DE102019127337A1 - Method for acoustically checking a fuel cell and checking device for acoustically checking a fuel cell - Google Patents
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Abstract
Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß ein Verfahren zum akustischen Überprüfen einer Brennstoffzelle (20), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Anlegen eines Wechselstromsignals mit einer ersten Frequenz an die Brennstoffzelle (20); und Ausgeben eines akustischen Signals basierend auf dem Spannungssignal der Brennstoffzelle (20), das durch die Brennstoffzelle (20) während des Anlegens des Wechselstromsignals erzeugt wird.According to the invention, the technology disclosed here relates to a method for acoustically checking a fuel cell (20), the method comprising the following steps: applying an alternating current signal with a first frequency to the fuel cell (20); and outputting an acoustic signal based on the voltage signal of the fuel cell (20) generated by the fuel cell (20) during application of the AC signal.
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum akustischen Überprüfen einer Brennstoffzelle und eine Überprüfungsvorrichtung zum akustischen Überprüfen einer Brennstoffzelle.The technology disclosed here relates to a method for acoustically checking a fuel cell and a checking device for acoustically checking a fuel cell.
Brennstoffzellen erzeugen einen Gleichstrom. Wenn man ein Wechselstromsignal mit einer ersten Frequenz an die Brennstoffzelle anlegt, so wird eine Wechselspannung mit der ersten Frequenz abgegeben, solange sich die Brennstoffzelle in einem Normalzustand befindet. Die Spannung verläuft im Normalzustand der Brennstoffzelle im Wesentlichen linear zum Strom der Brennstoffzelle. Wenn die Brennstoffzelle zu viel Feuchtigkeit oder zu wenig Feuchtigkeit aufweist oder zu wenig Wasserstoff oder zu wenig Sauerstoff an der Brennstoffzelle vorhanden ist, so befindet sich die Brennstoffzelle nicht mehr im Normalzustand, sondern in einem Fehlerzustand. In dem Fehlerzustand hängt die Spannung der Brennstoffzelle nicht mehr linear von dem Strom ab. Durch das Anlegen des Wechselstromsignals werden in dem Fehlerzustand der Brennstoffzelle harmonische Schwingungen erzeugt, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Frequenz ist. Es ist bekannt, die Summe der Spannungen der harmonischen Schwingungen in Verhältnis zu der Spannung der ersten Frequenz zu setzen, um einen Fehlerzustand in der Brennstoffzelle festzustellen.Fuel cells generate a direct current. If an alternating current signal with a first frequency is applied to the fuel cell, an alternating voltage with the first frequency is output as long as the fuel cell is in a normal state. In the normal state of the fuel cell, the voltage runs essentially linearly to the current of the fuel cell. If the fuel cell has too much moisture or too little moisture or too little hydrogen or too little oxygen is present in the fuel cell, the fuel cell is no longer in the normal state, but in a fault state. In the fault state, the voltage of the fuel cell no longer depends linearly on the current. By applying the alternating current signal, harmonic oscillations are generated in the fault condition of the fuel cell, the frequency of which is an integral multiple of the first frequency. It is known to set the sum of the voltages of the harmonic oscillations in relation to the voltage of the first frequency in order to determine a fault condition in the fuel cell.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie ein Verfahren bzw. eine Überprüfungsvorrichtung aufzuzeigen, das bzw. die eine technisch einfache Überprüfung der Brennstoffzelle ermöglicht. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 9 der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed here to reduce or eliminate at least one disadvantage of a previously known solution or to propose an alternative solution. In particular, it is a preferred object of the technology disclosed here to show a method or a checking device which enables the fuel cell to be checked in a technically simple manner. Further preferred objects can result from the advantageous effects of the technology disclosed here. The object (s) is / are achieved by the subject matter of claim 1 or claim 9 of the independent claims. The dependent claims represent preferred configurations.
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum akustischen Überprüfen einer Brennstoffzelle gelöst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Anlegen eines Wechselstromsignals mit einer ersten Frequenz an die Brennstoffzelle; und Ausgeben eines akustischen Signals basierend auf dem Spannungssignal der Brennstoffzelle, das durch die Brennstoffzelle während des Anlegens des Wechselstromsignals erzeugt wird.In particular, the object is achieved by a method for acoustically checking a fuel cell, the method comprising the following steps: applying an alternating current signal with a first frequency to the fuel cell; and outputting an acoustic signal based on the fuel cell voltage signal generated by the fuel cell during application of the AC signal.
Ein Vorteil hiervon ist, dass die Brennstoffzelle bzw. der Zustand der Brennstoffzelle technisch einfach akustisch überwacht bzw. überprüft werden kann. Wenn sich die Brennstoffzelle in einem Fehlerzustand befindet, d.h. dass beispielsweise zu viel Feuchtigkeit, zu wenig Feuchtigkeit, zu wenig Wasserstoff oder zu wenig Sauerstoff in bzw. an der Brennstoffzelle vorhanden ist, werden harmonische Schwingungen, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Frequenz ist, erzeugt und ein Ton oder mehrere Töne sind als akustisches Signal hörbar. Somit muss der Prüfer während eines Tests bzw. einer Überprüfung der Brennstoffzelle nicht noch einen weiteren Wert gleichzeitig zu den sonstigen erfassten Wert optisch beobachten bzw. prüfen, sondern kann akustisch feststellen, ob sich die Brennstoffzelle in einem Normalzustand oder in einem Fehlerzustand befindet. Darüber hinaus kann die Art des Fehlers anhand der Frequenz bzw. der Höhe des erzeugten Tons bzw. Geräusches erkannt werden. Unterschiedliche Arten von Fehlern, z.B. zu viel Feuchtigkeit, zu wenig Feuchtigkeit, zu wenig Wasserstoff oder zu wenig Sauerstoff in bzw. an der Brennstoffzelle, erzeugen unterschiedlich hohe Töne. Der Ton bzw. die Töne werden typischerweise nicht aufgrund einer erkannten Abweichung eines Werts von einem vorgegebenen Wert durch einen Tongenerator oder ähnlichem erzeugt, sondern der hörbare Ton wird von der Brennstoffzelle selbst erzeugt. Das Wechselstromsignal kann eine einzige Frequenz, nämlich die erste Frequenz, aufweisen oder kann neben der ersten Frequenz noch weitere Frequenzen enthalten.One advantage of this is that the fuel cell or the state of the fuel cell can be monitored or checked acoustically in a technically simple manner. If the fuel cell is in a fault condition, i.e. that there is, for example, too much moisture, too little moisture, too little hydrogen or too little oxygen in or on the fuel cell, harmonic oscillations, the frequency of which is an integral multiple of the first frequency, generated and one or more tones can be heard as an acoustic signal. Thus, during a test or a check of the fuel cell, the tester does not have to visually observe or check a further value at the same time as the other recorded value, but can acoustically determine whether the fuel cell is in a normal state or in an error state. In addition, the type of error can be recognized on the basis of the frequency or the level of the tone or noise generated. Different types of errors, e.g. too much moisture, too little moisture, too little hydrogen or too little oxygen in or on the fuel cell, produce different high tones. The tone or tones are typically not generated by a tone generator or the like on the basis of a detected deviation of a value from a predetermined value, but rather the audible tone is generated by the fuel cell itself. The alternating current signal can have a single frequency, namely the first frequency, or can contain further frequencies in addition to the first frequency.
Insbesondere wird die Aufgabe auch durch eine Überprüfungsvorrichtung zum akustischen Überprüfen einer Brennstoffzelle gelöst, wobei das Überprüfungssystem folgendes umfasst: eine Signalerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Wechselstromsignals mit einer ersten Frequenz, wobei die Signalerzeugungsvorrichtung zum Anlegen des Wechselstromsignals an die Brennstoffzelle mit der Brennstoffzelle elektrisch verbunden ist, und einen Lautsprecher zum Erzeugen eines akustischen Signals basierend auf dem Spannungssignal der Brennstoffzelle, das durch die Brennstoffzelle während des Anlegens des Wechselstromsignals erzeugt wird, wobei der Lautsprecher zum Signalverbinden mit der Brennstoffzelle ausgebildet ist, insbesondere der Lautsprecher mit der Brennstoffzelle signalverbunden ist.In particular, the object is also achieved by a checking device for audibly checking a fuel cell, the checking system comprising: a signal generating device for generating an alternating current signal at a first frequency, the signal generating device being electrically connected to the fuel cell for applying the alternating current signal to the fuel cell, and a loudspeaker for generating an acoustic signal based on the voltage signal of the fuel cell, which is generated by the fuel cell during application of the alternating current signal, wherein the loudspeaker is designed to connect signals to the fuel cell, in particular the loudspeaker is signal-connected to the fuel cell.
Vorteilhaft hieran ist, dass die Brennstoffzelle bzw. der Zustand der Brennstoffzelle mittels der Überprüfungsvorrichtung technisch einfach akustisch überprüft bzw. überwacht werden kann. Somit werden bei einem Fehlerzustand der Brennstoffzelle, wenn z.B. zu viel Feuchtigkeit, zu wenig Feuchtigkeit, zu wenig Wasserstoff oder zu wenig Sauerstoff in bzw. an der Brennstoffzelle vorhanden ist, harmonische Schwingungen in bzw. durch die Brennstoffzelle erzeugt. Die harmonischen Schwingungen haben eine Frequenz, die ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Frequenz ist. Die erste harmonische Schwingung bzw. die harmonischen Schwingungen sind als Ton oder mehrere Töne hörbar. Folglich kann der Prüfer ohne optische Überwachung eines Werts, während des Test bzw. der Überprüfung der Brennstoffzelle, feststellen, ob sich die Brennstoffzelle in einem Normalzustand oder in einem Fehlerzustand befindet. Zudem ist es möglich, dass die Art des Fehlers anhand der Frequenz bzw. der Höhe des erzeugten Tons bzw. Geräusches erkannt wird. Unterschiedliche Arten von Fehlern, z.B. zu viel Feuchtigkeit, zu wenig Feuchtigkeit, zu wenig Wasserstoff oder zu wenig Sauerstoff in bzw. an der Brennstoffzelle, erzeugen unterschiedlich hohe Töne. Der Ton bzw. die Töne werden typischerweise nicht aufgrund einer erkannten Abweichung eines Werts von einem vorgegebenen Wert durch einen Tongenerator oder ähnlichem erzeugt, sondern der hörbare Ton wird von der Brennstoffzelle selbst erzeugt. Das Wechselstromsignal kann eine einzige Frequenz, nämlich die erste Frequenz, aufweisen oder kann neben der ersten Frequenz noch weitere Frequenzen enthalten.The advantage of this is that the fuel cell or the state of the fuel cell can be checked or monitored acoustically in a technically simple manner by means of the checking device. Thus, in the event of a fault condition of the fuel cell, if, for example, too much moisture, too little moisture, too little hydrogen or too little oxygen is present in or on the fuel cell, harmonic oscillations are generated in or through the fuel cell. The harmonic oscillations have a frequency that is an integral multiple of first frequency is. The first harmonic oscillation or the harmonic oscillations can be heard as a tone or several tones. As a result, the tester can determine whether the fuel cell is in a normal state or in a fault state during the test or the checking of the fuel cell without visual monitoring of a value. It is also possible for the type of error to be recognized on the basis of the frequency or the level of the tone or noise generated. Different types of errors, e.g. too much moisture, too little moisture, too little hydrogen or too little oxygen in or on the fuel cell, produce different high tones. The tone or tones are typically not generated by a tone generator or the like on the basis of a detected deviation of a value from a predetermined value, but rather the audible tone is generated by the fuel cell itself. The alternating current signal can have a single frequency, namely the first frequency, or can contain further frequencies in addition to the first frequency.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens entspricht die Amplitude des Wechselstromsignals maximal 10%, insbesondere ca. 5%, des Werts des Gleichstromsignals, das durch die Brennstoffzelle erzeugt wird. Hierdurch können technisch besonders einfach und ohne Beeinflussung der Funktion der Brennstoffzelle für den Menschen hörbare Töne im Falle eines Fehlerzustands erzeugt werden. Beispielsweise kann die Amplitude des Wechselstromsignals im Bereich zwischen ca. 2% und ca. 10% des Werts des Gleichstromsignals liegen.According to one embodiment of the method, the amplitude of the alternating current signal corresponds to a maximum of 10%, in particular approx. 5%, of the value of the direct current signal that is generated by the fuel cell. In this way, in a technically particularly simple manner and without influencing the function of the fuel cell, audible tones for humans can be generated in the event of a fault condition. For example, the amplitude of the alternating current signal can be in the range between approximately 2% and approximately 10% of the value of the direct current signal.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner folgenden Schritt: Herausfiltern der ersten Frequenz aus dem Spannungssignal der Brennstoffzelle. Vorteilhaft hieran ist, dass im Normalzustand der Brennstoffzelle, d.h. wenn die Brennstoffzelle eine passende Feuchtigkeit aufweist und genügend Sauerstoff und genügend Wasserstoff erhält, kein akustischer Ton bzw. kein akustisches Geräusch zu hören ist. Somit kann der Fehlerzustand noch zuverlässiger erkannt werden, da beim Eintreten des Fehlerzustands sich nicht ein für den Menschen hörbar Ton verändert bzw. ein weiterer Ton hinzukommt, sondern ein Ton erstmals auftritt bzw. zu hören ist.According to one embodiment of the method, the method further comprises the following step: filtering out the first frequency from the voltage signal of the fuel cell. The advantage of this is that in the normal state of the fuel cell, i.e. when the fuel cell has suitable humidity and receives sufficient oxygen and sufficient hydrogen, no acoustic tone or no acoustic noise can be heard. The error state can thus be recognized even more reliably, since when the error state occurs, a tone that is audible to humans does not change or another tone is added, but rather a tone occurs or can be heard for the first time.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Spannungssignal der Brennstoffzelle zum Erzeugen des akustischen Signals verstärkt. Hierdurch kann die Lautstärke des akustischen Signals bzw. Tons im Fehlerzustand vergrößert werden, so dass der Ton für den Menschen deutlich, z.B. auch bei Hintergrundgeräuschen, hörbar ist. Somit kann der Fehlerzustand der Brennstoffzelle noch zuverlässiger erkannt werden.According to one embodiment of the method, the voltage signal of the fuel cell is amplified in order to generate the acoustic signal. In this way, the volume of the acoustic signal or tone can be increased in the error state, so that the tone can be clearly heard by people, e.g. even with background noise. The fault condition of the fuel cell can thus be recognized even more reliably.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Frequenz des Wechselstromsignals über die Zeit geändert. Hierdurch können unterschiedliche Arten von Fehler in der Brennstoffzelle technisch einfach und besonders zuverlässig erkannt werden. Bei tiefen Frequenzen von ca. 5 Hz bis ca. 20 Hz, insbesondere ca. 15 Hz, kann beispielsweise eine Unterversorgung der Brennstoffzelle mit Wasserstoff erkannt werden, während bei einer Frequenz von ca. 25 Hz bis ca. 120 Hz eine Unterversorgung der Brennstoffzelle mit Sauerstoff erkannt werden kann. Insbesondere kann die erste Frequenz über einen Frequenzbereich kontinuierlich geändert werden (sogenannter frequency sweep). Vorstellbar ist auch, dass mehrere Frequenzpunkte oder Frequenzbereiche, z.B. vier vorgegebene Frequenzen oder Frequenzbereiche, nacheinander angesteuert werden (d.h. das Wechselstromsignal weist jeweils die entsprechende Frequenz auf), wobei jede der Frequenzen zur Erkennung einer Art von Fehler (zu viel Feuchtigkeit, zu wenig Feuchtigkeit, zu wenig Wasserstoff oder zu wenig Sauerstoff) dient.According to one embodiment of the method, the first frequency of the alternating current signal is changed over time. In this way, different types of faults in the fuel cell can be recognized in a technically simple and particularly reliable manner. At low frequencies of approx. 5 Hz to approx. 20 Hz, in particular approx. 15 Hz, an undersupply of the fuel cell with hydrogen can be detected, while at a frequency of approx. 25 Hz to approx. 120 Hz, an undersupply of the fuel cell with Oxygen can be detected. In particular, the first frequency can be changed continuously over a frequency range (so-called frequency sweep). It is also conceivable that several frequency points or frequency ranges, e.g. four specified frequencies or frequency ranges, are controlled one after the other (i.e. the alternating current signal has the corresponding frequency), each of the frequencies being used to detect a type of error (too much moisture, too little moisture , too little hydrogen or too little oxygen) is used.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Wechselstromsignal ein Wavelet umfassend mehrere verschiedene Frequenzen, insbesondere im Bereich von ca. 5 Hz bis ca. 120 Hz, auf. Vorteilhaft hierbei ist die zeitlich simultane akustische Überwachung mehrerer Arten von Fehlern bzw. Fehlerzuständen.According to one embodiment of the method, the alternating current signal has a wavelet comprising several different frequencies, in particular in the range from approx. 5 Hz to approx. 120 Hz. The simultaneous acoustic monitoring of several types of errors or error states is advantageous here.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Spannungssignal der Brennstoffzelle zum Erzeugen des akustischen Signals frequenzverschoben und/oder komprimiert. Vorteilhaft hieran ist, dass der erzeugte Ton für den Prüfer bzw. den Menschen besonders gut hörbar gemacht werden kann. Insbesondere können sehr tiefe Frequenzen nach oben verschoben und/oder besonders hohe Frequenzen nach unten verschoben werden. Auch die Hörbarkeit von leisen Tönen kann hierdurch verbessert werden. Es können beispielsweise alle Spannungssignale der anregenden Frequenzen auf eine Ausgabefrequenz gleichgerichtet werden. Die Harmonischen der Anregungsfrequenzen werden jedoch nur frequenzverschoben (nicht gleichgerichtet). Dies hat den Vorteil, dass im Normalbetrieb, wenn der Brennstoffzelle ausreichend Wasserstoff und Sauerstoff und Feuchte zugeführt werden, nur ein Ton vom Prüfer vernommen wird. Im Fehlerfall, also wenn die Brennstoffzelle zu wenig Sauerstoff und/oder Wasserstoff erhält, werden Obertöne hörbar, welche die Information über die Ursache des Fehlverhaltens enthalten.According to one embodiment of the method, the voltage signal of the fuel cell is shifted in frequency and / or compressed in order to generate the acoustic signal. The advantage of this is that the sound generated can be made particularly well audible for the examiner or human being. In particular, very low frequencies can be shifted upwards and / or particularly high frequencies can be shifted downwards. This can also improve the audibility of soft tones. For example, all voltage signals of the exciting frequencies can be rectified to an output frequency. However, the harmonics of the excitation frequencies are only shifted in frequency (not rectified). This has the advantage that in normal operation, when sufficient hydrogen, oxygen and moisture are supplied to the fuel cell, only one tone is heard by the tester. In the event of a fault, i.e. if the fuel cell receives too little oxygen and / or hydrogen, overtones can be heard which contain information about the cause of the fault.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden unterschiedliche Frequenzbereiche des Spannungssignals unterschiedlich frequenzverschoben. Hierdurch ist es möglich, dass die Frequenzebereiche derart verschoben bzw. transponiert werden, dass der Abstand zwischen den Tönen unterschiedlicher Fehlerarten jeweils besonders groß sind, so dass die Fehlerart besonders sicher akustisch erkannt werden kann.According to one embodiment of the method, different frequency ranges of the voltage signal are shifted in frequency differently. This makes it possible for the frequency ranges to be shifted or transposed in this way be that the distance between the tones of different types of error are particularly large, so that the type of error can be recognized acoustically particularly reliably.
Gemäß einer Ausführungsform der Überprüfungsvorrichtung umfasst die Überprüfungsvorrichtung ferner einen Filter zum Herausfiltern der ersten Frequenz aus dem Spannungssignal der Brennstoffzelle. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Überprüfungsvorrichtung im Normalzustand der Brennstoffzelle, d.h. wenn die Brennstoffzelle eine passende Feuchtigkeit aufweist und genügend Sauerstoff und genügend Wasserstoff erhält, keinen akustischen Ton bzw. kein akustisches Geräusch abgibt, das zu hören ist. Es herrscht sozusagen Stille, solange sich die Brennstoffzelle im Normalzustand befindet. Hierdurch kann mittels der Überprüfungsvorrichtung der Fehlerzustand der Brennstoffzelle besonders zuverlässig erkannt werden, da beim Eintreten des Fehlerzustands sich nicht ein für den Menschen hörbar Ton verändert bzw. ein weiterer Ton hinzukommt, sondern ein Ton erstmals auftritt bzw. zu hören ist.According to one embodiment of the checking device, the checking device further comprises a filter for filtering out the first frequency from the voltage signal of the fuel cell. One advantage of this is that in the normal state of the fuel cell, i.e. when the fuel cell has a suitable humidity and receives sufficient oxygen and sufficient hydrogen, the checking device does not emit an acoustic tone or an acoustic noise that can be heard. There is silence, so to speak, as long as the fuel cell is in its normal state. In this way, the fault condition of the fuel cell can be detected particularly reliably by means of the checking device, since when the fault condition occurs, a tone audible to humans does not change or a further tone is added, but a tone occurs or can be heard for the first time.
Gemäß einer Ausführungsform der Überprüfungsvorrichtung ist die Signalerzeugungsvorrichtung derart ausgebildet, dass die erste Frequenz veränderbar ist, während das Wechselstromsignal an der Brennstoffzelle anliegt. Vorteilhaft hieran ist, dass mittels der Überprüfungsvorrichtung unterschiedliche Arten von Fehler in der Brennstoffzelle technisch einfach und besonders zuverlässig erkannt werden können. Beispielsweise kann zur Erkennung einer Unterversorgung der Brennstoffzelle mit Wasserstoff ein tiefer Ton mit einer Frequenz von ca. 5 Hz bis ca. 20 Hz, insbesondere ca. 15 Hz, verwendet werden, während bei einer Frequenz von ca. 25 Hz bis ca. 120 Hz eine Unterversorgung der Brennstoffzelle mit Sauerstoff erkannt werden kann. Insbesondere kann die erste Frequenz über einen Frequenzbereich kontinuierlich geändert werden (sogenannter frequency sweep). Denkbar ist auch, dass mehrere Frequenzpunkte oder Frequenzbereiche, z. B. vier vorgegebene Frequenzen oder Frequenzbereiche, von der Überprüfungsvorrichtung bzw. von dem Steuergerät nacheinander angesteuert bzw. angefahren werden (d.h. das Wechselstromsignal weist jeweils die entsprechende Frequenz auf), wobei jede der Frequenzen zur Erkennung einer Art von Fehler (zu viel Feuchtigkeit, zu wenig Feuchtigkeit, zu wenig Wasserstoff oder zu wenig Sauerstoff) dient.According to one embodiment of the checking device, the signal generating device is designed such that the first frequency can be changed while the alternating current signal is applied to the fuel cell. The advantage here is that different types of faults in the fuel cell can be recognized in a technically simple and particularly reliable manner by means of the checking device. For example, a low tone with a frequency of approx. 5 Hz to approx. 20 Hz, in particular approx. 15 Hz, can be used to detect an undersupply of the fuel cell with hydrogen, while at a frequency of approx. 25 Hz to approx. 120 Hz an undersupply of the fuel cell with oxygen can be detected. In particular, the first frequency can be changed continuously over a frequency range (so-called frequency sweep). It is also conceivable that several frequency points or frequency ranges, e.g. B. four predetermined frequencies or frequency ranges, are controlled or approached one after the other by the checking device or by the control unit (ie the alternating current signal has the corresponding frequency), each of the frequencies for the detection of a type of error (too much moisture) little moisture, too little hydrogen or too little oxygen).
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge) gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die durch einen ionenselektiven bzw. ionenpermeablen Separator getrennt sind. Die Anode wird mit Brennstoff versorgt. Bevorzugte Brennstoffe sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode wird mit Oxidationsmittel versorgt. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Sauerstoff und Peroxide. Der ionenselektive Separator kann bspw. als Protonenaustauschmembran (proton exchange membrane, PEM) ausgebildet sein. Bevorzugt kommt eine kationenselektive Polymerelektrolytmembran zum Einsatz. Materialien für eine solche Membran sind beispielsweise: Nafion®, Flemion® und Aciplex®.The technology disclosed here relates to a fuel cell system with at least one fuel cell. The fuel cell system is intended, for example, for mobile applications such as motor vehicles (e.g. passenger cars, motorcycles, commercial vehicles), in particular for providing the energy for at least one drive machine for locomotion of the motor vehicle. In its simplest form, a fuel cell is an electrochemical energy converter that converts fuel and oxidizing agents into reaction products, producing electricity and heat in the process. The fuel cell comprises an anode and a cathode, which are separated by an ion-selective and ion-permeable separator, respectively. The anode is supplied with fuel. Preferred fuels are: hydrogen, low molecular weight alcohol, biofuels, or liquefied natural gas. The cathode is supplied with oxidizing agent. Preferred oxidizing agents are, for example, air, oxygen and peroxides. The ion-selective separator can be designed, for example, as a proton exchange membrane (PEM). A cation-selective polymer electrolyte membrane is preferably used. Materials for such a membrane are, for example: Nafion®, Flemion® and Aciplex®.
Ein Brennstoffzellensystem umfasst neben der mindestens einen Brennstoffzelle periphere Systemkomponenten (BOP-Komponenten), die beim Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst.In addition to the at least one fuel cell, a fuel cell system comprises peripheral system components (BOP components) that can be used when operating the at least one fuel cell. As a rule, several fuel cells are combined to form a fuel cell stack.
Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie das Anlegen eines Wechselstromsignals an eine Brennstoffzelle. Wenn die Brennstoffzelle sich nicht mehr in einem Normalzustand (ausreichend aber nicht zu hohe Feuchtigkeit, genügend Sauerstoff, genügend Wasserstoff) befindet, hängt die Spannung nicht mehr linear von dem Strom ab. Hierdurch werden harmonische Wellen bzw. Obertöne erzeugt, die über einen Lautsprecher vom Menschen akustisch wahrgenommen werden können, wodurch der Fehlerzustand bzw. Nicht-Normalzustand der Brennstoffzelle erkannt werden kann.In other words, the technology disclosed herein relates to the application of an AC signal to a fuel cell. If the fuel cell is no longer in a normal state (sufficient but not too high humidity, sufficient oxygen, sufficient hydrogen), the voltage no longer depends linearly on the current. In this way, harmonic waves or overtones are generated which can be perceived acoustically by humans via a loudspeaker, whereby the fault condition or abnormal condition of the fuel cell can be recognized.
Das akustische Signal basiert auf dem Spannungssignal der Brennstoffzelle, was insbesondere bedeuten kann, dass das Spannungssignal der Brennstoffzelle direkt oder indirekt (verstärkt, frequenzverschoben, komprimiert etc.) an den Lautsprecher angelegt wird.The acoustic signal is based on the voltage signal from the fuel cell, which can mean in particular that the voltage signal from the fuel cell is applied directly or indirectly (amplified, frequency-shifted, compressed, etc.) to the loudspeaker.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Überprüfungsvorrichtung gemäß der hier offenbarten Technologie; und -
2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Überprüfungsvorrichtung gemäß der hier offenbarten Technologie.
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1 a schematic view of a first embodiment of a checking device according to the technology disclosed here; and -
2 a schematic view of a second embodiment of a checking device according to the technology disclosed here.
Die Überprüfungsvorrichtung
Der Filter
Die Signalerzeugungsvorrichtung
Die Größe des Wechselstromsignals beträgt typischerweise maximal 10%, z.B. 5%, des Werts des Gleichstroms, der von der Last
Wenn sich die Brennstoffzelle
Wenn sich die Brennstoffzelle
Das Spannungssignal bzw. der Wechselstromanteil des Spannungssignals der Brennstoffzelle
Der Lautsprecher
Wenn der Filter
Falls ein Fehlzustand der Brennstoffzelle
Wenn die erste Frequenz durch den Filter
Es ist möglich, dass analog zu Obertönen bei Musikinstrumenten die Obertöne der Brennstoffzelle (abhängig von der Anregungsfrequenz) nicht mehr als einzelne Töne wahrgenommen werden sondern als Änderung der Klangfarbe des Tons. Also vernimmt der Hörer bzw. Prüfer der Brennstoffzelle, dass die Tonhöhe an sich gleich bleibt aber der Ton nun anders klingt (beispielsweise der gleiche Ton gespielt auf einem Klavier und einer Trompete - gleiche Tonhöhe aber andere Klangfarbe).It is possible that, analogous to overtones in musical instruments, the overtones of the fuel cell (depending on the excitation frequency) are no longer perceived as individual tones but as a change in the timbre of the tone. So the listener or tester of the fuel cell hears that the pitch itself remains the same but the tone now sounds different (for example the same tone played on a piano and a trumpet - the same pitch but different timbre).
Anhand der Frequenz des Tons kann der Prüfer die Art des Fehlzustands feststellen.Based on the frequency of the tone, the examiner can determine the nature of the fault.
Die erste Frequenz des Wechselstromsignals kann über die Zeit variiert bzw. verändert werden. Beispielsweise kann die erste Frequenz kontinuierlich oder schrittweise über einen Frequenzbereich verändert werden. Dies kann wiederholt durchgeführt werden.The first frequency of the alternating current signal can be varied or changed over time. For example, the first frequency can be changed continuously or in steps over a frequency range. This can be done repeatedly.
Eine weitere Möglichkeit ist, dass eine bestimmte Anzahl von Frequenzen durch das Wechselstromsignal angefahren wird, d.h. die erste Frequenz wird sprungweise auf unterschiedliche Frequenzen eingestellt.Another possibility is that a certain number of frequencies are approached by the alternating current signal, i.e. the first frequency is set step by step to different frequencies.
Durch die unterschiedlichen Frequenzen des Wechselstromsignals können unterschiedliche Arten von Fehlern bzw. Fehlzuständen der Brennstoffzelle
Der Filter
Die Signalerzeugungsvorrichtung
Die Transpositionsvorrichtung/Kompressionsvorrichtung
Die Transpositionsvorrichtung/Kompressionsvorrichtung
Die Transpositionsvorrichtung/Kompressionsvorrichtung
Die vom Lautsprecher
Bei der nachfolgenden Beschreibung des in
Das Spannungssignal der Brennstoffzelle
Auch eine Morlet-Transformation des Spannungssignals der Brennstoffzelle zum Erzeugen eines Signals, das an den Lautsprecher abgegeben wird, ist möglich.A Morlet transformation of the voltage signal from the fuel cell to generate a signal that is output to the loudspeaker is also possible.
Die Signalverbindung zwischen der Brennstoffzelle
Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. die/eine Brennstoffzelle
Der Begriff „im Wesentlichen“ (z.B. „im Wesentlichen senkrechte Achse“) umfasst im Kontext der hier offenbarten Technologie jeweils die genaue Eigenschaft bzw. den genauen Wert (z.B. „senkrechte Achse“) sowie jeweils für die Funktion der Eigenschaft/ des Wertes unerhebliche Abweichungen (z.B. „tolerierbare Abweichung von senkrechte Achse“).The term “essentially” (eg “essentially vertical axis”) in the context of the technology disclosed here includes the exact property or the exact value (e.g. “vertical axis”) as well as deviations that are insignificant for the function of the property / value (eg “tolerable deviation from the vertical axis”).
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- ÜberprüfungsvorrichtungVerification device
- 2020th
- BrennstoffzelleFuel cell
- 2525th
- Lastload
- 3030th
- SignalerzeugungsvorrichtungSignal generating device
- 4040
- Filterfilter
- 5050
- Transpositionsvorrichtung/KompressionsvorrichtungTransposition device / compression device
- 6060
- Verstärkeramplifier
- 7070
- Lautsprecherspeaker
Claims (11)
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DE102019127337.4A DE102019127337A1 (en) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | Method for acoustically checking a fuel cell and checking device for acoustically checking a fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102019127337.4A DE102019127337A1 (en) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | Method for acoustically checking a fuel cell and checking device for acoustically checking a fuel cell |
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Family Applications (1)
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Citations (1)
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-
2019
- 2019-10-10 DE DE102019127337.4A patent/DE102019127337A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102018108184A1 (en) * | 2018-04-06 | 2019-10-10 | Technische Universität Braunschweig | Method and device for determining the state of a rechargeable battery and computer program |
Non-Patent Citations (1)
Title |
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HARTING, N. [u.a.]: State-of-Health Diagnosis of Lithium-Ion Batteries Using Nonlinear Frequency Response Analysis. In: Journal of The Electrochemical Society, vol. 166 (2), January 2019, S. A277-A285. * |
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