DE102016119015A1 - Schätzung der kühlmittelleitfähigkeit in einem mehrspannungs-brennstoffzellensystem ohne trennen der schütze - Google Patents

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Abstract

Ein System und Verfahren zur Überwachung der Leitfähigkeit eines Kühlmittels in einem Brennstoffzellensystems eines mit Karosserie ausgestatteten Fahrzeugs. Das Brennstoffzellensystem beinhaltet einen Brennstoffzellenstapel, welcher mit einer Stapelsammelschiene elektrisch verbunden ist und eine Batterie, die mit der Antriebssammelschiene elektrisch verbunden ist. Das Verfahren beinhaltet den Betrieb des Brennstoffzellensystems, die Messung des ersten Isolationswiderstands in der ersten Leistungsstufe, Messung der ersten Stapelspannung, und Messen der ersten Batteriespannung. Das Verfahren beinhaltet auch den Betrieb der Brennstoffzellensystems auf dem zweiten Leistungsniveau und die Messung des zweiten Isolationswiderstandes, die Messung der zweiten Stapelspannung, und die Messung der zweiten Batteriespannung. Das Verfahren berechnet den Widerstand des Stapelkühlmittels unter Verwendung des ersten und des zweiten Isolationswiderstandes, der ersten und der zweiten Stapelspannung und der ersten und der zweiten Batteriespannung, die dann zur Berechnung der Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit verwendet werden.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen ein System und Verfahren zur Bestimmung der Leitfähigkeit eines Kühlfluids in einem Brennstoffzellensystem und insbesondere ein System und Verfahren zur Bestimmung der Leitfähigkeit einer das Brennstoffzellensystem durchfließenden Kühlflüssigkeit, worin das Verfahren den positiven Karosserieisolationswiderstand bei hoher Systemleistung und den positiven Karosserieisolationswiderstand bei einem niedrigem Systemleistungsniveau, die Brennstoffzellenstapelspannung sowie die Batteriespannung in der zwei Leistungsstufen misst, und die beiden zwei positiven bis Karosserieisolieringswiderstandswerte und die Spannungswerte einsetzt, um den positiven Stapelkühlmittelisolationswiderstand zu ermitteln.
  • ERLÄUTERUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
  • Eine Wasserstoffbrennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung mit einem Elektrolyten zwischen einer Anode und einer Kathode. Die Anode empfängt Wasserstoffgas und die Kathode empfängt Sauerstoff oder Luft. Das Wasserstoffgas wird in der Anode dissoziiert, um freie Wasserstoff-Protonen und -Elektronen zu erzeugen. Die Wasserstoff-Protonen gelangen durch den Elektrolyten zu der Kathode. Die Elektronen von der Anode können nicht durch das Elektrolyt passieren, und werden somit durch einen Verbraucher geleitet, um Arbeit zu verrichten, bevor sie zur Kathode gesendet werden. Brennstoffzellen mit einer Protonenaustauschmembran (PEMFC) sind populär als Brennstoffzellen für Fahrzeuge, sie enthalten für gewöhnlich eine Protonen leitende Polymermembran mit einem Elektrolyt, wie z. B. eine Membran mit perfluorsulfatischer Säure. Anode und Kathode enthalten normalerweise fein verteilte katalytische Teilchen, üblicherweise Platin (Pt), die an Kohlenstoffpartikel gekoppelt und mit einem Ionomer vermischt sind; die katalytische Mischung befindet sich auf beiden Seiten der Membran. Die Kombination der katalytischen Mischungen auf Seiten von Anode und Kathode sowie der Membran formen eine Membran-Elektroden-Einheit (MEA).
  • Mehrere Brennstoffzellen werden typischerweise zu einem Brennstoffzellenstack gebündelt, um die gewünschte Leistung zu erreichen. Normalerweise findet sich in einem Brennstoffzellenstack eine Reihe von Strömungsfeld- oder Bipolarplatten zwischen den MEA im Stapel, Bipolarplatten und MEA befinden sich dabei zwischen zwei Endplatten. Die Bipolarplatten verfügen über jeweils eine Anoden- und eine Kathodenseite für benachbarte Brennstoffzellen im Stapel. Strömungskanäle auf der Anodenseite der Bipolarplatten ermöglichen dem Reaktionsgas der Anode den Zugang zur jeweiligen MEA. Gasströmungskanäle auf der Kathodenseite der bipolaren Platten ermöglichen dem gasförmigen Reaktant Zugang zur jeweiligen MEA. Eine Endplatte verfügt über Strömungskanäle für Anodengas, die andere Endplatte für Kathodengas. Bipolar- und Endplatten werden aus leitendem Material gefertigt, beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder einem leitfähigen Verbundwerkstoff. Die Endplatten leiten die aus den Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität aus dem Stapel. Die Bipolarplatten verfügen über weitere Strömungskanäle, durch die eine Kühlflüssigkeit zirkuliert.
  • Die meisten Brennstoffzellfahrzeuge sind Hybridfahrzeuge, die neben dem Brennstoffzellenstapel eine zusätzliche Stromquelle, wie z. B. eine Hochspannungs-DC-Batterie oder einen Ultrakondensator verwenden. Ein DC/DC-Wandler wird typischerweise verwendet um die Stapelspannung an die Spannung der Batterie anzupassen. Die Energieversorgungsquelle liefert zusätzlichen Strom für verschiedene Zusatzbelastungen im Fahrzeug, für Systemstart und bei erhöhtem Strombedarf, wenn der Brennstoffzellenstapel nicht die gewünschte Stromleistung erbringen kann. Vom Brennstoffzellenstapel wird der Strom für den Fahrzeugbetrieb an den Elektroantriebsmotor über eine DC Hochspannungs-Sammelschiene an den Elektroantriebsmotor geleitet. Die Batterie liefert an die Elektrosammelschiene zusätzlichen Strom während Zeitintervalle, in welchen über die vom Stapel gelieferte Leistung zusätzlicher Strom benötigt wird, etwa bei starker Beschleunigung. Beispielsweise könnte der Brennstoffzellenstapel 70 kW Strom liefern, wenn für die Fahrzeugbeschleunigung 100 kW Strom erforderlich sind. Der Brennstoffzellenstapel dient zum Wiederaufladen der Batterie oder des Ultrakondensators in Zeitabschnitten, in welchen der Brennstoffzellenstapel die für das System erforderliche Strommenge abgibt. (Systemleistungsbedarf). Der Generatorstrom, welcher vom Antriebsmotor während der Nutzbremsung erzeugt, wird auch zum Nachladen der Batterie oder Ultrakondensator verwendet.
  • Die Regelalgorithmen auf eine Brennstoffzelle Hybridfahrzeug bestimmen, wie viel Strom vorgesehen, durch den Brennstoffzellenstapel und wievielt Strom vorgesehen, durch die Batterie in Reaktion auf einen Fahrer Leistungsanforderung und unter allen Fahrzeugbetriebsbedingungen. Es ist wünschenswert die Leistungsverteilung von dem Brennstoffzellenstapel und der Batterie so zu optimieren, dass die Menge des für den Betrieb des Fahrzeugs verwendeten Wasserstoffes, minimiert wird. Mit anderen Worten: es ist wünschenswert das Brennstoffzellensystem auf meist effiziente Weise zu betreiben, die ermöglicht, dass das Fahrzeug die weiteste Entfernung bewältigen kann und die geringste Wasserstoffmenge verbraucht. Die Batterie muss innerhalb eines definierten Ladezustandbereichs (SOC) in Betrieb genommen werden, wo der Regelalgorithmus typischerweise einen SOC-Sollwert, bis zu welchem die Batterie basierend auf dem Sollwert geladen und entladen wird.
  • Um einen sicheren Betrieb eines Brennstoffzellen-Hybridfahrzeugs zu gewährleisten, müssen alle Hochspannungsteile des elektrischen Systems des Fahrzeugs von der Karosserie elektrisch isoliert sein. Eine Möglichkeit Hochspannungsisolierung herzustellen besteht darin, einen oder mehrere Isolationswiderstände, die den aktuellen Stromfluss von der Hochspanungsquelle an die Karosserie limitieren, zu maximieren. Ein Versagen der Hochspannungsisolierung zwischen dem elektrischen Bordnetz und dem Fahrgestell müssen während des Fahrzeugbetriebs erkennbar gemacht werden. Wenn ein Schaden an der Hochspannungsisolierung erkannt wird, wird durch das Isolierungsfehlererkennungssystem eine geeignete Maßnahme, wie etwa das Abschalten des Systems oder die Aktivierung eines Lichtwarnsignals an den Fahrzeuglenker, aktiviert.
  • Die Kühlflüssigkeit zur Kühlung von bipolaren Platten, welche die Kühlkanäle im Brennstoffzellenstapel durchfließt, könnte eine elektrische Verbindung zwischen dem Brennstoffzellenstapel und Karosserieteilen, wie etwa dem Kühlsystem Kühler, schaffen. Die Kühlflüssigkeit sollte daher ihrer Beschaffenheit nach eine geringe Leitfähigkeit aufweisen. Im Laufe der Zeit dringen wegen Alterung und Verschleiß des Systems Schmutzpartikel und sonstige Verunreinigungen in die Kühlflüssigkeit ein, wodurch die Verunreinigungen die Anzahl der Ionen in der Kühlflüssigkeit erhöhen und zur Steigerung deren Leitfähigkeit beitragen. Da die Kühlflüssigkeit auch stetig erhitzt und abgekühlt wird, verliert diese ihre Fähigkeiten, wodurch deren Leitfähigkeit zunimmt. Die Kühlflüssigkeit muss daher periodisch ersetzt werden, damit diese keinen Verlust der hochspannungsisolierenden Eigenschaften verursacht. Die Feststellung des Verlusts hochspannungsisolierenden Eigenschaften kann darauf hinweisen, dass der Verlust der hochspannungsisolierenden Eigenschaft durch Zunahme der Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit vor Ablauf des nächsten vereinbarten Wechseltermins eingetreten ist. Wenn eine Abnahme der Hochspannungsisolierfunktion festgestellt wird, muss ein Servicetechniker normalerweise Komponenten aus der Hochspannungs-Sammelschiene isolieren, um die Ursache für den Isolierungsdefekt auszumachen, was zeitaufwendig und mit erhöhtem Arbeitsaufwand verbunden ist. Bei Kenntnis der Tatsache, dass der Defekt auf die die Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit zurückzuführen ist durch den Servicetechniker, kann die Kühlflüssigkeit ohne Prüfung aller anderen Komponenten im Hochspannungssystem ausgetauscht werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Offenbarung offenbart und beschreibt ein System und das Verfahren zum Abschätzen der Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit in einem Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs, bei welcher das Schließen und Öffnen der Schützen nicht erforderlich ist. Das Brennstoffzellensystem beinhaltet einen Brennstoffzellenstapel, der elektrisch mit einer Stapelschiene gekoppelt ist, und eine Batterie, die elektrisch mit einer Antriebsschiene gekoppelt ist, wobei die Stapelschiene und die Antriebsschiene mit verschiedenen Spannungspotenzialen arbeiten. Das Verfahren beinhaltet den Betrieb eines Brennstoffzellensystems auf dem ersten Leistungsniveau, die Messung des ersten Isolationswiderstands zwischen der Antriebs-Sammelschiene und der Fahrzeugmasse auf dem ersten Leistungsniveau, die Messung der Spannung im ersten Stapel am ersten Leistungsniveau und die Messung der ersten Batteriespannung im ersten Leistungsniveau. Das Verfahren beinhaltet auch den Betrieb des Brennstoffzellenystems auf einem zweiten Leistungsniveau, welches sich vom ersten Leistungsniveau unterscheidet, und die Messung eines zweiten Isolationswiderstands zwischen der Antriebs-Sammelschiene und der Fahrzeugmasse im zweiten Leistungsniveau, die Messung der zweiten Stapelspannung im zweiten Leistungsniveau und die zweite Messung der Batteriespannung im zweiten Leistungsniveau. Das Verfahren berechnet die Widerstandsfähigkeit des Stapel-Kühlmittels unter Verwendung des ersten und des zweiten Isolationswiderstandes, der ersten und der zweiten Stapelspannung, und der ersten und der zweiten Batteriespannung, die dann zur Berechnung der Leitfähigkeit des Kühlmittels verwendet werden.
  • Zusätzliche Eigenschaften der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen hervor.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellensystem;
  • 2 ist ein schematisches Blockschaltbild des Hochspannungsmechanismus eines Brennstoffzellensystems;
  • 3 ist ein vereinfachtes Modell für den Isolationswiderstand des in der 2 dargestellten Hochspannungsmechanismus; und
  • 4 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zur Bestimmung der Leitfähigkeit des Kühlmittels in einem Brennstoffzellenstapel darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende Abhandlung der Ausführungsformen der Erfindung bezüglich eines Systems und Verfahrens zur Bestimmung der Leitfähigkeit der einen Brennstoffzellenstapel durchfließenden Kühlflüssigkeit, ist lediglich exemplarischer Natur und soll in keiner Weise die Erfindung oder ihre Anwendungen einschränken.
  • 1 ist eine vereinfachte Ansicht des hybriden Elektro-Brennstoffzellenfahrzeugs 10, welches einen Hochspannungsakku 12, einen Brennstoffzellenstapel 14, eine Antriebseinheit 16 und die Steuerung 18 beinhaltet. Die Steuerung 18 repräsentiert sämtliche der Steuervorrichtungen, Prozessoren, Speicher und Vorrichtungen für den Betrieb und die Steuerung des Stromflusses im Fahrzeug 10, wie hierin beschrieben.
  • 2 ist ein schematisches Blockschaltbild des Hochspannungsmechanismus 20 für ein Brennstoffzellensystem, worin der Mechanismus 20 den Brennstoffzellenstapel 22 beinhaltet, welcher elektrisch mit einer Stapelsammelschiene 24, welche eine positive Schiene 26 und die negative Stromschiene 28 beinhaltet, und einer Hochspannungsbatterie 30, welche mit dem Antriebsverteiler 32 samt einer positiven Stromschiene 34 und einer negativen Stromschiene 36 elektrisch kommuniziert ist, worin die Schützen 38 und 40 jeweils an die Schienen 34 und 36 gekoppelt sind. Als Hochspannungsbatterie 30 kann jedes geeignete wieder aufladbare Akkusystem eingesetzt werden, welches diverse wünschenswerte Lade- und Entladeeigenschaften für Brennstoffzellensystem-Anwendungen bietet, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Lithium-Ionen Batterien, Ni-MH Batterien, Natrium-Nickel-Chlorid-Batterien, Blei-Akkumulatoren, NiCd-Batterien, usw. Obwohl die Batterie 30 in diesem nicht erschöpfenden Ausführungsbeispiel als eine zusätzliche Energiequelle verwendet wird, können anstelle der Batterie 30 andere Hochspannungs-DC Speichergeräte, wie etwa ein Ultrakondensator, eingesetzt werden.
  • Die Stapelsammelschiene 24 und die Antriebsschiene 32 sind durch einen DC/DC-Wandler 44 galvanisch getrennt, welcher zur Abstimmung der Spannung zwischen dem Stapel 22 und der Batterie 30 dient und die Stromregelung zur selektiven Bestimmung, wievielt Strom vom Stapel 22 für unterschiedliche Systembelastungen bereitgestellt wird, in einer Weise, die den Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannt ist. Die Spannung aus dem Brennstoffzellenstapel 22 und aus der Batterie 30 versorgt die verschiedenen Systemverbraucher, einschließlich eines Kompressor-Wechselrichtermoduls (CPIM) 46 und des verbundenen Kompressormotors 48, eines Wechselrichtermodul (PIM) 50 und des verbundenen Vorschubmotors 52 und anderer Systemverbraucher 54, welche, wie abgebildet, zwischen den Schienen 34 und 36, elektrisch gekoppelt sind. Das PIM 50 wandelt die Gleichspannung auf den Schienen 34 und 36 zu einer, für den AC Antriebsmotor 52 geeigneten, Wechselspannung um. Der Antriebsmotor 52 stellt Traktionsenergie für den Betrieb des Fahrzeugs 10 zur Verfügung. Als solcher kann jeder für diesen Zweck geeignete Motor eingesetzt werden, wie etwa ein Wechselstrom-Induktionsmotor, ein Dauermagnetmotor, ein Drehstrom-Synchronmotor, usw. Typischer Weise wird in der Hybridfahrzeug-Strategie die Batterie 30 hauptsächlich dazu genutzt, die Effizienz zu erhöhen, die dynamischen Anforderungen an das Brennstoffzellensystem zu verringern und/oder die Leistung des Fahrzeugs 10 zu erhöhen. Wenn der Fahrzeuglenker mehr Strom anfordert, kann die Batterie 30 die gespeicherte Energie sehr rasch an den Antriebsmotor 52 sehr rasch liefern.
  • Der Mechanismus 20 hat zum Gegenstand und erfüllt die Funktion den Widerstand zum Zwecke des Hochspannungsschutzes und Isolierung zu maximieren, wie dies unter Fachleuten bekannt ist. Insbesondere ist ein Plus-an Fahrgestell-Stapelisolationswiderstandselement 60 elektrisch an die Plus-Stapelschiene 26 und die Fahrgestellmasse gekoppelt, ein Minus-an-Fahrgestell-Stapelisolationswiderstandselement 62 ist mit der Minus-Stapelschiene 28 und mit der Masse elektrisch gekoppelt; eine Plus-an-Fahrgestell-Antriebsschiene 64 ist elektrisch mit der Plus-Antriebsschiene 34 und Fahrgestellmasse gekoppelt, und ein Minus-an-Fahrgestell-Antriebsschienen-Isolationswiderstandselement 66 ist elektrisch mit der Minus-Antriebsschiene 36 und der Fahrgestellmasse gekoppelt.
  • 3 ist ein schematisches Blockschaltbild eines der Widerstandsisolierung entsprechenden Schaltkreismodells 70 zum Mechanismus 20 und beinhaltet eine Gleichstromquelle 72, welche die Brennstoffzellenstapelspannung Vs repräsentiert und eine Batteriequelle 74, welche die Batteriespannung Vb repräsentiert. Das Widerstandselement 76 stellt die parallele Kombination aller Widerstände, die am positiven Anschluss des Brennstoffzellenstapels 22 an die Masse angeschlossen sind, im Folgenden der positive Isolationswiderstand von Brennstoffzellenstapelkühlmittel positiven auf Chassis Trennung Widerstand Rpcs und beinhaltet das positive Stapel zu Karosserie Isolationswiderstandselement 60. Das Widerstandselement 78 stellt die parallele Kombination aller Widerstände in den Verbindungen zwischen dem Pluspol der Batterie 30 und der Masse, im Folgenden der Antriebsschienen-Plus-an-Fahrgestell-Isolationswiderstand Rpcb genannt und beinhaltet das Plus-an-Fahrgestell-Antriebsschienen-Isolationswiderstandselement 64. Das Widerstandselement 80 stellt die parallele Kombination aller Widerstände in den Verbindungen zwischen dem gemeinsam genutzten Minuspol und der Masse, im Folgenden als Antriebsschienen-Minus-an-Fahrgestellisolationswiderstand Rpcb bezeichnet, und beinhaltet das Minus-an-Fahrgestell-Stapelisolationswiderstandselement 62 und das Minus-an-Fahrgestellisolationswiderstandselement 66.
  • Das Ersatzschaltungsmodell 70 für einen Isolationswiderstand bietet drei mögliche Strompfade zwischen der Antriebsschiene 32 und der Masse. Ausgehend vom Schaltmodell 70 kann daher der offensichtlich positive Isolationswiderstand RpcPB zur Karosserie hin, welcher an der Antriebsschiene 32 gemessen wird, definiert werden als:
    Figure DE102016119015A1_0002
  • Es ist jedoch nicht bekannt, welcher Teil des Isolationswiderstands
    Figure DE102016119015A1_0003
    dem positiven Anstriebsschienenwiderstandselement 64 und welcher Teil des Isolationswiderstandes
    Figure DE102016119015A1_0004
    der Stapelkühlflüssigkeit zuzurechnen ist.
  • Das Verhältnis der Batteriespannung zur Stapelspannung ändert sich abhängig von der vom System bezogenen Energie, wo eine hohe Leistungsanforderung eine geringe Stapelspannung und eine hohe Batteriespannung bewirkt und niedrige Leistungsanforderung eine hohe Stapelspannung und eine niedrige Batteriespannung bewirkt. Die vorliegende Offenbarung unterbreitet den Vorschlag, den positiven Karosserieisolationswiderstand Rpcs des Brennstoffzellenstapelkühlmittels durch Messung des scheinbaren positiven Karosserieisolationswiderstandes
    Figure DE102016119015A1_0005
    für zwei verschiedene Stapelspannungen Vs1 und Vs2 zum Beispiel, eine hohe Stapelspannung, die eine entsprechende Batteriespannung ergibt Vb1, und eine niedrige Stapelspannung, die eine entsprechende Batteriespannung ergibt Vb2, wobei der positive Karosserieisolationswiderstand des Brennstoffzellenstapelkühlmittels Rpcs zur Bestimmung der Leitfähigkeit des Kühlmittels verwendet werden kann.
  • Durch Verwendung des gemessenen Isolationswiderstands
    Figure DE102016119015A1_0006
    der Stapelspannung Vs1 und der Batteriespannung Vb1 für eine Ausführung der Gleichung (1) und Verwendung des gemessenen Isolationswiderstands
    Figure DE102016119015A1_0007
    der Stapelspannung Vs2 und der Batteriespannung Vb2 für eine andere Version der Gleichung (1) können die zwei Gleichungen gelöst werden, um den positiven Karosserieisolationswiderstand Rpcs des Brennstoffzellenstapelkühlmittels zu ermitteln als:
    Figure DE102016119015A1_0008
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der Isolationswiderstand, wie unter Fachleuten wohl bekannt ist, in jeder erdenklichen geeigneten Weise
    Figure DE102016119015A1_0009
    gemessen werden kann. Beispielsweise kann ein bekannter Widerstandswert über die Antriebssammelschiene 36 und Masse parallel zum Isolationswiderstand 64 umgeschaltet werden, um ein Spannungsteilernetz zu erzeugen, wo der Wert des bekannten Widerstandes zur Bestimmung des Wertes des Isolationswiderstandes
    Figure DE102016119015A1_0010
    verwendet werden kann. Ergänzend wird bemerkt, dass der positive Brennstoffzellenstapelkühlmittel-Karosserieisolationswiderstand Rpcs definiert werden kann durch jede passende Länge oder Leitungsabschnitt der Kühlflüssigkeit im System, wo ein elektrisches Potenzial erreicht werden kann, wie beispielsweise, zwischen der letzten Platte im Brennstoffzellenstapel 22 und einer Stelle, wo die Kühlflüssigkeitsleitung in Kontakt mit Masse tritt, wie beim Kühler.
  • 4 ist ein Flussdiagramm 90, welches das obige Verfahren zum Berechnen des Brennstoffzellenstapelkühlmittel-Karosserieisolationswiderstands Rpcs erörtert. Das Verfahren beginnt beim Kästchen 92 und bewirkt, dass das Brennstoffzellensystem bei hoher Stromleistung arbeitet – Kästchen 94. Während das Brennstoffzellensystem mit einer hohen Stromleistung betrieben wird, wird im Verfahren beim Kästchen 96 der scheinbare positive Hochspannungs-Brennstoffzellenstapelkühlflüssigkeits-Karosserieisolationswiderstand
    Figure DE102016119015A1_0011
    gemessen. Das Verfahren nimmt dann die Messung der Stapelspannung Vs1 und der Batteriespannung Vb1, siehe Kästchen 98, vor. Das Verfahren lässt dann das Brennstoffzellensystem bei geringer Stromleistung (siehe Kästchen 100) operieren, und misst den scheinbaren positiven Brennstoffzellenstapelkühlflüssigkeits-Karosserieisolationswiderstand
    Figure DE102016119015A1_0012
    bei niedriger Spannung (siehe Kästchen 102). Im Verfahren werden dann die Stapelspannung Vs2 und die Batteriespannung Vb2, siehe Kästchen 104, gemessen, und alle gemessenen Isolationswiderstände, Stapelspannungen und Batteriespannungen in die Gleichung (2) eingesetzt, um den Stapelkühlmittelwiderstand Rpcs, siehe Kästchen 106, zu berechnen. Das Verfahren berechnet dann die Kühlmittelleitfähigkeit (Kästchen 108) für die konkrete Ausführung des Systems, worin das Spannungspotential des Abschnitts der Kühlmittelleitung für den errechneten Widerstand ermittelt wird. Das Verfahren endet bei Kästchen 110.
  • Es wird angemerkt, dass die Spannung im weiter oben erörterten Verfahren, gemessen wird, indem das Brennstoffzellensystem zunächst unter hoher Stromleistung und dann unter niedriger Stromleistung betrieben wird, um die verschiedenen Verhältnisse zwischen der Stapelspannung und der Batteriespannung zu ermitteln. Wann diese Systemvoraussetzungen vorliegen und wann die Berechnungen gemacht werden kann anwendungsspezifisch bestimmt werden, indem das Verfahren etwa „wartet” bis das Brennstoffzellensystem, beispielsweise während der Fahrt, sodass dann die Messung vorgenommen werden kann in einen hohen Betriebsmodus und einen niedrigen Betriebsmodus übergeht, beispielsweise während einer Fahrt, und die Messungen in diesen Zeitintervallen vorgenommen werden. In einer Ausführungsform wird somit vorhergesehen, dass die Diagnose zur Bestimmung des positiven Brennstoffzellenstapelkühlmittel-Karosserieisolationswiderstandes R periodisch, während des Fahrzeugbetriebs betrieben wird, und wenn bestimmt wird, dass der Isolationswiderstand Rpcs zu gering ist, eine Warnung an den Fahrzeuglenker ergehen kann.
  • Wie Fachleuten hinreichend bekannt ist, können sich die hier zur Beschreibung der Erfindung erörterten verschiedenen und unterschiedlichen Schritte und Verfahren auf Vorgänge beziehen, die von einem Computer, einem Prozessor oder anderen Geräten zur elektronischen Berechnung verwendet werden, die Daten unter Zuhilfenahme elektrischer Vorgänge manipulieren und/oder verändern. Diese Computer und elektronischen Geräte können unterschiedliche flüchtige und/oder nicht flüchtige Speicher beinhalten, zu denen ein nicht transitorisches computerlesbares Medium mit einem ausführbaren darauf gespeicherten Programm einschließlich verschiedenen Codes oder ausführbaren Anweisungen gehört, die in der Lage sind von Computern oder Prozessoren ausgeführt zu werden, wobei der Speicher und/oder das computerlesbare Medium alle Formen und Arten an Speichern und sonstigen computerlesbaren Medien beinhalten kann.
  • Die vorangehende Diskussion offenbart und beschreibt lediglich exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann erkennt leicht aus einer derartigen Diskussion und aus den begleitenden Zeichnungen und Ansprüchen, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Variationen darin ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert ist, durchgeführt werden können.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Berechnen der Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit in einem Brennstoffzellensystem bestehend aus einem elektrisch mit einer Stapelsammelschiene kommuniziertem Brennstoffzellenstapel und der an die Batteriesammelschiene elektrisch angeschlossenen Batterie, worin die Stapelsammelschiene und die Batteriesammelschiene auf die unterschiedlichen Spannungspotentialen betrieben werden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Betreiben der Brennstoffzellensystems in der ersten Leistungsstufe; Messung des Isolationswiderstandes eins in der der ersten Leistungsstufe; Messen der ersten Spannung des Stapels in der ersten Leistungsstufe; Messen der ersten Spannung der Batterie in der ersten Leistungsstufe; Betreiben des Brennstoffzellensystems in der zweiten Leistungsstufe, die sich von der ersten Leistungsstufe unterscheidet; Messen des zweiten Isolationswiderstandes in der zweiten Leistungsstufe; Messen der zweiten Spannung des Stapels in der zweiten Leistungsstufe; Messung der zweiten Spannung der Batterie in der zweiten Leistungsstufe; Berechnen des Widerstandes des Stapelkühlmittels unter Verwendung des ersten und des zweiten Isolationswiderstandes, der Stapelspannungen eins und zwei und der Batteriespannungen eins und zwei; und Berechnen der Leitfähigkeit des Kühlfluids durch Einsetzen des Stapelkühlmittel-Widerstandes.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Betrieb des Brennstoffzellensystems in der ersten Leistungsstufe Betreiben des Brennstoffzellensystems bei hoher Stromleistung und der Betrieb des Brennstoffzellensystems in der zweiten Leistungsstufe Betrieben des Brennstoffzellensystems bei einer niedrigen Leistungsstufe beinhaltet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, worin Messung des Isolationswiderstandes eins und die Messung eines zweiten Isolationswiderstandes das Messen eines ersten und eines zweiten positiven Karosserieisolationswiderstandes zwischen der Batteriesammelschiene und der Masse beinhaltet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Berechnung des Stapelskühlmittelwiderstands die Verwendung des folgenden Zusammenhangs beinhaltet:
    Figure DE102016119015A1_0013
    für den ersten Isolationswiderstand der ersten Stapelspannung und der ersten Batteriespannung, und für den Isolationswiderstand der zweiten Stapelspannung und der zweiten Batteriespannung, in welchem
    Figure DE102016119015A1_0014
    der gemessene Isolationswiderstand, Rpcs der Brennstoffzellenstapelkühlmittelisolierungsderstand, Rpcb der Batteriesammelschienenwiderstand, Vs die Stapelspannung und Vb die Batteriespannung sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, worin Berechnen des Stapelkühlmittelwiderstands die Verwendung der folgenden Gleichung beinhaltet:
    Figure DE102016119015A1_0015
    wo Rpcs ist der Stapelkühlmittelwiderstand.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Messung des ersten Isolationswiderstandes und die Messung des zweiten Isolationswiderstandes die Messung des ersten positiven Karosserieisolationswiderstandes und des zweiten positiven Verkleidungsisolationswiderstandes beinhaltet, wobei es sich bei der Verkleidung um eine Fahrzeugkarosserie handelt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, worin die Batteriesammelschiene eine Antriebssammelschiene im Fahrzeug ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Fahrzeug mit Karosserie mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist.
  9. Ermittlungssystem zum Berechnen der Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit in einem Brennstoffzellensystem, wobei das Brennstoffzellensystem mit einem elektrisch mit einer Stapelsammelschiene verbundenem Brennstoffzellenstapel und einer elektrisch mit einer Batteriesammelschiene verbundenen Batterie beinhaltet, worin die Stapelsammelschiene und die Batteriesammelschiene unter unterschiedlichen Spannungsniveaus betrieben werden; das erwähnte System beinhaltet: Einrichtung zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in der ersten Leistungsstufe; Einrichtung zum Messen des Isolationswiderstands eins in der ersten Leistungsstufe; Mittel zum Messen der Spannung eins des Stapels in der ersten Leistungsstufe; Einrichtung zum Messen der Spannung eins der Batterie in der ersten Leistungsstufe; Einrichtung für den Betrieb des Brennstoffzellensystems in einer zweiten Leistungsstufe, die anders ist als die erste Leistungsstufe; Einrichtung zum Messen des zweiten Trennungswiderstands in der zweiten Leistungsstufe; Vorrichtung zum Messen der zweiten Stapelspannung in der zweiten Leistungsstufe; Einrichtung zum Messen der Spannung zwei in der Batterie in der zweiten Leistungsstufe; Einrichtung zum Berechnen des Widerstands des Stapelkühlmittels unter Verwendung des ersten und des zweiten Isolationswiderstands, der ersten und der zweiten Stapelspannung, und der ersten und der zweiten Batteriespannung; und Einrichtung zum Berechnen der Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit unter Verwendung des Stapelskühlmittelwiderstands.
  10. Ermittlungssystem nach Anspruch 9, worin die Vorrichtung für den Betrieb des Brennstoffzellensystems das Brennstoffzellensystem in der ersten Leistungsstufe bei hoher Stromleistung betreibt und die Vorrichtung für den Betrieb des Brennstoffzellensystems das Brennstoffzellensystem in der zweiten Leistungsstufe bei niedriger Stromleistung betreibt.
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