DE102013114363A1 - Fehlfunktionsdiagnosevorrichtung und verfahren basierend auf stromerfassung eines brennstoffzellenstapels - Google Patents

Fehlfunktionsdiagnosevorrichtung und verfahren basierend auf stromerfassung eines brennstoffzellenstapels Download PDF

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Abstract

Bereitgestellt wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose einer Fehlfunktion eines Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Messung eines Stapelstroms. Die Vorrichtung umfasst einen Wechselstromerzeugungsschaltkreis, der so aufgebaut ist, dass er einen Wechselstrom an einen Brennstoffzellenstapel anlegt, welcher durch einen Basisbetriebsstrom (Gleichstrom) betrieben wird; einen Strommessschaltkreis, der so aufgebaut ist, dass er einen Strom des Brennstoffzellenstapels misst, welcher durch den an den Brennstoffzellenstapel angelegten Gleichstrom verursacht wird; und ein Micom, welches so aufgebaut ist, dass es eine Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels auf der Basis eines Strommessergebnisses des Strommessschaltkreises diagnostiziert.

Description

  • HINTERGRUND
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, die in der Lage sind, eine Fehlfunktion eines Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Messung eines Stapelstroms zu diagnostizieren.
  • Eine Brennstoffzelle ist eine Art Energieerzeugungsvorrichtung, welche chemische Energie durch eine elektrochemische Reaktion in einem Stapel in elektrische Energie umwandelt, anstatt die chemische Energie durch Verbrennung in Hitze umzuwandeln. Brennstoffzellen können zur Lieferung von Energie für industrielle und Heimverwendung und zum Antreiben eines Fahrzeugs verwendet werden, und ebenso zur Lieferung von Energie für kleine elektrische/elektronische Vorrichtungen, insbesondere tragbare Gerät, verwendet werden.
  • Heutzutage, werden Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (auch bekannt als Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle) (PEMFC) mit der höchsten Energiedichte unter verschiedenen Typen von Brennstoffzellen am intensivsten als Energiequellen zum Antreiben von Fahrzeugen studiert. Die PEMFC hat eine kurze Startzeit und Energieumwandlungsreaktionszeit aufgrund ihrer niedrigen Betriebstemperatur.
  • Die PEMFC enthält eine Membranelektrodeneinheit (MEA), in der eine Katalysatorelektrodenschicht, wo eine elektrochemische Reaktion auftritt, auf beiden Seiten einer festen Polymerelektrolytmembran angebracht ist, durch welche sich Wasserstoffionen bewegen, eine Gasdiffusionsschicht (GLD), welche Reaktionsgase gleichförmig verteilt und erzeugte elektrische Energie liefert, eine Dichtung und eine Koppelungseinheit zum Beibehalten der Hermetizität zwischen den Reaktionsgasen und Kühlwasser sowie eines angemessenen Kopplungsdrucks, und eine bipolare Platte, welche die Reaktionsgase und das Kühlwasser transferiert.
  • Wenn ein Brennstoffzellenstapel unter Verwendung der Einheitszellen mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau, der MEA und GDL, zusammengebaut wird, sind Hauptkomponenten der Zelle im innersten Teil der Zelle angeordnet. Die MEA enthält eine Katalysatorelektrodenschicht, d. h. eine Anode und eine Kathode, in denen ein Katalysator auf beiden Seiten der Polymerelektrolytmembran aufgebracht ist, sodass Wasserstoff mit Sauerstoff reagieren kann. Die Gasdiffusionsschicht, die Dichtung und dgl. sind in einem Abschnitt außerhalb eines Bereichs, in dem Anode und Kathode platziert sind, gestapelt.
  • Die Bipolarplatte, auf der ein Strömungsfeld definiert ist, ist an einem Außenabschnitt der Gasdiffusionsschicht positioniert. Das Reaktionsgas (Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff oder Luft als Oxidationsmittel) wird geliefert und das Kühlwasser führt durch das Strömungsfeld hindurch. Eine Vielzahl an Einheitszellen, die den vorstehend beschriebenen Aufbau haben, wird gestapelt, und dann werden ein Stromkollektor, eine Isolierplatte und eine Endplatte zum Unterstützen der gestapelten Zellen an die äußerste Zelle gekoppelt. Hierbei werden die Einheitszellen wiederholt zwischen den Endplatten gestapelt und aneinandergekoppelt, um einen Brennstoffzellenstapel zu erhalten.
  • Um das tatsächlich in dem Fahrzeug erforderliche Potenzial zu sichern, müssen soviele Einheitszellen gestapelt werden, wie Potenzial erforderlich ist, und ein Stapel bedeutet ein gestapelter Aufbau der Einheitszellen. Eine Einheitszelle erzeugt ein Potential von ungefähr 1,3 V, und eine Vielzahl an Zellen werden in Serie gestapelt, um Energie zu erzeugen, die zum Antreiben eines Fahrzeugs erforderlich ist.
  • Da eine Zellenspannung verwendet wird, um eine Stapel-Leistungsfähigkeit, einen Betriebszustand und eine Fehlfunktion zu überprüfen, und auch um ein System auf verschiedene Weisen zu steuern, wie beispielsweise eine Strömungsratensteuerung eines Reaktionsgases in Brennstoffzellenfahrzeugen, wird die Zellenspannung durch Verbindern einer Bipolarplatte mit einer Zellenspannungsmessungsvorrichtung über ein Verbindungselement und einen Draht gemessen.
  • Ein Stand der Technik zur vorliegenden Erfindung ist in einer koreanischen Patentregistrierung Nr. 10-1090705 (Titel der Erfindung: Verfahren zur Diagnose eines Zustands eines Brennstoffzellenstapels, registriert am 1. Dezember 2011) offenbart.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose von Fehlfunktionen eines Brennstoffzellenstapels bereit, wobei das Verfahren und die Vorrichtung in der Lage ist, die Fehlfunktionen des Brennstoffzellenstapels über Frequenzanalyse eines Stapelstroms zu diagnostizieren.
  • Das Merkmal der vorliegenden Erfindung, ist nicht auf das vorstehend genannte beschränkt, sondern andere Merkmale, die hierin nicht beschrieben sind, werden durch jene, die mit dem Stand der Technik vertraut sind, aus der nachfolgenden Beschreibung klar verstanden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Diagnose einer Fehlfunktion eines Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Messung eines Stapelstroms: einen Wechselstromerzeugungsschaltkreis, der so aufgebaut ist, dass er einen Wechselstrom an einen Brennstoffzellenstapel anlegt, welcher durch einen Basisbetriebsstrom (Gleichstrom) betrieben wird; einen Strommessschaltkreis, der so aufgebaut ist, dass er einen Strom des Brennstoffzellenstapels misst, welcher durch den an den Brennstoffzellenstapel angelegten Gleichstrom verursacht wird; und ein Micom, welches so aufgebaut ist, dass es eine Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels auf der Basis eines Strommessergebnisses des Strommessschaltkreises diagnostiziert.
  • Der Strommessschaltkreis kann eine Filtereinheit enthalten, die so aufgebaut ist, dass sie einen Strom des Brennstoffzellenstapels filtert, und den Strom des Brennstoffzellenstapels auf der Basis eines Ausgangssignals (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit misst.
  • Die Filtereinheit kann einen Bandpassfilter (BPF) enthalten, der so aufgebaut ist, dass er ein Signal eines vorab festgesetzten Frequenzbandes aus dem Strom des Brennstoffzellenstapels filtert.
  • Die Filtereinheit kann einen Hochpassfilter (HPF) enthalten, der so aufgebaut ist, dass er ein Signal eines Hochfrequenzbandes aus dem Strom des Brennstoffzellenstapels filtert.
  • Das Micom kann aufweisen: eine Frequenzumwandlungseinheit die so aufgebaut ist, dass sie das Ausgangssignal (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit frequenzwandelt, um eine Frequenzkomponente zu erfassen und zu analysieren; und eine Arithmetikeinheit, die so aufgebaut ist, dass sie eine harmonische Verzerrung auf der Basis eines Analyseergebnisses der Frequenzumwandlungseinheit berechnet, um eine Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels zu diagnostizieren.
  • Die Frequenzumwandlungseinheit kann so aufgebaut sein, dass sie das Ausgangssignal (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit unter Verwendung einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) frequenzwandelt.
  • Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Diagnose einer Fehlfunktion eines Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Messung eines Stapelstroms: Anlegen eines Wechselstroms, durch einen Wechselstromerzeugungsschaltkreis, an einen Brennstoffzellenstapel der von einem Basisbetriebsstrom (Gleichstrom) betrieben wird; Messen eines Stroms eines Brennstoffzellenstapels, durch einen Wechselstromerzeugungsschaltkreis, der durch den Wechselstrom verursacht wird, welcher an den Brennstoffzellenstapel angelegt wird; und Diagnostizieren der Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels, durch eine Micom, auf der Basis eines Strommessergebnisses des Strommessschaltkreises.
  • Das Messen des Stroms des Brennstoffzellenstapels kann umfassen: Filtern des Stroms des Brennstoffzellenstapels durch eine Filtereinheit; und Messen des Stroms des Brennstoffzellenstapels auf der Basis eines Ausgangssignals (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit.
  • Die Diagnose der Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels kann umfassen: Frequenzwandeln des Ausgangssignals (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit durch eine Frequenzumwandlungseinheit, um eine Frequenzkomponente zu erfassen und zu analysieren; und Berechnen einer harmonischen Verzerrung auf der Basis eines Analyseergebnisses der Frequenzumwandlungseinheit durch eine Arithmetikeinheit, um die Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels zu diagnostizieren.
  • Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung und deren Umsetzungsverfahren werden durch die folgenden Ausführungsbeispielen ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Jedoch kann die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt sein, und soll nicht als auf die Ausführungsbeispiele, wie sie nachfolgend offenbart sind, begrenzt verstanden werden. Vielmehr sind diese Ausführungsbeispiele bereitgestellt, sodass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Rahmen der vorliegenden Erfindung vollständig jenen, die mit dem Stand der Technik vertraut sind, näher bringt. Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung nur durch den Rahmen der beigefügten Ansprüche definiert. Überall kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Beispielhafte Ausführungsformen können mehr im Detail aus der folgenden Beschreibung in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, in denen Folgendes dargestellt ist:
  • 1 ist ein Schaltdiagramm, welches eine Vorrichtung zur Diagnose einer Fehlfunktion eines Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Messung eines Stapelstroms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 2 bis 4 veranschaulichen einen Ablauf, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, zum Analysieren einer Frequenz eines Stapelstroms, um zu diagnostizieren, ob der Brennstoffzellenstapel fehlerhaft ist oder nicht;
  • 5 bis 7 sind Flussdiagramme, welche Verfahren zum Diagnostizieren einer Fehlfunktion eines Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Messung eines Stapelstroms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Eine typische Fehlfunktionsdiagnosevorrichtung eines Brennstoffzellenstapels bestimmt die Fehlfunktion durch Injizieren eines Wechselstroms in einen Stapel, Erfassen einer Spannung des Stapels, und Berechnen einer gesamten harmonischen Verzerrung (THD) unter Verwendung von Analyseergebnissen einer schnellen Fouriertransformation (FFT), um zu erfassen, ob der Stapel defekt ist.
  • Wenn zusätzlich bei einem Betriebsstrom ein sinusförmiger Strom verwendet wird, wird eine Spannung einer normalen Zelle in einem linearen Abschnitt verändert und eine Spannung einer abnormalen Zelle in einem nicht linearen Abschnitt verändert. Hierbei ist ein Strom des Stapels die Summe des Basisbetriebsstroms und des sinusförmigen Stroms. Bei den Messungen der Spannung des Stapels gegenüber dem Strom des Stapels, hat die Spannung der normalen Zelle eine niedrige THD verursacht durch Stromwandlung, wohingegen die Spannung der abnormalen Zelle eine breite Spannungsamplitude und eine hohe THD entsprechend zu einer Veränderung in einem Zellenstrom hat.
  • Die THD wird durch Summieren der Spannungen der normalen Zelle und abnormalen Zelle des Stapels gemessen. Die typische Fehlfunktionsdiagnosevorrichtung eines Brennstoffzellenstapels berechnet die THD über Frequenzanalyse der Stapelspannung, um die Zellenspannung zu diagnostizieren, wobei bestimmt wird, ob der Brennstoffzellenstapel fehlerhaft ist oder nicht.
  • Als Elemente der typischen Fehlfunktionsdiagnosevorrichtung des Brennstoffzellenstapels wird die Vorrichtung durch drei Hauptelemente gebildet, d. h. einer Injektionseinheit eines Stapels, einer Messeinheit einer Stapelspannung und einer Fehlfunktionsdiagnoseeinheit.
  • Solch eine typische Fehlfunktionsdiagnosevorrichtung des Brennstoffzellenstapels erfordert einen komplizierten Filterentwurf um eine Störung von Fahrzeugen und Gleichstromkomponenten zu entfernen, um eine Spannung zu messen und folglich erfordert der Aufbau einer typischen Vorrichtung viele Bauteile auf einem Bereich einer Leiterplatte (PCB) aufgrund des komplizierten Filterentwurfs.
  • Folglich stellt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose einer Fehlfunktion eines Brennstoffzellenstapels bereit, in denen ein Spannungsmessschaltkreis nicht nötig ist, weil THD nicht durch Messung einer Stapelspannung berechnet wird, wie im Stand der Technik offenbart, sondern durch Messung eines Stapelstroms und der FFT-Analyseergebnisse berechnet wird.
  • Ein Strommessschaltkreis ist für ein typisches Brennstoffzellensystem essenziell und folglich wird eine Strommessung unter Verwendung eines typischen Stromsensors durchgeführt, was folglich ermöglicht, die Anzahl von Bauteilen und die Fläche auf der Leiterplatte zu verringern.
  • Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen vollständiger unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist ein Schaltdiagramm, welches eine Vorrichtung zur Diagnose einer Fehlfunktion eines Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Messung eines Stapelstroms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Bezug nehmend auf 1 umfasst eine Vorrichtung 100 zur Diagnose einer Fehlfunktion eines Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Messung eines Stapelstroms einen Wechselstromerzeugungsschaltkreis 110, einen Strommessschaltkreis 120 und eine Micom 130.
  • Der Wechselstromerzeugungsschaltkreis 110 legt einen Wechselstrom an den Brennstoffzellenstapel 110 an, der durch einen Basisbetriebsstrom (Gleichstrom) betrieben wird. Hierbei bezieht sich der Wechselstrom, der an den Brennstoffzellenstapel angelegt wird, auf einen injizierten Strom, der in 1 dargestellt ist.
  • Der Wechselstromerzeugungsschaltkreis 110 erzeugt den Wechselstrom, um den Wechselstrom an den Brennstoffzellenstapel 101 über eine Energiequelle 112 und einen Entstörkondensator 114 anzulegen (zu injizieren).
  • Der Entstörkondensator 114 entkoppelt den Wechselstrom und den Gleichstrom, sodass der Wechselstrom, der durch den Wechselstromerzeugungsschaltkreis 110 erzeugt wird, in eine Gleichspannung des Brennstoffzellenstapels 101 injiziert wird.
  • Der Strommessschaltkreis 120 misst einen Strom des Brennstoffzellenstapels 101, der durch den Wechselstrom verursacht wird, welcher an den Brennstoffzellenstapel 101 angelegt wird.
  • Der Strommessschaltkreis 120 kann eine Filtereinheit (nicht dargestellt) enthalten, welche den Strom des Brennstoffzellenstapels 101 filtert.
  • Der Strommessschaltkreis 120 kann den Strom des Brennstoffzellenstapels 101 auf der Basis eines Ausgangssignals (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit messen. Das heißt der Strommessschaltkreis 120 kann den Strom des Brennstoffzellenstapels 101 durch Entfernen einer Gleichstromkomponente aus dem Strom des Brennstoffzellenstapels 101 messen und nur eine Wechselstromkomponente filtern.
  • Für diesen Zweck kann die Filtereinheit einen Bandpassfilter (BPF) enthalten, der ein Signal eines vorab festgesetzten Frequenzbands (beispielsweise 300 Hz) aus dem Strom des Brennstoffzellenstapels 101 filtert. Außerdem kann die Filtereinheit einen Hochpassfilter (HPF) enthalten, der ein Signal eines Hochfrequenzbandes aus dem Strom des Brennstoffzellenstapels 101 filtert.
  • Die Micom 130 diagnostiziert eine Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels 101 auf der Basis eines Strommessergebnisses des Strommessschaltkreises 120.
  • Zu diesem Zweck, obwohl dies nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, kann die Micom 130 eine Frequenzumwandlungseinheit und eine Arithmetikeinheit enthalten.
  • Die Frequenzumwandlungseinheit kann das Ausgangssignal (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit, die in dem Strommessschaltkreis 120 enthalten ist, frequenzwandeln, um dadurch eine Frequenzkomponente zu erfassen und zu analysieren. Hierbei kann die Frequenzumwandlungseinheit das Ausgangssignal (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit unter Verwendung einer schnellen Fouriertransformation (FFT) frequenzwandeln.
  • Die Arithmetikeinheit kann eine harmonische Verzerrung auf der Basis von Analyseergebnissen der Frequenzumwandlungseinheit berechnen, um die Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels zu diagnostizieren.
  • 2 bis 4 veranschaulichen einen Ablauf, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, zum Analysieren einer Frequenz eines Stapelstroms, um zu diagnostizieren, ob der Brennstoffzellenstapel fehlerhaft ist oder nicht.
  • Zunächst ist der Stapelstrom aus 1 die Summe der Wechselstrom- und Gleichstrom-Komponenten, wie in 2 dargestellt. Der Stapelstrom kann durch den HPF aus 3 gefiltert werden, und wenn er durch den HPF hindurchführt, kann der resultierende Stapelstrom eine Wellenform (Wechselstromkomponente), wie in 4 dargestellt, haben. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels durch Analysieren der Frequenz des Stapelstroms der Wechselstromkomponente zu diagnostizieren.
  • 5 bis 7 sind Flussdiagramme, welche Verfahren zum Diagnostizieren einer Fehlfunktion eines Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Messung eines Stapelstroms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • Zunächst unter Bezugnahme auf die 1 und 5 legt der Wechselstromerzeugungsschaltkreis 110, bei Vorgang 510, einen Wechselstrom an den Brennstoffzellenstapel 101 an, der von einem Basisbetriebsstrom (DC) betrieben wird.
  • Danach, bei Vorgang 520, misst der Strommessschaltkreis 120 den Strom des Brennstoffzellenstapels 101, der durch den Wechselstrom verursacht wird, welcher an dem Brennstoffzellenstapel 101 angelegt wird.
  • Hierbei wird ein Prozess zum Messen des Stroms des Brennstoffzellenstapels 101 durch den Strommessschaltkreis 120 folgendermaßen beschrieben.
  • Das heißt, unter Bezugnahme auf 6, bei Vorgang 610, filtert der Strommessschaltkreis 120 den Strom des Brennstoffzellenstapels 101 durch die Filtereinheit.
  • Bei Vorgang 620 misst der Strommessschaltkreis 120 den Strom des Brennstoffzellenstapels 101 auf der Basis eines Ausgangssignals (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit.
  • Erneut Bezug nehmend auf die 1 und 5, bei Vorgang 530, diagnostiziert die Micom 130 eine Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels 101 auf der Basis eines Strommessergebnisses des Strommessschaltkreises 120.
  • Hierbei wird ein Prozess zum Diagnostizieren der Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels 101 durch die Micom 130 folgendermaßen beschrieben.
  • Das heißt, Bezug nehmend auf 7, bei Vorgang 710, frequenzwandelt die Micom 130 das Ausgangssignal (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit über die Frequenzumwandlungseinheit, um eine Frequenzkomponente zu erfassen und zu analysieren.
  • Danach, bei Vorgang 720, diagnostiziert die Micom 130 die Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels 101 durch Berechnen einer THD auf der Basis eines Analyseergebnisses der Frequenzumwandlungseinheit.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann die Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels über eine Frequenzanalyse des Stapelstroms diagnostizieren. Das heißt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn der gemessene Strom des Stapels durch den HPF hindurchführt, verbleibt nur die Wechselstromkomponente, und die Frequenzumwandlung und Fehlfunktionsdiagnose kann durchgeführt werden, indem schließlich die verbleibende Wechselstromkomponente gemessen wird.
  • Da die Stapelspannung mit dem Stapelstrom variiert, kann die Fehlfunktion diagnostiziert werden, selbst über Analyse des Stapelstroms ohne das Erfordernis die Stapelspannung zu messen. Deshalb ist es gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung möglich, die Anzahl an Bauteilen und eine Fläche der Leiterplatte zu verringern, da der Strom durch Verwendung eines existierenden Stromsensors (Strommessschaltkreis) gemessen wird.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen ein computerlesbares Medium einschließlich Programminstruktionen zum Ausführen eines Betriebs, der durch verschiedene Computer realisiert wird. Das computerlesbare Medium kann Programminstruktionen, lokale Datendateien und lokale Daten alleine oder Kombinationen davon enthalten. Das Medium kann speziell für die vorliegende Erfindung entworfen und konfiguriert sein, oder kann ein Bekanntes sein und somit jenen die mit dem Stand der Technik vertraut sind verfügbar sein. Beispiele für das computerlesbare Aufzeichnungsmedium umfassen ein magnetisches Medium, wie beispielsweise Festplatten, Disketten und Magnetbänder, optische Aufzeichnungsmedien, wie beispielsweise CD-ROMs und DVDs, magnetisch-optische Medien, wie beispielsweise Floptical Discs, sowie Hardware-Geräte, wie beispielsweise nur Lesespeicher (ROM), Lese-Schreib-Speicher (RAM) und Flash-Speicher und dgl., um die Programminstruktionen auszuführen und zu speichern. Beispielsweise enthalten die Programminstruktionen einen Maschinencode, der durch einen Kompilierer erzeugt wird und ebenfalls Code höherer Programmiersprachen, die durch Computer auszuführen sind, in denen ein Interpreter oder dgl. verwendet wird.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Diagnose einer Fehlfunktion eines Brennstoffzellenstapels über Frequenzanalyse eines Stapelstroms implementiert. Deshalb wird der Strom unter Verwendung des existierenden Stromsensors (Strommessschaltkreis) gemessen und folglich kann eine Anzahl an Komponenten und eine Fläche der Leiterplatte verringert werden.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele in der detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, kann die detaillierte Beschreibung geändert werden, ohne außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung zu sein. Deshalb ist der Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht durch die detaillierte Beschreibung der Erfindung definiert, sondern durch die beigefügten Ansprüche und sämtliche Unterschiede innerhalb des Rahmens sollen als in der vorliegenden Erfindung befindlich verstanden werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die begrenzten Ausführungsbeispiele und Zeichnungen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsbeispiele beschränkt. Desweitern ist jenen, die mit dem Stand der Technik vertraut sind, ersichtlich, dass verschiedene Veränderungen bzgl. der Form oder Details darin durchgeführt werden können. Deshalb sollte der Geist und der Rahmen der vorliegenden Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche und deren gleiche oder äquivalente Modifikationen als zum Rahmen der vorliegenden Erfindung gehörig definiert sein.
  • 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
    • KR 10-1090705 [0009]

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Diagnose einer Fehlfunktion eines Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Messung eines Stapelstroms, die Vorrichtung umfasst: einen Wechselstromerzeugungsschaltkreis, der so aufgebaut ist, dass er einen Wechselstrom an einen Brennstoffzellenstapel anlegt, welcher durch einen Basisbetriebsstrom (Gleichstrom) betrieben wird; einen Strommessschaltkreis, der so aufgebaut ist, dass er einen Strom des Brennstoffzellenstapels misst, welcher durch den an den Brennstoffzellenstapel angelegten Gleichstrom verursacht wird; und ein Micom, welches so aufgebaut ist, dass es eine Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels auf der Basis eines Strommessergebnisses des Strommessschaltkreises diagnostiziert.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Strommessschaltkreis eine Filtereinheit enthält, die so aufgebaut ist, dass sie einen Strom des Brennstoffzellenstapels filtert, und den Strom des Brennstoffzellenstapels auf der Basis eines Ausgangssignals (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit misst.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Filtereinheit einen Bandpassfilter (BPF) enthält, der so aufgebaut ist, dass er ein Signal eines vorab festgesetzten Frequenzbandes aus dem Strom des Brennstoffzellenstapels filtert.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Filtereinheit einen Hochpassfilter (HPF) enthält, der so aufgebaut ist, dass er ein Signal eines Hochfrequenzbandes aus dem Strom des Brennstoffzellenstapels filtert.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Micom aufweist: eine Frequenzumwandlungseinheit die so aufgebaut ist, dass sie das Ausgangssignal (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit frequenzwandelt, um eine Frequenzkomponente zu erfassen und zu analysieren; und eine Arithmetikeinheit, die so aufgebaut ist, dass sie eine harmonische Verzerrung auf der Basis eines Analyseergebnisses der Frequenzumwandlungseinheit berechnet, um eine Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels zu diagnostizieren.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Frequenzumwandlungseinheit so aufgebaut ist, dass sie das Ausgangssignal (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit unter Verwendung einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) frequenzwandelt.
  7. Verfahren zur Diagnose einer Fehlfunktion eines Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Messung eines Stapelstroms, das Verfahren umfasst: Anlegen eines Wechselstroms, durch einen Wechselstromerzeugungsschaltkreis, an einen Brennstoffzellenstapel, der von einem Basisbetriebsstrom (Gleichstrom) betrieben wird; Messen eines Stroms eines Brennstoffzellenstapels, durch einen Wechselstromerzeugungsschaltkreis, der durch den Wechselstrom verursacht wird, welcher an den Brennstoffzellenstapel angelegt wird; und Diagnostizieren der Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels, durch eine Micom, auf der Basis eines Strommessergebnisses des Strommessschaltkreises.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Messen des Stroms des Brennstoffzellenstapels umfasst: Filtern des Stroms des Brennstoffzellenstapels durch eine Filtereinheit; und Messen des Stroms des Brennstoffzellenstapels auf der Basis eines Ausgangssignals (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Diagnose der Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels umfasst: Frequenzwandeln des Ausgangssignals (Wechselstromkomponente) der Filtereinheit durch eine Frequenzumwandlungseinheit, um eine Frequenzkomponente zu erfassen und zu analysieren; und Berechnen einer harmonischen Verzerrung auf der Basis eines Analyseergebnisses der Frequenzumwandlungseinheit durch eine Arithmetikeinheit, um die Fehlfunktion des Brennstoffzellenstapels zu diagnostizieren.
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