DE102022123003A1 - Means of transport and method for determining a condition of an air filter of a fuel cell system - Google Patents

Means of transport and method for determining a condition of an air filter of a fuel cell system Download PDF

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Abstract

Es werden ein Fortbewegungsmittel (10) sowie ein Verfahren zur Ermittlung eines Zustandes eines Luftfilters (2) eines Brennstoffzellensystems (1) vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Ermitteln eines Betriebsparameters des Brennstoffzellensystems (1) und/oder Ermitteln eines Aufenthaltsortes des Brennstoffzellensystems (1) und in Abhängigkeit einer Referenz in Verbindung mit dem Betriebsparameter und/oder dem Aufenthaltsort, und Ermitteln des Zustandes des Luftfilters (2).A means of transportation (10) and a method for determining the state of an air filter (2) of a fuel cell system (1) are proposed. The method comprises the steps: determining an operating parameter of the fuel cell system (1) and/or determining a location of the fuel cell system (1) and depending on a reference in connection with the operating parameter and/or the location, and determining the state of the air filter (2) .

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Ermittlung eines Zustandes eines Luftfilters eines Brennstoffzellensystems. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Abschätzung der Luftfilter von fahrzeugbasierten Brennstoffzellensystemen, um die Wechselintervalle besser an den tatsächlichen Bedarf anpassen zu können.The present invention relates to a means of transportation and a method for determining a condition of an air filter of a fuel cell system. In particular, the present invention relates to an improved assessment of the air filters of vehicle-based fuel cell systems in order to be able to better adapt the change intervals to the actual needs.

Die Elektrifizierung des Personenindividualverkehrs schreitet derzeit rasch voran. Neben elektrochemischen Akkumulatoren werden auch Brennstoffzellen als Traktionsenergieträger verfolgt. In diesen wird Brennstoff durch Zugabe von Luftsauerstoff oxidiert und hierbei freiwerdende Energie zur Stromerzeugung verwendet. Das Ansauggas wird zum Schutz des Systems gegen Verunreinigungen durch Luftfilter gereinigt. Diese Luftfilter werden nach einer vorgegebenen Betriebszeit/Laufzeit ausgetauscht. Bei bekannten Fahrzeugen mit primärer Partikelfiltration setzten sich stärker durchströmte Bereiche des Luftfilters schneller zu, als andere Bereiche. Dies führt zu einem lokal erhöhten Druckverlust, welcher wiederum filterintern zu einem geänderten Durchströmverhalten im weniger stark zugesetzten Bereich des Luftfilters führt. Auf diese Weise wird der Luftfilter gleichmäßig genutzt und zugesetzt. Im Ergebnis wird ein erhöhter Druckverlust im Luftfilter derart gedeutet, dass der Luftfilter zu ersetzen ist. In Brennstoffzellenfahrzeugen kommen Luftfilter zum Einsatz, die Schadgase aus der angesaugten Luft herausfiltern. Hierfür wird häufig eine Aktivkohleschicht im Luftfilter vorgesehen, deren Speicherkapazität jedoch limitiert ist und welche das erforderliche Wechselintervall des Luftfilters begrenzt. Die im Luftfilter gespeicherte Menge von Schadstoffen (auch: „Ausschöpfungsgrad“) hängt mit der Menge der gefilterten Schadgase zusammen. Der Ausschöpfungsgrad eines Schadgas-Luftfilters hat hingegen keinen unmittelbaren Einfluss auf dessen Druckverlust/Strömungswiderstand. The electrification of personal transport is currently progressing rapidly. In addition to electrochemical accumulators, fuel cells are also being pursued as a traction energy source. In these, fuel is oxidized by adding atmospheric oxygen and the energy released is used to generate electricity. The intake gas is cleaned by air filters to protect the system against contamination. These air filters are replaced after a specified operating time/running time. In known vehicles with primary particle filtration, areas of the air filter through which more air flows become clogged more quickly than other areas. This leads to a locally increased pressure loss, which in turn leads to a changed flow behavior within the filter in the less clogged area of the air filter. In this way, the air filter is used and clogged evenly. As a result, an increased pressure loss in the air filter is interpreted as meaning that the air filter needs to be replaced. Fuel cell vehicles use air filters that filter out harmful gases from the air sucked in. For this purpose, an activated carbon layer is often provided in the air filter, but its storage capacity is limited and this limits the required change interval of the air filter. The amount of pollutants stored in the air filter (also: “degree of exhaustion”) depends on the amount of harmful gases filtered. The degree of exhaustion of a harmful gas air filter, however, has no direct influence on its pressure loss/flow resistance.

Somit kann über einen Druckverlust nicht zwingend auf die Schadgasbelastung des Luftfilters geschlossen werden. Ein festes Wechselintervall muss den worstcase berücksichtigen (höchste Luftverschmutzung, höchste Luftdurchsätze). So würden Luftfilter bei normaler Belastung allgemein zu früh getauscht.This means that a pressure loss cannot necessarily be used to determine whether the air filter is polluted by harmful gases. A fixed change interval must take the worst case into account (highest air pollution, highest air flow rates). Air filters are generally replaced too early under normal load.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik zu beheben und die Wechselintervalle von Luftfiltern praxisgerechter zu gestalten.It is an object of the present invention to eliminate the above-mentioned disadvantages of the prior art and to make the change intervals of air filters more practical.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs sowie durch ein Fortbewegungsmittel mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 11 gelöst. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.The aforementioned object is achieved according to the invention by a method with the features of the independent claim and by a means of transport with the features of independent claim 11. The subclaims relate to preferred developments of the invention.

Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Kerngedanken, dass die Luftverschmutzung bzw. Schadgasbelastung nicht an sämtlichen Einsatzorten eines Brennstoffzellensystems bzw. eines Luftfilters identisch ist. In Kenntnis des Luftverschmutzungsgrades im Bereich des Brennstoffzellensystems könnte daher eine Schadgasbelastung des Luftfilters abgeschätzt und erst nach Erreichen einer vordefinierten Schadgasbelastung eine Wechselaufforderung bezüglich des Luftfilters ausgegeben werden. Sofern das Brennstoffzellensystem in einem Fortbewegungsmittel eingesetzt wird, kann anhand der im Fortbewegungsmittel verbauten Sensorik (z.B. Luftmassenmesser) die Luftmenge abgeschätzt werden, welche durch den Filter geströmt ist. Diese Information kann mit der lokalen Luftverschmutzung kombiniert und die resultierende Verschmutzung des Luftfilters kumuliert werden. So kann die Menge der Schadgase, die gefiltert und gespeichert wurde, über der Zeit und/oder über der Wegstrecke und/oder über der Betriebsdauer integriert werden, um den Ausschöpfungsgrad des Luftfilters abzuschätzen. Für die lokale Luftverschmutzung kann eine „Luftverschmutzungslandkarte“ hinterlegt werden. Alternativ kann online auf aktuelle Messdaten zurückgegriffen werden, wie sie beispielsweise unter der Adresse https://agicn.org/city/ bzw. in einem Mehr-Ebenen-Prinzip zunächst auf aktuelle Luftverschmutzungsdaten zurückgegriffen werden und im Falle einer Nichtverfügbarkeit derselben auf historische Schadstoffbelastungsdatenbanken für die Betriebsorte bzw. den Betriebsort des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems zurückgegriffen werden. The present invention is based on the core idea that air pollution or harmful gas pollution is not identical at all locations where a fuel cell system or air filter is used. Knowing the degree of air pollution in the area of the fuel cell system, a harmful gas load on the air filter could therefore be estimated and a request to change the air filter could only be issued after a predefined harmful gas load has been reached. If the fuel cell system is used in a means of transport, the amount of air that has flowed through the filter can be estimated using the sensors installed in the means of transport (e.g. air mass meter). This information can be combined with local air pollution and the resulting contamination of the air filter can be accumulated. In this way, the amount of harmful gases that have been filtered and stored can be integrated over time and/or over the distance and/or over the operating time in order to estimate the degree of utilization of the air filter. An “air pollution map” can be stored for local air pollution. Alternatively, current measurement data can be accessed online, for example at the address https://agicn.org/city/ or, in a multi-level principle, current air pollution data can be accessed first and, if the same is not available, historical pollutant pollution databases can be accessed the operating locations or the operating location of the fuel cell system according to the invention can be used.

Selbstverständlich kann zudem weiterhin eine maximale Betriebsdauer/Einsatzdauer des Luftfilters festgelegt und nach deren Ablauf ein Signal an einen Anwender ausgegeben werden.Of course, a maximum operating time/duration of use of the air filter can also be set and, after this, a signal can be issued to a user.

Anders ausgedrückt wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Zustandes eines Luftfilters eines Brennstoffzellensystems vorgeschlagen. Das Brennstoffzellensystem kann eingerichtet sein, Traktionsenergie oder anderweitig zu verwendende elektrische Energie bereitzustellen. In einem ersten Schritt wird ein Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems ermittelt. Hierbei kann beispielsweise die durch das Brennstoffzellensystem geförderte Luftmenge und/oder ein Lastzustand und/oder eine vom Brennstoffzellensystem abgegebene elektrische Energie o.ä. gemessen werden. Hierzu können entsprechende Sensoren Anwendung finden, welche die Betriebsparameter in Datenform bereitstellen können. Alternativ oder zusätzlich zum vorgenannten Schritt wird ein Aufenthaltsort des Brennstoffzellensystems bzw. des Luftfilters ermittelt. Der Aufenthaltsort kann beispielsweise eine geografische Position des Brennstoffzellensystems sein. Diese kann satellitenbasiert und/oder vermittelt durch eine terrestrische Drahtloskommunikationsinfrastruktur ermittelt werden. Der Aufenthaltsort ist insbesondere dann von Relevanz für die Ermittlung des Zustandes des Luftfilters, wenn spezifische Informationen zur Schadgasbelastung bzw. Luftverschmutzung verfügbar sind. Diese können ebenso wie Vergleichsdaten für die Betriebsparameter in einer Referenz enthalten sein, welche in Verbindung mit den Betriebsparametem und/oder dem Aufenthaltsort zur Ermittlung des Zustandes des Luftfilters verwendet werden kann. Bevorzugt werden sowohl der Betriebsparameter oder mehrere Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems als auch der Aufenthaltsort des Brennstoffzellensystems, insbesondere des Luftfilters, festgestellt und in Abhängigkeit der Referenz die vermutlich im Luftfilter kumulierte Schadstoffmenge ermittelt. Wird eine für den gegebenen Luftfilter vordefinierte Gesamtschadgasmenge/Schadstoffmenge ermittelt, kann der Luftfilter als „verbraucht“ bzw. „zu ersetzen“ datentechnisch gekennzeichnet werden. Hierzu kann ein Signal an einen Anwender des Brennstoffzellensystems ausgegeben werden und/oder ein Internet vermittelt gesendetes Signal an eine entfernte Instanz (z.B. eine Werkstatt, einen Server, o.ä.) gesendet werden. Somit kann das tatsächlich bestehende Luftfiltervermögen des Luftfilters besser ausgenutzt und ein vorzeitiger Austausch des Luftfilters vermieden werden.In other words, a method for determining a state of an air filter of a fuel cell system is proposed. The fuel cell system can be set up to provide traction energy or electrical energy to be used elsewhere. In a first step, an operating parameter of the fuel cell system is determined. Here, for example, the amount of air conveyed by the fuel cell system and/or a load condition and/or electrical energy released by the fuel cell system or similar can be measured. For this purpose, appropriate sensors can be used, which can provide the operating parameters in data form. Alternatively or in addition to the above In the third step, the location of the fuel cell system or the air filter is determined. The location can be, for example, a geographical position of the fuel cell system. This can be determined satellite-based and/or mediated by a terrestrial wireless communication infrastructure. The location is particularly relevant for determining the condition of the air filter if specific information on harmful gases or air pollution is available. These, as well as comparison data for the operating parameters, can be contained in a reference, which can be used in conjunction with the operating parameters and/or the location to determine the condition of the air filter. Preferably, both the operating parameter or several operating parameters of the fuel cell system and the location of the fuel cell system, in particular of the air filter, are determined and, depending on the reference, the amount of pollutants presumably accumulated in the air filter is determined. If a predefined total quantity of harmful gases/pollutants is determined for the given air filter, the air filter can be marked as “used” or “to be replaced” for data purposes. For this purpose, a signal can be output to a user of the fuel cell system and/or a signal sent over the Internet can be sent to a remote entity (e.g. a workshop, a server, etc.). This means that the actual air filter capacity of the air filter can be better utilized and premature replacement of the air filter can be avoided.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.

Die Referenz kann beispielsweise eine geografische Karte umfassend Luftverschmutzungsdaten und/oder Schadgasdaten umfassen. Diese kann entsprechend einer Navigationskarte ausgestaltet sein. Zudem können in einer Karte für Navigationssysteme Informationen hinterlegt bzw. assoziiert werden, welche Rückschlüsse auf die Luftverschmutzung an den in der Karte enthaltenen Orten geben. Die Luftverschmutzungsdaten können beispielsweise als Bereiche oder Streckenabschnitte, auf welchen Fahrzeuge fahren können, gekennzeichnet sein. Aus diesen Informationen kann das erfindungsgemäße Verfahren die beim Durchfahren der Bereiche bzw. beim Passieren der vordefinierten Punkte (z.B. point of interest, POI) anfallende Luftverschmutzung im Luftfilter ermittelt und aufgezeichnet werden.The reference can, for example, include a geographical map comprising air pollution data and/or harmful gas data. This can be designed according to a navigation map. In addition, information can be stored or associated in a map for navigation systems, which provides conclusions about air pollution in the locations contained in the map. The air pollution data can, for example, be marked as areas or sections of route on which vehicles can drive. From this information, the method according to the invention can determine and record the air pollution occurring in the air filter when driving through the areas or when passing the predefined points (e.g. point of interest, POI).

Besonders exakte Werte können für das erfindungsgemäße Verfahren von Messstationen erhalten werden, welche Echtzeitdaten über die für den Luftfilter relevanten Schadstoffe ermitteln. Beispielsweise können die Daten über eine Drahtlosdatenverbindung, insbesondere internetvermittelt, abgerufen werden. Jedoch müssen hierzu keine Echtzeitdaten vorliegen. Vielmehr kann es in erster Näherung ausreichend sein, die Luftverschmutzungsdaten eines früheren, den aktuellen Zeitpunkt entsprechenden, Zeitpunkt zugrunde zu legen. Dies kann beispielsweise der gleiche Wochentag innerhalb eines gleichen Monats bei entsprechender Verkehrsbelastung und entsprechender Wetterlage sein. Zumindest die Tageszeit kann nach Werktag oder Feiertag/Sonntag sortiert Aufschluss darüber geben, wie viel Verkehr und Schadstoffbelastung auf einer durch das Brennstoffzellensystem bereisten Straße vermutlich anfallen.Particularly precise values can be obtained for the method according to the invention from measuring stations which determine real-time data about the pollutants relevant to the air filter. For example, the data can be accessed via a wireless data connection, in particular via the Internet. However, real-time data does not have to be available for this. Rather, as a first approximation, it may be sufficient to use air pollution data from an earlier point in time corresponding to the current point in time. This can, for example, be the same day of the week within the same month with the corresponding traffic volume and weather conditions. At least the time of day, sorted by working day or holiday/Sunday, can provide information about how much traffic and pollution is likely to occur on a road traveled by the fuel cell system.

Der Betriebsparameter kann beispielsweise mittels eines Luftmengenmessers des Brennstoffzellensystems und/oder mittels eines Drehzahlmessers eines Turboverdichters des Brennstoffzellensystems ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Lastzustandsindikator bzw. ein Strom-/Spannungs-/ und/oder Leistungsmesser des Brennstoffzellensystems die elektrischen Ausgangsgrößen des Brennstoffzellensystems als Betriebsparameter melden und der Luftdurchsatz anhand dessen abgeschätzt werden. In ähnlicher Weise kann alternativ oder zusätzlich ein Drehzahlmesser eines Verdichters des Brennstoffzellensystems und/oder eines Elektromotors, welcher durch das Brennstoffzellensystem mit elektrischer Energie versorgt wird undloder eines Brennstoffmengenmessers die mutmaßliche Luftdurchsatzmenge kumuliert und somit der Betriebsparameter ermittelt werden. Hierbei kann ohne Kenntnisse zum aktuellen Verschmutzungsgrad der angesaugten Luft ein Durchschnittswert für die Luftverschmutzung angenommen werden. Insbesondere kann hierbei ein lokal dem Brennstoffzellensystem zugeordneter Datenspeicher zugegriffen werden, in welchem bisherige Fahrten/Verwendungsszenarien des Brennstoffzellensystems aufgezeichnet sind. Sofern in dieser Historie auch Informationen zu ermittelten Verschmutzungsmengen hinterlegt sind, kann bei hinreichender Korrelation der Fahrtzwecke/Einsatzszenarien auch für den aktuellen Anwendungsfall der vormals ermittelte Schadstoffeintrag in den Luftfilter angenommen werden. Auch hierbei können insbesondere Tageszeit, Werktag/Feiertag/Sonntag, Jahreszeit, Außentemperatur, Wetterlage, etc., berücksichtigt werden, so dass nur bei hinreichender Korrelation mit dem aktuellen Einsatzzweck anstatt aktuell ermittelter Luftverschmutzungsdaten die in der Historie hinterlegten Daten verwendet werden.The operating parameter can be determined, for example, by means of an air flow meter of the fuel cell system and/or by means of a tachometer of a turbo compressor of the fuel cell system. Alternatively or additionally, a load status indicator or a current/voltage/and/or power meter of the fuel cell system can report the electrical output variables of the fuel cell system as operating parameters and the air throughput can be estimated based on this. In a similar way, alternatively or additionally, a tachometer of a compressor of the fuel cell system and/or an electric motor which is supplied with electrical energy by the fuel cell system and/or a fuel quantity meter can cumulate the presumed air flow rate and thus determine the operating parameter. An average value for air pollution can be assumed without knowledge of the current degree of pollution of the air sucked in. In particular, a data memory that is locally assigned to the fuel cell system and in which previous trips/usage scenarios of the fuel cell system are recorded can be accessed. If information on determined amounts of pollution is also stored in this history, the previously determined pollutant input into the air filter can also be assumed for the current application if there is sufficient correlation between the travel purposes/application scenarios. Here too, time of day, working day/holiday/Sunday, season, outside temperature, weather conditions, etc. can be taken into account, so that the data stored in the history is only used instead of currently determined air pollution data if there is sufficient correlation with the current purpose.

Selbstverständlich kann das Verfahren zyklisch, insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen und/oder beim Eintreten vordefinierter Ereignisse und/oder dauerhaft ausgeführt werden, wodurch der Zustand des Luftfilters hierbei laufend aktualisiert wird. Mit anderen Worten wird zumindest beim Betrieb des Brennstoffzellensystems laufend eine Aktualisierung des Zustandes des Luftfilters bezüglich der enthaltenen Gase vorgenommen, um rechtzeitig einen Austausch des Luftfilters aktivieren zu können. Hierzu kann beispielsweise ein Signal an einen Anwender des Brennstoffzellensystems ausgegeben werden. Bei Verwendung in einem Fortbewegungsmittel kann auf einem Display (beispielsweise Kombiinstrument und/oder CID, zentrales Informationsdisplay) ein Hinweis an den Anwender ergehen. Selbstverständlich kann eine solche Meldung durch akustische und/oder haptische Hinweise begleitet/flankiert werden.Of course, the method can be carried out cyclically, in particular at regular intervals and/or when predefined events occur and/or permanently, whereby the state of the air filter is continuously updated. In other words, at least when During operation of the fuel cell system, the status of the air filter is continuously updated with regard to the gases it contains in order to be able to activate a replacement of the air filter in a timely manner. For this purpose, for example, a signal can be output to a user of the fuel cell system. When used in a means of transportation, a message can be sent to the user on a display (e.g. instrument cluster and/or CID, central information display). Of course, such a message can be accompanied/flanked by acoustic and/or haptic indications.

Sofern das Brennstoffzellensystem für den mobilen Einsatz vorgesehen ist, kann eine bevorstehende Route (beispielsweise in Abhängigkeit eines Navigationsvorhabens) vordefiniert werden und in Abhängigkeit der Route eine Datenbank für den Abruf lokaler Luftverschmutzungsdaten/Schadgasbelastungsdaten zu den Positionen auf der Route kontaktiert werden. Insbesondere kann hierbei berücksichtigt werden, zu welchen Zeitpunkten die auf der Route gelegenen Positionen erreicht werden und die prognostizierten und/oder tatsächlichen Datenverläufe der Bewegung auf der Route in Verbindung mit dem dort vorherrschenden Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems für die Ermittlung der Filterverschmutzung verwendet werden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass Funklöcher bzw. bei mobilen Einsatz nicht verfügbare Informationen eine Filterverschmutzungserm ittl u ng vereiteln.If the fuel cell system is intended for mobile use, an upcoming route can be predefined (for example depending on a navigation project) and, depending on the route, a database can be contacted to retrieve local air pollution data/pollutant gas pollution data for the positions on the route. In particular, it can be taken into account at which times the positions on the route are reached and the predicted and/or actual data curves of the movement on the route in conjunction with the operating parameter of the fuel cell system prevailing there are used to determine the filter contamination. In this way, it can be avoided that dead spots or information that is not available in mobile use prevents a filter contamination determination.

Der Luftfilter kann insbesondere einen Kohlefilter, äußerst bevorzugt einen Aktivkohlefilter, umfassen. Dies schließt nicht aus, dass der Luftfilter weitere (Teil-)Filter und/oder Membranen aufweisen kann, welche in klassischer Weise durch Partikel zugesetzt werden. Insbesondere die Kohle im Luftfilter kann jedoch mit Schadgasen gefüllt werden, ohne dass sich der Strömungswiderstand des Luftfilters an dieser Stelle messbar ändert. Da die Kapazität des Luftfilters im Bereich der Kohle jedoch begrenzt ist, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein vorzeitiger Wechsel des Luftfilters vermieden und ein rechtzeitiger Wechsel des Luftfilters gewährleistet werden.The air filter can in particular comprise a carbon filter, most preferably an activated carbon filter. This does not exclude the possibility that the air filter may have additional (partial) filters and/or membranes, which are classically added by particles. However, the carbon in the air filter in particular can be filled with harmful gases without the flow resistance of the air filter changing measurably at this point. However, since the capacity of the air filter in the area of the coal is limited, the method according to the invention can prevent premature changing of the air filter and ensure that the air filter is changed in a timely manner.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches als PKW, Transporter, Motorrad, LKW, Luft- und/oder Wasserfahrzeug ausgestaltet sein kann. Es ist imstande, ein Verfahren gemäß dem o.g. ersten Aspekt der Erfindung auszuführen und somit dieselben Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwirklichen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sei daher auf die obigen Ausführungen verwiesen.According to a second aspect of the present invention, a means of transport is proposed, which can be designed as a car, transporter, motorcycle, truck, aircraft and/or watercraft. It is capable of carrying out a method according to the above-mentioned first aspect of the invention and thus realizing the same features, combinations of features and advantages of the method according to the invention. To avoid repetition, please refer to the above statements.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Übersichtsdarstellung eines Navigationsvorhabens eines mit einem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Fortbewegungsmittels; und
  • 2 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Zustandes eines Luftfilters eines Brennstoffzellensystems.
Further details, features and advantages of the invention result from the following description and the figures. Show it:
  • 1 a schematic overview representation of a navigation project of a means of transport equipped with a fuel cell system; and
  • 2 a flowchart illustrating steps of an exemplary embodiment of a method according to the invention for determining a state of an air filter of a fuel cell system.

1 zeigt einen PKW als Fortbewegungsmittel 10, welches ein Brennstoffzellensystem 1 mit einer Brennstoffzelle 3 und einem Luftfilter 2 aufweist. Das Brennstoffzellensystem 1 ist imstande, elektrische Energie an eine Traktionsmaschine 4 zu liefern. Betriebskenngrößen der Traktionsmaschine 4, der Brennstoffzelle 3 sowie des Luftfilters 2 werden in einem lokalen Datenspeicher 6 im Fortbewegungsmittel 10 gespeichert. In dem Falle, dass die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu dem Ergebnis geführt hat, dass der Luftfilter 2 auszutauschen ist, kann auf einem zentralen Informationsdisplay 5 ein entsprechender Hinweis an den Anwender ergehen. Mittels einer Antenne 13 kann das Fortbewegungsmittel 10 die eigene Position mithilfe von geostationären Satelliten 8 ermitteln. Zudem können Internetvermittelt die Daten von Luftmessstationen 7 in einer mit Smog 11 belasteten Großstadt 9 und in einer ländlichen Umgebung 14 entlang der Route auf einer Straße 12 ermittelt werden. Sofern die Datenübertragung beim Durchfahren der ländlichen Umgebung 14 bzw. der Großstadt 9 möglich ist, können jeweils aktuelle Luftmessdaten in Verbindung mit dem jeweiligen Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems 1 für die Ermittlung der Verschmutzung des Luftfilters 2 zugrunde gelegt werden. Andernfalls können bestmöglich einer aktuellen Betriebssituation entsprechende aufgezeichnete Daten bezüglich der jeweiligen Umgebungsluftverschmutzung verwendet werden, um die Restkapazität des Aktivkohleeinsatzes innerhalb des Luftfilters 2 zu ermitteln. 1 shows a car as a means of transport 10, which has a fuel cell system 1 with a fuel cell 3 and an air filter 2. The fuel cell system 1 is capable of supplying electrical energy to a traction machine 4. Operating parameters of the traction machine 4, the fuel cell 3 and the air filter 2 are stored in a local data memory 6 in the means of transport 10. In the event that the execution of the method according to the invention has led to the result that the air filter 2 needs to be replaced, a corresponding message can be sent to the user on a central information display 5. Using an antenna 13, the means of transport 10 can determine its own position using geostationary satellites 8. In addition, the data from air measuring stations 7 in a large city 9 polluted with smog 11 and in a rural area 14 along the route on a road 12 can be determined via the Internet. If data transmission is possible when driving through the rural area 14 or the big city 9, current air measurement data in conjunction with the respective operating parameter of the fuel cell system 1 can be used as a basis for determining the contamination of the air filter 2. Otherwise, recorded data relating to the respective ambient air pollution corresponding to a current operating situation can best be used to determine the remaining capacity of the activated carbon insert within the air filter 2.

2 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Zustandes des Luftfilters eines Brennstoffzellensystems. In Schritt 100 wird ein Navigationsvorhaben eines mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Fortbewegungsmittels vordefiniert. Hierbei wird eine Route und ein gewünschter Ankunftszeitpunkt durch einen Anwender ausgewählt. Nach dem Start des Navigationsvorhabens werden in Schritt 200 lokale Luftverschmutzungsdaten zu den Positionen auf der Route abgerufen. Diese können aktuelle Messdaten darstellen oder historische Daten sein, welche zu korrespondierenden Zeitpunkten und Umgebungsbedingungen früher ermittelt worden sind. In Schritt 300 wird ein Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems mittels eines Luftmengenmessers ermittelt. Mit anderen Worten wird eine Information darüber als Betriebsparameter ermittelt, wieviel Luft pro Zeiteinheit durch den Luftfilter strömt. Zusätzlich wird in Schritt 400 ein Aufenthaltsort des Brennstoffzellensystems mittels eines satellitenbasierten Ortungssystems ermittelt. In Abhängigkeit einer datentechnisch vordefinierten Referenz wird in Verbindung mit dem Betriebsparameter und dem Aufenthaltsort in Schritt 500 ein Zustand des Luftfilters ermittelt bzw. der mit der Zeit voranschreitende Verschmutzungsgrad des Luftfilters abgespeichert und laufend aktualisiert. 2 shows steps of an exemplary embodiment of a method according to the invention for determining a state of the air filter of a fuel cell system. In step 100, a navigation plan for a means of transportation equipped with the fuel cell system is predefined. Here, a route and a desired arrival time are selected by a user. After starting the navigation project, local air pollution data for the positions on the route are retrieved in step 200. These can represent current measurement data or historical data that can be cor corresponding times and environmental conditions were determined earlier. In step 300, an operating parameter of the fuel cell system is determined using an air flow meter. In other words, information is determined as an operating parameter about how much air flows through the air filter per unit of time. Additionally, in step 400, a location of the fuel cell system is determined using a satellite-based positioning system. Depending on a data-technically predefined reference, a state of the air filter is determined in connection with the operating parameter and the location in step 500 or the degree of contamination of the air filter, which progresses over time, is stored and continuously updated.

Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren eine vorzeitige Wartung des Luftfilters vermeiden bzw. einen rechtzeitigen Austausch des Luftfilters gewährleisten. Auf diese Weise werden für den Fahrzeuganwender Kostenvorteile und Materialersparnis erzielt. Die Filter müssen nicht mehr nach einem vorgegebenen Zeitintervall getauscht werden; es kann die Kapazitätsgrenze des Aktivkohleeinsatzes vollständig ausgekostet werden.The method according to the invention can thus avoid premature maintenance of the air filter or ensure a timely replacement of the air filter. In this way, cost advantages and material savings are achieved for the vehicle user. The filters no longer have to be replaced after a specified time interval; The capacity limit of the use of activated carbon can be fully utilized.

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

11
BrennstoffzellensystemFuel cell system
22
LuftfilterAir filter
33
BrennstoffzelleFuel cell
44
TraktionsmaschineTraction machine
55
zentrales Informationsdisplaycentral information display
66
DatenspeicherData storage
77
LuftmessstationAir measuring station
88th
SatellitenSatellites
99
GroßstadtBig city
1010
FortbewegungsmittelMeans of transportation
1111
SmogSmog
1212
StraßeStreet
1313
Antenneantenna
1414
ländliche Umgebungrural environment
100 bis 500100 to 500
VerfahrensschritteProcedural steps

Claims (11)

Verfahren zur Ermittlung eines Zustandes eines Luftfilters (2) eines Brennstoffzellensystems (1) umfassend die Schritte: • Ermitteln (300) eines Betriebsparameters des Brennstoffzellensystems (1) und/oder • Ermitteln (400) eines Aufenthaltsortes des Brennstoffzellensystems (1) und in Abhängigkeit einer Referenz in Verbindung mit dem Betriebsparameter und/oder dem Aufenthaltsort • Ermitteln (500) des Zustandes des Luftfilters (2).Method for determining a state of an air filter (2) of a fuel cell system (1) comprising the steps: • Determining (300) an operating parameter of the fuel cell system (1) and/or • Determining (400) a location of the fuel cell system (1) and depending on a reference in connection with the operating parameter and/or the location • Determine (500) the condition of the air filter (2). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Referenz eine geografische Karte umfassend Luftverschmutzungsdaten, insbesondere Schadgasdaten, umfasst.Procedure according to Claim 1 , wherein the reference comprises a geographical map comprising air pollution data, in particular harmful gas data. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Referenz mittels einer Datenverbindung, insbesondere internetvermittelt, von einer entfernten Messstation (7) abgerufen wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the reference is retrieved from a remote measuring station (7) by means of a data connection, in particular via the Internet. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Betriebsparameter mittels eines - Luftmengenmessers und/oder - Lastzustandsindikators und/oder - Drehzahlmessers und/oder - Brennstoffmengenmessers ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the operating parameter is determined by means of a - Air flow meter and/or - Load status indicator and/or - Tachometer and/or - Fuel quantity meter is determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der ermittelte Zustand des Luftfilters (2) in einen digitalen, lokalen oder intemetvermittelt zugeordneten Datenspeicher (6) geschrieben wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the determined state of the air filter (2) is written into a digital, local or Internet-switched data memory (6). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren mehrfach, insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen und/oder ereignisbasiert ausgeführt wird und der Zustand des Luftfilters (2) hierbei laufend aktualisiert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the method is carried out several times, in particular at regular time intervals and/or event-based, and the state of the air filter (2) is continuously updated. Verfahren nach Anspruch 6, wobei im Ansprechen auf einen vordefinierten Zustand des Luftfilters (2) eine Meldung an einen Anwender des Brennstoffzellensystems (1) ausgegeben wird.Procedure according to Claim 6 , wherein in response to a predefined state of the air filter (2), a message is output to a user of the fuel cell system (1). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend: - Vordefinieren (100) einer Route, auf welcher das Brennstoffzellensystem verwendet werden soll, und in Abhängigkeit der Route, - Abrufen (200) lokaler Luftverschmutzungsdaten zu Positionen auf der Route,Method according to one of the preceding claims, further comprising: - predefining (100) a route on which the fuel cell system is to be used, and depending on the route, - Retrieve (200) local air pollution data for locations on the route, Verfahren nach Anspruch 8 weiter umfassend - Ermitteln eines geplanten Zeitverlaufes auf der Route, und in Abhängigkeit des Zeitverlaufes - Abrufen dem Zeitverlauf entsprechender Luftverschmutzungsdaten zu Positionen auf der Route.Procedure according to Claim 8 further comprehensive - determining a planned time course on the route, and depending on the time course - retrieving air pollution data corresponding to the time course for positions on the route. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Luftfilter einen Kohlefilter, insbesondere einen Aktivkohlefilter, umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the air filter comprises a carbon filter, in particular an activated carbon filter. Fortbewegungsmittel (10) welches eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.Means of transport (10) which is set up to carry out a method according to one of the preceding claims.
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