DE102016203466B4 - Cooling system for a fuel cell stack with sensing of a coolant level in an expansion tank by means of an electrical conductivity value - Google Patents
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Abstract
Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel (10), aufweisend:einen Kühlmittelkreislauf (40) zum Führen eines Kühlmittels,eine Kühlmittelfördereinrichtung (41),eine das Kühlmittel transportierende Kühlmittelleitung (42), undeinen Ausgleichsbehälter (43), dadurch gekennzeichnet, dassein Leitfähigkeitssensor (44) in dem Ausgleichsbehälter (43) angeordnet ist und eine Messspitze (49) des Leitfähigkeitssensors (44) auf der Höhe eines minimalen Kühlmittelfüllstandes in dem Ausgleichsbehälter (43) angeordnet ist.Cooling system for a fuel cell stack (10), having: a coolant circuit (40) for conducting a coolant, a coolant delivery device (41), a coolant line (42) transporting the coolant, and an expansion tank (43), characterized in that a conductivity sensor (44) in the expansion tank (43) is arranged and a measuring tip (49) of the conductivity sensor (44) is arranged at the height of a minimum coolant level in the expansion tank (43).
Description
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel, ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kühlsystems, ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Brennstoffzellenstapel, ein Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem und die Verwendung eines in einem Kühlsystems eines Brennstoffzellenstapels angeordneten Leitfähigkeitssensors zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit und des Füllstands eines Kühlmittels.The invention relates to a cooling system for a fuel cell stack, a method for operating such a cooling system, a fuel cell system with such a fuel cell stack, a vehicle with such a fuel cell system and the use of a conductivity sensor arranged in a cooling system of a fuel cell stack to determine the electrical conductivity and the filling level of a coolant.
Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser zum Erzeugen elektrischer Energie. Hierzu weisen Brennstoffzellen als Kernkomponente eine sogenannte Membran-Elektroden-Anordnung (MEA - membrane electrode assembly) aus einer protonenleitenden Membran und beidseitig daran angeordneten Elektroden auf. Im Betrieb der Brennstoffzelle wird Wasserstoff H2 oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch der Anode als Brennstoff zugeführt und dort unter Abgabe von Elektronen elektrochemisch oxidiert (H2 →72 H++ 2 e-). Über die Membran, welche zwei Reaktionsräume gasdicht und elektrisch voneinander isoliert, werden die Protonen H+ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum transportiert. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen e- können zum Verrichten einer elektrischen Arbeit genutzt werden, wonach sie an die Kathode geleitet werden. Dieser wird zudem Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt, sodass dort eine Reduktion des Sauerstoffs unter Aufnahme der Elektronen erfolgt (½ O2 + 2 e- → O2-). Die gebildeten Sauerstoffanionen reagieren im Kathodenraum mit den über die Membran transportierten Protonen zu Wasser (2 H++ O2 → H2O).Fuel cells use the chemical reaction of a fuel with oxygen to form water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells have as a core component a so-called membrane electrode assembly (MEA—membrane electrode assembly) made of a proton-conducting membrane and electrodes arranged on both sides of it. During operation of the fuel cell, hydrogen H 2 or a hydrogen-containing gas mixture is fed to the anode as fuel and electrochemically oxidized there with the release of electrons (H 2 →72 H + + 2 e - ). The protons H + are transported from the anode compartment to the cathode compartment via the membrane, which insulates two reaction compartments gas-tight and electrically from one another. The electrons e - provided at the anode can be used to perform electrical work, after which they are conducted to the cathode. Oxygen or an oxygen-containing gas mixture is also supplied to this, so that the oxygen is reduced there, taking up the electrons (½ O 2 + 2 e - → O 2- ). The oxygen anions formed react in the cathode area with the protons transported across the membrane to form water (2 H + + O 2 → H 2 O).
Um einen optimalen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer eines Brennstoffzellenstapels zu gewährleisten, muss dieser in einem engen Temperaturbereich betrieben werden. Bei den bevorzugt für mobile Anwendungen genutzten Brennstoffzellen mit protonenleitenden Membranen (PEM - Brennstoffzellen) liegt dieser Temperaturbereich beispielsweise zwischen 60°C und 90°C. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einen Brennstoffzellenstapel zu temperieren, was ein Aufheizen des Stapels vor dessen Inbetriebnahme und das Kühlen des Stapels während dessen laufenden Betriebs umfasst.
In der Regel ist die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl in einem Stapel (stack) angeordneter Membran-Elektroden-Anordnungen gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Dabei ist zwischen zwei Membran-Elektroden-Anordnungen jeweils eine Bipolarplatte angeordnet, die der Zuführung der Prozessgase zu Anode und Kathode benachbarter Membran-Elektroden-Anordnungen dient. Ferner sind die Bipolarplatten als elektrische und thermische Leiter ausgelegt. Sie werden somit für die Prozessgasversorgung der Membran-Elektroden-Anordnungen, deren Kühlung und deren elektrischer Anbindung verwendet.In order to ensure optimum efficiency and a long service life for a fuel cell stack, it must be operated within a narrow temperature range. In the case of the fuel cells with proton-conducting membranes (PEM - fuel cells) preferably used for mobile applications, this temperature range is between 60°C and 90°C, for example. This results in the need to temper a fuel cell stack, which includes heating the stack before it is put into operation and cooling the stack while it is in operation.
As a rule, the fuel cell is formed by a large number of membrane-electrode assemblies arranged in a stack, the electrical power of which is added up. In this case, a bipolar plate is arranged between two membrane-electrode assemblies, which is used to supply the process gases to the anode and cathode of adjacent membrane-electrode assemblies. Furthermore, the bipolar plates are designed as electrical and thermal conductors. They are thus used for the process gas supply to the membrane electrode assemblies, their cooling and their electrical connection.
Für die Prozessgasversorgung der Elektroden weist eine Bipolarplatte in ihrem aktiven Bereich Betriebsmittelströmungsfelder, insbesondere ein anodenseitiges offenes Anodengasströmungsfeld und ein kathodenseitiges offenes Kathodengasströmungsfeld, auf. Die Anodengas- und Kathodengasströmungsfelder sind zumeist in Form rinnenartiger Kanäle ausgebildet. Zudem weist der aktive Bereich ein geschlossenes Kühlmittelströmungsfeld auf, das in der Regel zwischen dem Kathodengasströmungsfeld und dem Anodengasströmungsfeld angeordnet ist. Häufig ist eine Bipolarplatte aus zwei miteinander verbundenen, insbesondere verschweißten, Teilplatten aufgebaut, wobei das Kühlmittelströmungsfeld zwischen zwei teilweise miteinander verbundenen Hauptoberflächen der Teilplatten eingeschlossen ist.For the process gas supply to the electrodes, a bipolar plate has operating medium flow fields in its active area, in particular an anode-side open anode gas flow field and a cathode-side open cathode gas flow field. The anode gas and cathode gas flow fields are mostly in the form of trough-like channels. In addition, the active region has a closed coolant flow field, which is typically arranged between the cathode gas flow field and the anode gas flow field. A bipolar plate is often constructed from two partial plates which are connected to one another, in particular welded, with the coolant flow field being enclosed between two main surfaces of the partial plates which are partially connected to one another.
Die Versorgung des Brennstoffzellenstapels mit seinen Betriebsmitteln, also dem Anodenbetriebsgas (zum Beispiel Wasserstoff), dem Kathodenbetriebsgas (zum Beispiel Luft) und dem Kühlmittel, erfolgt über Hauptversorgungskanäle. Diese sind durch in den Bipolarplatten und den Membran-Elektroden-Anordnungen angeordnete und im Brennstoffzellenstapel zueinander fluchtende Öffnungen gebildet. Jeweils übereinanderliegende Öffnungen bilden den Stapel in seiner gesamten Stapelrichtung durchsetzender Hauptversorgungskanäle. Für jedes Betriebsmittel sind mindestens zwei solcher Hauptversorgungskanäle vorhanden, nämlich einer zur Zuführung und einer zur Abführung des jeweiligen Betriebsmittels.The fuel cell stack is supplied with its resources, ie the anode operating gas (e.g. hydrogen), the cathode operating gas (e.g. air) and the coolant, via main supply channels. These are formed by openings arranged in the bipolar plates and the membrane-electrode assemblies and aligned with one another in the fuel cell stack. Openings lying one above the other form the main supply channels penetrating the stack in its entire stacking direction. There are at least two such main supply channels for each piece of equipment, namely one for supplying and one for removing the respective equipment.
Bei den exothermen Brennstoffzellenreaktionen können große Wärmemengen in einem Brennstoffzellenstapel entstehen. Um diese an die Umgebung abzuführen wird in der Regel auf wässrige Kühlmittelsysteme mit ausreichender Wärmekapazität zurückgegriffen. Von Verbrennungsmotoren ist der Einsatz von Mischungen aus Wasser, Ethylen-Glykol als Frostschutzmittel und nicht-ionischen Korrosionsinhibitoren zur Kühlung bekannt. Um das Abführen der Wärme aus dem Brennstoffzellenstapel zu gewährleisten, muss stets eine ausreichende Kühlwassermenge vorgehalten werden. Für die hierfür notwendige Füllstandüberwachung sind aus dem Stand der Technik zahlreiche Methoden bekannt.Exothermic fuel cell reactions can generate large amounts of heat in a fuel cell stack. In order to dissipate these to the environment, aqueous coolant systems with sufficient heat capacity are generally used. The use of mixtures of water, ethylene glycol as antifreeze and non-ionic corrosion inhibitors for cooling is known from internal combustion engines. In order to ensure that the heat is dissipated from the fuel cell stack, a sufficient quantity of cooling water must always be available. Numerous methods are known from the prior art for monitoring the filling level required for this purpose.
Da zur Stromerzeugung genutzte Brennstoffzellenstapel zwangsläufig hohen elektrischen Spannungen ausgesetzt sind, müssen die darin verwendeten Kühlmittel weitere Anforderungen erfüllen. Insbesondere darf eine bestimmte elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels nicht überschritten werden, um Kurzschlüsse im Brennstoffzellensystem zu vermeiden. Bei in Fahrzeugen angeordneten Brennstoffzellensystemen besteht zudem die Gefahr, dass sich elektrische Spannungen über ein zu stark elektrisch leitendes Kühlmittel auf die Karosserie übertragen und die Fahrzeuginsassen gefährden. Problematisch ist daher, dass während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels Ionen in das Kühlmittel eingetragen werden. Die Ionen können dabei aus einer Verunreinigung, beispielsweise einem Flussmittel eines gelöteten Kühlers, oder direkt aus einem Stapelbauteil, zum Beispiel einer EPDM-Dichtung, herausgelöst werden.Since fuel cell stacks used to generate electricity are inevitably exposed to high electrical voltages, the coolants used in them must meet additional requirements. In particular, a specific electrical conductivity of the coolant must not be exceeded, to avoid short circuits in the fuel cell system. In the case of fuel cell systems arranged in vehicles, there is also the risk of electrical voltages being transmitted to the bodywork via a coolant which is too electrically conductive and endangering the vehicle occupants. It is therefore problematic that ions are introduced into the coolant during operation of the fuel cell stack. The ions can be released from a contaminant, for example a flux of a soldered cooler, or directly from a stack component, for example an EPDM seal.
Es ist daher erforderlich, die elektrische Leitfähigkeit eines in einem Brennstoffzellensystem eingesetzten Kühlmittels zu überwachen, um Gefahren für den Brennstoffzellenstapel und die Insassen auszuschließen. Zusätzlich ist eine Überwachung des Kühlmittelfüllstands notwendig.It is therefore necessary to monitor the electrical conductivity of a coolant used in a fuel cell system in order to rule out any danger to the fuel cell stack and the occupants. In addition, the coolant level must be monitored.
Die
Die
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel bereitzustellen, bei dem der Füllstand und die elektrische Leitfähigkeit eines Kühlmittels mit geringstem apparativen Einsatz sicher überwacht werden können.The object of the invention is now to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a cooling system for a fuel cell stack in which the fill level and the electrical conductivity of a coolant can be reliably monitored with the least amount of equipment.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kühlsystems nach Anspruch 6, ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 8, ein Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9 und die Verwendung eines Leitfähigkeitssensors zum Bestimmen des Unterschreitens eines minimalen Kühlmittelfüllstands und der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlwassers nach Anspruch 10.The object is achieved by a cooling system for a fuel cell stack according to claim 1, a method for operating such a cooling system according to claim 6, a fuel cell system with such a fuel cell stack according to claim 8, a vehicle with such a fuel cell system according to claim 9 and the use of a conductivity sensor for Determination of falling below a minimum coolant fill level and the electrical conductivity of the cooling water according to
Ein erfindungsgemäßes Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel weist einen Kühlmittelkreislauf zum Führen eines Kühlmittels, eine Kühlmittelfördereinrichtung, eine das Kühlmittel transportierende Kühlmittelleitung und einen Ausgleichsbehälter für das Kühlmittel auf. Insbesondere sind die Kühlmittelfördereinrichtung, die Kühlmittelleitung und der Ausgleichsbehälter Bestandteile des Kühlmittelkreislaufs. Ein Leitfähigkeitssensor ist in dem Ausgleichsbehälter angeordnet, wobei eine Messspitze des Leitfähigkeitssensors auf der Höhe eines minimalen Kühlmittelfüllstandes in dem Ausgleichsbehälter angeordnet ist. Der Ausgleichsbehälter ist dabei ein mit der Kühlmittelleitung fluidführend verbundenes Kühlmittelreservoir und dient dem Ausgleich der in den Kühlmittelleitungen befindlichen Menge Kühlmittels bei Kühlmittelverlusten, insbesondere aufgrund von Undichtigkeiten oder Verdunstung, und bei thermischer Ausdehnung. Der Kühlmittelstand im Ausgleichsbehälter sollte einen bestimmten maximalen Füllstand nicht überschreiten und einen bestimmten minimalen Füllstand nicht unterschreiten, um die Funktionsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels zu gewährleisten.A cooling system according to the invention for a fuel cell stack has a coolant circuit for conducting a coolant, a coolant delivery device, a coolant line transporting the coolant and an expansion tank for the coolant. In particular, the coolant delivery device, the coolant line and the expansion tank are components of the coolant circuit. A conductivity sensor is arranged in the expansion tank, with a measuring tip of the conductivity sensor being arranged at the height of a minimum coolant level in the expansion tank. The expansion tank is a coolant reservoir which is connected to the coolant line in a fluid-carrying manner and is used to compensate for the amount of coolant in the coolant lines in the event of coolant losses, in particular due to leaks or evaporation, and in the event of thermal expansion. The coolant level in the expansion tank should not exceed a specific maximum fill level and should not fall below a specific minimum fill level in order to ensure the functionality of the fuel cell stack.
Der Leitfähigkeitssensor ist ein Sensor zum Bestimmen einer elektrischen Leitfähigkeit σ, wobei das Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit zumindest im Bereich einer Messspitze erfolgt. Die Messung der elektrischen Leitfähigkeit kann anhand der Messung eines elektrischen Stroms erfolgen, der beim Anlegen einer bestimmten Spannung an das Kühlmittel fließt. Bevorzugt weist der Leitfähigkeitssensor hierfür zumindest im Bereich der Messspitze zwei Elektroden auf. Mittels einer in dem Sensor angeordneten oder mit dem Sensor verbundenen Elektronikschaltung kann eine bestimmte Spannung zwischen den Elektroden angelegt werden. Ferner bevorzugt ist die Elektronikschaltung dafür ausgelegt, einen zwischen den Elektroden fließenden Strom zu messen oder diesen zu bestimmen, beispielsweise anhand einer über einem Shunt abfallenden Spannung. Die Elektronikschaltung ist bevorzugt dafür ausgelegt, anhand der bestimmten Spannungs- und Stromwerte den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden zu bestimmen. Unter Berücksichtigung voreingestellter Werte zu Elektrodenabstand und Elektrodenfläche kann daraus ein spezifischer elektrischer Widerstand beziehungsweise die elektrische Leitfähigkeit des zwischen den Elektroden angeordneten Mediums bestimmt werden. Ist der Leitfähigkeitssensor mit einer Steuereinheit verbunden, können die Funktionalitäten der beschriebenen Elektronikschaltung alternativ auch in der Steuereinheit realisiert werden.The conductivity sensor is a sensor for determining an electrical conductivity σ, the electrical conductivity being determined at least in the region of a measuring tip. Electrical conductivity can be measured by measuring an electrical current that flows when a specific voltage is applied to the coolant. For this purpose, the conductivity sensor preferably has two electrodes, at least in the area of the measuring tip. A specific voltage can be applied between the electrodes by means of an electronic circuit arranged in the sensor or connected to the sensor. Furthermore, the electronic circuit is preferably designed to measure a current flowing between the electrodes or to determine this, for example using a voltage drop across a shunt. The electronic circuit is preferably designed to determine the electrical resistance between the electrodes on the basis of the determined voltage and current values. A specific electrical resistance or the electrical conductivity of the medium arranged between the electrodes can be determined from this, taking into account preset values for the electrode spacing and electrode area. If the conductivity sensor is connected to a control unit, the functionalities of the electronic circuit described can alternatively also be implemented in the control unit.
Solange die Messspitze des Leitfähigkeitssensors mit dem Kühlmittel in Kontakt ist, misst diese eine elektrische Leitfähigkeit in einer Größenordnung der elektrischen Leitfähigkeit des jeweiligen Kühlmittels. Änderungen der gemessenen elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels korrelieren dabei nahezu ausschließlich mit der lonenkonzentration des Kühlmittels. Sinkt der Kühlmittelfüllstand unter einen minimalen Kühlmittelfüllstand, ist die Messspitze nicht mehr in Kontakt mit Kühlmittel. Dann wird die elektrische Leitfähigkeit von Luft, insbesondere feuchter Luft, gemessen und die von der Messspitze gemessene elektrische Leitfähigkeit fällt sprunghaft, bevorzugt um mehrere Größenordnungen, ab. Anhand des sprunghaften Abfalls der mittels der Messspitze bestimmen Leitfähigkeit wird somit das Unterschreiten eines kritischen Kühlmittelstandes erkannt.As long as the measuring tip of the conductivity sensor is in contact with the coolant, it measures an electrical conductivity in the order of magnitude of the electrical conductivity of the respective coolant. Changes in the measured electrical conductivity of the coolant correlate almost exclusively with the ion concentration of the coolant. If the coolant level falls below a minimum coolant level, the measuring tip is no longer in contact with coolant. Then the electrical conductivity of air, in particular humid air, is measured and the electrical conductivity measured by the measuring tip drops abruptly, preferably by several orders of magnitude. On the basis of the abrupt drop in the conductivity determined by means of the measuring tip, it is thus recognized that the coolant level has fallen below a critical level.
Mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem lassen sich vorteilhaft die elektrische Leitfähigkeit und das Unterschreiten eines minimalen Füllstands eines in einem Brennstoffzellenstapel eingesetzten Kühlmittels unter Verwendung von nur einem Leitfähigkeitssensor und nur einer Auswerteelektronik ermitteln. Diese beiden Informationen sind wesentlich, um einen dauerhaften Betrieb des Brennstoffzellenstapels zu gewährleisten, insbesondere um ein Überhitzen des Stapels oder Kurzschlüsse im Stapel zu verhindern. In gängigen Kühlsystemen für Brennstoffzellenstapel sind daher ein Sensor zur Überwachung von Füllstand und ein Sensor zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels angeordnet. Eine kontinuierliche Überwachung eines aktuellen Kühlmittelfüllstandes ist jedoch in der Regel unnötig, solange das Unterschreiten eines bestimmten Grenzstandes sicher bestimmt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem werden somit der apparative Aufwand und der Bauraumbedarf reduziert, indem mit nur einem Sensor und nur einer Elektronikschaltung die Leitfähigkeit eines Kühlmittels und das Vorliegen eines ausreichenden Kühlmittelfüllstands überwacht werden.With the cooling system according to the invention, the electrical conductivity and the falling below a minimum fill level of a coolant used in a fuel cell stack can advantageously be determined using only one conductivity sensor and only one electronic evaluation system. These two pieces of information are essential to ensure long-term operation of the fuel cell stack, in particular to prevent overheating of the stack or short circuits in the stack. A sensor for monitoring the fill level and a sensor for determining the electrical conductivity of the coolant are therefore arranged in common cooling systems for fuel cell stacks. However, continuous monitoring of a current coolant fill level is generally unnecessary as long as it can be reliably determined that the level has fallen below a certain limit. With the cooling system according to the invention, the outlay on equipment and the space requirement are thus reduced in that the conductivity of a coolant and the presence of a sufficient coolant fill level are monitored using only one sensor and only one electronic circuit.
Bevorzugt ist die Messspitze so dimensioniert und/oder der Leitfähigkeitssensor so in dem Ausgleichsbehälter angeordnet, dass eine teilweise Bedeckung der Messspitze mit Kühlmittel bei fallendem Kühlmittelstand nur kurz andauert und/oder weitgehend ausgeschlossen ist. Somit wird eine Korrelation von der mit Kühlmittel in Kontakt stehenden Elektrodenoberfläche der Messspitze und der von dieser gemessenen elektrischen Leitfähigkeit, wie bei der Würdigung des Standes der Technik beschrieben, vermieden. Die bestimmte elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels ist somit von dessen Füllhöhe nahezu unabhängig. Besonders bevorzugt ragt der Leitfähigkeitssensor durch die Unterseite des Ausgleichsbehälters und in dessen Ruhelage senkrecht nach oben, wobei die Messspitze an dessen oberen Ende angeordnet ist. Diese Anordnung hat sich insbesondere in mobilen Anwendungen als vorteilhaft erwiesen, da auch bei Kurvenfahrten Kontakt zwischen Messspitze und Kühlmittel besteht.The measuring tip is preferably dimensioned and/or the conductivity sensor is arranged in the expansion tank in such a way that partial covering of the measuring tip with coolant only lasts for a short time when the coolant level falls and/or is largely ruled out. Thus, a correlation of the electrode surface of the probe tip that is in contact with coolant and the electrical conductivity measured by it, as described in the appreciation of the prior art, is avoided. The specific electrical conductivity of the coolant is thus almost independent of its fill level. The conductivity sensor particularly preferably protrudes through the underside of the expansion tank and in its rest position vertically upwards, with the measuring tip being arranged at its upper end. This arrangement has proven particularly advantageous in mobile applications, since there is contact between the measuring tip and the coolant even when cornering.
Bevorzugt ist die Kühlmittelfördervorrichtung an die Art des Kühlmittels angepasst, besonders bevorzugt handelt es sich um eine Umwälzpumpe. Die Kühlmittelleitung ist bevorzugt als Rohr oder Schlauch ausgebildet und an die Art des eingesetzten Kühlmittels angepasst. Die Leitungsmittel sind dabei so ausgestaltet, dass sie das Kühlmittel führen können, ohne von diesem beschädigt zu werden und ohne dass Kühlmittel unkontrolliert aus den Leitungsmitteln austritt.The coolant delivery device is preferably adapted to the type of coolant, and it is particularly preferably a circulating pump. The coolant line is preferably designed as a pipe or hose and is adapted to the type of coolant used. The line means are designed in such a way that they can guide the coolant without being damaged by it and without coolant escaping from the line means in an uncontrolled manner.
Bevorzugt wird ein Kühlmittel eingesetzt, dass eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 50 µS/cm, besonders bevorzugt von weniger als 10 µS/cm und ebenfalls bevorzugt von weniger als 5 µS/cm aufweist. Die Leitfähigkeit bezieht sich dabei auf das reine Kühlmittel ohne lonenkontamination. In diesem Fall wird ein Leitfähigkeitssensor in dem Ausgleichsbehälter angeordnet, der zum Messen einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 50 µS/cm, besonders bevorzugt von weniger als 10 µS/cm und ebenfalls bevorzugt von weniger als 5 µS/cm ausgebildet ist. Mit einem solchen Kühlmittel ist die Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen zwischen den Einzelzellen des Brennstoffzellenstapels minimal. Gleichzeitig wird eine deutliche Differenz zwischen der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels und der elektrischen Leitfähigkeit von Luft, die in Abhängigkeit von deren relativer Feuchte zwischen 3E-11 µS/cm und 8E-11 µS/cm beträgt, sichergestellt. Somit kann der oben beschriebene sprunghafte Abfall der mit der Messspitze bestimmten Leitfähigkeit als Füllstandindikator genutzt werden. Besonders bevorzugt wird ein Kühlmittel aus Wasser, bevorzugt entionisiertem Wasser, einem Frostschutzmittel, bevorzugt Glykol, und Korrosionsinhibitoren, bevorzugt nicht-ionischen Korrosionsinhibitoren eingesetzt. Das Kühlmittel kann weitere Additive enthalten.A coolant is preferably used that has an electrical conductivity of less than 50 μS/cm, particularly preferably less than 10 μS/cm and likewise preferably less than 5 μS/cm. The conductivity refers to the pure coolant without ion contamination. In this case, a conductivity sensor is arranged in the expansion tank, which is designed to measure an electrical conductivity of less than 50 μS/cm, particularly preferably less than 10 μS/cm and also preferably less than 5 μS/cm. With such a coolant, the risk of electrical short circuits between the individual cells of the fuel cell stack is minimal. At the same time, a significant difference is ensured between the electrical conductivity of the coolant and the electrical conductivity of air, which is between 3E-11 µS/cm and 8E-11 µS/cm depending on its relative humidity. Thus, the abrupt drop in the conductivity determined with the measuring tip described above can be used as a level indicator. A coolant composed of water, preferably deionized water, an antifreeze, preferably glycol, and corrosion inhibitors, preferably nonionic corrosion inhibitors, is particularly preferably used. The coolant may contain other additives.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kühlsystem ferner eine mit dem Leitfähigkeitssensor verbundene Steuereinheit auf. Die Steuereinheit kann darüber hinaus noch mit weiteren Elementen des Kühlsystems oder eines Brennstoffzellensystems, in dem das Kühlsystem angeordnet ist, verbunden sein. Ist das Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug angeordnet, kann es sich bei der Steuereinheit um eine Steuereinheit des Fahrzeugs handeln. Die Steuereinheit ist dafür eingerichtet, ein erstes Ausgabesignal zu erzeugen, wenn die von dem Leitfähigkeitssensor ermittelte elektrische Leitfähigkeit σ einen ersten Grenzwert σth 1 überschreitet. Die Steuereinheit ist zudem dafür eingerichtet, ein zweites Ausgabesignal zu erzeugen, wenn die von dem Leitfähigkeitssensor ermittelte elektrische Leitfähigkeit σ einen zweiten Grenzwert σth 2 unterschreitet. Die Steuereinheit empfängt dabei eine von dem Leitfähigkeitssensor bestimmte elektrische Leitfähigkeit σ oder einen in Abhängigkeit einer bestimmten Spannung U von dem Leitfähigkeitssensor gemessenen Strom I als Eingangssignal. Bevorzugt vergleicht die Steuereinheit das erhaltene Eingangssignal mit einem vorbestimmten ersten Grenzwert σt1, und mit einem vorbestimmten zweiten Grenzwert σth2, beispielsweise mittels einer Komparator-Schaltung. In Abhängigkeit des Ergebnisses dieser Vergleiche erzeugt die Steuereinheit ein erstes Ausgabesignal oder ein zweites Ausgabesignal. Bei dem ersten und/oder zweiten Ausgabesignal kann es sich um Binärsignale handeln, beispielsweise in Form einer Ausgangsspannung, welche die Werte GND oder VPP annimmt. Ebenfalls bevorzugt weist die Steuereinheit Kommunikationsmittel auf, um die Ausgabesignale an andere Elemente des Kühlsystems, eines Brennstoffzellensystems oder eines Fahrzeugsystems zu übertragen. In einer besonders einfachen Ausführungsform ist die Steuereinheit ein Teil des Leitfähigkeitssensors.In a preferred embodiment, the cooling system also has a control unit connected to the conductivity sensor. In addition, the control unit can also be connected to further elements of the cooling system or a fuel cell system in which the cooling system is arranged. If the fuel cell system is arranged in a vehicle, the control unit can be a control unit of the vehicle. The control unit is set up to generate a first output signal when the electrical conductivity σ determined by the conductivity sensor exceeds a first limit value σ th 1 . The control unit is also set up to send a second output signal generate when the electrical conductivity σ determined by the conductivity sensor falls below a second limit value σ th 2 . The control unit receives an electrical conductivity σ determined by the conductivity sensor or a current I measured by the conductivity sensor as a function of a specific voltage U as an input signal. The control unit preferably compares the input signal received with a predetermined first limit value σ t 1 and with a predetermined second limit value σ th 2 , for example by means of a comparator circuit. Depending on the result of these comparisons, the control unit generates a first output signal or a second output signal. The first and/or second output signal can be binary signals, for example in the form of an output voltage which assumes the values GND or VPP . The control unit also preferably has communication means in order to transmit the output signals to other elements of the cooling system, a fuel cell system or a vehicle system. In a particularly simple embodiment, the control unit is part of the conductivity sensor.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform weist das Kühlsystem ferner einen in dem Kühlsystem, insbesondere dem Kühlmittelkreislauf, angeordneten lonenabscheider auf. Der lonenabscheider weist ein von dem Kühlmittel durchströmbares oder zumindest überströmbares Entionisierungsmittel auf. Bei dem Entionisierungsmittel kann es sich beispielsweise um ein lonenaustauscherharz handeln, das die im Kühlmittel gelösten Ionen (Kationen und Anionen) aufnehmen und H+- und OH--Ionen abgeben kann. In diesem Fall ist der lonenabscheider als lonentauscher ausgebildet. Das Entionisierungsmittel kann dabei als Schüttung unmittelbar in dem lonenabscheider oder in Form eines in den lonenabscheider einsetzbaren Filterelements vorliegen. Die Kapazität von gängigen Entionisierungsmitteln ist begrenzt, sodass diese in regelmäßigen Wechselintervallen getauscht werden müssen. Aus diesem Grund ist die Anordnung des Entionisierungsmittels in einem austauschbaren Filterelement besonders bevorzugt. Zudem gewährleistet ein Filterelement eine sichere Trennung von Entionisierungsmittel und Kühlmittelkreislauf. Alternativ kann jedoch auch der gesamte lonenabscheider in regelmäßigen Abständen aus dem Kühlsystem entfernt, geleert und mit neuem Entionisierungsmittel befüllt werden. Der lonenabscheider weist bevorzugt Mittel zum Bestimmen eines Betriebszustands des lonenabscheiders in Abhängigkeit der verbleibenden Kapazität des Entionisierungsmittels auf. Die Kapazität des Entionisierungsmittels lässt sich bevorzugt über eine Impedanz-Messung am Entionisierungsmittel bestimmen. Bevorzugt weist der lonenabscheider ein von dem Kühlmittel durchströmbares Gehäuse auf, in dem das Entionisierungsmittel angeordnet ist. Der lonenabscheider, insbesondere dessen Gehäuse, wird kontinuierlich oder steuerbar diskontinuierlich von dem Kühlmittel durchströmt. Eine kontinuierliche Durchströmung des lonenabscheiders erfolgt bevorzugt selbsttätig in Abhängigkeit des Druckverlusts des lonenabscheiders. Zum Steuern einer diskontinuierlichen Durchströmung weist der lonenabscheider bevorzugt zumindest ein steuerbares Stellmittel auf. Dieses Steuermittel und die Mittel zum Bestimmen eines Betriebszustands des lonenabscheiders sind bevorzugt mit der Steuereinheit des Kühlsystems verbunden.In a likewise preferred embodiment, the cooling system also has an ion separator arranged in the cooling system, in particular the coolant circuit. The ion separator has a deionizing agent through which the coolant can flow or at least overflow. The deionizing agent can be, for example, an ion exchange resin which can absorb the ions (cations and anions) dissolved in the coolant and release H + and OH - ions. In this case, the ion separator is designed as an ion exchanger. The deionizing agent can be in bulk directly in the ion separator or in the form of a filter element that can be inserted into the ion separator. The capacity of common deionizing agents is limited, so they have to be replaced at regular intervals. For this reason, the placement of the deionizing agent in a replaceable filter element is particularly preferred. In addition, a filter element ensures safe separation of the deionizing agent and the coolant circuit. Alternatively, however, the entire ion separator can also be removed from the cooling system at regular intervals, emptied and filled with new deionizing agent. The ion separator preferably has means for determining an operating state of the ion separator as a function of the remaining capacity of the deionizing agent. The capacity of the deionizing agent can preferably be determined via an impedance measurement on the deionizing agent. The ion separator preferably has a housing through which the coolant can flow and in which the deionizing agent is arranged. The coolant flows through the ion separator, in particular its housing, continuously or controllably discontinuously. A continuous flow through the ion separator preferably takes place automatically depending on the pressure loss of the ion separator. In order to control a discontinuous flow, the ion separator preferably has at least one controllable adjusting means. This control means and the means for determining an operating state of the ion separator are preferably connected to the control unit of the cooling system.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems, wie vorstehend beschrieben, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Erfassen eines Werts einer elektrischen Leitfähigkeit σ mittels des Leitfähigkeitssensors, Erzeugen eines ersten Ausgabesignals, wenn die von dem Leitfähigkeitssensor ermittelte elektrische Leitfähigkeit σ einen ersten Grenzwert σth 1überschreitet und Erzeugen eines zweiten Ausgabesignals, wenn die von dem Leitfähigkeitssensor ermittelte elektrische Leitfähigkeit σ einen zweiten Grenzwert σth 2 unterschreitet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhaft das Bestimmen zweier wesentlicher Betriebszustände eines Kühlsystems für einen Brennstoffzellenstapel, nämlich das Überschreiten einer maximalen Leitfähigkeit oth 1 des Kühlmittels und ein Unterschreiten eines minimalen Kühlmittelstandes (σth 2) des Kühlmittels in einem Ausgleichsbehälter des Kühlmittelsystems. Der apparative und schaltungstechnische Aufwand zum Durchführen des Verfahrens ist dabei vorteilhaft minimal, da nur ein gemessener Leitfähigkeitswert mit zwei Grenzwerten verglichen werden muss. Bevorzugt beinhaltet das Verfahren das Vergleichen der von dem Leitfähigkeitssensor ermittelten elektrischen Leitfähigkeit σ mit dem ersten Grenzwert σt1, und mit dem zweiten Grenzwert oth 2. Ebenfalls bevorzugt wird das Verfahren mittels der Steuereinheit durchgeführt und weist ferner den Verfahrensschritt auf: Einlesen des mittels des Leitfähigkeitssensors erfassten Werts der elektrischen Leitfähigkeit σ in die Steuereinheit.The invention also relates to a method for operating a cooling system, as described above, the method having the following method steps: detecting a value of an electrical conductivity σ using the conductivity sensor, generating a first output signal if the electrical conductivity σ determined by the conductivity sensor has a exceeds the first limit value σ th 1 and generates a second output signal if the electrical conductivity σ determined by the conductivity sensor falls below a second limit value σ th 2 . The method according to the invention advantageously enables the determination of two essential operating states of a cooling system for a fuel cell stack, namely exceeding a maximum conductivity o th 1 of the coolant and falling below a minimum coolant level (σ th 2 ) of the coolant in an expansion tank of the coolant system. The outlay in terms of apparatus and circuitry for carrying out the method is advantageously minimal, since only one measured conductivity value has to be compared with two limit values. The method preferably includes comparing the electrical conductivity σ determined by the conductivity sensor with the first limit value σ t 1 and with the second limit value o th 2 . The method is also preferably carried out by means of the control unit and also has the method step: reading the value of the electrical conductivity σ detected by means of the conductivity sensor into the control unit.
In einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Kühlsystem, aufweisend einen lonenabscheider und bevorzugt eine Steuereinheit, wie vorstehend beschrieben, betrieben. Das Verfahren weist dabei ferner das Ermitteln eines Betriebszustands des lonenabscheiders als Reaktion auf das erste Ausgabesignal auf. Wird dabei ermittelt, dass der lonenabscheider inaktiv ist, das heißt bislang noch nicht von Kühlmittel durchströmt wird, wird der lonenabscheider aktiviert, bevorzugt durch die Steuereinheit. Dazu wird bevorzugt ein Stellmittel so eingestellt, dass der lonenabscheider und das darin angeordnete Entionisierungsmittel vom Kühlmittel durchströmt werden. Das Stellmittel ist dazu vorzugsweise mit der Steuereinheit verbunden. Wird hingegen ermittelt, dass der lonenabscheider bereits aktiv ist aber bislang nur teilweise von Kühlmittel durchströmt wird und das in dem lonenabscheider angeordnete Entionisierungsmittel noch Kapazität zum Aufnehmen weiterer Ionen aufweist, wird die Menge des den lonenabscheider durchströmenden Kühlmittels erhöht. Bevorzugt erfolgt dies ebenfalls über das Einstellen eines Stellmittels im Kühlmittelkreislauf, besonders bevorzugt ebenfalls durch die Steuereinheit. Somit kann eine erste Reaktion auf den Betriebszustand des lonenabscheiders als Erhöhen der den lonenabscheider durchströmenden Kühlmittelmenge zusammengefasst werden. Wird hingegen ermittelt, dass der lonenabscheider bereits aktiv ist aber bereits von der maximalen Kühlmittelmenge durchströmt wird oder das Entionisierungsmittel nahezu keine Kapazitäten zum Aufnehmen weiterer Ionen aufweist (oder beides), wird als eine zweite Reaktion auf den Betriebszustand des lonenabscheiders und bevorzugt mittels der Steuereinheit ein drittes Ausgabesignal erzeugt. Diese bevorzugte Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht auf einfache Weise das Minimieren der lonenbelastung eines Kühlmittels anhand des erfassten Leitfähigkeitswerts und das Ausgeben eines dritten Ausgabesignals, sofern ein Absenken der lonenbelastung des Kühlmittels nicht mehr möglich ist.In a preferred embodiment of the method according to the invention, a cooling system having an ion separator and preferably a control unit, as described above, is operated. The method also includes determining an operating state of the ion separator in response to the first output signal. If it is determined that the ion separator is inactive, ie coolant has not yet flowed through it, the ion separator is activated, preferably by the control unit. For this purpose, an adjusting agent is preferably adjusted in such a way that the ion separator and the deionization arranged therein are medium flows through by the coolant. For this purpose, the adjusting means is preferably connected to the control unit. If, on the other hand, it is determined that the ion separator is already active but coolant has only partially flowed through it up to now and the deionizing agent arranged in the ion separator still has capacity to absorb further ions, the quantity of coolant flowing through the ion separator is increased. This is preferably also done by setting an adjusting means in the coolant circuit, particularly preferably also by the control unit. Thus, a first response to the operating condition of the ion separator can be summarized as increasing the amount of coolant flowing through the ion separator. If, on the other hand, it is determined that the ion separator is already active but the maximum amount of coolant is already flowing through it or the deionizing agent has almost no capacity to take up further ions (or both), as a second reaction to the operating state of the ion separator and preferably by means of the control unit third output signal generated. This preferred embodiment of the method according to the invention enables the ion load of a coolant to be minimized in a simple manner on the basis of the detected conductivity value and a third output signal to be output if the ion load of the coolant can no longer be reduced.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem, aufweisend einen Brennstoffzellenstapel mit Kathodenräumen, Anodenräumen und Kühlmittelkanälen; eine Kathodenversorgung, aufweisend einen Kathodenversorgungspfad mit einem darin angeordneten Verdichter und einen Kathodenabgaspfad; eine Anodenversorgung, aufweisend einen Anodenversorgungspfad und einen Anodenabgaspfad, und ein Kühlsystem, wie vorstehend beschrieben.The invention also relates to a fuel cell system, comprising a fuel cell stack with cathode spaces, anode spaces and coolant channels; a cathode supply comprising a cathode supply path with a compressor disposed therein and a cathode exhaust path; an anode supply comprising an anode supply path and an anode exhaust path, and a cooling system as described above.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug, aufweisend ein Brennstoffzellensystem oder ein Kühlsystem, wie vorstehend beschrieben, und ein Fahrerinformationssystem. Das Fahrerinformationssystem ist dafür eingerichtet, als Reaktion auf das dritte Ausgabesignal ein erstes Warnsignal zu erzeugen. Das dritte Ausgabesignal wird erzeugt, wenn der lonenabscheider nahezu keine Kapazitäten mehr zum Aufnehmen zusätzlicher Ionen aufweist. Somit wird ein Fahrer des Fahrzeugs durch das erste Warnsignal informiert, dass die maximale Kapazität des lonenabscheiders, insbesondere des Entionisierungsmittels, bald erreicht ist. Der Fahrer hat dann noch ausreichend Zeit einen Werkstatttermin zum Wechsel des lonenabscheiders oder des darin enthaltenen Entionisierungsmittels vereinbaren oder den Wechsel selbst vornehmen. Das Fahrerinformationssystem ist ferner dafür eingerichtet, als Reaktion auf das zweite Ausgabesignal ein zweites Warnsignal zu erzeugen. Das zweite Warnsignal informiert den Fahrer, dass der Kühlmittelfüllstand in einem Ausgleichsbehälter einen minimalen Kühlmittelfüllstand unterschritten hat. Somit weiß der Fahrer, dass neues Kühlmittel nachzufüllen ist, um ein Überhitzen des Brennstoffzellenstapels zu vermeiden. Der minimale Kühlmittelfüllstand ist dabei so gewählt, dass noch ausreichend Zeit für ein Auffüllen des Ausgleichsbehälters verbleibt. Bei dem Fahrerinformationssystem handelt es sich bevorzugt um ein für den Fahrer sichtbares Kombiinstrument im Cockpit des Fahrzeugs und bei den Warnsignalen handelt es sich bevorzugt um akustische und/oder optische Warnsignale. Das Fahrerinformationssystem ist bevorzugt mit der Steuereinheit verbunden.The invention also relates to a vehicle having a fuel cell system or a cooling system, as described above, and a driver information system. The driver information system is configured to generate a first warning signal in response to the third output signal. The third output signal is generated when the ion separator has almost run out of capacity to accept additional ions. A driver of the vehicle is thus informed by the first warning signal that the maximum capacity of the ion separator, in particular of the deionizing agent, will soon be reached. The driver then still has enough time to arrange a workshop appointment to change the ion separator or the deionizing agent it contains, or to carry out the change himself. The driver information system is further configured to generate a second warning signal in response to the second output signal. The second warning signal informs the driver that the coolant level in an expansion tank has fallen below a minimum coolant level. The driver thus knows that new coolant must be refilled in order to avoid overheating of the fuel cell stack. The minimum coolant level is selected so that there is still enough time to fill up the expansion tank. The driver information system is preferably an instrument cluster in the cockpit of the vehicle that is visible to the driver, and the warning signals are preferably acoustic and/or visual warning signals. The driver information system is preferably connected to the control unit.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines in einem Ausgleichsbehälter eines Kühlmittelsystems für einen Brennstoffzellenstapel angeordneten Leitfähigkeitssensors zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit eines in dem Kühlmittelsystem vorhandenen Kühlmittels und zum Bestimmen des Unterschreitens eines minimalen Kühlmittelfüllstandes in dem Ausgleichsbehälter des Kühlmittelsystems.The invention also relates to the use of a conductivity sensor arranged in an expansion tank of a coolant system for a fuel cell stack to determine the electrical conductivity of a coolant present in the coolant system and to determine whether the coolant fill level in the expansion tank of the coolant system falls below a minimum.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred configurations of the invention result from the remaining features mentioned in the dependent claims.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.Unless stated otherwise in the individual case, the various embodiments of the invention mentioned in this application can advantageously be combined with one another.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit einem erfindungsgemäßen Kühlsystem, -
2 eine schematische Darstellung eines Ausgleichsbehälters eines erfindungsgemäßen Kühlmittelsystem, und -
3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Kühlsystems.
-
1 a schematic representation of a fuel cell system with a cooling system according to the invention, -
2 a schematic representation of an expansion tank of a coolant system according to the invention, and -
3 a schematic flowchart of a method according to the invention for operating a cooling system according to the invention.
Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst als Kernkomponente einen Brennstoffzellenstapel 10, der eine Vielzahl von in Stapelform angeordneten Einzelzellen 11 aufweist, die durch abwechselnd gestapelte Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) 14 und Bipolarplatten 15 ausgebildet werden (siehe Detailausschnitt). Jede Einzelzelle 11 umfasst somit jeweils eine MEA 14 mit einer hier nicht näher dargestellten ionenleitfähigen Polymerelektrolytmembran sowie beidseits daran angeordneten katalytischen Elektroden. Diese Elektroden katalysieren die jeweilige Teilreaktion der Brennstoffumsetzung. Die Anoden- und Kathodenelektrode sind als Beschichtung auf der Membran ausgebildet und weisen ein katalytisches Material auf, beispielsweise Platin, das auf einem elektrisch leitfähigen Trägermaterial großer spezifischer Oberfläche, beispielsweise einem kohlenstoffbasierten Material, geträgert vorliegt.The
Wie in der Detaildarstellung der
Um den Brennstoffzellenstapel 10 mit den Betriebsmitteln zu versorgen, weisen die Brennstoffzellensysteme 100 einerseits eine Anodenversorgung 20 und andererseits eine Kathodenversorgung 30 auf.In order to supply the
Die Anodenversorgung 20 des in
Darüber hinaus weist die Anodenversorgung 20 des in
Die Kathodenversorgung 30 des in
Das in
Zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels 10 weist das in
Das Kühlsystem weist zudem einen lonenabscheider 45 auf, der mit einem nicht dargestellten Entionisierungsmittel gefüllt ist und über ein steuerbares drittes Stellmittel 46 mit den Kühlmittelleitungen 42 des Kühlkreislaufs 40 verbunden werden kann. Das dritte Stellmittel 46 ist dabei als steuerbares Dreiwegeventil ausgebildet. Wird der lonenabscheider 45 von dem Kühlmittel durchströmt, nimmt das darin enthaltene Entionisierungsmittel im Kühlmittel gelöste Ionen (Kationen und Anionen) auf und gibt dafür H+- und OH--Ionen ab, die im Kühlmittel zu Wasser abreagieren.The cooling system also has an
In der
Der in den
Wie in
Ergibt der Vergleich in der Steuereinheit 47, dass der von dem Leitfähigkeitssensor 44 bestimmte Leitfähigkeitswert σ den ersten Grenzwert σt 1, überschreitet, gibt die Steuereinheit 47 ein erstes Ausgabesignal aus und prüft als Reaktion darauf in einem nächsten Schritt die von dem lonenabscheider 45 empfangenen Daten. Anhand dieser Daten ermittelt die Steuereinheit 47 die angemessene Reaktion auf die zu hohe lonenkontamination des Kühlmittels. Stellt die Steuereinheit 47 fest, dass der lonenabscheider bislang inaktiv ist, das heißt das dritte Steuermittel 46 verschlossen ist, öffnet die Steuereinheit 47 das dritte Stellmittel 46 zum lonenabscheider 45. Stellt die Steuereinheit 47 fest, dass das Stellmittel 46 bislang nur teilweise geöffnet ist, erhöht die Steuereinheit 47 dessen Öffnungsgrad und damit die den lonenabscheider 45 durchströmende Kühlmittelmenge. Stellt die Steuereinheit 47 fest, dass die den lonenabscheider 45 durchströmende Kühlmittelmenge bereits maximal ist und/oder das im lonenabscheider enthaltene Entionisierungsmittel nahezu keine Kapazitäten zum Aufnehmen weiterer Ionen aufweist, erzeugt die Steuereinheit 47 ein drittes Ausgabesignal und übermittelt dieses an ein Fahrerinformationssystem 48 (BCM) des nicht näher dargestellten Fahrzeugs. Das Fahrerinformationssystem 48 erzeugt als Reaktion auf das dritte Ausgabesignal ein erstes Warnsignal und gibt dieses an den Fahrer aus.If the comparison in the
Ergibt der Vergleich in der Steuereinheit 47, dass der von dem Leitfähigkeitssensor 44 bestimmte Leitfähigkeitswert σ den zweiten Grenzwert σth 2 unterschreitet, erzeugt die Steuereinheit 47 ein zweites Ausgabesignal und übermittelt dieses an das Fahrerinformationssystem 48 (BCM). Das Fahrerinformationssystem 48 gibt als Reaktion auf das zweite Ausgabesignal ein zweites Warnsignal an den Fahrer aus.If the comparison in
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Brennstoffzellensystem fuel cell system
- 1010
- Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
- 1111
- Einzelzellesingle cell
- 1212
- Anodenraumanode room
- 1313
- Kathodenraumcathode room
- 1414
- Membran-Elektroden-Anordnung (MEA)Membrane Electrode Assembly (MEA)
- 1515
- Bipolarplatte (Separatorplatte, Flussfeldplatte) Bipolar plate (separator plate, flow field plate)
- 2020
- Anodenversorgunganode supply
- 2121
- Anodenversorgungsleitunganode supply line
- 2222
- Anodenabgasleitunganode exhaust line
- 2323
- Brennstofftankfuel tank
- 2424
- erstes Stellmittelfirst means of adjustment
- 2525
- Rezirkulationsleitungrecirculation line
- 2626
- zweites Stellmittelsecond adjusting agent
- 2727
- Rezirkulationsfördereinrichtungrecirculation conveyor
- 2828
- Wasserabscheider water separator
- 3030
- Kathodenversorgungcathode supply
- 3131
- Kathodenversorgungsleitungcathode supply line
- 3232
- Kathodenabgasleitungcathode exhaust line
- 3333
- Verdichtercompressor
- 3434
- Elektromotorelectric motor
- 3535
- Leistungselektronikpower electronics
- 3636
- Turbineturbine
- 3737
- Bypass-Leitungbypass line
- 3838
- Stellmittelsetting means
- 3939
- Befeuchtermodul humidifier module
- 4040
- Kühlmittelkreislaufcoolant circuit
- 4141
- Kühlmittelfördervorrichtungcoolant delivery device
- 4242
- Kühlmittelleitungcoolant line
- 4343
- Ausgleichsbehältersurge tank
- 4444
- Leitfähigkeitssensorconductivity sensor
- 4545
- lonenabscheiderion separator
- 4646
- drittes Stellmittelthird adjusting agent
- 4747
- Steuereinheitcontrol unit
- 4848
- Fahrerinformationssystemdriver information system
- 4949
- Messspitzemeasuring tip
- 5050
- Verschlusskappesealing cap
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