DE102018205966A1 - Evaluation unit for oxidant mass flow through a fuel cell assembly - Google Patents
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Abstract
Auswerteeinheit (1) für die Messung des Massenstroms dm/dt eines Oxidationsmittels (21) durch einen Kathodenraum (22) einer Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellenstapels (2), wobei die Brennstoffzelle, bzw. der Brennstoffzellenstapel (2), einen Anodenraum (24) für die Zuführung eines Brennstoffs (23) aufweist und wobei in einer Abführung (25) für das Oxidationsmittel (21) aus dem Kathodenraum (22) ein Sensor (26) installiert ist, der dazu ausgebildet ist, den Eintritt mindestens eines brennbaren Bestandteils (23a) des Brennstoffs (23) in die Abführung (25) zu detektieren, wobei die vom Sensor (26) genutzte Messgröße sowohl durch die Konzentration des brennbaren Bestandteils (23a) als auch durch den Massenstrom dm/dt des Oxidationsmittels (21) beeinflussbar ist, wobei die Auswerteeinheit (1) sowohl mit dem Sensor (26) als auch mit einem Strommessgerät für den durch die Brennstoffzelle, bzw. durch den Brennstoffzellenstapel (2), fließenden Strom I verbindbar und dazu ausgebildet ist, den Massenstrom dm/dt aus dem Messwert des Sensors (26) in Verbindung mit dem Strom I auszuwerten.System (100) zur Stromerzeugung mit Brennstoffzelle oder Brennstoffzellenstapel (2) und der Auswerteeinheit (1).Zugehöriges Computerprogramm.Evaluation unit (1) for measuring the mass flow dm / dt of an oxidant (21) through a cathode compartment (22) of a fuel cell or a fuel cell stack (2), wherein the fuel cell, or the fuel cell stack (2), an anode compartment (24) for the supply of a fuel (23) and wherein in a discharge (25) for the oxidizing agent (21) from the cathode space (22) a sensor (26) is installed, which is adapted to the entry of at least one combustible component (23a) of the fuel (23) to be detected in the discharge (25), wherein the measured variable used by the sensor (26) can be influenced both by the concentration of the combustible component (23a) and by the mass flow dm / dt of the oxidizing agent (21) the evaluation unit (1) with both the sensor (26) and with an ammeter for the current through the fuel cell, or through the fuel cell stack (2), current I connected and excluded ebildet is, the mass flow dm / dt from the measured value of the sensor (26) in conjunction with the current I evaluate.System (100) for power generation with a fuel cell or fuel cell stack (2) and the evaluation unit (1) .An associated computer program.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auswerteeinheit, die unter Nutzung existierender Sensoren den Oxidationsmittel-Massenstrom durch eine Brennstoffzelle oder einen Brennstoffzellenstapel zu bestimmen vermag.The present invention relates to an evaluation unit, which is able to determine the oxidant mass flow through a fuel cell or a fuel cell stack using existing sensors.
Stand der TechnikState of the art
Der Antrieb von Fahrzeugen mittels Elektromotoren ist gegenüber dem Antrieb mittels Verbrennungsmotoren dahingehend vorteilhaft, dass Elektromotoren leise und lokal emissionsfrei arbeiten und dass sie konstruktiv wesentlich einfacher aufgebaut sind als Verbrennungsmotoren. Allerdings reicht die Energiedichte von Batterien für die Speicherung des elektrischen Energievorrats bislang nicht an die Energiedichte von Flüssigkraftstoff heran, so dass typischerweise weniger Energie mitgeführt werden kann als in einem gleich großen und gleich schweren Kraftstofftank.The drive of vehicles by means of electric motors is compared to the drive means of internal combustion engines to the effect that electric motors work quietly and locally emission-free and that they are structurally much simpler than internal combustion engines. However, the energy density of batteries for the storage of electrical energy supply so far not approach the energy density of liquid fuel, so that typically less energy can be carried as in a same size and equally heavy fuel tank.
Die Kombination eines elektrischen Antriebs mit einem Brennstoffzellensystem für die Energieversorgung ermöglicht es, die Primärenergie aus mit deutlich größerer Energiedichte speicherbarem chemischem Kraftstoff zu beziehen. Wird das Brennstoffzellensystem beispielsweise mit Wasserstoff betrieben, ist der Betrieb weiterhin lokal emissionsfrei, da in Verbindung mit Luftsauerstoff lediglich Wasser produziert wird. Ein Beispiel für ein derartiges System ist aus der
Bei Beschädigungen im Brennstoffzellensystem, beispielsweise durch einen Membranriss in einer Brennstoffzelle, kann gasförmiger Wasserstoff aus dem System austreten. Um zu verhindern, dass sich hierdurch in Verbindung mit Umgebungsluft zündfähige Gemische bilden, ist aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Im Rahmen der Erfindung wurde eine Auswerteeinheit für die Messung des Massenstroms dm/dt eines Oxidationsmittels durch einen Kathodenraum einer Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellenstapels entwickelt. Die Brennstoffzelle, bzw. der Brennstoffzellenstapel, weist einen Anodenraum für die Zuführung eines Brennstoffs auf. In einer Abführung für das Oxidationsmittel aus dem Kathodenraum, beispielsweise in Richtung der freien Atmosphäre, ist ein Sensor installiert, der dazu ausgebildet ist, den Eintritt mindestens eines brennbaren Bestandteils des Brennstoffs in die Abführung zu detektieren. Dabei ist die vom Sensor genutzte Messgröße sowohl durch die Konzentration des brennbaren Bestandteils als auch durch den Massenstrom dm/dt des Oxidationsmittels beeinflussbar.In the context of the invention, an evaluation unit for measuring the mass flow dm / dt of an oxidant through a cathode compartment of a fuel cell or of a fuel cell stack has been developed. The fuel cell, or the fuel cell stack, has an anode space for the supply of a fuel. In a discharge for the oxidant from the cathode compartment, for example in the direction of the free atmosphere, a sensor is installed, which is designed to detect the entry of at least one combustible component of the fuel into the discharge. In this case, the measured variable used by the sensor can be influenced both by the concentration of the combustible constituent and by the mass flow dm / dt of the oxidant.
Der brennbare Bestandteil kann insbesondere Wasserstoff sein, der unmittelbar aus einem Tank oder Speichermaterial bezogen oder beispielsweise auch durch Reformierung aus einem als Treibstoff mitgeführten Kohlenwasserstoff gewonnen werden kann.The combustible constituent may in particular be hydrogen, which can be obtained directly from a tank or storage material or, for example, can also be obtained by reforming from a hydrocarbon entrained as fuel.
Die vom Sensor genutzte Messgröße kann beispielsweise ein Maß für die Dichte des in der Abführung vorhandenen Gasgemisches sein. Diese Dichte ändert sich sowohl in Abhängigkeit des Massenstroms als auch in Abhängigkeit der Gasart. Speziell Wasserstoff als brennbarer Bestandteil ist hier dahingehend ausgezeichnet, dass er das Gas mit der geringsten Dichte überhaupt ist.The measured variable used by the sensor can be, for example, a measure of the density of the gas mixture present in the discharge. This density changes depending on the mass flow as well as the gas type. Specifically, hydrogen as a combustible component is excellent in that it is the gas with the lowest density at all.
Die Auswerteeinheit ist sowohl mit dem Sensor als auch mit einem Strommessgerät für den durch die Brennstoffzelle, bzw. durch den Brennstoffzellenstapel, fließenden Strom
Es wurde erkannt, dass auf diese Weise die Funktionalität des Sensors von einem reinen Sicherheitssensor zu einem Sensor für den Massenstrom dm/dt des Oxidationsmittels erweitern lässt. Dadurch wird es möglich, an anderer Stelle einen oder mehrere Sensoren für diesen Massenstrom dm/dt einzusparen. Im Ergebnis können so die Mehrkosten, die durch den Einbau des Sicherheitssensors entstehen, zumindest teilweise kompensiert werden.It has been found that in this way the functionality of the sensor can be extended from a pure safety sensor to a sensor for the mass flow dm / dt of the oxidant. This makes it possible to save one or more sensors for this mass flow dm / dt elsewhere. As a result, the additional costs resulting from the installation of the safety sensor can be at least partially compensated.
Diese Funktionserweiterung ist möglich, weil die vom Sensor genutzte Messgröße sowohl vom Massenstrom dieses Gasgemisches als auch von seiner Zusammensetzung abhängt. Wenn nun ein bestimmter Massenstrom des Oxidationsmittels in die Brennstoffzelle, bzw. in den Brennstoffzellenstapel, geführt wird, so kann bei einem intakten System jede Formeleinheit des Oxidationsmittels nur entweder den Kathodenraum unverbraucht passieren oder dort in das Reaktionsprodukt der Brennstoffzelle, bzw. des Brennstoffzellenstapels, umgewandelt werden. Welcher Anteil des Oxidationsmittels umgewandelt wird, ist aus dem Strom
Dabei ist der Begriff „verbindbar“ nicht auf eine unmittelbare Verbindung zwischen der Auswerteeinheit und der entsprechenden Datenquelle, also dem Sensor bzw. dem Strommessgerät, per Kabel oder Funk eingeschränkt. Vielmehr umfasst dieser Begriff im Kontext der Erfindung jede Möglichkeit der Auswerteeinheit, von den durch die jeweilige Datenquelle gelieferten Werten Kenntnis zu erlangen. So sind beispielsweise in einem Fahrzeug die meisten Datenquellen an ein Bussystem, etwa an einen CAN-Bus, angeschlossen. Die Auswerteeinheit benötigt dann nur einen Anschluss an dieses Bussystem, um auf alle Datenquellen zugreifen zu können. Die Auswerteeinheit muss die Daten auch nicht direkt aus der jeweiligen Datenquelle beziehen, sondern kann sie beispielsweise auch aus einem Steuergerät abrufen, in dem sie zwischengespeichert wurden. The term "connectable" is not limited to a direct connection between the evaluation unit and the corresponding data source, ie the sensor or the ammeter, by cable or radio. Rather, in the context of the invention, this term encompasses any possibility of the evaluation unit of gaining knowledge of the values supplied by the respective data source. For example, in a vehicle, most data sources are connected to a bus system, such as a CAN bus. The evaluation unit then only needs one connection to this bus system in order to be able to access all data sources. The evaluation unit does not have to obtain the data directly from the respective data source, but it can, for example, retrieve it from a control unit in which they were cached.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, aus dem Strom
Bei einer mit Wasserstoff als Brennstoff betriebenen Brennstoffzelle, bzw. einem Stapel solcher Brennstoffzellen, ist das Reaktionsprodukt Wasser. Die Auswerteeinheit ist dann vorteilhaft dazu ausgebildet, aus dem Strom
Eine wesentliche Größe, die über die Aufteilung des Produktwassers auf die flüssige und auf die dampfförmige Phase entscheidet, ist die Temperatur. Daher ist die Auswerteeinheit in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung mit einem Temperatursensor für die Temperatur T in der Abführung, und/oder in der Umgebung der Abführung, verbindbar und dazu ausgebildet ist, die Menge an flüssigem Produktwasser unter Berücksichtigung dieser Temperatur T zu ermitteln.An important factor that determines the distribution of product water between the liquid and the vapor phase is the temperature. Therefore, the evaluation unit in a further particularly advantageous embodiment with a temperature sensor for the temperature T in the discharge, and / or in the vicinity of the discharge, connectable and adapted to determine the amount of liquid product water taking into account this temperature T.
In Brennstoffzellensystemen, die das Oxidationsmittel (etwa Luft) mit einem Verdichter unter Druck setzen, sind die Lastzustände der Brennstoffzelle, bzw. des Brennstoffzellenstapels, einerseits und des Verdichters andererseits nicht instantan synchronisierbar. Zugleich gibt es Randbedingungen, etwa einen maximalen Druck, gegen den der Verdichter arbeiten kann. Daher ist in Systemen mit einem Verdichter häufig ein Bypass-Ventil vorgesehen, mit dem der Verdichter unter Umgehung der Brennstoffzelle, bzw. des Brennstoffzellenstapels, druckentlastet werden kann. Der Verdichter kann damit vor Beschädigung bei hohen Drücken und niedrigem Massenstrom geschützt werden.In fuel cell systems that pressurize the oxidant (such as air) with a compressor, the load conditions of the fuel cell or fuel cell stack, on the one hand, and the compressor, on the other hand, are not instantaneously synchronizable. At the same time there are boundary conditions, such as a maximum pressure against which the compressor can work. Therefore, in systems with a compressor often a bypass valve is provided, with which the compressor, bypassing the fuel cell, or the fuel cell stack, can be depressurized. The compressor can thus be protected against damage at high pressures and low mass flow.
Wenn die Druckentlastung in die Abführung erfolgt, die von dem Sensor überwacht wird, so stimmt die Annahme nicht mehr, dass das Gasgemisch in der Abführung ausschließlich auf Grund der Zufuhr von Oxidiationsmittel in die Brennstoffzelle, bzw. in den Brennstoffzellenstapel, zu Stande gekommen ist. Um nach wie vor aus dem Messwert des Sensors auf den gesuchten Massenstrom dm/dt des in den Kathodenraum geführten Oxidationsmittels zurückschließen zu können, ist die Auswerteeinheit in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung zusätzlich mit einem Geber für die Schaltstellung eines Bypass-Ventils, welches Oxidationsmittel um die Brennstoffzelle, bzw. um den Brennstoffzellenstapel, herum direkt in die Abführung leitet, verbindbar und dazu ausgebildet, den durch das Bypass-Ventil geleiteten Massenstrom dmB/dt des Oxidationsmittels zu bestimmen.When the pressure is released into the exhaust monitored by the sensor, it is no longer reasonable to assume that the gas mixture in the exhaust has come into being solely due to the supply of oxidant to the fuel cell or fuel cell stack. In order to be able to deduce from the measured value of the sensor on the desired mass flow dm / dt of the guided into the cathode space oxidant, the evaluation is in a particularly advantageous embodiment in addition to a transmitter for the switching position of a bypass valve, which oxidizing agent to the Fuel cell, or around the fuel cell stack, passes directly into the discharge, connectable and adapted to determine the guided through the bypass valve mass flow dm B / dt of the oxidizing agent.
Bei gegebenem Strömungsquerschnitt des Bypass-Ventils ist der abgeführte Massenstrom dmB/dt des Oxidationsmittels betriebspunktabhängig. Diese Abhängigkeit kann beispielsweise über ein Kennfeld oder Modell in der Auswerteeinheit hinterlegt sein. Daher enthält die Auswerteeinheit vorteilhaft ein Modell oder Kennfeld, das mindestens die zur Bestimmung eines Druckverlustes Δp des Oxidationsmittels bei Betätigung des Bypass-Ventils nötige Information enthält. Die Kennfelder bzw. Modelle lassen sich beispielsweise an Hand der Software-Applikation des Fahrzeugs ermitteln.For a given flow cross-section of the bypass valve, the discharged mass flow dm B / dt of the oxidant is operating point-dependent. This dependency can, for example, be stored in the evaluation unit via a characteristic diagram or model. Therefore, the evaluation unit advantageously contains a model or characteristic map which contains at least the information necessary for determining a pressure loss Δp of the oxidizing agent when the bypass valve is actuated. The maps or models can be determined, for example, on the basis of the software application of the vehicle.
Dabei ist der Begriff des „Gebers“ nicht auf ein passives Messinstrument für die Schaltstellung am Ventil selbst eingeschränkt, sondern umfasst beispielsweise auch einen Speicher in einem Steuergerät, in dem die Schaltstellung hinterlegt ist.The term "encoder" is not limited to a passive measuring instrument for the switching position on the valve itself, but also includes, for example, a memory in a control unit in which the switching position is stored.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinheit zusätzlich mit einem Geber für die Drehzahl eines Verdichters verbindbar, der das Oxidationsmittel in die Brennstoffzelle, bzw. in den Brennstoffzellenstapel, fördert. Diese Drehzahl ist besonders hilfreich zur Ermittlung des Massenstroms dmB/dt des Oxidationsmittels, der im geöffneten Zustand des Bypass-Ventils durch dieses hindurchtritt.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the evaluation unit is additionally connectable to an encoder for the speed of a compressor, the oxidant in the fuel cell, or in the fuel cell stack promotes. This speed is particularly useful for determining the mass flow dm B / dt of the oxidant that passes through it in the open state of the bypass valve.
Unabhängig davon, ob der durch das Bypass-Ventil abgeleitete Massenstrom dmB/dt des Oxidationsmittels im Einzelnen bestimmt wird, kann die Auswerteeinheit aus dem Messwert des Sensors und aus dem Strom I zumindest die Summe aus dm/dt und dmB/dt bestimmen, also den gesamten über den Verdichter bezogenen Massenstrom des Oxidationsmittels.Regardless of whether the mass flow dm B / dt of the oxidant derived by the bypass valve is determined in detail, the evaluation unit can determine from the measured value of the sensor and from the current I at least the sum of dm / dt and dm B / dt. that is, the total mass flow of the oxidizing agent through the compressor.
Mögliche Fehlerzustände wie Zellbeschädigungen, durch die Brennstoff in die Abführung gelangen könnte, sind der Grund für die Installation des auf mindestens eine brennbare Komponente des Brennstoffs sensitiven Sensors in dieser Abführung. Diese Fehlerzustände sind jedoch nicht die einzigen Anlässe dafür, dass sich diese brennbare Komponente in der Abführung befinden kann. Beispielsweise kann es notwendig werden, den Anodenraum zu spülen (purgen), d.h. ihn in Richtung auf die Abführung druckzuentlasten. Während die brennbare Komponente des Brennstoffs also im Normalfall nicht in der Abführung vorhanden sein sollte, kann dies beim Spülen sehr wohl der Fall sein. Hierdurch ändert sich der vom Sensor registrierte Messwert, da die Detektion der brennbaren Komponente schließlich der primäre Zweck dieses Sensors ist. Damit die Auswerteeinheit hieraus keine falschen Schlüsse auf im Hinblick auf den gesuchten Massenstrom dm/dt des Oxidationsmittels zieht, ist in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung die Auswerteeinheit zusätzlich mit einem Geber für die Schaltstellung eines Spülventils, das Brennstoff aus dem Anodenraum der Brennstoffzelle, bzw. des Brennstoffzellenstapels, in die Abführung leitet, verbindbar.Possible fault conditions, such as cell damage, through which fuel could get into the discharge, are the reason for the installation of the sensor sensitive to at least one combustible component of the fuel in this discharge. However, these fault conditions are not the only reasons that this combustible component may be in the exhaust. For example, it may be necessary to purge the anode compartment (purgen), i. Relieve pressure in the direction of the exhaust. While the combustible component of the fuel should therefore normally not be present in the discharge, this can very well be the case during rinsing. This changes the measured value registered by the sensor since the detection of the combustible component is the primary purpose of this sensor. In order to prevent the evaluation unit from drawing false conclusions with regard to the desired mass flow dm / dt of the oxidizing agent, in a further particularly advantageous embodiment the evaluation unit additionally comprises a sensor for the switching position of a flushing valve, the fuel from the anode chamber of the fuel cell, or the fuel cell stack, leads into the exhaust, connectable.
Beispielsweise kann die Bestimmung des Massenstroms dm/dt des Oxidationsmittels ausgesetzt werden, solange ein Spülvorgang aktiv ist.For example, the determination of the mass flow dm / dt of the oxidizing agent can be suspended as long as a purging process is active.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung enthält die Auswerteeinheit ein Modell oder Kennfeld, das den Einfluss der Konzentration des brennbaren Bestandteils des Brennstoffs am Sensor auf das Messsignal des Sensors beschreibt. Dann kann eine Änderung des Messwerts des Sensors auf Grund einer Änderung des Massenstroms dm/dt des Oxidationsmittels von einer Änderung unterschieden werden, die beispielsweise durch einen Spülvorgang bewirkt wird.In a further particularly advantageous embodiment, the evaluation unit contains a model or characteristic diagram which describes the influence of the concentration of the combustible constituent of the fuel on the sensor on the measurement signal of the sensor. Then, a change in the measured value of the sensor due to a change in the mass flow dm / dt of the oxidizing agent may be discriminated from a change caused by, for example, a purging operation.
Die Auswerteeinheit ist eine eigenständige Einheit, die beispielsweise als Nachrüstprodukt für bestehende Brennstoffzellensysteme oder Fahrzeuge verkaufbar ist. Ihre Existenz ermöglicht jedoch Einsparungen von Hardware an anderer Stelle im Brennstoffzellensystem.The evaluation unit is an independent unit that can be sold, for example, as a retrofit product for existing fuel cell systems or vehicles. However, their existence allows for hardware savings elsewhere in the fuel cell system.
Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein System zur Stromerzeugung. Dieses System kann für den stationären und/oder für den mobilen Einsatz ausgelegt sein und umfasst mindestens eine Brennstoffzelle oder einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenraum für die Zuführung eines Brennstoffs und einem Kathodenraum für die Zuführung eines Oxidationsmittels. In einer Abführung für das Oxidationsmittel aus dem Kathodenraum ist ein Sensor installiert, der dazu ausgebildet ist, den Eintritt mindestens eines brennbaren Bestandteils des Brennstoffs in die Abführung zu detektieren. Dabei ist die vom Sensor genutzte Messgröße sowohl durch die Konzentration des brennbaren Bestandteils als auch durch den Massenstrom dm/dt des Oxidationsmittels beeinflussbar. Das System weist zusätzlich die zuvor erläuterte Auswerteeinheit gemäß der Erfindung auf.Therefore, the invention also relates to a system for power generation. This system may be designed for stationary and / or mobile use and comprises at least one fuel cell or a fuel cell stack with an anode space for the supply of a fuel and a cathode space for the supply of an oxidizing agent. In a discharge for the oxidant from the cathode compartment, a sensor is installed which is adapted to detect the entry of at least one combustible component of the fuel into the discharge. In this case, the measured variable used by the sensor can be influenced both by the concentration of the combustible constituent and by the mass flow dm / dt of the oxidant. The system additionally has the previously explained evaluation unit according to the invention.
Wie zuvor erläutert, wird es hierdurch möglich, beispielsweise einen weiteren Sensor für den Massenstrom dm/dt des Oxidationsmittels in der Zuleitung zur Brennstoffzelle, bzw. zum Brennstoffzellenstapel, einzusparen. Die Zuleitung kann also frei von Sensoren für den Massenstrom dm/dt des Oxidationsmittels sein. Damit relativiert sich zum einen der Mehrpreis, der durch den Einbau des Sicherheitssensors für die brennbare Komponente des Brennstoffs entsteht. Zum anderen wird die Verfügbarkeit des Gesamtsystems erhöht, denn ein Sensor, der eingespart wurde, kann nicht ausfallen.As explained above, this makes it possible, for example, to save a further sensor for the mass flow dm / dt of the oxidizing agent in the feed line to the fuel cell or to the fuel cell stack. The supply line can thus be free of sensors for the mass flow dm / dt of the oxidant. This relativises on the one hand the additional price, which results from the installation of the safety sensor for the combustible component of the fuel. On the other hand, the availability of the entire system is increased because a sensor that has been saved can not fail.
Der Sensor kann beispielsweise ein Ultraschallsensor sein. Ein solcher Sensor macht sich zu Nutze, dass die Schallgeschwindigkeit in dem Gasgemisch in der Abführung sowohl in Abhängigkeit der Dichte als auch in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit dieses Gasgemisches ändert.The sensor may be, for example, an ultrasonic sensor. Such a sensor makes use of the fact that the speed of sound in the gas mixture in the discharge changes both as a function of the density and as a function of the flow velocity of this gas mixture.
Der Sensor kann aber auch beispielsweise ein geheiztes Filament und Mittel zur Messung der Temperatur dieses Filaments umfassen. Der über die Temperatur messbare Wärmeabtrag aus dem Filament wird sowohl durch den Massenstrom als auch durch die Dichte des Gasgemisches beeinflusst.However, the sensor may also include, for example, a heated filament and means for measuring the temperature of that filament. The measurable via the temperature heat removal from the filament is influenced by both the mass flow and by the density of the gas mixture.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind zusätzlich ein Verdichter für das Oxidationsmittel sowie ein Bypass-Ventil zur Umleitung von verdichtetem Oxidationsmittel in die Abführung vorgesehen. Der Verdichter bewirkt eine deutliche Steigerung der Leistungsdichte der Brennstoffzelle, bzw. des Brennstoffzellenstapels, pro Einheit Volumen. Das Bypass-Ventil dient dem Schutz des Verdichters, wenn dessen Lastzustand nicht zu dem der Brennstoffzelle, bzw. des Brennstoffzellenstapels, passt. In bestimmten Betriebszuständen wird ein Massenstrom dmB/dt unter Umgehung der Brennstoffzelle, bzw. des Brennstoffzellenstapels, direkt in die Abführung geleitet. Gleichwohl ist die Auswerteeinheit noch in der Lage, den gesuchten Massenstrom dm/dt des Oxidationsmittels zu bestimmen.In a further particularly advantageous embodiment, a compressor for the oxidant and a bypass valve for the diversion of compressed oxidant in the discharge are additionally provided. The compressor causes a significant increase in the power density of the fuel cell, or the fuel cell stack, per unit volume. The bypass valve serves to protect the compressor when its load state does not match that of the fuel cell or the fuel cell stack. In certain operating conditions, a mass flow dm B / dt, bypassing the Fuel cell, or the fuel cell stack, passed directly into the discharge. Nevertheless, the evaluation unit is still able to determine the desired mass flow dm / dt of the oxidant.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zuführung für das Oxidationsmittel in den Verdichter, und/oder die Verbindung zwischen dem Verdichter und dem Kathodenraum, frei von Sensoren für den Massenstrom dm/dt des Oxidationsmittels. Indem der Sicherheitssensor für den brennbaren Bestandteil des Brennstoffs die Funktion dieser weiteren Sensoren übernimmt, können diese eingespart werden. Damit wird ein Hardware- und Verkabelungsaufwand eingespart, und Sensoren, die nicht vorhanden sind, können auch nicht ausfallen.In a further particularly advantageous embodiment, the supply of the oxidizing agent in the compressor, and / or the connection between the compressor and the cathode space, free of sensors for the mass flow dm / dt of the oxidizing agent. By taking over the function of these additional sensors, the safety sensor for the combustible component of the fuel can be saved. This saves hardware and cabling, and sensors that are not available can not fail.
Wie zuvor erwähnt, kann insbesondere in einem Fahrzeug, in dem die Sensoren an ein Bussystem, etwa an einen CAN-Bus, angeschlossen sind, jedes Steuergerät auf die Daten aller Sensoren zugreifen, ohne dass hierzu eine weitere Verkabelung notwendig wäre. Das bedeutet zugleich, dass auch ein bereits vorhandenes Steuergerät durch eine Erweiterung in Form von Software in die Lage versetzt werden kann, die Funktion der zuvor beschriebenen Auswerteeinheit auszuführen. Diese Software kann beispielsweise als Update oder Upgrade für ein bestehendes Steuergerät, beispielsweise für ein Steuergerät eines Brennstoffzellensystems, vertrieben werden und ist insofern ein eigenständiges Produkt.As mentioned above, in particular in a vehicle in which the sensors are connected to a bus system, for example to a CAN bus, each control unit can access the data of all the sensors without the need for further wiring. This means at the same time that even an existing control unit can be made by an extension in the form of software in the position to perform the function of the evaluation unit described above. This software can be sold, for example, as an update or upgrade for an existing control unit, for example, for a control unit of a fuel cell system, and is thus an independent product.
Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein Computerprogramm mit maschinenlesbaren Anweisungen, die, wenn sie auf einem Computer, und/oder auf einem Steuergerät, ausgeführt werde n, den Computer, und/oder das Steuergerät, zu einer Auswerteeinheit gemäß der Erfindung aufwerten.Therefore, the invention also relates to a computer program with machine-readable instructions which, when executed on a computer and / or on a control unit, upgrade the computer and / or the control unit to an evaluation unit according to the invention.
Ebenso bezieht sich die Erfindung auch auf einen maschinenlesbaren Datenträger oder ein Downloadprodukt mit dem Computerprogramm.Likewise, the invention also relates to a machine-readable data carrier or a download product with the computer program.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Figur näher dargestellt.Further, measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to a figure.
Figurenlistelist of figures
Es zeigt:
-
1 Ausführungsbeispiel des Systems 100 mit der Auswerteeinheit1 .
-
1 Embodiment of thesystem 100 with the evaluation unit1 ,
Nach
Das Oxidationsmittel
Der Brennstoff
Indem das Oxidationsmittel
In der Abführung
Dabei erhält in diesem Beispiel die Auswerteeinheit
Weiterhin erhält die Auswerteeinheit
Im Ergebnis können sowohl die Zuleitung
Die Auswerteeinheit
Zwischen dem Kathodenraum
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2017/148798 A1 [0003]WO 2017/148798 A1 [0003]
- DE 102016210518 A1 [0004]DE 102016210518 A1 [0004]
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020213978A1 (en) | 2020-11-06 | 2022-05-12 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for calibrating an air mass flow sensor |
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WO2017148798A1 (en) | 2016-02-29 | 2017-09-08 | Robert Bosch Gmbh | Method for operating a fuel cell system, in particular during a deactivation process of the fuel cell system |
DE102016210518A1 (en) | 2016-06-14 | 2017-12-14 | Robert Bosch Gmbh | Method for calibrating a hydrogen sensor |
-
2018
- 2018-04-19 DE DE102018205966.7A patent/DE102018205966A1/en active Pending
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