DE102022207297A1 - Diagnostic method for diagnosing a state of a hydrogen sensor in a fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren (100) zur Diagnose eines Zustands eines Wasserstoffsensors (209) in einem Brennstoffzellensystem (200),
wobei das Diagnoseverfahren (100) umfasst:
- Betreiben (101) des Brennstoffzellensystems (200),
- Ermitteln (103) von Messwerten einer Wasserstoffkonzentration in einem Kathodensubsystem (203) des Brennstoffzellensystems (200) durch den Wasserstoffsensor (209),
- Öffnen (105) eines Ablassventils (205) des Brennstoffzellensystems (200), um ein Anodensubsystem (201) des Brennstoffzellensystems (200) mit dem Kathodensubsystem (203) fluidleitend zu verbinden,
- Ausgeben (107) einer Fehlermeldung für den Fall, dass durch den Wasserstoffsensor (209) ermittelte Messwerte in einem vorgegebenen Zeitraum nach dem Öffnen des Ablassventils nicht über einen vorgegebenen Schwellenwert steigen.
wherein the diagnostic method (100) comprises:
- Operating (101) the fuel cell system (200),
- Determining (103) measured values of a hydrogen concentration in a cathode subsystem (203) of the fuel cell system (200) by the hydrogen sensor (209),
- opening (105) a drain valve (205) of the fuel cell system (200) in order to fluidly connect an anode subsystem (201) of the fuel cell system (200) to the cathode subsystem (203),
- Outputting (107) an error message in the event that measured values determined by the hydrogen sensor (209) do not rise above a predetermined threshold value within a predetermined period of time after the drain valve has been opened.
Description
Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren zur Diagnose eines Zustands eines Wasserstoffsensors in einem Brennstoffzellensystem und ein Brennstoffzellensystem.The invention presented relates to a diagnostic method for diagnosing a state of a hydrogen sensor in a fuel cell system and a fuel cell system.
Stand der TechnikState of the art
Polymer Elektrolyt Membran (PEM) Brennstoffzellensysteme wandeln Wasserstoff mittels Sauerstoff zu elektrischer Energie unter der Erzeugung von Abwärme und Wasser um.Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell systems convert hydrogen into electrical energy using oxygen, producing waste heat and water.
Umwandeln von Wasserstoff ist hierbei gleichbedeutend damit, dass Wasserstoffmoleküle anodenseitig verbraucht bzw. entfernt werden. Eine PEM-Brennstoffzelle besteht aus einer Anode, die mit Wasserstoff versorgt wird, einer Kathode, die mit Luft versorgt wird, und der dazwischen platzierten Polymer-Elektrolyt-Membran. Mehrere solcher einzelner Brennstoffzellen werden in der praktischen Anwendung zu einem Brennstoffzellenstapel gestapelt, um die erzeugte elektrische Spannung zu erhöhen. Innerhalb dieses Brennstoffzellenstapels,
genannt „Stack“, befinden sich Versorgungskanäle, die die einzelnen Brennstoffzellen mit Wasserstoff und Luft versorgen bzw. die abgereicherte feuchte Luft sowie das abgereicherte Anodenabgas abtransportieren.Converting hydrogen here means that hydrogen molecules are consumed or removed on the anode side. A PEM fuel cell consists of an anode that is supplied with hydrogen, a cathode that is supplied with air, and the polymer electrolyte membrane placed in between. In practical use, several such individual fuel cells are stacked to form a fuel cell stack in order to increase the electrical voltage generated. Inside this fuel cell stack,
Called “stack”, there are supply channels that supply the individual fuel cells with hydrogen and air or transport away the depleted moist air and the depleted anode exhaust gas.
Durch Diffusionsprozesse gelangt Stickstoff in den Anodenraum. Stickstoff stellt für die Brennstoffzelle ein Inertgas dar, reduziert die Zellspannung und somit die
Stackspannung, was wiederum Wirkungsgradeinbußen bedeutet. Deswegen wird während eines Fahrzyklus wiederholt auch Gas aus dem Anodenraum ausgeleitet, um den Stickstoffgehalt zu reduzieren. Diese Ausleitung geschieht mit einem Ablassventil, dem sogenannten „Purge-Ventil“.Nitrogen enters the anode space through diffusion processes. Nitrogen represents an inert gas for the fuel cell, reduces the cell voltage and thus the
Stack voltage, which in turn means loss of efficiency. For this reason, gas is repeatedly discharged from the anode chamber during a driving cycle in order to reduce the nitrogen content. This drainage is done using a drain valve, the so-called “purge valve”.
Die Versorgung mit frischem Wasserstoff erfolgt nach dem Stand der Technik mittels
Wasserstoffdosierventilen, welche als Proportionalventil ausgeführt sein können.The supply of fresh hydrogen is carried out using state-of-the-art technology
Hydrogen metering valves, which can be designed as a proportional valve.
Die
Regelstrategie sieht vor, mit diesem Ventil den Gasdruck innerhalb des Anodenpfads,
gemessen mittels eines Drucksensors an einer definierten Position, systembetriebspunktabhängig auf einen definierten Solldruck einzuregeln.The
The control strategy envisages using this valve to control the gas pressure within the anode path,
measured by a pressure sensor at a defined position and adjusted to a defined target pressure depending on the system operating point.
Systembedingt befindet sich im Abgaspfad der Kathodenluft, d.h. in einem Kathodensubsystem, stromabwärts der Einleitungspunkte für durch jeweilige Ablassventile geregelte Verbindungsleitungen ein Wasserstoffsensor. Gelangt Anodengas in das Kathodensubsystem wird dies durch den Wasserstoffsensor detektiert.Due to the system, a hydrogen sensor is located in the exhaust gas path of the cathode air, i.e. in a cathode subsystem, downstream of the introduction points for connecting lines regulated by respective drain valves. If anode gas enters the cathode subsystem, this is detected by the hydrogen sensor.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Im Rahmen der vorgestellten Erfindung werden ein Diagnoseverfahren und ein Brennstoffzellensystem vorgestellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Diagnoseverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.As part of the presented invention, a diagnostic method and a fuel cell system are presented. Further features and details of the invention emerge from the respective subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the diagnostic method according to the invention naturally also apply in connection with the fuel cell system according to the invention and vice versa, so that reference is or can always be made to each other with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention.
Die vorgestellte Erfindung dient insbesondere dazu, ein robustes und verlässliches Brennstoffzellensystem bereitzustellen.The presented invention serves in particular to provide a robust and reliable fuel cell system.
Es wird somit gemäß einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung ein Diagnoseverfahren zur Diagnose eines Zustands eines Wasserstoffsensors in einem Brennstoffzellensystem vorgestellt. Das Diagnoseverfahren umfasst das Betreiben des Brennstoffzellensystems, das Ermitteln von Messwerten einer Wasserstoffkonzentration in einem Kathodensubsystem des Brennstoffzellensystems durch den Wasserstoffsensor, das Öffnen eines Ablassventils des Brennstoffzellensystem, um ein Anodensubsystem des Brennstoffzellensystems mit dem Kathodensubsystem fluidleitend zu verbinden und das Ausgeben einer Fehlermeldung für den Fall, dass durch den Wasserstoffsensor ermittelte Messwerte in einem vorgegebenen Zeitraum nach dem Öffnen des Ablassventils nicht über einen vorgegebenen Schwellenwert steigen.According to a first aspect of the presented invention, a diagnostic method for diagnosing a state of a hydrogen sensor in a fuel cell system is therefore presented. The diagnostic method includes operating the fuel cell system, determining measured values of a hydrogen concentration in a cathode subsystem of the fuel cell system by the hydrogen sensor, opening a drain valve of the fuel cell system in order to fluidly connect an anode subsystem of the fuel cell system to the cathode subsystem and issuing an error message in the event that that measured values determined by the hydrogen sensor do not rise above a predetermined threshold value in a predetermined period of time after opening the drain valve.
Unter einem Ablassventil ist im Kontext der vorgestellten Erfindung insbesondere ein sogenanntes „Purge-Ventil“ zum Ablassen von Wasserstoff bzw. einer wasserstoffhaltigen Gasmischung aus einem Anodensubsystem in ein Kathodensubsystem insbesondere in einen Abgastrakt des Kathodensubsystems zu verstehen.In the context of the presented invention, a drain valve is to be understood in particular as a so-called “purge valve” for draining hydrogen or a hydrogen-containing gas mixture from an anode subsystem into a cathode subsystem, in particular into an exhaust gas tract of the cathode subsystem.
Die vorgestellte Erfindung basiert auf dem Prinzip, dass ein Zustand bzw. eine Funktion eines Wasserstoffsensors eines Brennstoffzellensystems ermittelt wird. Dies bedeutet, dass überprüft wird, ob der Wasserstoffsensor noch funktioniert oder beschädigt ist bzw. seine Funktion nicht mehr bzw. nicht mehr ausreichend ausführt.The invention presented is based on the principle that a state or a function of a hydrogen sensor of a fuel cell system is determined. This means that it is checked whether the hydrogen sensor is still working or is damaged or no longer performs its function or no longer performs it adequately.
Zum Überprüfen des Wasserstoffsensors, d.h. des Wasserstoffkonzentrationssensors, ist vorgesehen, dass ein Anodensubsystem, d.h. ein Anodenpfad bzw. Anodenraum mit einem Kathodensubsystem, d.h. einem Kathodenpfad bzw. einem Kathodenraum fluidleitend verbunden wird, sodass Wasserstoff bzw. wasserstoffhaltiges Gas von dem Anodensubsystem in das Kathodensubsystem strömt. Anhand einer durch die Verbindung von Anodensubsystem und Kathodensubsystem kontrolliert herbeigeführten Änderung der Wasserstoffkonzentration in dem Kathodensubsystem wird eine Signalantwort des Wasserstoffkonzentrationssensors validiert. Entsprechend wird ermittelt, ob sich die Signalantwort erwartungsgemäß steigend verhält. To check the hydrogen sensor, ie the hydrogen concentration sensor, it is provided that an anode subsystem, ie an ano The path or anode space is fluidly connected to a cathode subsystem, ie a cathode path or a cathode space, so that hydrogen or hydrogen-containing gas flows from the anode subsystem into the cathode subsystem. A signal response of the hydrogen concentration sensor is validated based on a change in the hydrogen concentration in the cathode subsystem that is brought about in a controlled manner by the connection of the anode subsystem and cathode subsystem. Accordingly, it is determined whether the signal response increases as expected.
Zum Verbinden des Anodensubsystems mit Kathodensubsystem wird das Ablassventil des Brennstoffzellensystems geöffnet, sodass durch eine Ansteuerung des Ablassventils eine Änderung bzw. ein Anstieg der Wasserstoffkonzentration in dem Kathodensubsystem kontrolliert werden kann. Entsprechend können durch die Ansteuerung des Ablassventils Betriebsbedingungen geschaffen werden, die kontrolliert Bedingungen schaffen, in denen der Wasserstoffsensor eine erwartete Signalantwort, d.h. steigende Messwerte, liefern muss, wenn dieser korrekt funktioniert. Daher kann davon ausgegangen werden, dass, wenn durch den Wasserstoffsensor ermittelte Messwerte in einem vorgegebenen Zeitraum nach dem Öffnen des Ablassventils nicht über einen vorgegebenen Schwellenwert steigen, der Wasserstoffsensor fehlerhaft ist, sodass eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben werden kann. Zum Feststellen, ob jeweilige Messwerte über den vorgegebenen Schwellenwert steigen, können die Messwerte mit dem vorgegebenen Schwellenwert abgeglichen werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Messwerte für einen vorgegebenen Mindestzeitraum größer als der Schwellenwert sein müssen, bevor die Fehlermeldung ausgegeben wird.To connect the anode subsystem to the cathode subsystem, the drain valve of the fuel cell system is opened, so that a change or increase in the hydrogen concentration in the cathode subsystem can be controlled by activating the drain valve. Accordingly, by controlling the drain valve, operating conditions can be created that create controlled conditions in which the hydrogen sensor must deliver an expected signal response, i.e. increasing measured values, if it is functioning correctly. It can therefore be assumed that if measured values determined by the hydrogen sensor do not rise above a predetermined threshold value in a predetermined period of time after opening the drain valve, the hydrogen sensor is faulty, so that a corresponding error message can be issued. To determine whether respective measured values rise above the predetermined threshold value, the measured values can be compared with the predetermined threshold value. It can be provided that the measured values must be greater than the threshold value for a predetermined minimum period of time before the error message is output.
Zum Ausgeben der Fehlermeldung kann bspw. die Fehlermeldung in einem Speicher hinterlegt oder auf einer Ausgabeeinheit, wie bspw. einer Anzeige, insbesondere durch eine Fehlerwarnleuchte, angezeigt werden.To output the error message, the error message can, for example, be stored in a memory or displayed on an output unit, such as a display, in particular by an error warning light.
Es kann vorgesehen sein, dass das Diagnoseverfahren weiterhin das Ermitteln eines Drucks in dem Anodensubsystem mittels eines in dem Anodensubsystem vor dem Ablassventil angeordneten Drucksensors und das Validieren des fluidleitenden Verbindens des Anodensubsystems mit dem Kathodensubsystem durch das Öffnen des Ablassventils mittels durch den Drucksensor ermittelten Messwerten umfasst.It can be provided that the diagnostic method further comprises determining a pressure in the anode subsystem by means of a pressure sensor arranged in the anode subsystem in front of the drain valve and validating the fluid-conducting connection of the anode subsystem to the cathode subsystem by opening the drain valve using measured values determined by the pressure sensor.
Um bei der Diagnose der Funktionalität des Wasserstoffsensors eine aufgrund einer Unterversorgung des Anodensubsystems mit Wasserstoff falsche Fehlermeldung bzw. ein falsch negatives Diagnoseergebnis auszuschließen, kann die Versorgung des Anodensubsystems mit Wasserstoff überprüft werden. In order to exclude an incorrect error message or a false negative diagnostic result due to an undersupply of the anode subsystem with hydrogen when diagnosing the functionality of the hydrogen sensor, the supply of the anode subsystem with hydrogen can be checked.
Es kann vorgesehen sein, dass beim Validieren ein Öffnungsvalidierungssignal ausgegeben wird, wenn in einem vorgegebenen Zeitraum nach einem Ausgeben eines Kontrollbefehls zum Öffnen des Ablassventils durch den Drucksensor ermittelte Messwerte unter einen vorgegebenen Schwellenwert sinken, wobei das Öffnungsvalidierungssignal eine Meldung umfasst, die eine Verbindung des Anodensubsystems mit dem Kathodensubsystem bestätigt.It can be provided that during validation an opening validation signal is output if measured values determined by the pressure sensor fall below a predetermined threshold value in a predetermined period of time after a control command to open the drain valve has been issued, the opening validation signal comprising a message that establishes a connection of the anode subsystem confirmed with the cathode subsystem.
Zum Validieren eines Eintrags von Wasserstoff in das Kathodensubsystem durch ein Öffnen des Ablassventils können Messwerte bzw. eine Signalantwort eines in dem Anodensubsystem vor dem Ablassventil angeordneten Drucksensors beim Öffnen des Ablassventils ausgewertet werden, sodass für den Fall, dass nach einem Ausgeben eines Kontrollbefehls zum Öffnen des Ablassventils durch den Drucksensor ermittelte Messewerte unter einen vorgegebenen Schwellenwert sinken, von einem erwartungsgemäßen Wasserstoffeintrag in das Kathodensubsystem ausgegangen werden kann. Sinken durch den Drucksensor ermittelte Messwerte nach dem Ausgeben des Kontrollbefehls zum Öffnen des Ablassventils jedoch nicht unter den vorgegebenen Schwellenwert, kann davon ausgegangen werden, dass kein Wasserstoffeintrag in das Kathodensubsystem erfolgt ist, da bspw. das Ablassventil defekt und/oder eine Verbindungsleitung zum Verbinden des Anodensubsystems mit dem Kathodensubsystem verstopft ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der vorgegebene Zeitraum nach dem Schließen des Ablassventils zu einem Zeitpunkt beginnt, der um eine vorgegebene Gaslaufzeit nach dem Schließen des Ablassventils liegt.To validate an entry of hydrogen into the cathode subsystem by opening the drain valve, measured values or a signal response from a pressure sensor arranged in the anode subsystem in front of the drain valve can be evaluated when the drain valve is opened, so that in the event that after a control command to open the If the measurement values determined by the pressure sensor drop below a predetermined threshold value, it can be assumed that hydrogen entry into the cathode subsystem is as expected. However, if the measured values determined by the pressure sensor do not fall below the specified threshold value after issuing the control command to open the drain valve, it can be assumed that no hydrogen has been introduced into the cathode subsystem, since, for example, the drain valve is defective and/or a connecting line for connecting the Anode subsystem is clogged with the cathode subsystem.
It can be provided that the predetermined period of time after closing the drain valve begins at a time that is a predetermined gas running time after the closing of the drain valve.
Um ein zu betrachtendes Messsignal möglichst kurz und entsprechend valide bzw. sensitiv für eine kontrolliert herbeigeführte Wasserstoffkonzentrationsänderung zu halten, können Messwerte, die nach dem Öffnen des Ablassventils jedoch vor einer Ankunft von durch die Öffnung eingetragenem Wasserstoff ermittelt wurden, von einer Betrachtung ausgeschlossen werden. Dazu eignet sich besonders vorteilhaft ein um eine Gaslaufzeit korrigiertes Betrachtungsfenster bzw. ein um die Gaslaufzeit korrigierter Zeitraum.In order to keep a measurement signal to be considered as short as possible and correspondingly valid or sensitive to a controlled change in hydrogen concentration, measured values that were determined after the drain valve was opened but before hydrogen entered through the opening arrived can be excluded from consideration. A viewing window corrected by a gas transit time or a period corrected by the gas transit time is particularly advantageous for this purpose.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Brennstoffzellensystem.According to a second aspect, the presented invention relates to a fuel cell system.
Das vorgestellte Brennstoffzellensystem umfasst ein Anodensubsystem, ein Kathodensubsystem, ein Ablassventil, das in einem geöffneten Zustand einen Pfad, der das Anodensubsystem mit dem Kathodensubsystem fluidleitend verbindet, freigibt und in einem geschlossenen Zustand den Pfad verschließt, einen in dem Anodensubsystem in Strömungsrichtung von durch das Anodensubsystem strömendem Betriebsmedium vor dem Ablassventil angeordneten Wasserstoffsensor und ein Kontrollgerät.The presented fuel cell system includes an anode subsystem, a cathode subsystem, a drain valve, which in an open state has a path that connects the anode subsystem connects the cathode subsystem in a fluid-conducting manner, releases it and closes the path in a closed state, a hydrogen sensor arranged in front of the drain valve in the anode subsystem in the flow direction of operating medium flowing through the anode subsystem, and a control device.
Das Kontrollgerät ist dazu konfiguriert, das Brennstoffzellensystem an einem vorgegebenen Betriebspunkt zu betreiben, Messwerte einer Wasserstoffkonzentration in dem Kathodensubsystem des Brennstoffzellensystems mittels des Wasserstoffsensors zu ermitteln, das Ablassventil zu öffnen, um das Anodensubsystem mit dem Kathodensubsystem fluidleitend zu verbinden und eine Fehlermeldung für den Fall auszugeben, dass durch den Wasserstoffsensor ermittelte Messwerte in einem vorgegebenen Zeitraum nach dem Öffnen des Ablassventils nicht über einen vorgegebenen Schwellenwert steigen.The control device is configured to operate the fuel cell system at a predetermined operating point, to determine measured values of a hydrogen concentration in the cathode subsystem of the fuel cell system using the hydrogen sensor, to open the drain valve in order to fluidly connect the anode subsystem to the cathode subsystem and to output an error message in the event that measured values determined by the hydrogen sensor do not rise above a predetermined threshold value within a predetermined period of time after opening the drain valve.
Das vorgestellte Diagnoseverfahren dient insbesondere zum Betrieb des vorgestellten Brennstoffzellensystems.The diagnostic method presented is used in particular to operate the fuel cell system presented.
Unter einem Kontrollgerät ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Recheneinheit, wie bspw. ein Computer, ein Prozessor, ein Steuergerät oder jeder weitere programmierbare Schaltkreis zu verstehen.In the context of the invention presented, a control device is understood to mean a computing unit, such as a computer, a processor, a control device or any other programmable circuit.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Brennstoffzellensystem weiterhin einen in dem Anodensubsystem vor dem Ablassventil angeordneten Drucksensor umfasst, und
das Kontrollgerät weiterhin dazu konfiguriert ist, das fluidleitende Verbinden des Anodensubsystems mit dem Kathodensubsystem durch das Öffnen des Ablassventils mittels durch den Drucksensor ermittelten Messwerten zu validieren.It can further be provided that the fuel cell system further comprises a pressure sensor arranged in the anode subsystem in front of the drain valve, and
the control device is further configured to validate the fluid-conducting connection of the anode subsystem to the cathode subsystem by opening the drain valve using measured values determined by the pressure sensor.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Kontrollgerät dazu konfiguriert ist, ein Öffnungsvalidierungssignal auszugeben, wenn in einem vorgegebenen Zeitraum nach einem Ausgeben eines Kontrollbefehls zum Öffnen des Ablassventils durch den Drucksensor ermittelte Messwerte unter einen vorgegebenen Schwellenwert sinken,
wobei das Öffnungsvalidierungssignal eine Meldung umfasst, die eine Verbindung des Anodensubsystems mit dem Kathodensubsystem bestätigt.It can further be provided that the control device is configured to output an opening validation signal if measured values determined by the pressure sensor fall below a predetermined threshold value in a predetermined period of time after a control command to open the drain valve has been issued,
wherein the opening validation signal includes a message confirming connection of the anode subsystem to the cathode subsystem.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Kontrollgerät weiterhin dazu konfiguriert ist, das Ablassventil zu schließen, um das Anodensubsystems von dem Kathodensubsystem zu trennen, und eine Fehlermeldung für den Fall auszugeben, dass durch den Wasserstoffsensor ermittelte Messwerte in einem vorgegebenen Zeitraum nach dem Schließen des Ablassventils nicht unter einen vorgegebenen Schwellenwert sinken.It can further be provided that the control device is further configured to close the drain valve in order to separate the anode subsystem from the cathode subsystem and to issue an error message in the event that measured values determined by the hydrogen sensor are in a predetermined period of time after closing the Drain valve does not fall below a predetermined threshold.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der vorgegebene Zeitraum nach dem Schließen des Ablassventils zu einem Zeitpunkt beginnt, der um eine vorgegebene Gaslaufzeit nach dem Schließen des Ablassventils liegt.It can further be provided that the predetermined period of time after closing the drain valve begins at a time that is a predetermined gas running time after the closing of the drain valve.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can be essential to the invention individually or in any combination.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Diagnoseverfahrens, -
2 eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Brennstoffzellensystems, -
3 ein Verhalten von Messwerten in verschiedenen Zuständen bei der Durchführung des vorgestellten Diagnoseverfahrens mittels des Brennstoffzellensystems gemäß2 .
-
1 a schematic representation of a possible design of the diagnostic method presented, -
2 a possible design of the fuel cell system presented, -
3 a behavior of measured values in different states when carrying out the presented diagnostic method using the fuel cell system2 .
In
Das Diagnoseverfahren 100 umfasst einen Betriebsschritt 101, bei dem ein Brennstoffzellensystem an einem vorgegebenen Betriebspunkt betrieben wird.The
Ferner umfasst das Diagnoseverfahren 100 einen Ermittlungsschritt 103, bei dem Messwerte einer Wasserstoffkonzentration in einem Kathodensubsystem des Brennstoffzellensystems durch den Wasserstoffsensor ermittelt werden.Furthermore, the
Ferner umfasst das Diagnoseverfahren 100 einen Öffnungsschritt 105, bei dem ein Ablassventil des Brennstoffzellensystems geöffnet wird, um ein Anodensubsystem des Brennstoffzellensystems mit dem Kathodensubsystem fluidleitend zu verbinden.Furthermore, the
Ferner umfasst das Diagnoseverfahren 100 einen Ausgabeschritt 107, bei dem eine Fehlermeldung für den Fall ausgegeben wird, dass durch den Wasserstoffsensor ermittelte Messwerte in einem vorgegebenen Zeitraum nach dem Öffnen des Ablassventils nicht über einen vorgegebenen Schwellenwert steigen.
In
In
Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem 200 einen in dem Anodensubsystem 201 in Strömungsrichtung von durch das Anodensubsystem 201 strömendem Betriebsmedium vor dem Ablassventil 205 angeordneten Wasserstoffsensor 209 und ein Kontrollgerät 211.Furthermore, the
Das Kontrollgerät 211 ist dazu konfiguriert, das Brennstoffzellensystem 200 an einem vorgegebenen Betriebspunkt zu betreiben, Messwerte einer Wasserstoffkonzentration in dem Kathodensubsystem 203 des Brennstoffzellensystems 200 mittels des Wasserstoffsensors 209 zu ermitteln, das Ablassventil 205 zu öffnen, um das Anodensubsystem 201 mit dem Kathodensubsystem 203 fluidleitend zu verbinden, und
eine Fehlermeldung für den Fall auszugeben, dass durch den Wasserstoffsensor 209 ermittelte Messwerte in einem vorgegebenen Zeitraum nach dem Öffnen des Ablassventils 205 nicht über einen vorgegebenen Schwellenwert steigen.The
to issue an error message in the event that measured values determined by the
Optional umfasst das Brennstoffzellensystem 200 einen Drucksensor 213, der im Anodentrakt 201 in Strömungsrichtung vor dem Ablassventil 205 angeordnet ist.Optionally, the
In
Ein Verlauf 301 von Messwerten des Wasserstoffsensors 209 bleibt ausgehend von einem Zeitpunkt T0 im Wesentlichen konstant bis zu einem Zeitpunkt T2, an dem der Verlauf 301 ansteigt und zu einem Zeitpunkt T3 wieder abflacht.A
Im Vergleich mit einem Verlauf 303 einer Stellung des Ablassventils 205 wird ersichtlich, dass das Ablassventil 205 zu einem Zeitpunkt T4 öffnet und das Anodensubsystem 201 mit dem Kathodensubsystem 203 verbindet, sodass nach einer Gaslaufzeit, wie durch die Linien 309 angedeutet, aus dem Anodensubsystem 201 einströmender Wasserstoff bei dem Wasserstoffsensor 209 ankommt. Entsprechend steigt der Verlauf 301 zum Zeitpunkt T1 über einen vorgegebenen Schwellenwert, sodass von einer korrekten Funktionalität des Wasserstoffsensors 209 ausgegangen werden kann.In comparison with a
Um eine Funktionalität des Ablassventils 205 zu prüfen, kann ein Verlauf 307 von Messwerten des Drucksensors 213 in Kombination mit einem Verlauf 305 eines Stellsignals des Ablassventils 205 ausgewertet werden.In order to check the functionality of the
Da der Verlauf 303 sich zum Zeitpunkt T1 ändert, ändert sich auch ein Druck in dem Anodensubsystem 201 in Reaktion auf einen Ausschlag des Verlaufs 305, d.h. auf ein übermitteltes Öffnungssignal, sodass davon ausgegangen werden kann, dass das Ablassventil sich in Reaktion auf das Öffnungssignal korrekt geöffnet hat.Since the
Zu einem Zeitpunkt T5 wird erneut ein Öffnungssignal gesendet, das jedoch weder zu einer Änderung des Verlaufs 305 des Drucks noch zu einer Änderung des Verlaufs 303 der Stellung des Ablassventils oder des Verlaufs 301 von Messwerten des Wasserstoffsensors 209 führt. Entsprechend kann davon ausgegangen werden, dass das Ablassventil 205 sich nicht geöffnet hat.At a time T5, an opening signal is sent again, but this does not lead to a change in the
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