DE102015008293A1

DE102015008293A1 - Verfahren zur Dichtheitsprüfung

Info

Publication number: DE102015008293A1
Application number: DE102015008293.0A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Beutler; Jörg Osten-Fabeck
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2016-12-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung einer Dichtheit zumindest einer Komponente (K1 bis K3) zumindest einer Brennstoffzelle (1) einer Brennstoffzellenvorrichtung (V). Erfindungsgemäß weisen eine Zuführleitung (3 bis 5) der Brennstoffzellenvorrichtung (V) zur Zuführung eines Mediums zur Komponente (K1 bis K3) der zumindest einen Brennstoffzelle (1) und eine Abführleitung (6 bis 8) der Brennstoffzellenvorrichtung (V) zur Abführung eines Mediums von der Komponente (K1 bis K3) der zumindest einen Brennstoffzelle (1) jeweils eine von der jeweiligen Leitung (3 bis 8) abzweigende Anschlussstelle (A1, A2) auf, wobei die Dichtheit der zumindest einen Komponente (K1 bis K3) im in der Brennstoffzellenvorrichtung (V) installierten Zustand durchgeführt wird, indem in die Anschlussstellen (A1, A2) zur Abdichtung der jeweiligen Leitung (3 bis 8) jeweils ein zu seiner Volumenvergrößerung mit einem Füllmedium befüllbares Abdichtelement (2) eingeführt wird, welches mit dem Füllmedium befüllt wird, bis es einen Querschnitt der jeweiligen Leitung (3 bis 8) vollständig ausfüllt und die jeweilige Leitung (3 bis 8) abdichtet und wobei anschließend die Dichtheit der Komponente (K1 bis K3) überprüft wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung zumindest einer Komponente zumindest einer Brennstoffzelle einer Brennstoffzellenvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, die Dichtheit eines Brennstoffzellenstapels mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen in einem von der Brennstoffzellenvorrichtung entkoppelten Zustand zu testen, in welchem der Brennstoffzellenstapel nicht an Medienzuführleitungen und Medienabführleitungen der Brennstoffzellenvorrichtung angeschlossen ist.
Aus der DE 37 26 258 C2 sind eine Vorrichtung zum Absperren von rohrförmigen Transportleitungen für Flüssigkeit oder Gas und ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung bekannt. Die Vorrichtung besteht aus einer um die Transportleitung zu legenden und an dieser fest anzubringenden Schelle mit einem Rohransatz, einen am Rohransatz angebrachten Absperrschieber, einen am Absperrschieber angebrachten weiteren Rohrstück und einen am Rohrstück, Absperrschieber und Rohransatz in die Transportleitung einbringbaren stabförmigen Finger. Der Finger trägt an seinem unteren Ende zwei kreissegmentförmige Flügel, die quer zur Achse der Transportleitung ausbringbar sind und deren äußere Umfangskante derart gestaltet ist, dass sie mit dem Finger den Querschnitt der Transportleitung nahezu ausfüllen. An dem Finger und/oder an den Flügeln sind Abdichtmittel angebracht, die an die Innenwand der Transportleitung anlegbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Dichtheitsprüfung zumindest einer Komponente zumindest einer Brennstoffzelle einer Brennstoffzellenvorrichtung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Dichtheitsprüfung zumindest einer Komponente zumindest einer Brennstoffzelle einer Brennstoffzellenvorrichtung, wobei eine Zuführleitung der Brennstoffzellenvorrichtung zur Zuführung eines Mediums zur Komponente der zumindest einen Brennstoffzelle und eine Abführleitung der Brennstoffzellenvorrichtung zur Abführung eines Mediums von der Komponente der zumindest einen Brennstoffzelle jeweils eine von der jeweiligen Leitung abzweigende Anschlussstelle aufweisen, wird die Dichtheit der zumindest einen Komponente im in der Brennstoffzellenvorrichtung installierten Zustand durchgeführt, indem in die Anschlussstellen zur Abdichtung der jeweiligen Leitung jeweils ein zu seiner Volumenvergrößerung mit einem Füllmedium befüllbares Abdichtelement eingeführt wird, welches mit dem Füllmedium befüllt wird, bis es einen Querschnitt der jeweiligen Leitung vollständig ausfüllt und die jeweilige Leitung abdichtet und wobei anschließend die Dichtheit der Komponente überprüft wird.
Mittels der in die Anschlussstellen eingeführten Abdichtelemente wird ein Medienraum der zumindest einen Komponente der zumindest einen Brennstoffzelle von einem Systemraum der auch als Brennstoffzellensystem bezeichneten Brennstoffzellenvorrichtung fluidisch entkoppelt, d. h. er wird insbesondere von einem Mediumreservoir und von einem Mediumabfluss der Brennstoffzellenvorrichtung fluidisch entkoppelt und gegenüber diesen abgedichtet, so dass der Medienraum der zumindest einen Komponente hinsichtlich seiner Dichtheit überprüft werden kann. Insbesondere kann mittels des Verfahrens die Dichtheit eines Anodenmedienraums, eines Kathodenmedienraums und einer Kühleinheit als Komponente der Brennstoffzelle überprüft werden.
Vorzugsweise wird dabei nicht lediglich die jeweilige Komponente einer einzelnen Brennstoffzelle auf Dichtheit geprüft, sondern es werden die entsprechenden Komponenten einer Mehrzahl, bevorzugt aller Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstapels der Brennstoffzellenvorrichtung überprüft. Die jeweils gleichartigen Komponenten der Brennstoffzellen sind fluidisch miteinander verbunden und werden über eine gemeinsame Zuführleitung mit dem jeweiligen Medium versorgt und ein jeweils abzuführendes Medium wird über eine gemeinsame Abführleitung abgeführt, so dass vorzugsweise diese Leitungen auf die oben beschriebene Weise abgedichtet werden und dann die Dichtheitsprüfung aller gleichartigen Komponenten der Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels durchgeführt wird, d. h. die gemeinsame Dichtheitsprüfung aller Anodenmedienräume, die gemeinsame Dichtheitsprüfung aller Kathodenmedienräume und/oder die gemeinsame Dichtheitsprüfung aller Kühleinheiten des Brennstoffzellenstapels.
Zur Durchführung des Verfahrens ist es in besonders vorteilhafter Weise nicht erforderlich, die Leitungen der Brennstoffzellenvorrichtung zur Zuführung bzw. Abführung des jeweiligen Mediums aufzutrennen, d. h. beispielsweise den Brennstoffzellenstapel auszubauen, um die zumindest eine Komponente der Brennstoffzelle oder der Mehrzahl von Brennstoffzellen hinsichtlich der Dichtheit zu überprüfen.
Zudem ermöglicht das Verfahren eine erhebliche Zeitersparnis bei einer erforderlichen Durchführung der Dichtheitsprüfung der zumindest einen Komponente der Brennstoffzelle oder der Mehrzahl von Brennstoffzellen.
Das Verfahren ist besonders vorteilhaft für Brennstoffzellenvorrichtungen, welche in Fahrzeugen installiert sind oder für Fahrzeuge vorgesehen sind. Es ist zur Dichtheitsprüfung beispielsweise nicht erforderlich, die Brennstoffzelle oder die Mehrzahl von Brennstoffzellen, beispielsweise den Brennstoffzellenstapel, aus einem Teststand oder einem Fahrzeug auszubauen und zu demontieren, um die Dichtheitsprüfung durchzuführen, wodurch ein Aufwand zur Dichtheitsprüfung erheblich verringert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 schematisch eine Schnittdarstellung einer in einer Brennstoffzellenvorrichtung installierten Brennstoffzelle.
In der einzigen Figur ist eine Schnittdarstellung einer in einer Brennstoffzellenvorrichtung V installierten Brennstoffzelle 1 gezeigt. Die Brennstoffzelle 1 ist zweckmäßigerweise in einem nicht näher dargestellten Brennstoffzellenstapel aus einer Mehrzahl von Brennstoffzellen 1 angeordnet, so dass ein im Folgenden anhand der einen Brennstoffzelle 1 geschildertes Verfahren zweckmäßigerweise gleichzeitig für mehrere oder vorzugsweise für alle Brennstoffzellen 1 des Brennstoffzellenstapels gleichzeitig durchgeführt wird. Die Brennstoffzellenvorrichtung V, welche auch als Brennstoffzellensystem bezeichnet wird und welche beispielsweise zur Energieversorgung zumindest eines elektrischen Antriebsmotors und/oder zumindest einer Traktionsbatterie in einem Fahrzeug installiert ist, umfasst die zumindest eine Brennstoffzelle 1, bevorzugt zumindest einen Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen 1, sowie Zuführleitungen 3 bis 5 zur Zuführung von Medien, genauer gesagt von Betriebsmedien und eines Kühlmediums, zur Brennstoffzelle 1 oder zum Brennstoffzellenstapel und Abführleitungen 6 bis 8 zur Abführung von Medien, genauer gesagt von Abfallproduktmedien und/oder des nicht verbrauchten Betriebsmediums bzw. des Kühlmediums, von der Brennstoffzelle 1 oder vom Brennstoffzellenstapel. Des Weiteren umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung V hier nicht dargestellte entsprechende Medienreservoirs und weitere Komponenten. Bei den Betriebsmedien handelt es sich beispielsweise um Sauerstoff und Wasserstoff. Ein Abfallproduktmedium ist beispielsweise Wasser.
Die jeweilige Brennstoffzelle 1 umfasst drei Komponenten K1, K2, K3, deren Dichtheit mittels des im Folgenden beschriebenen Verfahrens zu prüfen ist. Bei der ersten Komponente K1 handelt es sich um einen Anodenmedienraum zur Zuführung des ersten Betriebsmediums zu einer Anode der Brennstoffzelle 1, bei der zweiten Komponente K2 um einen Kathodenmedienraum zur Zuführung des zweiten Betriebsmediums zu einer Kathode der Brennstoffzelle 1 und bei der dritten Komponente K3 um eine vom Kühlmedium durchströmte Kühleinheit der Brennstoffzelle 1.
Um einen Aufwand bei einer Dichtheitsprüfung der Komponenten K1 bis K3 zu verringern, indem es zumindest nicht erforderlich ist, die Brennstoffzelle 1 oder den Brennstoffzellenstapel aus der Brennstoffzellenvorrichtung V herauszulösen und zu demontieren, um eine Dichtheitsprüfung vorzunehmen, ist vorgesehen, die Leitungen 3 bis 8 abzudichten und dadurch die Brennstoffzelle 1 oder den Brennstoffzellenstapel fluiddicht von den Leitungen 3 bis 8 zu entkoppeln. Dazu wird eine von der jeweiligen Leitung 3 bis 8 abzweigende Anschlussstelle A1, A2 genutzt, wobei es sich bei diesen Anschlussstellen A1, A2 jeweils vorzugsweise um bereits vorhandene Sensoranschlussstellen zur Einführung einer nicht gezeigten Sensoreinheit in die jeweilige Leitung 3 bis 8 handelt.
In einem ersten Verfahrensschritt werden beispielsweise jeweils als Ballon ausgebildete Abdichtelemente 2, welche zu ihrer Volumenvergrößerung mit einem Füllmedium befüllbar sind, in die Anschlussstellen A1, A2 eingeführt. Ist das jeweilige Abdichtelement 2 über die entsprechende Anschlussstelle A1, A2 in die jeweilige Leitung 3 bis 8 eingeführt, wird das jeweilige Abdichtelement 2 mit dem Füllmedium, insbesondere mit einem Gas, beispielsweise Luft, befüllt, bis es einen Querschnitt der jeweiligen Leitung 3 bis 8 vollständig ausfüllt und die jeweilige Leitung 3 bis 8 fluiddicht abdichtet.
Dadurch, dass die Leitungen 3 bis 8 mittels des jeweiligen Abdichtelementes 2 fluidisch abgedichtet sind, ist ein Medienraum der jeweiligen Komponente K1 bis K3 von einem jeweiligen Systemraum der Brennstoffzellenvorrichtung V abgekoppelt. Die Komponenten K1 bis K3 sind nun beispielsweise noch mit dem jeweiligen Medium befüllt, so dass die Dichtheitsprüfung hierüber erfolgen kann. Zweckmäßigerweise werden sie jedoch nach dem Abdichten jeweils mit einem Testmedium beaufschlagt, so dass auf diese Weise die Dichtheitsprüfung durchgeführt wird. Zur Zuführung des Testmediums und/oder beispielsweise zur Druckprüfung weisen im dargestellten Beispiel die Zuführleitungen 3 bis 5 jeweils eine weitere Anschlussstelle S auf, welche beispielsweise ebenfalls üblicherweise zum Anschluss eines Sensors vorgesehen ist, d. h. als ein so genannter Sensorport ausgebildet ist. In anderen Beispielen können derartige weitere Anschlussstellen S alternativ oder zusätzlich auch in den Abführleitungen 6 bis 8 vorgesehen sein. Über diese weiteren Anschlussstellen S kann das jeweilige Testmedium, vorzugsweise ein fluidisches, insbesondere gasförmiges, Testmedium, beispielsweise Luft, der jeweiligen Komponente K1 bis K3 zugeführt werden. D. h. die jeweilige Komponente K1 bis K3 wird mit dem Testmedium und mit einem vorgegebenen Druck des Testmediums beaufschlagt. Über eine Druckmessung kann eine eventuelle Undichtigkeit durch einen daraus resultierenden Druckabfall festgestellt werden.
Für diese Dichtheitsprüfung ist es nicht erforderlich, die Brennstoffzelle 1 oder den Brennstoffzellenstapel aus der Brennstoffzellenvorrichtung V auszubauen.
Mittels des Verfahrens kann eine Brennstoffzelle 1 oder können eine Mehrzahl von Brennstoffzellen 1, beispielsweise ein Brennstoffzellenstapel, als integraler Bestandteil einer Brennstoffzellenvorrichtung V sowohl im Bereich einer Entwicklung und Produktion, beispielsweise auf einem Prüfstand, als auch im in einem Brennstoffzellenfahrzeug verbauten Zustand in einem Werkstattbereich überprüft werden, wobei bei einem Brennstoffzellenfahrzeug durch das Verfahren die Kosten für eine Wartung und Reparatur verringert werden können.
Bezugszeichenliste

1: Brennstoffzelle
2: Abdichtelement
3: erste Zuführleitung
4: zweite Zuführleitung
5: dritte Zuführleitung
6: erste Abführleitung
7: zweite Abführleitung
8: dritte Abführleitung
A1: untere Anschlussstelle
A2: obere Anschlussstelle
K1: erste Komponente
K2: zweite Komponente
K3: dritte Komponente
S: Sensorport
V: Brennstoffzellenvorrichtung

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

DE 3726258 C2 [0003]

Claims

Verfahren zur Überprüfung einer Dichtheit zumindest einer Komponente (K1 bis K3) zumindest einer Brennstoffzelle (1) einer Brennstoffzellenvorrichtung (V), dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführleitung (3 bis 5) der Brennstoffzellenvorrichtung (V) (3 bis 5) zur Zuführung eines Mediums zur Komponente (K1 bis K3) der zumindest einen Brennstoffzelle (1) und eine Abführleitung (6 bis 8) der Brennstoffzellenvorrichtung (V) zur Abführung eines Mediums von der Komponente (K1 bis K3) der zumindest einen Brennstoffzelle (1) jeweils eine von der jeweiligen Leitung (3 bis 8) abzweigende Anschlussstelle (A1, A2) aufweisen, wobei die Dichtheit der zumindest einen Komponente (K1 bis K3) im in der Brennstoffzellenvorrichtung (V) installierten Zustand durchgeführt wird, indem in die Anschlussstellen (A1, A2) zur Abdichtung der jeweiligen Leitung (3 bis 5) jeweils ein zu seiner Volumenvergrößerung mit einem Füllmedium befüllbares Abdichtelement (2) eingeführt wird, welches mit dem Füllmedium befüllt wird, bis es einen Querschnitt der jeweiligen Leitung (3 bis 8) vollständig ausfüllt und die jeweilige Leitung (3 bis 8) abdichtet und wobei anschließend die Dichtheit der Komponente (K1 bis K3) überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als jeweilige Anschlussstelle (A1, A2) zur Einführung des jeweiligen Abdichtelementes (2) eine jeweilige Sensoranschlussstelle zum Einbringen einer jeweiligen Sensoreinheit in die jeweilige Leitung (3 bis 8) genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als jeweiliges Abdichtelement (2) ein Ballon verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (K1 bis K3) nach dem Abdichten mit einem Testmedium beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtheit zumindest einer jeweiligen Komponente (K1 bis K3) einer Mehrzahl von Brennstoffzellen (1) eines Brennstoffzellenstapels der Brennstoffzellenvorrichtung (V) überprüft wird, wobei die Zuführleitung (3 bis 5) der Brennstoffzellenvorrichtung (V) zur Zuführung des Mediums zur jeweiligen Komponente (K1 bis K3) der Mehrzahl von Brennstoffzellen (1) und die Abführleitung (6 bis 8) der Brennstoffzellenvorrichtung (V) zur Abführung des Mediums von der jeweiligen Komponente (K1 bis K3) der Mehrzahl von Brennstoffzellen (1) jeweils eine von der jeweiligen Leitung (3 bis 8) abzweigende Anschlussstelle (A1, A2) aufweisen, wobei die Dichtheit der jeweiligen Komponente (K1 bis K3) der Mehrzahl von Brennstoffzellen (1) im in der Brennstoffzellenvorrichtung (V) installierten Zustand durchgeführt wird, indem in die Anschlussstellen (A1, A2) zur Abdichtung der jeweiligen Leitung (3 bis 8) jeweils ein zu seiner Volumenvergrößerung mit dem Füllmedium befüllbares Abdichtelement (2) eingeführt wird, welches mit dem Füllmedium befüllt wird, bis es den Querschnitt der jeweiligen Leitung (3 bis 8) vollständig ausfüllt und die jeweilige Leitung (3 bis 8) abdichtet und wobei anschließend die Dichtheit der jeweiligen Komponente (K1 bis K3) der Mehrzahl von Brennstoffzellen (1) überprüft wird.