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Die Erfindung betrifft ein Diagnosesystem zur Bestimmung der Kathodengasqualität eines einen Brennstoffzellenstapel aufweisenden Brennstoffzellensystems, ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zur Bestimmung einer Kathodengasverschmutzung in einem Brennstoffzellensystem.
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Brennstoffzellen zeigen einen Leistungsverlust, wenn Kathodengasschadstoffe, also insbesondere Luftschadstoffe, auf den Katalysator gelangen. Problematisch ist dabei, dass die Kathodengasqualität nicht immer bekannt ist und sowohl örtlich als auch zeitlich variiert. Gleichzeitig kann ein Leistungsverlust der Brennstoffzelle auch auf andere Faktoren zurückgeführt werden, d.h. nicht immer ist eine Kathodengaskontamination ursächlich für einen Leistungsverlust. Im Falle einer Fehldiagnose werden unnötigerweise Wiederherstellungsmaßnahmen an der Brennstoffzelle durchgeführt. Diese können die Membranelektrodeneinheit (MEA) allerdings schädigen. Darüber hinaus müssen die Filter und Katalysatoren der Brennstoffzelle größer ausgelegt werden, um einen Leistungsverlust auszugleichen.
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In der
DE 10 2014 224 611 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen des Sauerstoffpartialdrucks eines Brennstoffzellensystems beschrieben. Das Brennstoffzellensystem weist einen Verschmutzungssensor auf, der eine Schmutzbeladung der angesaugten Luft misst. Dies geschieht durch eine Messung der Strömungsrate und der Sauerstoffkonzentration in der Luft. Nachteilig ist hierbei, dass nur an einem Ort im Brennstoffzellensystem eine Luftverschmutzung festgestellt werden kann und weder der Einfluss der Luftkontamination auf die Brennstoffzellen noch die Luftkontamination selber näher untersucht werden können.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Diagnosesystem, ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zur Bestimmung einer Kathodengasverschmutzung in einem Brennstoffzellensystem bereitzustellen, welche einen verbesserten Rückschluss auf den Einfluss der Kathodengasqualität auf die Brennstoffzellen zulässt.
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Die das Diagnosesystem betreffende Aufgabe wird durch den Merkmalsbestand des Anspruchs 1 gelöst. Insbesondere durch ein Diagnosesystem, welches zur Bestimmung der Kathodengasqualität eines einen Brennstoffzellenstapel aufweisenden Brennstoffzellensystems ausgebildet ist. Es umfasst eine Diagnosebrennstoffzelle, die kathodenseitig mit einer Kathodenzufuhrleitung und anodenseitig mit einer Anodenzufuhrleitung des Brennstoffzellensystems verbindbar ist. Außerdem ist eine Erfassungseinheit vorgesehen, die ausgestaltet ist, einen Messwert oder einen zeitlichen Messwertverlauf, der mit dem über die Kathodenzufuhrleitung bereitgestellten Kathodengas und mit dem über die Anodenzufuhrleitung bereitgestellten Anodengas betriebenen Diagnosebrennstoffzelle zu erfassen.
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Durch das erfindungsgemäße Diagnosesystem kann der Einfluss einer Abnahme der Kathodengasqualität für das Brennstoffzellensystem exemplarisch mittels einer Diagnosebrennstoffzelle untersucht werden. Die dadurch gesammelten Erkenntnisse können direkt auf den Brennstoffzellenstapel übertragen werden. Ein Ausbau und Wiedereinbau des Brennstoffzellenstapeis zur Untersuchung entfällt.
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In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Diagnosebrennstoffzelle denselben Aufbau wie die Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels aufweist. Die einzelnen Schichten der Diagnosebrennstoffzelle sind bevorzugt auch aus demselben Material wie die jeweiligen Schichten der Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels gebildet. Dies ermöglicht einen besseren Rückschluss des Einflusses der Kathodengaskontamination auf den Brennstoffzellenstapel über die Diagnosebrenstoffzelle.
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Das Kathodengas ist bevorzugt Sauerstoff oder ein Gemisch mit Sauerstoff (bspw. Luft), während das Anodengas bevorzugt Wasserstoff oder ein Wasserstoffgemisch ist.
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Im Rahmen der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Komparatoreinheit vorgesehen ist, die ausgestaltet ist, eine Abweichung zwischen dem von der Erfassungseinheit erfassten Messwert oder erfassten Messwertverlauf und einem in einem Speicher gespeicherten Sollwert oder einem in dem Speicher gespeicherten Sollwertverlauf zu detektieren. Mit Hilfe der Komparatoreinheit kann direkt - also auch ohne einen Werkstattbesuch - die Kathodengasqualität bestimmt werden und zeitnah Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, um die Kathodengasqualität zu verbessern.
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Zur Erfassung des Messwerts oder des erfassten Messwertverlaufs ist es vorteilhaft, wenn die Erfassungseinheit einen Spannungsmesser und/oder einen Strommesser umfasst, und wenn der erfasste Messwert oder der erfasste Messwertverlauf eine in der Diagnosebrennstoffzelle erzeugte Spannung oder einen Spannungsverlauf und/oder ein in der Diagnosebrennstoffzelle erzeugter Strom oder Stromverlauf ist. Die Erfindung macht sich dabei den Effekt zu Nutze, dass ein durch die Abnahme der Kathodengasqualität einhergehender Leistungsverlust zu einer Verringerung des durch die Diagnosebrennstoffzelle erzeugten Stroms bzw. Spannung führt.
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Um die Kathodengasqualität auch analytisch untersuchen zu können, ist es bevorzugt, dass eine Spannungsquelle vorgesehen ist zur Aufprägung einer periodisch ansteigenden und abfallenden Spannung auf eine Elektrode der Diagnosebrennstoffzelle. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Spannungsquelle dabei ausgestaltet, auf die Elektrode eine Dreieckspannung aufzuprägen. Auf diese Weise ist es möglich, cyclovoltametrische Messungen an einer der Elektroden, insbesondere an der Kathode, durchzuführen. Dadurch kann das Kathodengas, also die Luft, analytisch untersucht werden, um den Stoff der Kontamination selber bestimmen zu können. Beispielsweise ist es auf diese Weise möglich auf eine Kontamination des Kathodengases mit Schwefeldioxid (SO2) schließen zu können.
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Die das Brennstoffzellensystem betreffende Aufgabe wird durch den Merkmalsbestand des Anspruchs 5 gelöst. Insbesondere also durch ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel und mit einem mit einer Kathodenzufuhrleitung und einer Anodenzufuhrleitung verbunden Diagnosesystem. Durch das Diagnosesystem kann mittels einer Diagnosebrennstoffzelle auf einen etwaigen Einfluss einer Kathodengaskontamination auf den gesamten Brennstoffzellenstapel geschlossen werden. Notwendige Gegenmaßnahmen können sofort veranlasst werden, um einem Leitungsverlust und einer Beschädigung der MEA entgegen zu wirken. Dadurch können auch die Filter und Katalysatoren der MEA kompakter bzw. kleiner gestaltet werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Diagnosesystem seriell oder parallel zum Brennstoffzellenstapel geschaltet ist. Bei einer seriellen Anordnung strömen genau diejenigen Anoden- und Kathodengase durch die Diagnosebrennstoffzelle, von denen auch der Brennstoffzellenstapel beaufschlagt wird. Bei einer parallelen Anordnung, wird die Diagnosebrennstoffzelle im Wesentlichen von den gleichen Gasen durchströmt wie der Brennstoffzellenstapel, ohne aber den Durchfluss durch den Brennstoffzellenstapel zu beeinflussen.
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Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit dem Merkmalsbestand des Anspruchs 6. Zur Bestimmung einer Kathodengasverschmutzung in einem Brennstoffzellensystem erfolgen die folgenden Schritte:
- a. Verbinden eines eine Diagnosebrennstoffzelle aufweisenden Diagnosesystems mit einer Kathodenzufuhrleitung und einer Anodenzufuhrleitung des Brennstoffzellensystems,
- b. Betreiben der Diagnosebrennstoffzelle des Diagnosesystems mit dem über die Kathodenzufuhrleitung bereitgestellten Kathodengas und mit dem über die Anodenzufuhrleitung bereitgestellten Anodengas,
- c. Erfassen eines Messwerts oder eines zeitlichen Messwertverlaufs der Diagnosebrennstoffzelle mittels einer Erfassungseinheit,
- d. Vergleichen des erfassten Messwerts oder des erfassten Messwertverlaufs mit einem vorgegebenen Sollwert oder einem vorgegebenen Sollwertverlauf, und
- e. Ausgabe eines Abweichungswerts oder eines Abweichungssignals in Abhängigkeit einer zwischen dem erfassten Messwert oder dem erfassten Messwertverlauf und dem Sollwert oder dem Sollwertverlauf festgestellten Abweichung.
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Das Verbinden der Diagnosebrennstoffzelle mit der Anodenzufuhrleitung und der Kathodenzufuhrleitung kann dabei bereits mit der Fertigung des Brennstoffzellensystems erfolgen.
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In einer alternativen Ausführungsform ist das Diagnosesystem als eine externe Vorrichtung gebildet, die mit den Anoden- und Kathodenzufuhrleitung über Ventile oder Stellglieder verbunden wird, beispielsweise bei einem Werkstattbesuch.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es möglich, dass die Diagnosebrennstoffzelle mit der Anodenzufuhrleitung und der Kathodenzufuhrleitung fest verbunden ist, und dass die Anodenzufuhrleitung und die Kathodenzufuhrleitung jeweils ein Stellglied aufweisen zur Zuschaltung des Diagnosesystems. Das bedeutet, dass das Diagnosesystem bei Bedarf aktivierbar und deaktivierbar ist, um eine Prüfung der Kathodengasqualität durchzuführen.
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Durch das Betreiben der Diagnosebrennstoffzelle mit dem Kathodengas des Brennstoffzellensystems kann auf die Kathodengasqualität bzw. die Kathodengaskontamination in der Nähe des Brennstoffzellenstapels zurückgeschlossen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein zeitlicher Messwertverlauf der Diagnosebrennstoffzelle bestimmt, wobei es in einer kostengünstigeren Ausführungsform ausreichend wäre, einen einzelnen Messwert zu bestimmen.
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Der Sollwert oder auch der Sollwertverlauf sind dabei in einem Speicher der Erfassungseinheit hinterlegt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird, wenn der Messwert vom Sollwert oder der Messwertverlauf vom Sollwertverlauf abweichen, ein akustisches oder ein optisches Abweichungssignal (z.B. durch Aufleuchten einer Warnleuchte) ausgegeben.
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In einer alternativen Ausführungsform wird der Messwert oder der erfasste Messwertverlauf in einem Speicher hinterlegt, um zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise bei einem Werkstattbesuch abgefragt zu werden.
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Zur analytischen Untersuchung des Kathodengases umfasst das Verfahren insbesondere den folgenden Schritt:
- - Aufprägen einer Spannung auf eine Elektrode der Diagnosebrennstoffzelle, und
- - Erfassen eines Antwortstroms in Abhängigkeit der aufgeprägten Spannung mittels der Erfassungseinheit.
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In diesem Zusammenhang ist es insbesondere vorteilhaft, wenn auf die Elektrode, insbesondere die Kathode, der Diagnosebrennstoffzelle eine periodisch ansteigende und absteigende Spannung aufgeprägt wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird auf die Elektrode der Diagnosebrennstoffzelle eine Dreieckspannung aufgeprägt. Dadurch kann an der Elektrode, insbesondere an der Kathode eine cyclovoltametrische Messung durchgeführt werden. Beispielsweise ermöglicht es dies, eine Schwefeldioxid (SO2) im Kathodengas nachzuweisen.
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In einer alternativen Ausführungsform können analytische Messungen am Kathodengas auch anhand von Impedanzmessungen durchgeführt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei Ausgabe des Abweichungswerts oder des Abweichungssignals im Brennstoffzellensystem Maßnahmen eingeleitet werden zur Reduzierung der Kathodengaskontam ination.
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In diesem Zusammenhang ist es möglich, dass die Temperatur zumindest in einem Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems bei Ausgabe des Abweichungswerts oder des Abweichungssignals erhöht wird. Dies erfolgt bevorzugt, indem die Komparatoreinheit ein Signal an einen Controller des Brennstoffzellensystems weiterleitet und der Controller die Temperatur in Abhängigkeit des gemessenen Schadstoffgehalts erhöht. Durch die Temperaturerhöhung können die Schadstoffe aus dem Kathodengas ausgespült werden.
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Alternativ oder ergänzend hat es sich als sinnvoll erwiesen, wenn die Feuchte des Kathodengases in dem Brennstoffzellensystem bei Ausgabe des Abweichungswerts oder des Abweichungssignals erhöht wird. Der Feuchtegehalt des Kathodengases wird dabei vorzugsweise ebenfalls über den Controller des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit der Verschmutzung reguliert.
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Vorzugsweise ist eine drahtlose oder drahtgebundene Verbindung zwischen der Komparatoreinheit und dem Controller vorgesehen zur Regulierung des Feuchtegehalts und/oder der Temperatur im Brennstoffzellenstapel und/oder im Kathodengas.
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Die Erfindung wird exemplarisch an zwei in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert; es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Diagnosesystems,
- 2 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,
- 3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,
- 4 ein Messverlauf des Diagnosesystems,
- 5a ein Diagramm der auf die Kathode aufgeprägten Dreiecksspannung und
- 5b eine Stromantwort in Abhängigkeit von der Zeit auf die aufgeprägte Dreiecksspannung.
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1 zeigt das erfindungsgemäße Diagnosesystem 1 zur Bestimmung der Kathodengasqualität, insbesondere der Luftqualität. Das Diagnosesystem 1 weist eine Diagnosebrennstoffzelle 2 mit einer Diagnosekathode 3, einer Diagnoseanode 4 und einer Diagnosemembran 5 auf. Kathodenseitig 6 ist die Diagnosebrennstoffzelle 2 mit einer Kathodenzufuhrleitung 7 zur Bereitstellung von Kathodengas, im vorliegenden Ausführungsbeispiel von Luft, verbunden. Anodeneintrittsseitig 8 ist die Diagnosebrennstoffzelle 2 mit einer Anodenzufuhrleitung 9 verbunden zur Zuführung des Anodengas, in diesem Ausführungsbeispiel von Wasserstoff. Darüber hinaus weist die Diagnosebrennstoffzelle 2 eine Anodenabgasleitung 10 und eine Kathodenabgasleitung 11 auf.
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Das Diagnosesystem 1 ist bevorzugt in einem Gehäuse 12 angeordnet. Weiterhin ist die Diagnosebrennstoffzelle 2 drahtgebunden mit einer Steuer-, und Auswerteeinheit 13 verbunden. Die Steuer-, und Auswerteeinheit 13 umfasst eine Erfassungseinheit 14. Diese ist ausgestaltet, einen Messwert oder einen Messwertverlauf, der mit dem über die Kathodenzufuhrleitung 7 bereitgestellten Kathodengas und mit dem über die Anodenzufuhrleitung 9 bereitgestellten Anodengas betriebenen Diagnosebrennstoffzelle 2 zu erfassen.
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Die Erfassungseinheit 14 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Spannungsmesser, so dass der erfasste Messwert oder der erfasste Messwertverlauf eine in der Diagnosebrennstoffzelle 2 erzeugte Spannung oder ein in der Diagnosebrennstoffzelle 2 erzeugter Spannungsverlauf ist. In einer alternativen Ausführungsform ist die Erfassungseinheit 14 als ein Strommesser gebildet zur Erfassung eines Stroms oder eines Stromverlaufs. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, dass die Erfassungseinheit einen Spannungsmesser und einen Strommesser umfasst.
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Darüber hinaus weist die Steuer-, und Auswerteeinheit 13 eine Komparatoreinheit 15 auf, die ausgestaltet ist, eine Abweichung zwischen dem von der Erfassungseinheit 14 erfassten Messwert oder erfassten Messwertverlauf und einem in einem Speicher 16 gespeicherten Sollwert oder einem in dem Speicher 16 gespeicherten Sollwertverlauf zu detektieren. Im Speicher 16 können darüber hinaus die Messwerte oder die Messwertverläufe abgespeichert werden, um zu einem späteren Zeitpunkt auf diese zugreifen zu können.
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Weiterhin ist der Steuer-, und Auswerteeinheit 13 ein Sender 17 zugeordnet zur drahtlosen oder drahtgebundenen Übertragung des Messwerts und des Messwertverlaufs an einen externen in 1 nicht gezeigten Controller.
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Zur analytischen Untersuchung des Kathodengases ist die Diagnosebrennstoffzelle 2 mit einer Spannungsquelle 18 verbunden, wobei die Spannungsquelle 18 derart ausgestaltet ist, auf die Kathode eine periodisch ansteigende und abfallende Spannung, bevorzugt eine Dreieckspannung, aufzuprägen.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 19 mit einem Brennstoffzellenstapel 20 und mit einer Kathodenzufuhrleitung 7 zur Zuführung des Kathodengases und einer Anodenzufuhrleitung 9 zur Zuführung des Anodengas ist. Darüber hinaus umfasst das Brennstoffzellensystem 19 einen Befeuchter 21 und einen Verdichter 22.
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Über den mittels eines Motors 23 angetriebenen Verdichter 22 wird das Kathodengas über eine Trockenzufuhrleitung 24 zum Befeuchter 21 geleitet. Die Kathodenzufuhrleitung 7 verbindet den Befeuchter 21 mit dem Brennstoffzellenstapel 20 und leitet befeuchtetes Kathodengas, z. B. Luft zu den Kathoden des Brennstoffzellenstapels 20. Darüber hinaus wird Wasser und nicht reagiertes Kathodengas vom Brennstoffzellenstapel 20 über eine Kathodenabgasleitung 11 zum Befeuchter 21 geleitet. Der Befeuchter 21 umfasst mehrere wasserdampfpermeable Membranen, die dem Kathodengas die Feuchtigkeit entziehen und dem trockenen Kathodengas zur Befeuchtung zuführen. Schließlich verfügt der Befeuchter 21 noch über eine Befeuchterabfuhrleitung 25.
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Weiterhin ist der Brennstoffzellenstapel 20 anodenseitig (8) mit einer Anodenzufuhrleitung 9 zur Zufuhr des Anodengases und mit einer Anodenabgasleitung 10 zum Abtransport von nicht reagiertem Anodengas, verbunden. Auch der Einsatz einer Anodenrezirkulation ist möglich.
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In der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 19 ist das Diagnosesystem 1 parallel zum Brennstoffzellenstapel 20 geschaltet. Die Kathodenzufuhrleitung 7 ist über ein als Ventil ausgebildetes Stellglied 26 mit der Kathodenzufuhrleitung 7 des Diagnosesystems 1 verbunden. Darüber hinaus ist die Anodenzufuhrleitung 9 des Brennstoffzellenstapels 20 mit der Anodenzufuhrleitung 9 des Diagnosesystems 1 über ein weiteres als Ventil gebildetes Stellglied 26 verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird sowohl der Brennstoffzellenstapel 20 als auch die Diagnosebrennstoffzelle 2 durch das gleiche Kathodengas und das gleiche Anodengas gespeist.
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Mittels der Stellglieder 26 der Anodenzufuhrleitung 9 und der Kathodenzufuhrleitung 7 kann das Diagnosesystem 1 bei Bedarf zugeschaltet werden. Alternativ, falls das Diagnosesystem 1 nicht fest mit dem Brennstoffzellenstapel 20 verbunden ist, kann dieses über die Stellglieder 26 mit dem Brennstoffzellenstapel 20 verbunden werden.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1, wobei das Diagnosesystem 1 seriell zum Brennstoffzellenstapel 20 angeordnet ist. Die Kathodenzufuhrleitung 7 führt vom Befeuchter 21 zur Diagnosebrennstoffzelle 2 und von dort zu den Kathoden des Brennstoffzellenstapels 20. Die Anodenzufuhrleitung 9 führt von einem nicht gezeigten Wasserstofftank zur Diagnosebrennstoffzelle 2 und von dort zu den Anoden des Brennstoffzellenstapels 20. Die Anodenabgasleitung 10 und die Kathodenabgasleitung 11 des Diagnosesystems 1 sind in dieser Ausführungsform als Anodenzufuhrleitung 9 und Kathodenzufuhrleitung 7 des Brennstoffzellenstapels 20 gebildet. Bei dieser Ausführungsform ist der Brennstoffzellenstapel 20 ebenfalls mit dem gleichen Anodengas und Kathodengas gespeist wie das Diagnosesystem 1.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läuft dabei wie folgt ab: Zunächst wird die Diagnosebrennstoffzelle 2 mit einer Kathodenzufuhrleitung 7 und einer Anodenzufuhrleitung 9 des Brennstoffzellensystems 19 verbunden. Hierdurch wird die Diagnosebrennstoffzelle 2 mit dem über die Kathodenzufuhrleitung 7 bereitgestellten Kathodengas mit dem über die Anodenzufuhrleitung 9 bereitgestellten Anodengas betrieben. Die Erfassungseinheit 14 der Steuer- und Auswerteeinheit 13 erfasst einen Messwert oder einen zeitlichen Messwertverlauf. Dies kann eine Spannung, ein Spannungsverlauf, ein Strom oder ein Stromverlauf sein. Der Messwert oder der Messwertverlauf wird dabei im Speicher 16 der Steuer- und Auswerteeinheit 13 hinterlegt. Die Komparatoreinheit 15 vergleicht den erfassten Messwert oder den erfassten Messwertverlauf mit einem im Speicher 16 vorgegebenen Sollwert oder einem vorgegebenen Sollwertverlauf.
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4 zeigt einen typischen durch die Erfassungseinheit 14 erfassten Messwertverlauf. Dabei ist die Spannung in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Die gestrichelte Linie stellt den Sollwertverlauf dar, während die durchgezogene Linie den Messwertverlauf darstellt. Durch die Verschmutzung des Kathodengases nimmt die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels und damit auch der Diagnosebrennstoffzelle 2 ab. Die in der Diagnosebrennstoffzelle 2 erzeugte Spannung ist somit niedriger als erwartet. Dies gilt analog auch für einen gemessenen Strommesswertverlauf.
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Bei einer durch die Komparatoreinheit 15 festgestellten Abweichung des Messwerts oder des Messwertverlaufs vom Sollwert bzw. vom Sollwertverlauf, wird ein Abweichungswert oder ein akustisches oder optisches Abweichungssignal ausgegeben. Alternativ kann die Abweichung des Messwertverlaufs vom Sollwertverlauf auch von der Komparatoreinheit 15 festgestellt werden, wenn der Messwertverlauf eine Steigung aufweist. Die Ausgabe des Abweichungswerts oder des Abweichungssignals kann entweder innerhalb des Brennstoffzellensystems 19 erfolgen oder extern beispielsweise bei einer Werkstattkontrolle.
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Zur analytischen Untersuchung des Kathodengases prägt die Spannungsquelle 18 eine Spannung, insbesondere eine Dreieckspannung auf die Diagnosekathode 3 auf. Der Strommesser der Erfassungseinheit 14 erfasst einen Antwortstrom in Abhängigkeit der aufgeprägten Spannung und speichert diesen in dem Speicher 16 ab. Die Komparatoreinheit 15 vergleicht den Messwertverlauf mit einem im Speicher 16 hinterlegten vorgegebenen Sollwertverlauf. Auch hier wird bei einer Abweichung ein Abweichungssignal oder Abweichungswert ausgegeben.
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5a zeigt exemplarisch eine auf die Diagnoseelektrode aufgeprägte Dreieckspannung. 5b zeigt eine Stromantwort in Abhängigkeit von der Zeit, wobei die gestrichelte Linie den Sollwertverlauf darstellt und die durchgezogene Linie den Messwertverlauf zeigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel konnte anhand der Abweichung und über diese cyclovoltametrische Messung die Präsenz von Schwefeldioxid im Kathodengas nachgewiesen werden.
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Wurde eine Abweichung des Messwerts/Messwertverlaufs vom Sollwert/Sollwertverlauf festgestellt, so wird mittels des Senders 17 der Steuer-, und Auswerteeinheit 13 ein Signal an einen Controller 27 des Brennstoffzellensystems 19 drahtlos übertragen. Der Controller 27 ergreift sodann Maßnahmen innerhalb des Brennstoffzellensystems 19, um die Kontamination des Kathodengases zu reduzieren bzw. auszuspülen. Dazu erhöht der Controller 27 beispielsweise die Temperatur zumindest im Brennstoffzellenstapel 20 des Brennstoffzellensystems 19 . Alternativ oder ergänzend wird mittels des Controllers 27 die Feuchte des Kathodengases in den Brennstoffzellensystem 19 erhöht. Alternativ oder ergänzend kann der Controller 27 auch veranlassen, dass das Brennstoffzellensystem 19 mehrere Kathodenspannungszyklen bei feuchtem Betrieb durchführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Diagnosesystem
- 2
- Diagnosebrennstoffzelle
- 3
- Diagnosekathode
- 4
- Diagnoseanode
- 5
- Diagnosemembran
- 6
- Kathodenseitig (Kathodenraumeintritt)
- 7
- Kathodenzufuhrleitung
- 8
- Anodenseitig (Anodenraumeintritt)
- 9
- Anodenzufuhrleitung
- 10
- Anodenabgasleitung
- 11
- Kathodenzufuhrleitung
- 12
- Gehäuse
- 13
- Steuer- und Auswerteeinheit
- 14
- Erfassungseinheit
- 15
- Komparatoreinheit
- 16
- Speicher
- 17
- Sender
- 18
- Spannungsquelle
- 19
- Brennstoffzellensystem
- 20
- Brennstoffzellenstapel
- 21
- Befeuchter
- 22
- Verdichter
- 23
- Motor
- 24
- Trockenzufuhrleitung
- 25
- Befeuchterabfuhrleitung
- 26
- Stellglied
- 27
- Controller
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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