用于检查燃料电池系统的阳极路径内的至少一个传感器的方法与流程

1.本发明从一种用于检查燃料电池系统的阳极路径内的至少一个传感器的方法以及一种具有用于检查燃料电池系统的阳极路径内的至少一个传感器的测量组件的燃料电池系统出发。


背景技术：

2.基于氢气的燃料电池系统被视为未来的移动性概念，因为所述燃料电池系统仅排放水作为废气并且能够实现快速的加油时间。对于电池内的化学反应，燃料电池系统在此需要空气和氢气。为了提供所需要的能量，布置在燃料电池系统内的燃料电池相互连接成所谓的燃料电池堆。在此，电池的废热借助冷却回路引出并且排放给环境。通常从高压管向系统提供运行燃料电池系统所必需的氢气。出于效率原因和部件保护原因，该计量在此以在化学计量过量的方式进行。为了不浪费多余的氢气，氢气的未被消耗的部分在阳极路径内再循环。在此，阳极气体通常从阳极气体回流线路中经由水分离器、再循环泵或者喷射泵或者类似物输送回并且连同新鲜氢气一起重新供应给阳极。由于在燃料电池运行时氮气不断从阴极侧扩散到阳极侧上并且在那里积聚，因此，为了充分提供再循环的氢气，必须以有规律的间距经由净化阀放出氮气，因为否则的话在再循环泵的输送功率保持相同的情况下，会将不断的少的氢气量输送回。


技术实现要素：

3.为了保证准确的氢气计量，需要阳极路径中的传感器的高精度。
4.有利的是，为了检查燃料电池系统的阳极路径内的至少两个传感器的功能，将至少两个传感器的压强值进行相互比较并且检查是否存在偏差，因为这是一种简单且成本有利的、用于检查传感器的功能的方法。
5.在从属权利要求中给出根据本发明的燃料电池系统的有利构型和扩展方案。
6.将阳极路径中的压强降低为环境压强或者如下压强：该压强相应于供给压强与环境压强之间的压强，是有利的，因为在该压强范围中能够在没有干扰影响的情况下执行各个传感器的压强值的比较。
7.如果在将燃料电池系统开启(herauffahren)的情况下，关闭内部阀、尤其是hgi阀并且打开截止阀，其中，将在预给定的时间间隔dt内在截止阀与内部阀之间的连接线路内的第一传感器上的压强升高与预期的压强曲线进行比较，则可以实现另外的优点，因为在比较仅两个传感器的情况下也可以辨认有故障的传感器。
8.替代地，在将燃料电池系统开启的情况下，可以关闭内部阀、尤其是hgi阀并且打开截止阀，其中，将在预给定的时间间隔dt之后所测量的、在截止阀与内部阀之间的连接线路内的第一传感器上的压强值与预期的压强值进行比较。
9.有利的是，如此选择时间间隔dt，使得在时间间隔dt结束时在连接线路内的压强
不大于最大为15-20巴的压强值，因为随后为了燃料电池系统的后续运行只需要在小程度上调整该压强。
附图说明
10.附图示出：
11.图1示出根据第一实施例的根据本发明的燃料电池系统的示意图，
12.图2示出根据本发明的方法的各个步骤的流程图。
具体实施方式
13.图1示出根据第一实施例的根据本发明的燃料电池系统1的示意图。
14.在此，燃料电池系统1包括阳极路径4，该阳极路径与燃料电池堆20的阳极12连接。阳极路径4包括阳极气体供应线路6和阳极气体回流线路7。阳极气体供应线路6将氢气罐28与燃料电池堆20的阳极12连接。
15.在燃料电池系统1运行时，氢气经由氢气罐28供应给阳极气体供应线路6。在阳极气体供应线路6内布置有截止阀32和内部阀34、尤其是hgi阀34。在燃料电池系统1运行时，截止阀32是打开的。当燃料电池系统1被关机(herunterfahren)时，截止阀32被关闭，使得氢气不再能够从氢气罐28流向阳极12。
16.内部阀34构造为hgi阀34，并且能够将根据燃料电池堆20的相应的运行状态所需要的氢气量计量到阳极12。
17.在截止阀32与内部阀34之间布置有连接线路8。第一传感器50位于连接线路8中，该第一传感器可以确定连接线路8内的压强。
18.第二传感器51布置在阳极气体供应线路6的在内部阀34与阳极12之间的线路区段中。
19.在氢气罐28中储备有通常处在高压下的氢气。为了降低压强，压强调节阀30可以位于氢气罐28与截止阀32之间，在氢气流向内部阀34或阳极12之前，该压强调节阀降低压强。截止阀32的输入端上的压强被称为供给压强，该压强相应于罐压强或者已通过压强调节阀30降低。
20.另外，燃料电池系统1具有阴极供应线路15以及阴极引出线路17，该阴极供应线路给燃料电池堆20的阴极16供给空气，该阴极引出线路将已消耗的空气和废气从燃料电池堆20导出。
21.在燃料电池系统1运行时，对于阳极路径4，氢气经由氢气罐28、截止阀32并经由内部阀34排放给阳极12。由于氢气出于效率原因和部件保护原因而以在化学计量过量的方式供应给阳极12，未被消耗的氢气经由阳极气体回流线路7被导回并且在氢气回流部位22上再次导入到阳极气体供应线路6中。
22.在阳极气体回流线路7中可以布置有再循环泵42。另外，在阳极气体回流线路7内布置有另外的传感器52、53、54。
23.因为在燃料电池反应期间氮气从阴极16扩散到阳极12并且经由阳极气体回流线路7以增大的份额聚集在阳极路径4内，因此，必须时不时地从燃料电池系统1中移除聚集在阳极路径4内的氮气。
24.这可以经由净化阀41实现，该净化阀布置在阳极气体回流线路7中。此外，为了将阳极12或阳极路径4中引出多余的水，在阳极气体回流线路7内可以布置有水分离器、水容器以及排水阀，所述水分离器、所述水容器以及所述排水阀在附图中未详细示出，因为其对于本发明而言不重要。
25.燃料电池系统1具有用于检查至少两个传感器50、51、52、53、54的测量组件。测量组件包括控制单元11，该控制单元与至少两个传感器50、51、52、53、54有线地或者无线地连接，以便检测并根据根据本发明的方法分析处理测量值、尤其是压强值并且通过这种方式检查所述至少两个阀50、51、52、53、54。为了能够更好地示出，在图1中在第一传感器50与控制单元11之间仅示出一虚线，该虚线应示出有线连接或者无线连接。
26.控制单元11还与燃料电池系统1的另外的部件连接。控制单元11还可以具有到截止阀32或者内部阀34的连接，以便操控所述截止阀或者内部阀并且检测截止阀32和/或内部阀34的打开和关闭的时间点以及将其纳入到压强曲线或者压强值的计算中。
27.控制单元11还可以由多个控制器或控制单元构成，所述控制器或控制单元分配给燃料电池系统1的各个部件。
28.图2示出根据本发明的用于检查阳极路径4内的至少两个传感器的功能的方法的各个步骤的流程图。
29.在方法步骤100中，将燃料电池系统1关机。该关机也可以包括待机模式，然而应存在运行模式，在该运行模式中，不将氢气从氢气罐8供应给燃料电池堆20的阳极12。这通过关闭截止阀32来实现。
30.在将燃料电池系统1关机的情况下，将阳极路径8中的压强降低为环境压强或者如下压强：该压强相应于供给压强与环境压强之间的压强。
31.在本方面的一实施例中，为了降低阳极路径4中的压强，关闭连接线路8的输入端上的第一截止阀32，并且一直打开内部阀34和净化阀41，直到达到所需要的压强水平。
32.在方法步骤110中，关闭净化阀41(purge-ventil)。截止阀32已经通过将燃料电池系统1关机而被关闭，使得阳极路径4构成相对于环境封闭的系统。如果通过另外的阀存在到环境的或者到阳极路径4之外的线路的连接，则这些另外的阀必须也处在关闭状态中。
33.在方法步骤120中，打开内部阀34，使得在阳极路径4内禁止气体通过关闭的阀进行的交换。如果如下另外的阀或者部件位于阳极路径4内：所述另外的阀或者部件可以防止气体在各个线路区段之间的交换，则这些另外的阀或者部件也被打开。
34.在方法步骤130中，检测阳极路径4内的至少两个传感器50、51、52、53、54的压强值，并且在方法步骤140中，检查至少两个传感器50、51、52、53、54的压强值是否不同。
35.由于阳极路径4构成相对于环境的封闭的系统，并且内部阀34以及所有另外的阀或者部件都是打开的，因此，在所述至少两个传感器50、51、52、53、54完全正常工作的情况下，压强值必须是相同的。如果在压强值之间存在偏差，则至少一个传感器50、51、52、53、54的功能是受限的，并且在方法步骤141中进行相应的报告或者通知。在阳极路径4内的大于两个的传感器50、51、52、53、54的情况下，能够容易辨认单个的有故障的传感器50、51、52、53、54。
36.如果在压强值之间不存在偏差，则所述至少两个传感器50、51、52、53、54的功能处在良好的状态中，并且在方法步骤142中进行相应的报告或者通知。
37.在可选的方法步骤150中，可以执行对连接线路8内的第一传感器50的附加的检查。在此，在将燃料电池系统1开启的情况下，关闭内部阀34、尤其是hgi阀34并且打开截止阀32，其中，将在预给定的时间间隔dt内在截止阀32与hgi阀34之间的连接线路8内的第一传感器50上的压强升高与预期的压强曲线进行比较。如果压强升高的预期曲线与第一传感器50上的所测量的压强升高一致，则该传感器50的功能是正确的，否则的话存在故障。
38.在另外的可选的方法步骤160中，可以执行对连接线路8内的第一传感器50的附加的检查。在此，在将燃料电池系统开启的情况下，关闭内部阀34、尤其是hgi阀并且打开截止阀34，其中，将在预给定的时间间隔dt之后所测量的、在截止阀32与hgi阀34之间的连接线路8内的第一传感器50上的压强值与预期的压强值进行比较。如果预期的压强值与在时间间隔dt之后在第一传感器50上的所测量的压强值一致，则该传感器50的功能是正确的，否则的话存在故障。
39.在此，可以如此选择时间间隔dt，使得在时间间隔dt结束时在连接线路8内的压强不大于最大为15-20巴的压强值。