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.
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:
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)
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2518680A (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-01 | Intelligent Energy Ltd | Water removal in a fuel cell |
DE102014018197A1 (en) * | 2014-12-09 | 2015-06-25 | Daimler Ag | An impedance determining apparatus for use with a fuel cell stack, fuel cell assembly having such an impedance determining apparatus, and methods of determining a impedance of a fuel cell assembly |
WO2015127133A1 (en) * | 2014-02-19 | 2015-08-27 | Ballard Material Products, Inc. | Use of neural network and eis signal analysis to quantify h2 crossover in-situ in operating pem cells |
US20150244011A1 (en) * | 2014-02-21 | 2015-08-27 | Bloom Energy Corporation | Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) Analyzer And Method of Using Thereof |
-
2015
- 2015-12-14 DE DE102015225117.9A patent/DE102015225117A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2518680A (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-01 | Intelligent Energy Ltd | Water removal in a fuel cell |
WO2015127133A1 (en) * | 2014-02-19 | 2015-08-27 | Ballard Material Products, Inc. | Use of neural network and eis signal analysis to quantify h2 crossover in-situ in operating pem cells |
US20150244011A1 (en) * | 2014-02-21 | 2015-08-27 | Bloom Energy Corporation | Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) Analyzer And Method of Using Thereof |
DE102014018197A1 (en) * | 2014-12-09 | 2015-06-25 | Daimler Ag | An impedance determining apparatus for use with a fuel cell stack, fuel cell assembly having such an impedance determining apparatus, and methods of determining a impedance of a fuel cell assembly |
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