WO2022156850A1 - Testsystem und verfahren zum einfahren und testen von brennstoffzellen - Google Patents

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WO2022156850A1
WO2022156850A1 PCT/DE2022/100002 DE2022100002W WO2022156850A1 WO 2022156850 A1 WO2022156850 A1 WO 2022156850A1 DE 2022100002 W DE2022100002 W DE 2022100002W WO 2022156850 A1 WO2022156850 A1 WO 2022156850A1
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fuel cells
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Florian Doerrfuss
Stefan Gossens
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
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    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks

Definitions

  • the invention relates to a method with which fuel cells can be run in and tested. Furthermore, the invention relates to a test system designed for running in and testing fuel cells.
  • a fuel cell system and a method for controlling such a system is described in US 2017/0229723 A1, for example.
  • the system described offers the option of channeling cooling water either through a fuel cell stack or via a bypass.
  • a method disclosed in DE 11 2008 003 451 B4 for controlling a fuel cell system provides for the detection of a hydration state index. After the voltage of a fuel cell is measured, the current value of the fuel cell is adjusted to a value depending on the state of hydration in the fuel cell.
  • a maximum value of an electric current that is not constant during operation is also given in a fuel cell system described in US 2020/0136159 A1. Here, amounts of change in a maximum allowable current are repeatedly determined.
  • DE 10 2015 217 821 A1 discloses an activation device for a fuel cell stack which is intended to enable automatic activation and performance assessment processes.
  • the activation device includes connection elements which can be moved relative to the fuel cell stack.
  • DE 10 2015 225 761 A1 describes a system for producing a fuel cell.
  • the system includes a pressing device for applying a pressing force to stacked layers of a fuel cell.
  • bipolar plates can th and membrane electrode assemblies are present.
  • a transport robot among other things, can be used as a flexible transport device.
  • CN 110957510 A describes methods for testing a fuel cell during startup and shutdown.
  • the proposed starting procedure is intended to enable a reliable transition to the intended operation of the fuel cell.
  • the invention is based on the object of specifying particularly rational ways of running in fuel cells that are more advanced than the prior art mentioned.
  • “Starting up” a fuel cell is understood to mean initial startup of a fuel cell or a cell stack comprising a plurality of fuel cells, in which the required operating media are connected and supplied to the fuel cell(s) and an electrical load is applied.
  • a test run is also carried out in which different parameters such as the flow rate of the operating media, the media pressure, the cell temperatures, the electrical load, etc. are varied in order to simulate different operating states and optimally adjust the performance of the fuel cell(s).
  • the usability and achieved performance of the fuel cell or the cell stack based on the recorded test parameters and performance data.
  • the method according to the invention for running in fuel cells comprises the following steps:
  • a test system which enables the running-in and testing of fuel cells, generally comprises a transportable test and running-in device, which is designed to run in a plurality of fuel cells during transport from a starting point to a destination and to test them as well as an evaluation and control unit which is coupled in terms of data technology to the testing and running-in device and which is designed to store and evaluate measurement data obtained during the transport of the fuel cells.
  • the testing and running-in device can be installed in whole or in part on a vehicle, in particular a truck.
  • vehicle here includes not only transport of the fuel cells by car, truck, etc., but also transport by means of a rail vehicle, in particular by train, or transport by plane or ship. If the test and running-in device is at least partially installed in a container that can be transported by a vehicle, there are particularly good conditions for carrying out any parts of the test and running-in procedure either during transport or stationary, in particular at the starting point or destination.
  • test cycles relating to the individual fuel cells can be tested at least temporarily simultaneously during transport, with the test cycles relating to the individual fuel cells being carried out depending on test capacities that are specified by the mobile drive-in device and in particular relate to the supply and discharge of energy and fluids.
  • the fuel cells can advantageously be exposed to controlled environmental conditions that can be predetermined by means of the mobile running-in device and are not necessarily constant throughout the running-in procedure.
  • the testing and running-in device can include means for individually controlled air conditioning of the fuel cells. This optional design means that multiple fuel cells can be tested simultaneously under different conditions during the same shipment.
  • the transportable test and break-in device has all the connections required to carry out the complete break-in and test procedure.
  • This can also include a connection for introducing inert gas into the fuel cell.
  • measurement data are already transferred from the mobile drive-in device to a stationary receiver during transport. averages, wherein the further, likewise non-stationary execution of the run-in procedure can depend on the reaction of the stationary receiver to the transmitted measurement data.
  • electrical energy obtained during the implementation of the running-in procedure is used at least partially to drive and/or operate the vehicle carrying the mobile running-in device.
  • the electricity generated can be made available to every electrical consumer in the vehicle.
  • a fully or at least partially electrically powered vehicle is used here.
  • FIG. 1 shows a device installed on a vehicle in the form of a truck for running in and testing fuel cells
  • FIG. 2 shows a test system constructed using a standard container for running in and testing fuel cells
  • FIG. 3 shows a method that can be carried out both with the device according to FIG. 1 and with the system according to FIG. 2 in a flow chart.
  • FIGS. 1 and 2 Components that correspond in principle to one another are identified in FIGS. 1 and 2 with the same reference symbols.
  • a test system identified overall by the reference number 1 is used for running in and testing fuel cells.
  • the core component of the test system 1 is a transportable drive-in and test device 2, which is mounted on a vehicle 3, here in the form of a truck, permanently installed ( Figure 1) or in the form of a container ( Figure 2) is transportable.
  • Figure 1 A transportable drive-in and test device 2
  • Figure 2 An example of a transportable drive-in and test device 2
  • Figure 1 A test system identified overall by the reference number 1
  • Figure 1 A test system identified overall by the reference number 1 is used for running in and testing fuel cells.
  • the core component of the test system 1 is a transportable drive-in and test device 2, which is mounted on a vehicle 3, here in the form of a truck, permanently installed ( Figure 1) or in the form of a container ( Figure 2) is transportable.
  • the purpose of the mobile drive-in device 2 is to drive in a plurality of fuel cells 4 during transport from a first location 19 to a second location 20 and to subject them to tests.
  • the first location 19 is the company that produces the fuel cells 4
  • the second location 20 is the buyer, ie the user, of the fuel cells 4.
  • the locations 19, 20 are with the transportable running-in and test device 2 is linked via a data network DN in terms of data technology, with a radio module 18 being attributable to the transportable drive-in and test device 2 .
  • the mobile drive-in and testing device 2 includes an apparatus room 7 in which, among other things, a hydrogen tank 8 and an air conditioning module 10 are located.
  • Hydrogen lines 9, which emanate from the hydrogen tank 8, are partially designed as hoses and can be connected to the fuel cells 4.
  • Ventilation ducts 11 which end in the loading compartments 5 , 6 , originate from the air conditioning module 10 . Ventilation devices are not shown. Devices for liquid cooling are also not shown.
  • Control unit 12 connected.
  • a measuring module 14 which during driving procedures records data, linked to the evaluation and control unit 12. Electrical lines are denoted by 13 and signal lines by 15 . Deviating from the symbolized representation according to FIG. 1, the evaluation and control unit 12 and the measuring module 14 can also be combined into a single unit. In all cases, both data are recorded that relate directly to the fuel cells 4, including electrical variables and temperatures, as well as data on the environmental conditions. Ambient conditions represent in particular the air conditioning conditions that can be set using the air conditioning module 10. Material flows are also recorded, including the inflow of hydrogen and outflowing water vapor, which is discharged from the transportable running-in and test device 2 via a water vapor line 21.
  • Electrical energy generated by the fuel cells 4 during the running-in procedure can be supplied to a so-called dummy consumer 16 which is located in the transportable running-in and test device 2 .
  • Thermal energy generated in dummy consumer 16 can be dissipated by means of air conditioning module 10 .
  • the vehicle 3 is a fully or at least partially electrically powered vehicle with an electric traction motor 17, as indicated in FIG. However, the current can also be made available to other electrical consumers of the vehicle 3 .
  • a first step S1 the fuel cells 4 are manufactured in the manufacturing plant 19.
  • An initial check of the fuel cells 4 also takes place at the first location 19 as step S2.
  • step S3 the exit check is evaluated. If defects are found, the fuel cell 4 returns in step S4 to the manufacturing plant 19 for a new, more detailed check. Otherwise, the fuel cells 4 are loaded onto the vehicle 3 in step S5.
  • the fuel cells 4 are fluidically and electrically connected to the mobile drive-in device in step S6. direction 2 connected.
  • Step S7 marks the departure of the vehicle 3 from the first location 19. During the journey to the second location 20, the entry procedure is started in step S8.
  • step S9 it is repeatedly checked whether data recorded with the aid of the measuring module 14 are within the respective permissible range. If this is not the case, the checking procedure can be stopped in step S10. A corresponding message can be transmitted to one of the locations 19, 20 or to both locations 19, 20 while the vehicle 3 is still driving. After the data relating to a specific section of the running-in and testing procedure collected in step S9 has been automatically checked, a query is made in step S11 as to whether all sections of the running-in and testing procedure have already been run through.
  • step S12 The conclusion of the running-in and testing procedure is referred to as step S12.
  • step S13 marks the arrival of the vehicle 3 at the destination 20.
  • the drive-in and testing of the fuel cells 4 can be continued stationary, if necessary.
  • the fuel cells 4 are unloaded from the drive-in and test device 2 in step S14.
  • the documentation of the running-in and test procedure is transmitted to the user 20, it being possible for at least parts of the documentation to be transmitted to the manufacturing company 19 and/or to the user 20 during transport via the data network DN. This means that not only can the transport, running-in and testing of the fuel cells 4 be carried out in an extremely time-saving manner, it is also possible to react particularly quickly to any irregularities when running-in and testing the fuel cells 4 .
  • Reference character list the transport, running-in and testing of the fuel cells 4 be carried out in an extremely time-saving manner, it is also possible to react particularly quickly to any irregularities when running-in and testing the fuel cells 4 .

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Abstract

Ein Verfahren zum Einfahren von Brennstoffzellen (4) umfasst folgende Schritte: - Bereitstellung mindestens einer Brennstoffzelle (4), welche an einem ersten Ort (19) einer Ausgangsprüfung unterzogen, jedoch noch nicht eingefahren wurde, - Verladen der Brennstoffzelle (4) auf eine mobile Einfahr- und Testvorrichtung (2) und Anschluss der Brennstoffzelle (4) an Leitungen (9) für die Zu- und Abfuhr von Medien, - Durchführung einer Einfahrprozedur, wobei während des Transports der Brennstoffzelle (4) die Einfahrprozedur betreffende Messdaten gewonnen werden, - Abladen der Brennstoffzelle (4) von der mobilen Einfahr- und Testvorrichtung (2) an einem Zielort (20) und Übergabe der während des Transports aufgenommenen Messdaten.

Description

Testsystem und Verfahren zum Einfahren und Testen von Brennstoffzellen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit welchem Brennstoffzellen eingefahren und getestet werden können. Ferner betrifft die Erfindung ein zum Einfahren und Testen von Brennstoffzellen ausgebildetes Testsystem.
Ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Steuern eines solchen Systems ist beispielsweise in der US 2017/0229723 A1 beschrieben. Das beschriebene System bietet unter anderem die Möglichkeit, Kühlwasser wahlweise durch einen Brennstoff- zellen-Stack oder über einen Bypass zu leiten.
Ein in der DE 11 2008 003 451 B4 offenbartes Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems sieht die Erfassung eines Hydrationszustandsindexes vor. Nachdem die Spannung einer Brennstoffzelle gemessen wurde, wird der Stromwert der Brennstoffzelle auf einen Wert gebracht, welcher vom Hydrationszustand in der Brennstoffzelle abhängt.
Ein während des Betriebs nicht konstanter Maximalwert eines elektrischen Stromes ist auch bei einem in der US 2020/0136159 A1 beschriebenen Brennstoffzellensystem gegeben. Hierbei werden wiederholt Änderungsbeträge eines maximal zulässigen Stroms bestimmt.
Die DE 10 2015 217 821 A1 offenbart eine Aktivierungsvorrichtung für einen Brennstoffzellenstapel, welche automatische Aktivierungs- und Leistungsbeurteilungsvorgänge ermöglichen soll. Die Aktivierungsvorrichtung umfasst Anschlusselemente, welche relativ zum Brennstoffzellenstapel bewegbar sind.
Die DE 10 2015 225 761 A1 beschreibt ein System zur Herstellung einer Brennstoffzelle. Das System umfasst eine Presseinrichtung zur Ausübung einer Presskraft auf gestapelte Schichten einer Brennstoffzelle. In geschichteter Form können Bipolarplat- ten und Membran-Elektroden-Einheiten vorliegen. Im Rahmen des beschriebenen Herstellungsverfahrens kann unter anderem ein Transportroboter als flexible Transporteinrichtung zum Einsatz kommen.
Verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zum Starten von Brennstoffzellensystemen sind zum Beispiel in den Dokumenten US 10 181 610 B2, DE 10 2016 110 451 A1 , sowie DE 10 2014 216 856 A1 beschrieben.
Die CN 110957510 A beschreibt Verfahren zum Testen einer Brennstoffzelle beim Hochfahren und Herunterfahren. Die vorgeschlagene Startprozedur soll hierbei einen zuverlässigen Übergang in den bestimmungsgemäßen Betrieb der Brennstoffzelle ermöglichen.
Grundsätzlich ist es möglich, Brennstoffzellen entweder direkt mit Wasserstoff zu betreiben oder Wasserstoff zunächst mittels eines Reformers herzustellen. Brennstoffzellenanordnungen mit Reformern sind zum Beispiel in den Dokumenten DE 10 2017 001 564 B4 und DE 10 2006 043 349 A1 offenbart.
Die DE 10 2015 209 802 A1 beschreibt eine Brennstoffzelle mit Befeuchter. Beim Einfahren der Brennstoffzelle ist das Zuführen von Inertgas vorgesehen.
Die DE 10 2018 104 425 A1 offenbart ein Brennstoffzellenstapel-Einfahrverfahren und ein Einfahrkonditionierungssystem. Als Teil der Herstellung einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle ist hier beschrieben, dass jeder neu zusammengebaute Brennstoffzellenstapel typischerweise zyklisch durch eine Inkubationszeit des Stapelbetriebs geführt wird, um die Membran-Elektroden-Einheit (MEA) „einzufahren“. Während des Brennstoffzellenstapel-Einfahrverfahrens werden die MEAs konditioniert, wobei die Anschlussspannung des Stapels mit der Zeit allmählich ansteigt, um sicherzustellen, dass sich die Anschlussspannung bei oder nahe einem im Allgemeinen konstanten Spitzenspannungspegel stabilisiert. Ein solches Einfahren wird für die MEAs in einem neu hergestellten Brennstoffzellenstapel offenbart, um eine optimale Leistung für einen Langzeitbetrieb des Stapels zu erhalten. Als Hauptfunktion(en) des MEA-Einfahrens sind hier beschrieben: das Befeuchten der Membran, Entfernen von Restlösungsmitteln und anderen Verunreinigungen, die aus der MEA-Fertigung resultieren, und das Entfernen von Anionen von dem Katalysator, um die Reaktionsstellen zu aktivieren.
Die DE 10 2018 104 425 A1 offenbart weiterhin, dass gegenwärtige Verfahren zum Einfahren von MEAs in einen Brennstoffzellenstapel mehrere Stunden eines Brennstoffzellenbetriebs erfordern können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickelte, besonders rationelle Möglichkeiten des Einfahrens von Brennstoffzellen anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Einfahren von Brennstoffzellen gemäß Anspruch 1 . Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Testsystem gemäß Anspruch 7. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Testsystem erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Einfahrverfahren und umgekehrt.
Unter einem „Einfahren“ einer Brennstoffzelle wird eine erste Inbetriebnahme einer Brennstoffzelle oder eines Zellstapels umfassend mehrere Brennstoffzellen verstanden, bei welcher die erforderlichen Betriebsmedien angeschlossen und der/den Brennstoffzellen zugeführt werden sowie eine elektrische Last angelegt wird. Es erfolgt weiterhin ein Testlauf, bei dem unterschiedliche Parameter, wie eine Durchflussrate der Betriebsmedien, der Mediendruck, die Zelltemperaturen, die elektrische Last usw. variiert werden, um verschiedene Betriebszustände zu simulieren und die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle(n) optimal einzustellen. Während und nach Abschluß des Testlaufs wird die Einsatzfähigkeit und erreichte Leistung der Brennstoff- zelle oder des Zellstapels anhand der erfassten Testparameter und Leistungsdaten festgestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einfahren von Brennstoffzellen umfasst folgende Schritte:
- Bereitstellung mindestens einer Brennstoffzelle, welche an einem ersten Ort, insbesondere dem Herstellungsort, einer Ausgangsprüfung unterzogen, jedoch noch nicht eingefahren wurde,
- Verladen der Brennstoffzelle auf eine transportable Einfahr- und Testvorrichtung und Anschluss der Brennstoffzelle an Leitungen für die Zu- und Abfuhr von Medien,
- Durchführung einer Einfahrprozedur, wobei während des Transports der Brennstoffzelle Messdaten, welche die Einfahrprozedur betreffen, gewonnen werden,
- Abladen der Brennstoffzelle von der transportablen Einfahr- und Testvorrichtung an einem Zielort, das heißt beim Abnehmer der Brennstoffzelle, und Übergabe der während des Transports aufgenommenen Messdaten.
Gegenüber herkömmlichen Einfahrverfahren ist somit ein wesentlicher Vorteil darin gegeben, dass die Einfahrprozedur während eines ohnehin erforderlichen Transports der Brennstoffzelle durchführbar ist.
Ein nach Anspruch 7 ausgebildetes erfindungsgemäßes Testsystem, welches das Einfahren und Testen von Brennstoffzellen ermöglicht, umfasst allgemein eine transportable Test- und Einfahrvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl an Brennstoffzellen während eines Transports von einem Startort zu einem Zielort einzufahren und dabei zu testen, sowie eine mit der Test- und Einfahrvorrichtung datentechnisch gekoppelte Auswerte- und Steuereinheit, welche zur Speicherung und Auswertung von während des Transports der Brennstoffzellen gewonnenen Messdaten ausgebildet ist. Die Test- und Einfahrvorrichtung kann vollständig oder in Teilen auf einem Fahrzeug, insbesondere einem Lastkraftwagen, installiert sein. Der Begriff „Fahrzeug“ umfasst hier nicht nur einen Transport der Brennstoffzellen mittels PKW, LKW usw., sondern auch einen Transport mittels eines schienengebundenen Fahrzeugs, insbesondere per Bahn, oder einen Transport mit einem Flugzeug oder per Schiff. Ist die Test- und Einfahrvorrichtung zumindest teilweise in einen mittels eines Fahrzeugs transportablen Container eingebaut, so sind besonders gute Voraussetzungen gegeben, beliebige Anteile der Test- und Einfahrprozedur wahlweise während des Transports oder stationär, insbesondere am Startort oder Zielort, durchzuführen.
In vorteilhafter Ausgestaltung können während des Transports mehrere Brennstoffzellen zumindest zeitweise gleichzeitig getestet werden, wobei die einzelnen Brennstoffzellen betreffende Testzyklen in Abhängigkeit von Testkapazitäten, die durch die mobile Einfahrvorrichtung vorgegeben sind und insbesondere die Zu- und Ableitung von Energie und Fluiden betreffen, durchgeführt werden.
Die Brennstoffzellen können während der Test- und Einfahrprozeduren in vorteilhafter Verfahrensführung kontrollierten, mittels der mobile Einfahrvorrichtung vorgebbaren, nicht notwendigerweise während einer gesamten Einfahrprozedur konstanten Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden. Hierbei kann die Test- und Einfahrvorrichtung Mittel zur einzeln gesteuerten Klimatisierung der Brennstoffzellen umfassen. Diese optionale Gestaltung bedeutet, dass mehrere Brennstoffzellen während desselben Transports gleichzeitig unter unterschiedlichen Bedingungen getestet werden können.
In jedem Fall weist die transportable Test- und Einfahrvorrichtung sämtliche Anschlüsse auf, die zur Durchführung der kompletten Einfahr- und Testprozedur erforderlich sind. Hierzu kann auch ein Anschluss zum Einleiten von Inertgas in die Brennstoffzelle zählen.
In besonders vorteilhafter Verfahrensführung werden Messdaten bereits während des Transports von der mobilen Einfahrvorrichtung an einen stationären Empfänger über- mittelt, wobei die weitere, ebenfalls nicht stationäre Durchführung der Einfahrprozedur von der Reaktion des stationären Empfängers auf die übermittelten Messdaten abhängig sein kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird bei der Durchführung der Einfahrprozedur gewonnene elektrische Energie zumindest teilweise zum Antrieb und/oder Betrieb des die mobile Einfahrvorrichtung tragenden Fahrzeugs genutzt. Dabei kann prinzipiell jedem elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs der erzeugte Strom zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere kommt hierbei ein vollständig oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug zum Einsatz.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 eine auf einem Fahrzeug in Form eines LKWs installierte Vorrichtung zum Einfahren und Testen von Brennstoffzellen,
Fig. 2 ein unter Nutzung eines Standardcontainers aufgebautes Testsystem zum Einfahren und Testen von Brennstoffzellen,
Fig. 3 in einem Flussdiagramm ein sowohl mit der Vorrichtung nach Figur 1 als auch mit dem System nach Figur 2 durchführbares Verfahren.
Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander prinzipiell entsprechende Komponenten sind in den Figuren 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Testsystem wird zum Einfahren und Testen von Brennstoffzellen genutzt. Kernkomponente des Testsystems 1 ist eine transportable Einfahr- und Testvorrichtung 2, welche auf einem Fahrzeug 3, hier in Form eines Lastkraftwagens, fest installiert (Figur 1) oder in Form eines Containers (Figur 2) transportierbar ist. Auch Mischvarianten, in welchen lediglich Teile der auch als mobile Einfahrvorrichtung bezeichneten transportablen Einfahr- und Testvorrichtung 2 fest auf einem Fahrzeug 3 montiert sind, sind realisierbar. Auch ein Schienentransport, Lufttransport oder ein Seetransport der mobilen Einfahrvorrichtung 2 ist möglich.
Die mobile Einfahrvorrichtung 2 hat den Zweck, eine Mehrzahl an Brennstoffzellen 4 während des Transports von einem ersten Standort 19 zu einem zweiten Standort 20 einzufahren und Tests zu unterziehen. In den Ausführungsbeispielen handelt es sich beim ersten Standort 19 um den Betrieb, welcher die Brennstoffzellen 4 herstellt, und beim zweiten Standort 20 um den Abnehmer, das heißt Verwender, der Brennstoffzellen 4. Die Standorte 19, 20 sind mit der transportablen Einfahr- und Testvorrichtung 2 über ein Datennetz DN datentechnisch verknüpft, wobei ein Funkmodul 18 der transportablen Einfahr- und Testvorrichtung 2 zuzurechnen ist.
Innerhalb der transportablen Einfahr- und Testvorrichtung 2 befinden sich in den Ausführungsbeispielen jeweils mehrere klimatechnisch voneinander getrennte Ladeabteile 5, 6. In vereinfachten Ausgestaltungen kann auch eine einheitliche Klimatisierung der Einfahr- und Testvorrichtung 2 vorgesehen sein.
Ferner umfasst die mobile Einfahr- und Testvorrichtung 2 einen Apparateraum 7, in welchem sich unter anderem ein Wasserstofftank 8 und ein Klimatisierungsmodul 10 befindet. Wasserstoffleitungen 9, welche vom Wasserstofftank 8 ausgehen, sind teilweise als Schläuche ausgebildet und an die Brennstoffzellen 4 anschließbar. Vom Klimatisierungsmodul 10 gehen Lüftungskanäle 11 aus, welche in den Ladeabteilen 5, 6 enden. Einrichtungen zur Entlüftung sind nicht dargestellt. Ebenso sind Einrichtungen zur Flüssigkeitskühlung nicht dargestellt.
Sämtliche Brennstoffzellen 4 sind während des Transports mit einer Auswerte- und
Steuereinheit 12 verbunden. Ebenso ist ein Messmodul 14, welches während der Ein- fahrprozeduren Daten aufnimmt, mit der Auswerte- und Steuereinheit 12 verknüpft. Elektrische Leitungen sind mit 13, Signalleitungen mit 15 bezeichnet. Abweichend von der symbolisierten Darstellung nach Figur 1 können die Auswerte- und Steuereinheit 12 und das Messmodul 14 auch zu einer einzigen Einheit zusammengefasst sein. In allen Fällen werden sowohl Daten erfasst, die die Brennstoffzellen 4 direkt betreffen, unter anderem elektrische Größen und Temperaturen, als auch Daten zu den Umgebungsbedingungen. Umgebungsbedingungen stellen insbesondere die mit Hilfe des Klimatisierungsmoduls 10 einstellbaren Klimatisierungsbedingungen dar. Erfasst werden auch Stoffflüsse, unter anderem der Zufluss an Wasserstoff sowie ausströmender Wasserdampf, welcher über eine Wasserdampfleitung 21 aus der transportablen Einfahr- und Testvorrichtung 2 ausgeleitet wird.
Während der Einfahrprozedur von den Brennstoffzellen 4 erzeugte elektrische Energie ist einem sogenannten Dummy-Verbraucher 16, welcher sich in der transportablen Einfahr- und Testvorrichtung 2 befindet, zuführbar. Im Dummy-Verbraucher 16 erzeugte thermische Energie ist mittels des Klimatisierungsmoduls 10 abführbar. Handelt es sich bei dem Fahrzeug 3 um ein voll oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem elektrischen Traktionsmotor 17, wie in Figur 1 angedeutet, so ist von den Brennstoffzellen 4 gelieferte Energie insbesondere auch zur Stromversorgung des Traktionsmotors 17 nutzbar. Aber auch anderen elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs 3 kann der Strom zur Verfügung gestellt werden.
Was den Ablauf der mit Hilfe der transportablen Einfahr- und Testvorrichtung 2 durchführbaren Prozedur betrifft, wird im Folgenden auf Figur 3 verwiesen. In einem ersten Schritt S1 werden die Brennstoffzellen 4 im Herstellungsbetrieb 19 gefertigt. Auch eine Ausgangsprüfung der Brennstoffzellen 4 findet als Schritt S2 noch am ersten Standort 19 statt. Im Schritt S3 wird die Ausgangsprüfung ausgewertet. Im Fall festgestellter Mängel gelangt die Brennstoffzelle 4 im Schritt S4 zurück in den Herstellungsbetrieb 19 zur erneuten, genaueren Prüfung. Ansonsten werden die Brennstoffzellen 4 im Schritt S5 auf das Fahrzeug 3 geladen. Im Fahrzeug 3 beziehungsweise in der als Container ausgebildeten transportablen Einfahr- und Testvorrichtung 2 werden die Brennstoffzellen 4 im Schritt S6 fluidtechnisch und elektrisch an die mobile Einfahrvor- richtung 2 angeschlossen. Der Schritt S7 markiert die Abfahrt des Fahrzeugs 3 vom ersten Standort 19. Während der Fahrt zum zweiten Standort 20 wird im Schritt S8 die Einfahrprozedur gestartet.
Im Schritt S9 wird wiederkehrend geprüft, ob mit Hilfe des Messmoduls 14 aufgenommene Daten im jeweils zulässigen Bereich liegen. Sollte dies nicht der Fall sein, kann die Prüfprozedur im Schritt S10 gestoppt werden. Eine entsprechende Meldung kann noch während der Fahrt des Fahrzeugs 3 an einen der Standorte 19, 20 oder an beide Standorte 19, 20 übermittelt werden. Nachdem die im Schritt S9 erhobenen, einen bestimmten Abschnitt der Einfahr- und Prüfprozedur betreffenden Daten automatisch gecheckt wurden, wird im Schritt S11 abgefragt, ob bereits alle Abschnitte der Einfahr- und Prüfprozedur durchlaufen wurden.
Soweit erforderlich, wird die Erfassung und Auswertung von Daten fortgesetzt. Der Abschluss der Einfahr- und Prüfprozedur ist als Schritt S12 bezeichnet. S13 markiert die Ankunft des Fahrzeugs 3 am Zielort 20. Insbesondere in Fällen, in denen die transportable Einfahr- und Testvorrichtung 2 in einen Container eingebaut ist, kann das Einfahren und Testen der Brennstoffzellen 4, soweit erforderlich, stationär fortgesetzt werden. In allen Fällen werden die Brennstoffzellen 4 im Schritt S14 aus der Einfahr- und Testvorrichtung 2 ausgeladen. Zusätzlich wird die Dokumentation der Einfahr- und Testprozedur an den Verwender 20 übermittelt, wobei zumindest Teile der Dokumentation bereits während des Transports über das Datennetz DN an den Herstellungsbetrieb 19 und/oder an den Verwender 20 übermittelt werden können. Damit ist nicht nur der Transport, das Einfahren und Testen der Brennstoffzellen 4 äußerst zeitsparend durchführbar, sondern darüber hinaus auch die Möglichkeit gegeben, auf eventuelle Unregelmäßigkeiten beim Einfahren und Testen der Brennstoffzellen 4 besonders schnell zu reagieren. Bezuqszeichenliste
1 Testsystem
2 transportable Einfahr- und Testvorrichtung
3 Fahrzeug, insbesondere Lastkraftwagen
4 Brennstoffzelle
5 Ladeabteil
6 Ladeabteil
7 Apparateraum
8 Wasserstofftank
9 Wasserstoffleitung
10 Klimatisierungsmodul
11 Lüftungskanal
12 Auswerte- und Steuereinheit
13 elektrische Leitung
14 Messmodul
15 Signalleitung
16 Dummy-Verbraucher
17 Traktionsmotor
18 Funkmodul
19 Herstellungsbetrieb, erster Standort
20 Verwender, zweiter Standort
21 Wasserdampfleitung
DN Datennetz
S1 ... S14 Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Einfahren von Brennstoffzellen (4), mit folgenden Schritten:
- Bereitstellung mindestens einer Brennstoffzelle (4), welche an einem ersten Ort (19) einer Ausgangsprüfung unterzogen, jedoch noch nicht eingefahren wurde,
- Verladen der Brennstoffzelle (4) auf eine mobile Einfahr- und Testvorrichtung (2) und Anschluss der Brennstoffzelle (4) an Leitungen (9) für die Zu- und Abfuhr von Medien,
- Durchführung einer Einfahrprozedur, wobei während des Transports der Brennstoffzelle (4) die Einfahrprozedur betreffende Messdaten gewonnen werden,
- Abladen der Brennstoffzelle (4) von der mobilen Einfahr- und Testvorrichtung (2) an einem Zielort (20) und Übergabe der während des Transports aufgenommenen Messdaten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass während des Transports mehrere Brennstoffzellen (4) zumindest zeitweise gleichzeitig getestet werden, wobei die einzelnen Brennstoffzellen (4) betreffende Testzyklen in Abhängigkeit von Testkapazitäten, die durch die mobile Einfahrvorrichtung (2) vorgegeben sind und die Zu- und Ableitung von Energie und Fluiden betreffen, durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellen (4) während der Einfahrprozeduren kontrollierten, durch die mobile Einfahrvorrichtung (2) vorgebbaren, nicht notwendigerweise während einer gesamten Einfahrprozedur konstanten Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Einfahrprozedur Inertgas in die Brennstoffzelle (4) eingeleitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Messdaten bereits während des Transports von der mobilen Einfahrvorrich- tung (2) an einen stationären Empfänger (19, 20) übermittelt werden, wobei die weitere, nicht stationäre Durchführung der Einfahrprozedur von der Reaktion des stationären Empfängers (19, 20) auf die übermittelten Messdaten abhängt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung der Einfahrprozedur gewonnene Energie zum Antrieb eines die mobile Einfahrvorrichtung (2) tragenden Fahrzeugs (3) genutzt wird.
7. Testsystem (1 ) zum Einfahren und Testen von Brennstoffzellen (4), umfassend eine transportable Test- und Einfahrvorrichtung (2), welche dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl an Brennstoffzellen (4) während eines Transports von einem Startort (19) zu einem Zielort (20) einzufahren und dabei zu testen, sowie eine mit der Test- und Einfahrvorrichtung (2) datentechnisch gekoppelte Auswerte- und Steuereinheit (12), welche zur Speicherung und Auswertung von während des Transports der Brennstoffzellen (4) gewonnenen Messdaten ausgebildet ist.
8. Testsystem (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Test- und Einfahrvorrichtung (2) an einem Fahrzeug (3) installiert ist.
9. Testsystem (1 ) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Test- und Einfahrvorrichtung (2) zumindest teilweise in einen durch das Fahrzeug (3) transportablen Container eingebaut ist.
10. Testsystem (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Test- und Einfahrvorrichtung (2) ein Klimatisierungsmodul (10) zur einzeln gesteuerten Klimatisierung der Brennstoffzellen (4) umfasst.
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