DE102020215862A1 - Fuel cell system with extended data backup - Google Patents

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Harald Schmeisser
Susanne Spindler
Thomas Wuerzbach
Kai Wipplinger
Jochen Wessner
Achim Brenk
Joachim Schurr
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Abstract

Es wird ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, aufweisend ein Gehäuse mit mindestens einer Brennstoffzelle mit jeweils einem Spannungsprüfanschluss und einer in dem Gehäuse angeordneten Steuereinheit, die mit dem Spannungsprüfanschluss der mindestens einen Brennstoffzelle verbunden ist und dazu ausgebildet ist, Zellenspannungen und/oder Zellenwiderstände zu erfassen und als Daten aufzuzeichnen, ferner aufweisend mindestens einen Sensor zum Erfassen mindestens einer Betriebsgröße, die zu einer Beeinflussung der Lebensdauer des Brennstoffzellensystems führt. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen dass die Steuereinheit mit dem mindestens einen Sensor gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, auf der mindestens einen Betriebsgröße basierende Daten aufzuzeichnen und die aufgezeichneten Daten nur unter Überwindung mindestens einer mechanischen und/oder elektronischen Zugangsbeschränkung auszugeben, zu ändern oder zu löschen.

Figure DE102020215862A1_0000
A fuel cell system is proposed, having a housing with at least one fuel cell, each with a voltage test connection and a control unit arranged in the housing, which is connected to the voltage test connection of the at least one fuel cell and is designed to record cell voltages and/or cell resistances and as data to record, further comprising at least one sensor for detecting at least one operating variable, which leads to an influencing of the service life of the fuel cell system. According to the invention, it is provided that the control unit is coupled to the at least one sensor and is designed to record data based on the at least one operating variable and to output, change or delete the recorded data only by overcoming at least one mechanical and/or electronic access restriction .
Figure DE102020215862A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und eine Verwendung einer Steuereinheit eines Brennstoffzellensystems.The present invention relates to a fuel cell system and a use of a control unit of a fuel cell system.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellenstapel bestehen üblicherweise aus vielen einzelnen Brennstoffzellen, die zu einem größeren Verbund in Reihe geschaltet werden. Zur Überwachung, Steuerung oder Regelung ist es von Vorteil, nicht nur die Betriebsparameter des gesamten Brennstoffzellenstapels zu kennen, sondern auch die Betriebsparameter jeder einzelnen Zelle. Sogenannte Zellenspannungsüberwachungssysteme (CVM, „Cell Voltage Monitor“) dienen der Messung der Spannung oder anderer Betriebsparameter einzelner Zellen innerhalb eines Brennstoffzellenstapels. Es ist bekannt, dass ein Zellenspannungsüberwachungssystem zusätzlich auch die Funktion der Regelung und Steuerung des Brennstoffzellenstapels übernimmt. Hierzu ist bekannt, auch Regelparameter oder Messwerte in dem Zellenspannungsüberwachungssystems zu speichern.Fuel cell stacks usually consist of many individual fuel cells that are connected in series to form a larger network. For monitoring, control or regulation, it is advantageous not only to know the operating parameters of the entire fuel cell stack, but also the operating parameters of each individual cell. So-called cell voltage monitoring systems (CVM, "Cell Voltage Monitor") are used to measure the voltage or other operating parameters of individual cells within a fuel cell stack. It is known that a cell voltage monitoring system also assumes the function of regulating and controlling the fuel cell stack. For this purpose it is known to also store control parameters or measured values in the cell voltage monitoring system.

Brennstoffzellen, die in Fahrzeugen eingesetzt werden, sind nicht dauerhaft in Betrieb. Sie werden frequentiert gestartet und wieder abgeschaltet. Dabei ist das Speichern von Betriebsparametern und Messwerten eine bekannte Vorgehensweise und inzwischen bei automobilen Steuergeräten hinreichend bekannt. Das Speichern von Daten wurde bereits bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren eingesetzt und wird nicht nur bei Brennstoffzellenfahrzeugen angewendet. So werden die wesentlichen, für den Betrieb des Fahrzeugs erforderlichen Daten in einem zentralen Steuergerät des Fahrzeugs gespeichert.Fuel cells that are used in vehicles are not permanently in operation. They are started frequently and switched off again. In this case, the storage of operating parameters and measured values is a known procedure and is now sufficiently well known in automotive control units. Data storage has already been used in vehicles with internal combustion engines and is not only used in fuel cell vehicles. The essential data required for the operation of the vehicle are stored in a central control unit in the vehicle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein alternatives Brennstoffzellensystem oder ein alternatives Fahrzeug mit einem darin integrierten Brennstoffzellensystem vorzuschlagen, bei dem eine alternative Speicherung insbesondere für sensible Daten erfolgt.The object of the invention is to propose an alternative fuel cell system or an alternative vehicle with a fuel cell system integrated therein, in which there is alternative storage, in particular for sensitive data.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.The object is achieved by a fuel cell system having the features of independent claim 1. Advantageous embodiments and developments can be found in the dependent claims and the following description.

Es wird ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, aufweisend ein Gehäuse mit mindestens einer Brennstoffzelle mit jeweils einem Spannungsprüfanschluss und einer in dem Gehäuse angeordneten Steuereinheit, die mit dem Spannungsprüfanschluss der mindestens einen Brennstoffzelle verbunden ist und dazu ausgebildet ist, Zellenspannungen und/oder Zellenwiderstände zu erfassen und als Daten aufzuzeichnen, ferner aufweisend mindestens einen Sensor zum Erfassen mindestens einer Betriebsgröße, die zu einer Beeinflussung der Lebensdauer des Brennstoffzellensystems führt. Gemäß der Erfindung ist vorgese9hen dass die Steuereinheit mit dem mindestens einen Sensor gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, auf der mindestens einen Betriebsgröße basierende Daten aufzuzeichnen und die aufgezeichneten Daten nur unter Überwindung mindestens einer mechanischen und/oder elektronischen Zugangsbeschränkung auszugeben, zu ändern oder zu löschen.A fuel cell system is proposed, having a housing with at least one fuel cell, each with a voltage test connection and a control unit arranged in the housing, which is connected to the voltage test connection of the at least one fuel cell and is designed to record cell voltages and/or cell resistances and as data to record, further comprising at least one sensor for detecting at least one operating variable, which leads to an influencing of the service life of the fuel cell system. According to the invention, it is provided that the control unit is coupled to the at least one sensor and is designed to record data based on the at least one operating variable and to output, change or delete the recorded data only after overcoming at least one mechanical and/or electronic access restriction .

Die einzelnen Brennstoffzellen können jeweils durch eine Membran-Elektroden-Einheit realisiert sein, die zwischen zwei Polarplatten liegen. Mehrere Brennstoffzellen werden aufeinander gestapelt und bilden so einen Brennstoffzellenstapel. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Brennstoffzellen befinden sich Bipolarplatten, welche beidseitig jeweils mit einem Strömungsfeld ausgestattet sind, um ein Oxidationsmittel bzw. einen Brennstoff zu den angrenzenden Brennstoffzellen zu führen. Enden des Brennstoffzellenstapels sind mit Endplatten versehen, die lediglich auf einer Innenseite mit einem Strömungsfeld ausgestattet sind. Der grundsätzliche Aufbau des Brennstoffzellenstapels unterscheidet sich somit praktisch nicht von dem bekannter Brennstoffzellenstapel.The individual fuel cells can each be implemented by a membrane-electrode unit that lies between two polar plates. Multiple fuel cells are stacked on top of each other to form a fuel cell stack. Between two consecutive fuel cells there are bipolar plates, which are each equipped with a flow field on both sides in order to lead an oxidizing agent or a fuel to the adjacent fuel cells. Ends of the fuel cell stack are provided with end plates that are provided with a flow field only on an inside. The basic structure of the fuel cell stack is therefore practically no different from that of known fuel cell stacks.

Zum Überwachen des Brennstoffzellenstapels sind Spannungsprüfanschlüsse vorgesehen, die es erlauben, die Spannung insbesondere jeder einzelnen Brennstoffzelle abzugreifen und beispielsweise durch eine Zellenspannungsüberprüfungseinheit zu überprüfen. Diese kann in der oder durch die Steuereinheit realisiert sein.Voltage test connections are provided for monitoring the fuel cell stack, which allow the voltage of each individual fuel cell in particular to be tapped off and checked, for example, by a cell voltage test unit. This can be implemented in or by the control unit.

Erfindungsgemäß kann die Steuereinheit innerhalb des Brennstoffzellensystems zusätzliche Daten speichern, insbesondere Daten zu Betriebsgrößen, die auf einer Erfassung durch einen Sensor basieren. Derartige Steuereinheiten werden oftmals im inneren des Gehäuses des Brennstoffzellensystems integriert. Aufgrund dieser Lage sind sie vor Manipulation, unbefugten Zugriff und Demontage geschützt. Dies ermöglicht das sichere Speichern auch von sensiblen Daten. Die Hauptfunktion dieser Steuereinheit besteht in der Messung Betriebsparameter einzelner Brennstoffzellen, wie beispielsweise der Zellenspannung oder eines Widerstands. Allerdings ist durch die besondere Lage innerhalb des Brennstoffzellensystems sowie einer meist ausreichenden Rechen- und Speicherkapazität möglich, weitere, von dem eigentlichen Betrieb der Brennstoffzelle vollkommen unabhängige Funktionen zu realisieren. Diese Funktionen können unterschiedliche Aspekte bedienen, die im Folgenden behandelt werden.According to the invention, the control unit can store additional data within the fuel cell system, in particular data on operating variables that are based on detection by a sensor. Such control units are often integrated inside the housing of the fuel cell system. Due to this location, they are protected from manipulation, unauthorized access and dismantling. This enables the secure storage of sensitive data. The main function of this control unit is to measure the operating parameters of individual fuel cells, such as cell voltage or resistance. However, due to the special location within the fuel cell system and a usually sufficient computing and storage capacity, it is possible to implement additional functions that are completely independent of the actual operation of the fuel cell. These functions can be different che aspects that are dealt with below.

Zunächst ist denkbar, Lebensdauer beeinflussende Betriebsparameter zu überwachen und darauf basierende Daten zu speichern. Das Brennstoffzellensystem kann demgemäß Informationen sammeln, die eine Einschätzung zu der verbleibenden Lebensdauer eines Brennstoffzellensystems erlauben. Dies könnte beispielsweise einen Restwert eines Fahrzeugs mit einem darin installierten Brennstoffzellensystem beeinflussen.First of all, it is conceivable to monitor operating parameters that affect service life and to store data based on them. Accordingly, the fuel cell system can collect information that allows an assessment of the remaining service life of a fuel cell system. For example, this could affect a residual value of a vehicle with a fuel cell system installed therein.

Da die Steuereinheit innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, ist sie schwer erreichbar. Dies kann eine mechanische Zugangsbeschränkung darstellen. Darüber hinaus kann auch eine elektronische Zugangsbeschränkung vorgesehen sein, die beispielsweise eine bestimmte Verschlüsselung durchführt oder eine Zugangsberechtigung erfordert.Since the control unit is located inside the housing, it is difficult to reach. This can represent a mechanical access restriction. In addition, an electronic access restriction can also be provided, which, for example, implements a specific encryption or requires access authorization.

Damit erfüllt die Steuereinheit in dem Brennstoffzellensystem insbesondere aufgrund der Lage der Steuereinheit zusätzliche Funktionen, die unter anderem das Speichern von sensiblen Daten umfassen.The control unit in the fuel cell system thus fulfills additional functions, in particular due to the position of the control unit, which include, among other things, the storage of sensitive data.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die mindestens eine Betriebsgröße aus einer Gruppe von Betriebsgrößen ausgewählt, die Gruppe aufweisend:

  • - Anzahl von Froststarts,
  • - minimale/maximale Temperatur während des Betriebs der mindestens einen Brennstoffzelle,
  • - kumulierte Zeitanteile unterhalb einer vorgebbaren Grenztemperatur, an denen die mindestens eine Brennstoffzelle betrieben wurde,
  • - kumulierte Zeitanteile oberhalb einer vorgebbaren Grenztemperatur, an denen die mindestens eine Brennstoffzelle betrieben wurde,
  • - minimale und/oder maximale Temperaturdifferenz zwischen der mindestens einen Brennstoffzelle und ihrer Umgebung während des Betriebs der mindestens einen Brennstoffzelle,
  • - ein minimaler und/oder maximaler Wärmestrom zwischen der mindestens einen Brennstoffzelle und einem Kühlmedium während des Betriebs der mindestens einen Brennstoffzelle, und
  • - kumulierte Zeitanteile oberhalb und/oder unterhalb eines vorgebbaren Wärmestroms oder einer vorgebbaren Temperaturdifferenz zwischen der mindestens einen Brennstoffzelle und der Umgebung.
In an advantageous embodiment, the at least one operating variable is selected from a group of operating variables comprising the group:
  • - number of frost starts,
  • - minimum/maximum temperature during operation of the at least one fuel cell,
  • - cumulative time fractions below a definable limit temperature at which the at least one fuel cell was operated,
  • - cumulative time shares above a definable limit temperature at which the at least one fuel cell was operated,
  • - minimum and/or maximum temperature difference between the at least one fuel cell and its surroundings during the operation of the at least one fuel cell,
  • - A minimum and/or maximum heat flow between the at least one fuel cell and a cooling medium during the operation of the at least one fuel cell, and
  • - Accumulated time shares above and / or below a predetermined heat flow or a predetermined temperature difference between the at least one fuel cell and the environment.

Damit können relevante Betriebsparameter gespeichert werden, die dazu geeignet sind, den Verschleiß des Brennstoffzellensystems zu bewerten. Dies erfolgt durch Erfassung und/oder Ermittlung von Werten, die mit einer Belastung der mindestens einen Brennstoffzelle einhergehen.Relevant operating parameters that are suitable for evaluating the wear and tear of the fuel cell system can thus be stored. This is done by detecting and/or determining values associated with a load on the at least one fuel cell.

In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, zusätzliche Daten auf Basis von Betriebsgrößen aus einer Gruppe von Betriebsgrößen zu speichern, die Gruppe aufweisend:

  • - eine minimale und/oder maximale Spannung, welche während des Betriebs der mindestens einen Brennstoffzelle erfasst wurde,
  • - kumulierte Zeitanteile, an denen eine vorgebbare Spannungsgrenze unterschritten und/oder überschritten wurde, und
  • - einen minimalen und/oder maximalen Widerstand der Zellen.
In a further advantageous embodiment, the control unit can be designed to store additional data based on operating variables from a group of operating variables, the group having:
  • - a minimum and/or maximum voltage, which was recorded during the operation of the at least one fuel cell,
  • - cumulative time shares in which a predeterminable voltage limit was undershot and/or exceeded, and
  • - a minimum and/or maximum resistance of the cells.

Diese Betriebsgrößen könnten bereits durch Auslesen von Zellenspannungen und/oder Zellenwiderständen an den Spannungsprüfanschlüssen erfasst werden. Diese Betriebsgrößen tragen ebenfalls zur Ermittlung des Verschleißes der mindestens einen Brennstoffzelle bei. Beispielsweise könnte der Widerstand oder die maximale Spannung eine Aussage über einen bereits eingetretenen Verschleiß geben.These operating variables could already be recorded by reading cell voltages and/or cell resistances at the voltage test terminals. These operating variables also contribute to determining the wear of the at least one fuel cell. For example, the resistance or the maximum voltage could provide information about wear that has already occurred.

Besonders vorteilhaft ist das Gehäuse gasdicht und die Steuereinheit ist vollständig innerhalb des gasdichten Gehäuses angeordnet. Bei Fahrzeugen, die Brennstoffzellen als Energiequelle verwenden, kann ein Brennstoffzellenstapel in einem gasdichten Gehäuse eingebettet sein. Ein derartiges Gehäuse hat die Aufgabe, eine Wasserstoff enthaltende Atmosphäre im inneren des Gehäuses von der Umgebung des Brennstoffzellensystems zu trennen. Das bedeutet, dass das Gehäuse sowohl gegen die Umgebung abgedichtet ist, als auch eine ausreichende mechanische Stabilität mit sich bringt, um den Brennstoffzellenstapel dauerhaft gegenüber der Umgebung zu schützen. Es ist daher davon auszugehen, dass das Öffnen eines Gehäuses zur Zerstörung der mindestens einen Brennstoffzelle führt und folglich eine Manipulation von Daten praktisch ausschließt.The housing is particularly advantageously gas-tight and the control unit is arranged completely within the gas-tight housing. In vehicles that use fuel cells as a power source, a fuel cell stack can be embedded in a gas-tight housing. A housing of this type has the task of separating a hydrogen-containing atmosphere inside the housing from the surroundings of the fuel cell system. This means that the housing is sealed against the environment and has sufficient mechanical stability to permanently protect the fuel cell stack from the environment. It can therefore be assumed that opening a housing will lead to the destruction of the at least one fuel cell and consequently virtually rule out the manipulation of data.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, zusätzlich zu auf den Betriebsgrößen basierenden Daten Gradienten zumindest einer der Betriebsgrößen zu ermitteln und zu der betreffenden Betriebsgröße minimale und maximale Gradienten zu speichern. Stärkere Anstiege des Stroms und/oder der Spannung, die von der mindestens einen Brennstoffzelle geliefert wird, könnte zu einer größeren Beeinträchtigung der Lebensdauer der Membran einer Membran-Elektroden-Einheit führen, als langsamere, da das Risiko besteht, dass die Membran lokal zu trocken wird oder ein lokaler Mangel an Brennstoff oder Oxidationsmittel vorliegt.It is particularly advantageous if the control unit is designed to determine gradients of at least one of the operating variables in addition to data based on the operating variables and to store minimum and maximum gradients for the relevant operating variable. Greater increases in the current and/or the voltage supplied by the at least one fuel cell could result in a greater impairment of the life of the membrane of a membrane-electrode assembly than slower ones, since the risk is that the membrane is becoming too dry locally or there is a local shortage of fuel or oxidant.

Die betreffenden Betriebsgrößen könnten weiterhin zu dem gesamten Brennstoffzellensystem und/oder einzelnen der mindestens einen Brennstoffzelle zugeordnet sein. Damit können lokale Beeinträchtigungen erfasst und zur Planung einer Wartung verwendet werden. Sind etwa einzelne Brennstoffzellen defekt und weisen ungewöhnliche Betriebsgrößen auf, könnten diese gezielt im Rahmen einer Wartung untersucht und gegebenenfalls ausgetauscht werden.The operating variables in question could also be assigned to the entire fuel cell system and/or to individual ones of the at least one fuel cell. This allows local impairments to be recorded and used to plan maintenance. If, for example, individual fuel cells are defective and exhibit unusual operating parameters, these could be specifically examined as part of maintenance and, if necessary, replaced.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, Wärmeströme innerhalb des Brennstoffzellensystems zu integrieren, um eine thermische Belastung zu ermitteln, und die thermische Belastung zu speichern. Es ist davon auszugehen, dass bei einer dauerhaften, besonders hohen thermischen Belastung zu einem höheren Verschleiß führt.In a further advantageous embodiment, it is advantageous if the control unit is designed to integrate heat flows within the fuel cell system in order to determine a thermal load and to store the thermal load. It can be assumed that a permanent, particularly high thermal load will lead to higher wear.

In einer eben vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuereinheit eine drahtlose Schnittstelle zum Übertragen von Daten aufweisen, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Daten nur unter Verwendung eines vorgegebenen Datenschlüssels auszugeben. Eine Kommunikation mit der Steuereinheit kann demnach insbesondere auf zugelassenes Wartungspersonal beschränkt werden, das sowohl die notwendigen fachlichen Kenntnisse zur Wartung des Brennstoffzellensystems aufweist als auch von einer Manipulation der gespeicherten Daten absieht.In an embodiment that is just as advantageous, the control unit can have a wireless interface for transmitting data, with the control unit being designed to only output the data using a predetermined data key. Communication with the control unit can therefore be restricted in particular to authorized maintenance personnel who have both the necessary specialist knowledge for maintenance of the fuel cell system and who refrain from manipulating the stored data.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, eine eindeutige und Codierung eines Eigentümers des Brennstoffzellensystems dauerhaft zu speichern. Dadurch kann ein gewisser Diebstahlschutz erreicht werden. Bevorzugt weist die Steuereinheit einen unlöschbaren und nicht modifizierbaren Kenndatensatz auf.In a particularly advantageous embodiment, the control unit is designed to permanently store a unique and unique coding of an owner of the fuel cell system. A certain degree of protection against theft can thereby be achieved. The control unit preferably has an indelible and non-modifiable characteristic data record.

Es ist zudem vorteilhaft, wenn die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, eine Art Bewertung zur Bestimmung des Widerverkaufswerts oder eine Speicherfunktion für relevante Daten zum Verschleiß zur Belastung und/oder zu weiteren Betriebsparameter der Brennstoffzelle vorzusehen. Weiterhin kann eine Speicherfunktion für die Umgebungstemperatur der mindestens einen Brennstoffzellen vorgesehen sein. Die Anzahl der Betriebszeiten oder eine kumulierte Zeit mit Übertemperatur kann ebenso erfasst und abgespeichert werden. Eine Funktion zur Bewertung und/oder zum Nachvollziehen von Garantieansprüchen und/oder zum Schutz vor könnte Chiptuning integriert werden. Aufgrund der besonderen Einbauposition der Steuereinheit kann eine Manipulation dieser Daten erheblich erschwert oder gar gänzlich verhindert werden.It is also advantageous if the control unit is designed to provide a type of evaluation for determining the resale value or a storage function for relevant data on wear, load and/or other operating parameters of the fuel cell. Furthermore, a storage function for the ambient temperature of the at least one fuel cell can be provided. The number of operating times or a cumulative time with excess temperature can also be recorded and saved. A function for evaluating and/or understanding warranty claims and/or protecting against chip tuning could be integrated. Due to the special installation position of the control unit, manipulation of this data can be made considerably more difficult or even completely prevented.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Steuereinheit in einem Gehäuse eines Brennstoffzellensystems zum Speichern von Betriebsgrößen, die zu einer Beeinflussung der Lebensdauer des Brennstoffzellensystems führt und/oder einer eindeutigen Codierung eines Eigentümers des Brennstoffzellensystems und/oder von Lebensdauer- oder Verschleißdaten des Brennstoffzellensystems.The invention also relates to the use of a control unit in a housing of a fuel cell system for storing operating variables that influence the service life of the fuel cell system and/or unique coding of an owner of the fuel cell system and/or service life or wear data of the fuel cell system.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention are presented in more detail below together with the description of the preferred exemplary embodiments of the invention with the aid of figures.

Ausführungsbeispieleexemplary embodiments

Es zeigt:

  • 1 eine schematische, blockbasierte Darstellung eines Brennstoffzellensystems.
It shows:
  • 1 a schematic, block-based representation of a fuel cell system.

1 zeigt schematisch ein Brennstoffzellensystem 2, welches der Einfachheit halber ohne Stoff- und Energieströme dargestellt ist. Es weist ein Gehäuse 4 auf, welches gasdicht ausgeführt ist. Ein Brennstoffzellenstapel 6 mit mehreren Brennstoffzellen 8 ist in dem Gehäuse 4 angeordnet. Beispielhaft weisen die Brennstoffzellen 8 jeweils einen Spannungsprüfanschluss 10 auf, die mit einer Steuereinheit 12 gekoppelt sind. Die Steuereinheit 12 ist dazu ausgebildet, Zellenspannungen und Zellenwiderstände zu erfassen und als Daten aufzuzeichnen. 1 shows schematically a fuel cell system 2, which for the sake of simplicity is shown without material and energy flows. It has a housing 4 which is gas-tight. A fuel cell stack 6 with a plurality of fuel cells 8 is arranged in the housing 4 . By way of example, the fuel cells 8 each have a voltage test connection 10 which is coupled to a control unit 12 . The control unit 12 is designed to detect cell voltages and cell resistances and to record them as data.

Ferner ist in dem Gehäuse 4 zwei weitere Sensoren 14 angeordnet, die jeweils mindestens eine Betriebsgröße erfassen, welche zu einer Beeinflussung der Lebensdauer des Brennstoffzellensystems 2. Dies könnte etwa eine Temperatur im Inneren des Gehäuses 4, eine Temperatur des Brennstoffzellenstapels 6, einer Gruppe von Brennstoffzellen 8 oder einzelner Brennstoffzellen 8 sein.Furthermore, two further sensors 14 are arranged in the housing 4, each of which detects at least one operating variable that influences the service life of the fuel cell system 2. This could be, for example, a temperature inside the housing 4, a temperature of the fuel cell stack 6, a group of fuel cells 8 or 8 individual fuel cells.

Die Steuereinheit 12 ist dazu ausgebildet, auf der mindestens einen Betriebsgröße basierende Daten aufzuzeichnen und die aufgezeichneten Daten nur unter Überwindung mindestens einer mechanischen und/oder elektronischen Zugangsbeschränkung wieder auszugeben, zu ändern oder zu löschen. Eine mechanische Zugangsbeschränkung ist etwa in Form des Gehäuses 4 vorgesehen. Aufgrund der Gasdichtheit kann davon ausgegangen werden, dass unsachgemäßes Öffnen zu einer Zerstörung der Brennstoffzellen 8 führen kann.The control unit 12 is designed to record data based on the at least one operating variable and to output, change or delete the recorded data only after overcoming at least one mechanical and/or electronic access restriction. A mechanical access restriction is provided in the form of the housing 4, for example. Due to the gas-tightness, it can be assumed that improper opening can lead to destruction of the fuel cells 8 .

Die Steuereinheit 12 ist beispielhaft zur Speicherung einer Vielzahl von unterschiedlichen Daten ausgebildet, die unter anderem die Anzahl von Froststarts, eine minimale und/oder maximale Temperatur während des Betriebs der Brennstoffzellen 8, kumulierte Zeitanteile unterhalb einer vorgebbaren Grenztemperatur, an denen die Brennstoffzellen 8 betrieben wurden, kumulierte Zeitanteile oberhalb einer vorgebbaren Grenztemperatur, an denen die Brennstoffzellen 8 betrieben wurden, eine minimale und/oder maximale Temperaturdifferenz zwischen den Brennstoffzellen und ihrer Umgebung während des Betriebs der Brennstoffzellen, ein minimaler und/oder maximaler Wärmestrom zwischen den Brennstoffzellen und einem Kühlmedium während des Betriebs der Brennstoffzellen, und kumulierte Zeitanteile oberhalb und/oder unterhalb eines vorgebbaren Wärmestroms oder einer vorgebbaren Temperaturdifferenz zwischen den Brennstoffzellen 8 und der Umgebung des Brennstoffzellensystems 2. Weiterhin kann die Steuereinheit 12 beispielsweise eine minimale und/oder maximale Spannung, welche während des Betriebs der Brennstoffzellen 8 erfasst wurden, kumulierte Zeitanteile, an denen eine vorgebbare Spannungsgrenze unterschritten und/oder überschritten wurde, und einen minimalen und/oder maximalen Widerstand der Brennstoffzellen 8 ermitteln und speichern. Zusätzlich könnte aus den erfassten Betriebsgrößen auch Gradienten zumindest einer der Betriebsgrößen ermittelt werden und zu der betreffenden Betriebsgröße minimale und maximale Gradienten gespeichert werden. Wärmeströme innerhalb des Brennstoffzellensystems 2 könnten durch eine entsprechende Konzeption der Steuereinheit 12 integriert werden, um eine thermische Belastung zu ermitteln und diese zu speichern.The control unit 12 is designed, for example, to store a large number of different data, including the number of frost starts, a minimum and/or maximum temperature during the operation of the fuel cells 8, cumulative time fractions below a definable limit temperature at which the fuel cells 8 were operated , cumulative time shares above a definable limit temperature at which the fuel cells 8 were operated, a minimum and/or maximum temperature difference between the fuel cells and their surroundings during the operation of the fuel cells, a minimum and/or maximum heat flow between the fuel cells and a cooling medium during the Operation of the fuel cells, and cumulative time shares above and / or below a predetermined heat flow or a predetermined temperature difference between the fuel cells 8 and the environment of the fuel cell system 2. Furthermore, the control unit t 12, for example, a minimum and/or maximum voltage that was recorded during operation of the fuel cells 8, cumulative time shares in which a predetermined voltage limit was undershot and/or exceeded, and a minimum and/or maximum resistance of the fuel cells 8 determine and store . In addition, gradients of at least one of the operating variables could also be determined from the recorded operating variables and minimum and maximum gradients could be stored for the relevant operating variable. Flows of heat within the fuel cell system 2 could be integrated by a corresponding design of the control unit 12 in order to determine a thermal load and store it.

Die Steuereinheit 12 ist ferner beispielhaft mit einer drahtlosen Schnittstelle 16 gekoppelt, die dazu ausgebildet ist, eine Datenverbindung mit der Steuereinheit 12 und einer außerhalb des Gehäuses 4 liegenden Komponente herzustellen. Die Schnittstelle 16 ist bevorzugt ausgebildet, um nur unter Verwendung eines vorgegebenen Datenschlüssels Daten auszugeben oder eine Modifikation und/oder Löschung vorzunehmen.The control unit 12 is also coupled, for example, to a wireless interface 16 which is designed to establish a data connection with the control unit 12 and a component located outside of the housing 4 . The interface 16 is preferably designed to only output data or to carry out a modification and/or deletion using a predetermined data key.

Die Steuereinheit 12 weist ferner eine eindeutige Codierung 18 eines Eigentümers des Brennstoffzellensystems 2 auf. Wird das Brennstoffzellensystem 2 bzw. ein das Brennstoffzellensystem 2 aufweisendes Fahrzeug oder ähnliches entwendet, kann diese Codierung nicht gelöscht oder manipuliert werden, was zu einem Diebstahlschutz beiträgt.The control unit 12 also has a unique code 18 for an owner of the fuel cell system 2 . If the fuel cell system 2 or a vehicle or the like having the fuel cell system 2 is stolen, this coding cannot be deleted or manipulated, which contributes to protection against theft.

Claims (10)

Brennstoffzellensystem (2), aufweisend ein Gehäuse (4) mit mindestens einer Brennstoffzelle (8) mit jeweils einem Spannungsprüfanschluss und einer in dem Gehäuse (4) angeordneten Steuereinheit (12), die mit dem Spannungsprüfanschluss (10) der mindestens einen Brennstoffzelle (8) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, Zellenspannungen und/oder Zellenwiderstände zu erfassen und als Daten aufzuzeichnen, ferner aufweisend mindestens einen Sensor (14) zum Erfassen mindestens einer Betriebsgröße, die zu einer Beeinflussung der Lebensdauer des Brennstoffzellensystems (2) führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) mit dem mindestens einen Sensor gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, auf der mindestens einen Betriebsgröße basierende Daten aufzuzeichnen und die aufgezeichneten Daten nur unter Überwindung mindestens einer mechanischen und/oder elektronischen Zugangsbeschränkung auszugeben, zu ändern oder zu löschen.Fuel cell system (2), having a housing (4) with at least one fuel cell (8), each with a voltage test connection and a control unit (12) arranged in the housing (4) which is connected to the voltage test connection (10) of the at least one fuel cell (8) is connected and is designed to detect cell voltages and/or cell resistances and to record them as data, further having at least one sensor (14) for detecting at least one operating variable that influences the service life of the fuel cell system (2), characterized in that the control unit (12) is coupled to the at least one sensor and is designed to record data based on the at least one operating variable and to output, change or delete the recorded data only by overcoming at least one mechanical and/or electronic access restriction. Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Betriebsgröße aus einer Gruppe von Betriebsgrößen ausgewählt ist, die Gruppe aufweisend: - Anzahl von Froststarts, - minimale/maximale Temperatur während des Betriebs der mindestens einen Brennstoffzelle (8), - kumulierte Zeitanteile unterhalb einer vorgebbaren Grenztemperatur, an denen die mindestens eine Brennstoffzelle (8) betrieben wurde, - kumulierte Zeitanteile oberhalb einer vorgebbaren Grenztemperatur, an denen die mindestens eine Brennstoffzelle (8) betrieben wurde, - minimale und/oder maximale Temperaturdifferenz zwischen der mindestens einen Brennstoffzelle (8) und ihrer Umgebung während des Betriebs der mindestens einen Brennstoffzelle (8), - ein minimaler und/oder maximaler Wärmestrom zwischen der mindestens einen Brennstoffzelle (8) und einem Kühlmedium während des Betriebs der mindestens einen Brennstoffzelle (8), und - kumulierte Zeitanteile oberhalb und/oder unterhalb eines vorgebbaren Wärmestroms oder einer vorgebbaren Temperaturdifferenz zwischen der mindestens einen Brennstoffzelle (8) und der Umgebung.Fuel cell system (2) after claim 1 , characterized in that the at least one operating variable is selected from a group of operating variables, the group comprising: - number of frost starts, - minimum/maximum temperature during operation of the at least one fuel cell (8), - cumulative time fractions below a predeterminable limit temperature, at which the at least one fuel cell (8) was operated, - cumulative time shares above a predeterminable limit temperature at which the at least one fuel cell (8) was operated, - minimum and/or maximum temperature difference between the at least one fuel cell (8) and its surroundings during operation of the at least one fuel cell (8), - a minimum and/or maximum heat flow between the at least one fuel cell (8) and a cooling medium during operation of the at least one fuel cell (8), and - cumulative time shares above and/or below a predeterminable heat flow or a predeterminable en temperature difference between the at least one fuel cell (8) and the environment. Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) zusätzlich dazu ausgebildet ist, zusätzliche Daten auf Basis von Betriebsgrößen aus einer Gruppe von Betriebsgrößen zu speichern, die Gruppe aufweisend: - eine minimale und/oder maximale Spannung, welche während des Betriebs der mindestens einen Brennstoffzelle (8) erfasst wurde, - kumulierte Zeitanteile, an denen eine vorgebbare Spannungsgrenze unterschritten und/oder überschritten wurde, und - einen minimalen und/oder maximalen Widerstand der Brennstoffzellen (8).Fuel cell system (2) after claim 1 or 2 , characterized in that the control unit (12) is additionally designed to store additional data based on operating variables from a group of operating variables, the group comprising: - a minimum and/or maximum voltage which occurs during operation of the at least one fuel cell (8) was recorded, - cumulative time percentages in which a predeterminable voltage limit was undershot and/or exceeded, and - a minimum and/or maximum resistance of the fuel cells (8). Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) gasdicht ist und die Steuereinheit (12) vollständig innerhalb des gasdichten Gehäuses (4) angeordnet ist.Fuel cell system (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (4) is gas-tight and the control unit (12) is arranged entirely within the gas-tight housing (4). Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu ausgebildet ist, zusätzlich zu auf den Betriebsgrößen basierenden Daten Gradienten zumindest einer der Betriebsgrößen zu ermitteln und zu der betreffenden Betriebsgröße minimale und maximale Gradienten zu speichern.Fuel cell system (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (12) is designed to determine gradients of at least one of the operating variables in addition to data based on the operating variables and to store minimum and maximum gradients for the relevant operating variable. Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die betreffenden Betriebsgrößen zu dem gesamten Brennstoffzellensystem (2) und/oder einzelnen der mindestens einen Brennstoffzelle (8) zugeordnet sind.Fuel cell system (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the relevant operating variables are assigned to the entire fuel cell system (2) and/or to individual ones of the at least one fuel cell (8). Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu ausgebildet ist, Wärmeströme innerhalb des Brennstoffzellensystems (2) zu bestimmen, um eine thermische Belastung zu ermitteln, und die thermische Belastung zu speichern.Fuel cell system (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (12) is designed to determine heat flows within the fuel cell system (2) in order to determine a thermal load and to store the thermal load. Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) eine drahtlose Schnittstelle (16) zum Übertragen von Daten aufweist, wobei die Steuereinheit (12) dazu ausgebildet ist, die Daten nur unter Verwendung eines vorgegebenen Datenschlüssels auszugeben.Fuel cell system (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (12) has a wireless interface (16) for transmitting data, the control unit (12) being designed to output the data only using a predetermined data key . Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu ausgebildet ist, eine eindeutige Codierung (18) eines Eigentümers des Brennstoffzellensystems (2) dauerhaft zu speichern.Fuel cell system (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (12) is designed to permanently store a unique code (18) of an owner of the fuel cell system (2). Verwendung einer Steuereinheit (12) in einem Gehäuse (4) eines Brennstoffzellensystems (2) zum Speichern von Betriebsgrößen, die zu einer Beeinflussung der Lebensdauer des Brennstoffzellensystems (2) führt und/oder einer eindeutigen Codierung (18) eines Eigentümers des Brennstoffzellensystems (2) und/oder von Lebensdauer- oder Verschleißdaten des Brennstoffzellensystems (2).Use of a control unit (12) in a housing (4) of a fuel cell system (2) for storing operating variables which affect the service life of the fuel cell system (2) and/or unique coding (18) for an owner of the fuel cell system (2) and/or service life or wear data of the fuel cell system (2).
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DE102014220054A1 (en) 2014-10-02 2016-04-07 Robert Bosch Gmbh A controller and method of controlling operation of an electrochemical energy storage device for an electrochemical energy storage system comprising the controller
DE102016208891A1 (en) 2016-05-23 2017-11-23 Thyssenkrupp Ag fuel cell module

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