DE102014225404A1 - Vorrichtung zum Feststellen eines Zustands eines Brennstoffzellenstapels und Verfahren hierzu - Google Patents

Vorrichtung zum Feststellen eines Zustands eines Brennstoffzellenstapels und Verfahren hierzu Download PDF

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Abstract

Offenbart werden eine Vorrichtung ein Verfahren zum Feststellen eines Zustands eines Brennstoffzellenstapels mit hoher Genauigkeit durch Reduzieren der Abweichung eines harmonischen Anteils, obwohl die Spannungsänderung des Brennstoffzellenstapels erheblich ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein harmonischer Anteil durch Konvertieren der Differenz zwischen der Spannung des Brennstoffzellenstapels und einer sich ändernden mittleren Spannung in eine Frequenz bestimmt und der Zustand des Brennstoffzellenstapels wird basierend auf der Größe des erfassten harmonischen Anteils festgestellt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Feststellen eines Zustands eines Brennstoffzellenstapels und ein Verfahren hierzu. Der Zustand eines Brennstoffzellenstapels kann mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der Erfindung mit hoher Genauigkeit festgestellt werden, auch wenn die Variation oder Veränderung in der Ausgabespannung (DC-Spannung) des Brennstoffzellenstapels erheblich ist.
  • Hintergrund
  • Eine Brennstoffzelle wandelt durch ein elektrochemisches Reagieren von Kraftstoffen in einem Stapel chemische Energie eines Kraftstoffs in elektrische Energie um, um Elektrizität zu erzeugen, im Gegensatz zu einer Verbrennung, welche Hitze erzeugt. Die Brennstoffzelle liefert elektrische Leistung für ein kleines elektrisches/elektronisches Produkt, insbesondere eine tragbare Vorrichtung, sowie eine Leistung für Industrie, Haushalt und Fahrzeuge.
  • Derzeit werden Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen oder Protonenaustausch-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC), welche die größten Leistungsdichten aufweisen, als Stromversorgungsquelle für ein Fahrzeug verwendet und sind infolgedessen am Meisten untersucht, da solche Brennstoffzellen eine schnelle Anlaufzeit und Leistungsumwandlungszeit aufgrund ihrer niedrigen Betriebstemperatur aufweisen.
  • Die PEMFC weist eine Membran-Elektrodeneinheit (MEA) auf, welche die Katalysator-Elektroden-Schichten für elektrochemische Reaktionen und die Fest-Polymer-Elektrolyt-Membran, wo die Katalysator-Elektroden-Schichten auf beiden Seiten davon angebracht sind und sich Protonen hindurch bewegen; eine Gasdiffusionsschicht (GDL), welche gleichmäßig das Reaktionsgas verteilt und die erzeugte elektrische Energie überträgt; eine Dichtung und Verriegelungseinrichtung zum Aufrechterhalten der Luftdichtheit und einer geeigneten Spannkraft oder Druckkraft von Reaktionsgasen und Kühlwasser; und eine bipolare Platte aufweist, wo sich Reaktionsgase und Kühlwasser bewegen.
  • Wenn der Brennstoffzellenstapel unter Verwendung der oben beschriebenen Elementarzellen-Komponenten zusammengebaut wird, ist die Kombination aus der MEA und der GDL im Innersten der Zelle angeordnet. Bei der MEA ist, wo die Katalysator-Elektroden-Schichten, wie eine Anode und eine Kathode, auf beiden Seiten der Polymer-Elektrolyt-Membran angebracht sind, für das Reagieren von Wasserstoff und Sauerstoff, sowie eine Gasdiffusionsschicht, eine Dichtung abwechselnd an dem äußeren Abschnitt laminiert, wo die Anode und die Kathode angeordnet sind.
  • Eine bipolare Platte ist außen an der Gasdiffusionsschicht angeordnet und die bipolare Platte liefert die Reaktionsgase wie Kraftstoff, Wasserstoff und Oxidationsmittel, Sauerstoff oder Luft. Des Weiteren ist ein Strömungsweg oder Durchlauf für durchlaufendes Kühlwasser in der bipolaren Platte ausgebildet.
  • Dann werden eine Vielzahl von Elementarzellen gestapelt und dann ein Stromabnehmer, eine Isolierplatte und eine Endplatte zum Halten der gestapelten Zellen an der äußersten Position kombiniert und der Brennstoffzellenstapel wird durch wiederholtes Stapeln und Abdichten der Elementarzellen zwischen den Endplatten aufgebaut.
  • Die Elementarzellen werden gestapelt, um eine ausreichende elektrische Spannung für eine Fahrzeugenergiequelle zu erhalten und im Folgenden wird auf das Stapeln von Elementarzellen als ein Stapel Bezug genommen. Zum Beispiel beträgt eine elektrische Spannung, die von einer Elementarzelle erzeugt wird, ungefähr 1.3 V und eine Anzahl von Zellen wird in Reihe gestapelt, um die Energie zum Fahren eines Fahrzeugs zu erzeugen.
  • Währenddessen wird in dem Brennstoffzellenfahrzeug ein Teil der ausgegebenen Spannung des Stapels verwendet, um den Zustand der Brennstoffzelle festzustellen oder zu bestimmen.
  • In der zugehörigen Technik wurde ein Verfahren zum Feststellen eines Zustands einer Brennstoffzelle entwickelt. Nachdem ein Wechselstrom, wie eine Sinuskurve, an den Brennstoffzellenstapel angelegt worden ist, wird die Ausgabespannung des Brennstoffzellenstapels gemessen und die gemessene Spannung frequenzkonvertiert, und der harmonische Anteil erfasst und dann der Zustand des Brennstoffzellenstapels bestimmt, durch Erfassen der Linearität oder Nicht-Linearität des Brennstoffzellenstapels basierend auf dem erfassten harmonischen Anteil.
  • Jedoch kann, da der harmonische Anteil durch Verwenden der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels bestimmt wird, wenn die Änderung der Ausgangsspannung erheblich ist, die Abweichung des harmonischen Anteils aufgrund der Vermischung des harmonischen Anteils durch die Spannungsänderung zunehmen und demzufolge die Genauigkeit der Erfassung des harmonischen Anteils reduziert werden.
  • Die obige Beschreibung der zugehörigen Technik der vorliegenden Erfindung dient lediglich als Hilfe zum Verstehen des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung und soll nicht so ausgelegt werden als in der zugehörigen Technik enthaltend, welche den Fachleuten bekannt ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Feststellen des Zustands eines Brennstoffzellenstapels mit hoher Genauigkeit bereit, durch Reduzieren der Abweichung eines harmonischen Anteils, auch wenn die Spannungsänderung des Brennstoffzellenstapels erheblich ist. Als solches kann ein harmonischer Anteil erfasst werden durch Konvertieren der Differenz zwischen der Spannung des Brennstoffzellenstapels und einer sich veränderten oder beweglichen mittleren Spannung in eine Frequenz und der Zustand des Brennstoffzellenstapels kann basierend auf der Größe des erfassten harmonischen Anteils festgestellt werden.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Vorrichtung zum Feststellen eines Zustands eines Brennstoffzellenstapels gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen: eine einen Wechselstrom anlegende Vorrichtung ausgebildet, um einen Wechselstrom an einen Gleichstrom eines Brennstoffzellenstapels anzulegen; einen Spannungsmesser, der ausgebildet ist, eine Spannung des Brennstoffzellenstapels zu messen; einen eine veränderbare mittlere Spannung berechnenden Rechner, der ausgebildet ist, eine sich verändernde mittlere Spannung basierend auf der Spannung, die durch den Spannungsmesser gemessen wird, zu berechnen; ein Spannungsdifferenz-Rechner, welcher ausgebildet ist eine Differenz zwischen der Spannung des Brennstoffzellenstapels, welche durch den Spannungsmesser gemessen wird, und der sich verändernden mittleren Spannung zu berechnen, welche durch den eine veränderbare mittlere Spannung berechnenden Rechner berechnet wird; ein VF-(Spannungs-Frequenz)Umrichter, der ausgebildet ist, ein Ergebnis, das von dem Spannungsdifferenzrechner berechnet wurde, in eine Frequenz umzuwandeln; und eine Diagnosevorrichtung, die ausgebildet ist, den Zustand des Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Größe von harmonischen Anteilen in der durch den VF-Umrichter umgewandelten Frequenz festzustellen.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Verfahren zum Feststellen eines Zustands eines Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Erfindung aufweisen: Anlegen eines Wechselstroms an einen Gleichstrom einer Brennstoffzelle durch eine Vorrichtung zum Anlegen eines Wechselstroms; Messen einer Spannung des Brennstoffzellenstapels durch einen Spannungsmesser; Berechnen einer sich verändernden Spannung basierend auf der gemessenen Spannung durch einen eine veränderbare mittlere Spannung berechnenden Rechner; Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Spannung des Brennstoffzellenstapels und der berechneten sich verändernden mittleren Spannung durch einen Spannungsdifferenzrechner; Umwandeln der berechneten Spannungsdifferenz in eine Frequenz durch einen VF-(Spannungs-Frequenz)Umrichter; und Feststellen des Zustands des Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Größe der harmonischen Anteile in der konvertierten Frequenz durch eine Diagnosevorrichtung.
  • Ferner werden Brennstoffzellensysteme bereitgestellt, die eine Vorrichtung der Erfindung verwenden oder aufweisen, wie sie oben beschrieben ist, um den Zustand des Stapels aus Brennstoffzellen mit hoher Genauigkeit festzustellen. Ferner werden weiter Fahrzeuge bereitgestellt, die eine Vorrichtung der Erfindung verwenden oder aufweisen, wie sie oben beschrieben ist, um den Zustand eines Brennstoffzellenstapels mit hoher Genauigkeit festzustellen. Zusätzlich werden Brennstoffzellensysteme oder Fahrzeuge bereitgestellt, welche die Vorrichtung, die das Verfahren wie es oben beschrieben wird, verwendet, um den Zustand des Brennstoffzellenstapels mit hoher Genauigkeit festzustellen.
  • Gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Zustand des Brennstoffzellenstapels mit hoher Genauigkeit festgestellt werden, durch das Reduzieren der Abweichungen von harmonischen Anteilen, obwohl die Spannungsänderung des Brennstoffzellenstapels erheblich ist. Zum Beispiel kann ein harmonischer Anteil durch Konvertieren der Differenz zwischen der Spannung des Brennstoffzellenstapels und einer sich veränderten mittleren Spannung in eine Frequenz erfasst werden und der Zustand des Brennstoffzellenstapels kann basierend auf der Größe des erfassten harmonischen Anteils festgestellt werden.
  • Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden unten offenbart.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nun aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher, in welchen:
  • 1 eine beispielhafte Vorrichtung zum Feststellen eines Zustands eines exemplarischen Brennstoffzellenstapels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 2 ein beispielhaftes Diagramm darstellt, welches die Durchführung oder die Performance einer beispielhaften Vorrichtung zum Feststellen eines Zustands eines exemplarischen Brennstoffzellenstapels gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 eine beispielhafte Stapel-Spannung einer exemplarischen Brennstoffzelle, wenn die Änderung der Ausgangsspannung eines Brennstoffzellenstapels erhöht ist, und ein beispielhaftes Ergebnis darstellt, bei welchem eine sich ändernde mittlere Spannung von einer beispielhaften Stapel-Spannung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgezogen wird.
  • 4 eine beispielhafte Stapel-Spannung einer exemplarischen Brennstoffzelle, wenn die Änderung einer Ausgangsspannung eines exemplarischen Brennstoffzellenstapels reduziert ist, und ein exemplarisches Ergebnis darstellt, bei welchem eine sich ändernde mittlere Spannung von einer beispielhaften Stapel-Spannung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgezogen wird.
  • 5 ein beispielhaftes Verfahren zum Feststellen eines Zustands eines exemplarischen Brennstoffzellenstapels gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die hierin verwendete Terminologie wird zum Zwecke der Beschreibung lediglich besonderer Ausführungsformen verwendet und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung zu beschränken. Wie hierin verwendet ist es beabsichtigt, dass die Singularformen „ein”, „eine” und „der, die, das” auch die Pluralformen umfassen, außer es ist in dem Kontext eindeutig anders angegeben. Es ist weiter so zu verstehen, dass die Begriffe „aufweisen” und/oder „aufweisend” wenn sie hierin in der Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten präzisieren, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderer Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder” jede sowie alle Kombinationen von einer oder mehrerer der oben aufgelisteten Punkte.
  • Sofern es nicht speziell ausgeführt oder aus dem Kontext offensichtlich ist, soll der hierin verwendete Begriff „ungefähr” als innerhalb eines normalen Toleranzbereichs in der Technik verstanden werden, zum Beispiel innerhalb 2 Standard-Abweichungen des Durchschnittswerts. „Ungefähr” kann verstanden werden als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0.5%, 0.1%, 0.05% oder 0.01% des genannten Werts. Sofern nicht anderweitig eindeutig aus dem Kontext hervorgeht, werden alle hierin angegebenen numerischen Werte modifiziert durch den Begriff „ungefähr”.
  • Obwohl eine beispielhafte Ausführungsform derart beschrieben wird, dass sie eine Vielzahl von Geräten oder Einrichtungen aufweist, die den beispielhaften Prozess durchführen, soll es so verstanden werden, dass die beispielhaften Prozesse auch durch eine oder mehrere Module durchgeführt werden können. Zusätzlich ist es so zu verstehen, dass sich der Begriff „Steuerung/Steuergerät” auf eine Hardwarevorrichtung bezieht, welche einen Speicher und einen Prozessor aufweist. Der Speicher ist ausgebildet, die Module zu speichern und der Prozessor ist speziell konfiguriert, um diese Module auszuführen, ein oder mehrere Prozesse durchzuführen, welche hierin unten weiter beschrieben sind.
  • Ferner kann eine Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nicht-flüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium enthalten sein, welches ausführbare Programmanweisungen aufweist, die durch einen Prozessor, eine Steuerung/ein Steuergerät oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Medien enthalten, ohne darauf beschränkt zu sein, ROM, RAM, Kompaktdisks, (CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppy Disks, Flash-Laufwerke, Smartcards und optische Datenspeichervorrichtungen. Computerlesbare Aufzeichnungsmedien können auch in Netzwerken, die mit Computersystemen verbunden sind, verteilt werden, so dass die computerlesbaren Medien gespeichert und verteilt abzuarbeiten sind, zum Beispiel durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
  • Die vorgenannten Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden offensichtlicher durch die unten aufgeführte detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen und infolgedessen kann der Fachmann den technischen Geist der vorliegenden Erfindung leicht verkörpern.
  • Ferner ist in der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn festgestellt wird, dass die detaillierte Beschreibung der bezogen auf die vorliegende Erfindung zugehörigen Technik den Kern der vorliegenden Erfindung unnötigerweise vernebelt, diese detaillierte Beschreibung hierzu entsprechend wegzulassen.
  • Im Folgenden werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
  • 1 stellt eine beispielhafte Vorrichtung zum Feststellen eines Zustands eines exemplarischen Brennstoffzellenstapels gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
  • Wie in 1 gezeigt ist, kann eine Vorrichtung zum Feststellen eines Zustands eines Brennstoffzellenstapels aufweisen: einen Brennstoffzellenstapel 10, eine einen Wechselstrom anlegende Vorrichtung 20, einen Verbraucher 30, einen Spannungsmesser 40, einen Rechner zur Berechung einer sich ändernden mittleren Spannung 50, einen Rechner für eine Spannungsdifferenz 60, einen VF-(Spannungs-Frequenz)Umrichter 70 und eine Diagnosevorrichtung 80. Der Brennstoffzellenstapel 10, die Vorrichtung zum Anlegen eines Wechselstroms 20, der Verbraucher 30, der Spannungsmesser 40, der Rechner zum Berechnen einer sich ändernden mittleren Spannung 50, der Rechner 60 zum Berechnen einer Spannungsdifferenz, der VF-Umrichter 70 und die Diagnosevorrichtung 80 können durch eine Steuerung oder einen Controller betätigt werden.
  • Der Brennstoffzellenstapel 10 stellt Energie für das Fahren eines Fahrzeugs bereit.
  • Die Vorrichtung zum Anlegen eines Wechselstroms 20 kann ausgebildet sein, einen Wechselstrom Iac an den Gleichstrom IStapel, welcher an den Verbraucher 30 (engl. load) geliefert wird, derart anzulegen, dass die Komponente der Wechselspannung in der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 in Erscheinung tritt. Wenn der Wechselstrom an den Gleichstrom angelegt oder auf diesen angewendet wird, welcher an den Verbraucher 30 geliefert wird, können die Komponenten der Wechselspannung in der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 erscheinen oder in Erscheinung treten.
  • Der Strom IVerbraucher, wie er hierin verwendet wird, wird dargestellt als IVerbraucher = IStapel + Iac. Als solches können der Gleichstrom IStapel und der Wechselstrom Iac addiert und dem Verbraucher 30 geliefert werden.
  • Der Spannungsmesser 40 kann die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels messen.
  • Der eine sich ändernde mittlere Spannung berechnende Rechner 50 kann die veränderliche mittlere Spannung berechnen basierend auf der durch den Spannungsmesser 40 gemessenen Spannung. Der eine sich ändernde mittlere Spannung berechnende Rechner 50 kann die veränderliche mittlere Spannung einer alternierenden oder abwechselnden Periodizität durch Verwendung folgender [Gleichung 1] berechnen. [Gleichung 1]
    Figure DE102014225404A1_0002
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich N auf die Nummer des Musters (engl. sample) in Periode 1 und n bezieht sich auf eine Reihenfolge der veränderlichen mittleren Spannung.
  • Der Rechner zur Berechnung einer Spannungsdifferenz 60 kann ausgebildet sein, die Differenz zu berechnen, welche dargestellt wird als VStapel – VMov, wenn die Spannung VStapel des Brennstoffzellenstapels 10 durch den Spannungsmesser 40 gemessen wird und die sich verändernde mittlere Spannung VMov durch den eine sich ändernde mittlere Spannung berechnenden Rechner 50 berechnet wird.
  • Der VF-Umrichter (Spannungs-Frequenz-Umrichter) 70 kann ausgebildet sein, das Ergebnis VStapel – VMov, das durch den Spannungsdifferenzrechner 60 berechnet wurde, in eine Frequenz umzuwandeln basierend auf einer FFT-(Fast Fourier Transformation)Konvertierung.
  • Die Diagnosevorrichtung 80 kann ausgebildet sein, den Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 festzustellen basierend auf der Größe eines harmonischen Anteils in der durch den VF-Umrichter 70 umgewandelten Frequenz.
  • Mit anderen Worten die Diagnosevorrichtung 80 kann ausgebildet sein, den Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 als einen abnormen Zustand zu bestimmen, wenn die Größe des harmonischen Anteils größer als ein erster Schwellenwert ist. Die Diagnosevorrichtung 80 kann ausgebildet sein, den Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 als einen Normalzustand zu bestimmen, wenn die Größe des harmonischen Anteils gleich oder kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist. Insbesondere kann der erste Schwellenwert größer sein als der zweite Schwellenwert oder der erste Schwellenwert kann gleich dem zweiten Schwellenwert sein.
  • Üblicherweise ist die Spannungs-/Strom-Charakteristik der Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 während des Betriebs in dem Normalzustand linear, und die Spannungs-/Strom-Charakteristik der Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 während des Betriebs in einem abnormalen Zustand nicht-linear. Dem entsprechend wird, wenn die Nicht-Linearität der Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 gemessen wird, der Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 als abnormaler Zustand bestimmt.
  • Zusätzlich kann sich, wenn ein sinusförmiger Strom einem Verbraucherstrom (engl. load current) hinzugefügt wird und der Verbraucherstrom angelegt wird, die Spannung des normalen Brennstoffzellenstapels 10 in dem linearen Bereich ändern und die Spannung des abnormalen Brennstoffzellenstapels 10 kann sich in dem nicht-linearen Bereich ändern.
  • Ferner kann die Nicht-Linearität als ein harmonischer Anteil in der Frequenzanalyse auftreten, während die Spannung des normalen Brennstoffzellenstapels 10 zeigt, dass die Größe des harmonischen Anteils reduziert ist, kann die Spannung des abnormalen Brennstoffzellenstapels 10 zeigen, dass die Größe des harmonischen Anteils erhöht ist.
  • 2 zeigt eine Performance oder ein Ergebnis einer exemplarischen Vorrichtung zum Feststellen eines Zustands eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 2 bezieht sich „210” auf die Spannung des Brennstoffzellenstapels 10; „220” bezieht sich auf die Magnitude des harmonischen Anteils, der erfasst wird durch Verwenden der Spannung des Brennstoffzellenstapels 10; und „230” bezieht sich auf die Magnitude des harmonischen Anteils, der erfasst wird durch Verwenden des Ergebnisses aus VStapel – VMov, berechnet durch den Spannungsdifferenzrechner 60. Ein Luft-SR (Stöchiometrie-Verhältnis) von 3 kann auch darauf hinweisen, dass der Brennstoffzellenstapel 10 normal funktioniert und ein Luft-SR von 1.5 kann darauf hinweisen, dass der Brennstoffzellenstapel 10 abnormal funktioniert.
  • Wie in 2 gezeigt, kann „220” angeben, dass die Größenänderung des harmonischen Anteils erhöht ist, und „230” kann angeben, dass die Größe des harmonischen Anteils reduziert ist.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 zu dem Zeitpunkt 221, dessen Größe der harmonischen Anteile erhöht ist, wenn die Änderung erhöht ist.
  • 4 zeigt eine beispielhafte Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 zu dem Zeitpunkt 222, dessen Größe der harmonischen Anteile reduziert ist, wenn die Änderung reduziert ist. Des Weiteren ist ein Beispiel in 4 gezeigt.
  • Dem entsprechend kann durch die 2 bis 4 hindurch das herkömmliche Verfahren, welches die Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 verwendet, empfindlich auf Spannungsänderungen des Brennstoffzellenstapels 10 reagieren, so dass die Abweichung der Größe der harmonischen Anteile groß ist. Im Gegensatz dazu kann das Verfahren, welches das Ergebnis VStapel – VMov verwendet, welches durch den Spannungsdifferenzrechner 60 gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet wird, nicht durch Änderungen der Spannung empfindlich beeinflusst werden, so dass die Änderung oder Abweichungen der Größe der harmonischen Anteile klein ist.
  • 5 ist ein beispielhaftes Verfahren zum Feststellen eines Zustands eines exemplarischen Brennstoffzellenstapels gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die eine Wechselspannung anlegende Vorrichtung 20 kann ausgebildet sein, einen Wechselstrom an den Gleichstrom des Brennstoffzellenstapels 10 (501) anzulegen.
  • Anschließend kann der Spannungsmesser 40 ausgebildet sein, die Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 (502) zu messen.
  • Dann kann der eine sich ändernde mittlere Spannung berechnenden Rechner 50 ausgebildet sein, die sich verändernde mittlere Spannung basierend auf der Spannung, die durch den Spannungsmesser 40 (503) gemessen wird, zu berechnen.
  • Der Spannungsdifferenzrechner 60 kann ausgebildet sein, die Differenz (im Folgenden Spannungsdifferenz) zu berechnen zwischen der Spannung des Brennstoffzellenstapels, welche durch den Spannungsmesser 40 gemessen wird, und der sich verändernden mittleren Spannung, die durch den eine sich ändernde mittlere Spannung berechnenden Rechner 50 (504) berechnet wird.
  • Dann kann der VF-(Spannungs-Frequenz)Umrichter 70 ausgebildet sein, die von dem Spannungsdifferenzrechner 60 berechnete Spannungsdifferenz in eine Frequenz (505) umzuwandeln.
  • Die Diagnosevorrichtung 80 kann ausgebildet sein, den Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 basierend auf der Größe der harmonischen Anteile in der durch den VF-Umrichter 70 (506) gewandelte oder konvertierte Frequenz festzustellen.
  • Zusätzlich kann, wie oben beschrieben, das Verfahren der vorliegenden Erfindung als ein Computerprogramm implementiert werden und Code und Codesegmente, die das Programm bilden, können einfach durch einen Computerprogrammierer der zugehörigen Technik gefolgert oder erschlossen werden. Ferner kann das erzeugte Programm in einem Aufzeichnungsmedium (Informationsspeichermedium) computerlesbar, lesbar und ausführbar durch einen Computer gespeichert werden, wobei hierbei das Verfahren der vorliegenden Erfindung implementiert ist. Und das Aufzeichnungsmedium weist alle Arten von Aufzeichnungsmedien auf, welche durch einen Computer ausgelesen werden können.
  • Wie oben beschrieben ist, obwohl die vorliegende Erfindung durch besondere oder spezielle Anordnungen und Figuren beschrieben wird, das technische Konzept der Erfindung nicht auf die zuvor genannten Ausführungsformen beschränkt und es können vielfältige Modifikationen und Änderungen innerhalb der Äquivalente des technischen Konzepts der vorliegenden Erfindung und der beigefügten Ansprüche durch Fachleute durchgeführt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Stapel aus Brennstoffzellen
    20
    Vorrichtung zum Anlegen von Wechselstrom
    30
    Verbraucher
    40
    Spannungsmesser
    50
    Rechner zum Berechnen einer sich ändernden mittleren Spannung
    60
    Spannungsdifferenzrechner
    70
    VF-Wandler
    80
    Diagnosevorrichtung

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Feststellen eines Zustands eines Brennstoffzellenstapels aufweisend: eine Vorrichtung zum Anlegen eines Wechselstroms, welche ausgebildet ist einen Wechselstrom an einem Gleichstrom des Brennstoffzellenstapels anzulegen; einen Spannungsmesser, welcher ausgebildet ist eine Spannung des Brennstoffzellenstapels zu messen; einen eine sich ändernde mittlere Spannung berechnenden Rechner, welcher ausgebildet ist eine sich ändernde mittlere Spannung basierend auf der durch den Spannungsmesser gemessenen Spannung zu berechnen; einen Spannungsdifferenzrechner, welcher ausgebildet ist eine Differenz zwischen der gemessenen Spannung des Brennstoffzellenstapels und der berechneten sich ändernden mittleren Spannung zu berechnen; einen VF-(Spannungs-Frequenz)Umrichter, welcher ausgebildet ist, ein berechnetes Ergebnis in eine Frequenz zu konvertieren; und eine Diagnosevorrichtung welche ausgebildet ist, den Zustand des Brennstoffzellenstapels festzustellen basierend auf einer Größe von harmonischen Anteilen in der konvertierten Frequenz.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Diagnosevorrichtung ausgebildet ist, den Zustand des Brennstoffzellenstapels als einen abnormalen Zustand zu bestimmen, wenn die Größe der harmonischen Anteile größer als ein erster Schwellenwert ist und Bestimmen, dass der Zustand des Brennstoffzellenstapels ein normaler Zustand ist, wenn die Größe der harmonischen Anteile gleich oder kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste Schwellenwert einen größeren Wert als der zweite Schwellenwert aufweist.
  4. Verfahren zum Feststellen eines Zustands eines Brennstoffzellenstapels aufweisend: Anlegen eines Wechselstroms an einen Gleichstrom des Brennstoffzellenstapels durch eine Steuerung; Messen einer Spannung des Brennstoffzellenstapels durch die Steuerung; Berechnen einer sich ändernden mittleren Spannung basierend auf der gemessenen Spannung durch die Steuerung; Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Spannung des Brennstoffzellenstapels und der berechneten sich ändernden mittleren Spannung durch die Steuerung; Konvertieren der berechneten Spannungsdifferenz in eine Frequenz durch die Steuerung; und Feststellen des Zustands des Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Größe von harmonischen Anteilen in der konvertierten Frequenz durch die Steuerung.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, ferner aufweisend: Bestimmen durch die Steuerung, dass der Zustand des Brennstoffzellenstapels ein abnormaler Zustand ist, wenn die Größe der harmonischen Anteile größer als ein erster Schwellenwert ist; und Bestimmen durch die Steuerung, dass der Zustand des Brennstoffzellenstapels ein normaler Zustand ist, wenn die Größe der harmonischen Anteile gleich oder kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste Schwellenwert einen größeren Wert aufweist als der zweite Schwellenwert.
  7. Brennstoffzellensystem aufweisend eine Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Feststellen eines Zustands des Brennstoffzellenstapels.
  8. Fahrzeug aufweisend ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, um einen Zustand des Brennstoffzellenstapels festzustellen.
  9. Nicht-flüchtiges computerlesbares Medium, welches Programmanweisungen enthält, die durch eine Steuerung ausgeführt werden, wobei das computerlesbare Medium aufweist: Programmanweisungen, die einen Wechselstrom an einen Gleichstrom des Brennstoffzellenstapels anlegt; Programmanweisungen, die eine Spannung des Brennstoffzellenstapels messen; Programmanweisungen, die eine sich verändernde mittlere Spannung berechnen basierend auf der gemessenen Spannung; Programmanweisungen, die eine Differenz zwischen der gemessenen Spannung des Brennstoffzellenstapels und der berechneten sich ändernden mittleren Spannung berechnen; Programmanweisungen, die die berechnete Spannungsdifferenz in eine Frequenz konvertieren; und Programmanweisungen, die den Zustand des Brennstoffzellenstapels basierend auf einer Größe von harmonischen Anteilen in der konvertierten Frequenz feststellen.
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