DE102013105044B4 - Algorithmus zum Extremasuchen in einem variablen Zeitintervall zur Ermittlung eines Anodendrucksensorausfallfehlers in einem Brennstoffzellensystem - Google Patents

Algorithmus zum Extremasuchen in einem variablen Zeitintervall zur Ermittlung eines Anodendrucksensorausfallfehlers in einem Brennstoffzellensystem Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Detektieren eines Anodendrucksensorausfalls in einem Brennstoffzellensystem umfassend:- Verwenden eines Reglers, um die folgenden Schritte auszuführen:- Einstellen eines Anfangsminimalanodendrucksensorwerts und eines Anfangsmaximalanodendrucksensorwerts;- Bestimmen eines Sollzeitintervalls zum Aufnehmen von Anodendruckmessungen und einer Gesamtzahl von Messreihen von Anodendruckmessungen, die durch den Regler von einem Anodendrucksensor gesammelt werden sollen, wobei das Sollzeitintervall zum Aufnehmen von Anodendruckmessungen basierend auf einer Kalibriertafel bestimmt wird, wobei die Kalibriertafel auf Brennstoffzellensystemfaktoren basiert, die die Brennstoffzellenstapelstromdichte umfassen;- Ersetzen des Minimalanfangsanodendrucksensorwerts durch einen gemessenen Anodenminimaldruckwert, wenn der gemessene Minimalanodendruck kleiner als der Minimalanfangsanodendruck ist;- Ersetzen des Maximalanfangsanodendrucksensorwerts durch einen gemessenen Maximalanodendruckwert, wenn der gemessene Maximalanodendruck kleiner als der Maximalanfangsanodendruck ist;- Vergleichen einer Druckdifferenz zwischen dem Anfangsminimalanodendruckwert oder dem ersetzten Minimalanodendruck und dem Anfangsmaximalanodendruckwert oder dem ersetzten Maximalanodendruckwert mit einem vorbestimmten Druckdifferenzschwellwert; und- Ausgeben eines Drucksensorfehlers, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Anfangsminimalanodendruck oder dem ersetzten Minimalanodendruck und dem Anfangsmaximalanodendruck oder dem ersetzten Maximalanodendruck kleiner als der vorbestimmte Druckdifferenzschwellwert für eine vorbestimmte Anzahl von Druckmessreihen ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Detektieren eines Anodendrucksensorausfalls in einem Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1 und auf ein System gemäß Anspruch 8.
  • 2. Diskussion des Standes der Technik
  • Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er sauber ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu produzieren. Eine Wasserstoffbrennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode beinhaltet, zwischen denen ein Elektrolyt angeordnet ist. Die Anode erhält Wasserstoffgas und die Kathode erhält Sauerstoff oder Luft. Das Wasserstoffgas wird in der Anode dissoziiert, um freie Wasserstoffprotonen und Elektronen zu erzeugen. Die Wasserstoffprotonen gelangen durch den Elektrolyten zu der Kathode. Die Wasserstoffprotonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode und erzeugen dabei Wasser. Die Elektronen können von der Anode nicht durch den Elektrolyten gelangen. Dementsprechend werden sie über eine Last geleitet, um Arbeit auszuführen, bevor sie an die Kathode gelangen.
  • Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) sind eine populäre Brennstoffzelle für Fahrzeuge. Eine PEMFC beinhaltet im Allgemeinen eine feste Polymerelektrolytenprotonen-leitende Membran, so zum Beispiel eine Membran aus einer Perfluorsulfonsäure. Die Anode und die Kathode beinhalten typischerweise fein verteilte Katalysatorteilchen, gewöhnlicherweise Platin (Pt), verteilt auf Kohlenstoffpartikeln und vermischt mit einem Ionomer. Die Katalysatormischung ist an entgegengesetzten Seiten der Membran aufgebracht. Die Kombination der Anodenkatalysatormischung, der Kathodenkatalysatormischung und der Membran definieren eine Membranelektroden-Anordnung (MEA). MEAs sind in der Herstellung relativ teuer und erfordern bestimmte Bedingungen für einen effektiven Betrieb.
  • Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu generieren. Beispielsweise kann ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug zweihundert oder mehr gestapelte Brennstoffzellen aufweisen. Der Brennstoffzellenstapel erhält ein Kathodeneingangsgas, wobei typischerweise ein Luftfluss mittels eines Kompressors durch den Stapel geleitet wird. Von dem Stapel wird nicht der gesamte Sauerstoff aufgebraucht und einiges an Luft wird als Kathodenabgas ausgelassen, wobei das Kathodenabgas Wasser als ein Stapelabfallprodukt beinhalten kann. Der Brennstoffzellenstapel erhält auch ein Anodenwasserstoffeingangsgas, das in die Anodenseite des Stapels fließt.
  • Ein Brennstoffzellenstapel weist typischerweise eine Reihe von Bipolarplatten auf, die in dem Stapel zwischen die mehreren MEAs angeordnet sind, wobei die Bipolarplatten und die MEAs zwischen zwei Endplatten angeordnet sind. Die Bipolarplatten beinhalten eine Anodenseite und eine Kathodenseite zu benachbarten Brennstoffzellen in dem Stapel. Anodengasflusskanäle sind auf der Anodenseite der Bipolarplatten vorgesehen, die es erlauben, dass das Anodenreaktionsgas zu der jeweiligen MEA fließt. Auf der Kathodenseite der Bipolarplatten sind Kathodengasflusskanäle vorgesehen, die es erlauben, dass das Kathodenreaktionsgas zu der jeweiligen MEA fließt. Eine Endplatte beinhaltet Anodengasflusskanäle und die andere Endplatte beinhaltet Kathodengasflusskanäle. Die Bipolarplatten und Endplatten bestehen aus einem leitfähigen Material, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl oder einem leitfähigen Verbundmaterial. Die Endplatten leiten die Elektrizität, die von den Brennstoffzellen generiert wurde, aus dem Stapel heraus. Die Bipolarplatten beinhalten des Weiteren Flusskanäle, durch welche ein Kühlmittel fließt.
  • Drucksensoren sind allgemein ein wichtiger Hardwarebestandteil für die Maschinensteuerung in der Automobilindustrie. Es gibt Fehlerkennungen, die einen MAP-Sensor und einen Treibstoff-Drucksensor für eine Verbrennungskraftmaschine abdecken, wobei der Treibstoff-Drucksensor-Messwert mit einem Schätz/Modell-Wert verglichen wird und ein Schalter gesetzt wird, wenn das Modell und der Sensor sich um einen Kalibrierwert unterscheiden. In Brennstoffzellensystemen werden Drucksensoren zur Druckregelung, Emissionsregelung, Ventilsteuerung, etc. verwendet. Wenn einer der Drucksensoren in einem Brennstoffzellensystem ausfällt, da der Drucksensor festsitzt bei einem Druck-Messwert, wird der Sensor einen flachen Druck-Messwert über die Zeit liefern. Der Grund für das Festsitzen bei einem Druckmessen kann aus einer Vielzahl von Gründen vorliegen, beispielsweise einer Hardwarebeschädigung, Eisumfrierungen um den Sensor, etc. Deswegen ist es sehr wichtig, einen robusten Diagnosealgorithmus zu haben, um zu Detektieren, wenn ein Sensor in einem Brennstoffzellensystem aufgrund eines Festsitzens des Sensors ausfällt.
  • Wie oben erwähnt, ist die Druckrückkopplung für eine gewisse Zeitdauer flach, wenn ein Drucksensor festsitzt. In einem Brennstoffzellensystem wird eine Anodendruckrückkopplung von einem Anodendrucksensor in einer Anodendruckregelung, einer Anodenventilsteuerung, einer Brennstoffzellensystemabgasemmissionssteuerung etc. verwendet. Ein flacher Drucksensormesswert, der von einem durch Festsitzen erzeugten Drucksensorfehler herrührt, gibt nicht das wahre Verhalten des Brennstoffzellensystems wieder, was dazu führt, dass andere Algorithmen nicht korrekt arbeiten. Beispielsweise wird ein Steuergerät des Brennstoffzellensystems ein maximales Tastverhältniskommando an einen Anodenbrennstoffinjektor senden, um den Solldruck von 200 kPa einzuhalten, wenn der Anodensolldruck auf 200 kPa eingestellt ist und der Anodendrucksensor bei einem konstanten Druckmesswert von 100 kPa festsitzt. Dies wird dazu führen, dass der Anodendruck ansteigt. Möglicherweise über 700 kPa. Da der Druckmesswert immer noch 100 kPa ist, gibt das System nicht den wahren Anodendruck wieder. Eventuell kann eine Abschaltdiagnosevorrichtung detektieren, dass es einen Vorfall gibt und das Brennstoffzellensystem abschalten. Demzufolge gibt es ein Bedürfnis in der Technik für einen Algorithmus, der bestimmt, ob ein Anodendrucksensor festsitzt, so dass Hilfsaktionen bevor eine Abschaltdiagnosevorrichtung ausgelöst wird, unternommen werden können.
    Die DE 10 2006 037 798 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Drucksensors in einem Brennstoffzellensystem.
    Die DE 601 06 316 T2 offenbart eine Einrichtung und Verfahren zur Brennstoffdrucksteuerung einer Brennkraftmaschine.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Im Einklang mit den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren eines Anodendrucksensorfehlers in einem Brennstoffzellensystem offenbart. Das System und das Verfahren umfassen einen Regler, der einen Anfangsminimalanodendrucksensorwert und einen Anfangsmaximalanodendrucksensorwert einstellt. Der Regler bestimmt ein Soll-Zeitintervall für das Erfassen von Anodendruckmessungen und bestimmt eine Gesamtzahl von Anodendruckmessungen, die mit dem Regler von einem Anodendrucksensor gesammelt werden sollen. Der Regler vergleicht ferner die Druckdifferenz zwischen dem Anfangsanodenminimaldruck oder einem gemessenen Anodenminimaldruck und dem Anfangsanodenmaximaldruck oder einem gemessenen Anfangsanodenmaximaldruck, um einen vorbestimmten Druckdifferenzschwellwert einzustellen, und bestimmt einen Drucksensorfehler, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Anfangsanodenminimaldruck oder dem gemessenen Anodenminimaldruck und dem Anfangsanodenmaximaldruck oder gemessenen Anodenmaximaldruck kleiner als der vorbestimmte Druckdifferenzschwellwert ist.
  • Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Figuren deutlich.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems;
    • 2 ist ein Flussdiagramm für einen Algorithmus zum Bestimmen, ob ein Anodendrucksensor korrekt funktioniert;
    • 3a ist ein Graph, bei dem die Zeit auf der horizontalen Achse und der Anodendruck in Kilopascal auf der vertikalen Achse aufgetragen sind; und
    • 3b ist ein Graph, bei dem die Zeit auf der horizontalen Achse und der Anodendruck in Kilopascal auf der vertikalen Achse aufgetragen sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Die folgende Diskussion von Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Verfahren zum Bestimmen, ob ein Anodendrucksensor in einem Brennstoffzellensystem korrekt funktioniert, gerichtet ist, ist rein beispielhafter Natur und in keiner Weise dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen einzuschränken.
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems 10 mit einem Brennstoffzellenstapel 12. Das Brennstoffzellensystem 10 ist dazu gedacht, allgemein jede Art von Brennstoffzellensystem darzustellen, beispielsweise ein Brennstoffzellensystem, das ein Anodenabgas zurück zum Anodeneinlass rezirkuliert, und Brennstoffzellensysteme, die ein gespaltenes Stapeldesign mit Anodenflussumkehr verwenden. Eine Wasserstoffquelle 14 liefert frischen Wasserstoff an eine Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 auf einer Anodeneingangsleitung 18 unter Verwendung eines Injektors 16, beispielsweise eines Injektor/Ejektor, wie er in der US 7,320,840 mit dem Titel „Kombination von Injektor-Ejektor für Brennstoffzellensysteme“, eingetragen auf den Anmelder dieser Patentanmeldung und hiermit durch Bezugnahme inkorporiert, beschrieben ist. Ein Anodenabgas wird von dem Stapel 12 auf einer Anodenrezirkulationsleitung 20 ausgelassen, wobei dieses wieder in den Brennstoffzellenstapel 12 unter Verwendung des Injektors 16 eingeführt werden kann. Ein Drucksensor 24 misst den Druck in der Anodeneinlassleitung 18 in einer Position, die stromabwärts zu der Anodenrezirkulationsleitung 20 liegt, beispielsweise an einem Ort, der zwischen dem Injektor 16 und dem Brennstoffzellenstapel 12 liegt. Ein Anodenentlüftungsventil 26 entlüftet Anodenabgas aus der Anodenrezirkulationsleitung, wie unten im Detail diskutiert werden wird.
  • Das System 10 beinhaltet ferner einen Kompressor 32, der einen Kathodeneinlassluftfluss auf der Kathodeneingangsleitung 34 zu dem Stapel 12 liefert. Ein Kathodenabgas wird auf einer Kathodenabgasleitung 36 ausgelassen. Das Anodenentlüftungsventil 26 entlüftet Anodenabgas in die Kathodenauslassleitung 36 über eine Entlüftungsleitung 28 und einen Mischübergang 38, und stellt somit einen Pfad für das Anodenabgas bereit, um das Brennstoffzellensystem 10 zu verlassen, was aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • Um am Brennstoffzellenstapel 12 Stromdichtemessungen durchführen zu können, ist eine Stromdichtemessvorrichtung 22 vorgesehen, um ein Zeitintervall für das Erfassen der Anodendruckmesssignale von dem Drucksensor 24 zu bestimmen, was unten im Detail diskutiert werden wird. Ein Steuergerät 40 steuert den Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 und detektiert die Stromdichtemessignale von der Stromdichtemessvorrichtung 22, um ein Zeitintervall zum Erfassen der Anodendruckmesssignale von dem Drucksensor 24 zu bestimmen, was unten detaillierter diskutiert werden wird.
  • Wie oben erwähnt, kann der Druckrückkopplungswert für eine Zeitdauer flach sein, wenn ein Drucksensor in einem Brennstoffzellensystem ausfällt oder festsitzt. Die Anodendruckrückkopplung von dem Drucksensor 24 wird in zahlreichen Brennstoffzellensystemregelalgorithmen, beispielsweise in der Anodendruckregelung, in der Anodenventilsteuerung und in der Abgasemissionssteuerung verwendet. Ein flacher Messwert gibt nicht exakt den wahren Druck des Anodendrucksensors wieder und führt dazu, dass andere Algorithmen nicht korrekt arbeiten. Demzufolge ist der unten diskutierte Algorithmus ausgestaltet, um einen robusten Diagnosealgorithmus bereitzustellen, um zu detektieren, wenn ein Anodendrucksensor, beispielsweise der Anodendrucksensor 24, nicht korrekt arbeitet.
  • 2 ist ein Flussdiagramm 50 für einen Algorithmus, der detektiert, ob ein Anodendrucksensor, beispielsweise der Anodendrucksensor 24, nicht korrekt arbeitet. Im Kasten 52 werden ein Anodenanfangsminimaldruck und ein Anodenanfangsmaximaldruck eingestellt und im Kasten 54 werden ein Zeitintervall und eine gewünschte Gesamtzahl von Anodendrucksensormessungen des Drucksensors 24 eingestellt. Das im Kasten 54 gewählte Zeitintervall basiert auf einer Kalibriertafel, die Brennstoffzellensystemfaktoren, beispielsweise die Stromdichte aus der Stromdichtemessvorrichtung 22 verwendet, um das geeignete Zeitintervall zu bestimmen. Die Gesamtzahl von verwendeten Messungen kann von den Stapelbetriebsbedingungen und dem Zeitintervall, das unter Verwendung der Kalibriertafel bestimmt wurde, abhängen. Der Grund dafür, dass die Stromdichte verwendet wird, um das Zeitintervall zu bestimmen, während dem der Algorithmus den Anodendruck überwacht, liegt darin, dass während hoher Stromdichtebedingungen es erwartet wird, dass der Anodendruck sich schneller ändert, und somit ein kürzeres Zeitintervall zwischen den Messreihen geeigneter ist, um den Algorithmus des Flussdiagramms 50 auszuführen, wenn der Brennstoffzellenstapel 12 bei einer hohen Stromdichte betrieben wird. Was eine hohe Stromdichte für den Brennstoffzellenstapel 12 begründet, hängt von den Stapelcharakteristiken ab. Beispielsweise ist es wahrscheinlich, dass die Stromdichte des Brennstoffzellenstapels 12 während einer Fahrzeugbeschleunigung bei einer hohen Stromdichte liegt. Bei niedrigen Stromdichtebedingungen, beispielsweise wenn der Brennstoffzellenstapel 12 im Leerlaufbetrieb ist, ändert sich der Anodendruck langsam. Demzufolge ist ein größeres Zeitintervall notwendig, um einen Druckfestsitzfehler zu detektieren und eine Fehldetektion zu vermeiden.
  • Sobald das Anfangsanodendruckminimum und das Anfangsanodendruckmaximum im Kasten 52 eingestellt sind und das Zeitintervall für die Anzahl der Messerfassungen ausgehend von der Stromdichte im Kasten 54 bestimmt sind, beginnt der Algorithmus mit dem Aufnehmen der Messreihen von Anodendruckmessungen von dem Drucksensor 24, um gemessene Druckminimalwerte und Druckmaximalwerte zu erfassen. Der Anfangsanodenminimaldruck und der Anfangsanodenmaximaldruck hängen von den Stapelbetriebsbedingungen, beispielsweise dem erwarteten Anodendruck für laufende Betriebsbedingungen ab.
  • In der Entscheidungsraute 56 wird in einem Zeitintervall, das im Kasten 54 eingestellt wurde, der Anodendruck aufgenommen und die Anzahl der Messungen gezählt, wie unten im Detail diskutiert werden wird. Wenn ein Druckmesswert von dem Anodendrucksensor 24 als kleiner als das im Kasten 54 eingestellte Druckanfangsminimum in der Entscheidungsraute 56 bestimmt wird, wird der Algorithmus den Anfangsdruckminimumwert aus dem Kasten 54 durch den erfassten minimalen Druckmesswert aus der Entscheidungsraute 58 im Kasten 60 ersetzen. Wenn der Druckmesswert von dem Drucksensor 24 in der Entscheidungsraute 58 nicht unter den Anfgangsminimaldruckwert, der im Kasten 54 eingestellt wurde, fällt, wird der Anfangsminimaldruckwert aus dem Kasten 54 beibehalten und der Algorithmus geht zu der Entscheidungsraute 62 über, in welcher der Algorithmus bestimmt, ob der gemessene Maximaldruckmesswert von dem Drucksensor 24 größer als der Anfangsmaximaldruckwert, der im Kasten 54 eingestellt wurde, ist. Wenn der gemessene Maximalanodendruck in der Entscheidungsraute 62 größer als der Anfangsmaximaldruck aus dem Kasten 54 ist, wird der Maximaldruckmesswert aus der Entscheidungsraute 62 verwendet, um den Anfangsmaximaldruck, der im Kasten 54 eingestellt wurde, im Kasten 64 zu ersetzen. Wenn der von dem Anodendrucksensor 24 gemessene Maximaldruck in der Entscheidungsraute 62 nicht größer als der Anfangsmaximaldrucksollwert aus dem Kasten 54 ist, geht der Algorithmus zum Kasten 66 über, um zu bestimmen, dass die Anodendruckmessungen für die Messreihe vollständig ist und kehrt zu der Entscheidungsraute 56 zurück, um damit fortzufahren, die minimalen und maximalen Anodendruckmessungen für eine nächste Messzeit zu bestimmen, wenn die Gesamtzahl von Sollmesswerten noch nicht erzielt worden ist.
  • Sobald die gewünschte Anzahl von Messungen für das vorbestimmte Zeitintervall aufgenommen worden sind, was in der Entscheidungsraute 56 bestimmt wird, bestimmt der Algorithmus, ob die Differenz zwischen dem Minimaldrucksollwert und dem Maximaldrucksollwert größer als ein variabler vorbestimmter Schwellenwert aus der Entscheidungsraute 68 ist. Der Wert für den vorbestimmten Druckdifferenzschwellwert zwischen dem Anodenminimaldruck und dem Anodenmaximaldruck hängt von verschiedenen Stapelbetriebsparametern, beispielsweise der Stromdichte und der Sensorauflösung, ab. Der Druckdifferenzschwellwert sollte zumindest größer als die Sensorauflösung sein, da sonst die Diagnosevorrichtung nicht ausgelöst werden wird.
  • Wenn die Differenz zwischen dem Minimaldrucksollwert und dem Maximaldrucksollwert größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, bestimmt der Algorithmus aus dem Flussdiagramm 50, dass der Anodendrucksensor korrekt funktioniert und der Algorithmus kehrt zum Kasten 54 zurück, um das oben diskutierte Verfahren zu wiederholen. Wenn der Algorithmus bestimmt, dass die Differenz zwischen dem Minimaldrucksollwert und dem Maximaldrucksollwert kleiner als der vorbestimmte Druckdifferenzschwellwert in der Entscheidungsraute 68 ist, wird im Kasten 70 eine Sensorfestsitzdiagnose ausgelöst und eine oder mehrere Hilfsaktionen werden im Kasten 72 unternommen.
  • Die Sensorfestsitzdiagnose im Kasten 70 umfasst eine Diagnose, die ausgelöst wird, wenn der Algorithmus bestimmt, dass die Differenz zwischen dem Minimaldrucksollwert und dem Maximaldrucksollwert kleiner als der vorbestimmte Druckschwellwert für mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Druckmessungen ist, was ein Schwellwert zum Vollenden der Diagnose ist, für eine vorbestimmte Anzahl der gesamten Messreihen. Die Hilfsaktionen aus dem Kasten 72 können das Einstellen des Anodendrucksollwerts auf einen bestimmten Wert umfassen, der nicht die Verwendung von Messungen von dem Anodendrucksensor 24 umfasst. Beispielsweise kann der Anodendrucksollwert auf 50 Kilopascal über einem kathodenseitigen Drucksollwert des Brennstoffzellenstapels 12 unter Verwendung einer Steuerung sein, was aus dem Stand der Technik bekannt ist. Nach dem Evaluieren der Diagnose des Algorithmus des Flussdiagramms 50 setzt der Algorithmus die minimalen und maximalen Druckwerte zurück und beginnt mit einer neuen Datenaufnahmeschleife gemäß dem Flussdiagramm 50 oben.
  • 3a zeigt einen Graph, bei dem die Zeit auf der horizontalen Achse und der Anodendruck in Kilopascal auf der vertikalen Achse aufgetragen sind. In diesem Beispiel werden alle 3 Sekunden die minimalen und maximalen Anodendrücke von den aufgenommenen Daten mit einem Druckdifferenzschwellwert von 6 Kilopascal extrahiert, um die Diagnose auszulösen. Der minimale und der maximale Anodendruck werden durch eine Zählschleife und eine If-then-else-Logik extrahiert: während jeder Messschleife wird der neue Druckwert den minimalen Druckwert ersetzen, wenn der Druckwert kleiner als der minimale Druckwert aus den vorhergehenden Messreihen ist. Wenn der Druckwert nicht kleiner als der minimale Druckwert aus den vorherigen Messreihen ist, wird der Algorithmus den minimalen Druckwert beibehalten. Wenn der Druckwert größer als der maximale Druckwert aus vorhergehenden Messreihen ist, wird dieser neue Druckwert den maximalen Druckwert ersetzen. Im anderen Fall wird der Algorithmus den maximalen Druckwert beibehalten. Wie in der 3a gezeigt ist, übersteigen das Druckmaximum mit dem Bezugszeichen 80 und das Druckminimum mit dem Bezugszeichen 82 den Druckdifferenzschwellwert von 6 Kilopascal, so dass die Sensorfestsitzdiagnose während des gesamten Zeitrahmens aus der 3a nicht ausgelöst wird.
  • 3b zeigt einen Graphen, bei dem die Zeit auf der horizontalen Achse und der Anodendruck in Kilopascal auf der vertikalen Achse aufgetragen sind. Analog zur 3a werden die minimalen und maximalen Anodendrücke alle 3 Sekunden aus den Messdaten extrahiert und ein Druckdifferenzschwellwert von 6 Kilopascal wird dazu verwendet, um die Diagnose auszulösen. Der Graph aus der 3b ist viel flacher als der Graph aus der 3a, so dass der maximale Druck mit dem Bezugszeichen 84 und der minimale Druck mit dem Bezugszeichen 86 beispielsweise den Druckdifferenzschwellwert von 6 Kilopascal nicht übersteigen. Da zumindest einer der Messwerte keine Druckdifferenz aufweist, die den Schwellwert von 6 Kilopascal übersteigt, wird die Sensorfestsitzdiagnose in der 3b ausgelöst. Obgleich die Sensorfestsitzdiagnose in der 3b ausgelöst wird, kann dies daher rühren, dass ein falscher Messwert vorliegt, da das Zeitintervall entweder zu kurz ist oder der Druckdifferenzschwellwert zu groß ist. Die Auswahl des Druckdifferenzschwellwerts und des Zeitintervalls ist kritisch, um einen Drucksensorfehler in der Anode des Brennstoffzellenstapels 12 akkurat zu detektieren. Demzufolge hilft das Einstellen sowohl des Druckdifferenzschwellwerts als auch des vorgesehenen Zeitintervalls dabei, den Algorithmus aus dem Flussdiagramm 50 robuster zu machen und auf verschiedene Brennstoffzellensystembetriebsbedingungen zu adaptieren, so dass ein Fehlalarm weniger wahrscheinlich auftritt.
  • Die vorhergehende Diskussion zeigt und beschreibt rein exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann kann leicht aus der Diskussion an den beigefügten Figuren und Patentansprüchen erkennen, dass zahlreiche Änderungen, Modifikationen und Variationen gemacht werden können, ohne dabei den Geist und den Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er mit den folgenden Patentansprüchen definiert ist.

Claims (8)

  1. Ein Verfahren zum Detektieren eines Anodendrucksensorausfalls in einem Brennstoffzellensystem umfassend: - Verwenden eines Reglers, um die folgenden Schritte auszuführen: - Einstellen eines Anfangsminimalanodendrucksensorwerts und eines Anfangsmaximalanodendrucksensorwerts; - Bestimmen eines Sollzeitintervalls zum Aufnehmen von Anodendruckmessungen und einer Gesamtzahl von Messreihen von Anodendruckmessungen, die durch den Regler von einem Anodendrucksensor gesammelt werden sollen, wobei das Sollzeitintervall zum Aufnehmen von Anodendruckmessungen basierend auf einer Kalibriertafel bestimmt wird, wobei die Kalibriertafel auf Brennstoffzellensystemfaktoren basiert, die die Brennstoffzellenstapelstromdichte umfassen; - Ersetzen des Minimalanfangsanodendrucksensorwerts durch einen gemessenen Anodenminimaldruckwert, wenn der gemessene Minimalanodendruck kleiner als der Minimalanfangsanodendruck ist; - Ersetzen des Maximalanfangsanodendrucksensorwerts durch einen gemessenen Maximalanodendruckwert, wenn der gemessene Maximalanodendruck kleiner als der Maximalanfangsanodendruck ist; - Vergleichen einer Druckdifferenz zwischen dem Anfangsminimalanodendruckwert oder dem ersetzten Minimalanodendruck und dem Anfangsmaximalanodendruckwert oder dem ersetzten Maximalanodendruckwert mit einem vorbestimmten Druckdifferenzschwellwert; und - Ausgeben eines Drucksensorfehlers, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Anfangsminimalanodendruck oder dem ersetzten Minimalanodendruck und dem Anfangsmaximalanodendruck oder dem ersetzten Maximalanodendruck kleiner als der vorbestimmte Druckdifferenzschwellwert für eine vorbestimmte Anzahl von Druckmessreihen ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sollzeitintervall zunimmt, wenn die Stromdichte abnimmt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Sollzeitintervall ungefähr 3 Sekunden bei einer hohen Brennstoffzellenstapelstromdichte beträgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Sollzeitintervall ungefähr 6 Sekunden bei einer niedrigen Brennstoffzellenstapelstromdichte beträgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Druckdifferenzschwellwert von der Anodendrucksensorauflösung abhängt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend das Ausführen von Hilfsaktionen, wenn der Drucksensorfehler auftritt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ausführen von Hilfsaktionen das Einstellen eines Anodendrucksollwerts auf einen vorbestimmten Wert über einem kathodenseitigen Drucksollwert unter Verwendung einer Steuerung umfasst.
  8. Ein System zum Detektieren eines Anodendrucksensorfehlers in einer Brennstoffzelle umfassend: - einen Brennstoffzellenstapel mit einer Anodenseite und einer Kathodenseite; - eine Anodeneinlassleitung, die ein Anodengas in den Brennstoffzellenstapel einführt; - eine Anodenrezirkulationsleitung, die ein Anodenabgas in die Anodeneinlassleitung rezirkuliert; - ein Anodendrucksensor in der Anodeneinlassleitung; und - ein Regler, der programmiert ist, um einen Fehler des Anodendrucksensors zu detektieren, wobei der Regler programmiert ist, um einen Minimalanfangsanodendrucksensorwert und einen Maximalanfangsanodendrucksensorwert einzustellen, wobei der Regler des Weiteren programmiert ist, um ein Sollzeitintervall zum Aufnehmen von Anodendruckmessungen und eine Gesamtzahl von Messreihen von Anodendruckmessungen, die von dem Anodendrucksensor aufgenommen werden sollen, zu bestimmen, wobei der Regler des Weiteren programmiert ist das Sollzeitintervall zum Aufnehmen von Anodendruckmessungen basierend auf einer Kalibriertafel zu bestimmen, wobei die Kalibriertafel auf Brennstoffzellensystemfaktoren basiert, die die Brennstoffzellenstapelstromdichte umfassen, wobei der Regler des Weiteren programmiert ist, eine Druckdifferenz zwischen dem Minimalanfangsanodendruckwert oder einem gemessenen Minimalanodendruckwert und dem Maximalanfangsanodendruckwert oder einem gemessenen Maximalanodendruckwert mit einem vorbestimmten Druckdifferenzschwellwert zu vergleichen und einen Drucksensorfehler anzuzeigen, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Minimalanfangsanodendruck oder dem gemessenen Minimalanodendruck und dem Maximalanfangsanodendruck oder dem gemessenen Maximalanodendruck kleiner ist als der vorbestimmte Druckdifferenzschwellwert.
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