DE102022205570A1 - Verfahren zum Prüfen von Massenstromsensoren stromaufwärts oder stromabwärts eines Verdichters eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

Verfahren zum Prüfen von Massenstromsensoren stromaufwärts oder stromabwärts eines Verdichters eines Brennstoffzellensystems Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Prüfen von Massenstromsensoren stromaufwärts oder stromabwärts eines Verdichters eines Brennstoffzellensystems vorgeschlagen , aufweisend die Schritte des Antreibens des Verdichters zum Einnehmen einer vorgegebenen Drehzahl, , des Variierens eines aus dem Verdichter austretenden Massenstroms und des Druckverhältnisses durch Änderung des Strömungsquerschnitts im Strömungspfad vor/nach Verdichter, um zumindest zwei unterschiedliche Massenstromwerte bei gleichem Druckverhältnis und gleicher Drehzahl mittels mindestens eines Massenstromsensors zu ermitteln, des Vergleichens der zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte und/oder daraus abgeleiteter Größen mit vorbestimmten Referenzmassenstromwerten und/oder daraus abgeleiteten Referenzgrößen, und des Bewertens, ob die zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte plausibel sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Massenstromsensoren stromaufwärts oder stromabwärts eines Verdichters eines Brennstoffzellensystems sowie ein Brennstoffzellensystem.
  • Stand der Technik
  • Bei Fahrzeugen, in denen zumindest ein Teil einer für einen elektrischen Antrieb erforderlichen elektrischen Leistung durch ein Brennstoffzellensystem bereitgestellt wird, werden üblicherweise Verdichter zum Verdichten und Zuführen von Umgebungsluft an das Brennstoffzellensystem integriert. Für die Regelung des Brennstoffzellensystems ist es wichtig, den bereitgestellten Luftmassenstrom möglichst zuverlässig und möglichst genau zu kennen. Dies ist insbesondere auch für die Gewährleistung des optimalen Betriebs des Brennstoffzellenstapels notwendig. In einem Brennstoffzellensystem sind üblicherweise viele weitere Systemfunktionen und Regelungen und spezielle Betriebszustände vorgesehen, für die der Luftmassenstrom eine essentielle Größe ist, wie etwa eine Regelung des Luftverdichtungssystems, eine Diagnose des Brennstoffzellenstapels, eine Verdünnung des Purgegases, eine Regelung eines Turboladers, das Durchführen eines Gefrierstarts und dergleichen.
  • Nach dem Stand der Technik wird deshalb der Luftmassenstrom nicht nur modelliert, sondern mindestens ein bzw. auch mehrere Luftmassensensoren eingesetzt. Diese sind insbesondere Sensoren, die nach dem HFM-Prinzip (nur im Niederdruckbereich, z.B. im Saugbereich des Verdichters) und/oder dem PFM-Prinzip (auch im Hochdruckbereich bzw. vor dem Brennstoffzellenstapel) arbeiten. Allerdings nehmen insbesondere im kleinen Massenstrom-Bereich die Ungenauigkeiten dieser Sensoren zu, insbesondere bei Sensoren, die auf dem PFM-Prinzip basieren. Der kleine Massenstrom-Bereich ist jedoch relevant für den Betrieb des Brennstoffzellenstapels, um ein ausreichendes Wassermanagement zu ermöglichen und damit eine Effizienz des Gesamtsystems zu erhalten.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Prüfen von Massenstromsensoren stromaufwärts oder stromabwärts eines Verdichters eines Brennstoffzellensystems vorzuschlagen, mit dem insbesondere Kenntnis erlangt wird, ob gemessene Massenströme im niedrigen Bereich plausibel sind.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
  • Es wird ein Verfahren zum Prüfen von Massenstromsensoren stromaufwärts oder stromabwärts eines Verdichters eines Brennstoffzellensystems vorgeschlagen , aufweisend die Schritte des Antreibens des Verdichters zum Einnehmen einer vorgegebenen Drehzahl, des Einstellens eines vorgegebenen Druckverhältnisses über dem Verdichter, des Variierens eines aus dem Verdichter austretenden Massenstroms, um zumindest zwei unterschiedliche Massenstromwerte bei gleichem Druckverhältnis und gleicher Drehzahl mittels mindestens eines Massenstromsensors zu ermitteln, des Vergleichens der zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte und/oder daraus abgeleiteter Größen mit vorbestimmten Referenzmassenstromwerten und/oder daraus abgeleiteten Referenzgrößen, und des Bewertens, ob die zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte plausibel sind.
  • Der Verdichter könnte insbesondere ein elektrisch betriebener Verdichter sein, der mit einem Elektromotor gekoppelt ist, der wiederum eine Motorsteuereinheit mit einem Wechselrichter oder dergleichen umfassen könnte. Die Motorsteuereinheit könnte dazu ausgebildet sein, den Motor und folglich ein damit gekoppeltes Verdichterlaufrad präzise mit einer bestimmten Drehzahl anzutreiben.
  • Über einen Durchlauf des Verfahrens bleibt die Drehzahl gleich. Ziel ist durch Variieren des Strömungsquerschnitts - durch Aktuieren von Ventilen und/oder Drosselklappen - den Zusammenhang zwischen dem Druckverhältnis und dem Massenstrom bei einer konstanten Drehzahl zu ermitteln, insbesondere die mindestens zwei Massenstrom-Messpunkte die ein bestimmtes Druckverhältnis aufweisen. Dies kann zeitlich direkt erfolgen oder es kann eine gesamte Kurve bzw. Charakteristik aufgezeichnet werden und danach die Massenstrom-Punkte ermittelt werden, die ein bestimmtes Druckverhältnis aufweisen.
  • Die Drehzahl kann insbesondere genau eingeregelt werden. Bei einer eingestellten, konstanten Drehzahl kann durch Änderung eines Strömungsquerschnitts stromaufwärts oder stromabwärts des Verdichters das Druckverhältnis und der Massenstrom beeinflusst werden. Die der Drehzahl zugeordnete Kurve im Betriebsfeld des Verdichters kann in einer oder in zwei Richtungen durchlaufen werden, wobei jedoch zeitliche Haltepunkte an den entsprechenden Stellen vorgesehen sind. Die Plausibilisierung kann dabei periodisch und/oder nach Bedarf, etwa bei einem bestimmten Lastprofil und/oder nach Fehlerdetektion durchgeführt werden.
  • Wie vorangehend erläutert, können insbesondere beim Messen niedriger Massenströme Fehler entstehen bzw. große Toleranzen oder Drift durch Alterung entstehen. Die Kombination aus diesen zumindest zwei verschiedenen Massenstromwerten kann zur Bewertung ihrer Plausibilität verwendet werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich ein von dem Verdichter geförderter Massenstrom mit der Lebenszeit des Verdichters nicht ändert. Aus der Zusammenschau der mindestens zwei gemessenen Massenstromwerte müsste sich folglich über die Lebenszeit des Verdichters stets ein gleichbleibendes Verhältnis zueinander ergeben. Da ein Messwertdrift insbesondere bei niedrigen Massenstromwerten zu erwarten ist, kann dessen Plausibilität insbesondere aus Sicht des höheren der zumindest zwei Massenstromwerte auf Basis eines vorbekannten Verhaltens des Verdichters bewertet werden.
  • Referenzdaten könnten aus unterschiedlichen Quellen stammen und dabei sowohl durch eine Bandende-Kalibrierung (direkt nach der Fertigung) oder Life-Time-Daten ermittelt werden. Eine Bandende-Kalibrierung ist besonders vorzuziehen, da diese viele Bauteilstreuungen im Neuzustand eliminieren kann und eine Referenz für den Betrieb über die Lebenszeit bilden kann. Die entsprechenden Ergebnisdaten, etwa das Druckverhältnis, die vorgegebene Drehzahl, einzelne Massenstromwerte und abgeleitete Kenngrößen könnten in einer Steuereinheit, in einem entfernten und über eine Datenverbindung zugänglichen Speicher etc. gespeichert werden. Der mindestens eine Massenstromsensor kann folglich entsprechend durch Anwendung eines Korrekturfaktors oder dergleichen in einer Steuerungsanwendung auf diese Referenzwerte korrigiert werden. Als Referenzdaten können auch die Daten der wiederkehrenden Plausibilisierungstests über die Lebenszeit (Life-Time-Daten) verwendet werden. Durch einen Vergleich von aktuellen Werten mit Werten aus der Vergangenheit kann angezeigt werden, ob sich ein Drift plausibel fortsetzt oder ob die erfassten Messwerte plötzlich signifikant verschoben sind und nicht in einen bisherigen Verlauf passen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer deutlichen Verbesserung eines Betriebs eines Brennstoffzellensystems insbesondere bei geringen Massenströmen. Eine Kompensation zu großer Toleranzen der Massenstromsensoren wird verbessert. Es werden von Massenstromsensoren gelieferte Messwerte plausibilisiert und eine verbesserte Drift- bzw. Fehlererkennung erreicht. Dies erlaubt insbesondere, eine Drift-Kompensation über die Lebenszeit zu erreichen. Das Verfahren kann zudem mit einem geringen Speicherbedarf für Daten durchgeführt werden, da die Plausibilitätserkennung direkt innerhalb des Brennstoffzellensystems mit nur wenigen, präzise vorgegebenen Referenzdaten durchführbar ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Generieren und Speichern mindestens eines Korrekturfaktors, mit dem durch den mindestens einen Massenstromsensor gemessene Massenstromwerte zum Kalibrieren des mindestens einen Massenstromsensors korrigierbar sind. Eine Kalibrierung bzw. Driftkompensation könnte durch unterschiedliche Methoden erreicht werden, beispielsweise durch Verwenden von zwei oder drei Messpunkten, bei einer oder mehreren konstanten Drehzahlen und/oder einem oder mehreren konstanten Druckverhältnissen. Zusätzlich berücksichtigt werden sollten auch weitere Kenngrößen wie die gewählte oder mögliche Abtastung bzw. Auflösung des durch den mindestens einen Massenstromsensor gelieferten Signals, der Stärke des Messrauschens, der Anwendung statistischer Werte und Vertrauensintervalle und dergleichen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist von den zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerten zumindest ein Massenstromwert einem schwächeren Pumpbetrieb (mild surge) und zumindest ein Massenstromwert einem aerodynamisch definierten Betrieb des Verdichters zugeordnet. Betriebszustände des Verdichters können beispielhaft in drei wesentliche Bereiche unterteilt werden. Ein anzustrebender Zustand innerhalb des Verdichterkennfeldes ist der aerodynamisch definierte Bereich und befindet sich zwischen einer Pumpgrenze, einer Stopfgrenze, einer Minimaldrehzahl und einer Maximaldrehzahl. Im Verdichterkennfeld links neben der Pumpgrenze bzw. Grenzkennlinie und unterhalb einer Grenzdrehzahl befindet sich ein schwächeres Pumpbetriebsfeld, das auch als „rotating stall“ oder „mild surge“ bezeichnet wird. Dort können einzelne Ablösegebiete an Verdichterschaufeln entstehen, die insbesondere gegen eine Rotationsrichtung wandern. Links neben der Pumpgrenze bzw. der Grenzkennlinie und oberhalb der oben genannten Grenzdrehzahl befindet sich ein Pumpbereich des Verdichters, der für gewollten Betrieb aus Komponentenschutz-Gründen vermieden werden soll. Dieser Bereich wird auch „deep surge“ genannt. Hier tritt ein Abreißen der Strömung über den gesamten Umfang des Verdichterrades auf. In dieser Ausführungsform wird der Kurvenverlauf im Verdichterkennfeld genutzt, der aus dem aerodynamisch definierten Bereich in den „mild surge“-Bereich verläuft, jedoch in einem ausreichenden Sicherheitsabstand zu dem „deep surge“-Betriebsbereich. Dabei ergeben sich durch die unterschiedliche Strömungsform für gleiche Betriebsbedingungen, d.h. identisches Druckverhältnis und identische Drehzahl, mehrere mögliche Luftmassenströme, d.h. die Zuordnung zwischen dem Massenstrom und der Drehzahl ist nicht eineindeutig. Der Massenstrom, der im „mild surge“-Betriebsbereich bei gleichem Druckverhältnis gemessen wird, ist kleiner als der Massenstrom im aerodynamisch definierten Betriebsbereich Der Massenstromsensor hat an diesem kleineren Wert eine höhere Toleranz und der Messwert ist dadurch weniger zuverlässig als der Messwert im aerodynamisch definierten Betriebsbereich. Es ist daher sinnvoll, eine Plausibilisierung und/oder Kailibrierung anhand der Prüfung des Messwerts aus dem „mild surge“-Betriebsbereich durchzuführen, d.h. in dem Bereich, wo die Massenstromsensorik voraussichtlich am ungenauesten ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Ermitteln von Differenzen und/oder Verhältnissen der zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromdifferenzen als abgeleitete Größen. Die Plausibilisierung und, wie weiter nachfolgend ausgeführt gegebenenfalls auch eine Kalibrierung bzw., Driftkompensation, kann grundsätzlich durch einen Absolutvergleich oder über eine Relation zu einem bekannten Betriebspunkt, beispielsweise einem Punkt mit dem größten Massenstrom, als Referenzwert durchgeführt werden. Dabei wird stets angenommen, dass aufgrund der gleichbleibenden Mechanik des Verdichters die Massenstromdifferenzen bei gleichen Betriebsbedingungen stets gleich sind.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Generieren und Speichern mindestens eines Korrekturfaktors das Generieren und Speichern einer Referenzkurve. Die Referenzkurve erlaubt die Korrektur von gemessenen Massenstromwerten, indem mehrere Korrekturfaktoren für mehrere Massenstromwerte generiert und als eine Kurve abgelegt werden. Ein gemessener Massenstromwert kann dann direkt zu einem geeigneten Korrekturfaktor führen, der aus der Referenzkurve ablesbar ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt die Drehzahl unterhalb einer Grenzdrehzahl liegt, die außerhalb eines Pumpbetriebsfelds (deep stall) des Verdichters liegt. Da, wie vorangehend dargelegt, dieses Betriebsfeld zu vermeiden ist, kann die Drehzahl mit einem bestimmten Sicherheitsfaktor deutlich unterhalb dieser Grenzdrehzahl liegen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der mindestens eine Korrekturfaktor zum Korrigieren des geringsten der zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte ermittelt. Da der geringere Massenstromwert voraussichtlich ungenauer zu ermitteln ist, ist es sinnvoll, diesen einer Korrektur zuzuführen und relativ zu einem größeren, d.h. genaueren, Massenstromwert zu korrigieren.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Variieren des aus dem Verdichter austretenden Massenstroms und des Druckverhältnisses durch Variieren eines Strömungsquerschnitts stromaufwärts des Verdichters und/oder stromabwärts des Verdichters. Dies kann durch ein Ventil oder eine Strömungsklappe als eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung erfolgen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Verfahren für mehrere unterschiedliche vorgegebene Drehzahlen und/oder mehrere unterschiedliche Druckverhältnisse wiederholt. Die Genauigkeit der Plausibilitätsprüfung oder Korrektur wird damit weiter verbessert.
  • Das Verfahren kann mit weiteren Plausibilisierungen bzw. Korrekturverfahren kombiniert werden. Die Plausibilisierung bzw. Kompensation erfolgt insbesondere für geringe Massenströme. Für größere Massenströme kann das Verfahren mit anderen Verfahren kombiniert werden, beispielsweise mit bekannten Offset- bzw. Nullpunktskorrekturen.
  • Die Erfindung betrifft analog dazu ein Brennstoffzellensystem, aufweisend mindestens einen Brennstoffzellenstapel, mindestens einen Verdichter, mindestens einen Massenstromsensor zum Erfassen eines von dem mindestens einen Verdichter gelieferten Massenstroms, mindestens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung, und eine Steuereinheit, die zumindest mit dem Verdichter, dem mindestens einen Massenstromsensor und der mindestens einen Strömungsbeeinflussungseinrichtung gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Verdichter zum Einnehmen einer vorgegebenen Drehzahl anzusteuern, mittels der Strömungsbeeinflussungseinrichtung einen aus dem mindestens einen Verdichter austretenden Massen-stroms und Druckverhältnis über dem Verdichter zu variieren, um zumindest zwei unterschiedliche Massenstromwerte bei gleichem Druckverhältnis und gleicher Drehzahl mittels des mindestens einen Massenstromsensors zu ermitteln, die zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte und/oder daraus abgeleitete Größen mit vorbestimmten Referenzmassenstromwerten und/oder daraus abgeleiteten Referenzgrößen zu vergleichen, und zu bewerten, ob die zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte plausibel sind. Der Betrieb des Brennstoffzellensystems kann dadurch verbessert werden, denn die gelieferten Massenstromwerte sind deutlich genauer und können in der Betriebsstrategie berücksichtigt werden.
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
  • Ausführungsbeispiele
  • Es zeigt:
    • 1 ein Brennstoffzellensystem.
    • 2 ein Verdichterkennfeld mit gekennzeichneten Werten für Druckverhältnis und Drehzahl für einen Durchlauf eines Verfahrens zum Prüfen von Massenstromsensoren.
  • 1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 2 in einer schematischen, blockbasierten Darstellung. Hier ist ein Brennstoffzellenstapel 4 vorgesehen, der einen Kathodeneinlass 6 und einen Kathodenauslass 8 aufweist. Stromaufwärts des Kathodeneinlasses 6 ist ein erstes Absperrventil 10 angeordnet, stromabwärts des Kathodenauslasses 8 ist ein zweites Absperrventil 12 vorgesehen. Ein Verdichter 14, der über einen von einem Wechselrichter 18 mit einer Spannung versorgten Elektromotor 16 angetrieben wird, liefert Luft aus der Umgebung 20 in Richtung des Kathodeneinlasses 6. Zwischen dem Verdichter 14 und einem Luftfilter 22 ist beispielhaft ein erster Massenstromsensor 24 angeordnet, welcher beispielhaft als Heißfilm-Luftmassensensor (HFM, „hot film air flow meter“) ausgebildet ist. Stromabwärts des Verdichters 14 folgt ein Zwischenkühler 26, an dem sich ein zweiter Massenstromsensor 28 anschließt. Dieser ist beispielhaft als druckbasierter Massenstromsensor (PFM, „pressure based air flow meter“)ausgebildet.
  • Beispielhaft ist ein Kathodenbypass 30 mit einem Kathodenbypassventil 32 vorgesehen, sowie eine Befeuchtungseinrichtung 34, die Luftfeuchtigkeit aus Abluft stromabwärts des Brennstoffzellenstapels 4 entnimmt und der Zuluft stromaufwärts des Kathodeneinlasses 6 zuführt. Weiterhin ist ein Regelventil 36 vorgesehen, das zusammen mit dem Verdichter 14 einen Massenstrom und einen Druck im Stack bzw. einen Massenstrom durch den Verdichter 14 und ein Druckverhältnis über den Verdichter 14 regeln kann. Der Massenstrom aus dem Kathodenauslass 8 strömt über das Ventil 36 in die Umgebung 20. Eine Steuereinheit 38 ist vorgesehen, die mit den gezeigten Komponenten des Brennstoffzellensystems 2 in Verbindung steht. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Prüfen der Massenstromsensoren 24 und 28 ausgeführt werden.
  • Die Steuereinheit 38 ist folglich dazu ausgebildet, den Verdichter 14 zum Einnehmen einer vorgegebenen Drehzahl anzusteuern, mittels des Regelventils 36 einen Strömungsquerschnitt zu variieren und damit den Massenstrom und den Druck bzw. das Druckverhältnis über den Verdichter 14 zu beeinflussen., Damit werden zumindest zwei unterschiedliche Massenstromwerte bei gleichem Druckverhältnis und gleicher Drehzahl mittels der Massenstromsensoren 24 und 28 ermittelt. Die darauf gelieferten zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte und/oder daraus abgeleitete Größen können mit vorbestimmten Referenzmassenstromwerten und/oder daraus abgeleiteten Referenzgrößen verglichen werden. Die Steuereinheit 38 ist dann in der Lage zu bewerten, ob die zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte plausibel sind.
  • In 2 ist ein Verdichterkennfeld 40 gezeigt, welches beispielhaft auf einen aerodynamisch definierten Betriebsbereich 42 und einen milden Pumpbereich 44 beschränkt ist. Zwischen den beiden Bereichen 42 und 44 ist die Pumplinie 46 dargestellt, die die beiden Bereiche 42 und 44 voneinander trennt. In einem gewissen Sicherheitsabstand zu der Pumplinie 46 ist eine Betriebsgrenze 47 für den Normalbetrieb gezeigt, die sicherstellt, dass der Verdichter 14 in dem aerodynamisch definierten Betriebsbereich 42 betrieben wird. Auf der Abszisse ist der Massenstrom ṁ dargestellt, auf der Ordinate das Druckverhältnis Π.
  • Wie vorangehend erläutert wird für den Verdichter 14 eine vorgegebene Drehzahl nTest eingestellt. Diese Drehzahl gehört zu einer Linie 48 in dem Verdichterkennfeld 40, die eine Abhängigkeit von dem gelieferten Massenstrom ṁ und dem Druckverhältnis Π bei der vorgegebenen Drehzahl nTest repräsentiert. Hierbei ist erkennbar, dass diese Linie 48 eine erste Sektion 48a, eine zweite Sektion 48b und eine dritte Sektion 48c umfasst.. Bei einem Übergang von dem aerodynamisch definierten Bereich 42 in den milden Pumpbereich 44 wird das für die jeweilige Drehzahl höchste Druckverhältnis erreicht. Danach fällt das Druckverhältnis ab und erhöht sich wieder moderat hin zu kleineren Massenströmen.
  • Während des Verfahrens wird, beispielsweise durch Variieren der Stellung des Regelventils 36, die gezeigte Betriebskennlinie von rechts nach links (Strömungsquerschnitt wird durch das Regelventil 36 verringert und der Massenstrom sinkt) oder von links nach rechts (Strömungsquerschnitt wird durch das Regelventil 36 vergrößert und der Massenstrom steigt) durchlaufen, wobei sich der Massenstrom und das Druckverhältnis laufend ändern. Dabei können online oder durch nachfolgende Auswertung die Massenstromwerte ermittelt werden, die bei einem vorgegebenen Druckverhältnis 50, das hier ΠTest genannt wirdvorliegen. Daraus ergeben sich drei diskrete Schnittpunkte 52a, 52b und 52b innerhalb des Verdichterkennfeldes, die drei verschiedenen Massenströmen ṁ1, ṁ2 und ṁ3 zugeordnet werden können. Der niedrigste gemessene Massenstromwert ṁ1 ist mit einer höheren Ungenauigkeit behaftet, als der höchste gemessene Massenstromwert ṁ3.
  • Zum Durchführen einer Plausibilitätsprüfung können für die vorgegebenen Betriebsparameter, d.h. Druckverhältnis ΠTest und Drehzahl ΠTest die Absolutwerte ṁ1, ṁ2 und ṁ3 mit Referenzwerten verglichen werde. Alternativ und/oder zusätzlich dazu können auch Differenzen, beispielsweise zwischen dem niedrigsten Massenstromwert ṁ1 und dem größten Massenstromwert ṁ3 und gegebenenfalls einem mittleren Massenstromwert ṁ2 und dem größten Massenstromwert ṁ3 oder andere daraus abgeleitete Größen ermittelt werden.
  • Es kann etwa eine Mehrpunkt-Kalibrierung durchgeführt werden, bei der alle drei Punkte ṁ1, ṁ2 und ṁ3 verwendet werden, wobei dies zusätzlich auch bei mehreren Drehzahlen nacheinander erfolgen könnte. Eine Zweipunkt-Kalibrierung könnte sich anbieten, falls der Abschnitt 48b vom Gradienten her recht steil ist. Der Abgleich könnte dann vorzugsweise durch die Massenstromwerte ṁ1 und ṁ3 erfolgen. Auch hier könnten mehrere Drehzahlen nacheinander verwendet werden.
  • Kann garantiert werden, dass der durch den ersten Massenstromsensor 24 fließende Massenstrom vollständig durch den zweiten Massenstromsensor 28 fließt, können die beiden Massenstromsensoren 24 und 28 zusätzlich auch gegenseitig plausibilisiert werden. Hierzu ist erforderlich, dass insbesondere der Kathodenbypass 30 ausreichend dicht verschließbar ist.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Prüfen von Massenstromsensoren (24, 28) stromaufwärts oder stromabwärts eines Verdichters (14) eines Brennstoffzellensystems (2), aufweisend die Schritte: - Antreiben des Verdichters (14) zum Einnehmen einer vorgegebenen Drehzahl (nTest), - Variieren eines aus dem Verdichter (14) austretenden Massenstroms und des Druckverhältnisses durch Änderung des Strömungsquerschnitts im Strömungspfad vor/nach Verdichter, um zumindest zwei unterschiedliche Massenstromwerte (ṁ1, ṁ2 und ṁ3) bei gleichem Druckverhältnis (ΠTest) und gleicher Drehzahl (nTest) mittels mindestens eines Massenstromsensors (24, 28) zu ermitteln, - Vergleichen der zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte (ṁ1, ṁ2 und ṁ3) und/oder daraus abgeleiteter Größen mit vorbestimmten Referenzmassenstromwerten und/oder daraus abgeleiteten Referenzgrößen, und - Bewerten, ob die zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte (ṁ1, ṁ2 und ṁ3) plausibel sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner das Generieren und Speichern mindestens eines Korrekturfaktors umfasst, mit dem durch den mindestens einen Massenstromsensor (24, 28) gemessene Massenstromwerte (ṁ1, ṁ2 und ṁ3) zum Kalibrieren des mindestens einen Massenstromsensors (24, 28) korrigierbar sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei von den zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerten (ṁ1, ṁ2 und ṁ3) zumindest ein Massenstromwert (ṁ1, ṁ2 und ṁ3) einem schwächeren Pumpbetrieb (mild surge) (44) und zumindest ein Massenstromwert (ṁ1, ṁ2 und ṁ3) einem aerodynamisch definierten Betrieb (42) des Verdichters (14) zugeordnet ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner das Ermitteln von Differenzen und/oder Verhältnissen der zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromdifferenzen (ṁ1, ṁ2 und ṁ3) als abgeleitete Größen umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Generieren und Speichern mindestens eines Korrekturfaktors das Generieren und Speichern einer Referenzkurve umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehzahl (nTest) unterhalb einer Grenzdrehzahl liegt, die außerhalb eines Pumpbetriebsfelds (deep stall) des Verdichters liegt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Korrekturfaktor zum Korrigieren des geringsten der zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte (ṁ12 und ṁ3) ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Variieren des Massenstroms und des Druckverhältnisses bei konstanter Drehzahl durch Variieren eines Strömungsquerschnitts stromaufwärts des Verdichters (14) und/oder stromabwärts des Verdichters (14) erfolgt und wodurch die mindestens zwei Massenstromwerte (ṁ1, ṁ2 und ṁ3) bei gleichem Druckverhältnis (ΠTest) ermittelt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren für mehrere unterschiedliche vorgegebene Drehzahlen (nTest) und/oder mehrere unterschiedliche Druckverhältnisse (nTest) wiederholt wird.
  10. Brennstoffzellensystem (2), aufweisend: - mindestens einen Brennstoffzellenstapel (4), - mindestens einen Verdichter (14), - mindestens einen Massenstromsensor (24, 28) zum Erfassen eines von dem mindestens einen Verdichter gelieferten Massenstroms (ṁ1, ṁ2 und ṁ3), - mindestens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung (36), und - eine Steuereinheit (38), die zumindest mit dem Verdichter (14), dem mindestens einen Massenstromsensor (24, 28) und der mindestens einen Strömungsbeeinflussungseinrichtung (36) gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit (38) dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Verdichter (14) zum Einnehmen einer vorgegebenen Drehzahl (nTest) anzusteuern, mittels der Strömungsbeeinflussungseinrichtung (36) einen Strömungsquerschnitt zu variieren und damit den Massenstrom und das Druckverhältnis über den Verdichter, um zumindest zwei unterschiedliche Massenstromwerte (ṁ12 und ṁ3) bei gleichem Druckverhältnis (ΠTest) und gleicher Drehzahl (nTest) mittels des mindestens einen Massenstromsensors (24, 28), die zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte (ṁ12 und ṁ3) und/oder daraus abgeleitete Größen mit vorbestimmten Referenzmassenstromwerten und/oder daraus abgeleiteten Referenzgrößen zu vergleichen, und zu bewerten, ob die zumindest zwei unterschiedlichen Massenstromwerte (ṁ1, ṁ2 und ṁ3) plausibel sind.
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