DE102015225117A1 - Method, means of locomotion and electronic control unit for monitoring an operation of a fuel cell of a means of locomotion - Google Patents

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Abstract

Es werden ein elektronisches Steuergerät, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Impedanzspektroskopie einer Brennstoffzelle (1) eines Fortbewegungsmittels (10) vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte:
– Ermitteln eines Bedarfes zur Untersuchung der Brennstoffzelle (1) mittels Impedanzspektroskopie bezüglich einer vordefinierten Eigenschaft,
– Ermitteln von Änderungen eines vordefinierten Betriebszustandes einer elektrischen Komponente des Fortbewegungsmittels (10),
– Ermitteln, dass der geänderte Betriebszustand der elektrischen Komponente (2) einen geeigneten Lastzustand für die Brennstoffzelle (1) zur Ermittlung der vordefinierten Eigenschaft aufweist, und
– Aufzeichnen einer die Impedanz der Brennstoffzelle (1) beschreibenden Kenngröße über der Zeit auf Basis des Lastzustandes.
An electronic control unit, a means of locomotion as well as a method for impedance spectroscopy of a fuel cell (1) of a means of locomotion (10) are proposed. The method comprises the steps:
Determining a need to examine the fuel cell (1) by means of impedance spectroscopy with respect to a predefined property,
Determining changes in a predefined operating state of an electrical component of the means of locomotion (10),
- Determining that the changed operating state of the electrical component (2) has a suitable load state for the fuel cell (1) for determining the predefined property, and
- Recording a characteristic of the impedance of the fuel cell (1) characteristic over time based on the load condition.

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Figure DE102015225117A1_0001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Fortbewegungsmittel sowie ein elektronisches Steuergerät zur Überwachung eines Betriebs einer Brennstoffzelle eines Fortbewegungsmittels. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine ressourcenschonende Auswertung des Zustandes einer Brennstoffzelle mittels einer Impedanzspektroskopie. The present invention relates to a method, a means of locomotion and an electronic control unit for monitoring an operation of a fuel cell of a means of locomotion. In particular, the present invention relates to a resource-conserving evaluation of the state of a fuel cell by means of impedance spectroscopy.

Brennstoffzellen sind aufgrund ihrer Bauart (Reihenschaltung einzelner Spannungsquellen) auf eine bestimmte Spannungslage ausgelegt. Elektrische Antriebsstränge in Fahrzeugen beinhalten weitere Spannungsquellen mit je nach Lastpunkt wechselnden Spannungslagen. Die bereitgestellte elektrische Leistung wird in ein Bus-System eingespeist, aus dem sich mehrere Verbraucher versorgen. Hierfür wird ein Spannungswandler zwischen die Brennstoffzelle und den elektrischen Bus geschaltet. Dieser Spannungswandler kann aktiv eingesetzt werden, um die Brennstoffzelle auf ihren momentanen Betriebszustand und/oder auf Beschädigungen zu untersuchen. Hierbei wird eine zusätzliche Frequenz auf das Lastsignal aufgeprägt und die Spannungsantwort des Systems im Frequenzbereich ausgewertet (auch bekannt als "Impedanzspektroskopie"). Einzelne Verbraucher, die Betriebsstrategie, Umwelteinflüsse oder schad-/fehlerhafte Komponenten können zu zusätzlichen, hochfrequenten Anregungen führen, die an den elektrochemisch aktiven Schichten zu reversiblen oder sogar irreversiblen Schädigungen führen können. Die Brennstoffzelle kann gemäß dem Stand der Technik aufgrund ihrer Medienversorgung, der Betriebshistorie und Ungleichmäßigkeiten der reaktanten Verteilung ihre elektrische Eigenschaft stark (insbesondere nachteilig) verändern. Eine aktive Impedanzspektroskopie erfordert indes eine definierte Anregung, die z. B. per Fast Fourier Transformation (FFT) zu analysieren ist und nicht in allen Betriebszuständen verfügbar sein kann. Zudem ist eine Fast Fourier Transformation für die in derzeitigen Fahrzeugbordnetzen zur Verfügung stehende Rechenleistung trotz ihrer reduzierten Instruktionen ein rechenaufwendiger Vorgang, durch welchen andere Prozesse im Informationsbordnetz beeinträchtigt werden können. Überdies werden Informationen über Änderungen im Betriebsverhalten gemäß dem Stand der Technik zwar erfasst, nicht jedoch die Ursache der Schädigung. Fuel cells are designed due to their design (series connection of individual voltage sources) to a certain voltage level. Electric powertrains in vehicles contain additional voltage sources with varying voltage levels depending on the load point. The provided electrical power is fed into a bus system, from which supply several consumers. For this purpose, a voltage converter between the fuel cell and the electric bus is switched. This voltage converter can be actively used to examine the fuel cell for its current operating state and / or for damage. Here, an additional frequency is impressed on the load signal and evaluated the voltage response of the system in the frequency domain (also known as "impedance spectroscopy"). Individual consumers, the operating strategy, environmental influences or defective / defective components can lead to additional, high-frequency excitations, which can lead to reversible or even irreversible damage to the electrochemically active layers. The fuel cell according to the prior art, due to their media supply, the operating history and unevenness of the reactive distribution their electrical property greatly (especially disadvantageous) change. An active impedance spectroscopy, however, requires a defined excitation, the z. B. by Fast Fourier Transformation (FFT) and can not be available in all operating conditions. In addition, a Fast Fourier Transformation for the computing power available in current on-board vehicle networks, despite their reduced instructions, is a computationally expensive process by which other processes in the informational network can be compromised. Moreover, although information about changes in performance according to the prior art is recorded, it does not capture the cause of the damage.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile auszuräumen. It is an object of the present invention to overcome the disadvantages known from the prior art.

Die vorstehend identifizierte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Impedanzspektroskopie einer Brennstoffzelle eines Fortbewegungsmittels gelöst. Das Fortbewegungsmittel kann bspw. ein Pkw, ein Transporter, ein Lkw, ein Motorrad, ein Luft- und/oder Wasserfahrzeug sein. In einem ersten Schritt wird ein Bedarf zur Untersuchung der Brennstoffzelle mittels einer Impedanzspektroskopie bezüglich mindestens einer vordefinierten Eigenschaft (z. B. ein vordefinierter Frequenzbereich, eine Amplitude, eine Messdauer sowie ein Brennstoffzellenbetriebspunkt) ermittelt. Anschließend werden Änderungen eines vordefinierten Betriebszustandes einer elektrischen Komponente bzw. eines elektrischen Verbrauchers (z. B. ein ohmscher Widerstand, eine Bordnetzkomponente mit Auswirkung auf die Bordnetzspannung o. ä.) des Fortbewegungsmittels ermittelt. In einem weiteren Schritt wird ermittelt, dass der geänderte Betriebszustand der elektrischen Komponente einen geeigneten Lastzustand für die Brennstoffzelle zur Ermittlung der vordefinierten Eigenschaften mittels der Impedanzspektroskopie aufweist. Mit anderen Worten wird das Verhalten des elektrischen Verbrauchers dahingehend erkannt, dass der Lastzustand eine aktive zusätzliche Anregung zur Ermittlung der Systemantwort der Brennstoffzelle erübrigt oder zumindest vorteilhaft ergänzt. Schließlich kann eine die Impedanz der Brennstoffzelle beschreibende Kenngröße über der Zeit auf Basis des als geeignet erkannten Lastzustandes aufgezeichnet werden. Die Aufzeichnung kann erfindungsgemäß von einer Analyse der Impedanz der Brennstoffzelle getrennt erfolgen. Dies ist insbesondere aus dem Grund vorteilhaft, dass die Aufzeichnung deutlich weniger Rechenleistung erfordert, als es eine simultane bzw. unverzügliche Analyse (z. B. mittels einer FFT) mit sich brächte. Zudem werden durch die Nutzung eines geeigneten Lastzustandes der elektrischen Komponente eine Bereithaltung und/oder eine Erzeugung identischer oder zumindest ähnlicher Anregungssignale erübrigt. Dies spart Speicherplatz und Hardware zur Signalerzeugung. The object identified above is achieved according to the invention by a method for impedance spectroscopy of a fuel cell of a means of locomotion. The means of transport may be, for example, a car, a van, a truck, a motorcycle, an aircraft and / or watercraft. In a first step, a need for examining the fuel cell by means of impedance spectroscopy with respect to at least one predefined characteristic (eg a predefined frequency range, an amplitude, a measurement duration and a fuel cell operating point) is determined. Subsequently, changes in a predefined operating state of an electrical component or an electrical load (eg, an ohmic resistance, an on-board network component having an effect on the vehicle electrical system voltage or the like) of the means of locomotion are determined. In a further step, it is determined that the changed operating state of the electrical component has a suitable load state for the fuel cell for determining the predefined properties by means of impedance spectroscopy. In other words, the behavior of the electrical load is recognized to the effect that the load state, an active additional excitation to determine the system response of the fuel cell is unnecessary or at least advantageously supplemented. Finally, a characteristic describing the impedance of the fuel cell may be recorded over time on the basis of the load condition recognized as being suitable. According to the invention, the recording can be carried out separately from an analysis of the impedance of the fuel cell. This is advantageous, in particular, for the reason that the recording requires considerably less computing power than would be the result of a simultaneous or immediate analysis (eg by means of an FFT). In addition, the use of a suitable load state of the electrical component makes it unnecessary to provide and / or generate identical or at least similar excitation signals. This saves memory and hardware for signal generation.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The dependent claims show preferred developments of the invention.

Optional kann ein Verbesserungspotenzial hinsichtlich einer Eignung des Lastzustandes zur Ermittlung der vordefinierten Eigenschaft erkannt werden und im Ansprechen darauf ein Betriebszustand der elektrischen Komponente zur Verbesserung der Eigenschaft angepasst werden. Bspw. kann eine Leistungsaufnahme der Komponente zur Erhöhung einer Amplitude der Rückwirkung auf die Brennstoffzelle erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Frequenz und/oder ein Zeitverhalten (z. B. eine Signalform) der Leistungsaufnahme der elektrischen Komponente angepasst werden, um eine besser geeignete Anregung der Brennstoffzelle zu erzielen. Bspw. kann eine solche Leistungsaufnahme mittels für den Anwender des Fortbewegungsmittels nicht unmittelbar mit einer erfahrbaren Wirkung behafteter Komponenten erfolgen. Bspw. kann eine Heckscheibenheizung eine vergleichsweise große elektrische Leistung aufnehmen, welche jedoch für den Anwender keine Komforteinbußen mit sich bringt. Ähnliches gilt für Sitzheizungen auf Sitzpositionen, welche derzeit unbelegt sind (was z. B. über einen Sitzbelegungssensor erkannt werden kann). Optionally, an improvement potential with regard to a suitability of the load state for determining the predefined property can be recognized and, in response thereto, an operating state of the electrical component can be adapted to improve the property. For example. For example, a power consumption of the component for increasing an amplitude of the reaction to the fuel cell can be increased. Alternatively or additionally, a frequency and / or a time behavior (eg a signal shape) of the power consumption of the electrical component can be adapted in order to achieve a more suitable excitation of the fuel cell. For example. Such a power consumption can not take place by means of components that are not immediately tangible to the user of the means of transportation. For example. can a Rear window heater record a comparatively large electrical power, which, however, brings no loss of comfort for the user with it. The same applies to seat heaters on seat positions, which are currently unoccupied (which can be detected, for example, via a seat occupancy sensor).

Alternativ oder zusätzlich kann eine zweite elektrische Komponente zur Verbesserung einer Eignung des Lastzustandes zur Ermittlung der vordefinierten Eigenschaft oder einer zweiten vordefinierten Eigenschaft der Brennstoffzelle eingeschaltet werden. Mit anderen Worten kann durch Überlagerung der Leistungsaufnahmen der ersten elektrischen Komponente und der zweiten elektrischen Komponente eine geeignete Anregung bzw. Rückwirkung auf die Brennstoffzelle erzeugt werden. Sofern ein bestimmter Frequenzverlauf erzeugt werden soll, können auch die Verhältnisse der Leistungsaufnahmen zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente über der Zeit kontinuierlich und/oder stufenförmig (z. B. abrupt) variiert werden. Alternatively or additionally, a second electrical component for improving a suitability of the load state for determining the predefined property or a second predefined property of the fuel cell can be switched on. In other words, by superposing the power consumption of the first electrical component and the second electrical component, a suitable excitation or reaction to the fuel cell can be generated. If a specific frequency profile is to be generated, the ratios of the power consumptions between the first component and the second component can also be varied over time in a continuous and / or stepped manner (eg abruptly).

Um eine Auswirkung der aufgenommenen Impedanzverläufe der Brennstoffzelle über der Zeit nicht zum Problem für von der gleichen Recheneinheit auszuführende Fremdprozesse werden zu lassen, kann in einem weiteren Schritt ermittelt werden, dass ein gesunkener Bedarf an Rechenleistung in einer zur Auswertung der Impedanzspektroskopie vorgesehenen Auswerteeinheit besteht. Dies kann bspw. in einem Moment erfolgen, in welchem ein bislang laufender (z. B. rechenaufwendiger) Prozess beendet wird. Im Ansprechen darauf kann eine Auswertung der aufgezeichneten, die Impedanz der Brennstoffzelle beschreibenden Kenngröße über der Zeit mittels der Auswerteeinheit angestoßen werden. Bspw. kann also erkannt werden, dass die Auslastung der Auswerteeinheit gesunken ist, und im Ansprechen darauf automatisch die Auswertung der erfindungsgemäß aufgezeichneten Impedanzen der Brennstoffzelle gestartet werden. Insbesondere können ein Ergebnis der Auswertung in einem Datenspeicher abgelegt werden und Ergebnisse von Auswertungen zur Verwendung im und nach dem Betrieb des Systems bereitgehalten werden. Die Ergebnisse können bspw. den Betriebszustand, in welchem das Impedanzspektrum aufgenommen wurde, kennzeichnen. Bspw. kann in einer Service-Werkstatt ein Vergleich zwischen unterschiedlichen Impendanzspektren vorgenommen werden, welche in Verbindung mit einer defekten Komponente aufgenommen wurden. Die Komponente kann bspw. ein Scheibenwischer sein. Auch im Betrieb des Fortbewegungsmittels können spezifische Betriebspunkte und/oder Zeitintervalle erkannt bzw. gefiltert werden. Sofern sich herausgestellt hat, dass ein bestimmter Betriebspunkt für die Impedanzspektroskopie zumindest hinsichtlich einer vordefinierten Eigenschaften besonders geeignet ist, kann in einem Datenspeicher eine Information darüber abgelegt werden, unter welchen Voraussetzungen dieser Betriebspunkt aufgetreten ist bzw. wahrscheinlich wieder auftreten wird. Aufgrund aktueller Betriebszustände und/oder Zeitinformationen kann zu einem späteren Zeitpunkt erkannt werden, dass der geeignete Betriebspunkt sich ohne weiteres demnächst wieder einstellen und Gelegenheit zur Impedanzspektroskopie bezüglich der vordefinierten Eigenschaft geben wird. Infolgedessen kann eine eigens hierzu vorgesehene Anregung der Brennstoffzelle ausbleiben, wodurch Energie gespart werden kann. In order to prevent an effect of the recorded impedance profiles of the fuel cell over time from becoming a problem for foreign processes to be executed by the same arithmetic unit, it can be determined in a further step that there is a reduced need for computing power in an evaluation unit provided for evaluating the impedance spectroscopy. This can be done, for example, in a moment in which a previously running (eg, computation-intensive) process is ended. In response thereto, an evaluation of the recorded, the impedance of the fuel cell descriptive characteristic over time can be triggered by means of the evaluation. For example. Thus, it can be recognized that the utilization of the evaluation unit has dropped, and in response thereto, the evaluation of the fuel cell impedances recorded according to the invention is started automatically. In particular, a result of the evaluation can be stored in a data memory and results of evaluations for use in and after the operation of the system can be kept ready. The results may, for example, characterize the operating state in which the impedance spectrum was recorded. For example. In a service workshop, a comparison between different Impendanzspektren be made, which were taken in conjunction with a defective component. The component may, for example, be a windshield wiper. Also during operation of the means of locomotion specific operating points and / or time intervals can be detected or filtered. If it has been found that a specific operating point for impedance spectroscopy is particularly suitable, at least with regard to a predefined characteristic, information can be stored in a data memory as to what conditions this operating point has occurred or is likely to occur again. Due to current operating conditions and / or time information, it can be recognized at a later time that the suitable operating point will readily re-establish itself and give opportunity for impedance spectroscopy with respect to the predefined property. As a result, a specially provided for this purpose excitation of the fuel cell can be omitted, whereby energy can be saved.

Bevorzugt kann in einem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein Bedarf zur Untersuchung der Brennstoffzelle mittels einer Impedanzspektroskopie bezüglich einer vordefinierten zweiten, von der ersten Eigenschaft unterschiedlichen Eigenschaft ermittelt werden. Im Ansprechen auf das Ermitteln dieses Bedarfes kann ein zweiter erfindungsgemäßer Impedanzspektroskopievorgang angestoßen werden, welcher im Betrieb der Brennstoffzelle aufgrund des zu erwartenden Betriebsverhaltens des Fortbewegungsmittels ohnehin auftreten wird. Hierzu kann bspw. eine Abschätzung bezüglich des zukünftigen Verhaltens der Brennstoffzelle ermittelt werden. Solche Informationen können bspw. zeitbasiert und/oder im Ansprechen auf das Erreichen einer vordefinierten geografischen Position o. ä. abgeleitet werden. Zu diesem Zweck kann auch eine Dokumentation eines Verlaufs der Änderung des Betriebszustandes über der Betriebsdauer erfolgen, sodass zu einem zukünftigen Zeitpunkt ein anfänglicher Verlauf der Änderung des Betriebszustandes erkannt und auf den weiteren Verlauf geschlossen werden kann. Aufgrund solcher Informationen können Betriebszustände vorhergesagt werden, welche sich zur erfindungsgemäßen Nutzung im Betrieb ohnehin auftretender Lastzustände für die Impedanzspektroskopie eignen. In a method according to the invention, it is also preferably possible to determine a need for the investigation of the fuel cell by means of an impedance spectroscopy with respect to a predefined second property different from the first property. In response to the determination of this need, a second impedance spectroscopy process according to the invention can be initiated, which will occur in any case during operation of the fuel cell due to the expected operating behavior of the means of locomotion. For this purpose, for example, an estimate with respect to the future behavior of the fuel cell can be determined. Such information may be derived, for example, time-based and / or in response to the achievement of a predefined geographical position or the like. For this purpose, a documentation of a course of the change of the operating state over the operating period can be made so that at a future time an initial course of the change of the operating state can be detected and closed on the further course. On the basis of such information, operating states can be predicted which are suitable for the use according to the invention in the operation of load states which occur in any case for impedance spectroscopy.

Die Aufnahme der Betriebszustände ist hierbei nicht lediglich auf ein elektrisches Lastverhalten einer jeweiligen Komponente beschränkt. Vielmehr können Informationen, welche eine Vorhersage und/oder eine Interpretation eines aktuellen Betriebszustandes besser ermöglichen, z. B. aus einem Bordcomputer ausgelesen werden. The recording of the operating states here is not limited to an electrical load behavior of a respective component. Rather, information that allows a prediction and / or an interpretation of a current operating state better, for. B. be read from an on-board computer.

Bevorzugt kann auch erkannt werden, dass ein aktueller Betriebszustand eines elektrischen Bordnetzes der Fortbewegungsmittels eine aussagekräftige Auswertung der aufgezeichneten, die Impedanz der Brennstoffzelle beschreibenden Kenngröße verhindert, und im Ansprechen darauf die Aufzeichnung bereits vor ihrer Auswertung verworfen werden. Bspw. kann ermittelt werden, dass ein dritter Verbraucher zusätzlich zum ersten und zweiten (jeweils grundsätzlich zur Impedanzspektroskopie als geeignet klassifizierten) Verbraucher parallel zu einem dritten Verbraucher betrieben werden, welcher eine Gesamtlast verursacht, welche eine Impedanzspektroskopie vereitelt. Mit anderen Worten können Ausschlusskriterien für eine dauerhafte Aufzeichnung von Impedanzen der Brennstoffzelle definiert werden, im Ansprechen auf das Eintreten welcher die Aufzeichnungen verworfen werden, ohne dass eine Auswertung (z. B. eine FFT) bezüglich dieser Daten ausgeführt wird. Dies vermeidet einen unnötigen Rechenaufwand für solche Auswertungen, über welche bekannt ist, dass keine aussagekräftigen Ergebnisse zu erwarten sind. Preferably, it can also be recognized that a current operating state of an electrical system of the means of locomotion prevents a meaningful evaluation of the recorded parameter describing the impedance of the fuel cell, and in response the recording is discarded before its evaluation. For example. it can be determined that a third consumer in addition to the first and second (each in principle for impedance spectroscopy classified as suitable) consumers are operated in parallel to a third consumer, which causes a total load which defeats impedance spectroscopy. In other words, exclusion criteria for a durable record of fuel cell impedance may be defined in response to the occurrence of discarding the recordings without performing an evaluation (eg, an FFT) on that data. This avoids unnecessary computational effort for such evaluations about which it is known that no meaningful results are to be expected.

Bevorzugt kann eine die Impedanz der Brennstoffzelle beschreibende Kenngröße durch eine Transformation der Kenngröße vom Zeitbereich in den Frequenzbereich ausgewertet werden. Eine solche Transformation kann vergleichsweise ressourcenschonend mittels einer FFT erfolgen. Preferably, a parameter describing the impedance of the fuel cell can be evaluated by a transformation of the characteristic from the time domain into the frequency domain. Such a transformation can take place comparatively resource-conserving by means of an FFT.

Eine Erfassung hochfrequenter Schwingungsanteile ist bekanntermaßen nur mit hoher Abtastrate möglich (Nyquist-Kriterium), sodass bei der Erfassung und Speicherung hochfrequenter Schwingungsanteile große Datenmengen abzuspeichern sind. Daher ist der Vorhalt solcher Daten für eine nachträgliche Auswertung zumindest dann nicht attraktiv, wenn eine aktuelle Auslastung eines zur Auswertung zu verwendenden Prozessors eine längerfristige Speicherung der Daten erforderlich macht. As is known, recording high-frequency oscillation components is only possible with a high sampling rate (Nyquist criterion), so that large amounts of data must be stored when recording and storing high-frequency oscillation components. Therefore, the provision of such data for subsequent evaluation is at least not attractive if a current utilization of a processor to be used for the evaluation requires a longer-term storage of the data.

Da aufgrund der Möglichkeit einer aktiven Aufprägung definierter Schwingungen (Lastzustände) bereits Auswerteroutinen im Frequenzbereich auf dem Spannungswandler implementiert sein können, können diese auch ohne eine vordefinierte und eigens zur Impedanzspektroskopie vorgesehenen Anregung verwendet werden. Since due to the possibility of an active imposition of defined oscillations (load states), evaluation routines in the frequency domain can already be implemented on the voltage converter, these can also be used without a predefined excitation intended specifically for impedance spectroscopy.

Eine regelmäßige und/oder ereignisgesteuerte passive Auswertung des Frequenzbereiches wird zudem optional vorgeschlagen, um über den allgemeinen Betrieb und/oder definierte Betriebszustände in den Frequenzbereich transformierte Daten z. B. in Form von Rainflow-Tabellen oder Histogrammen abzulegen und deren Änderung über der Zeit in komprimierter Form vorhalten zu können. Der derart abgespeicherte Datensatz kann für weitere Funktionen, welche z. B. die Funktionssicherheit, die Betriebsstrategie, den Service und/oder die Auslegung zukünftiger Systeme herangezogen werden. A regular and / or event-controlled passive evaluation of the frequency range is also proposed as an option in order to transfer data transformed into the frequency domain via the general operation and / or defined operating states. B. store in the form of rainflow tables or histograms and to be able to maintain their change over time in a compressed form. The data set stored in this way can be used for further functions, which are eg. As the reliability, the operating strategy, the service and / or the design of future systems are used.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Steuergerät zur Überwachung eines Betriebs einer Brennstoffzelle eines Fortbewegungsmittels vorgeschlagen. Das elektronische Steuergerät umfasst ein Speichermittel, einen Signaleingang, einen Signalausgang und eine Auswerteeinheit. Diese ist eingerichtet, mittels des Speichermittels einen Bedarf zur Untersuchung der Brennstoffzelle mittels Impedanzspektroskopie bezüglich einer vordefinierten Eigenschaft zu ermitteln. Die vordefinierte Eigenschaft kann bspw. einen vordefinierten Frequenzbereich bei vordefinierter Signalform und/oder vordefinierter Signalamplitude kennzeichnen. Weiter ist die Auswerteeinheit eingerichtet, einen Betriebszustand einer elektrischen Komponente des Fortbewegungsmittels zu ermitteln. Mittels des Signaleingangs kann die Auswerteeinheit feststellen, dass der Betriebszustand der elektrischen Komponente einen geeigneten Lastzustand für die Brennstoffzelle zur Ermittlung der vordefinierten Eigenschaft aufweist. Mittels des Signalausgangs kann die Auswerteeinheit eine die Impedanz der Brennstoffzelle beschreibende Kenngröße über der Zeit auf Basis des Lastzustandes aufzeichnen. Auf diese Weise wird sozusagen ein Zeitsignal abgespeichert, ohne es unverzüglich mittels einer Impedanzspektroskopie auszuwerten. Diese Auswertung wird jedoch durch die erfindungsgemäße Ermittlung und Abspeicherung vorbereitet und kann zu einem solchen Zeitpunkt erfolgen, in welchem hinreichende rechentechnische Ressourcen zur Verfügung stehen. According to a second aspect of the present invention, there is proposed an electronic control apparatus for monitoring an operation of a fuel cell of a vehicle. The electronic control unit comprises a memory means, a signal input, a signal output and an evaluation unit. This is set up by means of the storage means to determine a need to examine the fuel cell by means of impedance spectroscopy with respect to a predefined property. The predefined property can, for example, identify a predefined frequency range for a predefined signal shape and / or predefined signal amplitude. Furthermore, the evaluation unit is set up to determine an operating state of an electrical component of the means of locomotion. By means of the signal input, the evaluation unit can determine that the operating state of the electrical component has a suitable load state for the fuel cell for determining the predefined characteristic. By means of the signal output, the evaluation unit can record a parameter describing the impedance of the fuel cell over time on the basis of the load condition. In this way, so to speak, a time signal is stored without immediately evaluating it by means of an impedance spectroscopy. However, this evaluation is prepared by the determination and storage according to the invention and can take place at such a time in which sufficient computational resources are available.

Mit anderen Worten ist das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät eingerichtet, die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens in entsprechender Weise zu verwirklichen, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. In other words, the electronic control unit according to the invention is set up to realize the features, feature combinations and the resulting advantages of the method according to the invention in a corresponding manner, so reference is made to avoid repetition of the above statements.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches als Pkw, Transporter, Lkw, Motorrad, Luft- und/oder Wasserfahrzeug ausgestaltet sein kann. Das Fortbewegungsmittel umfasst eine Brennstoffzelle oder ist zumindest zur Verwendung mit einer Brennstoffzelle eingerichtet. Weiter ist ein elektronisches Steuergerät gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt vorgesehen, durch welches das Fortbewegungsmittel dieselben Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile verwirklicht. According to a third aspect of the present invention, a means of transportation is proposed, which can be designed as a car, van, truck, motorcycle, aircraft and / or watercraft. The means of transportation comprises a fuel cell or is at least adapted for use with a fuel cell. Further, there is provided an electronic control apparatus according to the second aspect of the present invention, by which the traveling means realizes the same features, feature combinations and advantages.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindungsaspekte bestehen insbesondere in der Reduktion eines vorzuhaltenden Datenvolumens, welches bspw. in Prototypenfahrzeugen zur Analyse von Beanspruchungen zur Traktion verwendeter Brennstoffzellen herangezogen werden kann. Zudem vereinfacht sich die Fehlersuche in der Entwicklung sowie im Service-Fall in Serie befindlicher Fahrzeuge. Darüber hinaus ergeben sich Verbesserungen des Verständnisses der Systeminteraktionen im Systemverbund in realen Fahrsituationen und hieraus ein Potenzial zur Systemoptimierung. The advantages of the present aspects of the invention are, in particular, the reduction of a data volume to be kept, which can be used, for example, in prototype vehicles for the analysis of stresses for traction of fuel cells used. In addition, the troubleshooting in the development and in the case of service in series vehicles simplifies. In addition, improvements in the understanding of the system interactions in the system network result in real driving situations and thus a potential for system optimization.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen: Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:

1 eine schematische Ansicht auf Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektronischen Steuergerätes in einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels; 1 a schematic view of components of an embodiment of an electronic control device according to the invention in an embodiment of a means of transport according to the invention;

2 eine schematische Skizze zu im Stand der Technik bekannten Anordnungen zur Impedanzspektroskopie; 2 a schematic sketch of known in the art arrangements for impedance spectroscopy;

3 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäß ausgestalteten elektronischen Steuergerätes im Systemverbund mit einer Brennstoffzelle und einem Fortbewegungsmittel; und 3 a schematic view of an inventively designed electronic control unit in the system network with a fuel cell and a means of locomotion; and

4 ein Flussdiagramm, veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Impedanzspektroskopie einer Brennstoffzelle eines Fortbewegungsmittels. 4 a flowchart, illustrating steps of an embodiment of an inventive method for impedance spectroscopy of a fuel cell of a means of transport.

1 zeigt einen Pkw 10 als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels, welches mittels einer elektrischen Maschine 13 antreibbar ist. Ein elektronisches Steuergerät 4 ist als Beispiel einer Auswerteeinheit zur Impedanzspektroskopie informationstechnisch sowie energetisch mit der elektrischen Maschine 13, zwei Verbrauchern 2, 3 und einer Brennstoffzelle 1 verbunden. Ein weiteres elektronisches Steuergerät 11 ist informationstechnisch mit dem elektronischen Steuergerät 4 verbunden. Es weist einen Prozessor 6 als Auswerteeinheit auf, welcher über einen Signaleingang 8 sowie über zwei Signalausgänge 7, 9 verfügt. Der Signaleingang 8 ist informationstechnisch mit dem elektronischen Steuergerät 4 verbunden. Der Signalausgang 7 ist informationstechnisch mit einem Bildschirm 12 zur Ausgabe von Daten, welche mittels der Impedanzspektroskopie ermittelt wurden, verbunden. Der Signalausgang 9 ist informationstechnisch mit einem Datenspeicher 5 als Speichermittel verbunden. Details zu und Funktionsweise der in 1 dargestellten Anordnung werden in Verbindung mit den nachfolgenden Figuren eingehender beschrieben. 1 shows a car 10 as an embodiment of a means of transport according to the invention, which by means of an electric machine 13 is drivable. An electronic control unit 4 is as an example of an evaluation unit for impedance spectroscopy information technology and energetic with the electric machine 13 , two consumers 2 . 3 and a fuel cell 1 connected. Another electronic control unit 11 is information technology with the electronic control unit 4 connected. It has a processor 6 as an evaluation unit, which via a signal input 8th as well as two signal outputs 7 . 9 features. The signal input 8th is information technology with the electronic control unit 4 connected. The signal output 7 is information technology with a screen 12 for outputting data obtained by means of impedance spectroscopy. The signal output 9 is information technology with a data memory 5 connected as storage means. Details about and how the in 1 The arrangement shown will be described in more detail in connection with the following figures.

2 zeigt Komponenten einer Anordnung, wie sie im Stand der Technik zur Impedanzspektroskopie einer Brennstoffzelle 1 in einem Pkw 10 eingesetzt wird. Der Pkw weist eine elektrische Maschine 13 und elektrische Sensoren 20 zur Ermittlung von Strom, Spannung und Leistung innerhalb des Bordnetzes auf. Die elektrische Maschine 13 ist über eine elektrische Verbindung 22 mit einem Aktuator 16 der elektrischen Einheit 14 der Brennstoffzelle 1 verbunden. Die Sensoren 20 sind über eine Informationsleitung 18 mit einem elektronischen Steuergerät 6 verbunden, welches die Sensorsignale zur Ermittlung von Betriebszuständen des Pkws 10 verwendet. Auch die Brennstoffzelle 1 weist Sensoren 15 auf, mittels welcher Betriebszustände (z. B. Leistung, Stromabgabe, Spannung, Temperatur etc.) des elektrischen Systems 14 ermittelt und über eine weitere Informationsleitung 18 an die Auswerteeinheit 6 zur Ausführung einer FFT 19 gesendet werden können. Innerhalb der Brennstoffzelle 1 sind weiter Medien 17 über eine Medienleitung 21 vorgesehen, welche für den Betrieb der elektrischen Zellen erforderlich sind. Diese können bspw. den Brennstoff und/oder den Sauerstoff zuführen. Zur Förderung der Medien 17 in die elektrische Einheit 14 ist weiter eine elektrische Verbindung 22 vorgesehen. Der Prozess 6 erhält über eine Informationsleitung 18 die Möglichkeit, Einfluss auf die Betriebsweise der Brennstoffzelle 1 zu entnehmen und/oder Informationen über die Betriebsweise der Brennstoffzelle 1 auszulesen. Wie im Stand der Technik üblich, erfolgt eine FFT 19 stets unmittelbar nach Eingang entsprechender Sensordaten von der Brennstoffzelle 1 im Prozessor 6, wodurch eine Speicherung der Daten und ihre spätere Auswertung nicht möglich sind. Die Informationen vom Brennstoffzellensystem werden durch den Prozessor 6 angefordert, unmittelbar ermittelt und anschließend gemeldet. 2 shows components of an arrangement, as in the prior art for impedance spectroscopy of a fuel cell 1 in a car 10 is used. The car has an electric machine 13 and electrical sensors 20 for the determination of current, voltage and power within the vehicle electrical system. The electric machine 13 is via an electrical connection 22 with an actuator 16 the electrical unit 14 the fuel cell 1 connected. The sensors 20 are about an information line 18 with an electronic control unit 6 connected, which the sensor signals to determine operating conditions of the car 10 used. Also the fuel cell 1 has sensors 15 on, by means of which operating states (eg power, current output, voltage, temperature, etc.) of the electrical system 14 determined and via another information line 18 to the evaluation unit 6 to execute an FFT 19 can be sent. Inside the fuel cell 1 are still media 17 via a media line 21 provided, which are required for the operation of the electrical cells. These can, for example, supply the fuel and / or the oxygen. To promote the media 17 in the electrical unit 14 is still an electrical connection 22 intended. The process 6 receives over an information line 18 the ability to influence the operation of the fuel cell 1 to remove and / or information about the operation of the fuel cell 1 read. As is conventional in the art, an FFT is performed 19 always immediately after receipt of appropriate sensor data from the fuel cell 1 in the processor 6 , whereby a storage of the data and their subsequent evaluation are not possible. The information from the fuel cell system is provided by the processor 6 requested, immediately determined and subsequently reported.

3 zeigt eine Übersicht über Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektronischen Steuergerätes 11 im Informationsverbund mit einer Brennstoffzelle 1 und einem Pkw 10. Die Komponenten elektrische Maschine 13, Sensoren 20, elektronisches Steuergerät 6 und Brennstoffzelle 1 sind im Wesentlichen entsprechend 2 ausgestaltet und miteinander verschaltet, weshalb mit Bezug auf diese Elemente die Ausführungen in Verbindung mit 2 Geltung behalten. Jedoch ist eine zusätzliche Informationsleitung 18 zwischen dem elektronischen Steuergerät 11 und den Sensoren 20 vorgesehen und eine Auswertung der von den Sensoren 15 der Brennstoffzelle 1 ermittelten Kenngrößen durch das elektronische Steuergerät 6 mittels einer FFT 19 nicht mehr vorgesehen. Das elektronische Steuergerät 11 weist einen Langzeitdatenspeicher 5 auf, welcher drei unterschiedliche Funktionen wahrnimmt. Einerseits werden der Frequenzraum der Brennstoffzelle 1 verwaltet und ein Bedarf an Messungen identifiziert. Dies kann bspw. dadurch erfolgen, dass erkannt wird, dass Informationen in einem bestimmten Frequenzbereich nicht mehr hinreichend aktuell sind, sodass zu befürchten ist, dass sich der Zustand der Brennstoffzelle 1 geändert haben könnte. Zusätzlich wird eine aktive Anregung gemäß dem Stand der Technik durch den Langzeitdatenspeicher 5 ermöglicht, indem dieser einen Signalgenerator vorhält, mit welchem die Impedanzspektroskopie der Brennstoffzelle in herkömmlicher Weise vorgenommen oder eine erfindungsgemäße Impedanzspektroskopie unterstützt werden kann. Zudem erfolgt eine kontinuierliche Überwachung der gespeicherten Daten und eine aktive Suche nach neuen Anregungen im elektrischen Bordnetz, welche ggf. zur elektrischen Anregung der Brennstoffzelle im Zuge einer erfindungsgemäßen Impedanzspektroskopie verwendet werden könnten. Zu guter Letzt hält der Langzeitdatenspeicher 5 eine Auflistung aktuell bestehender Anregungen durch den aktuellen Betrieb des Bordnetzes des Fortbewegungsmittels bereit. Auch diese Funktion kann als Verwaltung des Brennstoffzellen-Frequenzraumes verstanden werden. Der Langzeitdatenspeicher 5 hält somit Signale für eine im Rahmen einer herkömmlichen Impedanzspektroskopie erforderliche Vielzahl von Anregungssignalen als auch eine Auflistung solcher Betriebszustände bereit, welche im vorliegenden Bordnetz für eine Impedanzspektroskopie verwendet werden können bzw. welche eine Impedanzspektroskopie erschweren oder gar vereiteln. Die Verbraucher können als Traktionskomponenten und/oder als Nebenverbraucher ausgestaltet sein. Mit anderen Worten kann der Langzeitdatenspeicher 5 Systemkenntnisse bereithalten, durch welche Betriebszustände des Bordnetzes anspruchsgemäß vordefinierten Eigenschaften der Brennstoffzelle 1 zugeordnet werden können, zur Ermittlung welcher sie sich eignen. Ein Trigger-Modul 23 ist eingerichtet, durch den Langzeitdatenspeicher 5 eingesteuerte Messpunkte einzulesen, zu verwalten und zu steuern. Zudem ist der Trigger-Modul 23 imstande, Sensordaten der Brennstoffzelle 1 sowie des Pkws 10 über Datenleitungen 18 zu empfangen und zu interpretieren. Auch Umgebungsdaten können vom Trigger-Modul 23 (z. B. über die Sensoren 20) empfangen und interpretiert werden. Erfolgreich ausgewertete Datensätze können durch das Trigger-Modul 23 an den Langzeitdatenspeicher 5 zurückgemeldet werden. Das Trigger-Modul 23 ist somit eingerichtet, aktiv die Durchführung einer Messung anzustoßen, gezielt eine Aufnahme eines Impedanzverhaltens der Brennstoffzelle 1 aufzunehmen, sofern erneut Bedarf an aktualisierten vordefinierten Eigenschaften der Brennstoffzelle 1 und hierzu geeignete Lastzustände für die Brennstoffzelle bestehen und eine FFT der aufgenommenen Impedanz-Zeit-Daten erst dann anzustoßen, wenn die hierzu erforderlichen Rechenkapazitäten zu Verfügung stehen. 3 shows an overview of components of an embodiment of an electronic control device according to the invention 11 in an information network with a fuel cell 1 and a car 10 , The components electric machine 13 , Sensors 20 , electronic control unit 6 and fuel cell 1 are essentially the same 2 designed and interconnected, which is why with reference to these elements, the embodiments in conjunction with 2 Keep validity. However, there is an additional information line 18 between the electronic control unit 11 and the sensors 20 provided and an evaluation of the sensors 15 the fuel cell 1 Determined parameters by the electronic control unit 6 by means of an FFT 19 no longer provided. The electronic control unit 11 has a long-term data memory 5 on, which perceives three different functions. On the one hand, the frequency space of the fuel cell 1 managed and identified a need for measurements. This can be done, for example, by recognizing that information in a certain frequency range is no longer sufficiently current, so that it is to be feared that the state of the fuel cell 1 could have changed. In addition, an active excitation according to the prior art by the long-term data memory 5 allows by this holds a signal generator, with which the impedance spectroscopy of the fuel cell can be carried out in a conventional manner or an impedance spectroscopy according to the invention can be supported. In addition, there is a continuous monitoring of the stored data and an active search for new suggestions in the electrical system, which possibly for the electrical stimulation of Fuel cell could be used in the course of an impedance spectroscopy according to the invention. Last but not least, the long-term data memory keeps 5 a list of currently existing suggestions by the current operation of the electrical system of the means of transport ready. This function can also be understood as administration of the fuel cell frequency space. The long-term data memory 5 Thus, it holds signals for a large number of excitation signals required in the context of conventional impedance spectroscopy, as well as a list of such operating states which can be used in the present vehicle electrical system for impedance spectroscopy or which complicate or even prevent impedance spectroscopy. The consumers can be configured as traction components and / or as secondary consumers. In other words, the long-term data memory 5 Have system knowledge available by which operating conditions of the electrical system according to predefined properties of the fuel cell 1 can be assigned to determine which they are suitable. A trigger module 23 is set up by the long-term data memory 5 to read, manage and control the measuring points. In addition, the trigger module 23 capable of sensor data of the fuel cell 1 as well as the car 10 via data lines 18 to receive and interpret. Environmental data can also be obtained from the trigger module 23 (eg via the sensors 20 ) are received and interpreted. Successfully evaluated records can be generated by the trigger module 23 to the long-term data memory 5 be reported back. The trigger module 23 is thus set up to actively initiate the performance of a measurement, specifically a recording of an impedance behavior of the fuel cell 1 if there is again a need for updated predefined properties of the fuel cell 1 and for this purpose, there are suitable load states for the fuel cell and trigger an FFT of the recorded impedance-time data only when the computing capacities required for this purpose are available.

4 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Impedanzspektroskopie einer Brennstoffzelle eines Fortbewegungsmittels. In Schritt 100 wird ein Bedarf zur Untersuchung der Brennstoffzelle mittels einer Impedanzspektroskopie bezüglich einer vordefinierten Eigenschaft ermittelt und in Schritt 200 Änderungen eines vordefinierten Betriebszustandes einer elektrischen Komponente des Fortbewegungsmittels ermittelt. Sofern die Änderung des vordefinierten Betriebszustandes eine Ermittlung der vordefinierten Eigenschaft nicht ermöglicht, kann abgewartet werden, bis in Schritt 300 ein Verbesserungspotenzial hinsichtlich einer Eignung des Lastzustandes zur Ermittlung der vordefinierten Eigenschaft erkannt und im Ansprechen darauf in Schritt 400 ein Betriebszustand der elektrischen Komponente zur Verbesserung der Eignung angepasst wird. In Schritt 500 wird zusätzlich eine zweite elektrische Komponente zur Verbesserung einer Eignung des Lastzustandes zur Ermittlung der vordefinierten Eigenschaft eingeschaltet und in Schritt 600 ermittelt, dass der geänderte Betriebszustand der elektrischen Komponente einen geeigneten Lastzustand für die Brennstoffzelle zur Ermittlung der vordefinierten Eigenschaft aufweist. In Schritt 700 wird schließlich eine die Impedanz der Brennstoffzelle beschreibende Kenngröße über der Zeit auf Basis des Lastzustandes aufgezeichnet, ohne eine Auswertung (in Form einer FFT) durchzuführen. In Schritt 800 wird ein Bedarf zur Untersuchung der Brennstoffzelle mittels Impedanzspektroskopie bezüglich einer vordefinierten zweiten Eigenschaft, welche sich von der ersten Eigenschaft unterscheidet, ermittelt und in Schritt 900 eine Abschätzung bezüglich des zukünftigen Verhaltens der Brennstoffzelle ermittelt. In Schritt 1000 wird ein Verlauf der Änderung des Betriebszustandes über der Betriebsdauer dokumentiert, um für den Fall, dass der Betriebszustand eine geeignete Anregung zur Ermittlung einer vordefinierten Eigenschaft mit sich bringt, zukünftig eine rechtzeitige Erkennung dieses Betriebszustandes vornehmen zu können. In Schritt 1100 wird ein gesunkener Bedarf an Rechenleistung in einer zur Auswertung der Impedanzspektroskopie vorgesehenen Auswerteeinheit ermittelt und im Ansprechen darauf eine Auswertung der aufgezeichneten, die Impedanz der Brennstoffzelle beschreibenden Kenngröße über der Zeit mittels der Auswerteeinheit in Schritt 1200 angestoßen. In Schritt 1300 wird ein Ergebnis der Auswertung in einem Datenspeicher abgelegt und in Schritt 1400 das Ergebnis von Auswertungen zur Verwendung im und nach dem Betrieb des Fortbewegungsmittels bereitgehalten. In Schritt 1500 wird schließlich erkannt, dass ein aktueller Betriebszustand eines elektrischen Bordnetzes des Fortbewegungsmittels eine aussagekräftige Auswertung der aufgezeichneten, die Impedanz der Brennstoffzelle beschreibenden Kenngröße verhindert, und im Ansprechen darauf in Schritt 1600 die Aufzeichnung bereits vor ihrer Auswertung (mittels einer FFT) verworfen. Auf diese Weise wird die Auswertung solcher Impedanz-Zeit-Aufzeichnungen vermieden, welche erfahrungsgemäß keine geeigneten Aufschlüsse über vordefinierte Eigenschaften der Brennstoffzelle ermöglichen. 4 shows steps of an embodiment of an inventive method for impedance spectroscopy of a fuel cell of a means of transport. In step 100 For example, a need to examine the fuel cell by impedance spectroscopy for a predefined property is determined and in step 200 Changes a predefined operating condition of an electrical component of the means of transport determined. If the change of the predefined operating state does not allow a determination of the predefined property, it is possible to wait until in step 300 an improvement potential regarding a suitability of the load state for the determination of the predefined property is detected and in response thereto in step 400 an operating state of the electrical component is adapted to improve the suitability. In step 500 In addition, a second electrical component for improving a suitability of the load state for determining the predefined property is turned on and in step 600 determines that the changed operating state of the electrical component has a suitable load state for the fuel cell to determine the predefined property. In step 700 Finally, a characteristic describing the impedance of the fuel cell is recorded over time on the basis of the load condition without carrying out an evaluation (in the form of an FFT). In step 800 For example, a need to examine the fuel cell by impedance spectroscopy with respect to a predefined second property different from the first property is determined, and in step 900 an estimate of the future behavior of the fuel cell determined. In step 1000 A course of the change of the operating state over the operating time is documented in order to be able to carry out a timely detection of this operating state in the future in the event that the operating state brings about a suitable excitation for determining a predefined characteristic. In step 1100 a reduced demand for computing power is determined in an evaluation unit provided for the evaluation of the impedance spectroscopy and in response thereto an evaluation of the recorded characteristic quantity describing the impedance of the fuel cell over time by means of the evaluation unit in step 1200 initiated. In step 1300 a result of the evaluation is stored in a data memory and in step 1400 the result of evaluations for use in and after the operation of the means of transport. In step 1500 Finally, it is recognized that a current operating state of a vehicle electrical system of the means of transport prevents a meaningful evaluation of the recorded, the impedance of the fuel cell descriptive characteristic, and in response thereto in step 1600 discarded the recording prior to its evaluation (using an FFT). In this way, the evaluation of such impedance-time recordings is avoided, which, according to experience, do not provide any suitable information about predefined properties of the fuel cell.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Brennstoffzelle  fuel cell
2, 3 2, 3
Komponente (Verbraucher) Component (consumer)
44
elektronisches Steuergerät  electronic control unit
55
(Langzeit-)Datenspeicher  (Long-term) memory data
66
Prozessor  processor
77
Datenausgang  data output
88th
Dateneingang  data input
99
Datenausgang  data output
10 10
Pkw car
11 11
elektronisches Steuergerät electronic control unit
12 12
Bildschirm screen
13 13
elektrische Maschine electric machine
14 14
elektrische Einheit der Brennstoffzelle electrical unit of the fuel cell
15 15
Sensoren der Brennstoffzelle Sensors of the fuel cell
16 16
Aktuatoren der Brennstoffzelle Actuators of the fuel cell
17 17
Medien media
18 18
Informationsleitungen information lines
19 19
FFT FFT
20 20
Sensoren des Fortbewegungsmittels Sensors of the means of transport
21 21
Medienleitungen media lines
22 22
elektrische Verbindungen electrical connections
23 23
Trigger-Modul Trigger module
100100
1600 1600
Verfahrensschritte steps
FFT FFT
Fast Fourier Transformation Fast Fourier Transformation

Claims (10)

Verfahren zur Impedanzspektroskopie einer Brennstoffzelle (1) eines Fortbewegungsmittels (10) umfassend die Schritte: – Ermitteln (100) eines Bedarfes zur Untersuchung der Brennstoffzelle (1) mittels Impedanzspektroskopie bezüglich einer vordefinierten Eigenschaft, – Ermitteln (200) von Änderungen eines vordefinierten Betriebszustandes einer elektrischen Komponente (2) des Fortbewegungsmittels (10), – Ermitteln (600), dass der geänderte Betriebszustand der elektrischen Komponente (2) einen geeigneten Lastzustand für die Brennstoffzelle (1) zur Ermittlung der vordefinierten Eigenschaft aufweist, und – Aufzeichnen (700) einer die Impedanz der Brennstoffzelle (1) beschreibenden Kenngröße über der Zeit auf Basis des Lastzustandes. Method for impedance spectroscopy of a fuel cell ( 1 ) of a means of transportation ( 10 ) comprising the steps of: - determining ( 100 ) a need for testing the fuel cell ( 1 ) by means of impedance spectroscopy with respect to a predefined property, 200 ) changes of a predefined operating state of an electrical component ( 2 ) of the means of locomotion ( 10 ), - Determine ( 600 ) that the changed operating state of the electrical component ( 2 ) a suitable load state for the fuel cell ( 1 ) for determining the predefined property, and - recording ( 700 ) one the impedance of the fuel cell ( 1 ) descriptive parameter over time based on the load condition. Verfahren nach Anspruch 1 weiter umfassend – Erkennen (300) eines Verbesserungspotentials hinsichtlich einer Eignung des Lastzustandes zur Ermittlung der vordefinierten Eigenschaft, und im Ansprechen darauf – Anpassen (400) eines Betriebszustandes der elektrischen Komponente (2) zur Verbesserung der Eignung. The method of claim 1 further comprising - detecting ( 300 ) of an improvement potential with regard to a suitability of the load state for the determination of the predefined property, and in response thereto - adapting ( 400 ) an operating state of the electrical component ( 2 ) to improve the suitability. Verfahren nach Anspruch 2 weiter umfassend – Einschalten (500) einer zweiten elektrischen Komponente (2) zur Verbesserung einer Eignung des Lastzustandes zur Ermittlung der vordefinierten Eigenschaft oder einer zweiten vordefinierten Eigenschaft der Brennstoffzelle (1) aufweist. Method according to claim 2 further comprising - switching on ( 500 ) a second electrical component ( 2 ) for improving the suitability of the load state for determining the predefined property or a second predefined property of the fuel cell ( 1 ) having. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend – Ermitteln (1100) eines gesunkenen Bedarfes an Rechenleistung in einer zur Auswertung der Impedanzspektroskopie vorgesehenen Auswerteeinheit (4) und im Ansprechen darauf – Anstoßen (1200) einer Auswertung der aufgezeichneten, die Impedanz der Brennstoffzelle (1) beschreibenden Kenngröße über der Zeit mittels der Auswerteeinheit (4) und insbesondere – Ablegen (1300) eines Ergebnisses der Auswertung in einem Datenspeicher und weiter insbesondere – Bereithalten (1400) eines Ergebnisses von Auswertungen zur Verwendung im und nach Betrieb des Systems. Method according to one of the preceding claims further comprising - determining ( 1100 ) of a reduced need for computing power in an evaluation unit provided for the evaluation of the impedance spectroscopy ( 4 ) and in response - initiate ( 1200 ) an evaluation of the recorded, the impedance of the fuel cell ( 1 ) descriptive parameter over time by means of the evaluation unit ( 4 ) and in particular - filing ( 1300 ) of a result of the evaluation in a data memory and further in particular - keeping ready ( 1400 ) a result of evaluations for use in and after operation of the system. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend – Ermitteln (800) eines Bedarfes zur Untersuchung der Brennstoffzelle (1) mittels Impedanzspektroskopie bezüglich einer vordefinierten zweiten Eigenschaft, und/oder – Ermitteln (900) einer Abschätzung bezüglich des zukünftigen Verhaltens der Brennstoffzelle (1), und/oder – Dokumentation (1000) eines Verlaufs der Änderung des Betriebszustandes über der Betriebsdauer. Method according to one of the preceding claims further comprising - determining ( 800 ) a need for testing the fuel cell ( 1 ) by means of impedance spectroscopy with respect to a predefined second property, and / or - determining ( 900 ) an estimation regarding the future behavior of the fuel cell ( 1 ), and / or - documentation ( 1000 ) a course of change of the operating state over the operating time. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend – Erkennen (1500), dass ein aktueller Betriebszustand eines elektrischen Bordnetzes des Fortbewegungsmittels (10) eine aussagekräftige Auswertung der aufgezeichneten, die Impedanz der Brennstoffzelle (1) beschreibenden Kenngröße verhindert, und im Ansprechen darauf, – Verwerfen (1600) der Aufzeichnung bereits vor ihrer Auswertung. Method according to one of the preceding claims further comprising - detecting ( 1500 ) that a current operating state of a vehicle electrical system of the means of transport ( 10 ) a meaningful evaluation of the recorded, the impedance of the fuel cell ( 1 ) and, in response, - discarding ( 1600 ) the recording already before its evaluation. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend – Auswerten der die Impedanz der Brennstoffzelle (1) beschreibenden Kenngröße durch eine Transformation der Kenngröße vom Zeitbereich in den Frequenzbereich. Method according to one of the preceding claims further comprising - evaluating the impedance of the fuel cell ( 1 ) descriptive characteristic by a transformation of the characteristic from the time domain in the frequency domain. Elektronisches Steuergerät (11) zur Überwachung eines Betriebs einer Brennstoffzelle (1) eines Fortbewegungsmittels (10) umfassend – Speichermittel (5), – einen Signaleingang (8), – einen Signalausgang (9) und – eine Auswerteeinheit (6), welche eingerichtet ist, – mittels des Speichermittels (5) einen Bedarf zur Untersuchung der Brennstoffzelle (1) mittels Impedanzspektroskopie bezüglich einer vordefinierten Eigenschaft zu ermitteln, – einen Betriebszustand einer elektrischen Komponente (2) des Fortbewegungsmittels (10) zu ermitteln, – mittels des Signaleingangs (8) zu ermitteln, dass der Betriebszustand der elektrischen Komponente (2) einen geeigneten Lastzustand für die Brennstoffzelle (1) zur Ermittlung der vordefinierten Eigenschaft aufweist, und – mittels des Signalausgangs (9) eine die Impedanz der Brennstoffzelle (1) beschreibende Kenngröße über der Zeit auf Basis des Lastzustandes aufzuzeichnen. Electronic control unit ( 11 ) for monitoring an operation of a fuel cell ( 1 ) of a means of transportation ( 10 ) - memory means ( 5 ), - a signal input ( 8th ), - a signal output ( 9 ) and - an evaluation unit ( 6 ), which is set up, - by means of the storage means ( 5 ) a need to study the fuel cell ( 1 ) by means of impedance spectroscopy to determine a predefined property, - an operating state of an electrical component ( 2 ) of the means of locomotion ( 10 ), - by means of the signal input ( 8th ) to determine that the operating state of the electrical component ( 2 ) a suitable load state for the fuel cell ( 1 ) for determining the predefined property, and - by means of the signal output ( 9 ) one the impedance of the fuel cell ( 1 ) descriptive Record characteristic over time based on the load condition. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 8, welches eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.  An electronic control apparatus according to claim 8, arranged to carry out a method according to any one of claims 1 to 7. Fortbewegungsmittel umfassend ein elektronisches Steuergerät nach einem der Ansprüche 8 oder 9.  Means of transport comprising an electronic control unit according to one of claims 8 or 9.
DE102015225117.9A 2015-12-14 2015-12-14 Method, means of locomotion and electronic control unit for monitoring an operation of a fuel cell of a means of locomotion Pending DE102015225117A1 (en)

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