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Die Erfindung betrifft ein Funktionsüberwachungsverfahren von mindestens einem Bauteil (A) in einem mit einem Fluid druckbeaufschlagten Fluidsystem, nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung, die zumindest zur Funktionsüberwachung von mindestens einem Bauteil (A) in einem mit einem Fluid druckbeaufschlagten Fluidsystem ausgestaltet ist nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch.
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Stand der Technik
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Es ist üblich in Fluidsystemen, bspw. in Brennstoffzellen oder in Brennstoffzellenstacks, Bypassklappen zu verbauen. Eine Bypassklappe dient funktional dazu, um das in dem Fluidsystem geführte Fluid je nach Stellung der Klappe z. B. durch die Kathode des Brennstoffzellenstacks hindurchzuleiten (Klappe geschlossen), oder das Fluid über ein Bypassrohr an der Kathode vorbeizuleiten (Klappe geöffnet). Um die Funktion der Bypassklappe zu steuern, wird diese von einer Steuerung angesteuert, z. B. elektrisch über eine H-Brücke. Besitzt die Bypassklappe bspw. eine Feder, bspw. eine Rückstellfeder, bewirkt diese bei nicht-Ansteuerung durch die Steuerung, dass sich die Bypassklappe in einer Ruheposition (z. B. – fast geschlossen) befindet. Die Funktion der Bypassklappe wird bei den bekannten Fluidsystemen durch verschiedene Diagnosen überwacht. Bekannte Diagnosen der Funktion der Bypassklappe sind bspw. wie folgt: Positionsrückmeldung über einen oder mehrere Sensoren.
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Sind in dem System keine Sensoren zur Überwachung der Funktion der Bypassklappe vorgesehen, erfolgt eine
- – Überwachung der elektrischen Ansteuerung der Bypassklappe, bspw. auf Kurzschlüsse, oder es erfolgt eine
- – Überwachung des durch die Bypassklappe geleiteten Fluid-/Luftstroms mittels eines Luftmassenmessers.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Funktionsüberwachungsverfahren von mindestens einem Bauteil (A) in einem mit einem Fluid druckbeaufschlagten Fluidsystem, mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
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Wird bspw. die Überwachung der elektrischen Ansteuerung eines Strömungsbauteils, insbesondere in Form eines Bauteils (A) und/oder (B), wie z. B. einer Bypassklappe, Kompressors oder Verdichter, durchgeführt, können nachteilhaft nicht alle Klappenfehler (Fehlermodi) erkannt werden. So kann bspw. bei der Überwachung der elektrischen Ansteuerung, nämlich durch Detektion von Kurzschlüssen, ein mechanischer Defekt der Klappe nicht erkannt werden. Der mechanische Defekt der Klappe müsste ergänzend zu der Überwachung der elektrischen Ansteuerung bspw. mittels einer Sensorik überwacht werden.
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Um jedoch auch mechanische Klappendefekte ohne eine aufwendige Sensorik erkennen zu können, was insgesamt zu einer Kostenreduzierung und zur Erhöhung der Sicherheit eines Fluidsystems, insbesondere eines Brennstoffzellensystems führt, schlägt die vorliegende Erfindung einen Diagnosemechanismus in Form eines Funktionsüberwachungsverfahrens vor, welcher die bekannten Mechanismen zur Funktionsüberwachung einer Bypassklappe oder ganz allgemein eines in einem Fluidsystem verbauten Strömungsbauteils ergänzt, auf Wirksamkeit überprüft oder ggf. ersetzt, wobei vorteilhaft Sensoren eingespart werden können.
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Zur Kostenreduzierung von Fluidsystemen, insbesondere von Brennstoffzellensystemen, und zur Erhöhung der Sicherheit dieser Systeme schließt das die Erfindung betreffende Funktionsüberwachungsverfahren die technische Lehre ein, dass durch Vergleichen des Fluiddurchflusswertes (ISTFV) mit dem für das Bauteil (B) zu erwartenden Fluiddurchflusswert (EFV) eine Funktion (F) des Bauteils (A) plausibilisiert wird.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll als Plausibilisierung der Funktion (F) des Bauteils (A) eine Diagnose des Funktionszustandes, d. h. eine Diagnose der Funktion (F) des Bauteils verstanden werden, wobei die Funktion (F) des Bauteils (A) insbesondere über die Messung des Differenzdrucks (ISTP) und dem daraus ermittelten und abgeglichenen Fluiddurchflusswert (ISTFV vs EFV) erkannt und angezeigt wird.
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Vorteilhaft kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Funktion (F) eines Strömungsbauteils (Bauteil A) bspw. in einem Brennstoffzellensystem durch Vergleichen des Fluiddurchflusswertes (ISTFV) mit dem für die Kathode (Bauteil (B) als aktive Komponente) zu erwartenden Fluiddurchflusswert (EFV) oder durch Vergleichen des Fluiddurchflusswertes (ISTFV) mit dem für eine andere Engstelle (Bauteil (B) als passive Komponente) zu erwartenden Fluiddurchflusswert (EFV) plausibilisiert werden. Um den Fluiddurchflusswert (ISTFV) für die Kathode oder die Engstelle aus dem durch die Kathode oder die Engstelle verursachten Druckabfall, der gleich dem Differenzdruck ist, zu ermitteln, ist vorteilhaft vor und nach der Kathode oder vor und nach der anderen Engstelle je ein Drucksensor verbaut. Vorteilhaft misst dabei ein Eingangsdrucksensor den Fluideingangsdruck (PE) eines Fluids, das durch eine mit der Kathode verbundene fluidtechnische Verbindung geleitet wird, vor Eintritt in die Kathode. Ein Ausgangsdrucksensor, der der Kathode oder der anderen Engstelle fluidtechnisch nachgeordnet ist, misst vorteilhaft den Fluidausgangsdruck (PA) bei Austritt des Fluids aus der Kathode oder der anderen Engstelle. Aus dem Ausgangsdruck (PA) und dem Eingangsdruck (PE) wird vorteilhaft ein Differenzdruck (ISTP) ermittelt, der dem durch die Kathode oder der anderen Engstelle verursachten Druckabfall entspricht.
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Bei bekanntem Verhalten der Kathode kann aus dem Differenzdruck (ISTP), vorzugsweise korrigiert durch relevante Parameter, ein Fluiddurchflusswert (ISTFV) (Luftdurchfluss) bestimmt werden. Als zu korrigierender Parameter für die als aktive Komponente (Bauteil B) für die Plausibilisierung der Funktion (F) des Bauteils (A) verwendete Kathode ist bspw. der Stack-Betriebspunkt zu beachten, da im Stack in einer chemischen Reaktion Luftsauerstoff mit Wasserstoff zu Wasser oxidiert wird, wodurch sich insgesamt die Gasmenge ändert. Für die aktive Komponente (Bauteil B), wie bspw. für die Stack-Kathode, wird daher vorteilhaft über mindestens einen weiteren Parameter die Abhängigkeit von Druck zu Fluiddurchfluss über ein Modell einbezogen und/oder die Abhängigkeit von Druck zu Fluiddurchfluss in Abhängigkeit von dem mindestens einen Parameter in zumindest einem Kennfeld festgehalten. Da für die Stack-Kathode als aktive Komponente (Bauteil B) die Abhängigkeit von Druck zu Fluiddurchfluss hauptsächlich zu dem erzeugten Strom, d. h. zu der vom Stack erzeugten elektrischen Energie steht, kann der erzeugte Strom, d. h. die erzeugte elektrische Energie, vorteilhaft als in einem Modell einbezogener und/oder als in zumindest einem Kennfeld oder in einer Kennlinie festgehaltener Parameter für die als Bauteil (B) verwendete Kathode hinterlegt sein.
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Vorzugsweise ist der in einem Modell einbezogene und/oder als in zumindest einem Kennfeld oder in einer Kennlinie festgehaltener Parameter auf einem Speichermedium oder anderweitig gespeichert. Die gespeicherten Parameter dienen vorteilhaft einer Steuervorrichtung, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist, dazu, um das erfindungsgemäße Verfahren unter Einbeziehung des Modells und/oder des zumindest einen Kennfelds auszuführen.
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Wird als Bauteil (B) in dem Fluidsystem, vorzugsweise in dem Brennstoffzellensystem, eine passive Komponente verwendet, um durch Vergleichen des Fluiddurchflusswertes (ISTFV) mit dem für das Bauteil (B) zu erwartenden Fluiddurchflusswert (EFV) die Funktion (F) für ein Bauteil (A) zu plausibilisieren, kann vorteilhaft die Abhängigkeit von Druck zu Durchfluss bauartbedingt bekannt sein oder diese kann vorzugsweise durch zumindest einmalige und/oder individuelle Vermessung des Bauteils (B) erfolgen. Als bauartbedingt bekannt, kann bspw. der Leitungsquerschnitt des Bauteils (B) genannt werden, wobei durch Veränderung des Leitungsquerschnittes, bspw. in einer fluidtechnischen Verbindung (Leitung), vorzugsweise durch Verringerung des Leitungsquerschnitts eine Engstelle in dem Fluidsystem provozierbar ist. Die bauartbedingten und/oder durch die Vermessung des Bauteils (B) ermittelten Daten werden vorteilhaft gespeichert und können bspw. von der Steuervorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens abgerufen werden.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bauteil (B) um eine Engstelle in einem Fluidsystem, wobei die Engstelle (Bauteil B) vorteilhaft in Form der aktiven oder der passiven Komponente des Fluidsystems ausgestaltet ist. Je nach Fluidsystem und je nach Anordnung des als aktive oder passive Komponente in dem Fluidsystem ausgestalteten Bauteils (B) ist das Bauteil (B) dem Bauteil (A) in dem Fluidsystem entweder stromaufwärts vorgeordnet, oder ist dem Bauteil (A) in dem Fluidsystem stromabwärts nachgeordnet. In einer bevorzugten Konstellation ist das als aktive Komponente ausgestaltete Bauteil (B) fluidtechnisch parallel zu dem Bauteil (A) in dem Fluidsystem angeordnet.
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Ist das Bauteil (B) dem Bauteil (A) in dem Fluidsystem stromaufwärts vorgeordnet, kann vorteilhaft über den Differenzdruck des dem Bauteil (A) stromaufwärts vorgeordneten Bauteils (B) die Funktion des Bauteils (A) plausibilisiert werden. Handelt es sich bspw. bei dem Bauteil (A) um eine dem Bauteil (B) in dem Fluidsystem stromabwärts nachgeordnete Drosselklappe, die bspw. auf Grund eines Defektes nicht mehr öffnet, kann bei Druckbeaufschlagung das Fluid durch die geschlossene Drosselklappe nicht weitergeleitet werden, wodurch sich der Eingangsdruck und der Ausgangsdruck am Bauteil (B) nach einem gewissen Zeitraum auf ein gleiches Level einpegelt. Über die Angleichung des Eingangsdrucks und des Ausgangsdrucks am Bauteil (B) auf dasselbe Level kann somit vorteilhaft der Defekt der als Bauteil (A) dem Bauteil (B) stromabwärts nachgeordneten Drosselklappe ermittelt werden, ohne dafür eine spezielle Sensorik für die Überwachung der Funktion der Drosselklappe einsetzen zu müssen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist daher als Funktion (F) des Bauteils (A) auch ein Defekt des Bauteils (A) zu verstehen.
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Bei einem zu dem Bauteil (B) in dem Fluidsystem parallel angeordneten Bauteil (A) kann es sich vorzugsweise um eine Bypassklappe handeln, über die die Fluidzufuhr (Gaszufuhr) in das Bauteil (A), bspw. die Kathode, regulierbar ist.
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Bei dem Bauteil (A) kann es sich vorteilhaft um die Drosselklappe, die Bypassklappe, aber auch um einen Luftmassenmesser und/oder um einen Kompressor handeln, deren Funktion vorteilhaft über die Messung des Differenzdrucks am Bauteil (B) und dem daraus ermittelten Fluiddurchflusswert (ISTFV) plausibilisiert werden kann.
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Somit lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren folgende vorteilhafte aber nicht abschließende Funktionen eines Bauteils (A) durch die Differenzdruckmessung an dem Bauteil (B) ermitteln:
- a) Erkennen einer Bypassklappenfunktion anhand des Differenzdrucks/Gasdruckabfalls (ISTP) über die Brennstoffzellenkathode oder über eine andere Engstelle im Fluidsystem, bspw. über eine fluidtechnisch mit der Bypassklappe verbundenen Leitung, die zumindest abschnittsweise einen verringertem Leitungsquerschnitt aufweist,
- b) Erkennen einer korrekten Luftmassenmesser-Funktion anhand der Plausibilisierung mittels des Differenzdrucks (ISTP),
- c) gegebenenfalls Drift-Kompensation des Luftmassenmessers, wobei diese Methode zur Drift-Kompensation des Luftmassenmessers bspw. gegenüber Driftkompensationsfunktionen, die aus Verbrennungsmotorsystemen bekannt sind, sehr viel präziser ist. Vorzugsweise erfolgt die Drift-Kompensation anhand von gespeicherten Korrekturwerten,
- d) Erkennen einer Drosselklappenfunktion,
- e) Erkennen einer Kompressorfunktion, wobei über die Differenzdruckbestimmung an dem Bauteil (B) unter Einbeziehung von Leistungsdaten für den Kompressor in einem Modell oder in zumindest einem Kennfeld, ein Kompressordefekt ermittelt werden kann.
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Daraus ergeben sich die folgenden aber nicht abschließenden beispielhaften Vorteile:
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft eine Überwachung der Bypassklappe ohne eine zusätzliche Sensorik oder ohne einen Luftmassenmesser möglich, falls dieser im System nicht vorhanden ist oder dieser an einer ungeeigneten Stelle im Fluidsystem verbaut ist, bspw. stromaufwärts der Bypassklappe.
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Zudem kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise die Integrität des Luftmassensignals durch eine zusätzliche Plausibilisierung erhöht werden, vorzugsweise in sicherheitsrelevanten Systemen. Durch die daraus resultierende Redundanz der Überwachung des Luftmassensignals kann vorteilhaft ein ASIL nach ISO 26262 erhöht werden, bzw. kann erstmalig ein ASIL ermöglicht werden.
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Darüber hinaus kann vorteilhaft mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Genauigkeit eines Sensorsignals, das bei einer sensierten Überwachung der Funktion (sF) des Bauteils (A) erhalten wird, erhöht werden, da das Sensorsignal über die redundante Differenzdruckmessung überprüft werden kann. Dadurch können bspw. Alterungseffekte der Sensorik (Sensoren) ausgeglichen werden. Vorteilhaft kann die Plausibilisierung der Funktion (F) des Bauteils (A) redundant bspw. zu einer sensierten Überwachung der Funktion (sF) des Bauteils (A) eingesetzt werden. Wie bereits für das Luftmassensignal beschrieben, kann die Plausibilisierung der Funktion (F) des Bauteils (A) ergänzend zu der sensierten Überwachung der Funktion (sF) des Bauteils (A) vorteilhaft in einem sicherheitsrelevanten Fluidsystem eingesetzt werden.
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Die für den Luftmassenmesser beschriebene Driftkompensation kann allgemein für das Bauteil (A) gelten, wobei die Plausibilisierung der Funktion (F) des Bauteils (A) zu der Drift-Kompensation des Bauteils (A) verwendet wird. Vorzugsweise wird die Drift-Kompensation anhand von gespeicherten Korrekturwerten für das Bauteil (A) durchgeführt. Die Korrekturwerte sind vorzugsweise in ein Modell einbezogen oder in zumindest einem Kennfeld oder einer Kennlinie festgelegt und auf einem Speichermedium oder anderweitig gespeichert. Auf diese Weise können bspw. durch Alterungseffekte hervorgerufene Funktionen und/oder fehlerhafte Funktionen des Bauteils (A) ermittelt werden. Insbesondere die durch Alterungseffekte hervorgerufenen Funktionen des Bauteils (A) können somit vorteilhaft durch die Differenzdruckmessung am Bauteil (B) und durch Vergleich der für das Bauteil (A) hinterlegten Korrekturwerte aktiv kompensiert werden. Dadurch kann vorteilhaft ein Ersetzen oder ein Austausch des Bauteils (A) hinausgezögert bzw. verhindert werden.
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Aus der gemessenen Druckdifferenz, die gleich dem durch die Engstelle in dem Fluidsystem verursachten Druckabfall ist, ergibt sich vorteilhaft durch Einbeziehung der Parameter ein modellierter Gasdurchfluss- bzw. Fluiddurchflusswert (ISTFV). Der Fluiddurchflusswert (ISTFV) kann wie oben beschrieben beispielhaft wie folgt verwendet werden:
- a) über den modellierten Fluiddurchflusswert (ISTFV) kann zur Überwachung einer Bypassklappe ein Luftmassenmesser im System eingespart werden. Der Fluiddurchflusswert (ISTFV) gibt bspw. für die Diagnose der Bypassklappe folgende Funktion der Bypassklappe an:
– ist der Fluiddurchflusswert (ISTFV) zu groß, obwohl die Klappe geöffnet sein sollte, zeigt der Fluiddurchflusswert (ISTFV) eine fehlerhaft geschlossene Bypassklappe an;
– ist der Fluiddurchflusswert (ISTFV) zu klein, obwohl die Klappe geschlossen sein sollte, zeigt der Fluiddurchflusswert (ISTFV) eine fehlerhaft geöffnete Bypassklappe an, oder es kann als Ursache für den zu niedrigen Fluiddurchflusswert (ISTFV) bspw. ein defekter Kompressor angenommen werden.
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Vorteilhaft kann die Genauigkeit der Differenzdruckmessung dadurch sichergestellt werden, indem bei einem bekannten Betriebspunkt (B0) mit genau bekannten Druckdifferenzen (z.B inaktives System, Fluid-/Gasdurchfluss 0 kg(h)) die gemessenen Druckwerte (PE und PA) und der daraus resultierende Differenzdruck (ISTP) als Differenzdruckwert (ISTPV) mit einem bei dem bekannten Betriebspunkt (B0) des Fluidsystems bekannten Differenzdruckwert (EPV) verglichen werden. Wird eine Abweichung zwischen dem gemessenen Differenzdruckwert (ISTPV) und dem bekannten Differenzdruckwert (EPV) festgestellt, kann vorteilhaft der durch die Messung erhaltene Differenzdruckwert (ISTPV) auf den Wert des bei dem Betriebspunkt (B0) zu erwartenden/bekannten Differenzdruckwert (EPV) korrigiert werden. Bspw. muss bei einem Durchfluss 0 kg/h der Druck vor der Kathode (Fluideingangsdruck PE) gleich dem Kathodenausgangsdruck (Fluidausgangsdruck PA) nach der Kathode sein. Wird über den ermittelten Fluideingangsdruck (PE) und den ermittelten Fluidausgangsdruck (PA) jedoch ein Differenzdruck ISTP festgestellt, ist dies auf eine Sensorungenauigkeit des Eingangsdrucksensors und/oder des Ausgangsdrucksensors zurückzuführen. Der bei dem Durchfluss 0 kg/h ermittelte Differenzdruck (ISTP) wird vorteilhaft als Differenzdruckwert (ISTPV) gespeichert und dient vorzugsweise dazu, um über einen Korrekturmechanismus die fehlerhafte Messung des Fluidausgangsdrucks (PA) und/oder des Fluideingangsdrucks (PE) zu korrigieren.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung, die zumindest zur Funktionsüberwachung von mindestens einem Bauteil (A) in einem mit einem Fluid druckbeaufschlagten Fluidsystem ausgestaltet ist nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch. Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Steuervorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Funktionsüberwachungsverfahrens ausgestaltet. In bevorzugter Weise kann die Steuervorrichtung zumindest auf die auf dem Speichermedium oder anderweitig hinterlegten Parameterdaten für das Bauteil (B) zugreifen und diese verarbeiten. Zudem ist die Steuervorrichtung derart ausgestaltet, dass zumindest die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, unabhängig von der Reihenfolge der Verfahrensschritte, ausgeführt werden können.
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Als einen zusätzlichen Erfindungsaspekt wird mit der vorliegenden Anmeldung ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, das zumindest die erfindungsgemäße Steuervorrichtung umfasst, mit der das erfindungsgemäße Funktionsüberwachungsverfahren zur Plausibilisierung der Funktion von Komponenten des Brennstoffzellensystems durchführbar ist.
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Um hier Wiederholungen bezüglich weiterer Vorteile der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems zu vermeiden, wird auf die Beschreibung der vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Funktionsüberwachungsverfahren verwiesen und es wird vollumfänglich auf diese zurückgegriffen. Dabei gelten technische Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch für das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem und umgekehrt, so dass jeweils wechselseitig Bezug auf die Offenbarung genommen werden kann bzw. wird.
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Bevorzugtes Ausführungsbeispiel:
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches in der Figur schematisch dargestellt ist. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich, als auch in verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figur nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt in schematischer Darstellung:
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1 ein als Brennstoffzellensystem ausgestaltetes druckbeaufschlagtes Fluidsystem mit Funktionsüberwachung einer Bypassklappe durch Messung der Druckdifferenz an der Kathode.
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Die Figur zeigt ein als Brennstoffzellensystem (100) ausgestaltetes druckbeaufschlagtes Fluidsystem (10). Das Brennstoffzellensystem (100) umfasst zumindest eine Brennstoffzelle (50) und einen Kompressor (110), über den Brennstoff (Fluid) druckbeaufschlagt über eine fluidtechnische Verbindung (120) der Kathode (130B) (Bauteil B), d. h. in den Kathodenraum der Brennkammer eingeleitet wird. Über eine fluidtechnische Verbindung (121) wird das Produkt des in der Kathode (130B) in einem Verbrennungsprozess umgesetzten Fluids aus der Kathode (130B) ausgeleitet. Zudem umfasst das Brennstoffzellensystem (100) eine Bypassklappe (1A) (Bauteil A), die funktional dazu dient, um das in dem Fluidsystem (10) geführte Fluid je nach Stellung der Klappe durch die Kathode (130B) der Brennstoffzelle (50) oder des Brennstoffzellenstacks hindurchzuleiten (Klappe geschlossen), oder das Fluid über eine Bypassleitung (140), die fluidtechnisch mit der fluidtechnischen Verbindung (120) und der fluidtechnischen Verbindung (121) verbunden ist, an der Kathode (130B) über die fluidtechnische Verbindung (121) vorbeizuleiten (Klappe geöffnet). Über die Bypassleitung (140) und die fluidtechnischen Verbindungen (120) und (121) ist die als Bauteil (A) des Fluidsystems (100) ausgestaltete Bypassklappe (1A) mit der als Bauteil (B) des Fluidsystems (100) ausgestalteten Kathode (130B) fluidtechnisch verbunden. In der Zuleitung zu der Kathode (130B), d. h. in der fluidtechnischen Verbindung (120) umfasst das Brennstoffzellensystem (100) in Strömungsrichtung, d. h. stromabwärts zur Kathode (130B) hin, einen Luftmassenmesser (150), der vorteilhaft als Hochdruck-Durchfluss-Sensor (HP Air flow sensor) ausgestaltet ist, und einem dem Luftmassenmesser (150) stromabwärts in der fluidtechnischen Verbindung (120) folgenden Druckeingangssensor (160PE), der den Fluideingangsdruck (PE) vor Einleiten des Fluids in die als Bauteil (A) ausgestaltete Kathode (130B) sensiert. In der fluidtechnischen Verbindung (121) umfasst das Brennstoffzellensystem (100) in Strömungsrichtung des aus der Kathode (130B) ausgeleiteten Fluids, d. h. stromabwärts von der Kathode (130B) weg, einen Druckausgangssensor (160PA), der den Fluidausgangsdruck (PA) nach Ausleiten des Fluids aus der Kathode (130B) in der fluidtechnischen Verbindung (121) sensiert. Zudem umfasst das Brennstoffzellensystem (100) in Strömungsrichtung des aus der Kathode (130B) ausgeleiteten Fluids, d. h. im Abgasstrom in der fluidtechnischen Verbindung (121) eine Drosselklappe (170). Der mittels des Druckeingangssensors (160PE) sensierte Fluideingangsdrucks (PE) und der mittels des Druckausgangssensors (160PA) sensierte Fluidausgangsdruck (PA) wird vorzugsweise einer Steuervorrichtung (200), bspw. einer Steuereinheit des Brennstoffzellensystems (100) mittels datentechnischer Übertragung, bspw. via LAN- oder Funkverbindung, wie bspw. einem Nahbereichsfunkverfahren, wie Bluetooh oder Wifi (in der Figur als unterbrochene Linie dargestellt) gemeldet. Aus dem sensierten Fluideingangsdruck (PE) und dem sensierten Fluidausgangsdruck (PA) wird in dem Ausführungsbeispiel mittels der Steuervorrichtung (200) ein Differenzdruck (ISTP) bestimmt. Aus dem Differenzdruck (ISTP) ermittelt die Steuervorrichtung (200) einen Fluiddurchflusswert (ISTFV) für den Fluiddurchfluss durch die als Bauteil (B) ausgestaltete Kathode (130B). Bei bekanntem Verhalten der Kathode (130B) kann aus dem Differenzdruck (ISTP), vorzugsweise korrigiert durch relevante Parameter, ein Fluiddurchflusswert (ISTFV) (Gas-/Luftdurchfluss) bestimmt werden, der mit einem für die Kathode (130B) zu erwartenden Fluiddurchflusswert (EFV) verglichen wird. Als zu korrigierender Parameter für die als aktive Komponente (Bauteil B) für die Plausibilisierung einer Funktion (F) des Bauteils (A), vorliegend die Bypassklappe (1A), verwendete Kathode (130B), ist bspw. der Stack-Betriebspunkt zu beachten, da im Stack in einer chemischen Reaktion Luftsauerstoff mit Wasserstoff zu Wasser oxidiert wird, wodurch sich insgesamt die Gasmenge ändert. In dem Ausführungsbeispiel wird für die aktive Komponente (Bauteil B, Kathode (130B)) die Abhängigkeit von Druck zu Fluiddurchfluss über ein Modell einbezogen und/oder die Abhängigkeit von Druck zu Fluiddurchfluss in Abhängigkeit von dem mindestens einen Parameter in zumindest einem Kennfeld festgehalten, um daraus bspw. den zu einem konkreten Betriebspunkt (B0) zu erwartenden Fluiddurchflusswert (EFV) für die Kathode (130B) zu ermitteln. Da für die Stack-Kathode (130B) als aktive Komponente (Bauteil B) die Abhängigkeit von Druck zu Fluiddurchfluss hauptsächlich zu dem erzeugten Strom, d. h. zu der vom Stack erzeugten elektrischen Energie steht, kann der erzeugte Strom, d. h. die erzeugte elektrische Energie, vorteilhaft als in einem Modell einbezogener und/oder als in zumindest einem Kennfeld oder in einer Kennlinie festgehaltener Parameter für die als Bauteil (B) verwendete Kathode (130B) hinterlegt sein, bspw. auf einem Speichermedium, auf einem internen Speicher der Speichervorrichtung (200) oder anderweitig, bspw. in einer externen Datenquelle, die der Steuereinheit (200) die Parameter zur Verfügung stellt.
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Durch Vergleichen des Fluiddurchflusswertes (ISTFV) mit dem für das Bauteil (B), in dem Ausführungsbeispiel die Kathode (130B), zu erwartenden Fluiddurchflusswert (EFV) kann eine Funktion (F) des Bauteils (A), in dem Ausführungsbeispiel die Funktion (F) der Bypassklappe (1A), mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens plausibilisiert werden. Vorteilhaft ist dazu die Steuervorrichtung (200) zur Ausführung des erfindungsgemäßen Funktionsüberwachungsverfahrens ausgestaltet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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