DE102017214726A1 - Method for evaluating a coolant flow of a coolant circuit of a fuel cell system, fuel cell system and vehicle - Google Patents

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Abstract

Um ein Verfahren zur Bewertung eines Kühlmittelflusses eines Kühlkreislaufs (41) eines Brennstoffzellensystems, das einen Brennstoffzellenstapel (10), eine Steuereinrichtung (60), die zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist, eine Anodenversorgung (20), eine Kathodenversorgung (30) sowie einen Kühlkreislauf (41) aufweist, wobei im Kühlkreislauf (41) eine Kühlmittelpumpe (42), ein Thermostatventil (47) sowie am Eingang des Brennstoffzellenstapels (10) einen Temperatursensor (49) zur Erfassung der Temperatur (Tein) und am Ausgang des Brennstoffzellenstapels (10) einen Temperatursensor (50) zur Erfassung der Temperatur (Taus) aufweist, das einen sicheren Bauteilschutz bei möglichst geringem Einsatz von Sensoren bietet, bereitzustellen, wird vorgeschlagen, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist:
• Erkennung, ob der Kühlmittelkreislauf eingeschwungen ist,
• Ermittlung der Differenz einer Kühlmittelpumpen-Soll-Drehzahl (Ansteuersignal) zu einem in der Vorsteuerkennlinie hinterlegten Wert,
• Bewertung der Differenz,
• Einleiten von Maßnahmen.
Zudem werden ein Brennstoffzellensystem (100) sowie ein Fahrzeug offenbart.

Figure DE102017214726A1_0000
A method for evaluating a coolant flow of a cooling circuit (41) of a fuel cell system comprising a fuel cell stack (10), a controller (60) adapted to carry out the method, an anode supply (20), a cathode supply (30), and a refrigeration cycle (41), wherein in the cooling circuit (41) has a coolant pump (42), a thermostatic valve (47) and at the entrance of the fuel cell stack (10) a temperature sensor (49) for detecting the temperature (T a) and at the output of the fuel cell stack (10 ) has a temperature sensor (50) for detecting the temperature (T off ), which provides a secure component protection with the least possible use of sensors, it is proposed that the method comprises the following steps:
• Detection of whether the coolant circuit has settled,
Determination of the difference of a coolant pump setpoint speed (control signal) to a value stored in the pilot control characteristic,
• evaluation of the difference,
• Initiate action.
In addition, a fuel cell system (100) and a vehicle are disclosed.
Figure DE102017214726A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung eines Kühlmittelflusses eines Kühlkreislaufs eines Brennstoffzellensystems, ein Brennstoffzellensystem mit einer Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen, sowie ein Fahrzeug.The invention relates to a method for evaluating a coolant flow of a cooling circuit of a fuel cell system, a fuel cell system with a control device that is configured to carry out the method, and a vehicle.

Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Einheit (MEA für membrane electrode assembly), die ein Gefüge aus einer ionenleitenden (meist protonenleitenden) Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten katalytischen Elektrode (Anode und Kathode) ist. Letztere umfassen zumeist geträgerte Edelmetalle, insbesondere Platin. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Einheit an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl im Stapel (stack) angeordneter MEA gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen den einzelnen Membran-Elektroden-Einheiten sind in der Regel Bipolarplatten (auch Flussfeldplatten genannt) angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten, sicherstellen und üblicherweise auch der Kühlung dienen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Einheiten.Fuel cells use the chemical transformation of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells contain as core component the so-called membrane electrode assembly (MEA) for membrane electrode assembly, which is a microstructure of an ion-conducting (usually proton-conducting) membrane and in each case on both sides of the membrane arranged catalytic electrode (anode and cathode). The latter mostly comprise supported noble metals, in particular platinum. In addition, gas diffusion layers (GDL) can be arranged on both sides of the membrane-electrode assembly on the sides of the electrodes facing away from the membrane. As a rule, the fuel cell is formed by a multiplicity of stacked MEAs whose electrical powers add up. Between the individual membrane electrode assemblies bipolar plates (also called flow field plates) are usually arranged, which ensure a supply of the individual cells with the operating media, ie the reactants, and usually also serve the cooling. In addition, the bipolar plates provide an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies.

Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff (Anodenbetriebsmedium), insbesondere Wasserstoff H2 oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, über ein anodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen stattfindet (H2 → 2 H+ + 2 e-). Über den Elektrolyten oder die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen H+ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird über ein kathodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch (zum Beispiel Luft) zugeführt, sodass eine Reduktion von O2 zu O2- unter Aufnahme der Elektronen stattfindet (½ O2 + 2 e- → O2-). Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum die Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser (O2- + 2 H+ → H2O).During operation of the fuel cell, the fuel (anode operating medium), in particular hydrogen H 2 or a hydrogen-containing gas mixture, is supplied to the anode via an anode-side open flow field of the bipolar plate, where an electrochemical oxidation of H 2 to H + takes place with release of electrons (H 2 → 2 H + + 2 e - ). Via the electrolyte or the membrane, which separates the reaction spaces gas-tight from each other and electrically isolated, takes place (water-bound or anhydrous) transport of protons H + from the anode compartment in the cathode compartment. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line. The cathode is supplied via a cathode-side open flow field of the bipolar plate oxygen or an oxygen-containing gas mixture (for example, air), so that a reduction of O 2 to O 2- takes place under absorption of the electrons (½ O 2 + 2 e - → O 2- ) , At the same time, the oxygen anions in the cathode compartment react with the protons transported via the membrane to form water (O 2- + 2 H + → H 2 O).

Um einen Brennstoffzellenstapel mit seinen Betriebsmedien, also den Reaktanten zu versorgen, weist dieser einerseits eine Anodenversorgung und andererseits eine Kathodenversorgung auf. Die Anodenversorgung umfasst einen Anodenversorgungspfad zur Zuführung eines Anodenbetriebsgases in die Anodenräume und einen Anodenabgaspfad zur Abführung eines Anodenabgases aus den Anodenräumen. Desgleichen umfasst die Kathodenversorgung einen Kathodenversorgungspfad zur Zuführung eines Kathodenbetriebsgases in die Kathodenräume und einem Kathodenabgaspfad zur Abführung eines Kathodenabgases aus den Kathodenräumen des Brennstoffzellenstapels.In order to supply a fuel cell stack with its operating media, so the reactants, this has on the one hand an anode supply and on the other hand, a cathode supply. The anode supply includes an anode supply path for supplying an anode operating gas into the anode compartments and an anode exhaust path for discharging an anode exhaust gas from the anode compartments. Similarly, the cathode supply includes a cathode supply path for supplying a cathode operating gas into the cathode compartments and a cathode exhaust path for discharging a cathode exhaust gas from the cathode compartments of the fuel cell stack.

Das Kathodenbetriebsgas wird über einen Verdichter zu dem Brennstoffzellenstapel transportiert und über ein Befeuchtungsmodul mit der erforderlichen Feuchtigkeit versehen bevor es in den Brennstoffzellenstapel eintritt. Die Temperatur des verdichteten Kathodenbetriebsgases liegt jenseits einer thermischen Grenze des Befeuchtungsmoduls und des Brennstoffzellenstapels. Deshalb ist es zur Vermeidung von Schäden am Befeuchtermodul und dem Brennstoffzellenstapel bekannt, die dem Befeuchtungsmodul bzw. dem Brennstoffzellenstapel zugeführte Luft über ein Kühlmittel aus einem Kühlkreislauf des Brennstoffzellenstapels zu temperieren. Dazu wird ein Wärmetauscher genutzt, der dem Luftverdichter nachgeschaltet ist.The cathode operating gas is transported to the fuel cell stack via a compressor and provided with the required humidity via a humidification module before it enters the fuel cell stack. The temperature of the compressed cathode operating gas is beyond a thermal limit of the humidification module and the fuel cell stack. Therefore, in order to prevent damage to the humidifier module and the fuel cell stack, it is known to temper the air supplied to the humidification module or the fuel cell stack via a coolant from a cooling circuit of the fuel cell stack. For this purpose, a heat exchanger is used, which is connected downstream of the air compressor.

Bei Degradation des Wärmetauschers oder bei einem gehemmten Kühlmitteldurchfluss kann es zu einer schädigenden Temperaturerhöhung der Eingangsluft am Befeuchtermodul oder am Brennstoffzellenstapel kommen.Degradation of the heat exchanger or an inhibited coolant flow may result in a damaging increase in the temperature of the incoming air at the humidifier module or at the fuel cell stack.

In der Kühlmittelversorgung eines Brennstoffzellensystems gibt es zwei Regelgrößen die Kühlmitteleintrittstemperatur und die Temperaturdifferenz über dem Brennstoffzellenstapel. Hierfür ist üblicherweise je ein Temperatursensor am Stapeleintritt und -austritt vorgesehen.In the coolant supply of a fuel cell system, there are two controlled variables, the coolant inlet temperature and the temperature difference across the fuel cell stack. For this purpose, usually a temperature sensor is provided at the stack entrance and exit.

Ein Brennstoffzellensystem weist typischerweise eine hohe Anzahl an Sensoren auf, die für die Steuerung und Regelung der Medienversorgung sowie für Diagnose und Sicherheit verwendet werden. Motorsteuergeräte nach dem Stand der Technik verfügen jedoch häufig nicht über eine ausreichend dimensionierte I/O-Schnittstelle. Daher wird versucht, auch mit Blick auf Kosten und Komplexität, die Anzahl der benötigten Sensoren möglichst gering zu halten.A fuel cell system typically has a high number of sensors used for media supply control and regulation as well as for diagnostics and safety. However, prior art engine control devices often do not have a sufficiently sized I / O interface. Therefore, an attempt is made to keep the number of required sensors as low as possible, even with regard to costs and complexity.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bewertung eines Kühlmittelflusses eines Kühlkreislaufs eines Brennstoffzellensystems bereitzustellen, das einen sicheren Bauteilschutz bei möglichst geringem Einsatz von Sensoren bietet. Weiterhin soll ein geeignetes Brennstoffzellensystem bereitgestellt werden.The invention is based on the object of providing a method for evaluating a coolant flow of a cooling circuit of a fuel cell system, which offers reliable component protection with the least possible use of sensors. Furthermore, a suitable fuel cell system is to be provided.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a Fuel cell system solved with the features of claim 5.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Vorteilhafterweise kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis der vorhandenen Sensorik im Kühlkreislauf, nämlich je einem Temperatursensor am Eingang und am Ausgang des Brennstoffzellenstapels sowie mit der Drehzahlrückmeldung der Kühlmittelpumpe und der Stellung des Thermostatventils des Kühlmittelflusses eine Bewertung des Zustandes des Kühlkreislaufs bzw. dessen Komponenten erfolgen.Advantageously, by means of the inventive method based on the existing sensors in the cooling circuit, namely a temperature sensor at the input and output of the fuel cell stack and the speed feedback of the coolant pump and the position of the thermostatic valve of the coolant flow, an assessment of the state of the cooling circuit or its components.

Es kann vorteilhafterweise über das erfindungsgemäße Verfahren eine Degradation von Bauteilen im Kühlmittelfluss detektiert werden, so dass schon frühzeitig Maßnahmen zum Bauteilschutz, beispielsweise des Befeuchtermoduls eingeleitet werden können. Zudem werden Hinweise auf Probleme an Komponenten wie beispielsweise Wärmeübertrager, Kühlmittelpumpe und dergleichen gegeben, so dass von einer Steuerung beispielsweise eine Wartung des Brennstoffzellensystems oder auch bestimmter Komponenten angefordert werden kann. Somit können Komponenten des Kühlkreislaufs bzw. des Brennstoffzellensystems vor Übertemperatur geschützt werden, die keine eigene Temperaturüberwachung aufweisen.It can be advantageously detected by the inventive method, a degradation of components in the coolant flow, so that early measures for component protection, such as the humidifier module can be initiated. In addition, references to problems with components such as heat exchangers, coolant pump and the like are given, so that, for example, a maintenance of the fuel cell system or certain components can be requested by a controller. Thus, components of the refrigeration cycle and the fuel cell system can be protected from over-temperature, which do not have their own temperature monitoring.

Dazu ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Bewertung eines Kühlmittelflusses eines Kühlkreislaufs eines Brennstoffzellensystems, das nachstehend spezifiziert wird, vorgesehen.For this purpose, a method for evaluating a coolant flow of a cooling circuit of a fuel cell system, which is specified below, is provided according to the invention.

Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem weist einen Brennstoffzellenstapel mit einer Anodenversorgung, einer Kathodenversorgung, einem Kühlkreislauf sowie einer Steuerung auf, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, wobei der Kühlkreislauf einen Verdichter, eine Kühlmittelpumpe und ein Thermostatventil aufweist. Optional sind weiterhin ein Kühler sowie ein Thermostat vorgesehen. Am Eingang des Brennstoffzellenstapels ist ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur Tein und am Ausgang des Brennstoffzellenstapels ist ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur Taus angeordnet. Zur Steuerung des Brennstoffzellensystems und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine dementsprechend eingerichtete Steuerung vorgesehen.The fuel cell system according to the invention has a fuel cell stack with an anode supply, a cathode supply, a cooling circuit and a controller, which is set up to carry out the method, wherein the cooling circuit comprises a compressor, a coolant pump and a thermostatic valve. Optionally, a cooler and a thermostat are also provided. At the entrance of the fuel cell stack is a temperature sensor for detecting the temperature T a and at the output of the fuel cell stack is a temperature sensor for detecting the temperature T off arranged. To control the fuel cell system and to carry out the method according to the invention, a control is provided accordingly.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung eines Kühlmittelflusses eines Kühlmittelsystems eines Brennstoffzellensystems weist im Normalbetrieb folgende Schritte auf:

  • • Erkennung, ob der Kühlkreislauf eingeschwungen ist,
  • • Ermittlung der Differenz einer Kühlmittelpumpen-Soll-Drehzahl (Ansteuersignal) zu einem in einer Vorsteuerkennlinie hinterlegten Wert,
  • • Bewertung der Differenz,
  • • Einleiten von Maßnahmen, beispielsweise Ausgabe einer Fehlermeldung und/oder Abschaltung des Brennstoffzellensystems, oder Fortfahren im Normalbetrieb.
The method according to the invention for evaluating a coolant flow of a coolant system of a fuel cell system has the following steps in normal operation:
  • • Detection of whether the cooling circuit has settled,
  • Determination of the difference of a coolant pump setpoint speed (control signal) to a value stored in a pilot control characteristic,
  • • evaluation of the difference,
  • • Initiate measures, such as issuing an error message and / or switching off the fuel cell system, or proceeding in normal operation.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Funktion zur Erkennung eines eingeschwungenen Kühlmittelkreises in die Steuerung implementiert.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a function for detecting a steady-state coolant circuit is implemented in the controller.

Vorteilhafterweise kann über eine derartige Funktion, wie nachstehend beschrieben, eine auf das konkrete System bezogene Kennlinie verwendet werden, so dass eine Degradation von Bauteilen des Kühlkreislaufs präzise ermittelt werden kann.Advantageously, a characteristic related to the specific system can be used via such a function, as described below, so that a degradation of components of the cooling circuit can be precisely determined.

Die Funktion wird bei der Erstinbetriebnahme des Brennstoffzellensystems durch eine Vorsteuerung der Kühlmittelpumpenregelung / Kennlinie: Ansteuersignal der Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit vom Lastpunkt erhalten.The function is obtained during initial commissioning of the fuel cell system by a pilot control of the coolant pump control / characteristic curve: control signal of the coolant pump as a function of the load point.

Diese ermittelt zum einen anhand der Stellung des Thermostatventils das Einschwingen der Betriebstemperatur auf den Sollwert, und zum anderen anhand des Verlaufs der Differenztemperatur von Tein zu Taus unter Berücksichtigung der Abweichung von Soll- zu Istwert, das Erreichen eines stabilen Betriebspunktes (beides bewertet über ein Toleranzfenster). Dies ist erforderlich, um im Folgenden eine zuverlässige Bewertung durchzuführen.This determines on the one hand based on the position of the thermostatic valve, the settling of the operating temperature to the desired value, and on the other hand based on the course of the differential temperature of T a to T off taking into account the deviation from setpoint to actual value, the achievement of a stable operating point (both assessed via a tolerance window). This is required to perform a reliable evaluation below.

Bei der Erstinbetriebnahme kann davon ausgegangen werden, dass die Komponenten zu diesem Zeitpunkt den Zustand BOL (Begin Of Life) haben, und noch keiner Degradation unterliegen, so dass eine spätere Degradation der Komponenten sicher detektierbar ist.During initial commissioning, it can be assumed that the components at this time have the status BOL (Begin Of Life) and are not yet subject to degradation so that any subsequent degradation of the components can be reliably detected.

Hat dies stattgefunden, wird im weiteren die Differenz der Kühlmittelpumpen-Soll-Drehzahl (Ansteuersignal) zu dem in der Vorsteuerkennlinie hinterlegten Wert ermittelt. Anhand einer Bewertung dieser Differenz kann schwellwertabhängig ein Problem im Kühlmittelfluss signalisiert werden.If this has taken place, the difference of the coolant pump setpoint speed (control signal) to the value stored in the pilot control characteristic is determined in the further. Based on an evaluation of this difference, a problem in the coolant flow can be signaled depending on the threshold value.

Voranstehende Ausführungen betreffen das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem gleichermaßen.The above statements relate equally to the method according to the invention and the fuel cell system according to the invention.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um ein Fahrzeug, das einen Elektromotor als Traktionsmotor aufweist, mit dem allein oder in Kombination mit einem Verbrennungsmotor das Fahrzeug angetrieben wird.Another aspect of the invention relates to a vehicle having such a fuel cell system. This is preferably a Vehicle having an electric motor as a traction motor, with the vehicle alone or in combination with an internal combustion engine is driven.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung;
  • 2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a block diagram of a fuel cell system according to a preferred embodiment of the invention;
  • 2 a flow chart of the method according to the invention.

1 zeigt ein insgesamt mit 100 bezeichnetes Brennstoffzellensystem gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Das Brennstoffzellensystem 100 ist Teil eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, das einen Elektrotraktionsmotor aufweist, der durch das Brennstoffzellensystem 100 mit elektrischer Energie versorgt wird. 1 shows a fuel cell system generally designated 100 according to a preferred embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 is part of a not further illustrated vehicle, in particular an electric vehicle having an electric traction motor, by the fuel cell system 100 is supplied with electrical energy.

Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst als Kernkomponente einen Brennstoffzellenstapel 10, der eine Vielzahl von in Stapelform angeordneten, hier jedoch nicht näher dargestellten Einzelzellen aufweist. Um den Brennstoffzellenstapel 10 mit den Betriebsgasen zu versorgen, weist das Brennstoffzellensystem 100 einerseits eine Anodenversorgung 20 und andererseits eine Kathodenversorgung 30 auf.The fuel cell system 100 comprises as a core component a fuel cell stack 10 having a plurality of arranged in stack form, but not shown here individual cells. To the fuel cell stack 10 to supply with the operating gases, the fuel cell system 100 on the one hand, an anode supply 20 and on the other hand, a cathode supply 30 on.

Die Anodenversorgung 20 dient zur Zuführung eines Anodenbetriebsmediums (dem Brennstoff), beispielsweise Wasserstoff. Zu diesem Zweck verbindet ein Anodenversorgungspfad 21 einen nicht dargestellten Brennstoffspeicher mit einem Anodeneinlass des Brennstoffzellenstapels 10. Die Anodenversorgung 20 umfasst ferner einen Anodenabgaspfad 22, der das Anodenabgas über einen Anodenauslass des Brennstoffzellenstapels 10 abführt.The anode supply 20 serves to supply an anode operating medium (the fuel), for example hydrogen. For this purpose, an anode supply path connects 21 a fuel storage, not shown, with an anode inlet of the fuel cell stack 10 , The anode supply 20 further includes an anode exhaust path 22 containing the anode exhaust via an anode outlet of the fuel cell stack 10 dissipates.

Die Kathodenversorgung 30 umfasst einen Kathodenversorgungspfad 31, welcher dem Brennstoffzellenstapel 10 ein sauerstoffhaltiges Kathodenbetriebsmedium zuführt, insbesondere Luft, die aus der Umgebung angesaugt wird. Die Kathodenversorgung 30 umfasst ferner einen Kathodenabgaspfad 32, welcher das Kathodenabgas aus dem Brennstoffzellenstapel 10 abführt und dieses gegebenenfalls einer nicht dargestellten Abgasanlage zuführt.The cathode supply 30 includes a cathode supply path 31 which is the fuel cell stack 10 supplying an oxygen-containing cathode operating medium, in particular air which is drawn in from the environment. The cathode supply 30 further includes a cathode exhaust path 32 which removes the cathode exhaust gas from the fuel cell stack 10 dissipates and optionally this feeds an exhaust system, not shown.

Zur Förderung und Verdichtung des Kathodenbetriebsmediums ist in dem Kathodenversorgungspfad 31 ein Verdichter 33 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verdichter 33 als ein hauptsächlich elektromotorisch angetriebener Verdichter 33 ausgestaltet, dessen Antrieb über einen mit einer entsprechenden Leistungselektronik 35 ausgestatteten Elektromotor 34 erfolgt. Der Verdichter 33 kann ferner durch eine im Kathodenabgaspfad 32 angeordnete Turbine 36 (gegebenenfalls mit variabler Turbinengeometrie) unterstützend über eine gemeinsame Welle (nicht dargestellt) angetrieben werden.For conveying and compressing the cathode operating medium is in the cathode supply path 31 a compressor 33 arranged. In the illustrated embodiment, the compressor 33 as a mainly electric motor driven compressor 33 designed, the drive via a with a corresponding power electronics 35 equipped electric motor 34 he follows. The compressor 33 may also be through a in the cathode exhaust path 32 arranged turbine 36 (optionally with variable turbine geometry) are supported by a common shaft (not shown) driven.

Die Kathodenversorgung 30 kann gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ferner eine Wastegate-Leitung 37 aufweisen, welche die Kathodenversorgungsleitung 31 mit der Kathodenabgasleitung 32 verbindet, also einen Bypass des Brennstoffzellenstapels 10 darstellt. Die Wastegate-Leitung 37 erlaubt, überschüssigen Luftmassenstrom an dem Brennstoffzellenstapel 10 vorbeizuführen, ohne den Verdichter 33 herunterzufahren. Ein in der Wastegate-Leitung 37 angeordnetes Stellmittel 38 dient der Steuerung der Menge des den Brennstoffzellenstapel 10 umgehenden Kathodenbetriebsmediums.The cathode supply 30 may also according to the illustrated embodiment, a wastegate line 37 having the cathode supply line 31 with the cathode exhaust gas line 32 connects, so a bypass of the fuel cell stack 10 represents. The wastegate pipe 37 allows excess air mass flow at the fuel cell stack 10 to pass without the compressor 33 shut down. One in the wastegate pipe 37 arranged adjusting means 38 serves to control the amount of the fuel cell stack 10 immediate cathode operating medium.

Das Brennstoffzellensystem 100 weist ferner ein Befeuchtermodul 39 auf. Das Befeuchtermodul 39 ist einerseits so in dem Kathodenversorgungspfad 31 angeordnet, dass er von dem Kathodenbetriebsgas durchströmbar ist. Andererseits ist es so in dem Kathodenabgaspfad 32 angeordnet, dass es von dem Kathodenabgas durchströmbar ist. Das Befeuchtermodul 39 weist typischerweise eine Mehrzahl von wasserdampfpermeablen Membranen auf, die entweder flächig oder in Form von Hohlfasern ausgebildet sind. Dabei wird eine Seite der Membranen von dem vergleichsweise trockenen Kathodenbetriebsgas (Luft) überströmt und die andere Seite von dem vergleichsweise feuchten Kathodenabgas (Abgas). Getrieben durch den höheren Partialdruck an Wasserdampf in dem Kathodenabgas kommt es zu einem Übertritt von Wasserdampf über die Membran in das Kathodenbetriebsgas, das auf diese Weise befeuchtet wird.The fuel cell system 100 also has a humidifier module 39 on. The humidifier module 39 on the one hand is in the cathode supply path 31 arranged to be flowed through by the cathode operating gas. On the other hand, it is so in the cathode exhaust path 32 arranged so that it can be flowed through by the cathode exhaust gas. The humidifier module 39 typically has a plurality of water vapor permeable membranes formed either flat or in the form of hollow fibers. In this case, one side of the membranes is overflowed by the comparatively dry cathode operating gas (air) and the other side by the comparatively moist cathode exhaust gas (exhaust gas). Driven by the higher partial pressure of water vapor in the cathode exhaust gas, there is a transfer of water vapor across the membrane in the cathode operating gas, which is moistened in this way.

Zwischen dem Befeuchtermodul 39 und dem Verdichter 33 ist in der Kathodenversorgungsleitung 31 ein Wärmetauscher 40 vorgesehen, der in einen Kühlkreislauf 41 zur Temperierung des Brennstoffzellenstapels 10 eingebunden ist. Der Kühlkreislauf 41 weist einen Verdichter 42, der als ein hauptsächlich elektromotorisch angetriebener Verdichter 42 ausgestaltet ist, dessen Antrieb über einen mit einer entsprechenden Leistungselektronik 43 ausgestatteten Elektromotor 44 erfolgt. Zudem finden sich im Kühlkreislauf 41 ein Kühler 45, ein parallel zum Kühler 45 angeordneter Thermostat 46 mit einem Thermostatventil 47, wobei für das Thermostat 46 eine Bypass-Leitung 48 vorgesehen ist. Am Eingang des Brennstoffzellenstapels 10 ist ein Temperatursensor 49 zur Erfassung der Temperatur Tein und am Ausgang des Brennstoffzellenstapels 10 ist ein Temperatursensor 50 zur Erfassung der Temperatur Taus angeordnet.Between the humidifier module 39 and the compressor 33 is in the cathode supply line 31 a heat exchanger 40 provided in a cooling circuit 41 for temperature control of the fuel cell stack 10 is involved. The cooling circuit 41 has a compressor 42 , as a mainly electric motor driven compressor 42 is designed, the drive via a with a corresponding power electronics 43 equipped electric motor 44 he follows. In addition, can be found in the cooling circuit 41 a cooler 45 , one parallel to the radiator 45 arranged thermostat 46 with a thermostatic valve 47 , being for the thermostat 46 a bypass line 48 is provided. At the entrance of the fuel cell stack 10 is a temperature sensor 49 for detecting the temperature T a and at the exit of the fuel cell stack 10 is a temperature sensor 50 for detecting the temperature T off arranged.

Parallel zum Befeuchtermodul 39 ist dem Wärmetauscher 40 nachgeordnet eine Bypass-Leitung 51 vorgesehen, die hinter dem Befeuchtermodul 39 wieder in die Kathodenversorgungsleitung 31 mündet, wobei in der Bypass-Leitung 51 und in der Kathodenversorgungsleitung 31 hinter dem Befeuchtermodul 39 jeweils ein, mechanisch miteinander wechselwirkendes Steuermittel 52, 53 vorgesehen ist.Parallel to the humidifier module 39 is the heat exchanger 40 downstream of a bypass line 51 provided behind the humidifier module 39 back into the cathode supply line 31 discharges, being in the bypass line 51 and in the cathode supply line 31 behind the humidifier module 39 one, mechanically interacting control means 52 . 53 is provided.

Weiterhin weist das Brennstoffzellensystem eine elektronische Steuereinrichtung 60 auf, die den Betrieb des Brennstoffzellensystems 100, insbesondere seine Anoden- und Kathodenversorgung 20, 30 sowie den Kühlkreislauf 41 und dessen Komponenten steuert.Furthermore, the fuel cell system has an electronic control device 60 on that the operation of the fuel cell system 100 , in particular its anode and cathode supply 20 . 30 and the cooling circuit 41 and controls its components.

Sämtliche Stellmittel 38, 47, 52, 53 des Brennstoffzellensystems 100 können als regelbare oder nicht regelbare Ventile oder Klappen ausgebildet sein.All adjusting means 38 . 47 . 52 . 53 of the fuel cell system 100 can be designed as controllable or non-controllable valves or flaps.

Verschiedene weitere Einzelheiten der Anoden- und Kathodenversorgung 20, 30 und des Kühlmittelkreislaufs 41 sind in der vereinfachten 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.Various other details of the anode and cathode supply 20 . 30 and the coolant circuit 41 are in the simplified 1 not shown for reasons of clarity.

Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, zu dessen Ausführung das Steuergerät 60 eingerichtet ist, wird in 2 dargestellt.The sequence of the method according to the invention, for its execution, the control unit 60 is set up in 2 shown.

Die Verfahren basiert auf einer, bei der Systemerstinbetriebnahme möglichst exakt applizierten Vorsteuerung der Regelung der Kühlmittelpumpe 42 (Kennlinie: Ansteuersignal Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit vom Lastpunkt). Hierbei kann davon ausgegangen werden, dass die Komponenten des Kühlmittelkreislaufs 41 zu diesem Zeitpunkt den Zustand BOL (Begin Of Life) haben, und noch keiner Degradation unterliegen.The method is based on a pre-control of the control of the coolant pump which is applied as exactly as possible during system initial startup 42 (Characteristic: control signal coolant pump depending on the load point). It can be assumed that the components of the coolant circuit 41 at this time have the condition BOL (Begin Of Life), and are not subject to any degradation yet.

Da für die Bewertung des Kühlmittelkreislaufs 41 es notwendig ist, einen geeigneten Bewertungszeitraum zu ermitteln, wird eine Funktion 61 zur Erkennung eines eingeschwungenen Kühlmittelkreises 41 in das Steuergerät 60 implementiert. Die Funktion 61 ermittelt zum einen anhand der Stellung TV des Thermostatventils 47 das Einschwingen der Betriebstemperatur auf einen Sollwert S, und zum anderen den Verlauf der Differenztemperatur aus Temperatur Tein und Temperatur Taus Unter Berücksichtigung der Abweichung von Soll- zu Istwert. Dieses wird über ein Toleranzfenster bewertet. Dies ist erforderlich, um im Folgenden eine zuverlässige Bewertung durchzuführen.As for the evaluation of the coolant circuit 41 it is necessary to determine a suitable evaluation period becomes a function 61 to detect a steady coolant circuit 41 in the control unit 60 implemented. The function 61 determined on the one hand by the position TV of the thermostatic valve 47 the settling of the operating temperature to a setpoint S , and on the other hand, the course of the differential temperature from temperature T a and temperature T off Taking into account the deviation from the setpoint to the actual value. This is evaluated via a tolerance window. This is required to perform a reliable evaluation below.

Hat diese Erkennung stattgefunden, wird im weiteren die Differenz der Kühlmittelpumpen-Soll-Drehzahl (Ansteuersignal) VS zu dem in der Vorsteuerkennlinie hinterlegten Wert SW ermittelt. Anhand einer Bewertung 62 dieser Differenz kann in Abhängigkeit eines Schwellwertes 63, unter der Voraussetzung 64, dass der Kühlkreislauf 41 eingeschwungen (Funktion 61) ist, ein Problem im Kühlmittelfluss signalisiert werden.If this detection has taken place, the difference of the coolant pump setpoint speed (activation signal) will be determined in the further VS to the value stored in the pilot control characteristic SW determined. Based on a rating 62 this difference can be dependent on a threshold value 63 , provided 64 that the cooling circuit 41 settled (function 61 ), a problem in the coolant flow is signaled.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Brennstoffzellensystem The fuel cell system
1010
Brennstoffzellenstapel fuel cell stack
2020
Anodenversorgunganode supply
2121
AnodenversorgungspfadAnode supply path
2222
Anodenabgaspfad Anode exhaust gas path
3030
Kathodenversorgungcathode supply
3131
KathodenversorgungspfadCathode supply path
3232
KathodenabgaspfadCathode exhaust path
3333
Verdichtercompressor
3434
Elektromotorelectric motor
3535
Leistungselektronikpower electronics
3636
Turbineturbine
3737
Wastegate-LeitungWaste gate line
3838
Stellmittelactuating means
3939
Befeuchtermodulhumidifier
4040
Wärmetauscherheat exchangers
4141
KühlkreislaufCooling circuit
4242
KühlmittelpumpeCoolant pump
4343
Leistungselektronikpower electronics
4444
Elektromotorelectric motor
4545
Kühlercooler
4646
Thermostatthermostat
4747
Thermostatventilthermostatic valve
4848
Bypass-LeitungBypass line
49, 5049, 50
Temperatursensortemperature sensor
5151
Bypass-LeitungBypass line
52, 5352, 53
Steuermittel, miteinander wechselwirkendControl means interacting with each other
6060
Steuereinrichtungcontrol device
6161
Funktionfunction
6262
Bewertungrating
6363
Schwellwertesthreshold
6464
Voraussetzung, Requirement,
SS
Sollwertsetpoint
TVTV
Stellung TV des ThermostatventilsPosition TV of the thermostatic valve
VSVS
Kühlmittelpumpen-Soll-DrehzahlCoolant pump target speed
SWSW
Wert in der Vorsteuerkennlinie hinterlegt Value stored in the pilot control characteristic
Tein T a
Temperaturtemperature
Taus T off
Temperaturtemperature

Claims (6)

Verfahren zur Bewertung eines Kühlmittelflusses eines Kühlkreislaufs (41) eines Brennstoffzellensystems (100), wobei das Brennstoffzellensystem (100) einen Brennstoffzellenstapel (10), eine Steuereinrichtung (60), die zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist, eine Anodenversorgung (20), eine Kathodenversorgung (30) sowie einen Kühlkreislauf (41) aufweist, wobei im Kühlkreislauf (41) eine Kühlmittelpumpe (42), ein Thermostatventil (47) sowie am Eingang des Brennstoffzellenstapels (10) einen Temperatursensor (49) zur Erfassung der Temperatur (Tein) und am Ausgang des Brennstoffzellenstapels (10) einen Temperatursensor (50) zur Erfassung der Temperatur (Taus) aufweist, wobei folgende Schritte ausgeführt werden: • Erkennung, ob der Kühlkreislauf (41) eingeschwungen ist, • Ermittlung der Differenz einer Kühlmittelpumpen-Soll-Drehzahl (VS) (Ansteuersignal) zu einem in einer Vorsteuerkennlinie hinterlegten Wert, • Bewertung der Differenz, • Einleiten von Maßnahmen oder Fortfahren im Normalbetrieb.A method of evaluating a coolant flow of a refrigeration cycle (41) of a fuel cell system (100), wherein the fuel cell system (100) comprises a fuel cell stack (10), a controller (60) adapted to perform the method, an anode supply (20), a cathode supply (30) and a cooling circuit (41), wherein in the cooling circuit (41) has a coolant pump (42), a thermostatic valve (47) and at the entrance of the fuel cell stack (10) a temperature sensor (49) for detecting the temperature (T a) and at the output of the fuel cell stack (10) comprises a temperature sensor (50) for detecting the temperature (T off ), wherein the following steps are performed: • Detection of whether the cooling circuit (41) is settled, • Determining the difference of a desired coolant pump speed (VS) (control signal) to a value stored in a pilot control characteristic, • Evaluation of the difference, • Initiation of measures or continue in normal operation. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktion (61) zur Erkennung eines eingeschwungenen Kühlkreises (41) in die Steuerung implementiert ist.Method according to Claim 1 , characterized in that a function (61) for detecting a steady cooling circuit (41) is implemented in the control. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion (61) bei Systemerstinbetriebnahme durch eine Vorsteuerung der Kühlmittelpumpenregelung / Kennlinie: Ansteuersignal der Kühlmittelpumpe (42) in Abhängigkeit vom Lastpunkt erhalten wird, wobei die Stellung des Thermostatventils (47) das Einschwingen der Betriebstemperatur auf einen Sollwert (S), der Verlauf der Differenztemperatur aus Tein und Taus und eine Abweichung von Soll- zu Istwert herangezogen werden.Method according to Claim 2 , characterized in that the function (61) is obtained at Systemerstinbetriebnahme by a pilot control of the coolant pump / characteristic: control signal of the coolant pump (42) depending on the load point, the position of the thermostatic valve (47) the transient of the operating temperature to a desired value (S ), the course of the temperature difference of T and T are out, and a deviation of the setpoint and actual value used. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Maßnahme eine Fehlermeldung ausgegeben wird und/oder eine Abschaltung des Brennstoffzellensystems (100) erfolgt.Method according to one Claims 1 to 3 , characterized in that an error message is issued as a measure and / or a shutdown of the fuel cell system (100). Brennstoffzellensystem (100), umfassend einen Brennstoffzellenstapel (10) und eine Steuereinrichtung (60), die eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen, wobei der Brennstoffzellenstapel (10) eine Anodenversorgung (20) und eine Kathodenversorgung (30) sowie einen Kühlkreislauf (41) aufweist, wobei im Kühlkreislauf (41) eine Kühlmittelpumpe (42), ein Thermostatventil (47) sowie am Eingang des Brennstoffzellenstapels 10 einen Temperatursensor 49 zur Erfassung der Temperatur Tein und am Ausgang des Brennstoffzellenstapels 10 einen Temperatursensor (50) zur Erfassung der Temperatur Taus aufweist.A fuel cell system (100) comprising a fuel cell stack (10) and a controller (60) arranged to perform the method of any one of Claims 1 to 4 wherein the fuel cell stack (10) has an anode supply (20) and a cathode supply (30) and a cooling circuit (41), wherein in the cooling circuit (41) a coolant pump (42), a thermostatic valve (47) and at the input of the fuel cell stack 10th a temperature sensor 49 for detecting the temperature T and the output of the fuel cell stack 10 has a temperature sensor (50) for detecting the temperature T of having. Fahrzeug (200) mit einem Brennstoffzellensystem (100) gemäß Anspruch 5.Vehicle (200) with a fuel cell system (100) according to Claim 5 ,
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020115662A1 (en) 2020-06-15 2021-12-16 Audi Aktiengesellschaft Method for determining the thermal aging of a fuel cell stack and fuel cell system
WO2022117490A1 (en) * 2020-12-01 2022-06-09 Robert Bosch Gmbh Fuel-cell system with exhaust-air mass flow determination

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012102171A1 (en) * 2011-04-07 2012-10-11 Gm Global Technology Operations, Llc A method of detecting a gross loss in a coolant based on a current feedback from the high temperature pump
DE102013001413A1 (en) * 2012-04-19 2013-10-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for controlling inlet temperature of fuel cell in fuel cell vehicle, involves providing modified manipulated variable to moderate temperature system, so as to control inlet temperature of fuel cell
US20140147764A1 (en) * 2011-06-30 2014-05-29 Nissan Motor Co., Ltd. System for adjusting temperature of cooling-liquid for fuel cell, and thermostat valve
DE102015204451A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-12 Hyundai Motor Company A system and method for controlling a temperature of a fuel cell stack
DE102006044505B4 (en) * 2005-09-22 2016-05-19 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) A system and method for providing forward flow control of a fluid pumped by a pump through a pipe
DE102016208211A1 (en) * 2015-10-23 2017-04-27 Hyundai Motor Company SYSTEM AND METHOD FOR DIAGNOSING A COOLING WATER CONDITION

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006044505B4 (en) * 2005-09-22 2016-05-19 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) A system and method for providing forward flow control of a fluid pumped by a pump through a pipe
DE102012102171A1 (en) * 2011-04-07 2012-10-11 Gm Global Technology Operations, Llc A method of detecting a gross loss in a coolant based on a current feedback from the high temperature pump
US20140147764A1 (en) * 2011-06-30 2014-05-29 Nissan Motor Co., Ltd. System for adjusting temperature of cooling-liquid for fuel cell, and thermostat valve
DE102013001413A1 (en) * 2012-04-19 2013-10-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for controlling inlet temperature of fuel cell in fuel cell vehicle, involves providing modified manipulated variable to moderate temperature system, so as to control inlet temperature of fuel cell
DE102015204451A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-12 Hyundai Motor Company A system and method for controlling a temperature of a fuel cell stack
DE102016208211A1 (en) * 2015-10-23 2017-04-27 Hyundai Motor Company SYSTEM AND METHOD FOR DIAGNOSING A COOLING WATER CONDITION

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020115662A1 (en) 2020-06-15 2021-12-16 Audi Aktiengesellschaft Method for determining the thermal aging of a fuel cell stack and fuel cell system
WO2022117490A1 (en) * 2020-12-01 2022-06-09 Robert Bosch Gmbh Fuel-cell system with exhaust-air mass flow determination

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