DE102017222264A1

DE102017222264A1 - Elektronisches Steuergerät, Anordnung, Fortbewegungsmittel und Verfahren zur Überwachung eines Stapels von Brennstoffzellen

Info

Publication number: DE102017222264A1
Application number: DE102017222264.6A
Authority: DE
Inventors: Florian Kriesch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2018-06-14

Abstract

Es werden ein elektronisches Steuergerät, eine Anordnung, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Stapels (1) von Brennstoffzellen (2), nachfolgend „Stack“ (1) genannt, in einem Inselnetz (V10), nachfolgend Bordnetz (V10) genannt, vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte:Ermitteln von Daten bezüglich des Stacks (1),Ermitteln einer Unterspannung des Bordnetzes (V10), und im Ansprechen daraufAbspeichern der Daten in einem nicht-flüchtigen Speicher (3).

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein elektronisches Steuergerät, eine Anordnung, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Stapels von Brennstoffzellen („Stack“), welcher in einem Inselnetz, insbesondere in einem Bordnetz eines Fortbewegungsmittels, betrieben wird.
In Brennstoffzellenstapeln werden mithilfe eines Messsystems die Spannungen der einzelnen Zellen gemessen. Die Spannungen werden zur Weiterverarbeitung vom Zellspannungsmonitor (eng. „Cell Voltage Monitor“, CVM) über ein Kommunikationsprotokoll (z. B. CAN, RS232, RS485 etc.) an ein übergeordnetes Steuergerät (z. B. das Brennstoffzellensteuergerät, Englisch "Fuel Cell Control Unit, FCCU), weitergeleitet. Bei einem Ausfall der Bordnetzspannung (z. B. 12 V-Bordnetz), welche zur Versorgung der Auswerteelektronik verwendet wird, ist es beispielsweise dem CVM nicht mehr möglich, seine Aufgaben durchzuführen. Ein solcher Ausfall der 12 V-Versorgungsspannung kann bspw. aufgrund eines Unfalls, eines elektrischen Kurzschlusses, eines Wassereinbruchs o. Ä. auftreten. Weder die Zellspannungen noch die letzten Daten und Ergebnisse können dann an die FCCU geschickt werden und gehen somit verloren. Kritisch ist dies auch bei Daten, welche während des Betriebs auf dem CVM berechnet werden, wie z. B. Histogramme während der Laufzeit, Impedanzberechnungen etc. Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik auszuräumen bzw. zu lindern. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgaben werden gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Überwachung eines Stapels von Brennstoffzellen (Englisch: „Stack“) in einem Inselnetz oder einem Bordnetz (nachfolgend „Bordnetz“) gelöst. Das wie vorliegend offenbart weitergebildete bzw. betriebene Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff (z.B. Wasserstoff) und Oxidationsmittel (z.B. Luft, Sauerstoff und Peroxide) in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Das Bordnetz kann bspw. zur Versorgung von Informationstechnologie und/oder Antriebsstrang eines Fortbewegungsmittels ausgestaltet sein. Das Bordnetz stellt insbesondere die Bordnetzspannung zur Versorgung der Auswerteelektronik vom Steuergerät bereit (=Versorgungsspannung), damit das Steuergerät Daten (z.B. Messwerte und/oder Rechenergebnisse) erfassen bzw. bestimmen kann. Die Unterspannung ist insbesondere nicht eine Unterspannung einer Zellspannung, wie sie beispielsweise durch das CVM erfasst wird. In der Regel ist im Bordnetz mindestens ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen, der zumindest zeitweise unabhängig vom Stapel von Brennstoffzellen zumindest dem Steuergerät und bevorzugt auch mindestens einen elektrischen Antriebsmotor direkt oder indirekt (z.B. via DC/DC) elektrische Energie bereitstellt. Das Bordnetz ist zweckmäßig eingerichtet, auch im abgeschalteten Zustand der Brennstoffzellen eine Versorgungsspannung bereitzustellen. Die Energiespeichereinrichtung kann mindestens eine elektrochemische Energiespeicherzelle umfassen. Beispielsweise kann die Energiespeichereinrichtung ein Hochvoltspeicher sein. Zweckmäßig kann die Energiespeichereinrichtung als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können auch Superkondensatoren (engl. Supercapacitors, kurz Supercaps oder SC) als Energiespeichereinrichtung dienen. Der mindestens eine elektrische Antriebsmotor kann ein Elektromotor sein, der unmittelbar zum Vortrieb des Kraftfahrzeuges beiträgt. Bevorzugt ist der Antriebsmotor ein Motor-Generator, der durch Rekuperation elektrische Energie zur Energiespeichereinrichtung rückspeisen kann. Ebenso kann das hier offenbarte Kraftfahrzeug mehrere solcher Antriebsmotoren umfassen.
Das Fortbewegungsmittel kann als Pkw, Transporter, Lkw, Motorrad, Luft- und/oder Wasserfahrzeug ausgestaltet sein. Zunächst werden Daten bezüglich des Stacks gemäß dem Stand der Technik ermittelt. Hierzu kann bspw. das CVM und/oder die FCCU verwendet werden. Bei den Daten kann es sich um Messdaten und/oder ausgewertete Messdaten handeln. In einem zweiten Schritt wird eine Unterspannung des Bordnetzes ermittelt, welche den ordnungsgemäßen Betrieb des CVM und/oder der FCCU auf Dauer vereiteln würde. Im Ansprechen auf das Ermitteln der Unterspannung des Bordnetzes werden daher die ermittelten Daten in einem nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert. Der Speicher kann ein lokaler Datenspeicher sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Speicher ein drahtgebunden und/oder drahtlos, insbesondere unter Vermittlung des Internets, angebundener Datenspeicher sein. Indem die Daten in einen nicht-flüchtigen Speicher geschrieben werden, ist ihr Fortbestand durch die Unterspannung nicht gefährdet, sodass sie bspw. nach Beheben der Unterspannung und/oder nach einem externen Zugriff auf den Datenspeicher verwendet werden können. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, den Zustand des Stacks bei einem Ausfall der Versorgungsspannung (z.B. 12V) dauerhaft zu speichern und diesen beim Wiedereinschalten auszulesen. Dies gilt vor allem für Größen, welche während der Betriebszeit nicht auf der FCCU, sondern auf dem CVM berechnet werden. Es kann zudem besser auf eine mögliche Zellschädigung rückgeschlossen werden.
Die Daten können Messdaten und/oder Rechenergebnisse mindestens einer Zelle, von Zellpaaren, Zellbereichen oder gar einer jeden Brennstoffzelle des Stacks sein. Je nachdem, in welchen Abständen die Bipolarplatten (BPP) kontaktiert werden, wird z.B. nur jede zehnte BPP kontaktiert. Mit anderen Worten liegt für jeden Stack der Brennstoffzelle ein jeweiliger Datensatz vor, welcher im Ansprechen auf das Ermitteln der Unterspannung derart abgespeichert wird, dass er nach dem Beheben der Unterspannung der jeweiligen Brennstoffzelle zugeordnet werden können. Bspw. können vordefinierte Speicherbereiche für eine jeweilige Brennstoffzelle vorgesehen sein. Dies erübrigt die Integration von entsprechenden Informationen („Labels“) innerhalb der Daten und spart hierdurch Zeit beim Abspeichern der Daten unter Zeitdruck und Energieknappheit.
Um das Abspeichern der Daten bei Eintritt der Unterspannung erfolgreich abschließen zu können, kann eine elektrische Kapazität oder ein anderer elektrischer Energiespeicher verwendet werden, welche bspw. in dem CVM, der FCCU und/oder einem anderen Steuergerät enthalten ist. Zu Beginn der Unterspannung ist die Kapazität mit elektrischer Energie versehen, welche nach Erkennen der Unterspannungssituation bevorzugt unverzüglich zum Abspeichern der Daten in dem nicht-flüchtigen Speicher verwendet werden kann. Die Kapazität/der elektrische Energiespeicher kann insbesondere so bemessen sein, dass Kapazität/der elektrische Energiespeicher ausreichend Spannung oberhalb von der Betriebsspannung vom Steuergerät bereitstellt, um die Daten während oder nach dem Einbruch der Versorgungsspannung (=Unterspannungssituation) abzuspeichern. Der elektrische Energiespeicher ist dabei zweckmäßig dem Steuergerät unmittelbar zugeordnet und versorgt keine anderen elektrischen Verbraucher als die, die zum Speichern der Daten erforderlich sind. Es handelt sich somit um einen autarken Energiespeicher. Insbesondere handelt es sich bei dem Energiespeicher nicht um die Energiespeichereinrichtung, die im Bordnetz vorgesehen sein kann.
Bevorzugt ist die Kapazität derart ausgelegt, dass eine maximal mögliche Datenmenge, welche bis zu dem Erkennen der Unterspannung des Bordnetzes noch nicht in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegt worden ist, vollständig erfolgreich in den nicht-flüchtigen Speicher abgelegt werden kann, bis die Daten im flüchtigen Speicher verlorengehen und/oder nicht mehr durch das CVM, die FCCU oder ein anders Steuergerät in den nicht-flüchtigen Speicher geschrieben werden können.
Gemäß einem zweiten Aspekt der hier offenbarten Technologie wird ein elektronisches Steuergerät zur Überwachung eines Stapels von Brennstoffzellen (eng „Stack“) vorgeschlagen, welches zur Verwendung in einem Inselnetz und/oder Bordnetz eines Fortbewegungsmittels ausgestaltet ist. Das elektronische Steuergerät kann als Zellspannungsmonitor (CVM) ausgestaltet sein. Dieser kann ausgebildet sein, den Zustand von mindestens einer Zelle zu überwachen. I.d.R. überwacht es den Zustand einer Vielzahl an Brennstoffzellen. Überwachen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das System direkt oder indirekt den Zustand der überwachten Zellen bestimmen kann. Vorteilhaft kann somit eine auftretende Degradation bzw. ein Zellausfall frühzeitig erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Es kann dadurch eventuell die Lebensdauer in einem gewissen Rahmen erhöht werden und/oder durch geeignete Gegenmaßnahmen die Performance der Zellgesamtheit gesteigert werden.
Vorteilhaft kann mindestens eine Messgröße direkt oder indirekt erfasst werden. Die Messgröße kann insbesondere die elektrische Spannung der überwachten Zelle sein. Vorteilhaft werden die Einzelzellspannungen von mehreren bzw. allen Zellen sowie die Gesamtspannung ermittelt. Bevorzugt wird ferner der durch den Brennstoffzellenstack fließende Strom bestimmt. Aus den gemessenen Spannungen kann das CVM-System beispielsweise einen der folgenden Werte bestimmen: Min-, Max- und Mittelwert der Einzelzellspannung. Vorteilhaft können somit Spannungsabweichungen zwischen den Einzelzellen bzw. zu einem Mittelwert der Einzelzellspannungen erkannt werden. Bevorzugt werden weitere Einzelzellanalyseverfahren durchgeführt, wie beispielsweise eine Impedanzberechnung (z.B. elektrochemische Impedanzspektroskopie).
Das elektronische Steuergerät umfasst einen Dateneingang, eine Bordnetzunterspannungsermittlungseinheit, einen Energiespeicher, eine Auswerteeinheit und einen Datenausgang. Der Dateneingang ist eingerichtet, Daten bezüglich des Stacks zu ermitteln. Dies kann bspw. durch proprietäre elektrische Leitungen zu einer jeden Brennstoffzelle im Bordnetz erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können die Daten der Brennstoffzellen gebündelt und über eine gemeinsame Datenleitung (z. B. ein BUS) zur Auswerteeinheit gelangen. Der Datenausgang ist eingerichtet, die Daten weiterzuleiten. Auch dies kann beispielsweise über einen Bus (z.B. Serial Peripheral Interface (SPI), aber ohne Chip-Select, isoSPI, Controller Area Network (CAN), FlexRay, MOST, Local Interconnect Network (LIN)) erfolgen. Zuvor können die Daten verarbeitet werden. Die Bordnetzunterspannungsermittlungseinheit ist eingerichtet, eine Unterspannung des Bordnetzes zu ermitteln. Sie kann einen Komparator aufweisen, welcher die tatsächliche Bordnetzspannung mit einem vordefinierten Grenzwert vergleicht und im Ansprechen auf das Erreichen oder Unterschreiten des Grenzwertes einen Unterspannungszustand erkennt. Die Auswerteeinheit (z. B. ein programmierbarer Prozessor, Mikrocontroller o. Ä.) ist eingerichtet, unter Verwendung im Energiespeicher (z. B. eine elektrische Kapazität) gespeicherter Energie nach einem Ermitteln der Unterspannung die Daten in einem nicht-flüchtigen Speicher abzuspeichern. Das elektronische Steuergerät kann als bauliche Einheit in einem eigenen Gehäuse untergebracht sein oder über mehrere Gehäuse verteilte Instanzen aufweisen. Im Ergebnis ist das elektronische Steuergerät jedoch eingerichtet, die Merkmale, Merkmalkombinationen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwirklichen, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Der Grenzwert für die Unterspannung ist das Spannungsniveau, ab dem das elektronische Steuergerät das hier offenbarte Verfahren zur Sicherung der Daten durchführt. Der Grenzwert ist geringer ist als die Nennbordnetzspannung, da die hier offenbarten Verfahren bevorzugt nur bei Unterspannung des Bordnetzes bzw. der Versorgungsspannung vom Steuergerät durchgeführt werden. Gleichsam ist der Grenzwert zweckmäßig größer als die minimale Betriebsspannung des Steuergerätes. Die minimale Betriebsspannung ist dabei die Spannung, bei der das Steuergerät gerade noch verlässlich fehlerfrei betrieben werden kann. Sie ist eine Kenngröße des Steuergeräts.
Besonders bevorzugt ist der Grenzwert so gewählt, das kleine Unterspannungen im Bordnetz toleriert werden, wohin größere Unterspannungen die hier offenbarten Verfahren auslösen sollen. Gemäß der hier offenbarten Technologie kann daher vorgesehen sein, dass der Grenzwert größer ist als die minimale Betriebsspannung des Steuergerätes um einen Betrag, der geringer ist als maximal 20% oder maximal 10% oder maximal 5% von der Differenz zwischen Nennbordspannung und minimale Betriebsspannung. Mit anderen Worten sind also nur die Unterspannungen kritisch, die kleiner sind als die Summe aus i) der Betriebsspannung des Steuergerätes und
maximal 20% oder maximal 10% oder maximal 5% von der Differenz zwischen Nennbordspannung und minimale Betriebsspannung. Bevorzugt kann der nicht-flüchtige Speicher innerhalb des elektronischen Steuergerätes (z.B. CVM) bzw. innerhalb dessen Gehäuses untergebracht sein. Dies ermöglicht einen sicheren Schreibvorgang unter Zeitdruck und Energieknappheit im Falle einer Unterspannung, da sichergestellt ist, dass der nicht-flüchtige Speicher nicht zeitgleich durch eine weitere Routine beschrieben und somit der zeitkritische, hier offenbarte Schreibvorgang vereitelt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Datenausgang verwendet werden, im Ansprechen auf das Ermitteln der Unterspannung die Daten in einen (externen) nicht-flüchtigen Speicher abzuspeichern. Hierdurch kann die Hardware des erfindungsgemäßen elektronischen Steuergerätes kostengünstig, gewichts- und kostenoptimiert ausgeführt werden.
Die Bordnetzunterspannungsermittlungseinheit kann bspw. einen diskreten Komparator umfassen, welcher die aktuelle Bordnetzspannung mit einem vordefinierten Grenzwert (auch „Schwellenwert“) vergleicht. Im Ansprechen auf das Erreichen oder Unterschreiten des Grenzwertes wird das Abspeichern der bislang in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegten Daten veranlasst. Alternativ oder zusätzlich ist das elektronische Steuergerät eingerichtet, einen Interrupt in einem Prozessor der Auswerteeinheit zu erzeugen. Mit anderen Worten wird eine derzeit ausgeführte Aufgabe zum Ermitteln und/oder Auswerten der Daten unterbrochen. Hierdurch können die bislang erfolgreich ermittelten Daten unverzüglich in den nicht-flüchtigen Speicher geschrieben werden, wodurch die Gefahr eines Datenverlustes verringert wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der hier offenbarten Technologie wird eine Anordnung zur Überwachung eines Stapels von Brennstoffzellen („Stack“) in einem Inselnetz/Bordnetz eines Fortbewegungsmittels vorgeschlagen. Die Anordnung kann einen Zellspannungsmonitor (Cell Voltage Monitor, CVM) und eine Brennstoffzellensteuereinheit (Englisch „Fuel Cell Control Unit“; FCCU) umfassen. Die Anordnung umfasst ein elektronisches Steuergerät gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt. Zusätzlich ist ein Brennstoffzellensteuergerät in der Anordnung vorgesehen, welches eingerichtet ist, im Falle einer Unterspannung eines Bordnetzes des Fortbewegungsmittels vor der Unterspannung ermittelte Daten nach dem Unterspannungsereignis über den Datenausgang zu erhalten. Mit anderen Worten wird das Brennstoffzellensteuergerät im Ansprechen auf das Beheben der Unterspannung mit den Daten aus dem nicht-flüchtigen Speicher versorgt, welche es ohne das Eintreten des Unterspannungsereignisses bereits zuvor (und z.B. auf direktem Wege bzw. unverzüglich) erhalten hätte. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Erkenntnisse und Maßnahmen, welche das Brennstoffzellensteuergerät anhand der Daten hat bzw. einleitet, durch das Unterspannungsereignis vollständig ausbleiben. Zudem wird vermieden, dass eine erneute Ermittlung der Daten (z. B. durch den CVM) - sofern überhaupt möglich - erforderlich ist, wodurch Rechenkapazität freigesetzt und ein unnötiger Energieaufwand betrieben wird.
Gemäß einem vierten Aspekt der hier offenbarten Technologie wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches ein Pkw, Transporter, Lkw, Luft- und/oder Wasserfahrzeug sein kann. Das Fortbewegungsmittel umfasst ein elektronisches Steuergerät gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt und alternativ oder zusätzlich eine Anordnung gemäß dem drittgenannten Erfindungsaspekt. Auch für die Anordnung und das erfindungsgemäße Fortbewegungsmittel ergeben sich die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des elektronischen Steuergerätes derart ersichtlich in entsprechender Weise, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung von Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektronischen Steuergerätes, eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung sowie eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fortbewegungsmittels;
2 ein Schaltbild veranschaulichend eine elektronische Baugruppe zur Spannungsüberwachung in einer Bordnetzunterspannungsermittlungseinheit;
3 eine Gegenüberstellung elektrischer Signale innerhalb eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung über der Zeit; und
4 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung eines Stapels von Brennstoffzellen.

1 zeigt einen elektrisch antreibbaren Pkw 10 als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Überwachung eines Stapels 1 von Brennstoffzellen 2. Die Brennstoffzellen 2 können als Bipolarplatten ausgestaltet sein, welche durch ein Steckergehäuse 12 an einer Stackseite elektrisch und somit informationstechnisch kontaktiert werden. Ein Leitungsbündel 13 führt die elektrischen Signale zu einem elektronischen Steuergerät 5, welches über eine Bordnetzspannung V10 mit elektrischer Energie versorgt wird. Ein Dateneingang 6 ist eingerichtet, über das Leitungsbündel 13 erhaltene elektrische Signale zu empfangen und an eine Auswerteeinheit in Form eines programmierbaren Prozessors 8 weiterzuleiten. Damit der programmierbare Prozessor 8 auch im Falle einer Unterspannung des Bordnetzes V10 die Auswerteergebnisse und weitere Daten über den Datenausgang 9 an das Brennstoffzellensteuergerät 11 weiterleiten kann, ist ein nicht-flüchtiger Datenspeicher 3 im elektronischen Steuergerät vorgesehen. Ermittelt nun die Bordnetzunterspannungsermittlungseinheit 7, welche eine Spannungsüberwachung gemäß 2 umfassen kann, einen Unterspannungsfall, veranlasst sie einen Interrupt im programmierbaren Prozessor 8, im Ansprechen worauf dieser die bislang flüchtig gespeicherten Daten in den nicht-flüchtigen Speicher 3 schreibt, wobei er sich in einem Energiespeicher 4 gespeicherter elektrischer Energie bedient. Auf diese Weise gehen keine Messdaten und/oder Auswerteergebnisse verloren. Nach dem Beheben der Unterspannung des Bordnetzes V10 kann der programmierbare Prozessor 8 wieder in einem Normalzustand betrieben werden. Er überprüft nun, ob im nicht-flüchtigen Speicher 3 gespeicherte Daten vorliegen, welche noch nicht über den Datenausgang 9 an das Brennstoffzellensteuergerät 11 weitergeleitet worden sind. Alternativ oder zusätzlich kann das Brennstoffzellensteuergerät 11 im Ansprechen auf das Beheben der Unterspannung die Übermittlung der nicht-flüchtig gespeicherten Daten vom programmierbaren Prozessor 8 anfordern.
2 zeigt ein Schaltbild einer möglichen Ausgestaltung eines Schaltkreises zur Spannungsüberwachung in einer Bordnetzunterspannungsermittlungseinheit (Bezugszeichen 7 in 1). Die im Schaltbild enthaltenen Dimensionierungen der elektronischen Bauteile sind lediglich beispielhaft zu verstehen und begrenzen nicht die unabhängig hiervon offenbarte Topologie der Schaltung. Die Versorgungsspannung 3V3 entspricht einer Spannung von 3,3 V (z.B. nach einem Linearregler). Über den Spannungsteiler R19/R20, welcher an einer Batteriespannung UB von z.B. 12 V oder der 12V Bordnetzspannung des Fahrzeuges hängt, wird die Schaltschwelle derart eingestellt, dass bei einer Bordnetzspannung von z. B. < 6 V der Komparator sein Ausgangssignal (UB_IRQ) ändert. Diese Änderung wird vom Prozessor des (nicht dargestellten) CVMs über einen Interrupt sofort erkannt und führt zu entsprechenden Maßnahmen im Prozessor (Beenden der aktuellen Aufgabe, Speichern wichtiger Werte in einem nicht-flüchtigen Speicher).
3 zeigt Spannungs-Zeit-Graphen, welche elektrische Größen in einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung bzw. einem erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittel veranschaulichen. Der Graph 14 stellt die Versorgungsspannung durch das Inselnetz/Bordnetz dar. Ausgehend von einem Niveau von 12 Volt sackt der Graph 14 aufgrund eines Unterspannungsereignisses in einen unzulässigen Bereich, in welchem die Datenermittlung und Datenauswertung nicht weiter dauerhaft erfolgen können.
Dies wird durch einen Wechsel des Komparatorausgangs 15 deutlich, welcher die Bordnetzspannung mit einer vordefinierten Schaltschwelle vergleicht. Graph 16 entspricht der 5V Versorgung der Platine. Diese wird über einen Spannungswandler aus den 12 V erzeugt. Nach Abfall der 12V ist nach ca. 300µsec auch ein langsames Absinken dieser 5V erkennbar. Zudem wird der Microcontroller (hier MPC) mit diesen 5V versorgt. Zum Zeitpunkt 18 hat der Graph 16 eine so geringe Spannung (5V <= 3,3V), dass der Prozessor auf Grund zu niedriger Spannung sich selbstständig zurücksetzt und alle Daten verliert. Somit muss bis zum Zeitpunkt 18 das Sichern der Daten abgeschlossen sein. Graph 17 stellt die 3,3V Versorgung der Platine dar und wird z.B. über einen Spannungswandler aus den 5V erzeugt. Die verschiedenen Spannungen (Anzahl und Wert) sind stark von der Architektur und dem Mikrocontroller des Steuergerätes bzw. des CVMs abhängig.
4 zeigt ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung eines Stapels von Brennstoffzellen in einem Bordnetz. In Schritt 100 werden Daten bezüglich des Stacks in herkömmlicher Weise ermittelt. In Schritt 200 wird eine unvorhergesehene Unterspannung des Bordnetzes ermittelt. Um die bislang in einem flüchtigen Datenspeicher gespeicherten Daten für die spätere Verwendung/Auswertung bereitzuhalten, wird im Ansprechen auf die Ermittlung der Unterspannung in Schritt 300 ein nicht-flüchtigen Speicher mit den bislang nur flüchtig gespeicherten Daten beschrieben. Nach Beheben des Unterspannungsereignisses können diese Daten aktiv ausgegeben oder von der Anordnung angefordert werden.
Die vorhergehende Beschreibung der offenbarten Technologie dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der offenbarten Technologie. Im Rahmen dieser Technologie sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Stack
2: Brennstoffzellen
3: nicht-flüchtiger Speicher
4: Energiespeicher
5: elektronisches Steuergerät
6: Dateneingang
7: Bordnetzunterspannungsermittlungseinheit
8: programmierbarer Prozessor
9: Datenausgang
10: Pkw
11: Brennstoffzellensteuergerät
12: Steckergehäuse
13: Leitungsbündel
14: Versorgungsspannung
15: Komparator-Ausgang
16: Schaltregler
17: Linearer Regler
18: Zeitpunkt des Aktivwerdens des Resets
100 -: -
300: Verfahrensschritte
V10: Bordnetzspannung

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Stapels (1) von Brennstoffzellen (2), nachfolgend „Stack (1)“ genannt, in einem Inselnetz (V10), nachfolgend „Bordnetz (V10)“ genannt, umfassend die Schritte: - Ermitteln (100) von Daten bezüglich des Stacks (1), - Ermitteln (200) einer Unterspannung des Bordnetzes (V10), und im Ansprechen darauf - Abspeichern (300) der Daten in einem nicht-flüchtigen Speicher (3).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Unterspannung des Bordnetzes (V10) eine Unterspannung einer Versorgungsspannung eines elektronischen Steuergerätes ist, das die Daten bezüglich des Stacks (1) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ermittelte Unterspannung nicht die ermittelte Unterspannung einer Brennstoffzelle (2) des Stacks (1) ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Daten abgespeichert werden bei einem Grenzwert für die Unterspannung, wobei der Grenzwert geringer ist als die Nennbordnetzspannung, und wobei der Grenzwert größer ist als eine minimale Betriebsspannung des Steuergerätes.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Grenzwert größer ist als die minimale Betriebsspannung des Steuergerätes um einen Betrag, der geringer ist als maximal 20% oder maximal 10% oder maximal 5% von der Differenz zwischen Nennbordspannung und minimale Betriebsspannung.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bordnetz eingerichtet ist, auch im abgeschalteten Zustand der Brennstoffzellen eine Versorgungsspannung bereitzustellen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche; wobei die Daten - Messwerte und/oder - Rechenergebnisse umfassen, wobei die Daten für eine jeweilige Brennstoffzelle (2) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Abspeichern der Daten unter Verwendung in einer Kapazität (4) des/eines Steuergerätes (5) gespeicherter Energie erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Kapazität (4) so bemessen ist, dass die Kapazität (4) ausreichend Spannung dem Steuergerät bereitstellt, um die Daten während oder nach dem Einbruch der Versorgungsspannung abzuspeichern.
Elektronisches Steuergerät zur Überwachung eines Stapels (1) von Brennstoffzellen (2), nachfolgend „Stack (1)“ genannt, in einem Inselnetz (V10), nachfolgend „Bordnetz (V10)“ genannt, umfassend: - einen Dateneingang (6), - eine Bordnetzunterspannungsermittlungseinheit (7), - einen Energiespeicher (4), - eine Auswerteeinheit (8) und - einen Datenausgang (9), wobei - der Dateneingang (6) eingerichtet ist, Daten bezüglich des Stacks (1) zu ermitteln, - der Datenausgang (9) eingerichtet ist, die Daten weiterzuleiten oder nach ihrer Verarbeitung auszugeben, - die Bordnetzunterspannungsermittlungseinheit (7) eingerichtet ist, eine Unterspannung des Bordnetzes (V10) zu ermitteln, und - die Auswerteeinheit (7) eingerichtet ist, unter Verwendung im Energiespeicher (4) gespeicherter Energie nach einem Ermitteln einer Unterspannung die Daten in einem nicht-flüchtigen Speicher (3) abzuspeichern.
Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 10, wobei die Unterspannung des Bordnetzes (V10) eine Unterspannung einer Versorgungsspannung des elektronischen Steuergerätes ist.
Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Bordnetzunterspannungsermittlungseinheit (7) eingerichtet ist, eine Unterspannung zu ermitteln, die nicht die Unterspannung einer Zelle des Stapels ist.
Elektronisches Steuergerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das elektronische Steuergerät (5) den nicht-flüchtigen Speicher (3) umfasst.
Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 13, wobei die Auswerteeinheit (8) eingerichtet ist, unter Verwendung im Energiespeicher (4) gespeicherter Energie und des Datenausgangs (9) nach dem Ermitteln der Unterspannung die Daten in dem nicht-flüchtigen Speicher (3) abzuspeichern.
Elektronisches Steuergerät nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Bordnetzunterspannungsermittlungseinheit (7) einen diskreten Komparator umfasst und/oder eingerichtet ist, einen Interrupt in einem Prozessor der Auswerteeinheit (8) zu erzeugen.
Anordnung zur Überwachung eines Stapels (1) von Brennstoffzellen (2), nachfolgend „Stack (1)“ genannt, in einem Inselnetz (V10), nachfolgend „Bordnetz (V10)“ genannt, umfassend: - ein elektronisches Steuergerät (5) nach einem der Ansprüche 10 bis 16 und - ein Brennstoffzellensteuergerät (11), wobei - das Brennstoffzellensteuergerät (11) eingerichtet ist, im Falle einer Unterspannung eines Bordnetzes (V10) des Fortbewegungsmittels (10) vor der Unterspannung ermittelte Daten nach dem Unterspannungsereignis über den Datenausgang (9) zu erhalten.
Fortbewegungsmittel umfassend - ein elektronisches Steuergerät (5) nach einem der Ansprüche 10 bis 15 und/oder - eine Anordnung nach Anspruch 16.
Fortbewegungsmittel nach Anspruch 17, wobei das Bordnetz eingerichtet ist, auch im abgeschalteten Zustand der Brennstoffzellen (2) eine Versorgungsspannung bereitzustellen.