DE102019102880A1 - Method for determining the loading state of a filter element of a filter system, filter system and fuel cell system - Google Patents

Method for determining the loading state of a filter element of a filter system, filter system and fuel cell system Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Beladungszustands eines Filterelements (12) eines Filtersystems (10) zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung, umfassend wenigstens die Schritte: Erfassen einer Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems (10), Erfassen eines Massenstromwerts der Fluidströmung während eines laufenden Betriebs des Filtersystems (10), Erfassen einer aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs an dem Filterelement (12) mittels eines mathematischen Modells des Filtersystems (10), wobei wenigstens die Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems (10) und/oder der Massenstromwert der Fluidströmung als Eingangsgröße des mathematischen Modells verwendet werden, sowie Bestimmen eines Beladungszustands des Filterelements (12) durch kumulatives Berechnen der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit.
Die Erfindung betrifft ferner ein Filtersystem (10) und ein Brennstoffzellensystem (100) mit einem Filtersystem (10) sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens zum Bestimmen des Beladungszustands eines Filterelements (12).

Figure DE102019102880A1_0000
The invention relates to a method for determining the loading state of a filter element (12) of a filter system (10) for removing at least one pollutant from a fluid flow, comprising at least the steps of: detecting a concentration of the pollutant in the vicinity of the filter system (10), detecting a mass flow value the fluid flow during a running operation of the filter system (10), detecting a current rate of the pollutant on the filter element (12) by means of a mathematical model of the filter system (10), wherein at least the concentration of the pollutant in the environment of the filter system (10) and / or the mass flow value of the fluid flow may be used as an input to the mathematical model, and determining a loading state of the filter element (12) by cumulatively calculating the actual rate of capture of the contaminant over time.
The invention further relates to a filter system (10) and a fuel cell system (100) having a filter system (10) and to a computer program product for carrying out the method for determining the loading state of a filter element (12).
Figure DE102019102880A1_0000

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Beladungszustands eines Filterelements eines Filtersystems zum Entfernen zumindest eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung, insbesondere einer Luftströmung einer Kathodengaszuführung eines Brennstoffzellensystems, sowie ein Filtersystem und ein Brennstoffzellensystem mit einem Filtersystem. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens zum Bestimmen des Beladungszustands eines Filterelements.The invention relates to a method for determining the loading state of a filter element of a filter system for removing at least one pollutant from a fluid flow, in particular an air flow of a cathode gas supply of a fuel cell system, and a filter system and a fuel cell system with a filter system. The invention further relates to a computer program product for carrying out the method for determining the loading state of a filter element.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellensysteme erfordern gereinigte Luft als Kathodengas am Einlass eines Brennstoffzellenstapels, um Degradation und Vergiften des Katalysators der Brennstoffzellen zu vermeiden. Schädliche Gase wie NO, NO2, SO2 und NH3 werden deshalb üblicherweise durch Adsorption mit einem Filtersystem entfernt.Fuel cell systems require purified air as the cathode gas at the inlet of a fuel cell stack to avoid degradation and poisoning of the fuel cell catalyst. Harmful gases such as NO, NO 2 , SO 2 and NH 3 are therefore usually removed by adsorption with a filter system.

Aus US 2005 0235615 A1 ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem in der Kathodengaszuführung eines Brennstoffzellenstacks ein Filterelement angeordnet ist, wobei auch eine gasadsorbierende Funktion vorgesehen sein kann. Diese Konfiguration erlaubt zwar einen grundlegenden Schutz des Brennstoffzellenstacks, der Nutzer erhält jedoch keinerlei Information über den Beladungsgrad des Filterelements, so dass das Filterelement, basierend auf worst case Annahmen, in festen Wechselintervallen auszutauschen ist. Im Zweifelsfall wird das Filterelement daher in seiner Kapazität nicht voll ausgenutzt.Out US 2005 0235615 A1 a fuel cell system is known in which in the cathode gas supply of a fuel cell stack, a filter element is arranged, wherein a gas adsorbing function may be provided. Although this configuration allows a basic protection of the fuel cell stack, the user receives no information about the degree of loading of the filter element, so that the filter element, based on worst case assumptions, to exchange at fixed replacement intervals. In case of doubt, the filter element is therefore not fully utilized in its capacity.

Es sind ferner Lösungen bekannt, die einem solchen Filterelement nachgeschaltet Gassensoren für o.g. Gase aufweisen, die einen Durchbruch, d.h. eine erschöpfte Adsorptionskapazität, detektieren können. Nachteilig sind solche Gassensoren teuer und erhöhen die Systemkomplexität.There are also known solutions downstream of such a filter element gas sensors for o.g. Have gases that have a breakthrough, i. a depleted adsorption capacity, can detect. Disadvantageously, such gas sensors are expensive and increase system complexity.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Bestimmen des Beladungszustands eines Filterelements eines Filtersystems, insbesondere eines Filtersystems eines Brennstoffzellensystems, anzugeben, das es erlaubt, den Beladungszustand des Filterelements ohne Einsatz eines Beladungssensors zu bestimmen, um die Kapazität des Filterelements bei sicherem Betrieb des Brennstoffzellensystems möglichst vollständig ausnutzen zu können, ohne die Systemkomplexität zu erhöhen.An object of the invention is therefore to provide a method for determining the loading state of a filter element of a filter system, in particular a filter system of a fuel cell system, which allows to determine the loading state of the filter element without the use of a loading sensor to the capacity of the filter element in safe operation To use the fuel cell system as fully as possible, without increasing the system complexity.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtersystem sowie ein Brennstoffzellensystem mit einem Filtersystem zu schaffen, die es erlauben, die Kapazität des Filtersystems bei sicherem Betrieb des Brennstoffzellensystems möglichst vollständig auszunutzen.A further object of the invention is to provide a filter system and a fuel cell system with a filter system which make it possible to utilize the capacity of the filter system as completely as possible during safe operation of the fuel cell system.

Weitere Aufgaben sind, ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens zum Bestimmen des Beladungszustands eines Filterelements eines Filtersystems anzugeben, das es erlaubt, die Kapazität des Filtersystems bei sicherem Betrieb des Brennstoffzellensystems möglichst vollständig auszunutzen.Further objects are to provide a computer program product for carrying out the method for determining the loading state of a filter element of a filter system, which makes it possible to make full use of the capacity of the filter system in safe operation of the fuel cell system.

Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einem Verfahren zum Bestimmen des Beladungszustands eines Filterelements eines Filtersystems zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung, ohne Verwendung eines Beladungssensors. Es umfasst wenigstens die Schritte: Erfassen einer Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems, Erfassen eines Massenstromwerts der Fluidströmung während eines laufenden Betriebs des Filtersystems, Erfassen einer aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs an dem Filterelement mittels eines mathematischen Modells des Filtersystems, wobei wenigstens die Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems und/oder der Massenstromwert der Fluidströmung als Eingangsgröße des mathematischen Modells verwendet werden, sowie Bestimmen eines Beladungszustands des Filterelements durch kumulatives Berechnen der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit.The above object is achieved according to one aspect of the invention by a method for determining the loading state of a filter element of a filter system for removing at least one pollutant from a fluid flow, without the use of a loading sensor. It comprises at least the steps: detecting a concentration of the pollutant in the environment of the filter system, detecting a mass flow value of the fluid flow during an ongoing operation of the filter system, detecting a current rate of pollutant removal at the filter element by means of a mathematical model of the filter system, wherein at least the concentration of the Pollutant in the vicinity of the filter system and / or the mass flow value of the fluid flow can be used as an input of the mathematical model, and determining a loading state of the filter element by cumulatively calculating the current rate of deposition of the pollutant over time.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine weitere Aufgabe gelöst von einem Filtersystem mit wenigstens einem Filterelement zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung, umfassend wenigstens einen Massenstromsensor, wobei ein Beladungszustand des Filterelements aus einer kumulativen Berechnung einer aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit mit einem Verfahren wie vorstehend beschrieben bestimmbar ist.According to a further aspect of the invention, a further object is achieved by a filter system having at least one filter element for removing at least one pollutant from a fluid flow, comprising at least one mass flow sensor, wherein a loading state of the filter element from a cumulative calculation of a current rate of pollutant over time can be determined by a method as described above.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine weitere Aufgabe gelöst von einem Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel mit wenigstens einer Brennstoffzelle, umfassend eine Anodengaszuführung, eine Kathodengaszuführung, ein Filtersystem mit wenigstens einem Filterelement zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Luftströmung in die Kathodengaszuführung, einen Massenstromsensor, ein Datenverarbeitungssystem, wobei ein Beladungszustand des Filterelements aus einer kumulativen Berechnung der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit mit einem Verfahren wie vorstehend beschrieben bestimmbar ist.According to a further aspect of the invention, a further object is achieved by a fuel cell system having a fuel cell stack with at least one fuel cell, comprising an anode gas supply, a cathode gas supply, a filter system with at least one filter element for removing at least one pollutant from an air flow into the cathode gas supply, a mass flow sensor, a data processing system, wherein a loading state of the filter element from a cumulative calculation of the current rate of deposition of the pollutant over time can be determined by a method as described above.

Nach einem noch weiteren Aspekt der Erfindung wird eine weitere Aufgabe gelöst von einem Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens zum Bestimmen des Beladungszustands eines Filterelements eines Filtersystems zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung, wenn das Verfahren auf einem Datenverarbeitungssystem ausgeführt wird, umfassend wenigstens die Schritte: Erfassen einer Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems, Erfassen eines Massenstromwerts der Fluidströmung während eines laufenden Betriebs des Filtersystems, Erfassen einer aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs an dem Filterelement mittels eines mathematischen Modells des Filtersystems, wobei wenigstens die Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems und/oder der Massenstromwert der Fluidströmung als Eingangsgröße des mathematischen Modells verwendet werden, sowie Bestimmen eines Beladungszustands des Filterelements durch kumulatives Berechnen der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit.According to yet another aspect of the invention, another object is achieved by a computer program product for performing the method of determining the loading state of a filter element of a filter system for removing at least one pollutant from a fluid flow when the method is carried out on a data processing system comprising at least the steps of: Detecting a concentration of the pollutant in the environment of the filter system, detecting a mass flow value of the fluid flow during ongoing operation of the filter system, detecting a current rate of pollutant removal at the filter element by a mathematical model of the filter system, wherein at least the concentration of pollutant in the environment of the filter system and / or the mass flow value of the fluid flow may be used as an input to the mathematical model, and determining a loading state of the filter element by cumulative computing the current rate of pollutant removal over time.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable embodiments and advantages of the invention will become apparent from the other claims, the description and the drawings.

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen des Beladungszustands eines Filterelements eines Filtersystems ohne Verwendung eines Beladungssensors vorgeschlagen, zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung, welches wenigstens die Schritte umfasst: Erfassen einer Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems, Erfassen eines Massenstromwerts der Fluidströmung während eines laufenden Betriebs des Filtersystems, Erfassen einer aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs an dem Filterelement mittels eines mathematischen Modells des Filtersystems, wobei wenigstens die Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems und/oder der Massenstromwert der Fluidströmung als Eingangsgröße des mathematischen Modells verwendet werden, sowie Bestimmen eines Beladungszustands des Filterelements durch kumulatives Berechnen der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit.A method for determining the loading state of a filter element of a filter system without using a loading sensor for removing at least one pollutant from a fluid flow, comprising at least the steps of detecting a concentration of the pollutant in the vicinity of the filter system, detecting a mass flow value of the fluid flow during an ongoing operation of the filter system, detecting a current rate of capture of the pollutant on the filter element by means of a mathematical model of the filter system, wherein at least the concentration of the pollutant in the environment of the filter system and / or the mass flow value of the fluid flow are used as an input of the mathematical model, and determining a loading state of the filter element by cumulatively calculating the current rate of deposition of the pollutant over time.

Vorteilhaft kann mit dem innovativen Verfahren ein Filtersystem mit einem Filterelement zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung so betrieben werden, dass ohne Sensoren für den Beladungszustand (z.B. Durchbruchdetektion durch Gassensoren, Differenzdruckmessung o.ä.) die Beladungsrate des Filterelements so gut bestimmt werden kann, dass das Filterelement rechtzeitig vor einem Durchbruch durch übermäßige Beladung gewechselt werden kann. Von einem Durchbruch des Filterelements wird bei der Gasadsorption gesprochen, wenn die volle Adsorptionskapazität des Filterelements erreicht ist und weiter auftreffende Gase ohne Adsorption durch das Filterelement strömen können. Partikelbeladungen hingegen äußern sich durch einen stetig zunehmenden Durchströmungswiderstand, d.h. erhöhten Differenzdruck. Brennstoffzellensysteme beispielsweise erfordern gereinigte Luft am Einlass eines Brennstoffzellenstapels, um Degradation und Vergiften des Katalysators der Brennstoffzellen zu vermeiden. Schädliche Gase wie NO, NO2, SO2 und NH3 werden deshalb durch Adsorption mit einem Filtersystem entfernt, dessen Filterelement Aktivkohle, insbesondere imprägnierte Aktivkohle, umfasst. Üblicherweise wird die Aktivkohlemenge, die nötig ist, um ein vorgegebenes Wartungsintervall einzuhalten, so bestimmt, dass die Aktivkohlemenge auf der Basis einer spezifischen Adsorptionsfähigkeit pro Gramm Aktivkohle und einer worst case Konzentration an Gasen berechnet wird. Es ist sinnvoll, diese Filterelemente nur zu wechseln, wenn die volle Abscheidekapazität ausgeschöpft ist, da hierdurch Ressourcen eingespart werden können, was nicht zuletzt die Wirtschaftlichkeit erhöht.Advantageously, with the innovative method, a filter system with a filter element for removing at least one pollutant from a fluid flow can be operated so that the loading rate of the filter element can be determined so well without sensors for the loading state (eg breakthrough detection by gas sensors, differential pressure measurement or the like) in that the filter element can be replaced in good time before breakthrough due to excessive loading. A breakthrough of the filter element is used in gas adsorption, when the full adsorption capacity of the filter element is reached and further impinging gases can flow through the filter element without adsorption. Particle loadings, however, express themselves by a steadily increasing flow resistance, ie increased differential pressure. For example, fuel cell systems require purified air at the inlet of a fuel cell stack to avoid degradation and poisoning of the fuel cell catalyst. Harmful gases such as NO, NO 2 , SO 2 and NH 3 are therefore removed by adsorption with a filter system whose filter element comprises activated carbon, in particular impregnated activated carbon. Typically, the amount of activated carbon required to meet a given maintenance interval is determined so that the amount of activated carbon is calculated based on a specific adsorption capacity per gram of activated carbon and a worst case concentration of gases. It makes sense to change these filter elements only when the full Abscheidekapazität is exhausted, as this resources can be saved, which not least increases the efficiency.

Die tatsächliche Abscheiderate des Filters hängt sehr stark davon ab, wie hoch die lokale Konzentration Schadstoffen tatsächlich in den Gebieten ist, wo das Brennstoffzellensystem betrieben wird, also wo beispielsweise ein Fahrzeug gefahren wird. Der Beladezustand von Adsorbentien kann im Gegensatz zu üblichen Partikelfiltern, bei denen beispielsweise ein Druckabfall nach dem Filter gemessen werden kann, nicht direkt mit Sensoren gemessen werden. Ein Feld an zusätzlichen Sensoren könnte lediglich stromabwärts des Brennstoffzellensystems messen, wie hoch die Konzentration an Gasen noch ist, um daraus einen Durchbruch des Filterelements zu bestimmen. Dieser Durchbruch könnte aber auch erst dann bestimmt werden, wenn er tatsächlich erfolgt ist. Eine solch teure und unzureichende Lösung kann mit dem innovativen Verfahren vermieden werden.The actual rate of capture of the filter depends very much on how high the local concentration of pollutants actually is in the areas where the fuel cell system operates, ie where, for example, a vehicle is being driven. The loading state of adsorbents can not be measured directly with sensors, in contrast to conventional particle filters in which, for example, a pressure drop after the filter can be measured. An array of additional sensors could only measure downstream of the fuel cell system how high the concentration of gases is still to determine a breakthrough of the filter element. But this breakthrough could not be determined until it actually happened. Such an expensive and inadequate solution can be avoided with the innovative method.

Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt den Beladungszustand des Filterelements beispielsweise auf der Basis von klimatischen Daten aus der Umgebung des Filtersystems, welche die aktuellen Konzentrationen an Gasen und/oder auch Partikeln in der Umgebung mit hoher Auflösung angeben. Zusammen mit der Information über den aktuellen Massenstrom der Fluidströmung, insbesondere einer Luftströmung aus dem laufenden Betrieb des Filtersystems, können die Gesamtmenge an adsorbiertem Gas und damit der Beladezustand des Filterelements bestimmt werden. Der aktuelle Massenstrom kann über einen üblichen Luftmassensensor bestimmt werden. Alternativ ist es auch möglich, aus der Drehzahl eines Laders oder Ventilators auf den Luftmassenstrom zu schließen.The method according to the invention determines the loading state of the filter element, for example on the basis of climatic data from the environment of the filter system, which indicate the current concentrations of gases and / or also particles in the environment with high resolution. Together with the information about the current mass flow of the fluid flow, in particular an air flow from the current operation of the filter system, the total amount of adsorbed gas and thus the loading state of the filter element can be determined. The current mass flow can be determined via a conventional air mass sensor. Alternatively, it is also possible to close the speed of a supercharger or fan on the air mass flow.

Auf diese Weise kann eine bedarfsgesteuerte Wartung des Filterelements, also nur dann, wenn es tatsächlich beladen ist, durchgeführt werden. Dabei kann ein Grenzwert für den Beladungszustand, beispielsweise 90%, angegeben werden, bei Erreichen oder Überschreiten dessen wird ein Signal mit einer Aufforderung zur Wartung ausgegeben. In this way, an on-demand maintenance of the filter element, so only when it is actually loaded, are performed. In this case, a limit value for the load state, for example, 90%, can be specified, on reaching or exceeding of which a signal is issued with a request for maintenance.

Unter „Schadstoff“ können hierbei sowohl feste, d.h. bestimmte Partikelfraktionen, oder aber auch gasförmige Verunreinigungen (bspw. NO, NO2, SO2 und NH3) verstanden werden. Die vorliegende Erfindung erfasst beide.In this case, "pollutant" can be understood as meaning both solid, ie certain particle fractions, or else gaseous impurities (for example NO, NO 2 , SO 2 and NH 3 ). The present invention covers both.

Zur Berechnung des Beladungszustands kann dabei ein mathematisches Modell des Filtersystems benutzt werden, welches die Abscheiderate für den Schadstoff, also beispielsweise ein Gas oder eine Partikelsorte, als Funktion des tatsächlichen Massenstroms, der mit Durchflusssensoren gemessen werden kann, und von Umgebungsparametern, wie Gaskonzentration, Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder ähnlichen Werten, angibt. Die Umgebungsparameter können dabei als hochaufgelöste Luftqualitätsdaten, beispielsweise von allgemein verfügbaren meteorologischen Daten, oder über zusätzliche Sensoren in der Umgebung des Filtersystems zur Verfügung stehen.To calculate the loading state, a mathematical model of the filter system can be used, which determines the deposition rate for the pollutant, for example a gas or a particle type, as a function of the actual mass flow that can be measured with flow sensors, and of environmental parameters such as gas concentration, temperature , Humidity or similar values. The environmental parameters can be available as high-resolution air quality data, for example from generally available meteorological data, or via additional sensors in the vicinity of the filter system.

Bei dem mathematischen Modell kann es sich je nach Anzahl der Eingangsgrößen um eine Kennlinie (2D) handeln, ferner kann es ein statisches Kennfeld (3D) sein oder, bei noch mehr Eingangsgrößen, ein multidimensionales Modell. Solche Modelle können entweder durch (numerische) Simulation oder durch komplexe Versuchsreihen mit Parametervariation gewonnen werden. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass, wenn die Konzentration des Schadstoffs in der Umgebungsluft bekannt ist, ferner der aktuelle Volumenstrom durch das Filtersystem bekannt ist, sich bei bekanntem Abscheideverhalten (dies beschreibt das mathematische Modell) die Abscheideleistung und damit der Beladungszustand des Filterelements berechnen lässt, so dass eine sehr präzise Vorhersage über den Beladungszustand getroffen werden kann, ohne Sensoren zur mittelbaren oder unmittelbaren Beladungsmessung einzusetzen.Depending on the number of input variables, the mathematical model may be a characteristic ( 2D) It can also act as a static map ( 3D) or, with even more input, a multidimensional model. Such models can be obtained either by (numerical) simulation or by complex series of experiments with parameter variation. This is based on the idea that, if the concentration of the pollutant in the ambient air is known, furthermore the current volume flow through the filter system is known, with known separation behavior (this describes the mathematical model) the separation efficiency and thus the loading state of the filter element can be calculated so that a very accurate prediction of the load condition can be made without using sensors for direct or indirect load measurement.

Aus der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs an dem Filterelement kann dann durch Integration über die Zeit der kumulierte Beladungszustand des Filterelements bestimmt werden.From the current deposition rate of the pollutant on the filter element can then be determined by integration over time, the cumulative load state of the filter element.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann dann nach Erreichen oder Überschreiten eines Grenzwerts des Beladungszustands ein Signal, insbesondere zu einer Wartung des Filterelements ausgegeben werden. Auf diese Weise kann das Filterelement rechtzeitig vor Erreichen eines Durchbruchs des Filterelements, wenn es mit dem Schadstoff überladen ist, ausgetauscht werden, um zu verhindern, dass der Betrieb beeinträchtigt, beispielsweise ein Katalysator bzw. Katalysatorschicht einer Elektrode geschädigt wird.According to an advantageous embodiment, a signal, in particular to a maintenance of the filter element can then be issued after reaching or exceeding a limit value of the loading state. In this way, the filter element can be replaced in good time before reaching a breakthrough of the filter element, when it is overloaded with the pollutant, to prevent the operation is impaired, for example, a catalyst or catalyst layer of an electrode is damaged.

Nach einem erfolgten Austausch des Filterelements kann das erfindungsgemäße Verfahren erneut gestartet werden. Der Berechnungswert, der den Beladungszustand des Filterelements angibt, wird hierbei zurückgesetzt, so dass der Beladungszustand des Filterelements durch kumulatives Berechnen der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit erneut durchgeführt werden kann.After a replacement of the filter element, the inventive method can be restarted. The calculation value that indicates the loading state of the filter element is reset in this case, so that the loading state of the filter element can be performed again by cumulatively calculating the current deposition rate of the pollutant over time.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das mathematische Modell des Filtersystems als Eingangsgrößen ferner eine Abscheiderate des Filterelements in Abhängigkeit einer Konzentration des Schadstoffs und/oder des Beladungszustands des Filterelements umfassen. Die Abscheiderate hängt in der Regel sensitiv von der Konzen-tration des Schadstoffs, also beispielsweise von Gasen, wie NO, NO2, SO2 und NH3, ab. Auch der bereits vorhandene Beladungszustand des Filterelements kann empfindlich in die Abscheiderate eingehen. Deshalb ist es von Vorteil, wenn diese Abhängigkeit der Abscheiderate bekannt ist und in die Berechnung der aktuellen Abscheiderate eingehen kann. According to an advantageous embodiment, the mathematical model of the filter system as input variables may further comprise a deposition rate of the filter element as a function of a concentration of the pollutant and / or the loading state of the filter element. The deposition rate generally depends sensitively on the concentration of the pollutant, that is, for example, on gases such as NO, NO 2 , SO 2 and NH 3 . The already existing loading state of the filter element can be sensitive to the deposition rate. Therefore, it is advantageous if this dependency of the deposition rate is known and can be included in the calculation of the current deposition rate.

Ferner können Umgebungsparameter berücksichtigt werden, insbesondere ein Temperaturwert und/oder ein Feuchtigkeitswert. Umgebungsparameter, wie Temperaturen und/oder Luftfeuchte, können die Abscheiderate von Medien auf Filterelementen stark beeinflussen, so dass deren Erfassung und Berücksichtigung in einer numerischen Bestimmung der Abscheiderate erheblich eingehen kann.Furthermore, environmental parameters can be taken into account, in particular a temperature value and / or a humidity value. Environmental parameters, such as temperatures and / or air humidity, can greatly influence the deposition rate of media on filter elements, so that their detection and consideration in a numerical determination of the deposition rate can be significantly reduced.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Beladungszustand des Filterelements bei einer Kathodengaszuführung eines stationären oder mobilen Brennstoffzellensystems oder bei einem Innenraumluftfilter, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bestimmt werden. Insbesondere bei empfindlichen Systemen, wie der Kathodengaszuführung, also der Luftzuführung eines Brennstoffzellensystems, ist die Kenntnis des Beladungszustands des Filterelements vorteilhaft, um vor einem Durchbruch des Filterelements rechtzeitig das Filterelement austauschen zu können, und so eine Schädigung des Katalysators zu vermeiden. Auch bei einem Innenraumluftfilter ist es wichtig, ihn rechtzeitig vor der vollen Beladung wechseln zu können, um so die volle Leistung des Filtersystems und damit des Innenraumluftaustauschs zu erhalten.According to an advantageous embodiment, the loading state of the filter element in a cathode gas supply of a stationary or mobile fuel cell system or in an interior air filter, in particular a motor vehicle, can be determined. In particular, in sensitive systems, such as the cathode gas supply, ie the air supply of a fuel cell system, the knowledge of the loading state of the filter element is advantageous in order to replace the filter element in time before a breakthrough of the filter element, and thus to avoid damage to the catalyst. Even with an indoor air filter, it is important to be able to change it in good time before full load, so as to maintain the full performance of the filter system and thus the indoor air exchange.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Schadstoff Partikel und/oder ein oder mehrere Gase umfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Bestimmung der Abscheiderate und damit des Beladungszustands von Filterelementen für Partikel und/oder Gase eingesetzt werden. So können die unterschiedlichen Filterarten rechtzeitig vor einer vollen Beladung durch den Schadstoff getauscht werden.According to an advantageous embodiment, the pollutant may comprise particles and / or one or more gases. The inventive method can for determining the deposition rate and so that the loading state of filter elements for particles and / or gases are used. Thus, the different filter types can be replaced in good time before a full load of the pollutant.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Abscheiderate des Schadstoffs eine Abscheiderate für Partikel und/oder eine Adsorptionsrate ein oder mehrerer Gase umfassen. Günstigerweise kann so die Anlagerung von Partikeln und/oder Gasen bestimmt werden. Gerade Gase können nach voller Beladung des Filterelements das Filterelement ungehindert durchströmen, so dass stromabwärts des Filters die Konzentration an schädlichen Gasen wie stromaufwärts herrscht.According to an advantageous embodiment, the deposition rate of the pollutant may include a deposition rate for particles and / or an adsorption rate of one or more gases. Conveniently, the addition of particles and / or gases can be determined. Straight gases can flow through the filter element unhindered after full loading of the filter element, so that the downstream of the filter, the concentration of harmful gases as upstream prevails.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die aktuelle Abscheiderate über das mathematische Modell des Filtersystems auf einem lokalen Datenverarbeitungssystem oder in einem Datennetzwerk, insbesondere einer Cloud-Umgebung, bestimmt werden. Je nach Ausgestaltung und Anwendung des Filtersystems können die Abscheiderate und damit der Beladungszustand des Filterelements über das Kennfeld in einem lokalen Datenverarbeitungssystem, wie beispielsweise einem Steuergerät, erfolgen. Jedoch ist es auch möglich, gerade für komplexere Simulationsmodelle die Berechnung in einem Datennetzwerk, beispielsweise einer Cloud-Umgebung, durchzuführen. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, wenn die nötigen Umgebungsdaten, wie Konzentration an Schadstoff oder Temperatur oder Feuchtigkeitsdaten, bereits in der Cloud-Umgebung vorliegen. Damit können diese Werte in die Berechnung der Abscheiderate einfach mit einbezogen werden. Gemäß dieser Ausführungsform handelt es sich um ein computerimplementiertes Verfahren. Damit lässt sich günstig eine effiziente und schnelle Bestimmung des Beladungszustands des Filterelements erreichen.According to an advantageous embodiment, the current deposition rate can be determined via the mathematical model of the filter system on a local data processing system or in a data network, in particular a cloud environment. Depending on the design and application of the filter system, the deposition rate and thus the loading state of the filter element via the map in a local data processing system, such as a control unit, take place. However, it is also possible to carry out the calculation in a data network, for example a cloud environment, especially for more complex simulation models. This may be particularly advantageous if the necessary environmental data, such as concentration of pollutant or temperature or moisture data, already exist in the cloud environment. Thus, these values can be easily included in the calculation of the deposition rate. According to this embodiment, it is a computer-implemented method. This can be favorably achieve an efficient and rapid determination of the loading state of the filter element.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Signal, das auf das Erreichen oder Überschreiten eines Grenzwerts des Beladungszustands hinweist, insbesondere zur Wartung des Filterelements, das Ausgeben einer Nachricht an einen Service Provider und/oder an eine App eines mobilen Datenverarbeitungssystems umfassen. Auf diese Weise kann das Filterelement rechtzeitig vor Erreichen eines Durchbruchs des Filterelements, wenn es mit dem Schadstoff überladen ist, ausgetauscht werden, um zu verhindern, dass der Betrieb beeinträchtigt, beispielsweise der nachfolgende Katalysator geschädigt wird.According to an advantageous embodiment, the signal indicative of the reaching or exceeding of a limit value of the load state, in particular for the maintenance of the filter element, the output of a message to a service provider and / or to an app of a mobile data processing system. In this way, the filter element can be replaced in good time before reaching a breakthrough of the filter element, when it is overloaded with the pollutant, to prevent the operation affected, for example, the subsequent catalyst is damaged.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Konzentration des Schadstoffs anhand von aktuellen Wetterdaten und/oder Wettervorhersagen und/oder Positionswerten des Filtersystems bestimmt werden. Meteorologische Daten beinhalten häufig hoch aufgelöste Konzentrationswerte für unterschiedliche Gase. Diese können dann zweckmäßig als Eingabegröße für das mathematische Modell dienen. Positionswerte des Filtersystems beschreiben den aktuellen Ort, so dass indirekt über diese beispielsweise lokale meteorologische Daten zu gewünschten Konzentrationswerten für verschiedene Schadstoffe bezogen werden können. In diesem Zusammenhang könnte ein Patentanspruch den folgenden Wortlaut aufweisen: Filtersystem, umfassend eine Positionserfassungsvorrichtung zur Bestimmung einer aktuellen Position des Filtersystems, wobei unter Verwendung der Position eine Konzentration des Schadstoffs bestimmbar ist.According to an advantageous embodiment, the concentration of the pollutant can be determined on the basis of current weather data and / or weather forecasts and / or position values of the filter system. Meteorological data often include high-resolution concentration values for different gases. These can then expediently serve as input variables for the mathematical model. Position values of the filter system describe the current location, so that indirectly via these, for example, local meteorological data can be obtained to desired concentration values for different pollutants. In this context, a claim could have the following wording: Filter system comprising a position detection device for determining a current position of the filter system, wherein a concentration of the pollutant can be determined using the position.

Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Filtersystem mit wenigstens einem Filterelement zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung, welches wenigstens einen Massenstromsensor umfasst. Dabei ist ein Beladungszustand des Filterelements aus einer kumulativen Berechnung einer aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit mit einem Verfahren wie vorstehend beschrieben bestimmbar.According to a further aspect, the invention relates to a filter system having at least one filter element for removing at least one pollutant from a fluid flow, which comprises at least one mass flow sensor. In this case, a loading state of the filter element can be determined from a cumulative calculation of a current deposition rate of the pollutant over time using a method as described above.

Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt den Beladungszustand des Filterelements beispielsweise auf der Basis von klimatischen Daten aus der Umgebung des Filtersystems, welche die aktuellen Konzentrationen an Gasen und/oder auch Partikeln in der Umgebung mit hoher Auflösung angeben. Zusammen mit der Information über den aktuellen Massenstrom der Fluidströmung, insbesondere einer Luftströmung aus dem laufenden Betrieb des Filtersystems, können die Gesamtmenge an adsorbiertem Gas und damit der Beladezustand des Filterelements bestimmt werden.The method according to the invention determines the loading state of the filter element, for example on the basis of climatic data from the environment of the filter system, which indicate the current concentrations of gases and / or also particles in the environment with high resolution. Together with the information about the current mass flow of the fluid flow, in particular an air flow from the current operation of the filter system, the total amount of adsorbed gas and thus the loading state of the filter element can be determined.

Auf diese Weise kann eine bedarfsgerechte Wartung des Filterelements, also nur dann, wenn es tatsächlich beladen ist, durchgeführt werden. Dabei kann ein Grenzwert für den Beladungszustand, beispielsweise 90%, angegeben werden, bei Erreichen oder Überschreiten dessen wird ein Signal mit einer Aufforderung zur Wartung ausgegeben.In this way, a needs-based maintenance of the filter element, so only when it is actually loaded, are performed. In this case, a limit value for the load state, for example, 90%, can be specified, on reaching or exceeding of which a signal is issued with a request for maintenance.

Zur Berechnung des Beladungszustands wird dabei ein mathematisches Modell des Filtersystems benutzt, welches die Abscheiderate für den Schadstoff, also beispielsweise ein Gas oder eine Partikelfraktion, als Funktion des tatsächlichen Massenstroms, der mit Durchflusssensoren gemessen werden kann, und von Umgebungsparametern, wie Gaskonzentration, Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder ähnlichen Werten, angibt. Die Umgebungsparameter können dabei als hochaufgelöste Luftqualitätsdaten, beispielsweise von meteorologischen Daten, oder über zusätzliche Sensoren in der Umgebung des Filtersystems zur Verfügung stehen. Als mathematisches Modell kann ein statisches Kennfeld oder auch ein mehrdimensionales Modell in der Form eines physikalischen Simulationsmodells für die Adsorptionsfähigkeit des Filterelements über der Zeit, abhängig vom Beladungszustand des Filterelements eingesetzt werden. Das mathematische Modell kann wahlweise durch Parametertabellen abgebildet werden, deren Zwischenwerte durch eine beteiligte Computerinfrastruktur interpolierbar sind und/oder in Form von Gleichungssystemen vorliegen.To calculate the loading state, a mathematical model of the filter system is used, which determines the rate of deposition of the pollutant, for example a gas or a particle fraction, as a function of the actual mass flow that can be measured with flow sensors, and of environmental parameters, such as gas concentration, temperature, Humidity or similar values, indicates. The environmental parameters can be available as high-resolution air quality data, for example from meteorological data, or via additional sensors in the surroundings of the filter system. When Mathematical model, a static map or a multi-dimensional model in the form of a physical simulation model for the adsorption capacity of the filter element over time, depending on the loading state of the filter element can be used. The mathematical model can optionally be represented by parameter tables whose intermediate values can be interpolated by a participating computer infrastructure and / or in the form of equation systems.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Filtersystem eine Positionserfassungsvorrichtung zur Bestimmung einer aktuellen Position des Filtersystems umfassen, wobei anhand der Position eine Konzentration des Schadstoffs bestimmbar ist. Meteorologische Daten beinhalten häufig hoch aufgelöste Konzentrationswerte für unterschiedliche Gase. Positionswerte des Filtersystems liefern den aktuellen Ort und damit über beispielsweise meteorologische Daten auch die gewünschten Konzentrationswerte für verschiedene Schadstoffe. Diese können dann zweckmäßig als Eingabegröße für das Kennfeld dienen.According to an advantageous embodiment, the filter system may comprise a position detection device for determining a current position of the filter system, wherein based on the position, a concentration of the pollutant can be determined. Meteorological data often include high-resolution concentration values for different gases. Position values of the filter system provide the current location and thus, for example via meteorological data, the desired concentration values for various pollutants. These can then serve as useful input for the map.

Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel mit wenigstens einer Brennstoffzelle, umfassend eine Anodengaszuführung, eine Kathodengaszuführung, ein Filtersystem mit wenigstens einem Filterelement zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Luftströmung in die Kathodengaszuführung, einen Massenstromsensor, und ein Datenverarbeitungssystem. Dabei ist ein Beladungszustand des Filterelements aus einer kumulativen Berechnung der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit mit einem Verfahren wie vorstehend beschrieben bestimmbar.According to a further aspect, the invention relates to a fuel cell system having a fuel cell stack with at least one fuel cell, comprising an anode gas supply, a cathode gas supply, a filter system with at least one filter element for removing at least one pollutant from an air flow in the cathode gas supply, a mass flow sensor, and a data processing system. In this case, a loading state of the filter element can be determined from a cumulative calculation of the current rate of deposition of the pollutant over time using a method as described above.

Brennstoffzellensysteme beispielsweise erfordern gereinigte Luft am Einlass eines Brennstoffzellenstapels, um Degradation und Vergiften des Katalysators zu vermeiden. Schädliche Gase, wie NO, NO2, SO2 und NH3, werden deshalb durch Adsorption mit einem Filtersystem entfernt, dessen Filterelement Aktivkohle umfasst. Die tatsächliche Abscheiderate des Filters hängt sehr stark davon ab, wie hoch die Konzentration tatsächlich in den Gebieten ist, wo das Brennstoffzellensystem betrieben wird, also wo beispielsweise ein Fahrzeug gefahren wird.For example, fuel cell systems require purified air at the inlet of a fuel cell stack to avoid degradation and poisoning of the catalyst. Harmful gases such as NO, NO 2 , SO 2 and NH 3 are therefore removed by adsorption with a filter system whose filter element comprises activated carbon. The actual rate of deposition of the filter depends very much on how high the concentration actually is in the areas where the fuel cell system operates, ie where, for example, a vehicle is being driven.

Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt den Beladungszustand des Filterelements beispielsweise auf Basis von klimatischen Daten aus der Umgebung des Filtersystems, welche die aktuellen Konzentrationen an Gasen und/oder auch Partikeln in der Umgebung mit hoher Auflösung angeben. Zusammen mit der Information über den aktuellen Massenstrom der Fluidströmung, insbesondere einer Luftströmung aus dem laufenden Betrieb des Filtersystems, können die Gesamtmenge an adsorbiertem Gas und damit der Beladezustand des Filterelements bestimmt werden.The inventive method determines the loading state of the filter element, for example based on climatic data from the environment of the filter system, which indicate the current concentrations of gases and / or particles in the environment with high resolution. Together with the information about the current mass flow of the fluid flow, in particular an air flow from the current operation of the filter system, the total amount of adsorbed gas and thus the loading state of the filter element can be determined.

Auf diese Weise kann eine bedarfsgerechte Wartung des Filterelements, also nur dann, wenn es tatsächlich beladen ist, durchgeführt werden. Dabei kann ein Grenzwert für den Beladungszustand, beispielsweise 90%, angegeben werden, bei Erreichen oder Überschreiten dessen wird ein Signal mit einer Aufforderung zur Wartung ausgegeben.In this way, a needs-based maintenance of the filter element, so only when it is actually loaded, are performed. In this case, a limit value for the load state, for example, 90%, can be specified, on reaching or exceeding of which a signal is issued with a request for maintenance.

Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines Verfahrens zum Bestimmen des Beladungszustands eines Filterelements eines Filtersystems zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung, ohne Verwendung eines Beladungssensors, umfassend wenigstens ein computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten Programmcodeanweisungen, die von einem Datenverarbeitungssystem ausführbar sind, wobei das Verfahren wenigstens die Schritte umfasst: Erfassen einer Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems, Erfassen eines Massenstromwerts der Fluidströmung während eines laufenden Betriebs des Filtersystems, Erfassen einer aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs an dem Filterelement mittels eines mathematischen Modells des Filtersystems, wobei wenigstens die Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems und/oder der Massenstromwert der Fluidströmung als Eingangsgröße des mathematischen Modells verwendet werden, sowie Bestimmen eines Beladungszustands des Filterelements durch kumulatives Berechnen der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit.According to a further aspect, the invention relates to a computer program product for carrying out a method for determining the loading state of a filter element of a filter system for removing at least one pollutant from a fluid flow, without the use of a loading sensor, comprising at least one computer-readable storage medium with program code instructions stored thereon and executable by a data processing system wherein the method comprises at least the steps of detecting a concentration of the pollutant in the vicinity of the filter system, detecting a mass flow value of the fluid flow during ongoing operation of the filter system, detecting an actual rate of pollutant removal at the filter element using a mathematical model of the filter system at least the concentration of the pollutant in the vicinity of the filter system and / or the mass flow value of the fluid flow as an input of mathematical hen hen determining a loading state of the filter element by cumulatively calculating the current rate of deposition of the pollutant over time.

Figurenlistelist of figures

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, Beschreibung und Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen beispielhaft:

  • 1 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • 2 einzelne Prozessphasen beim Betreiben eines Filtersystems mit einem Filterelement zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, embodiments of the invention are shown. The drawings, description and claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations. They show by way of example:
  • 1 a block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the invention; and
  • 2 individual process phases in operating a filter system with a filter element for removing at least one pollutant from a fluid flow according to an embodiment of the invention.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, the same or similar components are numbered with the same reference numerals. The figures are merely examples and are not intended to be limiting.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Brennstoffzellensystem 100 weist einen Brennstoffzellenstapel 102 mit einer Reihe von Brennstoffzellen 104 auf. Eine Anodengaszuführung 30 führt den Brennstoffzellen 104 beispielsweise Wasserstoff zu, eine Kathodengaszuführung 20 führt Luft zu. Die Luft wird mit einem Lader 18 komprimiert in den Brennstoffzellenstapel 102 geleitet. Eine Abgasleitung 40 führt von dem Brennstoffzellenstapel 102 Abgas, das im Wesentlichen aus Wasserdampf besteht, ab. 1 shows a block diagram of a fuel cell system 100 according to an embodiment of the invention. The fuel cell system 100 has a fuel cell stack 102 with a series of fuel cells 104 on. An anode gas feed 30 leads the fuel cells 104 for example, hydrogen, a cathode gas supply 20 introduces air. The air comes with a loader 18 compressed into the fuel cell stack 102 directed. An exhaust pipe 40 leads from the fuel cell stack 102 Exhaust gas, which consists essentially of water vapor from.

Rohluft wird über eine Rohluftzuführung 13 über ein Filtersystem 10 mit wenigstens einem Filterelement 12 zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs, wie Partikel und/ oder ein oder mehrere Gase, aus einer Luftströmung in die Kathodengaszuführung 20 geleitet. Gase können beispielsweise NO, NO2, SO2 und NH3 umfassen. Diese Gase müssen von dem Brennstoffzellenstapel 102 ferngehalten werden, da die Gase schädlich auf den Katalysator in den Brennstoffzellen 104 wirken. Deshalb ist es zum Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 wichtig, dass in der Kathodengaszuführung 20 ein Filtersystem 10 angeordnet ist, welches diese Gase durch Adsorption zuverlässig herausfiltert.Raw air is supplied via a raw air supply 13 via a filter system 10 with at least one filter element 12 for removing at least one pollutant, such as particles and / or one or more gases, from an air flow into the cathode gas supply 20 directed. Gases may include, for example, NO, NO 2 , SO 2 and NH 3 . These gases must be from the fuel cell stack 102 be kept away as the gases are harmful to the catalyst in the fuel cells 104 Act. Therefore it is for the operation of the fuel cell system 100 important that in the cathode gas supply 20 a filter system 10 is arranged, which reliably filters out these gases by adsorption.

Der Luftmassenstrom wird über einen Massenstromsensor 14 in der Kathodengaszuführung 20 bestimmt. Die Rohluftzuführung weist einen Temperatursensor 22 und einen Feuchtigkeitssensor 24 auf. Diese Sensoren 22, 24 sind optional, ihre Daten können zusammen mit den Massenstromwerten in einem Datenverarbeitungssystem 200, beispielsweise einem Steuergerät, verarbeitet werden. Das Steuergerät kann zusätzlich Umweltdaten über einen Eingang 202 erhalten und weist eine Ausgabeeinheit 204 auf, welche Daten graphisch darstellen oder auch an ein Netzwerk weiterleiten kann.The air mass flow is via a mass flow sensor 14 in the cathode gas supply 20 certainly. The raw air supply has a temperature sensor 22 and a humidity sensor 24 on. These sensors 22 . 24 are optional, their data can be used together with the mass flow values in a data processing system 200 , For example, a control unit to be processed. The control unit can additionally provide environmental data via an input 202 received and has an output unit 204 on which data can be graphed or forwarded to a network.

Der Beladungszustand des Filterelements 12 kann aus einer kumulativen Berechnung der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt werden. Gemäß dem beschriebenen Verfahren wird eine Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems 10 bestimmt und dem Steuergerät 200 über den Kanal 202 zugeführt. Weiter wird über den Luftmassensensor 14 der aktuelle Massenstromwert der Luftströmung während des laufenden Betriebs des Filtersystems 10 bestimmt. Aus diesen Werten kann mittels eines Kennfelds des Filtersystems 10, bei dem wenigstens die Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems 10 und/oder der Massenstromwert der Fluidströmung als Eingangsgröße des Kennfelds verwendet werden, eine aktuelle Abscheiderate des Schadstoffs, beispielsweise eine Adsorptionsrate für bestimmte Gase wie NO, NO2, SO2 und NH3, an dem Filterelement 12 bestimmt werden. Der tatsächliche Beladungszustand des Filterelements 12 kann dann durch kumulatives Berechnen der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit bestimmt werden.The loading condition of the filter element 12 can be determined from a cumulative calculation of the current rate of deposition of the pollutant over time with the inventive method. According to the described method, a concentration of the pollutant in the environment of the filter system 10 determined and the control unit 200 over the canal 202 fed. Next is about the air mass sensor 14 the current mass flow value of the air flow during operation of the filter system 10 certainly. From these values, by means of a map of the filter system 10 in which at least the concentration of pollutant in the environment of the filter system 10 and / or the mass flow value of the fluid flow are used as the input variable of the characteristic map, an actual rate of deposition of the pollutant, for example an adsorption rate for certain gases such as NO, NO 2 , SO 2 and NH 3 , on the filter element 12 be determined. The actual loading condition of the filter element 12 can then be determined by cumulatively calculating the current rate of deposition of the pollutant over time.

Nach Erreichen oder Überschreiten eines Grenzwerts des Beladungszustands kann dann ein Signal über die Ausgabeeinheit 204, insbesondere zu einer Wartung des Filterelements 12 ausgegeben werden. Alternativ ist es auch möglich, dass das Signal, welches über die Ausgabeeinheit 204 ausgegeben wird, insbesondere eine Nachricht an einen Service Provider und/oder an eine App eines mobilen Datenverarbeitungssystems umfasst.After reaching or exceeding a limit value of the load state can then be a signal via the output unit 204 , in particular for maintenance of the filter element 12 be issued. Alternatively, it is also possible that the signal, which via the output unit 204 is output, in particular a message to a service provider and / or to an app of a mobile data processing system comprises.

Es ist denkbar, dass die aktuelle Abscheiderate über das Kennfeld des Filtersystems 10 auf einem lokalen Datenverarbeitungssystem 200 wie in 1 dargestellt wird, aber auch, dass sie in einem Datennetzwerk, insbesondere einer Cloud-Umgebung bestimmt wird. Dazu können die aktuellen Messwerte wie Luftmassenstromwerte an das Datennetzwerk übertragen werden.It is conceivable that the current deposition rate on the map of the filter system 10 on a local data processing system 200 as in 1 but also that it is determined in a data network, especially a cloud environment. For this purpose, the current measured values such as air mass flow values can be transmitted to the data network.

In einem einfachen Fall ist es möglich, dass das Kennfeld des Filtersystems 10 eine Abscheiderate des Filterelements 12 in Abhängigkeit einer Konzentration des Schadstoffs und/oder des Beladungszustands des Filterelements 12 umfasst. In einem komplexeren Kennfeld können jedoch als Eingangsgrößen des Kennfelds des Filtersystems 10 zur Bestimmung der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs Umgebungsparameter, insbesondere ein Temperaturwert und/oder ein Feuchtigkeitswert, verwendet werden. Dieses Ausführungsbeispiel ist in 1 dargestellt, wo Temperaturwerte mit dem Temperatursensor 22 und Feuchtigkeitswerte mit dem Feuchtigkeitssensor 24 erfasst und in dem Steuergerät 200 verarbeitet werden.In a simple case, it is possible that the map of the filter system 10 a deposition rate of the filter element 12 depending on a concentration of the pollutant and / or the loading state of the filter element 12 includes. In a more complex map, however, can be used as input variables of the map of the filter system 10 to determine the actual rate of deposition of the pollutant environmental parameters, in particular a temperature value and / or a humidity value, are used. This embodiment is in 1 shown where temperature values with the temperature sensor 22 and humidity values with the humidity sensor 24 detected and in the control unit 200 are processed.

Das Kennfeld des Filtersystems 10 kann statt als statisches Kennfeld als numerisches Simulationsmodell ausgebildet sein, welches eine aktuelle Abscheiderate in Abhängigkeit der Konzentration des Schadstoffs, des Massenstromwerts der Fluidströmung, des Beladungszustands des Filterelements 12 und/oder wenigstens eines Umgebungsparameters, insbesondere eines Temperaturwerts und/oder Feuchtigkeitswerts bestimmen kann. Mithilfe eines numerischen Simulationsmodells können beispielsweise Zwischenwerte genauer bestimmt werden.The map of the filter system 10 instead of being a static characteristic diagram, it can be designed as a numerical simulation model which has an actual deposition rate as a function of the concentration of the pollutant, the mass flow value of the fluid flow, the loading state of the filter element 12 and / or at least one environmental parameter, in particular a temperature value and / or moisture value. Using a numerical simulation model, for example, intermediate values can be determined more accurately.

Die Konzentration des Schadstoffs kann anhand von aktuellen Wetterdaten und/oder Wettervorhersagen und/oder Positionswerten des Filtersystems 10 bestimmt werden. Dazu ist es zweckmäßig, eine Positionserfassungsvorrichtung zur Bestimmung einer aktuellen Position des Filtersystems vorzusehen, wobei aus der Position über den Zugriff auf entsprechende Umgebungsparameter in Datenbanken eine Konzentration des Schadstoffs bestimmt werden kann. The concentration of the pollutant may be based on current weather data and / or weather forecasts and / or position values of the filter system 10 be determined. For this purpose, it is expedient to provide a position detection device for determining a current position of the filter system, wherein from the position on the access to corresponding environmental parameters in databases, a concentration of the pollutant can be determined.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann eingesetzt werden, den Beladungszustand des Filterelements 12 bei einer Kathodengaszuführung eines stationären oder mobilen Brennstoffzellensystems 100, wie in 1 dargestellt, zu bestimmen. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, mit dem Verfahren den Beladungszustand eines Innenraumluftfilters, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zu bestimmen.The method according to the invention can be used, the loading state of the filter element 12 in a cathode gas supply of a stationary or mobile fuel cell system 100 , as in 1 shown to be determined. Alternatively, however, it is also conceivable to determine the loading state of an interior air filter, in particular of a motor vehicle, using the method.

Das Verfahren kann auf einem Datenverarbeitungssystem 200, wie beispielsweise einem Steuergerät 200 oder in einem Datennetzwerk, wie einer Cloud-Umgebung, als computerimplementiertes Verfahren realisiert sein. Zur Durchführung des computerimplementierten Verfahrens kann zweckmäßigerweise ein Computerprogrammprodukt implementiert sein, welches wenigstens ein computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten Programmcodeanweisungen umfasst, wobei die von dem Datenverarbeitungssystem 200 ausführbaren Programmcodeanweisungen bewirken, dass das computerimplementierte Verfahren auf dem Datenverarbeitungssystem 200 ausgeführt wird.The method may be on a data processing system 200 such as a controller 200 or implemented in a data network, such as a cloud environment, as a computer-implemented method. For carrying out the computer-implemented method, it is expediently possible to implement a computer program product which comprises at least one computer-readable storage medium with program code instructions stored thereon, the data being processed by the data processing system 200 executable program code instructions cause the computer implemented method on the data processing system 200 is performed.

In 2 sind einzelne Prozessphasen beim Betreiben eines Filtersystems 10 mit einem Filterelement 12 zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.In 2 are individual process phases when operating a filter system 10 with a filter element 12 for removing at least one pollutant from a fluid flow according to an embodiment of the invention.

In einer Startphase S100 weist das Filterelement 12 die volle Adsorptionskapazität für den Schadstoff, beispielsweise Gase, wie NO, NO2, SO2 und NH3, auf. Der Beladungszustand des Filterelements 12 ist minimal. Die Adsorptionskapazität ist typischerweise proportional der eingesetzten Masse an Adsorbermaterial innerhalb des Filterelements 12.In a starting phase S100 has the filter element 12 the full adsorption capacity for the pollutant, such as gases, such as NO, NO 2 , SO 2 and NH 3 , on. The loading condition of the filter element 12 is minimal. The adsorption capacity is typically proportional to the mass of adsorbent material used within the filter element 12 ,

In der Betriebsphase S102 adsorbiert das Filterelement 12 beispielsweise als Schadstoff Gase, wodurch die ursprüngliche Adsorptionskapazität abnimmt. Der Beladungszustand des Filterelements 12 nimmt zu. Die Beladung hängt von der lokalen Konzen-tration an Gasen und dem Luftmassenstrom ab, der durch das Filterelement 12 strömt. Die Gaskonzentration kann eine am Ort des Filtersystems 12 gemessene Gaskonzentration sein oder eine Konzentration, welche aus Umgebungsdaten wie meteorologischen Daten am Ort des Filtersystems, folgt. Die Umgebungsdaten können beispielsweise über ein Datennetzwerk für die Berechnung bereitgestellt werden, S104. Die Adsorptionskapazität bestimmt sich dann aus der ursprünglichen Adsorptionskapazität, welche durch die Masse an adsorbiertem Gas reduziert wird. Die Größe der Reduktion der Adsorptionskapazität und damit der Erhöhung des Beladungszustands ist abhängig beispielsweise von der Konzentration an Gasen und dem Luftmassenstrom durch das Filterelement 12.In the operating phase S102 adsorbs the filter element 12 for example, as a pollutant gases, whereby the original adsorption capacity decreases. The loading condition of the filter element 12 is increasing. The loading depends on the local concentration of gases and the air mass flow passing through the filter element 12 flows. The gas concentration may be one at the location of the filter system 12 be measured gas concentration or a concentration, which follows from environmental data such as meteorological data at the location of the filter system. The environment data can be provided for example via a data network for the calculation, S104 , The adsorption capacity is then determined from the original adsorption capacity, which is reduced by the mass of adsorbed gas. The size of the reduction of the adsorption capacity and thus the increase in the loading state depends, for example, on the concentration of gases and the air mass flow through the filter element 12 ,

In der Betriebsphase S102 umfasst das Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustands des Filterelements 12 mit dem Schadstoff wenigstens die Schritte: Bestimmen einer Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems 10, Bestimmen eines Massenstromwerts der Fluidströmung während eines laufenden Betriebs des Filtersystems 10, Bestimmen einer aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs an dem Filterelement 12 mittels eines Kennfelds des Filtersystems 10, wobei wenigstens die Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems 10 und/oder der Massenstromwert der Fluidströmung als Eingangsgröße des Kennfelds verwendet werden, sowie Bestimmen eines Beladungszustands des Filterelements 12 durch kumulatives Berechnen der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit.In the operating phase S102 includes the method for determining the loading state of the filter element 12 with the pollutant at least the steps: determining a concentration of the pollutant in the environment of the filter system 10 Determining a mass flow value of the fluid flow during ongoing operation of the filter system 10 Determining a current rate of deposition of the pollutant on the filter element 12 by means of a map of the filter system 10 , wherein at least the concentration of the pollutant in the environment of the filter system 10 and / or the mass flow value of the fluid flow can be used as the input variable of the characteristic map, and determining a loading state of the filter element 12 by cumulatively calculating the current pollutant removal rate over time.

Wird eine Schwelle als Grenzwert, beispielsweise 90%, für den Beladungszustand erreicht oder überschritten, kann in der Wartungsphase S106 ein Signal ausgegeben werden, so dass das Filterelement 12 rechtzeitig gewechselt werden kann. Das Signal kann lokal ausgegeben oder auch über ein Datennetzwerk beispielsweise auf eine App eines mobilen Datensystems weitergeleitet werden.If a threshold is reached or exceeded as the limit value, for example 90%, for the load state, it can be used during the maintenance phase S106 a signal is output so that the filter element 12 can be changed in good time. The signal can be output locally or forwarded via a data network, for example to an app of a mobile data system.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 20050235615 A1 [0003]US 20050235615 A1 [0003]

Claims (10)

Verfahren zum Bestimmen des Beladungszustands eines Filterelements (12) eines Filtersystems (10) zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung, ohne Verwendung eines Beladungssensors, umfassend wenigstens die Schritte - Erfassen einer Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems (10), - Erfassen eines Massenstromwerts der Fluidströmung während eines laufenden Betriebs des Filtersystems (10), - Erfassen einer aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs an dem Filterelement (12) mittels eines mathematischen Modells des Filtersystems (10), wobei wenigstens die Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems (10) und/oder der Massenstromwert der Fluidströmung als Eingangsgröße des mathematischen Modells verwendet werden, - Bestimmen eines Beladungszustands des Filterelements (12) durch kumulatives Berechnen der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit, - wobei nach Erreichen oder Überschreiten eines Grenzwerts des Beladungszustands ein Signal, insbesondere zu einer Wartung des Filterelements (12) ausgegeben wird.Method for determining the loading state of a filter element (12) of a filter system (10) for removing at least one pollutant from a fluid flow, without the use of a loading sensor comprising at least the steps Detecting a concentration of the pollutant in the environment of the filter system (10), Detecting a mass flow value of the fluid flow during a running operation of the filter system (10), - Detecting a current rate of deposition of the pollutant on the filter element (12) by means of a mathematical model of the filter system (10), wherein at least the concentration of the pollutant in the vicinity of the filter system (10) and / or the mass flow value of the fluid flow used as the input of the mathematical model become, Determining a loading state of the filter element (12) by cumulatively calculating the actual rate of deposition of the pollutant over time, - When after reaching or exceeding a limit value of the loading state, a signal, in particular for maintenance of the filter element (12) is output. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das mathematische Modell des Filtersystems (10) als Eingangsgrößen ferner eine Abscheiderate des Filterelements (12) in Abhängigkeit einer Konzentration des Schadstoffs und/oder des Beladungszustands des Filterelements (12) und/oder Umgebungsparameter, insbesondere ein Temperaturwert und/oder ein Feuchtigkeitswert, umfasst.Method according to Claim 1 wherein the mathematical model of the filter system (10) as input variables further has a deposition rate of the filter element (12) as a function of a concentration of the pollutant and / or the loading state of the filter element (12) and / or environmental parameters, in particular a temperature value and / or a moisture value, includes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Beladungszustand des Filterelements (12) bei einer Kathodengaszuführung eines stationären oder mobilen Brennstoffzellensystems (100) oder bei einem Innenraumluftfilter, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the loading state of the filter element (12) in a cathode gas supply of a stationary or mobile fuel cell system (100) or in an interior air filter, in particular a motor vehicle, is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abscheiderate des Schadstoffs eine Abscheiderate für Partikel und/oder eine Adsorptionsrate oder mehrere Gase umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the deposition rate of the pollutant comprises a deposition rate for particles and / or one adsorption rate or more gases. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktuelle Abscheiderate mittels des mathematischen Modells des Filtersystems (10) auf einem lokalen Datenverarbeitungssystem (200) oder in einem Datennetzwerk, insbesondere einer Cloud-Umgebung, bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the current deposition rate by means of the mathematical model of the filter system (10) on a local data processing system (200) or in a data network, in particular a cloud environment, is determined. Verfahren nach Anspruch 5, wobei bevorzugt das Signal, das auf das Erreichen oder Überschreiten eines Grenzwerts des Beladungszustands hinweist, insbesondere zur Wartung des Filterelements (12), das Ausgeben einer Nachricht an einen Service Provider und/oder an eine App eines mobilen Datenverarbeitungssystems umfassen kann.Method according to Claim 5 , wherein preferably the signal indicative of reaching or exceeding a threshold value of the loading condition, in particular for servicing the filter element (12), may include outputting a message to a service provider and / or to an app of a mobile data processing system. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konzentration des Schadstoffs anhand von aktuellen Wetterdaten und/oder Wettervorhersagen und/oder unter Verwendung von Positionswerten des Filtersystems (10) bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the concentration of the pollutant on the basis of current weather data and / or weather forecasts and / or using position values of the filter system (10) is determined. Filtersystem (10) mit wenigstens einem Filterelement (12) zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung, umfassend wenigstens einen Massenstromsensor (14), wobei ein Beladungszustand des Filterelements (12) aus einer kumulativen Berechnung einer aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche bestimmbar ist.A filter system (10) having at least one filter element (12) for removing at least one pollutant from a fluid flow, comprising at least one mass flow sensor (14), wherein a loading state of the filter element (12) from a cumulative calculation of a current rate of pollutants over time with a Method according to one of the preceding claims can be determined. Brennstoffzellensystem (100) mit einem Brennstoffzellenstapel (102) mit wenigstens einer Brennstoffzelle (104), umfassend - eine Anodengaszuführung (30), - eine Kathodengaszuführung (20), - ein Filtersystem (10) mit wenigstens einem Filterelement (12) zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Luftströmung in die Kathodengaszuführung (20), - einen Massenstromsensor (14), - ein Datenverarbeitungssystem (200), wobei ein Beladungszustand des Filterelements (12) aus einer kumulativen Berechnung der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bestimmbar ist.A fuel cell system (100) having a fuel cell stack (102) with at least one fuel cell (104), comprising - an anode gas supply (30), - a cathode gas supply (20), - a filter system (10) with at least one filter element (12) for removing at least one Pollutant from an air flow into the cathode gas supply (20), - a mass flow sensor (14), - a data processing system (200), wherein a loading state of the filter element (12) from a cumulative calculation of the current rate of deposition of the pollutant over time with a method according to the Claims 1 to 7 is determinable. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines Verfahrens zum Bestimmen des Beladungszustands eines Filterelements (12) eines Filtersystems (10) zum Entfernen wenigstens eines Schadstoffs aus einer Fluidströmung, ohne Verwendung eines Beladungssensors, umfassend wenigstens ein computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten Programmcodeanweisungen, die von einem Datenverarbeitungssystem (200) ausführbar sind, wobei das Verfahren wenigstens folgende Schritte umfasst: - Erfassen einer Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems (10), - Erfassen eines Massenstromwerts der Fluidströmung während eines laufenden Betriebs des Filtersystems (10), - Erfassen einer aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs an dem Filterelement (12) mittels eines mathematischen Modells des Filtersystems (10), wobei wenigstens die Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung des Filtersystems (10) und/oder der Massenstromwert der Fluidströmung als Eingangsgröße des mathematischen Modells verwendet werden, - Bestimmen eines Beladungszustands des Filterelements (12) durch kumulatives Berechnen der aktuellen Abscheiderate des Schadstoffs über der Zeit - wobei nach Erreichen oder Überschreiten eines Grenzwerts des Beladungszustands ein Signal, insbesondere zu einer Wartung des Filterelements (12) ausgegeben wird.A computer program product for carrying out a method for determining the loading state of a filter element (12) of a filter system (10) for removing at least one pollutant from a fluid flow, without using a loading sensor, comprising at least one computer-readable storage medium having program code instructions stored thereon and being stored by a data processing system (200). wherein the method comprises at least the following steps: detecting a concentration of the pollutant in the environment of the filter system, detecting a mass flow value of the fluid flow during an ongoing operation of the filter system, detecting an actual pollutant removal rate the filter element (12) by means of a mathematical model of the filter system (10), wherein at least the concentration of the pollutant in the vicinity of the filter system (10) and / or the mass flow value of the fluid flow as an input of the mathematical n models can be used, Determining a loading state of the filter element (12) by cumulatively calculating the current rate of deposition of the pollutant over time - wherein after reaching or exceeding a limit value of the loading state, a signal, in particular for maintenance of the filter element (12) is output.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112446128A (en) * 2019-08-29 2021-03-05 卡尔·弗罗伊登伯格公司 Method for predicting the service life of a filter
CN112730191A (en) * 2020-12-21 2021-04-30 上海星融汽车科技有限公司 Vehicle air filter blockage degree detection method and system and vehicle-mounted terminal
EP4164012A1 (en) * 2021-09-30 2023-04-12 Siemens Mobility GmbH Method for operating a fuel cell system in a rail vehicle

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050235615A1 (en) 2001-04-11 2005-10-27 William Nyman Filter assemblies and systems for intake air for fuel cells

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050235615A1 (en) 2001-04-11 2005-10-27 William Nyman Filter assemblies and systems for intake air for fuel cells

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112446128A (en) * 2019-08-29 2021-03-05 卡尔·弗罗伊登伯格公司 Method for predicting the service life of a filter
CN112730191A (en) * 2020-12-21 2021-04-30 上海星融汽车科技有限公司 Vehicle air filter blockage degree detection method and system and vehicle-mounted terminal
EP4164012A1 (en) * 2021-09-30 2023-04-12 Siemens Mobility GmbH Method for operating a fuel cell system in a rail vehicle

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