WO2017102445A1 - Method for diagnosing leakage, and fuel cell system - Google Patents

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Johannes Schild
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for diagnosing a leak in a fuel cell system and to a fuel cell system itself.
  • Fuel cell system it may therefore be useful to a leak
  • a permissible, maximum leakage value is often defined at a certain operating point under certain conditions. Over the service life of the fluid system, this is therefore in particular the operating environment taken several times and produced under laboratory conditions, the previously defined operating point with the specific conditions, so that the leakage can be detected under these conditions and tested against the maximum permissible leakage value.
  • the present invention relates to a method according to the independent method claim and a device according to the independent
  • the method according to the invention for diagnosing a leakage (in particular a critical leakage) of at least one first fluid of a fluid system comprises the steps a) to d).
  • a first reference gradient of an operating pressure of the first fluid is provided.
  • Step b) includes determining an operating gradient of the operating pressure at a first operating point.
  • a second reference gradient of the operating pressure is determined by a model. The model takes into account the first reference gradient and at least one further operating parameter at the first operating point. A comparison of the operating gradient of the second reference gradient takes place in accordance with step d).
  • a leakage can be understood in particular as a volume loss of the first fluid from the fluid system per unit of time.
  • a critical leak may also be a leak that can be hazardous to the fluid system or the environment. However, leakage may be critical even if it appears interesting for some other reason, such as the effect on the consumption of the first fluid.
  • Leakage of the first fluid of the fluid system may in particular be the gradient of the operating pressure.
  • a gradient may be understood to mean the change with time of a pressure, in particular a pressure drop over time.
  • the first reference gradient of the Operating pressure can therefore also be understood as the limit of the pressure change per unit time under fixed conditions, up to which an operating gradient under these conditions can be classified as non-critical or critical.
  • the first reference gradient may represent a maximum allowable pressure gradient under the specified conditions.
  • the model determines the second reference gradient in particular from the first reference gradient and at least one ambient condition in the form of a further operating parameter at the first operating point.
  • an operating point may comprise a period during the determination of the operating gradient.
  • the second reference gradient represents in particular a limit of the pressure change per time under real
  • Fluid system is reduced.
  • Maintenance intervals may be provided so that a malfunction of the operation is reduced by the method.
  • the method can, for example, also run automatically in a computer program or can be controlled by a computer program.
  • the operating gradient of the operating pressure is further easily measurable, so that a precise localization of a leakage point for the diagnosis of the particular critical
  • Reference gradient of the operating pressure also be defined for the fluid system once in a reference operating point.
  • Such a one-time test can, for. B. already be performed under laboratory conditions prior to delivery of the fluid system to the end customer, in particular so that a Tolerance determination individually for each manufactured product is possible. As a result, the accuracy of the method can be increased because in the first
  • the fluid system may be a fuel cell system, so that the method according to the invention may advantageously be designed to diagnose a leak (in particular a critical leakage) in a fuel cell system.
  • the operating pressure may preferably be an anode pressure of the fuel cell system. This can increase safety in the fuel cell system
  • the first fluid may be hydrogen, which is under high pressure in the fuel cell system, and a particularly strong outlet from the fuel
  • Fuel cell system may pose a potential source of danger. Therefore, early detection of leaks in a fuel cell system is particularly desirable.
  • the method is used in a fluid system in a vehicle or the fluid system is installed in a vehicle while a method according to the invention is being carried out.
  • This correspondingly increases the safety during operation of the vehicle, in particular since the method is carried out under real conditions and thus the real ambient conditions can also be taken into account.
  • the method z. B. automatically during operation of the vehicle, eg permanent or at regular intervals or fixed triggering functions (eg. Before starting or after stopping) or manually triggered by the driver.
  • the method is carried out in a workshop, for example during an inspection of the vehicle.
  • the method can be performed when starting the vehicle, so that a malfunction of the operation is reduced and previously formed leaks, especially before a possible hazard, are detected. It is also conceivable that a method according to the invention is carried out under steady-state operating conditions. Thus, for example, it may be provided that a section of the fluid system is at least partially closed by closing at least one valve. This allows the determined
  • Flow equilibrium is or that no additional pressure of the first fluid, for example, is generated by a pump in the portion of the fluid system.
  • the model takes into account a secondary pressure of a second fluid based on a further operating parameter in the first operating point.
  • the secondary pressure may preferably be the cathode pressure of a fuel cell.
  • the second fluid can be understood to mean a gas or a liquid, the second fluid particularly preferably a
  • the secondary pressure itself, a pressure difference between an anode and a cathode in the fuel cell system or a further quantity dependent on the secondary pressure can represent the further operating parameter.
  • an environmental parameter can thus be taken into account by the model, which is easy to measure.
  • the cathode pressure has a great influence on the accuracy of the result, so that consideration of the cathode pressure in a fuel cell system results in a high accuracy of the method and thus an increased safety of the fuel cell system.
  • the model can advantageously be based on a further operating parameter in the first operating point
  • condensation of water in the fluid system may preferably be represented by a partial pressure of the water.
  • the condensation of water itself the partial pressure of the water as a function of the condensation of water or a further quantity dependent on the condensation of water can be the further operating parameter.
  • water vapor may condense in the fluid system during the measurement of the operating gradient or during the execution of the method, the percentage of the condensed water in particular depending on the dew point of the water.
  • Water in turn, may result in a change in the operating gradient, such that consideration by the model approximates the second reference gradient to the real conditions. As a result, a more accurate method and thus increased safety of the fluid system can be achieved.
  • the first fluid is cooled by a coolant, the model taking into account the change in the temperature of the coolant based on a further operating parameter at the first operating point and / or the cooling before carrying out at least step b). of the method is turned off. Also the
  • Cooling as such may have an impact on the operating gradient during performance of the process, particularly during the establishment of the operating gradient, so that a corresponding pressure drop or pressure increase is not entirely due to leakage.
  • the change in the temperature of the coolant itself or a dependent on the temperature of the coolant size represent the other operating parameters.
  • the second Reference gradients can be achieved so that the safety of the fluid system is increased.
  • the frequency of a misjudgment of a critical leak can be reduced.
  • the model has a reaction term which takes into account the influence of a chemical reaction within the fluid system on the second reference gradient on the basis of at least one further operating parameter in the first operating point.
  • the reaction term z As the, in particular mathematical, modeling of the chemical reaction at the membrane of a fuel cell can be understood. This results in possible
  • Reaction term may preferably be provided as an analytical, mathematical function or as a characteristic map generally intended for a series or a single product of the fluid system. This can be an influence of a
  • Residual reaction of at least the first fluid to the operating gradient of the operating pressure are taken into account and therefore a more accurate result can be achieved. This, in turn, leads to increased security.
  • the reaction term can in particular itself represent the further operating parameter.
  • steps b) to d) of the method are repeated cyclically.
  • a leak can be checked regularly, so that the sample size of the measured values and thus the accuracy of the method is increased.
  • the z. B. takes place after a certain period.
  • a cyclic repetition may also be understood to mean that the steps of the method are per cycle of operation of the fluid system, for. B. when starting and / or switching off the fluid system can be performed.
  • an interruption of the operation can be reduced and a reliable detection of a critical leakage can be given.
  • the method steps in the order a) to d) can take place.
  • the method steps, if technically expedient are carried out in a changed order and / or individual steps of the method are repeated.
  • a fuel cell system which has at least one first fluid and at least one sensor for detecting at least one operating pressure.
  • the fuel line system for carrying out a method according to one of claims 1 to
  • the sensor may preferably be a pressure sensor, so that a pressure gradient can be determined in a simple and cost-effective manner.
  • the fuel cell system may be a fuel cell system of a vehicle, so that the safety of the vehicle is increased by the method.
  • Figure 1 is a schematic representation of the individual steps
  • 2a and 2b each show a diagram of a pressure gradient over time in a further exemplary embodiment, each with different operating gradients
  • FIG. 3a-d a modeling of a second reference gradient in one
  • Figure 4 is a schematic representation of a model of a
  • Figure 5 shows an inventive fuel cell system in one
  • Figure 6 shows a vehicle with an inventive
  • Fuel cell system in another embodiment is fuel cell system.
  • FIG. 1 shows steps a) to d) of a method 100 according to the invention in a first exemplary embodiment, wherein according to a step a) a first reference gradient 210 of an operating pressure 200 of a first fluid is provided.
  • the provision may, for example, by a measurement of the first
  • step b) becomes
  • Operating gradient 201 of the operating pressure 200 in a first operating point 202 determined.
  • a model 220 which takes into account the first reference gradient 210 according to step a) and at least one further operating parameter 221, a second reference gradient 211 is determined according to step c).
  • the model 220 is predefined as a mathematical function, so that the further operating parameter 221 and the first reference gradient 210 can be used to determine the second reference gradient 211.
  • the operating gradient 201 is compared and the second reference gradient 211. Specifically, at a time pressure loss represented by the operation gradient 201, which is higher than the second reference gradient 211, an error response 212 is triggered. This may warn a user of critical leakage.
  • at least steps b) to d) can be repeated, for example by more
  • FIG. 2 a shows a diagram of a pressure gradient with respect to at least one further operating parameter 221.
  • Model 220 represents the respective reference gradients depending on the particular operating point.
  • the illustrated diagram is a simple, two-dimensional representation, with a dependence of the model 220 of additional operating parameters next to the other
  • Reference gradient 211 in the first operating point 202 is located.
  • the operating gradient 201 is to be classified such that an existing leakage is not critical.
  • the pressure gradient may be the amount of the pressure gradient.
  • FIG. 2b shows a
  • FIGS. 3 a to d each show different embodiments of the invention
  • the diagrams each show a pressure gradient compared to a further operating parameter 221.
  • the curve of the model 220 contains both a first reference gradient 210 which is assigned to a reference operating point 203 and a second reference gradient 211 which corresponds to a first operating point 202 assigned. Between the reference operating point 203 and the first operating point 202, the further one respectively differs
  • the curve of the model 220 therefore arises due to a mathematical function that takes into account the reference gradient 210 and respective other operating parameters 221.
  • the first reference gradient 210 is a constant in the mathematical modeling of the model 220.
  • FIG. 3a the other one is involved
  • FIG. 3b shows a diagram of a pressure gradient with respect to FIG.
  • Partial pressure of water which depends on the condensation of water 221.2. Accordingly, the mathematical modeling of the curve of the model 220 is based on the first reference gradient 210 and the condensation of water 221.2. Since the condensation of water 221.2 is easy to measure, in particular via the partial pressure of the water, the dependence of the model 220 on the condensation of water 221.2 is realized by taking into account the partial pressure. Similarly, in the embodiment according to FIG. 3c, consideration of the change in the temperature 221.3 in the model 220 takes place in that the, in particular theoretical, physical change of an operating pressure 200 mathematically enters the model 220 due to the temperature change 221.3. Accordingly, e.g. also a
  • FIG. 3d shows, in a further exemplary embodiment, a curve of the model 220, which has a first
  • reaction term 221.4 is to be understood in particular as a further mathematical function which, for example, at least the influence of the temperature and the
  • FIG. 4 schematically shows a model 220 with different input variables.
  • the model 220 is dependent on a first reference gradient 210, a secondary pressure 221.1, which may be represented for example by a pressure difference between an anode and a cathode in a designed as a fuel cell system 1 fluid system 1, a condensation of
  • Water 221.2 which may be represented, for example, by the partial pressure of water, a change in the temperature 221.3, which may be represented, for example.
  • Temperature change 221.3 can be caused and a
  • Reaction term 221.4 which represents the change in pressure due to a residual chemical reaction, in particular mathematically.
  • FIG. 5 shows a fuel cell system 1 according to the invention in another
  • Fuel cell system 1 a cathode 3, which is supplied with a second fluid 11 and an anode 2, which is supplied with a first fluid 10. A reaction of the first fluid 10 with the second fluid 11 in
  • fuel cell system 1 can generate an electrical voltage.
  • the flow path of the first fluid 10 further comprises two valves 5 and a sensor 6.
  • the valves 5 can be closed so that the sensor determines an operating gradient 201 by measuring the pressure over a period of time, in particular at least two times.
  • the operating gradient 201 is in particular independent of
  • Fuel cell system 1 is cooled by a cooling 4 by means of a coolant 12, wherein this cooling can be switched off and / or the temperature change of the coolant 12 can be measurable, so that the influence of the coolant 12 on a method 100 for diagnosing a leakage, in particular a critical leakage, of the fuel cell system 1 can be reduced.
  • FIG. 6 shows a vehicle 300, which is an inventive
  • Fuel cell system 1 has.
  • a method 100 for diagnosing a critical leakage can be carried out, wherein the method 100 can be initiated and in particular controlled by a control unit 301 of the vehicle 300.

Abstract

Disclosed is a method (100) for diagnosing the leakage of at least one first fluid (10) in a fluidic system (1), in particular in a fuel cell system (1), said method comprising the following steps: a) provision of a first reference gradient (210) of an operating pressure (200) of the first fluid (10), b) determination of an operating gradient (201) of the operating pressure (200) at a first operating point (202), c) defining a second reference gradient (211) of the operating pressure (200) by means of a model (220), the model (220) taking into consideration the first reference gradient (210) and at least one other operating parameter (221) at the first operating point (202), d) comparison of the operating gradient (201) and the second reference gradient (211).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Verfahren zur Diagnose einer Leckage sowie Brennstoffzellensystem Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Leckage bei einem Brennstoffzellensystem sowie Brennstoffzellensystem selber.  The present invention relates to a method for diagnosing a leak in a fuel cell system and to a fuel cell system itself.
Stand der Technik Aus dem Stand der Technik sind diverse, unterschiedliche Systeme bekannt, die ein Fluid enthalten oder in denen ein Fluid geführt wird. Um das Fluid in einem solchen Fluidsystem zu halten, ist ein derartiges System im Normalfall zumindest teilweise abgedichtet. Aufgrund von Fertigungstoleranzen sowie durch betriebsbedingten Verschleiß, bspw. von Dichtungen, kann es vorkommen, dass das System eine Leckage aufweist und dass das Fluid aus dem System austritt.PRIOR ART Various different systems are known from the prior art, which contain a fluid or in which a fluid is conducted. In order to hold the fluid in such a fluid system, such a system is normally at least partially sealed. Due to manufacturing tolerances and due to operational wear, for example. Of seals, it may happen that the system has a leak and that the fluid exits the system.
Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Systemen, wie bspw. einem In particular, in security-relevant systems, such as a
Brennstoffzellensystem, kann es daher sinnvoll sein, eine Leckage zu Fuel cell system, it may therefore be useful to a leak
überwachen. Dazu wird häufig ein zulässiger, maximaler Leckagewert in einem bestimmten Betriebspunkt unter bestimmten Rahmenbedingungen definiert. Über die Lebensdauer des Fluidsystems wird dieses insbesondere daher mehrmals der Einsatzumgebung entnommen und unter Laborbedingungen der vorher definierte Betriebspunkt mit den bestimmten Rahmenbedingungen hergestellt, so dass die Leckage unter diesen Bedingungen erfasst und gegen den maximal zulässigen Leckagewert geprüft werden kann. monitor. For this purpose, a permissible, maximum leakage value is often defined at a certain operating point under certain conditions. Over the service life of the fluid system, this is therefore in particular the operating environment taken several times and produced under laboratory conditions, the previously defined operating point with the specific conditions, so that the leakage can be detected under these conditions and tested against the maximum permissible leakage value.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch sowie eine Vorrichtung nach dem unabhängigen The present invention relates to a method according to the independent method claim and a device according to the independent
Vorrichtungsanspruch. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Apparatus claim. Further features and details of the invention will become apparent from the
Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Subclaims, the description and the drawings. In this case apply
Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Features and details which have been described in connection with the method according to the invention, of course, also in connection with the fuel cell system according to the invention and in each case vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention always reciprocal reference is or can be.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen The measures listed in the dependent claims are advantageous developments and improvements of the independent
Anspruch angegebenen Verfahrens möglich. Claim specified method possible.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose einer Leckage (insbesondere einer kritischen Leckage) zumindest eines ersten Fluids eines Fluidsystems umfasst die Schritte a) bis d). Gemäß Schritt a) erfolgt ein Bereitstellen eines ersten Referenzgradienten eines Betriebsdrucks des ersten Fluids. Schritt b) umfasst ein Ermitteln eines Betriebsgradienten des Betriebsdrucks in einem ersten Betriebspunkt. Gemäß Schritt c) wird ein zweiter Referenzgradient des Betriebsdrucks durch ein Modell bestimmt. Dabei berücksichtigt das Modell den ersten Referenzgradienten und zumindest einen weiteren Betriebsparameter im ersten Betriebspunkt. Ein Vergleichen des Betriebsgradienten des zweiten Referenzgradienten erfolgt gemäß Schritt d). The method according to the invention for diagnosing a leakage (in particular a critical leakage) of at least one first fluid of a fluid system comprises the steps a) to d). According to step a), a first reference gradient of an operating pressure of the first fluid is provided. Step b) includes determining an operating gradient of the operating pressure at a first operating point. According to step c), a second reference gradient of the operating pressure is determined by a model. The model takes into account the first reference gradient and at least one further operating parameter at the first operating point. A comparison of the operating gradient of the second reference gradient takes place in accordance with step d).
Dabei kann unter einer Leckage insbesondere ein Volumenverlust des ersten Fluids aus dem Fluidsystem pro Zeiteinheit verstanden werden. Eine kritische Leckage kann ferner eine Leckage sein, die sich gefährlich auf das Fluidsystem oder die Umgebung auswirken kann. Kritisch kann eine Leckage jedoch auch dann sein, wenn dies aus einem anderen Grund interessant erscheint, wie bspw. die Auswirkung auf den Verbrauch des ersten Fluids. Ein Indikator für die In this case, a leakage can be understood in particular as a volume loss of the first fluid from the fluid system per unit of time. A critical leak may also be a leak that can be hazardous to the fluid system or the environment. However, leakage may be critical even if it appears interesting for some other reason, such as the effect on the consumption of the first fluid. An indicator of the
Leckage des ersten Fluids des Fluidsystems kann insbesondere der Gradient des Betriebsdrucks sein. Im Sinne der Erfindung kann unter einem Gradienten die zeitliche Änderung eines Drucks, insbesondere ein Druckverlust über die Zeit, verstanden werden. Mit anderen Worten kann bspw. ein hoher Druckverlust innerhalb einer kurzen Zeit, und damit insbesondere ein hoher Gradient des Drucks, durch eine Leckage verursacht sein. Der erste Referenzgradient des Betriebsdrucks kann daher auch als Grenze der Druckveränderung pro Zeit unter festen Bedingungen verstanden werden, bis zu der ein Betriebsgradient unter diesen Bedingungen als unkritisch oder kritisch eingestuft werden kann. Bspw. kann der erste Referenzgradient einen maximal zulässigen Druckgradienten unter den festgelegten Bedingungen darstellen. Zur Ermittlung eines Gradienten des Betriebsdrucks kann vorzugsweise ein Druck über einen Zeitraum zu zumindest zwei Zeitpunkten gemessen werden, so dass der Quotient aus der Differenz der Messpunkte und dem Zeitraum den Gradienten ergibt. Das Modell, welches bspw. eine mathematische, insbesondere analytische oder numerische Funktion sein kann, bestimmt dabei insbesondere aus dem ersten Referenzgradienten sowie zumindest einer Umgebungsbedingung in Form eines weiteren Betriebsparameters im ersten Betriebspunkt den zweiten Referenzgradienten. Ein Betriebspunkt kann insbesondere einen Zeitraum während der Ermittlung des Betriebsgradienten umfassen. Der zweite Referenzgradient stellt dabei insbesondere eine Grenze der Druckveränderung pro Zeit unter realen Leakage of the first fluid of the fluid system may in particular be the gradient of the operating pressure. For the purposes of the invention, a gradient may be understood to mean the change with time of a pressure, in particular a pressure drop over time. In other words, for example, a high pressure loss within a short time, and thus in particular a high gradient of the pressure, may be caused by a leak. The first reference gradient of the Operating pressure can therefore also be understood as the limit of the pressure change per unit time under fixed conditions, up to which an operating gradient under these conditions can be classified as non-critical or critical. For example. For example, the first reference gradient may represent a maximum allowable pressure gradient under the specified conditions. In order to determine a gradient of the operating pressure, it is preferably possible to measure a pressure over a period of at least two points in time, so that the quotient of the difference of the measuring points and the time period results in the gradient. The model, which may be, for example, a mathematical, in particular analytical or numerical function, determines the second reference gradient in particular from the first reference gradient and at least one ambient condition in the form of a further operating parameter at the first operating point. In particular, an operating point may comprise a period during the determination of the operating gradient. In this case, the second reference gradient represents in particular a limit of the pressure change per time under real
Bedingungen dar, bis zu der ein Betriebsgradient als unkritisch oder kritisch eingestuft werden kann. Insbesondere erfolgt also ein Herausrechnen der Umgebungsbedingungen aus der festgelegten Grenze des Vergleichswertes der kritischen Leckage. Dadurch ergibt sich für das erfindungsgemäße Verfahren der Vorteil, dass die Diagnose einer Leckage zumindest in gewissen Grenzen, bspw. innerhalb einer Temperaturspanne, in welcher das Modell gültig ist, in allen Betriebspunkten durchführbar ist. Dadurch können schleichende Undichtigkeiten früh erkannt werden, insbesondere so dass der Wartungsaufwand des  Conditions up to which an operating gradient can be classified as non-critical or critical. In particular, therefore, an outweighing of the environmental conditions from the set limit of the reference value of the critical leakage. This results for the inventive method the advantage that the diagnosis of leakage at least within certain limits, for example. Within a temperature range in which the model is valid in all operating points is feasible. As a result, creeping leaks can be detected early, in particular so that the maintenance of the
Fluidsystems reduziert ist. So kann bspw. eine Verlängerung von Fluid system is reduced. For example, an extension of
Wartungsintervallen vorgesehen sein, so dass eine Störung des Betriebsablaufs durch das Verfahren reduziert ist. Durch die mathematische Grundlage kann das Verfahren ferner bspw. in einem Computerprogramm automatisch ablaufen oder durch ein Computerprogramm ansteuerbar sein. Insbesondere ist der Betriebsgradient des Betriebsdrucks ferner einfach messbar, so dass eine genaue Lokalisierung einer Leckagestelle für die Diagnose der insbesondere kritischenMaintenance intervals may be provided so that a malfunction of the operation is reduced by the method. By virtue of the mathematical basis, the method can, for example, also run automatically in a computer program or can be controlled by a computer program. In particular, the operating gradient of the operating pressure is further easily measurable, so that a precise localization of a leakage point for the diagnosis of the particular critical
Leckage nicht notwendig sein kann. Vorteilhafterweise kann der erste Leakage may not be necessary. Advantageously, the first
Referenzgradient des Betriebsdrucks ferner für das Fluidsystem einmalig in einem Referenzbetriebspunkt definiert sein. Ein derartiger, einmaliger Test kann z. B. bereits unter Laborbedingungen vor der Auslieferung des Fluidsystems an den Endkunden durchgeführt werden, insbesondere so dass eine Toleranzfestlegung individuell für jedes gefertigte Produkt möglich ist. Dadurch kann die Genauigkeit des Verfahrens gesteigert sein, da in dem ersten Reference gradient of the operating pressure also be defined for the fluid system once in a reference operating point. Such a one-time test can, for. B. already be performed under laboratory conditions prior to delivery of the fluid system to the end customer, in particular so that a Tolerance determination individually for each manufactured product is possible. As a result, the accuracy of the method can be increased because in the first
Referenzgradienten bereits entsprechende reale Fertigungsabweichungen berücksichtigt sind. Reference gradients already corresponding real manufacturing deviations are taken into account.
Ferner kann es sich bei dem Fluidsystem um ein Brennstoffzellensystem handeln, so dass das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise zur Diagnose einer Leckage (insbesondere einer kritischen Leckage) in einem Brennstoffzellensystem ausgebildet sein kann. Vorzugsweise kann es sich bei dem Betriebsdruck ferner um einen Anodendruck des Brennstoffzellensystems handeln. Dadurch kann die Sicherheit in dem Brennstoffzellensystem Furthermore, the fluid system may be a fuel cell system, so that the method according to the invention may advantageously be designed to diagnose a leak (in particular a critical leakage) in a fuel cell system. Furthermore, the operating pressure may preferably be an anode pressure of the fuel cell system. This can increase safety in the fuel cell system
insbesondere deutlich gesteigert sein. So kann es sich bei dem ersten Fluid bspw. um Wasserstoff handeln, der in dem Brennstoffzellensystem unter hohem Druck steht und bei einem besonders starken Austritt aus dem be significantly increased in particular. For example, the first fluid may be hydrogen, which is under high pressure in the fuel cell system, and a particularly strong outlet from the fuel
Brennstoffzellensystem eine potenzielle Gefahrenquelle darstellen kann. Daher ist eine Früherkennung von Leckagen in einem Brennstoffzellensystem besonders erstrebenswert. Fuel cell system may pose a potential source of danger. Therefore, early detection of leaks in a fuel cell system is particularly desirable.
Es ist des Weiteren denkbar, dass das Verfahren bei einem Fluidsystem in einem Fahrzeug verwendet wird bzw. das Fluidsystem während der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Fahrzeug verbaut ist. Dies erhöht entsprechend die Sicherheit beim Betrieb des Fahrzeugs, insbesondere da das Verfahren unter realen Bedingungen durchgeführt wird und somit auch die realen Umgebungsbedingungen berücksichtigbar sind. So kann das Verfahren z. B. im Betrieb des Fahrzeugs automatisch, z B. permanent oder in regelmäßigen Abständen oder bei festen Auslösefunktionen (bspw. vor dem Start oder nach dem Abstellen) oder durch den Fahrer manuell ausgelöst erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass das Verfahren in einer Wertstatt, bspw. bei einer Inspektion des Fahrzeugs, durchgeführt wird. It is furthermore conceivable that the method is used in a fluid system in a vehicle or the fluid system is installed in a vehicle while a method according to the invention is being carried out. This correspondingly increases the safety during operation of the vehicle, in particular since the method is carried out under real conditions and thus the real ambient conditions can also be taken into account. Thus, the method z. B. automatically during operation of the vehicle, eg permanent or at regular intervals or fixed triggering functions (eg. Before starting or after stopping) or manually triggered by the driver. Alternatively or additionally, however, it can also be provided that the method is carried out in a workshop, for example during an inspection of the vehicle.
Vorzugsweise kann das Verfahren beim Starten des Fahrzeugs durchgeführt werden, so dass eine Störung des Betriebsablaufs reduziert ist und zuvor ausgebildete Leckagen, insbesondere noch vor einer möglichen Gefährdung, erkannt werden. Es ist ferner denkbar, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren unter stationären Betriebsbedingungen durchgeführt wird. So kann bspw. vorgesehen sein, dass ein Abschnitt des Fluidsystems durch Schließen zumindest eines Ventils zumindest teilweise abgeschlossen wird. Dadurch kann der ermittelte Preferably, the method can be performed when starting the vehicle, so that a malfunction of the operation is reduced and previously formed leaks, especially before a possible hazard, are detected. It is also conceivable that a method according to the invention is carried out under steady-state operating conditions. Thus, for example, it may be provided that a section of the fluid system is at least partially closed by closing at least one valve. This allows the determined
Betriebsgradient des Betriebsdrucks im ersten Betriebspunkt mit erhöhter Sicherheit einer Leckage zugeordnet werden. Dies ermöglicht eine Steigerung der Genauigkeit des Verfahrens und damit eine erhöhte Sicherheit des Operating gradient of the operating pressure in the first operating point with increased safety associated with a leakage. This allows an increase in the accuracy of the process and thus increased safety of
Fluidsystems. Unter stationären Betriebsbedingungen kann daher bspw. Fluid Systems. Under stationary operating conditions can therefore, for example.
verstanden werden, dass sich die Strömung des ersten Fluids in einem be understood that the flow of the first fluid in one
Fließgleichgewicht befindet oder dass kein zusätzlicher Druck des ersten Fluids bspw. durch eine Pumpe in dem Abschnitt des Fluidsystems erzeugt wird. Flow equilibrium is or that no additional pressure of the first fluid, for example, is generated by a pump in the portion of the fluid system.
Im Rahmen der Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Modell anhand eines weiteren Betriebsparameters im ersten Betriebspunkt einen Nebendruck eines zweiten Fluids berücksichtigt. Bei dem Nebendruck kann es sich vorzugsweise um den Kathodendruck einer Brennstoffzelle handeln. In the context of the invention, it can furthermore be provided that the model takes into account a secondary pressure of a second fluid based on a further operating parameter in the first operating point. The secondary pressure may preferably be the cathode pressure of a fuel cell.
Vorzugsweise kann unter dem zweiten Fluid ein Gas oder eine Flüssigkeit verstanden werden, wobei das zweite Fluid besonders bevorzugt einen Preferably, the second fluid can be understood to mean a gas or a liquid, the second fluid particularly preferably a
Sauerstoff aufweisen kann. So kann es sich bei dem zweiten Fluid z. B. um Luft handeln. Im Hinblick auf die Berücksichtigung des Nebendrucks durch das Modell kann der Nebendruck selbst, ein Druckunterschied zwischen einer Anode und einer Kathode im Brennstoffzellensystem oder eine weitere, vom Nebendruck abhängige Größe den weiteren Betriebsparameters repräsentieren. Durch die Berücksichtigung des Nebendrucks des zweiten Fluids kann somit ein Umgebungsparameter durch das Modell berücksichtigt werden, der einfach zu messen ist. Insbesondere hat der Kathodendruck einen großen Einfluss auf die Genauigkeit des Ergebnisses, so dass eine Berücksichtigung des Kathodendrucks in einem Brennstoffzellensystem eine hohe Genauigkeit des Verfahrens und damit eine erhöhte Sicherheit des Brennstoffzellensystems zur Folge hat. Can have oxygen. Thus, it may be at the second fluid z. B. to act air. With regard to the consideration of the secondary pressure by the model, the secondary pressure itself, a pressure difference between an anode and a cathode in the fuel cell system or a further quantity dependent on the secondary pressure can represent the further operating parameter. By taking into account the secondary pressure of the second fluid, an environmental parameter can thus be taken into account by the model, which is easy to measure. In particular, the cathode pressure has a great influence on the accuracy of the result, so that consideration of the cathode pressure in a fuel cell system results in a high accuracy of the method and thus an increased safety of the fuel cell system.
Vorteilhafterweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass im Falle eines Überschreitens oder eines Unterschreitens des zweiten Referenzgradienten durch den Betriebsgradienten eine Fehlerreaktion erfolgt. So kann z. B. eine Warnmeldung erfolgen, dass ein weiterer, insbesondere genauerer Test erforderlich ist oder es kann eine Abschaltung des Systems vorgenommen werden. Dies kann die Sicherheit des Fluidsystems steigern. Advantageously, it can be provided in a method according to the invention that in the event of exceeding or falling below the second reference gradient by the operating gradient, an error reaction takes place. So z. B. a warning message that another, in particular more accurate test is required or the system can be shut down. This can increase the safety of the fluid system.
Vorteilhafterweise kann das Modell bei einem erfindungsgemäßen Verfahren anhand eines weiteren Betriebsparameters im ersten Betriebspunkt eine In a method according to the invention, the model can advantageously be based on a further operating parameter in the first operating point
Kondensation von Wasser im Fluidsystem berücksichtigen. Dazu kann die Kondensation von Wasser vorzugsweise durch einen Partialdruck des Wassers repräsentiert sein. Insbesondere kann die Kondensation von Wasser selbst, der Partialdruck des Wassers in Abhängigkeit von der Kondensation von Wasser oder eine weitere von der Kondensation von Wasser abhängige Größe den weiteren Betriebsparameter darstellen. Je nach Außentemperatur oder Kühlung des ersten Fluids kann während der Messung des Betriebsgradienten bzw. während der Durchführung des Verfahrens insbesondere Wasserdampf im Fluidsystem kondensieren, wobei der Prozentsatz des kondensierten Wassers insbesondere vom Taupunkt des Wassers abhängt. Eine Kondensation von Consider condensation of water in the fluid system. For this, the condensation of water may preferably be represented by a partial pressure of the water. In particular, the condensation of water itself, the partial pressure of the water as a function of the condensation of water or a further quantity dependent on the condensation of water can be the further operating parameter. Depending on the outside temperature or cooling of the first fluid, water vapor may condense in the fluid system during the measurement of the operating gradient or during the execution of the method, the percentage of the condensed water in particular depending on the dew point of the water. A condensation of
Wasser wiederum kann eine Veränderung des Betriebsgradienten zur Folge haben, so dass eine Berücksichtigung durch das Modell den zweiten Referenzgradienten weiter den realen Bedingungen annähert. Dadurch kann ein genaueres Verfahren und damit eine erhöhte Sicherheit des Fluidsystems erreicht werden. Water, in turn, may result in a change in the operating gradient, such that consideration by the model approximates the second reference gradient to the real conditions. As a result, a more accurate method and thus increased safety of the fluid system can be achieved.
Es ist des Weiteren denkbar, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das erste Fluid durch ein Kühlmittel gekühlt wird, wobei das Modell die Veränderung der Temperatur des Kühlmittels anhand eines weiteren Betriebsparameters im ersten Betriebspunkt berücksichtigt und/oder die Kühlung vor der Durchführung zumindest des Schrittes b) des Verfahrens abgeschaltet wird. Auch die It is furthermore conceivable that in a method according to the invention the first fluid is cooled by a coolant, the model taking into account the change in the temperature of the coolant based on a further operating parameter at the first operating point and / or the cooling before carrying out at least step b). of the method is turned off. Also the
Abkühlung als solche kann während der Durchführung des Verfahrens, insbesondere während des Ermitteins des Betriebsgradienten einen Einfluss auf den Betriebsgradienten haben, so dass ein entsprechender Druckabfall oder eine entsprechende Druckzunahme nicht vollständig auf eine Leckage zurückzuführen ist. Vorzugsweise kann die Veränderung der Temperatur des Kühlmittels selbst oder eine von der Temperatur des Kühlmittels abhängige Größe den weiteren Betriebsparameter darstellen. Durch die Berücksichtigung der Veränderung der Temperatur durch das Modell bzw. durch die Abschaltung der Kühlung kann somit eine erhöhte Genauigkeit des Verfahrens, insbesondere des zweiten Referenzgradienten, erreicht werden, so dass die Sicherheit des Fluidsystems gesteigert ist. Damit kann bspw. die Häufigkeit einer Fehleinschätzung einer kritischen Leckage reduziert sein. Cooling as such may have an impact on the operating gradient during performance of the process, particularly during the establishment of the operating gradient, so that a corresponding pressure drop or pressure increase is not entirely due to leakage. Preferably, the change in the temperature of the coolant itself or a dependent on the temperature of the coolant size represent the other operating parameters. By taking into account the change in the temperature through the model or by switching off the cooling can thus increased accuracy of the method, in particular the second Reference gradients can be achieved so that the safety of the fluid system is increased. Thus, for example, the frequency of a misjudgment of a critical leak can be reduced.
Es ist des Weiteren denkbar, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Modell einen Reaktionsterm aufweist, der den Einfluss einer chemischen Reaktion innerhalb des Fluidsystems auf den zweiten Referenzgradienten anhand zumindest eines weiteren Betriebsparameters im ersten Betriebspunkt berücksichtigt. Unter dem Reaktionsterm kann z. B. die, insbesondere mathematische, Modellierung der chemischen Reaktion an der Membran einer Brennstoffzelle verstanden werden. Damit ergeben sich als mögliche It is furthermore conceivable that in a method according to the invention the model has a reaction term which takes into account the influence of a chemical reaction within the fluid system on the second reference gradient on the basis of at least one further operating parameter in the first operating point. Under the reaction term z. As the, in particular mathematical, modeling of the chemical reaction at the membrane of a fuel cell can be understood. This results in possible
Abhängigkeiten des Reaktionsterms die Temperatur, der Sauerstoffpartialdruck, der Wasserstoffpartialdruck und/oder ähnliche Betriebsparameter. Der Dependencies of the reaction term the temperature, the oxygen partial pressure, the hydrogen partial pressure and / or similar operating parameters. Of the
Reaktionsterm kann vorzugsweise als analytische, mathematische Funktion oder als allgemein für eine Baureihe oder ein Einzelprodukt des Fluidsystems bestimmtes Kennfeld vorgesehen sein. Dadurch kann ein Einfluss einer Reaction term may preferably be provided as an analytical, mathematical function or as a characteristic map generally intended for a series or a single product of the fluid system. This can be an influence of a
Restreaktion zumindest des ersten Fluids auf den Betriebsgradienten des Betriebsdrucks berücksichtigt werden und daher ein genaueres Ergebnis erzielt werden. Dies wiederum führt insbesondere zu einer erhöhten Sicherheit. Der Reaktionsterm kann insbesondere selbst den weiteren Betriebsparameter darstellen. Residual reaction of at least the first fluid to the operating gradient of the operating pressure are taken into account and therefore a more accurate result can be achieved. This, in turn, leads to increased security. The reaction term can in particular itself represent the further operating parameter.
Im Rahmen der Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, dass zumindest die Schritte b) bis d) des Verfahrens zyklisch wiederholt werden. Dadurch kann eine Leckage regelmäßig überprüft werden, so dass der Stichprobenumfang der Messwerte und damit die Genauigkeit des Verfahrens erhöht wird. Unter einer zyklischen Wiederholung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine Within the scope of the invention, it can furthermore be provided that at least steps b) to d) of the method are repeated cyclically. As a result, a leak can be checked regularly, so that the sample size of the measured values and thus the accuracy of the method is increased. Under a cyclic repetition in the context of the present invention, a
Wiederholung verstanden werden, die z. B. nach einem bestimmten Zeitraum erfolgt. Vorzugsweise kann unter einer zyklischen Wiederholung jedoch auch verstanden werden, dass die Schritte des Verfahrens je Betriebszyklus des Fluidsystems, z. B. beim Starten und/oder Abschalten des Fluidsystems durchgeführt werden. So kann eine Unterbrechung des Betriebsablaufs reduziert sein und eine zuverlässige Detektion einer kritischen Leckage gegeben sein. Vorteilhafterweise können im Rahmen der Erfindung die Verfahrensschritte in der Reihenfolge a) bis d) erfolgen. Insbesondere ist jedoch ebenfalls denkbar, dass die Verfahrensschritte, sofern technisch sinnvoll, in einer geänderten Reihenfolge durchgeführt werden und/oder einzelne Schritte des Verfahrens wiederholt werden. Be understood repetition, the z. B. takes place after a certain period. Preferably, however, a cyclic repetition may also be understood to mean that the steps of the method are per cycle of operation of the fluid system, for. B. when starting and / or switching off the fluid system can be performed. Thus, an interruption of the operation can be reduced and a reliable detection of a critical leakage can be given. Advantageously, in the context of the invention, the method steps in the order a) to d) can take place. In particular, however, it is also conceivable that the method steps, if technically expedient, are carried out in a changed order and / or individual steps of the method are repeated.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem beansprucht, das zumindest ein erstes Fluid und zumindest einen Sensor zum Erkennen zumindest eines Betriebsdrucks aufweist. Dabei ist das Brennstoff- Zeilensystem zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bisAccording to a further aspect of the invention, a fuel cell system is claimed which has at least one first fluid and at least one sensor for detecting at least one operating pressure. In this case, the fuel line system for carrying out a method according to one of claims 1 to
9 geeignet. Bei dem Sensor kann es sich vorzugsweise um einen Drucksensor handeln, so dass ein Druckgradient auf einfache und kostengünstige Art und Weise ermittelbar ist. Vorzugsweise kann es sich bei dem Brennstoffzellensystem um ein Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs handeln, so dass die Sicherheit des Fahrzeugs durch das Verfahren gesteigert ist. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind. Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den 9 suitable. The sensor may preferably be a pressure sensor, so that a pressure gradient can be determined in a simple and cost-effective manner. Preferably, the fuel cell system may be a fuel cell system of a vehicle, so that the safety of the vehicle is increased by the method. Thus, a fuel cell system according to the invention brings the same advantages as have been described in detail with reference to a method according to the invention. Further, measures improving the invention will become apparent from the following description of some embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All from the
Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Claims, the description or the drawings
Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen: Features and / or advantages, including design details, spatial arrangements and method steps, can be essential to the invention, both individually and in the most diverse combinations. It should be noted that the figures have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte Figure 1 is a schematic representation of the individual steps
erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 2a + b jeweils ein Diagramm eines Druckgradienten über die Zeit in einem weiteren Ausführungsbeispiel mit jeweils unterschiedlichen Betriebsgradienten, inventive method in a first embodiment, 2a and 2b each show a diagram of a pressure gradient over time in a further exemplary embodiment, each with different operating gradients,
Figur 3a - d eine Modellierung eines zweiten Referenzgradienten in einem FIG. 3a-d a modeling of a second reference gradient in one
Diagramm in jeweils einem weiteren Ausführungsbeispiel,  Diagram in each case a further embodiment,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Modell eines Figure 4 is a schematic representation of a model of a
erfindungsgemäßen Verfahrens in einem weiteren Ausführungsbeispiel,  inventive method in a further embodiment,
Figur 5 ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem in einem Figure 5 shows an inventive fuel cell system in one
weiteren Ausführungsbeispiel und  another embodiment and
Figur 6 ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Figure 6 shows a vehicle with an inventive
Brennstoffzellensystem in einem weiteren Ausführungsbeispiel.  Fuel cell system in another embodiment.
In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen In the following figures, the identical for the same technical features of different embodiments
Bezugszeichen verwendet. Reference numeral used.
Figur 1 zeigt Schritte a) bis d) eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 in einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei gemäß einem Schritt a) ein erster Referenzgradient 210 eines Betriebsdrucks 200 eines ersten Fluids bereitgestellt wird. Die Bereitstellung kann bspw. durch eine Messung des ersten FIG. 1 shows steps a) to d) of a method 100 according to the invention in a first exemplary embodiment, wherein according to a step a) a first reference gradient 210 of an operating pressure 200 of a first fluid is provided. The provision may, for example, by a measurement of the first
Referenzgradienten 210 des Betriebsdrucks 200 in einem Reference gradients 210 of the operating pressure 200 in one
Referenzbetriebspunkt 203 erfolgen. Gemäß Schritt b) wird ein Reference operating point 203. In step b) becomes
Betriebsgradient 201 des Betriebsdrucks 200 in einem ersten Betriebspunkt 202 bestimmt. Durch ein Modells 220, welches den ersten Referenzgradienten 210 gemäß Schritt a) und zumindest einen weiteren Betriebsparameter 221 berücksichtigt, wird gemäß Schritt c) ein zweiter Referenzgradient 211 bestimmt. Das Modell 220 ist dabei als mathematische Funktion vorgegeben, so dass zum Bestimmen des zweiten Referenzgradienten 211 ein Einsetzen des weiteren Betriebsparameters 221 und des ersten Referenzgradienten 210 vorgenommen werden kann. Gemäß Schritt d) erfolgt ein Vergleich des Betriebsgradienten 201 und des zweiten Referenzgradienten 211. Insbesondere wird bei einem zeitlichen Druckverlust, dargestellt durch den Betriebsgradienten 201, der höher ist als der zweite Referenzgradient 211, eine Fehlerreaktion 212 ausgelöst. Dadurch kann ein Benutzer vor einer kritischen Leckage gewarnt werden. Ferner können insbesondere zumindest die Schritte b) bis d) wiederholt werden, z.B. um weitereOperating gradient 201 of the operating pressure 200 in a first operating point 202 determined. By means of a model 220, which takes into account the first reference gradient 210 according to step a) and at least one further operating parameter 221, a second reference gradient 211 is determined according to step c). The model 220 is predefined as a mathematical function, so that the further operating parameter 221 and the first reference gradient 210 can be used to determine the second reference gradient 211. According to step d), the operating gradient 201 is compared and the second reference gradient 211. Specifically, at a time pressure loss represented by the operation gradient 201, which is higher than the second reference gradient 211, an error response 212 is triggered. This may warn a user of critical leakage. Furthermore, in particular at least steps b) to d) can be repeated, for example by more
Betriebspunkte zu überprüfen. Check operating points.
Figur 2a zeigt ein Diagramm eines Druckgradienten gegenüber zumindest einem weiteren Betriebsparameter 221. Dabei markiert die Kurve, welche das FIG. 2 a shows a diagram of a pressure gradient with respect to at least one further operating parameter 221. The curve which marks the
Modell 220 repräsentiert, die jeweiligen Referenzgradienten abhängig vom jeweiligen Betriebspunkt. So handelt es sich bei dem dargestellten Diagramm um eine einfache, zweidimensionale Darstellung, wobei bei einer Abhängigkeit des Modells 220 von zusätzlichen Betriebsparametern neben dem weiteren Model 220 represents the respective reference gradients depending on the particular operating point. Thus, the illustrated diagram is a simple, two-dimensional representation, with a dependence of the model 220 of additional operating parameters next to the other
Betriebsparameter 221 an dieser Stelle auch ein mehrdimensionales Diagramm denkbar ist. Die Kurve des Modells 220 verläuft ferner durch einen Punkt, der durch die Kombination aus einem Referenzbetriebspunkt 203 und einem ersten Referenzgradienten 210 gebildet ist. Damit werden insbesondere die Operating parameters 221 at this point, a multi-dimensional diagram is conceivable. The curve of the model 220 also passes through a point formed by the combination of a reference operating point 203 and a first reference gradient 210. This will be the particular
Laborbedingungen markiert, unter welchen der erste Referenzgradient 210 ermittelt wird. Weiterhin ist ein Betriebsgradient 201 in einem ersten Laboratory conditions marked, under which the first reference gradient 210 is determined. Furthermore, an operating gradient 201 is in a first
Betriebspunkt 202 aufgetragen, wobei der Betriebsgradient 201 unterhalb derOperating point 202 plotted, wherein the operating gradient 201 below the
Kurve des Modells 220 und damit unterhalb eines zweiten Curve of the model 220 and thus below a second
Referenzgradienten 211 im ersten Betriebspunkt 202 liegt. Dadurch ist der Betriebsgradient 201 derart einzuordnen, dass eine vorliegende Leckage unkritisch ist. Insbesondere kann es sich bei dem Druckgradienten um den Betrag des Druckgradienten handeln. Figur 2b zeigt einen Reference gradient 211 in the first operating point 202 is located. As a result, the operating gradient 201 is to be classified such that an existing leakage is not critical. In particular, the pressure gradient may be the amount of the pressure gradient. FIG. 2b shows a
Betriebsgradienten 201 im ersten Betriebspunkt 202, wobei der Betriebsgradient 201 oberhalb der Kurve des Modells 220 liegt, so dass der Betriebsgradient 201 eine kritische Leckage eines ersten Fluids 10 darstellt. Figur 3a bis d zeigen jeweils unterschiedliche Ausführungsbeispiele der  Operating gradient 201 at the first operating point 202, wherein the operating gradient 201 is above the curve of the model 220, so that the operating gradient 201 represents a critical leakage of a first fluid 10. FIGS. 3 a to d each show different embodiments of the invention
Abhängigkeit eines Modells 220 von unterschiedlichen Einflussgrößen. Dazu zeigen die Diagramme jeweils einen Druckgradienten gegenüber einem weiteren Betriebsparameter 221. Die Kurve des Modells 220 enthält sowohl einen ersten Referenzgradienten 210, der einem Referenzbetriebspunkt 203 zugeordnet ist und einen zweiten Referenzgradienten 211, der einem ersten Betriebspunkt 202 zugeordnet ist. Zwischen dem Referenzbetriebspunkt 203 und dem ersten Betriebspunkt 202 unterscheidet sich jeweils entsprechend der weitere Dependence of a model 220 on different factors. For this purpose, the diagrams each show a pressure gradient compared to a further operating parameter 221. The curve of the model 220 contains both a first reference gradient 210 which is assigned to a reference operating point 203 and a second reference gradient 211 which corresponds to a first operating point 202 assigned. Between the reference operating point 203 and the first operating point 202, the further one respectively differs
Betriebsparameter 221. Die Kurve des Modells 220 entsteht daher aufgrund einer mathematischen Funktion, welche den Referenzgradienten 210 und jeweiligen weiteren Betriebsparameter 221 berücksichtigt. Insbesondere geht der erste Referenzgradient 210 als Konstante in die mathematische Modellierung des Modells 220 ein. In Figur 3a handelt es sich bei dem weiteren Operating Parameters 221. The curve of the model 220 therefore arises due to a mathematical function that takes into account the reference gradient 210 and respective other operating parameters 221. In particular, the first reference gradient 210 is a constant in the mathematical modeling of the model 220. In FIG. 3a the other one is involved
Betriebsparameter 221 um eine Druckdifferenz zwischen Anode und Kathode, wobei diese Druckdifferenz entsprechend von einem Nebendruck 221.1, welcher in einem Brennstoff Zeilensystem 1 dem Kathodendruck entspricht, abhängig ist. Figur 3b zeigt ein Diagramm eines Druckgradienten gegenüber einem Operating parameter 221 by a pressure difference between the anode and cathode, which pressure difference is correspondingly dependent on a secondary pressure 221.1, which corresponds to the cathode pressure in a fuel line system 1. FIG. 3b shows a diagram of a pressure gradient with respect to FIG
Partialdruck von Wasser, der von der Kondensation von Wasser 221.2 abhängt. Dementsprechend beruht die mathematische Modellierung der Kurve des Modells 220 auf dem ersten Referenzgradienten 210 und der Kondensation von Wasser 221.2. Da die Kondensation von Wasser 221.2 insbesondere über den Partialdruck des Wassers einfach zu messen ist, wird die Abhängigkeit des Modells 220 von der Kondensation von Wasser 221.2 durch die Berücksichtigung des Partialdrucks realisiert. Ähnlich findet im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3c eine Berücksichtigung der Veränderung der Temperatur 221.3 im Modell 220 dadurch statt, dass die, insbesondere theoretisch, physikalische Änderung eines Betriebsdrucks 200 aufgrund der Temperaturänderung 221.3 mathematisch in das Modell 220 eingeht. Dementsprechend ist z.B. auch ein Partial pressure of water, which depends on the condensation of water 221.2. Accordingly, the mathematical modeling of the curve of the model 220 is based on the first reference gradient 210 and the condensation of water 221.2. Since the condensation of water 221.2 is easy to measure, in particular via the partial pressure of the water, the dependence of the model 220 on the condensation of water 221.2 is realized by taking into account the partial pressure. Similarly, in the embodiment according to FIG. 3c, consideration of the change in the temperature 221.3 in the model 220 takes place in that the, in particular theoretical, physical change of an operating pressure 200 mathematically enters the model 220 due to the temperature change 221.3. Accordingly, e.g. also a
Referenzbetriebspunkt 203 durch die Veränderung der Temperatur 221.3 definiert, so dass ein erster Referenzgradient 210 dem Reference operating point 203 defined by the change in the temperature 221.3, so that a first reference gradient 210 the
Referenzbetriebspunkt 203 zugeordnet wird. Figur 3d zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Kurve des Modells 220, welches einen ersten Reference operating point 203 is assigned. FIG. 3d shows, in a further exemplary embodiment, a curve of the model 220, which has a first
Referenzgradienten 210 und einen Reaktionsterm 221.4 berücksichtigt. Der Reaktionsterm 221.4 ist insbesondere als weitere mathematische Funktion zu verstehen, die bspw. zumindest den Einfluss der Temperatur und den Reference gradients 210 and a reaction term 221.4 considered. The reaction term 221.4 is to be understood in particular as a further mathematical function which, for example, at least the influence of the temperature and the
Partialdruck eines ersten Fluids 10 und eines zweiten Fluids 11 berücksichtigt. Dadurch kann durch den Reaktionsterm 221.4 die chemische Restreaktion einer Brennstoffzelle 1 während der Durchführung eines Verfahrens 100 berücksichtigt werden. Figur 4 zeigt schematisch ein Modell 220 mit unterschiedlichen Eingangsgrößen. So ist das Modell 220 abhängig von einem ersten Referenzgradienten 210, einem Nebendruck 221.1, welcher bspw. durch eine Druckdifferenz zwischen einer Anode und einer Kathode in einem als Brennstoffzellensystem 1 ausgestalteten Fluidsystem 1 repräsentiert sein kann, einer Kondensation vonPartial pressure of a first fluid 10 and a second fluid 11 taken into account. As a result, the chemical reaction of a fuel cell 1 during the execution of a method 100 can be taken into account by the reaction term 221.4. FIG. 4 schematically shows a model 220 with different input variables. Thus, the model 220 is dependent on a first reference gradient 210, a secondary pressure 221.1, which may be represented for example by a pressure difference between an anode and a cathode in a designed as a fuel cell system 1 fluid system 1, a condensation of
Wasser 221.2, welche bspw. durch den Partialdruck von Wasser repräsentiert sein kann, einer Veränderung der Temperatur 221.3, welche bspw. durch eine theoretische Druckdifferenz repräsentiert sein kann, die durch diese Water 221.2, which may be represented, for example, by the partial pressure of water, a change in the temperature 221.3, which may be represented, for example. By a theoretical pressure difference, through this
Temperaturänderung 221.3 hervorgerufen werden kann und einen Temperature change 221.3 can be caused and a
Reaktionsterm 221.4, der die Veränderung des Drucks aufgrund einer chemischen Restreaktion, insbesondere mathematisch, repräsentiert. Durch die Berücksichtigung derartiger, relevanter Größen ist es insbesondere möglich, den Einfluss der Umgebungsbedingungen auf einen Betriebsgradienten 201 durch Anpassung eines zweiten Referenzgradienten 211 zu berücksichtigen. Der zweite Referenzgradient 211 stellt demnach eine Vergleichsgröße dar, die eineReaction term 221.4, which represents the change in pressure due to a residual chemical reaction, in particular mathematically. By taking into account such relevant variables, it is possible, in particular, to take into account the influence of the ambient conditions on an operating gradient 201 by adapting a second reference gradient 211. The second reference gradient 211 thus represents a comparison quantity, which is a
Grenze der als kritisch anzusehenden Leckage eines Limit the critical leakage of a
Referenzbetriebspunkts 203 auf einen realen Betriebspunkt 202 umgerechnet repräsentiert. Figur 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem 1 in einem weiteren Reference operating point 203 is converted to a real operating point 202 converted. FIG. 5 shows a fuel cell system 1 according to the invention in another
Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung. Dabei weist das Embodiment in a schematic representation. This shows that
Brennstoffzellensystem 1 eine Kathode 3 auf, die mit einem zweiten Fluid 11 versorgt wird und eine Anode 2, die mit einem ersten Fluid 10 versorgt wird. Eine Reaktion des ersten Fluids 10 mit dem zweiten Fluid 11 im Fuel cell system 1, a cathode 3, which is supplied with a second fluid 11 and an anode 2, which is supplied with a first fluid 10. A reaction of the first fluid 10 with the second fluid 11 in
Brennstoffzellensystem 1 kann insbesondere eine elektrische Spannung erzeugen. Der Strömungsweg des ersten Fluids 10 weist ferner zwei Ventile 5 und einen Sensor 6 auf. Um stationäre Betriebsbedingungen herzustellen, können insbesondere die Ventile 5 geschlossen werden, so dass der Sensor durch Messung des Drucks über einen Zeitraum, insbesondere zu zumindest zwei Zeitpunkten, einen Betriebsgradienten 201 ermittelt. Durch Schließen derIn particular, fuel cell system 1 can generate an electrical voltage. The flow path of the first fluid 10 further comprises two valves 5 and a sensor 6. In order to produce stationary operating conditions, in particular the valves 5 can be closed so that the sensor determines an operating gradient 201 by measuring the pressure over a period of time, in particular at least two times. By closing the
Ventile 5 ist der Betriebsgradient 201 insbesondere unabhängig von Valves 5, the operating gradient 201 is in particular independent of
Druckbedingungen des ersten Fluids 10 außerhalb des entsprechenden Pressure conditions of the first fluid 10 outside the corresponding
Abschnitts an der Anode 2. Weiterhin ist dargestellt, dass das Section on the anode 2. Furthermore, it is shown that the
Brennstoffzellensystem 1 durch eine Kühlung 4 mittels eines Kühlmittels 12 gekühlt ist, wobei diese Kühlung abschaltbar und/oder die Temperaturänderung des Kühlmittels 12 messbar sein kann, so dass der Einfluss des Kühlmittels 12 auf ein Verfahren 100 zur Diagnose einer Leckage, insbesondere einer kritischen Leckage, des Brennstoffzellensystems 1 reduzierbar ist. Fuel cell system 1 is cooled by a cooling 4 by means of a coolant 12, wherein this cooling can be switched off and / or the temperature change of the coolant 12 can be measurable, so that the influence of the coolant 12 on a method 100 for diagnosing a leakage, in particular a critical leakage, of the fuel cell system 1 can be reduced.
Figur 6 zeigt ein Fahrzeug 300, welches ein erfindungsgemäßes Figure 6 shows a vehicle 300, which is an inventive
Brennstoffzellensystem 1 aufweist. Für das Brennstoffzellensystem 1 kann insbesondere ein Verfahren 100 zur Diagnose einer kritischen Leckage ausgeführt werden, wobei das Verfahren 100 durch ein Steuergerät 301 des Fahrzeugs 300 initiierbar und insbesondere steuerbar ist. Fuel cell system 1 has. For the fuel cell system 1, in particular a method 100 for diagnosing a critical leakage can be carried out, wherein the method 100 can be initiated and in particular controlled by a control unit 301 of the vehicle 300.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. The above explanation of the embodiments describes the present invention solely by way of example.
Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Of course, individual features of the embodiments, if technically feasible, can be combined freely with one another, without departing from the scope of the present invention.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren (100) zur Diagnose einer Leckage zumindest eines ersten FluidsA method (100) for diagnosing leakage of at least a first fluid
(10) eines Fluidsystems (1), insbesondere eines Brennstoffzellensystems (1), umfassend folgende Schritte: (10) of a fluid system (1), in particular of a fuel cell system (1), comprising the following steps:
a) Bereitstellen eines ersten Referenzgradienten (210) eines  a) providing a first reference gradient (210) of a
Betriebsdrucks (200) des ersten Fluids (10),  Operating pressure (200) of the first fluid (10),
b) Ermitteln eines Betriebsgradienten (201) des Betriebsdrucks (200) in einem ersten Betriebspunkt (202),  b) determining an operating gradient (201) of the operating pressure (200) at a first operating point (202),
c) Bestimmen eines zweiten Referenzgradienten (211) des Betriebsdrucks (200) durch ein Modell (220), wobei das Modell (220) den ersten Referenzgradienten (210) und zumindest einen weiteren  c) determining a second reference gradient (211) of the operating pressure (200) by a model (220), wherein the model (220) the first reference gradient (210) and at least one further
Betriebsparameter (221) im ersten Betriebspunkt (202) berücksichtigt, d) Vergleichen des Betriebsgradienten (201) und des zweiten  Operating parameter (221) in the first operating point (202) taken into account, d) comparing the operating gradient (201) and the second
Referenzgradienten (211).  Reference gradients (211).
Verfahren (100) nach Anspruch 1, Method (100) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Verfahren (100) bei einem Fluidsystem (1) in einem Fahrzeug (300) verwendet wird.  the method (100) is used in a fluid system (1) in a vehicle (300).
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, Method (100) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Verfahren (100) unter stationären Betriebsbedingungen durchgeführt wird.  the method (100) is carried out under steady-state operating conditions.
4. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. Method (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Modell (220) anhand eines weiteren Betriebsparameters (221) im ersten Betriebspunkt (202) einen Nebendruck (221.1) eines zweiten Fluids that the model (220) based on a further operating parameter (221) in the first operating point (202), a secondary pressure (221.1) of a second fluid
(11) berücksichtigt. (11).
5. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Method (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass im Falle eines Überschreitens oder eines Unterschreitens des zweiten Referenzgradienten (211) durch den Betriebsgradienten (201) eine Fehlerreaktion erfolgt.  in the event of the operating gradient (201) exceeding or falling below the second reference gradient (211), an error reaction takes place.
6. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Method (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Modell (220) anhand eines weiteren Betriebsparameters (221) im ersten Betriebspunkt (202) eine Kondensation (221.2) von Wasser im Fluidsystem berücksichtigt.  the model (220) takes into account a condensation (221.2) of water in the fluid system on the basis of a further operating parameter (221) in the first operating point (202).
7. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Method (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das erste Fluid (10) durch ein Kühlmittel (12) gekühlt wird, wobei das Modell (220) anhand eines weiteren Betriebsparameters (221) im ersten Betriebspunkt (202) die Veränderung der Temperatur (221.3) des  that the first fluid (10) is cooled by a coolant (12), the model (220) based on a further operating parameter (221) in the first operating point (202) the change in temperature (221.3) of
Kühlmittels (12) berücksichtigt und/oder die Kühlung vor der Durchführung zumindest des Schrittes b) des Verfahrens (100) abgeschaltet wird.  Coolant (12) taken into account and / or the cooling is switched off before performing at least step b) of the method (100).
8. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Method (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Modell (220) einen Reaktionsterm (221.4) aufweist, der den Einfluss einer chemischen Reaktion innerhalb des Fluidsystems (1) auf den zweiten Referenzgradienten (211) anhand zumindest eines weiteren Betriebsparameters (221) im ersten Betriebspunkt (202) berücksichtigt.  in that the model (220) has a reaction term (221.4) which takes into account the influence of a chemical reaction within the fluid system (1) on the second reference gradient (211) on the basis of at least one further operating parameter (221) in the first operating point (202).
9. Verfahren (100) nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 9. Method (100) according to claim one of the preceding claims, characterized in that
dass zumindest die Schritte b) bis d) des Verfahrens (100) zyklisch wiederholt werden.  that at least steps b) to d) of the method (100) are repeated cyclically.
10. Brennstoffzellensystem (1), insbesondere eines Fahrzeuges (300), das zumindest ein erstes Fluid (10) und zumindest einen Sensor (6) zum Erkennen zumindest eines Betriebsdrucks (200) aufweist, zur Ausführung eines Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. 10. Fuel cell system (1), in particular of a vehicle (300), the at least one first fluid (10) and at least one sensor (6) for Detecting at least one operating pressure (200), for carrying out a method (100) according to one of claims 1 to 9.
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