AT527297B1 - Diagnoseverfahren zum Erkennen von Störungen eines Brennstoffzellenstapels - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren zum Erkennen von Störungen eines Betriebes eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems mit den folgenden Schritten: - Bestimmen mehrerer Regenerationszeitpunkte, wobei ein Regenerationszeitpunkt bei jeweils einem Regenerationszyklus des Brennstoffzellenstapels bestimmt wird, und wobei die Regenerationszeitpunkte zeitlich nacheinander liegen, - Bestimmen von jeweils einem Regenerationszeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationszeitpunkten, - Vergleichen der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenz und/oder Vergleichen einer Funktion der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenzfunktion, um Störungen des Betriebs des Brennstoffzellenstapels zu erkennen, und - Ausgeben eines Störungssignals auf Basis des Vergleichsergebnisses.
Description
DIAGNOSEVERFAHREN ZUM ERKENNEN VON STÖRUNGEN EINES BRENNSTOFFZELLENSTAPELS
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren zum Erkennen von Störungen eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems, ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines solchen Diagnoseverfahrens und eine Diagnosevorrichtung.
[0002] Im Stand der Technik ist bekannt, dass Brennstoffzellenstapel mit der Zeit degradieren können. Dabei unterscheidet man zwischen der reversiblen Degradation und der irreversiblen Degradation. Die reversible Degradation kann wieder Rückgängig gemacht werden. Dabei gibt es verschiedene Regenerationsmethoden, um die reversible Degradation rückgängig zu machen. Die irreversible Degradation kann dagegen nicht wieder Rückgängig gemacht werden. Bei den bekannten Brennstoffzellenstapeln lässt sich nicht einfach sagen, welcher Anteil der Degradation reversibel ist und welcher Anteil der Degradation irreversibel ist, bzw. welche Störungen auftreten. Die irreversible Degradation macht einen Teil der Störungen aus, welche bei einem Brennstoffzellenstapel auftreten können. Daneben können auch andere Störungen des Brennstoffzellenstapels auftreten.
[0003] Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung Störungen eines Brennstoffzellenstapels zu bestimmen.
[0004] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Diagnoseverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie eine Diagnosevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Diagnoseverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt sowie der erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
[0005] Demgemäß wird ein Diagnoseverfahren zum Erkennen von Störungen eines Betriebes eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems bereitgestellt. Das Diagnoseverfahren weist die folgenden Schritte auf:
[0006] - Bestimmen mehrerer Regenerationszeitpunkte, wobei ein Regenerationszeitpunkt bei jeweils einem Regenerationszyklus des Brennstoffzellenstapels bestimmt wird, und wobei die Regenerationszeitpunkte zeitlich nacheinander liegen,
[0007] - Bestimmen von jeweils einem Regenerationszeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationszeitpunkten,
[0008] - Vergleichen der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenz und/oder Vergleichen einer Funktion der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenzfunktion, um Störungen des Betriebs des Brennstoffzellenstapels zu erkennen, und
[0009] - Ausgeben eines Störungssignals auf Basis des Vergleichsergebnisses.
[0010] Dadurch, dass die Regenerationszeitintervalle mit einer Referenz verglichen werden und/ oder eine Funktion der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenzfunktion verglichen wird, kann erkannt werden, ob sich die Regenerationszeitintervalle so ändern, dass dies nur mittels einer Störung zu erklären ist. Auf diese Weise können Störungen des Betriebs des Brennstoffzellenstapels erkannt werden.
[0011] Ein Regenerationszyklus stellt eine Erneuerung des Brennstoffzellenstapels dar, um die reversible Degradation des Brennstoffzellenstapels rückgängig zu machen. Die Regenerationszeitpunkte können folgendermaßen bestimmt werden. Ein Parameter, z.B. die Leistung oder die
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Spannung, fällt in einem bestimmten Betriebspunkt unter einen betriebspunktabhängigen Grenzwert. Wenn z.B. die Spannung unter den Grenzwert gefallen ist, dann ist eine Erneuerung des Brennstoffzellenstapels nötig. Bei jeder vollständig abgeschlossenen Erneuerung wird ein Regenerationszeitpunkt bestimmt.
[0012] Das Regenerationszeitintervall stellt die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Regenerationszeitpunkten dar. Weiter kann das Regenerationszeitintervall im Bereich von 1 Tag bis 20 Wochen, im Bereich von 1 Woche bis 10 Wochen, und insbesondere im Bereich von 4 Wochen bis 8 Wochen liegen. Insbesondere im stationären Betrieb kann das Regenerationsintervall aber auch im Bereich von Minuten liegen.
[0013] Der Regenerationszyklus, d.h. die Erneuerung des Brennstoffzellenstapels, kann im Bereich von 1 Minute bis 200 Minuten, im Bereich von 10 Minuten bis 150 Minuten, und insbesondere im Bereich von 30 Minuten bis 90 Minuten liegen.
[0014] Der Ausdruck „wobei ein Regenerationszeitpunkt bei jeweils einem Regenerationszyklus des Brennstoffzellenstapels bestimmt wird“ kann heißen, dass der Regenerationszeitpunkt an irgendeinem Zeitpunkt des Regenerationszyklus, z.B. am Beginn oder am Ende, bestimmt wird. Dabei wird der jeweilige Regenerationszeitpunkt immer an der gleichen Stelle im jeweiligen Regenerationszyklus bestimmt.
[0015] Besonders vorteilhaft ist, den Zeitpunkt immer dann zu ermitteln, wenn die reversible Regeneration vollständig abgeschlossen wurde. Wenn der Regenerationszyklus durch beispielsweise Betriebsartenwechsel oder Betriebspunktverlagerung nicht abgeschlossen werden konnte, sollte dagegen kein Zeitpunkt ermittelt werden da nicht sicher festgestellt werden kann, welcher Anteil der reversiblen Degeneration tatsächlich eliminiert werden konnte und dies dann Einfluss auf das Zeitintervall zwischen zwei Regenerationen hat.
[0016] Die Referenz kann das Regenerationszeitintervall darstellen, welches bei einer unter normalen Umständen zu erwartenden reversiblen Degradation des Brennstoffzellenstapels zu erwarten ist. Das Regenerationszeitintervall ist, wie zuvor diskutiert, stark abhängig vom Betrieb der Brennstoffzelle, insbesondere vom Betriebspunkt und ob dynamischer Betrieb oder stationärer Betrieb vorliegt. Ein Abweichen eines bestimmten Regenerationszeitintervalls von der Referenz kann dann demnach eine Störung des Betriebs des Brennstoffzellenstapels bedeuten.
[0017] Die Referenzfunktion kann eine Sollfunktion darstellen, welche bei einer unter normalen Umständen zu erwartenden reversiblen Degradation des Brennstoffzellenstapels zu erwarten ist. Dabei gibt die Sollfunktion die erwarteten Regenerationszeitintervalle mit der Zeit an. Ein Abweichen der Funktion der Regenerationszeitintervalle von der Referenzfunktion kann dann demnach eine Störung des Betriebs des Brennstoffzellenstapels bedeuten.
[0018] Unter einem Brennstoffzellensystem wird in der vorliegenden Anmeldung ein System (z.B. SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) verstanden, welches Brennstoffzellen zum Erzeugen von elektrischer Energie mittels eines Brennstoffs aufweist, oder ein System (z.B. SOEC: Solid Oxide Electrolyzer Cell), welches Elektrolysezellen zum Erzeugen eines Brennstoffs mittels elektrischer Energie aufweist. Ein Brennstoffzellenstapel weist daher mehrere Brennstoffzellen oder mehrere Elektrolysezellen auf.
[0019] Das beschriebene Diagnoseverfahren kann insbesondere für stationäre Anwendungen und dauerbetriebene Brennstoffzellensysteme relevant sein.
[0020] Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens wird jeder Regenerationszeitpunkt bestimmt, indem ein Parameter des Brennstoffzellenstapels laufend überwacht wird. Dabei wird bei unterschreiten oder überschreiten eines Werts des Parameters im Vergleich zu einem Sollparameterwert ein Regenerationssignal ausgelöst. Vorteilhafterweise führt das Auslösen des Regenerationssignals letztendlich dazu, dass ein Regenerationszeitpunkt bestimmt werden kann. Der Ausdruck „laufend überwacht“ kann bedeuten, dass der Parameter kontinuierlich überprüft wird, oder, dass der Parameter in kurzen Zeitabständen überprüft wird.
[0021] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens ist der Parameter
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eine Leistung des Brennstoffzellenstapels, eine Spannung des Brennstoffzellenstapels, eine Zeitspanne, eine Anzahl an Betriebsstunden, eine Menge an verbrauchtem Brennstoff oder eine Menge an produzierter Energie. Alle diese Parameter eignen sich zum Überwachen des Brennstoffzellenstapels. Es können jedoch auch andere Parameter verwendet werden. Bei der Zeitspanne kann es sich um die gesamte Betriebslaufzeit des Brennstoffzellenstapels handeln.
[0022] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens löst das jeweilige Regenerationssignal jeweils einen Regenerationszyklus des Brennstoffzellenstapels aus. Dabei ist jeder Regenerationszeitpunkt der jeweilige Endzeitpunkt des Regenerationszyklus des Brennstoffzellenstapels, insbesondere der jeweilige Endzeitpunkt des vollständig abgeschlossenen Regenerationszyklus des Brennstoffzellenstapels. Alternativ könnten die Regenerationszeitpunkte auch jeweils am Beginn des Regenerationszyklus liegen oder ein anderer konkreter Zeitpunkt des Regenerationszyklus kann festgelegt werden.
[0023] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens wird ein Umgebungsparameter bei der Erstellung des Sollpbarameterwerts berücksichtigt. Ein solcher Umgebungsparameter kann z.B. die Umgebungstemperatur, der Luftdruck oder die Luftfeuchtigkeit sein. Der Umgebungsparameter kann die Funktion des Brennstoffzellenstapels beeinflussen. Deswegen kann man den Umgebungsparameter auch bei der Erstellung des Sollbarameterwerts berücksichtigen. Alternativ können auch mehrere Umgebungsparameter gleichzeitig berücksichtigt werden.
[0024] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens wird die Referenz durch zuvor bestimmte Regenerationszeitintervalle erstellt. Dabei wird das Störungssignal ausgegeben, falls ein Regenerationszeitintervall im Vergleich zu der Referenz eine Abweichung aufweist, welche über einem Grenzwert liegt. Bei dem Regenerationszeitintervall, welches mit der Referenz verglichen wird, kann es sich insbesondere um das zuletzt bestimmte Regenerationszeitintervall handeln. Dadurch können insbesondere kurzfristige Störungen des Brennstoffzellenstapels erkannt werden. Die zuvor bestimmten Regenerationszeitintervalle können zum Beispiel gemessen worden sein. Alternativ könnten die zuvor bestimmten Regenerationszeitintervalle auch berechnet worden sein. Bei den zuvor bestimmten Regenerationszeitintervallen kann insbesondere ein Mittelwert gebildet werden.
[0025] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens wird die Funktion der Regenerationszeitintervalle als ein zeitlicher Verlauf der bestimmten Regenerationszeitintervalle erstellt. Dabei wird eine Steigung der Funktion berechnet, wobei ein Störsignal ausgegeben wird, falls die berechnete Steigung oberhalb oder unterhalb eines Grenzwerts liegt. Die Steigung ist eine Ableitung der Funktion nach der Zeit. Die Steigung kann auch nur von einem Bereich der Funktion bestimmt werden, z.B. insbesondere von einem Endbereich. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn sich über den gesamten Funktionsverlauf keine einheitliche Steigung ermitteln lässt. Mittels der berechneten Steigung kann erkannt werden, ob eine Störung des Betriebs des Brennstoffzellenstapels vorliegt.
[0026] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens wird die Funktion der Regenerationszeitintervalle als ein zeitlicher Verlauf der bestimmten Regenerationszeitintervalle extrapoliert, um eine Diagnose für den zukünftigen Verlauf der Regenerationszeitintervalle zu erstellen. Zum Beispiel kann aus einem Verlauf der Regenerationszeitintervalle von zuerst 6 Stunden, dann 5 Stunden und dann 4 Stunden geschlossen werden, dass das nächste Regenerationszeitintervall kleiner oder gleich 4 Stunden ist. Es kann mit der Diagnose eine Vorhersage über die Länge der zukünftigen Regenerationszeitintervalle getroffen werden.
[0027] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens wird ein Umgebungsparameter bei der Erstellung der Referenz oder der Referenzfunktion berücksichtigt. Der Umgebungsparameter kann z.B. die Umgebungstemperatur, der Luftdruck oder die Luftfeuchtigkeit sein. Der Umgebungsparameter kann die Funktion des Brennstoffzellenstapels beeinflussen. Deswegen kann man den Umgebungsparameter auch bei der Erstellung der Referenz oder der Referenzfunktion berücksichtigen. Alternativ können auch mehrere Umgebungsparameter gleichzeitig berücksichtigt werden.
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[0028] Darüber hinaus ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt, aufweisend Befehle, welche bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte eines erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens durchzuführen. Damit bringt auch ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Diagnoseverfahren erläutert worden sind.
[0029] Weiter wird eine Diagnosevorrichtung zum Erkennen von Störungen eines Betriebes eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems bereitgestellt. Die Diagnosevorrichtung umfasst ein Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul zum Bestimmen mehrerer Regenerationszeitpunkte, wobei ein Regenerationszeitpunkt bei jeweils einem Regenerationszyklus des Brennstoffzellenstapels bestimmbar ist, und wobei das Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul eingerichtet ist, die Regenerationszeitpunkte zeitlich nacheinander zu bestimmen, ein Regenerationszeitintervall-Bestimmungsmodul zum Bestimmen von jeweils einem Regenerationszeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationszeitpunkten, ein Vergleichsmodul zum Vergleichen der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenz und/oder Vergleichen einer Funktion der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenzfunktion, um Störungen des Betriebs des Brennstoffzellenstapels zu erkennen, und ein Ausgabemodul zum Ausgeben eines Störungssignals auf Basis des Vergleichsergebnisses des Vergleichsmoduls.
[0030] Dabei sind das Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul, das Regenerationszeitintervall-Bestimmungsmodul, das Vergleichsmodul und das Ausgabemodul insbesondere für eine Durchführung eines erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens ausgebildet.
[0031] Dadurch, dass das Vergleichsmodul die Regenerationszeitintervalle mit einer Referenz und/oder die Funktion der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenzfunktion vergleichen kann, ist es möglich, auf Störungen des Betriebs des Brennstoffzellenstapels zu schließen. Die Referenz bzw. die Referenzfunktion beschreiben den Brennstoffzellenstapel, wie man es bei einem normalen Verlauf erwarten würde. Bei einem normalen Verlauf erwartet man eine reversible Degradation mit der Zeit. Abweichungen von diesem normalen Verlauf können dann als Störungen des Brennstoffzellenstapels erkannt werden.
[0032] Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Diagnosevorrichtung weist die Diagnosevorrichtung ein Parameter-Uberwachungsmodul zum Überwachen eines Parameters des Brennstoffzellenstapels und zum UÜbermitteln des Werts des Parameters an das Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul auf. Aufgrund des Parameter-Uberwachungsmoduls ist es möglich einen Parameter zu überwachen, der für die Bestimmung der Regenerationszeitpunkte relevant ist. Bei dem Parameter kann es ich z.B. um eine Leistung des Brennstoffzellenstapels, eine Spannung des Brennstoffzellenstapels, eine Zeitspanne, eine Anzahl an Betriebsstunden, eine Menge an verbrauchtem Brennstoff oder eine Menge an produzierter Energie handeln.
[0033] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
[0034] Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung; und
[0035] Fig. 2 eine Ansicht eines Graphs von Regenerationszeitintervallen, welche gegen die Zeit aufgetragen sind, bzw. einer Funktion der Regenerationszeitintervalle, welche in Abhängigkeit der Zeit angegeben ist.
[0036] Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung 10. Die Diagnosevorrichtung 10 dient zum Erkennen von Störungen eines Betriebes eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems. Dabei weist die Diagnosevorrichtung 10 ein Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul 20, ein Regenerationszeitintervall-Bestimmungsmodul 30, ein Vergleichsmodul 40 und ein Ausgabemodul 50 auf. Optional kann die Diagnosevorrichtung 10 auch ein Parameter-Uberwachungsmodul 60 umfassen.
[0037] Mit dem Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul 20 können mehrere Regenerationszeitpunkte bestimmt werden. Dazu kann das Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul 20 bei jedem Regenerationszyklus, d.h. bei jeder Erneuerung des Brennstoffzellenstapels, einen
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Regenerationszeitpunkt bestimmen. Demnach ist das Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul 20 dazu eingerichtet, die Regenerationszeitpunkte zeitlich nacheinander zu bestimmen.
[0038] Das Regenerationszeitintervall-Bestimmungsmodul 30 empfängt die Regenerationszeitpunkte von dem Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul 20. Mit dem Regenerationszeitintervall-Bestimmungsmodul 30 können die Regenerationszeitintervalle zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Regenerationszeitpunkten bestimmt werden.
[0039] Das Vergleichsmodul 40 empfängt die Regenerationszeitintervalle von dem Regenerationszeitintervall-Bestimmungsmodul 30. Dabei dient das Vergleichsmodul 40 zum Vergleichen der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenz. Alternativ oder zusätzlich dient das Vergleichsmodul 40 zum Vergleichen einer Funktion der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenzfunktion. Die Abweichungen der Regenerationszeitintervalle von der Referenz und/oder die Abweichungen der Funktion der Regenerationszeitintervalle von der Referenzfunktion können eine Störung des Betriebs des Brennstoffzellenstapels erkennbar machen.
[0040] Das Ausgabemodul 50 empfängt das Vergleichsergebnis von dem Vergleichsmodul 40. Weiter kann ein Störungssignal auf Basis des Vergleichsergebnisses des Vergleichsmoduls 40 mit dem Ausgabemodul 50 ausgegeben werden. In Fig. 1 ist die Ausgabe des Störungssignals 70 mit einem Pfeil dargestellt. Dabei kann die Ausgabe des Störungssignals 70 z.B. an einen Lautsprecher erfolgen, um akustisch ausgegeben zu werden, an einen Bildschirm gesendet werden, um eine bildliche Darstellung zu ermöglichen, oder an einen Computer zur Weiterverarbeitung des Störungssignals gesendet werden.
[0041] Die Diagnosevorrichtung 10 kann optional ein Parameter-Überwachungsmodul 60 aufweisen. Das Parameter-Uberwachungsmodul 60 überwacht einen Parameter des Brennstoffzellenstapels und übermittelt den Wert des Parameters an das Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul 20. Dabei kann das Parameter-Uberwachungsmodul 60 den Wert des Parameters kontinuierlich überwachen und übermitteln. Alternativ kann das Parameter-Uberwachungsmodul 60 den Wert des Parameters auch in festgelegten Zeitabständen überwachen und übermitteln.
[0042] Das Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul 20 vergleicht den Wert des Parameters mit einem zuvor bestimmten Sollparameterwert. Ubersteigt der Wert des Parameters den Sollparameterwert, dann wird ein Regenerationssignal ausgelöst. Das Regenerationssignal startet einen Regenerationszyklus des Brennstoffzellenstapels, d.h. eine Erneuerung des Brennstoffzellenstapels zum Rückgängigmachen der reversiblen Degradation des Brennstoffzellenstapels. Bei jedem Regenerationszyklus wird ein Regenerationszeitpunkt bestimmt. Die Regenerationszeitpunkte werden immer an der gleichen Stelle des jeweiligen Regenerationszyklus bestimmt. Zum Beispiel kann der jeweilige Regenerationspunkt immer am das Ende des jeweiligen vollständig abgeschlossenen Regenerationszyklus bestimmt werden. Es ist jedoch auch ein anderer Zeitpunkt des Regenerationszyklus möglich.
[0043] Alternativ kann in manchen Fällen auch ein Regenerationssignal ausgelöst werden, wenn der Wert des Parameters einen zuvor bestimmten Sollbarameterwert unterschreitet.
[0044] Der überwachte Parameter des Brennstoffzellenstapels kann z.B. eine Leistung des Brennstoffzellenstapels, eine Spannung des Brennstoffzellenstapels, eine Zeitspanne, eine Anzahl an Betriebsstunden, eine Menge an verbrauchtem Brennstoff oder eine Menge an produzierter Energie sein.
[0045] Mit der in Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung kann insbesondere das folgende Diagnoseverfahren ausgeführt werden. Das Diagnoseverfahren umfasst die folgenden Schritte:
[0046] In einem ersten Schritt werden mehrerer Regenerationszeitpunkte bestimmt. Bei jedem Regenerationszyklus des Brennstoffzellenstapels wird jeweils ein Regenerationszeitpunkt bestimmt. Somit liegen die Regenerationszeitpunkte zeitlich gesehen nacheinander.
[0047] In einem zweiten Schritt werden die Regenerationszeitintervalle bestimmt. Es wird immer ein Regenerationszeitintervall bei zwei aufeinanderfolgenden Regenerationszeitpunkten bestimmt.
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[0048] In einem dritten Schritt werden die Regenerationszeitintervalle mit einer Referenz verglichen. Alternativ oder zusätzlich wird eine Funktion der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenzfunktion verglichen. Durch den Vergleich können Störungen des Betriebs des Brennstoffzellenstapels erkannt werden.
[0049] In einem vierten Schritt kann ein Störungssignal auf Basis des Vergleichsergebnisses ausgegeben werden.
[0050] Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines Graphs. Dargestellt sind Regenerationszeitintervalle Rl, welche gegen die Zeit t aufgetragen sind, bzw. eine Funktion der Regenerationszeitintervalle F{(t), welche in Abhängigkeit der Zeit t angegeben ist. Die Werte der einzelnen Regenerationszeitintervalle RI sind in dem Graph als Punkte eingezeichnet. Wie man der Fig. 2 entnehmen kann, nimmt der Wert der Regenerationszeitintervalle RI mit der Zeit t ab. Sinkt der Wert eines Regenerationszeitintervalls RI unter den Wert einer Referenz, dann kann ein Störungssignal ausgegeben werden.
[0051] Fig. 2 zeigt weiter eine Funktion der Regenerationszeitintervalle F(t), welche eine negative Steigung aufweist. Die Funktion der Regenerationszeitintervalle F(t) kann mit einer Referenzfunktion verglichen werden. Bei Abweichungen kann ein Störungssignal ausgegeben werden. Insbesondere kann die Steigung der Funktion der Regenerationszeitintervalle F(t) mit der Steigung einer Referenzfunktion verglichen werden.
[0052] Wie in der Fig. 2 zu sehen ist, kann die Funktion der Regenerationszeitintervalle F(t) extrapoliert werden. Diese Extrapolation E(t) erlaubt eine Diagnose für den zukünftigen Verlauf der Regenerationszeitintervalle. Damit kann abgeschätzt werden, wie lange die zukünftigen Regenerationszeitintervalle vermutlich sein werden. Somit kann wiederum abgeschätzt werden, wann es zu einer Erneuerung des Brennstoffzellenstapels kommen sollte.
[0053] Die Umgebungsparameter des Brennstoffzellenstapels, wie z.B. die Temperatur, der Luftdruck, die Luftfeuchtigkeit usw., können bei der Erstellung der Referenz und/oder der Referenzfunktion berücksichtigt werden. Weiter können die Umgebungsparameter bei der Erstellung des Sollparameters berücksichtigt werden. Somit können die Einflüsse der Umgebungsparameter auf den Brennstoffzellenstapel herausgerechnet werden.
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BEZUGSZEICHENLISTE
10 Diagnosevorrichtung 20 Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul 30 Regenerationszeitintervall-Bestimmungsmodul
40 Vergleichsmodul 50 Ausgabemodul
60 Parameter-Überwachungsmodul
70 Ausgabe des Störungssignals
RI Regenerationszeitintervalle
t Zeit
F(t) Funktion der Regenerationszeitintervalle
E(t) Extrapolation
Claims (10)
1. Diagnoseverfahren zum Erkennen von Störungen eines Betriebes eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Bestimmen mehrerer Regenerationszeitpunkte, wobei ein Regenerationszeitpunkt bei jeweils einem Regenerationszyklus des Brennstoffzellenstapels bestimmt wird, und wobei die Regenerationszeitpunkte zeitlich nacheinander liegen,
- Bestimmen von jeweils einem Regenerationszeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationszeitpunkten,
- Vergleichen der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenz und/oder Vergleichen einer Funktion der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenzfunktion, um Störungen des Betriebs des Brennstoffzellenstapels zu erkennen, und
- Ausgeben eines Störungssignals auf Basis des Vergleichsergebnisses, dadurch gekennzeichnet, dass
die Referenz durch zuvor bestimmte Regenerationszeitintervalle erstellt wird, und das Störungssignal ausgegeben wird, falls ein Regenerationszeitintervall im Vergleich zu der Referenz eine Abweichung aufweist, welche über einem Grenzwert liegt.
2. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Regenerationszeitpunkt bestimmt wird, indem ein Parameter des Brennstoffzellenstapels laufend überwacht wird, und bei unterschreiten oder überschreiten eines Werts des Parameters im Vergleich zu einem Sollbarameterwert ein Regenerationssignal ausgelöst wird.
3. Diagnoseverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter eine Leistung des Brennstoffzellenstapels, eine Spannung des Brennstoffzellenstapels, eine Zeitspanne, eine Anzahl an Betriebsstunden, eine Menge an verbrauchtem Brennstoff oder eine Menge an produzierter Energie ist.
4. Diagnoseverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Regenerationssignal jeweils einen Regenerationszyklus des Brennstoffzellenstapels auslöst, und jeder Regenerationszeitpunkt der jeweilige Endzeitpunkt des Regenerationszyklus des Brennstoffzellenstapels ist.
5. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion der Regenerationszeitintervalle als ein zeitlicher Verlauf der bestimmten Regenerationszeitintervalle erstellt wird, und eine Steigung der Funktion berechnet wird, wobei ein Störsignal ausgegeben wird, falls die berechnete Steigung oberhalb oder unterhalb eines Grenzwerts liegt.
6. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion der Regenerationszeitintervalle als ein zeitlicher Verlauf der bestimmten Regenerationszeitintervalle extrapoliert wird, um eine Diagnose für den zukünftigen Verlauf der Regenerationszeitintervalle zu erstellen.
7. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Umgebungsparameter bei der Erstellung der Referenz oder der Referenzfunktion berücksichtigt wird/werden.
8. Computerprogrammprodukt, aufweisend Befehle, welche bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen die Schritte eines Diagnoseverfahrens mit Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
9. Diagnosevorrichtung (10) zum Erkennen von Störungen eines Betriebes eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems, aufweisend
ein Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul (20) zum Bestimmen mehrerer Regenerationszeitpunkte, wobei ein Regenerationszeitpunkt bei jeweils einem Regenerationszyklus des Brennstoffzellenstapels bestimmbar ist, und wobei das Regenerationszeitpunkte-Be-
stimmungsmodul (20) eingerichtet ist, die Regenerationszeitpunkte zeitlich nacheinander zu bestimmen,
ein Regenerationszeitintervall-Bestimmungsmodul (30) zum Bestimmen von jeweils einem Regenerationszeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationszeitpunkten,
ein Vergleichsmodul (40) zum Vergleichen der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenz und/oder Vergleichen einer Funktion der Regenerationszeitintervalle mit einer Referenzfunktion, um Störungen des Betriebs des Brennstoffzellenstapels zu erkennen, und
ein Ausgabemodul (50) zum Ausgeben eines Störungssignals auf Basis des Vergleichsergebnisses des Vergleichsmoduls (40), dadurch gekennzeichnet, dass das Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul (20) und/oder das Regenerationszeitintervall-Bestimmungsmodul (30) und/oder das Vergleichsmodul (40) und/oder das Ausgabemodul (50) derart ausgestaltet sind, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
10. Diagnosevorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnosevorrichtung (10) ein Parameter-Uberwachungsmodul (60) zum Überwachen eines Parameters des Brennstoffzellenstapels und zum Ubermitteln des Werts des Parameters an das Regenerationszeitpunkte-Bestimmungsmodul (20) aufweist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| ATA50704/2023A AT527297B1 (de) | 2023-09-05 | 2023-09-05 | Diagnoseverfahren zum Erkennen von Störungen eines Brennstoffzellenstapels |
| PCT/AT2024/060332 WO2025050151A1 (de) | 2023-09-05 | 2024-09-04 | Diagnoseverfahren zum erkennen von störungen eines brennstoffzellenstapels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50704/2023A AT527297B1 (de) | 2023-09-05 | 2023-09-05 | Diagnoseverfahren zum Erkennen von Störungen eines Brennstoffzellenstapels |
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| AT527297A4 AT527297A4 (de) | 2025-01-15 |
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Family Applications (1)
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- 2024-09-04 WO PCT/AT2024/060332 patent/WO2025050151A1/de unknown
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| Publication number | Publication date |
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| WO2025050151A1 (de) | 2025-03-13 |
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