DE102022212447A1 - Method, control device and computer program for detecting a leak in a fuel cell system as well as leak analysis device and fuel cell system - Google Patents

Method, control device and computer program for detecting a leak in a fuel cell system as well as leak analysis device and fuel cell system Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Steuerungsvorrichtung (160) und ein Computerprogramm zum Feststellen einer Undichtigkeit in einem Brennstoffzellensystem sowie eine Dichtheitsanalysevorrichtung (180) und ein Brennstoffzellensystem (100) und eine Verwendung eines in einem Brennstoffzellensystem (100) angeordneten Wasserstoffsensors (131) zum Feststellen einer Undichtigkeit im Brennstoffzellensystem (100). Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Empfangen eines Wasserstoffsignals von einem im Abgassystem (150) angeordneten Wasserstoffsensor (151), ein Senden eines Spülsignals, das das Brennstoffzellensystem (100) dazu veranlasst, einen Spülvorgang des Anodenleitungssystems (130) durchzuführen, wenn das empfangene Wasserstoffsignal einen Wasserstoffkonzentrationswert im Abgassystem (150) anzeigt, der einen vorbestimmten Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert überschreitet, ein Feststellen eines Endes des Spülvorgang, ein Feststellen, dass eine Membran der Brennstoffzelle (110) des Brennstoffzellensystems (100) undicht ist, wenn das empfangene Wasserstoffsignal einen konstanten Verlauf aufweist, oder dass ein Spülventil (137) undicht ist, wenn das Wasserstoffsignal einen nicht-konstanten Verlauf aufweist, und ein Senden eines Steuersignals, das angibt, dass die Membran oder das Spülventil (137) undicht ist.The present invention relates to a method, a control device (160) and a computer program for detecting a leak in a fuel cell system, as well as a leak analysis device (180) and a fuel cell system (100) and a use of a hydrogen sensor (131) arranged in a fuel cell system (100). Detecting a leak in the fuel cell system (100). The method according to the invention comprises receiving a hydrogen signal from a hydrogen sensor (151) arranged in the exhaust system (150), sending a flushing signal which causes the fuel cell system (100) to carry out a flushing process of the anode line system (130) if the received hydrogen signal has a hydrogen concentration value in the exhaust system (150) that exceeds a predetermined hydrogen concentration threshold, a determination of an end of the purging process, a determination that a membrane of the fuel cell (110) of the fuel cell system (100) is leaking if the received hydrogen signal has a constant course, or that a purge valve (137) is leaking if the hydrogen signal has a non-constant course, and sending a control signal that indicates that the membrane or the purge valve (137) is leaking.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Steuerungsvorrichtung und ein Computerprogramm zum Ermitteln einer Undichtigkeit in einem Brennstoffzellensystem, insbesondere zum Lokalisieren der Undichtigkeit, sowie eine Dichtheitsanalysevorrichtung und ein Brennstoffzellensystem und eine Verwendung eines in einem Brennstoffzellensystem angeordneten Wasserstoffsensors zum Ermitteln einer Undichtigkeit in einem Brennstoffzellensystem, insbesondere zum Lokalisieren der Undichtigkeit.The present invention relates to a method, a control device and a computer program for determining a leak in a fuel cell system, in particular for locating the leak, as well as a leak analysis device and a fuel cell system and a use of a hydrogen sensor arranged in a fuel cell system for determining a leak in a fuel cell system, in particular to locate the leak.

Brennstoffzellensysteme werden üblicherweise mit einem im Wesentlichen aus Wasserstoff bestehenden Gasgemisch betankt. Hierzu ist es wünschenswert, dass das getankte Gasgemisch eine Wasserstoffkonzentration aufweist, die größer ist als 99 %. Diese hohe Wasserstoffkonzentration im Gasgemisch kann eine frühzeitige Alterung sowie Effizienzverluste der Brennstoffzelle vermeiden. Aus dem Stand der Technik sind Wasserstoffsensoren bekannt, die auf dem Wärmeleitfähigkeitsmessprinzip basieren. Dabei wird die Wärmeleitfähigkeit des gesamten Gasgemischs ermittelt, woraus sich die Konzentration des Wasserstoffs im Gasgemisch ableiten lässt, da die Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff signifikant größer ist als die Wärmeleitfähigkeit von vielen anderen Gaskomponenten im Gasgemisch.Fuel cell systems are usually fueled with a gas mixture consisting essentially of hydrogen. For this purpose, it is desirable that the fueled gas mixture has a hydrogen concentration that is greater than 99%. This high hydrogen concentration in the gas mixture can prevent premature aging and loss of efficiency of the fuel cell. Hydrogen sensors that are based on the thermal conductivity measurement principle are known from the prior art. The thermal conductivity of the entire gas mixture is determined, from which the concentration of hydrogen in the gas mixture can be derived, since the thermal conductivity of hydrogen is significantly greater than the thermal conductivity of many other gas components in the gas mixture.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise die US 8 795 917 B2 , CN 114 838 937 A , JP 2010/067573 A , US 10 581 100 B2 und US 11 201 340 B2 bekannt.For example, from the prior art are: US 8,795,917 B2 , CN 114 838 937 A , JP 2010/067573 A , US 10,581,100 B2 and US 11 201 340 B2 known.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen die Aufgabe zu Grunde, bei Feststellung einer Undichtigkeit in einem Brennstoffzellensystem die Stelle der Undichtigkeit zu lokalisieren.The present invention is essentially based on the task of locating the location of the leak when a leak is detected in a fuel cell system.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß unabhängigen Anspruch 1, einer Steuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, einer Dichtheitsanalysevorrichtung gemäß Anspruch 7, einem Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 9, einem Computerprogram gemäß Anspruch 10, einem Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 11 und einer Verwendung eines in einem Abgasstrang eines Brennstoffzellensystems angeordneten Wasserstoffsensors nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved with a method according to independent claim 1, a control device according to claim 5, a leak analysis device according to claim 7, a fuel cell system according to claim 9, a computer program according to claim 10, a computer program product according to claim 11 and a use of one arranged in an exhaust system of a fuel cell system Hydrogen sensor solved according to claim 12. Advantageous refinements are specified in the subclaims.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zu Grunde, beim Feststellen einer Undichtigkeit in einem Brennstoffzellensystem mittels der Auswertung der Signale eines in einem Abgastrakt des Brennstoffzellensystems angeordneten Wasserstoffsensors die Undichtigkeit zu lokalisieren, insbesondere ob die Undichtigkeit in der Membran der Brennstoffzelle oder in einem in einem Anodenleitungssystem des Brennstoffzellensystems angeordneten Spülventil vorliegt. Hierzu wird zunächst eine Undichtigkeit im Brennstoffzellensystem mittels des im Abgassystem angeordneten Wasserstoffsensors festgestellt und ein Spülvorgang des Anodenleitungssystem durchgeführt. Erfindungsgemäß wird dann nach dem Durchführen des Spülvorgangs des Anodenleitungssystems das Signal des im Abgasstrang des Brennstoffzellensystems angeordneten Wasserstoffsensors hinsichtlich seines Verlaufs überwacht, um eine Lokalisierung der Undichtigkeit durchzuführen. Ist der Verlauf des Wasserstoffsignals nach dem Durchführen des Spülvorgangs des Anodenleitungssystems im Wesentlichen konstant, kann eine undichte Membran der Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems festgestellt werden. Ist der Verlauf des Wasserstoffsignals jedoch nicht konstant, insbesondere abfallend, kann die undichte Stelle dem Spülventil zugeordnet werden.The present invention is essentially based on the idea of locating the leak when detecting a leak in a fuel cell system by evaluating the signals from a hydrogen sensor arranged in an exhaust tract of the fuel cell system, in particular whether the leak is in the membrane of the fuel cell or in one Anode line system of the fuel cell system arranged flushing valve is present. For this purpose, a leak in the fuel cell system is first detected using the hydrogen sensor arranged in the exhaust system and a flushing process of the anode line system is carried out. According to the invention, after carrying out the flushing process of the anode line system, the signal from the hydrogen sensor arranged in the exhaust line of the fuel cell system is then monitored with regard to its course in order to localize the leak. If the course of the hydrogen signal is essentially constant after carrying out the flushing process of the anode line system, a leaky membrane of the fuel cell of the fuel cell system can be detected. However, if the course of the hydrogen signal is not constant, in particular falling, the leak can be assigned to the flushing valve.

Folglich ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Feststellen einer Undichtigkeit in einem Brennstoffzellensystem offenbart, das ein Abgassystem aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Empfangen eines Wasserstoffsignals von einem im Abgassystem angeordneten Wasserstoffsensor. Das Wasserstoffsignal ist dabei repräsentativ für eine Wasserstoffkonzentration in einem im Abgassystem vorhandenen Gasgemischs. Accordingly, according to a first aspect of the present invention, a method for detecting leakage in a fuel cell system having an exhaust system is disclosed. The method according to the invention includes receiving a hydrogen signal from a hydrogen sensor arranged in the exhaust system. The hydrogen signal is representative of a hydrogen concentration in a gas mixture present in the exhaust system.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner ein Senden eines Spülsignals, dass das Brennstoffzellensystem dazu veranlasst, einen Spülvorgang des Anodenleitungssystems durchzuführen, wenn das empfangene Wasserstoffsignal einen Wasserstoffkonzentrationswert im Gasgemisch im Abgassystem anzeigt, der einen vorbestimmten Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert überschreitet, und ein Feststellen eines Zeitpunkts, bei dem der Spülvorgang des Anodenleitungssystems beendet ist. Das Feststellen des Zeitpunkts, bei dem der Spülvorgang des Anodenleitungssystems beendet ist, erfolgt in Abhängigkeit des empfangenen Wasserstoffsignals. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner ein Feststellen, dass eine Membran der Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems zumindest teilweise undicht ist, wenn das nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem festgestellten Zeitpunkt empfangene Wasserstoffsignal einen im Wesentlichen konstanten Verlauf aufweist, oder dass ein im Anodenleitungssystem angeordnetes Spülventil zumindest teilweise undicht ist, wenn das nach der vorbestimmten Zeitdauer nach dem festgestellten Zeitpunkt empfangene Wasserstoffsignal einen im Wesentlichen nicht-konstanten Verlauf aufweist, und ein Senden eines Steuersignals, das angibt, dass die Membran oder das Spülventil zumindest teilweise undicht ist. Die Membran ist dabei zwischen der Anode der Brennstoffzelle und der Katode der Brennstoffzelle angeordnet und dazu ausgebildet, für Wasserstoffprotonen durchlässig zu sein.The method according to the invention further comprises sending a purging signal that causes the fuel cell system to carry out a purging process of the anode line system when the received hydrogen signal indicates a hydrogen concentration value in the gas mixture in the exhaust system that exceeds a predetermined hydrogen concentration threshold value, and determining a time at which the purging process of the anode line system is completed. Determining the time at which the flushing process of the anode line system is completed depends on the hydrogen signal received. The method according to the invention further includes determining that a membrane of the fuel cell of the fuel cell system is at least partially leaky if the hydrogen signal received after a predetermined period of time after the determined time has a substantially constant course, or that a flushing valve arranged in the anode line system is at least partially leaky , if the hydrogen signal received after the predetermined period of time after the determined time has a substantially non-constant course and sending a control signal indicating that the membrane or the flush valve is at least partially leaking. The membrane is arranged between the anode of the fuel cell and the cathode of the fuel cell and is designed to be permeable to hydrogen protons.

Folglich kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Auswertung des Wasserstoffsignals des im Abgassystem des Brennstoffzellensystems angeordneten Wasserstoffsensors die undichte Stelle im Brennstoffzellensystem lokalisiert werden, insbesondere nachdem allgemein eine Undichtigkeit im Brennstoffzellensystem festgestellt und ein Spülvorgang des Anodenleitungssystems durchgeführt wurde.Consequently, by means of the method according to the invention, the leak in the fuel cell system can be localized by evaluating the hydrogen signal from the hydrogen sensor arranged in the exhaust system of the fuel cell system, in particular after a leak has generally been detected in the fuel cell system and a flushing process of the anode line system has been carried out.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Empfangen eines Stickstoffsignals von einem im Anodenleitungssystem angeordneten Gassensor. Das Stickstoffsignal ist dabei für eine Stickstoffkonzentration in einem im Anodenleitungssystem vorhandenen Gasgemisch repräsentativ. Bei einer solchen bevorzugten Ausgestaltung weist das Feststellen, dass ein im Anodenleitungssystem angeordnetes Spülventil zumindest teilweise undicht ist, ein Feststellen auf, dass der Betrag des Gradienten des empfangen Stickstoffsignals im Wesentlichen dem Betrag des Gradienten des empfangenen Wasserstoffsignals nach der vorbestimmten Zeitdauer nach dem festgestellten Zeitpunkt entspricht.According to a preferred embodiment, the method according to the invention further comprises receiving a nitrogen signal from a gas sensor arranged in the anode line system. The nitrogen signal is representative of a nitrogen concentration in a gas mixture present in the anode line system. In such a preferred embodiment, determining that a purge valve arranged in the anode line system is at least partially leaking involves determining that the magnitude of the gradient of the received nitrogen signal essentially corresponds to the magnitude of the gradient of the received hydrogen signal after the predetermined period of time after the determined time .

Dabei macht sich die vorliegende Erfindung zunutze, dass bei einem undichten Spülventil davon ausgegangen werden kann, dass nach dem Durchführen eines Spülvorgangs des Anodenleitungssystems, dass der sich im Wasserstoffkreislauf ansammelnde Stickstoff durch das undichte Spülventil in den Abgasstrang gelangen und folglich dort die vorhandene Wasserstoffkonzentration reduzieren kann. Folglich kann das Spülventil als zumindest teilweise undicht diagnostiziert werden, wenn der Anstieg des Stickstoffsignals der Reduktion des Wasserstoffsignals im Abgassystem entspricht.The present invention takes advantage of the fact that in the case of a leaky purge valve, it can be assumed that after carrying out a purge process of the anode line system, the nitrogen accumulating in the hydrogen circuit can reach the exhaust system through the leaky purge valve and can consequently reduce the hydrogen concentration present there . Consequently, the purge valve may be diagnosed as at least partially leaking if the increase in nitrogen signal corresponds to the reduction in hydrogen signal in the exhaust system.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Feststellen, dass ein Durchführen eines Spülvorgangs des Anodenleitungssystems beendet ist, wenn während des Durchführens des Spülvorgangs das empfangene Wasserstoffsignal steigt.According to a further preferred embodiment, the method according to the invention further comprises determining that carrying out a flushing process of the anode line system has ended when the received hydrogen signal increases while the flushing process is being carried out.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Steuersignal zum Ansteuern einer Bedienerschnittstelle zum Anzeigen einer Warnung an einen Bediener des Brennstoffzellensystems ausgebildet. Die Warnung informiert den Bediener darüber, dass eine Undichtigkeit der Membran oder des Spülventils festgestellt worden ist.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the control signal is designed to control an operator interface for displaying a warning to an operator of the fuel cell system. The warning informs the operator that a membrane or purge valve leak has been detected.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerungsvorrichtung offenbart, die dazu ausgebildet ist, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.According to a further aspect of the present invention, a control device is disclosed which is designed to carry out the steps of the method according to the invention.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung einen ersten Steuerungsvorrichtungsabschnitt zum Ausführen des Schrittes des Empfangens eines Wasserstoffsignals vom Wasserstoffsensor, einen zweiten Steuerungsvorrichtungsabschnitt zum Ausführen des Schrittes des Bereitstellens eines Spülsignals, einen dritten Steuerungsvorrichtungsabschnitt zum Ausführen des Schrittes des Feststellens, ob das nach der vorbestimmten Zeitdauer nach einem festgestellten Beenden der Spülvorgang empfangenen Wasserstoffsignal einem im Wesentlichen konstanten Verlauf aufweist, und einen vierten Steuerungsvorrichtungsabschnitt zum Ausführen des Schrittes des Sendens des Steuersignals.In a preferred embodiment, the control device according to the invention comprises a first control device section for carrying out the step of receiving a hydrogen signal from the hydrogen sensor, a second control device section for carrying out the step of providing a flushing signal, a third control device section for carrying out the step of determining whether the after the predetermined period of time after a detected completion of the flushing process, the hydrogen signal received has a substantially constant course, and a fourth control device section for carrying out the step of sending the control signal.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Dichtheitsanalysevorrichtung für ein Brennstoffzellensystem offenbart. Die erfindungsgemäße Dichtheitsanalysevorrichtung umfasst einen Wasserstoffsensor, der dazu ausgebildet ist, ein Wasserstoffsignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für eine Wasserstoffkonzentration in einem in einem Abgassystem des Brennstoffzellensystems vorhandenen Gasgemischs, und eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung.According to a still further aspect of the present invention, a leakage analysis apparatus for a fuel cell system is disclosed. The leak analysis device according to the invention comprises a hydrogen sensor, which is designed to generate a hydrogen signal that is representative of a hydrogen concentration in a gas mixture present in an exhaust system of the fuel cell system, and a control device according to the invention.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Dichtheitsanalysevorrichtung ferner einen Gassensor auf, der dazu ausgebildet ist, ein Stickstoffsignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für eine Stickstoffkonzentration in einem im Anodenleitungssystem des Brennstoffzellensystems vorhandenen Gasgemischs.In a preferred embodiment, the leak analysis device according to the invention further has a gas sensor which is designed to generate a nitrogen signal which is representative of a nitrogen concentration in a gas mixture present in the anode line system of the fuel cell system.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem offenbart, das eine Anode, eine von der Anode mittels einer Membran getrennte Kathode, ein Anodenleitungssystem, ein im Anodenleitungssystem angeordnetes Spülventil, ein mit dem Anodenleitungssystem fluidverbundenes Abgassystem und eine erfindungsgemäße Dichtheitsanalysevorrichtung aufweist.According to yet another aspect of the present invention, a fuel cell system is disclosed which has an anode, a cathode separated from the anode by means of a membrane, an anode line system, a purge valve arranged in the anode line system, an exhaust system fluidly connected to the anode line system, and a leak analysis device according to the invention.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm offenbart, das Befehle umfasst, die, wenn sie von einer Recheneinheit ausgeführt werden, die Recheneinheit veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.According to yet another aspect of the present invention, a computer program is disclosed that includes instructions which, when executed by a computing unit, cause the computing unit to carry out a method according to the invention.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein computerlesbares Medium offenbart, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.According to a still further aspect of the present invention, a computer-readable medium on which the computer program according to the invention is stored is disclosed.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung eines in einem Abgassystem eines Brennstoffzellensystems angeordneten Wasserstoffsensors zum Feststellen einer Undichtigkeit im Brennstoffzellensystem mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens offenbart.According to yet another aspect of the present invention, a use of a hydrogen sensor arranged in an exhaust system of a fuel cell system for detecting a leak in the fuel cell system by means of a method according to the invention is disclosed.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der hierin beschriebenen Lehre und Betrachten der beiliegenden einzigen Zeichnung ersichtlich, in denen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems für ein Fahrzeug zeigt,
  • 2 ein Diagramm, in dem beispielhafte Verläufe von Wasserstoffsignalen des im Abgassystem des Brennstoffzellensystems der 1 angeordneten Wasserstoffsensors eingetragen sind bei undichter Membran bzw. undichtem Spülventil, und
  • 3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln einer Undichtigkeit im Brennstoffzellensystems der 1 zeigt.
Further advantages and features of the present invention will become apparent to those skilled in the art by practicing the teachings described herein and viewing the accompanying single drawing, in which:
  • 1 shows a schematic representation of a fuel cell system according to the invention for a vehicle,
  • 2 a diagram showing exemplary curves of hydrogen signals in the exhaust system of the fuel cell system 1 arranged hydrogen sensor are entered in the event of a leaky membrane or leaky flushing valve, and
  • 3 an exemplary flowchart of a method according to the invention for determining a leak in the fuel cell system 1 shows.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt der Begriff „Gasgemisch“ ein Gemisch aus verschiedenen gasförmigen Komponenten, wie beispielsweise Wasserstoff, Stickstoff, Luft und/oder ein Inertgas, z. B. Argon.In the context of the present disclosure, the term “gas mixture” describes a mixture of various gaseous components, such as hydrogen, nitrogen, air and/or an inert gas, e.g. B. Argon.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt der Begriff „Signal“ Rohdaten, die zur Datenübertragung in eine Form umgewandelt werden, die über das gewählte Transportmedium geschickt werden kann. Dies kann analog oder digital geschehen, wobei die Daten erst abgetastet und in diskrete (häufig binär codierte) Werte umgesetzt werden, die dann als Stromstöße oder unterschiedlich hohe Spannungen über das Medium geschickt werden. Ferner können im Rahmen der vorliegenden Offenbarung die Signale kontinuierlich gesendet bzw. empfangen werden. Beispielsweise erfolgen das Senden und Empfangen von digitalen Signalen im Abstand von wenigen Millisekunden.As used herein, the term “signal” describes raw data that is converted for data transmission into a form that can be sent over the selected transport medium. This can be done analogously or digitally, whereby the data is first sampled and converted into discrete (often binary coded) values, which are then sent across the medium as current surges or voltages of different levels. Furthermore, within the scope of the present disclosure, the signals can be sent or received continuously. For example, digital signals are sent and received every few milliseconds.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt eine „ausreichend dichte Stelle“, dass das jeweilige Element in einem geschlossenen oder intakten Zustand, einen jeweiligen Verbindungspfad, derart versperrt, dass das durch die Leitung strömende Gasgemisch im Wesentlichen nicht durch das Element hindurch strömen kann. Jedoch liegt es auch im Rahmen der vorliegenden Offenbarung, dass ein Element mit einer Leckage von ungefähr 0,1 Standardmilliliter pro Minute [Sml/min] bei einem Überdruck von ungefähr 600 mbar ebenfalls als „ausreichend dicht“ bezeichnet werden kann. Folglich kann im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ein Element als „undicht“ bezeichnet werden, wenn die Leckage dahindurch oberhalb der genannten 0,1 Sml/min bei einem Überdruck von ungefähr 600 mbar liegt.In the context of the present disclosure, a “sufficiently tight point” describes that the respective element, in a closed or intact state, blocks a respective connection path in such a way that the gas mixture flowing through the line essentially cannot flow through the element. However, it is also within the scope of the present disclosure that an element with a leakage of approximately 0.1 standard milliliters per minute [Sml/min] at an overpressure of approximately 600 mbar can also be described as "sufficiently tight". Consequently, within the scope of the present disclosure, an element can be described as “leaking” if the leakage therethrough is above the stated 0.1 Sml/min at an overpressure of approximately 600 mbar.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 100 für ein Fahrzeug. Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst eine Brennstoffzelle 110, wie beispielsweise ein Brennstoffzellen-Stack. Die Brennstoffzelle 110 umfasst dabei, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, eine Anode und eine Kathode, die durch eine Membran voneinander getrennt sind. Beispielsweise kann es sich bei der Brennstoffzelle 110 um eine sogenannte PEM-Brennstoffzelle handeln, bei der die Membran eine Protonenaustauschmembran ist, durch die die an der Anode gebildeten Protonen hindurch zur Kathode gelangen können.The 1 shows a schematic representation of a fuel cell system 100 according to the invention for a vehicle. The fuel cell system 100 includes a fuel cell 110, such as a fuel cell stack. The fuel cell 110 includes, as is known from the prior art, an anode and a cathode, which are separated from each other by a membrane. For example, the fuel cell 110 can be a so-called PEM fuel cell, in which the membrane is a proton exchange membrane through which the protons formed at the anode can pass to the cathode.

Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst ferner einen Tank 120, in dem ein Gasgemisch, vorzugsweise unter Druck, gespeichert ist, das im Wesentlichen aus Wasserstoff besteht. Der Tank 120 kann zudem Ventile (in der 1 nicht explizit dargestellt) aufweisen, mit denen das Ein- und Ausströmen des Gasgemischs in den Tank 120 hinein und aus dem Tank 120 heraus gesteuert werden können.The fuel cell system 100 further comprises a tank 120 in which a gas mixture is stored, preferably under pressure, which essentially consists of hydrogen. The tank 120 can also have valves (in the 1 not explicitly shown), with which the inflow and outflow of the gas mixture into and out of the tank 120 can be controlled.

Das Brennstoffzellensystem 100 der 1 umfasst ferner ein Anodenleitungssystem 130, das dazu ausgebildet ist, das aus dem Tank 120 ausströmende Gasgemisch der Anode der Brennstoffzelle 110 zuzuführen und das an der Anode vorbeigeströmte Gasgemisch abzuleiten bzw. zurückzuführen. Das Anodenleitungssystem 130 umfasst hierzu eine Anodenzuleitung 132, die mit dem Tank 120 fluidverbunden ist und das aus dem Tank 120 ausströmende Gasgemisch einer Anodenleitung 134 zuführt, die wiederum das Gasgemisch der Anode der Brennstoffzelle 110 zuführt. Das Anodenleitungssystem 130 umfasst ferner eine Anodenableitung 136, die mit der Anodenleitung 134 fluidverbunden ist und das durch die Anodenleitung 134 geströmte Gasgemisch ableiten und einem Abgassystem 150 zuführen kann. Das Anodenleitungssystem 130 umfasst ferner eine Anodenrückführleitung 138, die die Anodenableitung 136 mit der Anodenzuleitung 132 fluidverbindet und in der eine Rückführpumpe 139 angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, das durch die Anodenableitung 136 strömende Gasgemisch wieder der Anodenzuleitung 132 zurückzuführen. Folglich bildet sich zwischen der Anodenzuleitung 132, der Anodenleitung 134, der Anodenableitung 136 und der Anodenrückführleitung 138 ein Kreislauf aus, in dem das Gasgemisch mittels der Rückführpumpe 139 umgewälzt und im Kreis geführt werden kann.The fuel cell system 100 of 1 further comprises an anode line system 130, which is designed to supply the gas mixture flowing out of the tank 120 to the anode of the fuel cell 110 and to divert or return the gas mixture that flowed past the anode. For this purpose, the anode line system 130 comprises an anode supply line 132, which is fluidly connected to the tank 120 and supplies the gas mixture flowing out of the tank 120 to an anode line 134, which in turn supplies the gas mixture to the anode of the fuel cell 110. The anode line system 130 further comprises an anode discharge line 136, which is fluidly connected to the anode line 134 and can drain the gas mixture flowing through the anode line 134 and supply it to an exhaust system 150. The anode line system 130 further comprises an anode return line 138, which fluidly connects the anode discharge line 136 to the anode supply line 132 and in which a return pump 139 is arranged, which is designed to return the gas mixture flowing through the anode discharge line 136 to the anode supply line 132. Consequently, between the anode zulei is formed 132, the anode line 134, the anode discharge line 136 and the anode return line 138 form a circuit in which the gas mixture can be circulated and circulated by means of the return pump 139.

Das Anodenleitungssystem 130 umfasst ferner ein Spülventil 137, das in der Anodenableitung 136 stromabwärts der Mündungsstelle der Anodenrückführleitung 138 angeordnet und dazu ausgebildet ist, die Anodenableitung 136 freizugeben oder zu sperren. In einem normalen Betriebsmodus der Brennstoffzelle 110 ist das Spülventil 137 geschlossen, so dass mittels der Rückführpumpe 139 der soeben beschriebene Kreislauf und Umwälzvorgang des Gasgemischs bereitgestellt werden kann.The anode line system 130 further comprises a flushing valve 137, which is arranged in the anode discharge line 136 downstream of the mouth of the anode return line 138 and is designed to release or block the anode discharge line 136. In a normal operating mode of the fuel cell 110, the purge valve 137 is closed, so that the circulation and circulation process of the gas mixture just described can be provided by means of the return pump 139.

Ferner ist in der Anodenableitung 136 ein Gassensor 131, wie beispielsweise ein Wasserstoffsensor, vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, ein Wasserstoffsignal zu erzeugen, das für die Wasserstoffkonzentration in der Anodenableitung 136 an einer Position zwischen der Anodenleitung 134 und dem Spülventil 137 repräsentativ ist. Der Gassensor 131 kann dabei ein auf dem Wärmeleitfähigkeitsprinzip basierender Gassensor sein. Die Wasserstoffsignale des Wasserstoffsensors 131 sind bevorzugt digitale Signale bzw. Daten, die von einer Datenverarbeitungsvorrichtung, die einen Prozessor und einen Speicher aufweisen kann, verarbeitet werden können.Furthermore, a gas sensor 131, such as a hydrogen sensor, is provided in the anode lead 136, which is designed to generate a hydrogen signal that is representative of the hydrogen concentration in the anode lead 136 at a position between the anode lead 134 and the purge valve 137. The gas sensor 131 can be a gas sensor based on the thermal conductivity principle. The hydrogen signals from the hydrogen sensor 131 are preferably digital signals or data that can be processed by a data processing device, which can have a processor and a memory.

Während des normalen Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems 100 bildet sich innerhalb des zuvor beschriebenen Kreislaufs eine steigende Stickstoffkonzentration aus, weshalb die Signale des Gassensors 131 ferner für eine Stickstoffkonzentration innerhalb des Anodenleitungssystems repräsentativ sind. Insbesondere kann qualitativ ausgesagt werden, dass das sich während des normalen Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems 100 im Anodenleitungssystem 130 befindliche Gasgemisch nahezu ausschließlich aus Wasserstoff und Stickstoff besteht, d. h., dass die Summe aus Wasserstoffkonzentration und Stickstoffkonzentration im Anodenleitungssystem 130 insgesamt 100 % ergibt. Folglich kann anhand des Signals des Gassensors 131 sowohl die Wasserstoffkonzentration als auch die Stickstoffkonzentration im Anodenleitungssystem 130 ermittelt werden.During the normal operating mode of the fuel cell system 100, an increasing nitrogen concentration forms within the previously described circuit, which is why the signals from the gas sensor 131 are also representative of a nitrogen concentration within the anode line system. In particular, it can be stated qualitatively that the gas mixture located in the anode line system 130 during the normal operating mode of the fuel cell system 100 consists almost exclusively of hydrogen and nitrogen, i.e. that is, the sum of the hydrogen concentration and nitrogen concentration in the anode line system 130 amounts to a total of 100%. Consequently, both the hydrogen concentration and the nitrogen concentration in the anode line system 130 can be determined based on the signal from the gas sensor 131.

Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst ferner ein Kathodenleitungssystem 140 bestehend aus einer Kathodenzuleitung 142, einer mit der Kathode verbundene Kathodenleitung 144 und einer Kathodenableitung 146. Zudem umfasst das Kathodenleitungssystem 140 eine Kathodenbypassleitung 148, die die Kathodenzuleitung 142 mit der Kathodenableitung 146 fluidverbindet und in dem ein Kathodenbypassventil 149 zum Sperren oder Freigeben der Kathodenbypassleitung 148 angeordnet ist. Die Kathodenableitung 146 kann die über die Kathodenzuleitung 142 der Kathode zugeführte Luft in das Abgassystem 150 ableiten. In der Kathodenzuleitung 142 sind ein Drucksensor 141 zum Erfassen des Drucks in der Kathodenzuleitung 142 und ein Kathodeneingangsventil 145 angeordnet, das beispielsweise ein Drosselklappenventil sein kann. In ähnlicher Weise weist die Kathodenableitung 146 ein Kathodenausgangsventil 147 und einen stromabwärts davon in der Kathodenableitung 146 angeordneten Drucksensor 143 zum Erfassen des Drucks in der Kathodenableitung 146 auf. Zudem sind im Kathodenleitungssystem 140 ein Kompressor 170 zum Verdichten der Luft, ein Wasserabscheider 172 und ein Drosselventil 174 angeordnet.The fuel cell system 100 further includes a cathode line system 140 consisting of a cathode feed line 142, a cathode line 144 connected to the cathode and a cathode lead 146. In addition, the cathode line system 140 includes a cathode bypass line 148, which fluidly connects the cathode feed line 142 to the cathode lead 146 and in which a cathode bypass valve 149 for blocking or releasing the cathode bypass line 148 is arranged. The cathode discharge line 146 can discharge the air supplied to the cathode via the cathode supply line 142 into the exhaust system 150. Arranged in the cathode feed line 142 are a pressure sensor 141 for detecting the pressure in the cathode feed line 142 and a cathode inlet valve 145, which can be a throttle valve, for example. Similarly, the cathode lead 146 has a cathode output valve 147 and a pressure sensor 143 arranged downstream thereof in the cathode lead 146 for detecting the pressure in the cathode lead 146. In addition, a compressor 170 for compressing the air, a water separator 172 and a throttle valve 174 are arranged in the cathode line system 140.

Das Brennstoffzellensystem 100 der 1 weist ferner einen Bordnetzzweig 102 auf, der elektrische Verbraucher umfasst. Insbesondere beschreibt der Bordnetzzweig 102 zumindest einen Teil eines elektrischen Systems, das die von der Brennstoffzelle 110 erzeugte elektrische Energie speichern und verteilen kann.The fuel cell system 100 of 1 also has a vehicle electrical system branch 102 which includes electrical consumers. In particular, the vehicle electrical system branch 102 describes at least part of an electrical system that can store and distribute the electrical energy generated by the fuel cell 110.

Wie bereits beschrieben münden sowohl das Anodenleitungssystem 130 als auch das Kathodenleitungssystem 140 in ein Abgassystem 150, in dem ein Wasserstoffsensor 151 angeordnet ist, der dazu ausgebildet ist, ein Wasserstoffsignal zu erzeugen, das die Wasserstoffkonzentration in dem im Abgassystem 150 vorhandenen Gasgemisch (insbesondere Abgas) angibt. Der Wasserstoffsensor 151 kann dabei ein auf dem Wärmeleitfähigkeitsprinzip basierender Gassensor sein.As already described, both the anode line system 130 and the cathode line system 140 lead into an exhaust system 150, in which a hydrogen sensor 151 is arranged, which is designed to generate a hydrogen signal that indicates the hydrogen concentration in the gas mixture (in particular exhaust gas) present in the exhaust system 150. indicates. The hydrogen sensor 151 can be a gas sensor based on the thermal conductivity principle.

Aus der 1 ist ferner ersichtlich, dass eine Steuerungsvorrichtung 160 vorgesehen ist, die mit sämtlichen Bauelementen des Brennstoffzellensystems 100 verbunden sein kann. Obwohl hierfür keine separaten Leitungen in der 1 eingezeichnet sind, können solche elektrischen Verbindungsleitungen in Form von Verbindungsleitungen bzw. -drähten oder drahtlosen Kommunikationseinrichtungen vorhanden sein. Die Steuerungsvorrichtung 160 kann mehrere Steuerungsvorrichtungsabschnitte aufweisen, wie beispielsweise einen ersten Steuerungsvorrichtungsabschnitt 162, einen zweiten Steuerungsvorrichtungsabschnitt 164, einen dritten Steuerungsvorrichtungsabschnitt 166 und einen vierten Steuerungsvorrichtungsabschnitt 168, auf die mit Bezug auf die 3 weiter unten näher eingegangen wird.From the 1 It can also be seen that a control device 160 is provided, which can be connected to all components of the fuel cell system 100. Although there are no separate lines for this in the 1 are shown, such electrical connecting lines can be present in the form of connecting lines or wires or wireless communication devices. The controller 160 may include a plurality of controller portions, such as a first controller portion 162, a second controller portion 164, a third controller portion 166, and a fourth controller portion 168, which are described with reference to FIG 3 will be discussed in more detail below.

Die Steuerungsvorrichtung 160 kann einen Prozessor bzw. eine Recheneinheit und einen Speicher aufweisen. Alternativ kann die Steuerungsvorrichtung 160 der Prozessor bzw. die Recheneinheit sein, die mit dem Speicher verbunden ist. Der Prozessor kann eine zentrale Verarbeitungseinheit (Central Processing Unit, CPU) sein. Der Prozessor kann ferner ein weiterer Allzweckprozessor, ein digitaler Signalprozessor (Digital Signal Processor, DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (Field-Programmable Gate Array, FPGA) sein, oder ein anderes programmierbares Logikgerät, ein diskretes Gatter- oder Transistorlogikgerät, eine diskrete Hardwarekomponente oder dergleichen. Der Allzweckprozessor kann ein Mikroprozessor sein, oder der Prozessor kann ein beliebiger herkömmlicher Prozessor oder dergleichen sein.The control device 160 can have a processor or a computing unit and a memory. Alternatively, the control device 160 may be the processor or computing unit connected to the memory. The processor can be a central processing unit (Central Processing Unit, CPU). The processor may further be another general purpose processor, a digital signal processor (DSP), an application specific integrated circuit (ASIC), a field-programmable gate array (FPGA), or a other programmable logic device, a discrete gate or transistor logic device, a discrete hardware component, or the like. The general purpose processor may be a microprocessor, or the processor may be any conventional processor or the like.

Der Speicher umfasst, ist aber nicht darauf beschränkt, einen Random Access Memory (RAM), einen Read-Only Memory (ROM), einen löschbaren programmierbaren Read-Only Memory (EPROM) oder einen portablen Read-Only Memory (z.B. CD-ROM). Der Speicher ist konfiguriert, um zugehörige Programmanweisungen und zugehörige Daten zu speichern.The memory includes, but is not limited to, a random access memory (RAM), a read-only memory (ROM), an erasable programmable read-only memory (EPROM) or a portable read-only memory (e.g. CD-ROM). . Memory is configured to store associated program instructions and associated data.

Der Wasserstoffsensor 151 bildet zusammen mit der Steuerungsvorrichtung 160 eine Dichtigkeitsanalysevorrichtung 180 für das Brennstoffzellensystem 100.The hydrogen sensor 151, together with the control device 160, forms a leak analysis device 180 for the fuel cell system 100.

Die 2 zeigt ein Diagramm, in dem beispielhafte Verläufe 210, 220 von Wasserstoffsignalen des im Abgassystem 150 des Brennstoffzellensystems 100 angeordneten Wasserstoffsensors 151 bzw. der damit korrelierenden Wasserstoffkonzentrationswerte eingetragen sind. Insbesondere beschreibt der Verlauf 210 das vom Wasserstoffsensor 151 empfangene Wasserstoffsignal bzw. der damit korrelierenden Wasserstoffkonzentrationswerte in dem Fall, in dem die Membran der Brennstoffzelle 110 zumindest teilweise undicht ist, wohingegen der Verlauf 220 das Wasserstoffsignal des Wasserstoffsensors 151 bzw. der damit korrelierenden Wasserstoffkonzentrationswerte in dem Fall zeigt, in dem das Spülventil 137 zumindest teilweise undicht ist.The 2 shows a diagram in which exemplary curves 210, 220 of hydrogen signals of the hydrogen sensor 151 arranged in the exhaust system 150 of the fuel cell system 100 or of the hydrogen concentration values correlating therewith are entered. In particular, the course 210 describes the hydrogen signal received from the hydrogen sensor 151 or the hydrogen concentration values correlating therewith in the case in which the membrane of the fuel cell 110 is at least partially leaky, whereas the course 220 describes the hydrogen signal from the hydrogen sensor 151 or the hydrogen concentration values correlating therewith in the Case shows in which the flushing valve 137 is at least partially leaking.

In der 2 gibt der erste Zeitpunkt t1 denjenigen Zeitpunkt an, an dem ein Spülvorgang des Anodenleitungssystems 130 gestartet wird. Der Zeitpunkt t2 gibt ein Ende des Spülvorgangs des Anodenleitungssystem 130 an. Der Zeitpunkt t3 gibt einen festgestellten Zeitpunkt an, an dem eine Analyse des Wasserstoffsignals des Wasserstoffsensors 151 gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann, um eine im Brennstoffzellensystem 100 detektierte Undichtigkeit zu lokalisieren.In the 2 the first time t1 indicates the time at which a flushing process of the anode line system 130 is started. The time t2 indicates an end of the rinsing process of the anode line system 130. The time t3 indicates a determined time at which an analysis of the hydrogen signal from the hydrogen sensor 151 according to the present invention can be performed to locate a leak detected in the fuel cell system 100.

Vor dem Zeitpunkt t1 in der 2 zeigen die beiden Verläufe 210, 220 des Wasserstoffsignals des Wasserstoffsensors 151 jeweils einen einen Wasserstoffkonzentrationsschwellenwerts C_H2, wie beispielsweise 8 %, unterschreitenden Wasserstoffkonzentrationswert an. Zum Zeitpunkt t1 überschreiten die Verläufe 210, 220 den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwerts C_H2. Folglich kann bereits aufgrund des Überschreitens des Wasserstoffkonzentrationsschwellenwerts C_H2 zum Zeitpunkt t1 allgemein eine Undichtigkeit des Brennstoffzellensystems 10 festgestellt werden.Before time t1 in the 2 the two curves 210, 220 of the hydrogen signal from the hydrogen sensor 151 each indicate a hydrogen concentration value that falls below a hydrogen concentration threshold value C_H2, such as 8%. At time t1, the curves 210, 220 exceed the hydrogen concentration threshold C_H2. Consequently, a leak in the fuel cell system 10 can generally be detected due to the hydrogen concentration threshold C_H2 being exceeded at time t1.

Vor dem Zeitpunkt t1 befindet sich das Brennstoffzellensystem 100 ferner in einem normalen Betriebsmodus, bei dem das Spülventil 137 geschlossen und die Rückführpumpe 139 aktiviert ist. Während dem normalen Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems 100 wird, wie bereits beschrieben, das aus dem Tank 120 stammende Gasgemisch, insbesondere Wasserstoffgemisch, in dem Kreislauf zwischen der Anodenzuleitung 132, Anodenleitung 134, Anodenableitung 136 und, aufgrund des geschlossenen Spülventils 137, der Anodenrückführleitung 138 zirkuliert beziehungsweise dauerhaft umgewälzt. Wird während diesem normalen Betriebsmodus zum Zeitpunkt t1 eine Wasserstoffkonzentration im Abgassystem 150 ermittelt, die oberhalb des vorbestimmten Wasserstoffkonzentrationsschwellenwerts C_H2, wie beispielsweise 8 %, liegt, kann erfindungsgemäß mittels Durchführen eines Spülvorgangs und anschließendem Auswerten des Wasserstoffsignals zum Zeitpunkt t3 die bereits festgestellte allgemeine Undichtigkeit des Brennstoffzellensystems 100 zusätzlich noch lokalisiert werden.Before time t1, the fuel cell system 100 is also in a normal operating mode in which the flushing valve 137 is closed and the return pump 139 is activated. During the normal operating mode of the fuel cell system 100, as already described, the gas mixture coming from the tank 120, in particular hydrogen mixture, is circulated in the circuit between the anode supply line 132, anode line 134, anode discharge line 136 and, due to the closed flushing valve 137, the anode return line 138 permanently circulated. If a hydrogen concentration in the exhaust system 150 is determined during this normal operating mode at time t1, which is above the predetermined hydrogen concentration threshold C_H2, such as 8%, according to the invention, the general leakage of the fuel cell system that has already been determined can be determined by carrying out a flushing process and then evaluating the hydrogen signal at time t3 100 can also be localized.

Beim Starten eines Spülvorgangs des Anodenleitungssystems 130 zum Zeitpunkt t1 werden gleichzeitig das Spülventil 137 geöffnet und die Rückführpumpe 139 deaktiviert, so dass zu diesem Zeitpunkt das aus dem Tank 120 ausströmende Gasgemisch, insbesondere Wasserstoffgemisch, durch die Anodenzuleitung 132, die Anodenleitung 134 und die Anodenableitung 136 direkt in das Abgassystem 150 geführt werden. Wird während dem Spülvorgang des Anodenleitungssystems 130 dann festgestellt, dass das Wasserstoffsignal im Wesentlichen steigt (z. B. zum Zeitpunkt t2 in der 2), kann der Spülvorgang als abgeschlossen bestimmt und wieder beendet werden, das heißt, dass das Spülventil 137 geschlossen und die Rückführpumpe 139 wieder aktiviert wird, so dass das Brennstoffzellensystem 100 wieder in den normalen Betriebsmodus wechselt.When starting a flushing process of the anode line system 130 at time t1, the flushing valve 137 is simultaneously opened and the return pump 139 is deactivated, so that at this point in time the gas mixture flowing out of the tank 120, in particular hydrogen mixture, flows through the anode supply line 132, the anode line 134 and the anode discharge line 136 be led directly into the exhaust system 150. If it is then determined during the flushing process of the anode line system 130 that the hydrogen signal essentially increases (e.g. at time t2 in the 2 ), the flushing process can be determined as completed and ended again, that is, the flushing valve 137 is closed and the return pump 139 is activated again, so that the fuel cell system 100 switches back to the normal operating mode.

Im Folgenden wird unter zusätzlicher Bezugnahme auf das in der 3 gezeigte Ablaufdiagramm eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Feststellen und Lokalisieren der Undichtigkeit im Brennstoffzellensystem 100 der 1 beschrieben.The following is with additional reference to that in the 3 Flowchart shown shows an exemplary embodiment of a method according to the invention for determining and localizing the leak in the fuel cell system 100 1 described.

Das Verfahren der 3 startet beim Schritt 300 und gelangt dann zum Schritt 310, an dem mittels der Steuerungsvorrichtung 160, insbesondere mittels des ersten Steuerungsvorrichtungsabschnitts 162, ein Wasserstoffsignal vom Wasserstoffsensor 151 empfangen wird. An dieser Stelle ist nochmals darauf hinzuweisen, dass die Steuerungsvorrichtung 160, insbesondere der erste Steuerungsvorrichtungsabschnitt 162, das Wasserstoffsignal des Wasserstoffsensors 151 kontinuierlich empfängt. Folglich werden während dem Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dauerhaft und kontinuierlich, beispielsweise in zeitlich vorbestimmten Abständen, wie wenigen Millisekunden, (digitale) Wasserstoffsignale des Wasserstoffsensors 151 empfangen.The procedure of 3 starts at step 300 and then reaches step 310, at which a hydrogen signal is received from the hydrogen sensor 151 by means of the control device 160, in particular by means of the first control device section 162. At this point it should be pointed out again that the control device 160, in particular the first control device section 162, continuously receives the hydrogen signal from the hydrogen sensor 151. Consequently, while carrying out the method according to the invention, (digital) hydrogen signals from the hydrogen sensor 151 are received permanently and continuously, for example at predetermined time intervals, such as a few milliseconds.

In einem darauffolgenden Schritt 320 wird ermittelt, ob das empfangene Wasserstoffsignal eine Wasserstoffkonzentration anzeigt, die den vorbestimmten Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert C_H2 überschreitet. Insbesondere liegt beim Überschreiten des vorbestimmten Wasserstoffkonzentrationsschwellenwerts C_H2 eine erhöhte Entzündungsgefahr des im Abgassystem 150 vorhandenen Gasgemischs vor. Wird beim Schritt 320 ermittelt, dass das empfangene Wasserstoffsignal eine Wasserstoffkonzentration anzeigt, die den vorbestimmten Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert C_H2 nicht überschreitet, gelangt das Verfahren wieder zurück zum Schritt 310. Das Brennstoffzellensystem 100 kann als dicht diagnostiziert werden, solange das Verfahren bei den Schritten 310, 320 verbleibt.In a subsequent step 320, it is determined whether the received hydrogen signal indicates a hydrogen concentration that exceeds the predetermined hydrogen concentration threshold C_H2. In particular, when the predetermined hydrogen concentration threshold C_H2 is exceeded, there is an increased risk of ignition of the gas mixture present in the exhaust system 150. If it is determined in step 320 that the received hydrogen signal indicates a hydrogen concentration that does not exceed the predetermined hydrogen concentration threshold C_H2, the method returns to step 310. The fuel cell system 100 can be diagnosed as leaky as long as the method remains at steps 310, 320 .

Wird jedoch beim Schritt 320 ermittelt, dass das empfangene Wasserstoffsignal einen Wasserstoffkonzentrationswert anzeigt, der den vorbestimmten Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert C_H2 überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 330, an dem die Steuerungsvorrichtung 160, insbesondere der zweite Steuerungsvorrichtungsabschnitt 164, ein Spülsignal sendet, dass das Brennstoffzellensystem 100 dazu veranlasst, einen Spülvorgang des Anodenleitungssystems 130 durchzuführen. Insbesondere erfolgt das Senden und Starten des Spülsignals zum Zeitpunkt t1 (siehe 2). Das Spülen des Anodenleitungssystems 130 erfolgt so lange, bis das Wasserstoffsignal im Wesentlichen steigend ist (siehe z. B. Zeitpunkt t2 in 2). Weist das Wasserstoffsignal einen Anstieg auf (siehe Verläufe 210, 220 in der 2 zum Zeitpunkt t2), wird zum Zeitpunkt t2 der Spülvorgang beendet.However, if it is determined in step 320 that the received hydrogen signal indicates a hydrogen concentration value that exceeds the predetermined hydrogen concentration threshold C_H2, the method proceeds to step 330, at which the control device 160, in particular the second control device section 164, sends a flushing signal that the fuel cell system 100 does caused to carry out a flushing process of the anode line system 130. In particular, the flushing signal is sent and started at time t1 (see 2 ). The anode line system 130 is flushed until the hydrogen signal is essentially increasing (see, for example, time t2 in 2 ). If the hydrogen signal shows an increase (see curves 210, 220 in the 2 at time t2), the rinsing process is ended at time t2.

Insbesondere wird in einem weiteren Schritt 340 der Zeitpunkt t2 festgestellt, bei dem der Spülvorgang des Anodenleitungssystems 130 beendet ist. Dieses Feststellen des Zeitpunkts t2 erfolgt, wie bereits erwähnt, in Abhängigkeit des empfangenen Wasserstoffsignals.In particular, in a further step 340, the time t2 is determined at which the flushing process of the anode line system 130 is completed. As already mentioned, this determination of the time t2 takes place depending on the hydrogen signal received.

In einem darauffolgenden Schritt 350 wird nach einer vorbestimmten Zeitdauer, wie beispielsweise ungefähr 5 Sekunden (siehe Zeitraum zwischen t2 und t3 in der 2), nach dem festgestellten Zeitpunkt t2 des Endes des Spülvorgangs des Anodenleitungssystem 130 ein Wasserstoffsignal vom Wasserstoffsensor 151 empfangen und bei einem darauffolgenden Schritt 360 ausgewertet. Das heißt, dass der Zeitpunkt t2 auch ein Ende eines Wasserstoff-Ausstoßes angibt.In a subsequent step 350, after a predetermined period of time, such as approximately 5 seconds (see period between t2 and t3 in the 2 ), after the determined time t2 of the end of the rinsing process of the anode line system 130, a hydrogen signal is received from the hydrogen sensor 151 and evaluated in a subsequent step 360. This means that the time t2 also indicates an end to hydrogen emission.

Wird beim Schritt 360 festgestellt, dass das nach der vorbestimmten Zeitdauer nach dem festgestellten Zeitpunkt t2 des Endes des Spülvorgangs empfangene Wasserstoffsignal einen im Wesentlichen konstanten Verlauf aufweist, wie dies beispielsweise beim Signal 210 der 2 nach dem Zeitpunkt t3 der Fall ist, gelangt das Verfahren zum Schritt 370, an dem die Membran als undicht erkannt bzw. diagnostiziert wird. Insbesondere kann nach dem Spülvorgang des Anodenleitungssystems 130 und einem festgestellten im Wesentlichen konstanten Verlauf 210 des Wasserstoffsignals (siehe 2) ausgesagt werden, dass kontinuierlich Wasserstoff aus dem Anodenleitungssystem 130 durch die Membran der Brennstoffzelle 110 in das Kathodenleitungssystem 140 und somit in das Abgassystem 150 gelangen kann, wo dann das Abgas eine konstante Wasserstoffkonzentration aufweist, die mittels des Wasserstoffsensors 151 gemessen werden kann.If it is determined in step 360 that the hydrogen signal received after the predetermined period of time after the determined time t2 of the end of the flushing process has a substantially constant course, as is the case, for example, with signal 210 of the 2 If this is the case after time t3, the method reaches step 370, at which the membrane is recognized or diagnosed as leaking. In particular, after the anode line system 130 has been flushed and a substantially constant course 210 of the hydrogen signal has been determined (see 2 ) it can be stated that hydrogen can continuously pass from the anode line system 130 through the membrane of the fuel cell 110 into the cathode line system 140 and thus into the exhaust system 150, where the exhaust gas then has a constant hydrogen concentration, which can be measured by means of the hydrogen sensor 151.

Wird jedoch beim Schritt 360 festgestellt, dass der Verlauf 220 des empfangenen Wasserstoffsignals ab dem Zeitpunkt t3 im Wesentlichen nicht konstant ist, gelangt das Verfahren zum Schritt 380, an dem das Spülventil 137 als undicht diagnostiziert werden kann. Insbesondere kann zu diesem Zeitpunkt ausgesagt werden, dass nach dem Spülvorgang und dem erneuten Zurückkehren in den normalen Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems 100 kontinuierlich eine gewisse Menge des sich im Kreislauf im Anodenleitungssystem 130 befindlichen Gasgemisch durch das undichte Spülventil 137 in den Abgasstrang 150 gelangen und dort vom Wasserstoffsensor 151 erfasst werden kann.However, if it is determined in step 360 that the curve 220 of the received hydrogen signal is essentially not constant from time t3, the method reaches step 380, at which the flushing valve 137 can be diagnosed as leaking. In particular, it can be stated at this point in time that after the flushing process and the return to the normal operating mode of the fuel cell system 100, a certain amount of the gas mixture in the circuit in the anode line system 130 continuously passes through the leaky flushing valve 137 into the exhaust gas line 150 and there from the hydrogen sensor 151 can be recorded.

Der nicht-konstante Verlauf 220 des Wasserstoffsignals ab dem Zeitpunkt t3 kann dadurch erklärt werden, dass sich in dem beschriebenen Kreislauf im normalen Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems 100 weiterhin Stickstoff im Anodenleitungssystem 130 ansammeln kann, der dann gemeinsam mit dem Wasserstoffgemisch durch das Spülventil 137 in das Abgassystem 150 gelangen kann. Da sich aber kontinuierlich Stickstoff im Anodenleitungssystem 130 bildet, nimmt die Wasserstoffkonzentration während des normalen Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems 100 im Anodenleitungssystem kontinuierlich ab und die Stickstoffkonzentration kontinuierlich zu. Aus diesem Grund ist das Wasserstoffsignal des Wasserstoffsensors 151 bei einem undichten Spülventil 137 nicht konstant.The non-constant course 220 of the hydrogen signal from time t3 can be explained by the fact that in the described circuit, in the normal operating mode of the fuel cell system 100, nitrogen can continue to accumulate in the anode line system 130, which is then released together with the hydrogen mixture through the purge valve 137 into the exhaust system 150 can reach. However, since nitrogen is continuously formed in the anode line system 130, the hydrogen concentration in the anode line system continuously decreases during the normal operating mode of the fuel cell system 100 and the nitrogen concentration continuously. For this reason, the hydrogen signal from the hydrogen sensor 151 is not constant if the purge valve 137 is leaking.

Das Feststellen bei den Schritten 370 oder 380 wird von der Steuerungsvorrichtung 160, insbesondere dem dritten Steuerungsvorrichtungsabschnitt 166, durchgeführt.The determination in steps 370 or 380 is carried out by the control device 160, in particular the third control device section 166.

Nach den Schritten 370, 380 gelangt das Verfahren jeweils zum Schritt 390, an dem die Steuerungsvorrichtung 160, insbesondere der vierte Steuerungsvorrichtungsabschnitt 168, ein Steuersignal senden kann, das angibt, dass die Membran oder das Spülventil 137 zumindest teilweise undicht ist, bevor das Verfahren beim Schritt 400 endet.After steps 370, 380, the method reaches step 390, at which the control device 160, in particular the fourth control device section 168, can send a control signal indicating that the membrane or the flushing valve 137 is at least partially leaking before the method begins Step 400 ends.

Zur Plausibilisierung eines undichten Spülventils 137 kann gleichzeitig zum Schritt 360 mittels des Gassensors 131 ein Gassignal erzeugt und von der Steuerungsvorrichtung 160, insbesondere auch vom ersten Steuerungsvorrichtungsabschnitt 162, empfangen werden, das die Stickstoffkonzentration im Anodenleitungssystem 130 anzeigt. Dazu kann, unter erneutem Verweis auf die 2, festgestellt werden, dass der über die Zeit betrachtete Verlauf 230 des Stickstoffsignals zum Zeitpunkt t3 im Wesentlichen nicht konstant ist. Insbesondere kann zur Plausibilisierung des undichten Spülventils 137 ausgewertet werden, ob ab dem Zeitpunkt t3 der Betrag des Gradienten des Stickstoffsignals 230 im Anodenleitungssystem 130 im Wesentlichen dem Betrag des Gradienten des Wasserstoffsignals 220 entspricht. Die Erklärung, dass die Beträge der beiden genannten Gradienten im Wesentlichen gleich sind, wurde bereits oben erwähnt, da sich im normalen Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems 100 im Anodenleitungssystem 130 Stickstoff ansammelt und Wasserstoff verbraucht wird. Folglich sinkt die Wasserstoffkonzentration und die Stickstoffkonzentration steigt.To check the plausibility of a leaky purge valve 137, a gas signal can be generated at the same time as step 360 by means of the gas sensor 131 and received by the control device 160, in particular also by the first control device section 162, which indicates the nitrogen concentration in the anode line system 130. This can be done with renewed reference to the 2 , it can be found that the course 230 of the nitrogen signal viewed over time is essentially not constant at time t3. In particular, in order to check the plausibility of the leaky flushing valve 137, it can be evaluated whether from time t3 the magnitude of the gradient of the nitrogen signal 230 in the anode line system 130 essentially corresponds to the magnitude of the gradient of the hydrogen signal 220. The explanation that the amounts of the two gradients mentioned are essentially the same has already been mentioned above, since in the normal operating mode of the fuel cell system 100, nitrogen accumulates in the anode line system 130 and hydrogen is consumed. Consequently, the hydrogen concentration decreases and the nitrogen concentration increases.

Falls der Betrag des Gradienten des Wasserstoffsignals deutlich kleiner ist als der Betrag des Gradienten des Stickstoffsignals, kann an dieser Stelle wiederum die Membran als undicht diagnostiziert werden.If the magnitude of the gradient of the hydrogen signal is significantly smaller than the magnitude of the gradient of the nitrogen signal, the membrane can again be diagnosed as leaking at this point.

An dieser Stelle sei explizit erwähnt, dass der Fachmann erkennen wird, dass sich die Beträge der Gradienten um einen gewissen Zeitraum verschoben zueinander entsprechen können, da das Gasgemisch eine gewisse Zeit benötigt, um vom Gassensor 121 zum Wasserstoffsensor 151 zu gelangen.At this point it should be explicitly mentioned that the person skilled in the art will recognize that the magnitudes of the gradients can correspond to one another, shifted by a certain period of time, since the gas mixture requires a certain time to get from the gas sensor 121 to the hydrogen sensor 151.

Das vorliegende Verfahren macht sich folglich zu Nutze, dass das Wasserstoffsignal eines im Abgassystem eines Brennstoffzellensystems angeordneten Wasserstoffsensors 151 dazu verwendet werden kann, bei einer festgestellten allgemeinen Undichtigkeit im Brennstoffzellensystem 100 zusätzlich noch die Undichtigkeit zu lokalisieren, insbesondere der Membran oder dem Spülventil 137 zuzuordnen.The present method therefore takes advantage of the fact that the hydrogen signal from a hydrogen sensor 151 arranged in the exhaust system of a fuel cell system can be used to additionally localize the leak if a general leak is detected in the fuel cell system 100, in particular to assign it to the membrane or the flushing valve 137.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 8795917 B2 [0003]US 8795917 B2 [0003]
  • CN 114838937 A [0003]CN 114838937 A [0003]
  • JP 2010067573 A [0003]JP 2010067573 A [0003]
  • US 10581100 B2 [0003]US 10581100 B2 [0003]
  • US 11201340 B2 [0003]US 11201340 B2 [0003]

Claims (12)

Verfahren zum Feststellen einer Undichtigkeit in einem Brennstoffzellensystem (100), das ein Abgassystem (150) umfasst, wobei das Verfahren aufweist: - Empfangen eines Wasserstoffsignals von einem im Abgassystem (150) angeordneten Wasserstoffsensor (151), wobei das Wasserstoffsignal repräsentativ ist für eine Wasserstoffkonzentration in einem im Abgassystem (150) vorhandenen Gasgemischs, - Senden eines Spülsignals, das das Brennstoffzellensystem (100) dazu veranlasst, einen Spülvorgang des Anodenleitungssystems (130) durchzuführen, wenn das empfangene Wasserstoffsignal einen Wasserstoffkonzentrationswert im Abgassystem (150) anzeigt, der einen vorbestimmten Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert überschreitet, - Feststellen eines Zeitpunkts, bei dem der Spülvorgang des Anodenleitungssystems (130) beendet ist, wobei das Feststellen des Zeitpunkts in Abhängigkeit des empfangenen Wasserstoffsignals erfolgt, - Feststellen, dass eine Membran der Brennstoffzelle (110) des Brennstoffzellensystems (100) zumindest teilweise undicht ist, wenn das nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem festgestellten Zeitpunkt empfangene Wasserstoffsignal einen im Wesentlichen konstanten Verlauf aufweist, oder dass ein im Anodenleitungssystem (130) angeordnetes Spülventil (137) zumindest teilweise undicht ist, wenn das nach der vorbestimmten Zeitdauer nach dem festgestellten Zeitpunkt empfangene Wasserstoffsignal einen im Wesentlichen nicht-konstanten Verlauf aufweist, und - Senden eines Steuersignals, das angibt, dass die Membran oder das Spülventil (137) zumindest teilweise undicht ist.A method for detecting a leak in a fuel cell system (100) comprising an exhaust system (150), the method comprising: - Receiving a hydrogen signal from a hydrogen sensor (151) arranged in the exhaust system (150), the hydrogen signal being representative of a hydrogen concentration in a gas mixture present in the exhaust system (150), - Sending a purge signal that causes the fuel cell system (100) to carry out a purge process of the anode line system (130) when the received hydrogen signal indicates a hydrogen concentration value in the exhaust system (150) that exceeds a predetermined hydrogen concentration threshold, - determining a time at which the flushing process of the anode line system (130) has ended, the time being determined depending on the hydrogen signal received, - Determine that a membrane of the fuel cell (110) of the fuel cell system (100) is at least partially leaky if the hydrogen signal received after a predetermined period of time after the determined time has a substantially constant course, or that a flushing valve arranged in the anode line system (130). (137) is at least partially leaky if the hydrogen signal received after the predetermined period of time after the determined time has a substantially non-constant course, and - Sending a control signal indicating that the membrane or the flushing valve (137) is at least partially leaking. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit: - Empfangen eines Stickstoffsignals von einem im Anodenleitungssystem (130) angeordneten Gassensor (131), wobei das Stickstoffsignal repräsentativ ist für eine Stickstoffkonzentration in einem im Anodenleitungssystem (130) vorhandenen Gasgemischs, wobei das Feststellen, dass ein im Anodenleitungssystem (130) angeordnetes Spülventil (137) zumindest teilweise undicht ist, aufweist: - Feststellen, dass der Betrag des Gradienten des empfangenen Stickstoffsignals im Wesentlichen dem Betrag des Gradienten des empfangenen Wasserstoffsignals nach der vorbestimmten Zeitdauer nach dem festgestellten Zeitpunkt entspricht.Procedure according to Claim 1 , further with: - receiving a nitrogen signal from a gas sensor (131) arranged in the anode line system (130), the nitrogen signal being representative of a nitrogen concentration in a gas mixture present in the anode line system (130), determining that a gas sensor (131) in the anode line system (130) arranged flushing valve (137) is at least partially leaky, comprising: - determining that the magnitude of the gradient of the received nitrogen signal essentially corresponds to the magnitude of the gradient of the received hydrogen signal after the predetermined period of time after the determined time. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: - Feststellen, dass ein Durchführen eines Spülvorgangs des Anodenleitungssystems (130) beendet ist, wenn während des Durchführen des Spülvorgangs das empfangene Wasserstoffsignal einen im Wesentlichen konstanten Verlauf aufweist.Method according to one of the preceding claims, further comprising: - Determine that carrying out a flushing process of the anode line system (130) has ended if the hydrogen signal received has a substantially constant course while the flushing process is being carried out. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuersignal zum Ansteuern einer Bedienerschnittstelle zum Anzeigen einer Warnung an einen Bediener des Brennstoffzellensystems (100) ausgebildet ist, wobei die Warnung den Bediener darüber informiert, dass eine Undichtigkeit der Membran oder des Spülventils (137) festgestellt worden ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the control signal is designed to control an operator interface for displaying a warning to an operator of the fuel cell system (100), the warning informing the operator that a leak in the membrane or the flushing valve (137) has been detected is. Steuerungsvorrichtung (160), die dazu ausgebildet ist, die Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.Control device (160) designed to carry out the steps of the method according to one of the preceding claims. Steuerungsvorrichtung (160) nach Anspruch 5, aufweisend: - einen ersten Steuerungsvorrichtungsabschnitt (162) zum Ausführen des Schrittes des Empfangens eines Wasserstoffsignals vom Wasserstoffsensor (151), - einen zweiten Steuerungsvorrichtungsabschnitt (164) zum Ausführen des Schrittes des Bereitstellens eines Spülsignals, - einen dritten Steuerungsvorrichtungsabschnitt (166) zum Ausführen des Schrittes des Feststellens, ob das nach der vorbestimmten Zeitdauer nach einem festgestellten Beenden des Spülvorgangs empfangene Wasserstoffsignal einen im Wesentlichen konstanten Verlauf aufweist, und - einen vierten Steuerungsvorrichtungsabschnitt (168) zum Ausführen des Schrittes des Sendens eines Steuersignals.Control device (160). Claim 5 , comprising: - a first control device section (162) for carrying out the step of receiving a hydrogen signal from the hydrogen sensor (151), - a second control device section (164) for carrying out the step of providing a flushing signal, - a third control device section (166) for carrying out the Step of determining whether the hydrogen signal received after the predetermined period of time after a determined completion of the flushing process has a substantially constant course, and - a fourth control device section (168) for carrying out the step of sending a control signal. Dichtheitsanalysevorrichtung (180) für ein Brennstoffzellensystem (100), mit: - einem Wasserstoffsensor (151), der dazu ausgebildet ist, ein Wasserstoffsignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für eine Wasserstoffkonzentration in einem in einem Abgassystem (150) des Brennstoffzellensystems (100) vorhandenen Gasgemischs, und - einer Steuerungsvorrichtung (160) nach einem der Ansprüche 5 und 6.Leakage analysis device (180) for a fuel cell system (100), with: - a hydrogen sensor (151), which is designed to generate a hydrogen signal that is representative of a hydrogen concentration in an exhaust system (150) of the fuel cell system (100). Gas mixture, and - a control device (160) according to one of the Claims 5 and 6 . Dichtheitsanalysevorrichtung (180) nach Anspruch 7, ferner mit: - einem Gassensor (131), der dazu ausgebildet ist, ein Stickstoffsignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für eine Stickstoffkonzentration in einem in einem Anodenleitungssystem (130) des Brennstoffzellensystems (100) vorhandenen Gasgemischs.Leakage analysis device (180). Claim 7 , further with: - a gas sensor (131) which is designed to generate a nitrogen signal which is representative of a nitrogen concentration in a gas mixture present in an anode line system (130) of the fuel cell system (100). Brennstoffzellensystem (100), mit: - einer Anode, - einer mittels einer Membran von der Anode getrennte Kathode, - einem Anodenleitungssystem (130), in dem ein Spülventil (137) angeordnet ist, - einem Abgassystem (150), das mit dem Anodenleitungssystem (130) fluidverbunden ist, und - einer Dichtheitsanalysevorrichtung (180) nach einem der Ansprüche 7 und 8.Fuel cell system (100), with: - an anode, - a cathode separated from the anode by means of a membrane, - an anode line system (130) in which a flushing valve (137) is arranged, - an exhaust system (150) connected to the anode line system (130) is fluidly connected, and - A leak analysis device (180) according to one of the Claims 7 and 8th . Computerprogramm, umfassend Befehle, die, wenn sie von einer Recheneinheit ausgeführt werden, die Recheneinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen.Computer program comprising instructions which, when executed by a computing unit, cause the computing unit to perform a method according to one of the Claims 1 until 4 to carry out. Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.Computer-readable medium on which the computer program is written Claim 10 is stored. Verwendung eines in einem Abgassystem (150) eines Brennstoffzellensystems (100) angeordneten Wasserstoffsensors (151) zum Feststellen einer Undichtigkeit im Brennstoffzellensystem (100) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4.Use of a hydrogen sensor (151) arranged in an exhaust system (150) of a fuel cell system (100) for detecting a leak in the fuel cell system (100) by means of a method according to one of Claims 1 until 4 .
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010067573A (en) 2008-09-12 2010-03-25 Fujitsu Ten Ltd Control apparatus
US8795917B2 (en) 2005-04-06 2014-08-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system with control of the pressure of the reactants within the system
US10581100B2 (en) 2018-06-06 2020-03-03 GM Global Technology Operations LLC Method of operating a fuel cell stack having a temporarily disabled bleed valve
US11201340B2 (en) 2018-11-01 2021-12-14 Hyundai Motor Company Hydrogen supply control system and control method for fuel cell
CN114838937A (en) 2021-02-02 2022-08-02 北京亿华通科技股份有限公司 Multifunctional monitoring system for fuel cell engine and control method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8795917B2 (en) 2005-04-06 2014-08-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system with control of the pressure of the reactants within the system
JP2010067573A (en) 2008-09-12 2010-03-25 Fujitsu Ten Ltd Control apparatus
US10581100B2 (en) 2018-06-06 2020-03-03 GM Global Technology Operations LLC Method of operating a fuel cell stack having a temporarily disabled bleed valve
US11201340B2 (en) 2018-11-01 2021-12-14 Hyundai Motor Company Hydrogen supply control system and control method for fuel cell
CN114838937A (en) 2021-02-02 2022-08-02 北京亿华通科技股份有限公司 Multifunctional monitoring system for fuel cell engine and control method thereof

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