermische Leistungsabgabe der Brennstoffzelle bei sinkender elektrischer Leistung steigen kann und umgekehrt bei steigender elektrischer Leistung sinken kann. Die Wärmeabgabe (Q .) kann dabei beispielsweise aus dem Produkt von der spezifischen Wärme eines zur Kühlung der Brennstoffzelle eingesetzten Kühlmediums (c_p), von dem Volumenstrom des Kühlmediums (V .) und von der Differenz zwischen der Temperatur des Kühlmediums am Brennstoffzellenausgang (Stackausgang) und am Brennstoffzelleneingang (Stackeingang) (ΔT) bestimmbar sein: Q . = c_p·V .·ΔT.
Die vorstehend genannten Parameter sind unter anderem vom Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft abhängig. Bei einer Verringerung des Sauerstoffgehalts in der Umgebungsluft verringern sich dabei deren Werte. Daher ist es vorteilhafterweise möglich, einen verringerten Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft – ohne die Verwendung zusätzliche Sensorik, insbesondere Sauerstoffumgebungssensor – durch eine Grenzwertunterschreitung des in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwertes festzustellen und für eine Sicherheitsabschaltung oder Leistungsdrosselung der Brennstoffzelle heranzuziehen. So kann insbesondere eine Gefährdung von Lebewesen bei einem Betrieb der Brennstoffzelle in einem teilweise oder vollständig geschlossenen Raum, wie einer Garage, vermieden werden. Bei der mit dem Betriebsverfahren betriebenen Brennstoffzelle kann es sich insbesondere um eine in einem Fahrzeug verbaute Brennstoffzelle handeln. Insbesondere kann durch das Betriebsverfahren ein sicherer unbeaufsichtigter Brennstoffzellenbetrieb, beispielsweise im Rahmen einer Vor- und/oder Nachlaufphase und/oder beim Aufheizen des Brennstoffzellensystems und/oder einer Fahrgastzelle und/oder im Nachladebetrieb einer Hybridbatterie beim Parken eines teilweise oder vollständig Brennstoffzellen getriebenen Fahrzeugs in einer Garage oder einem Autoaufzug, gewährleistet werden. Wenn der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert größer oder gleich dem vorgegebenen Grenzwert ist, kann die Brennstoffzelle insbesondere weiterbetrieben werden.
Eine Verringerung der für die Leistung der Brennstoffzelle charakteristischen Parameterwerte kann jedoch durch andere Ursachen als einen verringerten Sauerstoffgehalt bedingt sein. Beispielsweise können die Parameterwerte durch ein fehlerhaftes Systemverhalten, Alterungserscheinungen, Leckagen, Austrocknung und Beschädigungen der Brennstoffzelle verringert sein. Um zu vermeiden, dass die Brennstoffzelle, insbesondere im Hinblick auf den Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft, unnötig abgeschaltet wird, umfasst das Verfahren daher vorzugsweise – wenn der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert geringer als der vorgegebene Grenzwert ist – weiterhin die Verfahrensschritte c) und c1), und/oder den Verfahrensschritt c’.
In Verfahrensschritt c) wird dabei der Luftmassenstrom bei gleichbleibender elektrischer Belastung der Brennstoffzelle temporär erhöht und der Parameter erneut gemessen, wobei in Verfahrensschritt c1) ermittelt wird, ob der in Verfahrensschritt c) gemessene Parameterwert den in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert überschreitet.
Im Fall eines funktionstüchtigen Systems sollte mit steigendem Luftmassenstrom die Brennstoffzellenspannung beziehungsweise -leistung steigen, da der Sauerstoffpartialdruck durch einen höheren Massenstrom und gleichbleibenden Verbrauch weniger abnimmt. Mit Rückkehr zum ursprünglichen Massenstrom sollte die Brennstoffzellenspannung beziehungsweise -leistung wieder sinken. Bei einem funktionstüchtigen System sollte daher der in Verfahrensschritt c) bei erhöhtem Luftmassenstrom gemessene Parameterwert größer als der in Verfahrensschritt a) bei einem niedrigeren Luftmassenstrom gemessene Parameterwert sein. Insofern der in Verfahrensschritt c) bei erhöhtem Luftmassenstrom gemessene Parameterwert den in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert überschreitet, kann daher rückgeschlossen werden, dass das System als solches funktionstüchtig ist und der geringe in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert mit hoher Wahrscheinlichkeit auf einem verringerten Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft beruht. Wenn Verfahrensschritt c1) ergibt, dass der in Verfahrensschritt c) gemessene Parameterwert den in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert überschreitet, wird daher in einem Verfahrensschritt d) die Brennstoffzelle abgeschaltet oder leistungsgedrosselt. Dabei kann die Leistungsabgabe der Brennstoffzelle beispielsweise durch Drosselung eines an der Brennstoffzelle angeschlossenen, beispielsweise externen, insbesondere elektrischen, Verbrauchers, zum Beispiel durch ein Energiemanagementsystem, gedrosselt werden. Durch das Abschalten beziehungsweise durch das Drosseln der Leistung der Brennstoffzelle, insbesondere durch Drosselung eines an der Brennstoffzelle angeschlossenen, beispielsweise externen, Verbrauchers, kann ein Nachströmen von neuem Sauerstoff durch Luftaustausch ermöglicht werden, so dass vorteilhafterweise ein ausreichender Sauerstoffgehalt sichergestellt und damit die Sicherheit des Brennstoffzellenbetriebsverfahrens erhöht als auch eine Fehlauslösung durch ein fehlerhaftes Systemverhalten mit großer Zuverlässigkeit vermieden und dadurch die Zuverlässigkeit des Brennstoffzellenbetriebsverfahrens erhöht werden kann. Dadurch, dass der Luftmassenstrom nur temporär erhöht wird, kann dabei zum Anderen vorteilhafterweise bewirkt werden, dass durch den Luftmassenstrom nur wenig Feuchtigkeit ausgetragen wird, wodurch wiederum vorteilhafterweise eine für den Betrieb ausreichende Feuchtigkeit gewährleistet werden kann.
Eine andere alternative oder zusätzliche Möglichkeit eine unnötige Fehlauslösung zu vermeiden und dadurch die Zuverlässigkeit des Brennstoffzellenbetriebsverfahrens zu erhöhen, besteht darin gezielt andere Ursachen für eine Verringerung des in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwertes abzuprüfen. In dem zu den Verfahrensschritten c) und c1) alternativen oder zusätzlichen Verfahrensschritt c’) wird daher überprüft, ob der in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert durch eine oder mehrere andere Ursachen als einen verringerten Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft bedingt ist. Wenn in Verfahrensschritt c’) keine andere Ursache festgestellt wird, beruht der geringe in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert mit hoher Wahrscheinlichkeit auf einem verringerten Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft, weshalb die Brennstoffzelle dann in Verfahrensschritt d) abgeschaltet oder leistungsgedrosselt wird. Wenn in Verfahrensschritt c’) mindestens eine andere Ursache festgestellt wird, welche eine Abschaltung oder Leistungsdrosselung der Brennstoffzelle erfordert, können daraus zwar keine aussagekräftigen Rückschlüsse auf den Sauerstoffgehalt gezogen werden, eine Abschaltung oder Leistungsdrosselung der Brennstoffzelle ist jedoch zumindest aufgrund der festgestellten Ursache sinnvoll, weswegen die Brennstoffzelle auch dann in Verfahrensschritt d) abgeschaltet oder leistungsgedrosselt wird. Wenn in Verfahrensschritt c’), insbesondere nur, eine oder mehrere Ursachen festgestellt werden, welche keine Abschaltung oder Leistungsdrosselung der Brennstoffzelle erfordern, kann die Brennstoffzelle weiterbetrieben werden.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform wird in Verfahrensschritt c’) überprüft, ob der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert durch einen oder mehrere von einer Brennstoffzellenüberwachungseinrichtung (On-Board-Diagnose-Einrichtung) feststellbare Fehler und/oder durch eine Leckage, und/oder durch eine Beschädigung der Brennstoffzelle, insbesondere des Brennstoffzellenstacks, und/oder durch eine fehlerhafte Feuchteregelung der Brennstoffzelle und/oder durch eine Austrocknung der Brennstoffzelle, und/oder durch eine Alterung der Brennstoffzelle bedingt ist.
Brennstoffzellenüberwachungseinrichtungen (On-Board-Diagnose-Einrichtungen) sind Überwachungslogiken, welche dazu eingesetzt werden, den Brennstoffzellenbetrieb zu überwachen. Vorteilhafterweise sind diese geeignet, eine Reihe von Fehlern, beispielsweise klemmende Ventile, einen fehlerhaften Luftverdichterbetrieb und/oder Kurzschlüsse, zu detektieren, welche auch zu einer Verringerung des in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwertes, beispielsweise aufgrund einer Veränderung der Kennlinie, führen können. Dadurch, dass in Verfahrensschritt c’) überprüft wird, ob der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert durch einen oder mehrere von einer Brennstoffzellenüberwachungseinrichtung feststellbare Fehler bedingt ist, ist es vorteilhafterweise möglich diese von einer Sauerstoffverarmung zu unterscheiden.
Leckagen können ebenfalls zu einer Verringerung des in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameters führen. Leckagen können jedoch beispielsweise durch Vergleich von Soll- und Ist-Massenstrom erkannt werden. Als Referenz können Massenstromsensoren in Nähe des Brennstoffzellenstacks oder modellbasierte Plausibilisierungen verwendet werden. Leckagefälle können somit vorteilhafterweise detektiert beziehungsweise ausgeschlossen werden.
Ein Ausfall oder eine Störung der Feuchteregelung, welche beispielsweise zu einer Austrocknung des Brennstoffzellenstacks führen, können ebenfalls zu einer Verringerung des in Verfahrensschritts a) gemessenen Parameters und insbesondere eines Abfalls der Brennstoffzellenkennlinie führen. Eine Ausfall oder eine Störung der Feuchteregelung kann jedoch durch eine Parametervariation überprüft werden. Dazu kann beispielsweise ein Befeuchter testweise angesteuert werden, worauf eine Reaktion des Systems, insbesondere des messbaren Parameterwertes beziehungsweise der Kennlinie, erfolgen sollte. Wobei bei einer fehlenden Reaktion des Systems eine Austrocknung des Brennstoffzellenstacks unwahrscheinlich ist beziehungsweise ausgeschlossen werden kann.
Beschädigungen der Brennstoffzelle beziehungsweise des Brennstoffzellenstacks, welche sich beispielsweise in internen Undichtigkeiten äußern, können nur schwer festgestellt werden. Insofern diese mögliche Ursache für eine Verringerung des in Verfahrensschritts a) gemessenen Parameters jedoch nicht erkannt wird, wird die Brennstoffzelle in Verfahrensschritt d) jedoch ohnehin abgeschaltet oder leistungsgedrosselt, was auch in diesem Fall sinnvoll ist.
Auch eine Alterung der Brennstoffzelle kann zu einer Verringerung des in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameters führen. Zur Kompensation von alterungsbedingten Kennlinienveränderungen, beispielsweise maximal 10 % Degradation der Brennstoffzellenspannung über das Brennstoffzellenbeziehungsweise Fahrzeugleben, kann in regelmäßigen Abständen eine neue Brennstoffzellenreferenzkennlinien (U/I Referenzkennlinie) aufgezeichnet werden. Vorzugsweise umfasst das Verfahren daher weiterhin den Verfahrensschritt x): Aufnehmen einer neuen Brennstoffzellenreferenzkennlinien in regelmäßigen Zeitintervallen. Um eine Aufzeichnung der Brennstoffzellenreferenzkennlinien in teilweise oder vollständig geschlossenen Räumen, beispielsweise in einem Tunnel oder einer Garagen, zu vermeiden, kann die Aufnahme der Brennstoffzellenreferenzkennlinien von dem Vorliegen einer oder mehrerer weiterer Bedingungen, beispielsweise einer Fahrzeuggeschwindigkeit > 0 km/h oder > 100 km/h und/oder einer bestimmten Beschleunigung, beispielsweise einer Längs- und/oder Querbeschleunigung, zum Beispiel gemessen durch einen Gierratensensor beziehungsweise eine ESP-Einrichtung und/oder einem Signal eines sonstigen Sensors, beispielsweise eines Lichtsensors, und/oder einer sonstigen Einrichtung, zum Beispiel einer Scheinwerferanlage, abhängig sein. Beispielsweise können dabei mehrer Bedingungen zu einer Bedingungskette verknüpft werden. Durch Messen der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung kann beispielsweise bestimmt werden, ob ein Fahrzeug steht oder fährt und gegebenenfalls, ob das Fahrzeug sich in einer bestimmten Fahrsituation befindet.
Insofern in Verfahrensschritt d) nicht nur mit einer Abschaltfunktion, sondern sowohl mit einer Abschaltfunktion als auch einer Leistungsdrosselungsfunktion realisiert wird, werden in Verfahrensschritt a) vorzugsweise zwei unterschiedlich hohe Grenzwerte vorgegeben, wobei wenn der in Verfahrenschritt a) gemessene Parameterwert niedriger als der höhere Grenzwert ist, in Verfahrensschritt d) die die Brennstoffzelle leistungsgedrosselt wird und, wenn der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert niedriger als der niedrigere, insbesondere niedrigste, Grenzwerte ist, in Verfahrensschritt d) die Brennstoffzelle abgeschaltet wird. Gegebenenfalls können dabei unterschiedlich hohe Grenzwerte für unterschiedlich starke Leistungsdrosselungsstufen, insbesondere Leistungsdrosselungsstufen bei denen sich der Betrag der Leistungsdrosselung mit Sinken des Leistungsdrosselungsgrenzwertes sequentiell vergrößert. So kann vorteilhafterweise der zur Verfügung stehende Sauerstoff optimal genutzt und gleichzeitig eine hohe Sicherheit gewährleistet werden.
In der Regel werden Brennstoffzellen mit einem erhöhten Luftmassenstrom betrieben, der mehr Sauerstoff zuführt als für den gewünschten elektrischen Strom benötigt wird, da dadurch stabile Verhältnisse im System, beispielsweise ein hoher Sauerstoffpartialdruck, eine Prozesswasserabführung, eine Homogenisierung der Befeuchtung und der Temperatur, sichergestellt werden können.
Durch eine temporäre Absenkung des Luftmassenstroms während des Betriebes auf Werte, die sich an den minimal benötigten Luftmassenstrom annähern, kann die Erkennung einer Sauerstoffunterversorgung in der Umgebungsluft jedoch noch empfindlicher gemacht werden. Wenn der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert, beispielsweise die Brennstoffzellenspannung, dabei innerhalb eines erlaubten Toleranzbandes gleich bleibt und insbesondere der vorgegebene Grenzwert nicht unterschritten wird, kann eine Sauerstoffverarmung der Umgebungsluft ausgeschlossen werden.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird daher Verfahrensschritt a) bei einem Luftmassenstrom durchgeführt, welcher temporär, insbesondere für die Zeit der Messung, niedriger als der für den Normalbetrieb der Brennstoffzelle vorgegebene Luftmassenstrom eingestellt wird. Dafür kann das Verfahren insbesondere vor dem Verfahrensschritt a) den Verfahrensschritt a0): Absenken des Luftmassenstroms umfassen. Nach Verfahrensschritt a) beziehungsweise gegebenenfalls nach Verfahrensschritt c) kann der Luftmassenstrom in einem Verfahrensschritt a0’), insbesondere auf den für den Normalbetrieb der Brennstoffzelle vorgegebene Luftmassenstrom, wieder angehoben werden. Verfahrensschritt a), insbesondere die Verfahrensschritte a0), a) und a0’) können dabei beispielsweise zyklisch während des Betriebes wiederholt werden.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der für den Normalbetrieb der Brennstoffzelle vorgegebene Luftmassenstrom eine Lambda-Rate λ in einem Bereich von ≥ 1,5 bis ≤ 1,9, beispielsweise von ≥ 1,6 bis ≤ 1,8, zum Beispiel bei λ = 1,7, auf.
Unter der Lambda-Rate kann dabei insbesondere ein Faktor verstanden werden, welcher den Luftmassenstrom in Relation zu dem für den Betrieb der Brennstoffzelle minimal benötigten Luftmassenstrom setzt. Der für den Betrieb der Brennstoffzelle minimal benötigte Luftmassenstrom entspricht dabei einer Lambda-Rate von 1. Eine Lambda-Rate von 1,1 entspräche damit einem Luftmassenstrom welcher 10 % höher als der für den Betrieb der Brennstoffzelle minimal benötigte Luftmassenstrom ist.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird Verfahrenschritt a) bei einem Luftmassenstrom mit einer Lambda-Rate λ in einem Bereich von ≥ 1 bis ≤ 1,4, beispielsweise von ≥ 1 bis ≤ 1,3, zum Beispiel bei λ = 1,2, durchgeführt. Zur Verbesserung der Detektionsempfindlichkeit kann Verfahrensschritt a) beispielsweise bei einem Luftmassenstrom durchgeführt, welcher temporär, insbesondere für die Zeit der Messung, auf eine Lambda-Rate λ in einem Bereich von ≥ 1 bis ≤ 1,4, beispielsweise von ≥ 1 bis ≤ 1,3, zum Beispiel von ≥ 1,1 bis ≤ 1,2, eingestellt werden.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird Verfahrenschritt c) bei einem Luftmassenstrom mit einer Lambda-Rate λ in einem Bereich von ≥ 2 bis ≤ 6, beispielsweise von ≥ 3 bis ≤ 5, zum Beispiel von ≥ 3 bis ≤ 4, durchgeführt.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird, wenn Verfahrensschritt c1) ergibt, dass der in Verfahrensschritt c) gemessene Parameterwert den in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert nicht überschreitet, in einem – zu Verfahrensschritt c’) analogen – Verfahrensschritt c2) überprüft, ob der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert durch eine oder mehrere andere Ursachen als einen verringerter Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft bedingt ist, wobei die Brennstoffzelle in Verfahrensschritt d) abgeschaltet oder leistungsgedrosselt wird, wenn in Verfahrensschritt c2) keine andere Ursache festgestellt wird, oder wenn in Verfahrensschritt c2) mindestens eine andere Ursache festgestellt wird, welche eine Abschaltung oder Leistungsdrosselung der Brennstoffzelle erfordert.
Insbesondere kann in Verfahrensschritt c2) – analog zu Verfahrensschritt c’) – überprüft werden, ob der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert durch einen oder mehrere von einer Brennstoffzellenüberwachungseinrichtung feststellbare Fehler, und/oder durch eine Leckage, und/oder durch eine Beschädigung der Brennstoffzelle, und/oder durch eine fehlerhafte Feuchteregelung der Brennstoffzelle und/oder eine Austrocknung der Brennstoffzelle, und/oder durch eine Alterung der Brennstoffzelle bedingt ist.
Aufgrund der Analogie der Verfahrensschritte c2) und c’) wird hiermit explizit darauf hingewiesen, dass die im Zusammenhand mit diesen Verfahrensschritten erläuterten technischen Merkmale und Vorteile analog übertragbar sind.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in Verfahrensschritt c’) und/oder c2) eine Alterungsbedingung des in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwertes festgestellt, wenn der vorgegebene Grenzwert älter als ein vorgegebener Zeitpunkt ist.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird, wenn in Verfahrensschritt c’) und/oder c2) eine Alterungsbedingung des in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwertes festgestellt wird, in einem Verfahrensschritt e) der vorgegebene Grenzwert aktualisiert und in einem Verfahrensschritt f) der in Verfahrensschritt e) aktualisierte vorgegebene Grenzwert mit dem in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert und/oder mit einem in einem erneut durchgeführten Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert verglichen, wobei, wenn der in Verfahrenschritt a) gemessene Parameterwert und/oder der in dem erneut durchgeführten Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert größer oder gleich dem aktualisierten vorgegebene Grenzwert ist, die Brennstoffzelle weiter betrieben wird. So kann vorteilhafterweise eine alterungsbedingte, im Hinblick auf den Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft unnötige, Abschaltung oder Leistungsdrosselung vermieden werden.
Insofern der in Verfahrenschritt a) gemessene Parameterwert und/oder der in dem erneut durchgeführten Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert jedoch immer noch geringer als der aktualisierten vorgegebene Grenzwert ist, liegt vermutlich tatsächlich eine Sauerstoffverarmung der Umgebungsluft vor, weswegen, dann die Brennstoffzelle in Verfahrensschritt d) abgeschaltet oder leistungsgedrosselt wird.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in Verfahrensschritt e) der vorgegebene Grenzwert durch die Aufnahme einer neuen Brennstoffzellenreferenzkennlinien und/oder durch Neuberechnung des vorgegebenen Grenzwertes unter Berücksichtigung von alterungsbedingten Faktoren aktualisiert.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird – bevor in Verfahrensschritt e) eine Aktualisierung des vorgegebenen Grenzwertes durch die Aufnahme einer neuen Brennstoffzellenreferenzkennlinien erfolgt – in einem Verfahrensschritt e’) überprüft wird, ob Anzeichen dafür vorliegen, dass sich die Brennstoffzelle im Freien befindet. Die Aktualisierung des vorgegebenen Grenzwertes durch die Aufnahme einer neuen Brennstoffzellenreferenzkennlinie in Verfahrensschritt e) erfolgt dann, wenn Anzeichen dafür vorliegen, dass sich die Brennstoffzelle im Freien befindet. So kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass die neuen Brennstoffzellenreferenzkennlinie fälschlicherweise in einem teilweise oder vollständig geschlossenen Raum aufgenommen wird.
Insbesondere wenn die Brennstoffzelle in einem Fahrzeug verbaut ist, kann in Verfahrensschritt e’) überprüft werden, ob sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes, beispielsweise von > 0 km/h oder > 100 km/h, bewegt und/oder eine bestimmte Beschleunigung, beispielsweise eine Längs- und/oder Querbeschleunigung, erfährt. Eine Überschreitung des Geschwindigkeitsgrenzwertes und/oder eines Beschleunigungsgrenzwertes kann dabei in Verfahrensschritt e’) als Anzeichen dafür gewertet werden, dass sich die Brennstoffzelle im Freien befindet. Gegebenenfalls können dabei zusätzlich weitere Bedingungen, beispielsweise ob die Scheinwerfer des Fahrzeugs ausgeschaltet sind, in die Bewertung einbezogen werden.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Brennstoffzelle eine Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEM: englisch: Proton Exchange Membrane). Bei einer Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle kann der Anodenseite Wasserstoff und der Kathodenseite Luft zugeführt werden. Als Reaktionsprodukt entsteht daraus Wasser; wobei das Abgas im Wesentlichen aus sauerstoffabgereicherter Luft mit Wasserdampf und gegebenenfalls Wassertropfen besteht.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System, dem erfindungsgemäßen Computerprogramm, dem erfindungsgemäßen computerlesbaren Speichermedium sowie mit den Figuren und der Figurenbeschreibung verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Betrieb einer Brennstoffzelle, welches mindestens ein Mittel zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst.
Bei dem System kann es sich beispielsweise um ein Brennstoffzellensystem als solches, also ein System welches mindestens eine Brennstoffzelle und Mittel zu deren Betrieb umfasst, oder um ein Brennstoffzellenbetriebssystem, also ein System mit dem mindestens eine Brennstoffzelle ausgestattet und/oder betrieben werden kann, handeln.
Die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können dabei durch zwei oder mehr Mittel, gegebenenfalls jedoch auch durch ein Mittel, durchgeführt werden.
Das System kann ein Steuerungsmittel aufweisen. Das Steuerungsmittel kann insbesondere zur Durchführung/Veranlassung der Erhöhung des Luftmassenstroms in Verfahrensschritt c) und/oder des Verfahrensschritts d) angepasst sein. Gegebenenfalls kann das Steuerungsmittel auch zur Durchführung/Veranlassung der Verfahrensschritt a0) und/oder a0’) angepasst sein. Das Steuerungsmittel kann beispielsweise ein Mikroprozessor sein.
Weiterhin kann das System ein Prozessierungsmittel umfassen. Das Prozessierungsmittel kann insbesondere zur Durchführung der Verfahrensschritte b) und c1) und/oder c’ angepasst sein. Weiterhin kann das Prozessierungsmittel gegebenenfalls zur Durchführung der Verfahrensschritte c2) und/oder f) und/oder e’) angepasst sein. Gegebenenfalls kann die Prozessierungseinrichtung auch zum Beispiel zur Durchführung von Verfahrensschritt e), insbesondere zur Neuberechnung des vorgegebenen Grenzwertes unter Berücksichtigung von alterungsbedingten Faktoren, angepasst sein. Das Prozessierungsmittel kann beispielsweise ein Mikroprozessor sein.
Insbesondere können das Steuerungsmittel und das Prozessierungsmittel in Form eines (kombinierten) Steuerungs- und/oder Prozessierungsmittels, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, ausgebildet sein.
Weiterhin kann das System ein Messmittel umfassen. Das Messmittel kann insbesondere zur Durchführung von Verfahrensschritt a) und/oder zur erneuten Parametermessung in Verfahrensschritt c) angepasst sein. Weiterhin kann das Messmittel gegebenenfalls zur Durchführung von Verfahrensschritt e) und/oder x), insbesondere zur Kennlinienaufnahme, angepasst sein.
Als Messmittel kann dabei sowohl das Steuerungsmittel und/oder Prozessierungsmittel, insbesondere in Kombination mit der Brennstoffzelle, dienen, beispielsweise in dem es zum Abrufen von Brennstoffzellenparametern, wie die Brennstoffzellenspannung und/oder die Brennstoffzellenleistung und/oder die elektrische Leistungsdichte der Brennstoffzelle und/oder den Strom beziehungsweise die Stromdichte der Brennstoffzelle, angepasst ist, als auch stattdessen oder zusätzlich dazu ein weiteres Messmittel dienen, beispielsweise welches zur Bestimmung der Wärmeabgabe der Brennstoffzelle, zum Beispiel zur Messung der Temperatur eines Kühlmediums am Brennstoffzellenausgang und/oder am Brennstoffzelleneingang, beispielsweise in Form eines oder mehrerer Temperatursensor/en, und gegebenenfalls zur Messung/Bestimmung des Volumenstroms des Kühlmediums, beispielsweise in Form eines oder mehrerer Volumenstromsensor/en, angepasst ist.
Zum Beispiel können das Steuerungsmittel, das Prozessierungsmittel und das Messmittel in Form eines (kombinierten) Steuerungs- und/oder Prozessierungsund/oder Messmittels, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, ausgebildet sein.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Systems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens, dem erfindungsgemäßen Computerprogramm, dem erfindungsgemäßen computerlesbaren Speichermedium sowie mit den Figuren und der Figurenbeschreibung verwiesen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, welches zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst ist und/oder ein computerlesbares Speichermedium, beispielsweise einen Datenträger, welches/welcher ein zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens angepasstes Computerprogramm umfasst.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Computerprogramms und Speichermediums wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren, dem erfindungsgemäßen System sowie mit den Figuren und der Figurenbeschreibung verwiesen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
1a Strom-Spannungskennlinie zur Veranschaulichung einer Verringerung der Zellspannung einer Brennstoffzelle bei einer Sauerstoffverarmung;
1b Auftragung der elektrischen Leistungsdichte über der Stromdichte zur Veranschaulichung einer Verringerung der elektrischen Leistungsdichte einer Brennstoffzelle bei einer Sauerstoffverarmung;
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrens
3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrens
4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1a ist die Zellspannung U einer Brennstoffzelle gegenüber der Stromdichte aufgetragen, wobei in 1b die elektrische Leistungsdichte LE der Brennstoffzelle gegenüber der Stromdichte aufgetragen ist. Die mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Kurven veranschaulichen den Verlauf der Zellspannung U beziehungsweise der elektrischen Leistungsdichte LE der Brennstoffzelle im Normalbetrieb. Die mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichneten Kurven veranschaulichen den Verlauf der Zellspannung U beziehungsweise der elektrischen Leistungsdichte LE der Brennstoffzelle bei einem Betrieb in einer sauerstoffreduzierten Umgebung.
Die 1a und 1b zeigen, dass sowohl die Zellspannung U als auch die elektrische Leistungsdichte LE der Brennstoffzelle beim Betrieb in einer sauerstoffreduzierten Umgebung niedriger ist als im Normalbetrieb ist. Die Figuren veranschaulichen, dass, wenn während des Betriebes Betriebsparameter wie die Befeuchtung, die Temperatur, der Fremdgasanteil innerhalb eines Toleranzbereiches liegen, der Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft durch das Einhalten einer Strom-Spannungskennlinie in einem applizierbaren Toleranzband überprüft werden kann.
Weicht nun die Zellspannung U beziehungsweise die elektrische Leistungsdichte LE der Brennstoffzelle in Richtung kleinerer Werte deutlich von dem im Normalbetrieb zu erwartenden Wert ab, so liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Sauerstoffverarmung der Umgebungsluft der Brennstoffzelle vor. Um eine weitere Sauerstoffverarmung der Umgebungsluft zu verhindern, wird in diesem Fall die Brennstoffzelle abgeschaltet oder zumindest deren Leistungsabgabe gedrosselt, damit ein Nachströmen von neuem Sauerstoff durch Luftaustausch möglich ist.
Um zu vermeiden, dass die Brennstoffzelle unnötig beispielsweise aufgrund von anderen, nicht durch einen verringerten Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft bedingten, zu einer Verringerung der Zellspannung und/oder der elektrischen Leistungsdichte der Brennstoffzelle führenden Ursachen abgeschaltet oder leistungsgedrosselt wird, umfassen die im Folgenden erläuterten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine so genannte Gutprüfung, also eine Prüfung, ob die Verringerung der Zellspannung und/oder der elektrischen Leistungsdichte der Brennstoffzelle nicht durch eine der anderen Ursachen bedingt ist.
2 veranschaulicht eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenbetriebsverfahrens, in der zunächst in einem Verfahrensschritt a) ein für die Leistung der Brennstoffzelle charakteristischer Parameter, beispielsweise die Zellspannung und/oder die elektrische Leistungsdichte, bei einem der Brennstoffzelle zugeführten Luftmassenstrom gemessen wird. In einem Verfahrensschritt b) wird dann ermittelt, ob der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert P1 niedriger als ein vorgegebener Grenzwert x ist. Wenn der gemessene Parameter größer oder gleich dem vorgegebenen Grenzwert ist, liegt kein Anzeichen für eine Sauerstoffverarmung der Umgebungsluft vor und die Brennstoffzelle kann weiterbetrieben (w) werden. Wenn der gemessene Parameterwert P1 jedoch geringer als der vorgegebene Grenzwert x ist, ist eine Sauerstoffverarmung der Umgebungsluft möglich. Um festzustellen, ob der verringerte Parameterwert P1 tatsächlich durch eine Sauerstoffverarmung der Umgebungsluft und nicht etwa durch eine andere Ursache bedingt ist, werden im Fall von P1 < x die Verfahrensschritte c) und c1) und alternativ oder zusätzlich dazu der Verfahrensschritt c’) durchgeführt.
In Verfahrensschritt c) wird der Luftmassenstrom bei gleichbleibender elektrischer Belastung der Brennstoffzelle temporär erhöht und der Parameter erneut gemessen, wobei dann in Verfahrensschritt c1) ermittelt wird, ob der in Verfahrensschritt c) gemessene Parameterwert P2 den in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert P1 überschreitet. Wenn Verfahrensschritt c1) ergibt, dass der in Verfahrensschritt c) gemessene Parameterwert P2 den in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert P1 überschreitet, ist dies ein Anzeichen dafür, dass die Brennstoffzelle ansonsten funktionstüchtig ist und der verringerte Parameterwert P1 auf einer Sauerstoffverarmung der Umgebungsluft beruht. Um eine Gefährdung von Lebewesen in der Umgebung der Brennstoffzelle durch einen zu geringen Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft zu vermeiden, wird dann die Brennstoffzelle in einem Verfahrensschritt d) abgeschaltet oder in ihrer Leistungsabgabe gedrosselt.
In dem alternativen oder zusätzlichen Verfahrensschritt c’) wird überprüft, ob der in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert P1 durch eine oder mehrere andere Ursachen als einen verringerten Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft bedingt ist. Beispielsweise kann in Verfahrensschritt c’) überprüft werden, ob der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert P1 durch einen oder mehrere von einer Brennstoffzellenüberwachungseinrichtung feststellbare Fehler, und/oder durch eine Leckage und/oder durch eine Beschädigung der Brennstoffzelle und/oder durch eine fehlerhafte Feuchteregelung der Brennstoffzelle und/oder eine Austrocknung der Brennstoffzelle und/oder durch eine Alterung der Brennstoffzelle bedingt ist. Wenn in Verfahrensschritt c’) keine andere Ursache U0 festgestellt wird, ist dies ein Anzeichen dafür, dass die Brennstoffzelle ansonsten funktionstüchtig ist und der verringerte Parameterwert P1 auf einer Sauerstoffverarmung der Umgebungsluft beruht. Um eine Gefährdung von Lebewesen in der Umgebung der Brennstoffzelle durch einen zu geringen Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft zu vermeiden, wird auch dann die Brennstoffzelle in einem Verfahrensschritt d) abgeschaltet oder in Ihrer Leistungsabgabe gedrosselt. Ebenso wird die Brennstoffzelle in Verfahrensschritt d) abgeschaltet oder leistungsgedrosselt, wenn in Verfahrensschritt c’) mindestens eine andere Ursache Ux festgestellt wird, welche eine Abschaltung oder Leistungsdrosselung der Brennstoffzelle erforderlich macht. Insofern in Verfahrensschritt c’) jedoch eine oder mehrere Ursachen Uy festgestellt werden, welche keine Abschaltung oder Leistungsdrosselung der Brennstoffzelle erfordern, kann die Brennstoffzelle weiterbetrieben (w) werden.
3 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenbetriebsverfahrens, welche sich im Wesentlichen dadurch von der in 2 veranschaulichten ersten Ausführungsform unterscheidet, dass, wenn Verfahrensschritt c1) ergibt, dass der in Verfahrensschritt c) gemessene Parameterwert P2 den in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert P1 nicht überschreitet, in einem zusätzlichen, zum Verfahrensschritt c’) analogen Verfahrensschritt c2) überprüft wird, ob der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert P1 durch eine oder mehrere andere Ursachen als einen verringerter Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft bedingt ist, wobei die Brennstoffzelle in Verfahrensschritt d) abgeschaltet oder leistungsgedrosselt wird, wenn in Verfahrensschritt c2) keine andere Ursache U0 festgestellt wird, oder wenn in Verfahrensschritt c2) mindestens eine andere Ursache Ux festgestellt wird, welche eine Abschaltung oder Leistungsdrosselung der Brennstoffzelle erforderlich macht. Insofern in Verfahrensschritt c2) jedoch eine oder mehrere Ursachen Uy festgestellt werden, welche keine Abschaltung oder Leistungsdrosselung der Brennstoffzelle erfordern, kann die Brennstoffzelle weiterbetrieben (w) werden.
4 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenbetriebsverfahrens, welche sich im Wesentlichen dadurch von der in 3 veranschaulichten zweiten Ausführungsform unterscheidet, dass, wenn in Verfahrensschritt c’) und/oder c2) eine alterungsbedingte Ursache Uk festgestellt wird, beispielsweise in dem festgestellt wird, dass der vorgegebene Grenzwert x älter als ein vorgegebener Zeitpunkt ist, der vorgegebene Grenzwert x in einem Verfahrensschritt e) aktualisiert wird. In einem Verfahrensschritt f) kann dann der in Verfahrensschritt e) aktualisierte vorgegebene Grenzwert xk mit dem in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert P1 und/oder mit einem in einem erneut durchgeführten Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert P1’ verglichen werden. Wenn der in Verfahrenschritt a) gemessene Parameterwert P1 und/oder der in dem erneut durchgeführten Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert P1’ größer oder gleich dem aktualisierten vorgegebene Grenzwert xk ist, kann die Brennstoffzelle weiterbetrieben (w) werden. Wenn der Parameterwert P1 und/oder P1’ jedoch niedriger als der aktualisierte vorgegebene Grenzwert xk ist, ist dies ein Anzeichen dafür, dass der verringerte Parameterwert P1 beziehungsweise P1’ auf einer Sauerstoffverarmung der Umgebungsluft beruht. Um eine Gefährdung von Lebewesen in der Umgebung der Brennstoffzelle durch einen zu geringen Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft zu vermeiden, wird die Brennstoffzelle auch dann in Verfahrensschritt d) abgeschaltet oder zumindest in Ihrer Leistungsabgabe gedrosselt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009018848 A1 [0004]
WO 97/48143 A1 [0004]
DE 102006045922 A1 [0004]

Claims

Betriebsverfahren für eine Brennstoffzelle, umfassend die Verfahrensschritte: a) Messen eines für die Leistung der Brennstoffzelle charakteristischen Parameters bei einem der Brennstoffzelle zugeführten Luftmassenstrom; b) Ermitteln, ob der in Verfahrenschritt a) gemessene Parameterwert (P1) niedriger als ein vorgegebener Grenzwert (x) ist; wobei, wenn der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert (P1) geringer als der vorgegebene Grenzwert (x) ist, – in einem Verfahrensschritt c) der Luftmassenstrom bei gleichbleibender elektrischer Belastung der Brennstoffzelle temporär erhöht und der Parameter erneut gemessen wird und in einem Verfahrensschritt c1) ermittelt wird, ob der in Verfahrensschritt c) gemessene Parameterwert (P2) den in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert (P1) überschreitet; und/oder – in einem Verfahrensschritt c’) überprüft wird, ob der in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert (P1) durch eine oder mehrere andere Ursachen als einen verringerten Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft bedingt ist, wobei in einem Verfahrensschritt d) die Brennstoffzelle abgeschaltet oder leistungsgedrosselt wird, wenn – Verfahrensschritt c1) ergibt, dass der in Verfahrensschritt c) gemessene Parameterwert (P2) den in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert (P1) überschreitet, oder – wenn in Verfahrensschritt c’) keine andere Ursache (U0) festgestellt wird, oder – wenn in Verfahrensschritt c’) mindestens eine andere Ursache (Ux) festgestellt wird, welche eine Abschaltung oder Leistungsdrosselung der Brennstoffzelle erfordert.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1, wobei der für die Leistung der Brennstoffzelle charakteristische Parameter die Brennstoffzellenspannung und/oder der Brennstoffzellenleistung und/oder der elektrischen Leistungsdichte der Brennstoffzelle und/oder der Strom, insbesondere bei einer bestimmten Spannung, der Brennstoffzelle und/oder die Wärmeabgabe der Brennstoffzelle ist.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Brennstoffzelle in einem Fahrzeug verbaut ist.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Brennstoffzelle eine Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle ist.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Verfahrensschritt a) bei einem Luftmassenstrom durchgeführt wird, welcher temporär niedriger als der für den Normalbetrieb der Brennstoffzelle vorgegebene Luftmassenstrom eingestellt wird, insbesondere wobei der für den Normalbetrieb der Brennstoffzelle vorgegebene Luftmassenstrom eine Lambda-Rate λ in einem Bereich von ≥ 1,5 bis ≤ 1,9 aufweist.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Verfahrenschritt a) bei einem Luftmassenstrom mit einer Lambda-Rate λ in einem Bereich von ≥ 1 bis ≤ 1,4 durchgeführt wird, und/oder wobei Verfahrenschritt c) bei einem Luftmassenstrom mit einer Lambda-Rate λ in einem Bereich von ≥ 2 bis ≤ 6 durchgeführt wird.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn Verfahrensschritt c1) ergibt, dass der in Verfahrensschritt c) gemessene Parameterwert (P2) den in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert (P1) nicht überschreitet, in einem Verfahrensschritt c2) überprüft wird, ob der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert (P1) durch eine oder mehrere andere Ursachen als einen verringerter Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft bedingt ist, wobei die Brennstoffzelle in Verfahrensschritt d) abgeschaltet oder leistungsgedrosselt wird, – wenn in Verfahrensschritt c2) keine andere Ursache (U0) festgestellt wird, oder – wenn in Verfahrensschritt c2) mindestens eine andere Ursache (Ux) festgestellt wird, welche eine Abschaltung oder Leistungsdrosselung der Brennstoffzelle erfordert.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in Verfahrensschritt c’) und/oder c2) überprüft wird, ob der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert (P1) – durch einen oder mehrere von einer Brennstoffzellenüberwachungseinrichtung feststellbare Fehler, und/oder – durch eine Leckage, und/oder – durch eine Beschädigung der Brennstoffzelle, und/oder – durch eine fehlerhafte Feuchteregelung der Brennstoffzelle und/oder eine Austrocknung der Brennstoffzelle, und/oder – durch eine Alterung der Brennstoffzelle bedingt ist.
Betriebsverfahren nach Anspruch 7, wobei in Verfahrensschritt c’) und/oder c2) eine Alterungsbedingung des in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwertes (P1) festgestellt wird, wenn der vorgegebene Grenzwert (x) älter als ein vorgegebener Zeitpunkt ist.
Betriebsverfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei wenn in Verfahrensschritt c’) und/oder c2) eine Alterungsbedingung (Uk) des in Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwertes (P1) festgestellt wird, in einem Verfahrensschritt e) der vorgegebene Grenzwert (x) aktualisiert wird und in einem Verfahrensschritt f) der in Verfahrensschritt e) aktualisierte vorgegebene Grenzwert (xk) mit dem in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert (P1) und/oder mit einem in einem erneut durchgeführten Verfahrensschritt a) gemessenen Parameterwert (P1’) verglichen wird, wobei wenn der in Verfahrenschritt a) gemessene Parameterwert (P1) und/oder der in dem erneut durchgeführten Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert (P1’) größer oder gleich dem aktualisierten vorgegebene Grenzwert (xk) ist, die Brennstoffzelle weiterbetrieben (w) wird, und wenn der in Verfahrenschritt a) gemessene Parameterwert (P1) und/oder der in dem erneut durchgeführten Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert (P1’) geringer als der aktualisierte vorgegebene Grenzwert (xk) ist, die Brennstoffzelle in Verfahrensschritt d) abgeschaltet oder leistungsgedrosselt wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 10, wobei in Verfahrensschritt e) der vorgegebene Grenzwert (x) durch die Aufnahme einer neuen Brennstoffzellenreferenzkennlinien und/oder durch Neuberechnung des vorgegebenen Grenzwertes unter Berücksichtigung von alterungsbedingten Faktoren aktualisiert wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 11, wobei, bevor in Verfahrensschritt e) eine Aktualisierung des vorgegebenen Grenzwertes (x) durch die Aufnahme einer neuen Brennstoffzellenreferenzkennlinien erfolgt, in einem Verfahrensschritt e’) überprüft wird, ob Anzeichen dafür vorliegen, dass sich die Brennstoffzelle im Freien befindet, wobei die Aktualisierung des vorgegebenen Grenzwertes (x) durch die Aufnahme einer neuen Brennstoffzellenreferenzkennlinie in Verfahrensschritt e) erfolgt, wenn Anzeichen dafür vorliegen, dass sich die Brennstoffzelle im Freien befindet, insbesondere wobei wenn die Brennstoffzelle in einem Fahrzeug verbaut ist, in Verfahrensschritt e’) überprüft wird, ob sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes bewegt und/oder eine bestimmte Beschleunigung, insbesondere eine bestimmte Längs- und/oder Querbeschleunigung, erfährt, wobei in Verfahrensschritt e’) eine Überschreitung des Geschwindigkeitsgrenzwertes und/oder eines Beschleunigungsgrenzwertes als Anzeichen dafür gewertet wird, dass sich die Brennstoffzelle im Freien befindet.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Brennstoffzelle weiterbetrieben (w) wird, – wenn der in Verfahrensschritt a) gemessene Parameterwert (P1) größer oder gleich dem vorgegebenen Grenzwert (x) ist, und/oder – wenn in Verfahrensschritt c’) und/oder c2) eine oder mehrere Ursachen (Uy) festgestellt werden, welche keine Abschaltung oder Leistungsdrosselung der Brennstoffzelle erfordern.
System zum Betrieb einer Brennstoffzelle, insbesondere Brennstoffzellensystem oder Brennstoffzellenbetriebssystem, umfassend mindestens ein Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Computerprogramm, angepasst zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, insbesondere computerlesbares Speichermedium, umfassend ein zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 angepasstes Computerprogramm.