用于识别燃料电池系统的状态的识别方法与流程

本发明涉及根据所附的权利要求所述的一种用于识别燃料电池系统的状态的识别方法和一种燃料电池系统。

背景技术：

1、燃料电池将氢气和氧气转化为水，其中产生电，所述电可以提供给例如电动机这样的消耗器，以便对其进行驱动。

2、为了使液态的水与阳极废气的气态部分分离，使用特殊的水分离器。除了分离功能之外，水分离器也具有存储被分离的水的任务。如果存储器是满的，则通过打开所谓的“排水阀”或者排放阀将水排出。

3、根据现有技术，借助于可以实施为比例阀的氢气配量阀进行以新鲜的氢气对燃料电池系统的供给。调节策略设置，用该阀借助于压力传感器在所定义的位置处测量地根据系统运行点将在阳极路径内部的气体压力调节到所定义的设定压力。补充输送新鲜的氢气的原因可能是：a)由于电化学的转化而消耗h2；b)由于例如太长时间地打开排放阀(如果在将水完全排空之后将气体排出)以及由于打开所谓的“清洗阀”或者冲洗阀引起的来自阳极空间的气体分子的另外损失。冲洗阀的不必要激活使得损失燃料并且可能导致用于提供稀释空气的附加能量需求。

4、如果燃料电池系统具有两个蓄水池(例如主水分离器和气体输送单元)，则两个都作为排放阀起作用并且一个附加地承担作为冲洗阀的任务。

5、由系统决定地，氢气浓度传感器在阴极空气的废气路径中位于排放阀和冲洗阀的引入点下游。如果阳极气体到达阴极空气的废气路径中，这通过氢气浓度传感器检测到。根据现有技术，已知用于识别蓄水池的满状态的方法。这方法识别出水分离器的准溢出，然而识别不出涉及到两个蓄水池中的哪个。

6、通常，气体输送单元的蓄水池比主水分离器的蓄水池更小，因为气体输送单元比主水分离器分离少得多的水，并且冲洗阀集成到气体输送单元中。此外，通常由于冲洗阀的频繁激活，气体输送单元的蓄水池比主水分离器的蓄水池更频繁地处于空状态下，并且相应地较少地溢出或者较少地处于满状态下。

技术实现思路

1、在本发明的框架下，介绍一种用于识别燃料电池系统的状态的识别方法和一种燃料电池系统。从相应的从属权利要求、说明书和附图得出本发明的另外的特征和细节。在此，自然地，与根据本发明的识别方法相关联地说明的特征和细节也与根据本发明的燃料电池系统相关联地适用并且相应地反之亦然，从而在对单个的发明方面的公开方面，总是相互参照或者可以相互参照。

2、所介绍的发明用于，有效率使用燃料地运行燃料电池系统。尤其是，所介绍的发明用于，识别出具有多个水分离器的燃料电池系统的水分离器的空状态。

3、因此，根据所介绍的发明的第一方面，介绍一种用于识别燃料电池系统的状态的识别方法，其中，燃料电池系统包括第一水分离器和第二水分离器，第一水分离器是燃料电池系统的主水分离器并且包括用于将水从第二水分离器中导出的主排放阀，第二水分离器集成到燃料电池系统的气体输送单元中并且包括用于冲洗燃料电池系统的冲洗阀，其中，第一水分离器比第二水分离器具有更大的存储器容积。

4、识别方法包括：打开主排放阀；在主排放阀打开时以节拍式运行方式运行冲洗阀；实施空状态识别；和，如果在节拍式运行期间借助于空状态识别反复地识别出空状态，则输出下述消息：根据所述消息，第二水分离器的储水器是空的。

5、在所介绍的发明的语境下，“空状态识别”可理解为这样的过程：在所述过程中，求取水分离器是否是空的，也就是说，在水分离器的储水器中是否没有水。

6、在所介绍的发明的语境下，阀的节拍式运行可理解为阀的下述运行：在所述运行中，阀在短时间内多次地打开和关闭。在此，阀以一频率打开并且又关闭，该频率可以位于1hz和25hz之间。

7、所介绍的识别方法基于燃料电池系统的冲洗阀在燃料电池系统的主排放阀打开时的节拍式运行。通过节拍式运行反复地改变燃料电池系统的运行参数(所述运行参数可以被空状态识别评估)，例如作用在阴极子系统中的压力、在阴极空气的废气路径中作用在排放阀和冲洗阀的引入点下游的氢气浓度或者对于气体输送单元的蓄水池是空的情况由于燃料电池系统的气体输送单元而引起的电流的消耗，从而用于检测压力、氢气浓度或者所消耗的电流的相应传感器的相应信号响应根据节拍式运行而改变并且可以将“空”状态可靠地分派给第二水分离器。

8、因为根据本发明只有第二水分离器的冲洗阀以节拍式运行方式运行，可以将相应的节拍式信号响应分派给第二水分离器，从而可以独立于第一水分离器的状态地识别出第二水分离器的状态。

9、可以设置，如果在节拍式运行期间借助于空状态识别反复地识别出空状态，则冲洗阀关闭并且主排放阀保持打开，直至识别出另外的空状态为止。

10、通过在主排放阀保持打开时关闭冲洗阀可以中断氢气从冲洗阀中的排出并且相应地节省燃料。

11、通过打开主排放阀直至识别出另外的空状态为止(也就是说，在冲洗阀关闭之后识别出空状态)，可以将第一水分离器进一步排空，因为它通常比第二水分离器更满或者必须导出更多的水。

12、此外可以设置，所述消息包括：如果在关闭冲洗阀之后、尤其是直接在关闭冲洗阀之后识别出空状态，则第一水分离器的储水器也是空的并且关闭主排放阀。

13、通过在冲洗阀已经关闭并且主排放阀还打开之后实施的空状态识别可以可靠地识别出第一水分离器或者主水分离器的状态并且相应地调节主排放阀。

14、如果直接在冲洗阀已经关闭之后识别出空状态，则可以假定，第一水分离器和第二水分离器同时地排空。

15、此外可以设置，识别方法包括：如果在节拍式运行期间借助于空状态识别连续地识别出空状态，则输出下述消息，根据所述消息，第一水分离器的储水器是空的。

16、如果在节拍式运行期间连续地识别出空状态，则导致识别出“空”状态的相应的信号变化的原因不在于第二水分离器，因为信号变化不是节拍式发生，而其原因必须在于第一水分离器的状态。相应地可以假定，第一水分离器是空的并且第二水分离器还包含水。

17、此外可以设置，如果在节拍式运行期间借助于空状态识别连续地识别出空状态，则关闭主排放阀并且持久地打开冲洗阀，直至识别出另外的空状态为止。

18、因为，如果在节拍式运行期间借助于空状态识别连续地识别出空状态，则可以假定第一水分离器是空的，因此可以关闭主排放阀。因为此外可以假定，第二水分离器仍被水充满，冲洗阀必须保持打开。

19、此外可以设置，空状态识别包括：借助于压力传感器求取作用在燃料电池系统的阳极子系统中的压力；并且，如果在冲洗阀和/或主排放阀打开之后的预先给定的时段内由压力传感器所求取的测量值下降到预先给定的压力阈值以下，则报告识别出的空状态。

20、因为冲洗阀或者主排放阀的打开导致在相应的燃料电池系统的阳极子系统中的压力变化，对压力变化曲线的评估被证明是用于空状态识别的可靠的措施。

21、此外可以设置，空状态识别包括：借助于氢气浓度传感器求取在燃料电池系统中的氢气浓度；和，如果所求取的氢气浓度在打开冲洗阀和/或主排放阀之后的预先给定的时段内位于预先给定的氢气浓度阈值以上，则报告识别出的空状态。

22、因为冲洗阀或者主排放阀的打开导致在阴极空气的废气路径中在相应的燃料电池系统的排放阀和冲洗阀的引入点下游的氢气浓度的提高，对氢气浓度变化曲线的评估被证明是用于空状态识别的可靠的措施。

23、此外可以设置，空状态识别包括：求取被燃料电池系统的氢气配量阀消耗的电流；和，如果所求取的电流在打开冲洗阀和/或主排放阀之后的预先给定的时段内位于预先给定的电流阈值以上，则报告识别出的空状态。

24、因为冲洗阀或者主排放阀的打开导致氢气经由相应的燃料电池系统的氢气配量阀的补偿输送，对被氢气配量阀消耗的电流的评估作为用于氢气配量阀的活动的度量被证明是用于空状态识别的可靠的措施。

25、根据第二方面，本发明涉及一种燃料电池系统。所介绍的燃料电池系统包括第一水分离器、第二水分离器和计算单元，其中，第一水分离器是燃料电池系统的主水分离器并且包括用于将水从燃料电池系统中导出的主排放阀，其中，第二水分离器集成到燃料电池系统的气体输送单元中并且包括用于冲洗燃料电池系统的冲洗阀，其中，第一水分离器具有比第二水分离器更大的存储器容积。计算单元配置用于，执行所介绍的识别方法的一种可能的构型。

26、在所介绍的发明的语境下，计算单元可理解计算机、处理器、控制仪或者各种另外的可编程的开关电路。

27、可以设置，计算单元配置用于：输出用于打开主排放阀的打开指令；在主排放阀打开时输出激活冲洗阀在节拍式模式下的运行的激活指令；在节拍式模式被激活时输出用于激活空状态识别的激活指令；和，如果在节拍式模式是激活的情况下借助于空状态识别、通过空状态识别识别出空状态，则输出下述消息，根据所述消息，第二水分离器的储水器是空的。