DE102017209181A1 - Brennstoffzellensystem mit zusätzlicher Steuereinrichtung - Google Patents
Brennstoffzellensystem mit zusätzlicher Steuereinrichtung Download PDFInfo
- Publication number
- DE102017209181A1 DE102017209181A1 DE102017209181.9A DE102017209181A DE102017209181A1 DE 102017209181 A1 DE102017209181 A1 DE 102017209181A1 DE 102017209181 A DE102017209181 A DE 102017209181A DE 102017209181 A1 DE102017209181 A1 DE 102017209181A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fuel cell
- cell system
- control device
- component
- valve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 6
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 5
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004092 self-diagnosis Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229920003934 Aciplex® Polymers 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003935 Flemion® Polymers 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000013024 troubleshooting Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/04664—Failure or abnormal function
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
- H01M8/04179—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by purging or increasing flow or pressure of reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/04388—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/04402—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode exhausts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem umfasst i) mindestens ein Steuergerät 500, welches eingerichtet ist, das Brennstoffzellensystem zumindest teilweise zu regeln und/oder zu steuern und ii) mindestens eine zusätzliche Steuereinrichtung 240, 242, die eingerichtet ist, mindestens eine Komponente 211, 238 des Brennstoffzellensystems in einen sicheren Zustand zu überführen. Das Steuergerät 500 ist ausgebildet, die mindestens eine Komponente 211, 238 zu regeln bzw. zu steuern.
Description
- Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einer zusätzlichen Steuereinrichtung, insbesondere einem intelligenten Anodenspülventil.
- Brennstoffzellensysteme als solche sind bekannt. Werden solche Systeme in Kraftfahrzeugen eingesetzt, müssen deren sicherheitsrelevante elektrische/elektronische Systeme einschlägigen Normen (z.B. ISO 26262) genügen. Dies kann dazu führen, dass für ein Steuergerät ein vergleichsweise hoher Automotive Safety Integrity Level (ASIL) gefordert wird. Dies wiederum kann die Herstellkosten negativ beeinflussen.
- Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, ein kostengünstiges Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das den sicherheitsrelevanten Normen entspricht. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
- Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Brennstoffzellensystem, umfassend:
- - mindestens ein Steuergerät, welches eingerichtet ist, das Brennstoffzellensystem zumindest teilweise zu regeln und/oder zu steuern; und
- - mindestens eine zusätzliche Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, mindestens eine Komponente vom Anodensubsystem unabhängig vom mindestens einen Steuergerät des Brennstoffzellensystems als Schutzreaktion bei Vorliegen einer Funktionsstörung im Brennstoffzellensystem in einen sicheren Zustand zu überführen, wobei das Steuergerät ausgebildet ist, die mindestens eine Komponente zu regeln bzw. zu steuern.
- Die hier offenbarte Technologie betrifft also ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge) gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die durch einen ionenselektiven bzw. ionenpermeablen Separator getrennt sind. Die Anode wird mit Brennstoff versorgt. Bevorzugte Brennstoffe sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode wird mit Oxidationsmittel versorgt. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Sauerstoff und Peroxide. Der ionenselektive Separator kann bspw. als Protonenaustauschmembran (proton exchange membrane, PEM) ausgebildet sein. Bevorzugt kommt eine kationenselektive Polymerelektrolytmembran zum Einsatz. Materialien für eine solche Membran sind beispielsweise: Nafion®, Flemion® und Aciplex®. Ein Brennstoffzellensystem umfasst neben der mindestens einen Brennstoffzelle periphere Systemkomponenten (BOP-Komponenten), die beim Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst.
- Das Brennstoffzellensystem umfasst ein Anodensubsystem, das von den brennstoffführenden Bauelementen des Brennstoffzellensystems ausgebildet wird. Ein Anodensubsystem kann mindestens einen Druckbehälter, mindestens ein Tankabsperrventil, mindestens einen Druckminderer, mindestens eine zum Anodeneinlass führende Anodenzuleitung, einen Anodenraum im Brennstoffzellenstapel, mindestens eine vom Anodenauslass wegführende Anodenabgasleitung, mindestens einen Wasserabscheider, mindestens ein Anodenspülventil, mindestens ein aktive oder passive Brennstoff-Rezirkulationsförderer und/oder mindestens eine Rezirkulationsleitung sowie weitere Elemente aufweisen. Hauptaufgabe des Anodensubsystems ist die Heranführung und Verteilung von Brennstoff an die elektrochemisch aktiven Flächen des Anodenraums und die Abfuhr von Anodenabgas.
- Das mindestens eine Steuergerät ist eingerichtet das Brennstoffzellensystem zumindest teilweise und bevorzugt vollständig zu regeln (engl. closed loop control) oder zu steuern (engl. open loop control). Es handelt sich dabei insbesondere um eine übergeordnete Steuerung, die das Kathodensubsystem, Anodensubsystem und/oder das Kühlsystem des Brennstoffzellensystems über entsprechende Aktoren beeinflusst. Das Steuergerät kann mit weiteren Steuergeräten des Kraftfahrzeuges interagieren. Das Steuergerät ist insbesondere ausgebildet, die hier offenbarte mindestens eine Komponente zu regeln bzw. zu steuern. Insbesondere ist das Steuergerät eingerichtet, im regulären Betrieb des Brennstoffzellensystems Steuersignale an die mindestens eine Komponente zu senden, wobei die mindestens eine Komponente ein Aktor des Brennstoffzellensystems ist.
- Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem mindestens eine zusätzliche Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, die hier offenbarte mindestens eine Komponente des Brennstoffzellensystems bei Vorliegen einer Funktionsstörung im Brennstoffzellensystem in einen sicheren Zustand zu überführen. Die mindestens eine zusätzliche Steuereinrichtung kann insbesondere einen höheren Automotive Safety Integrity Level (ASIL) aufweisen als das Steuergerät. Insbesondere kann die zusätzliche Steuereinrichtung eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit haben als das Steuergerät. Die mindestens eine zusätzliche Steuereinrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, eine solche Funktionsstörung des Brennstoffzellensystems durch Eigendiagnose zu erkennen. Zur Eigendiagnose kann beispielsweise eine Zustandsvariable des Brennstoffzellensystems (z.B. Anodendruck, Ventilöffnungszeitdauer) ausgewertet werden.
- Der sichere Zustand ist dabei ein Zustand, in dem eine geringere und bevorzugt keine Gefahr mehr vom Brennstoffzellensystem bzw. vom Anodensubsystem ausgeht. Der sichere Zustand ist hier insbesondere ein Zustand,
- - in dem die Brennstoffzufuhr aus dem Brennstoffspeicher (in der Regel ein Druckbehälter) in das Anodensubsystem unterbunden wird; und/oder
- - in dem das Entweichen von Brennstoff aus dem Anodensubsystem verringert und bevorzugt vermieden wird. Bevorzugt wird das Entweichen eingegrenzt auf einen Brennstoffaustrittswert, der geringer ist als ein Grenzwert für den sicheren Zustand.
- Insbesondere kann das Brennstoffzellensystem sich im sicheren Zustand in Betriebsgrenzen aufhalten, die speziell für den sicheren Zustand definiert sind.
- Die mindestens eine Komponente kann insbesondere ein Aktor des Brennstoffzellensystems, insbesondere des Anodensubsystems sein. Die mindestens eine Komponente kann ein stromlos geschlossenes Ventil vom Anodensubsystem sein. Insbesondere kann die mindestens eine Komponente ein Anodenspülventil oder ein Absperrventil sein. Ein solches Absperrventil kann beispielsweise zwischen dem Brennstoffspeicher und dem Brennstoffzellenstapel angeordnet sein. Die mindestens eine Komponente kann ein Tankabsperrventil sein, welches beispielsweise als On-Tank-Valve ausgebildet ist.
- Die zusätzliche Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, unabhängig vom mindestens einem Steuergerät das stromlos geschlossenes Ventil zu schließen. Die zusätzliche Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, ein elektrisches Signal zwischen der stromlos geschlossenen Komponente und dem Steuergerät zu unterbrechen. Hierzu kann beispielsweise ein entsprechender Schalter das über eine elektrische Leitung übertragene elektrische Signal unterbrechen. Es kann vorgesehen sein, dass die Komponente bei fehlendem Kommunikationssignal in den sicheren Zustand übergeht. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die zusätzliche Steuereinrichtung eingerichtet ist, die Energieversorgung der Komponente zu unterbrechen. Eine stromlos geschlossene Komponente schließt somit automatisch, falls kein reguläres Steuersignal vom Steuergerät vorliegt oder falls die zusätzliche Steuereinrichtung einen irregulären Zustand erkannt hat.
- Die zusätzliche Steuereinrichtung kann zeitabhängig und/oder druckabhängig die mindestens eine Komponente in den sicheren Zustand überführen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung nach Ablauf einer Zeitdauer, während der das stromlos geschlossene Ventil geöffnet war, das Ventil automatisch schließen. Dabei sollte die Zeitdauer so gewählt sein, dass sie größer ist als alle Ventilöffnungszeiten, die während des regulären Betriebs des Brennstoffzellensystems ohne Störung auftreten können. Alternativ oder zusätzlich kann das Ventil ab einem Grenzdruck im Anodensubsystem durch die zusätzliche Steuereinrichtung geschlossen werden. Der Grenzdruck ist dabei so gewählt, dass dieser im regulären Betrieb ohne Störung nicht auftreten kann.
- Besonders bevorzugt kann die zusätzliche Steuereinrichtung einen Druckschalter umfassen. Der Druckschalter kann im Anodensubsystem vorgesehen sein. Insbesondere kann der Druckschalter durch den Druck im Anodensubsystem betätigt werden. Steigt der Druck im Anodensubsystem beispielsweise auf einen Grenzdruck an, so kann dies den Druckschalter betätigen. Der Druckschalter kann dann direkt oder indirekt bewirken, dass die mindestens eine Komponente in den sicheren Zustand überführt wird, beispielsweise indem das elektrische Signal oder die Energieversorgung unterbrochen wird.
- Mithin kann also die mindestens eine Komponente einerseits vom mindestens einen Steuergerät und andererseits von der zusätzlichen Steuereinrichtung jeweils unabhängig voneinander gesteuert bzw. geregelt werden, beispielsweise indem das elektrische Signal und/oder die Energieversorgung zur Komponente unterbunden werden.
- Die mindestens eine zusätzliche Steuereinrichtung und/oder das mindestens eine Steuergerät kann ausgebildet sein, den Zustand der Komponente zu überwachen. Ferner bevorzugt kann die aus dieser Überwachung resultierende Diagnose eine Auswerteeinrichtung bereitgestellt werden. Stellte die mindestens eine Steuereinrichtung und/oder das Steuergerät eine Fehlfunktion des Brennstoffzellensystems fest, so kann durch die mindestens eine Steuereinrichtung und/oder das Steuergerät die mindestens eine Komponente in den sicheren Zustand überführt werden.
- Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein Brennstoffzellensystem, bei dem eine Dekomposition der Sicherheitslast auf mehreren Komponenten zur Reduzierung vom Aufwand im Steuergerät vollzogen wird. Das Spülventil wird hier mit einer intelligenten Überwachung zur Notabschaltung bei fehlerhafter Ansteuerung nach einer vorgegebenen Zeit ausgestattet. Ferner kann eine Feedbackschleife zur Überwachung vom Spülventil zur Vermeidung von Pannen durch Diagnose vorgesehen sein. Dadurch wird ein Systemstart nach Abschaltung ermöglicht und die Wahrscheinlichkeit eines liegengebliebenen Kraftfahrzeuges sinkt. Durch eine Onboard -Diagnose wird eine zielgerichtete Fehlersuche und Reparatur ermöglicht.
- Vorteilhaft kann die Komplexität vom Steuergerät reduziert werden. Auch wenn die Komplexität zur Ansteuerung vom Spülventil bzw vom Absperrventil zunimmt, kann insgesamt ein kostengünstigeres Gesamtsystem bereitgestellt werden.
- Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung des hier offenbarten Brennstoffzellensystems. -
2 eine weitere schematische Darstellung der hier offenbarten Technologie. - Die
1 zeigt ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel300 , der in ein Kathodenraum K und einen Anodenraum A unterteilt ist. Das Kathodensubsystem wird hier von einem Oxidationsmittelförderer410 , einen Ladeluftkühler420 , kathodenseitige Stapel-Absperrventile 430,440 und einem Bypass460 ausgebildet. Weitere Komponenten des Kathodensubsystems sind vereinfachend weggelassen worden. Das Anoden-Subsystem umfasst hier einen Brennstoffspeicher H2, ein Absperrventil211 , einen Ejektor234 , einen Anodenraum A, einen Wasserabscheider232 , ein Anodenspülventil238 , und einen Rezirkulationsförderer236 . - Das Brennstoffzellensystem wird von einem Steuergerät
500 geregelt bzw. gesteuert. Gestrichelt dargestellt sind hier einige elektrische Leitungen, über die elektrische Signale an die als Aktoren bzw. Aktuatoren dienenden Komponenten des Brennstoffzellensystems übermittelt werden. - Ferner kann das Brennstoffzellensystem mindestens eine zusätzliche Steuereinrichtung
240 ,242 umfassen. Diese mindestens eine zusätzliche Steuereinrichtung240 ,242 kann in einer höheren ASIL-Klasse ausgestaltet sein als das Steuergerät500 . Die Steuereinrichtung240 ,242 hat also eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit als das Steuergerät500 . Insbesondere kann die Steuereinrichtung240 ,242 eingerichtet sein, bei einer Störung im Brennstoffzellensystem eine Schutzreaktion auszulösen. - Die Schutzreaktion kann darin bestehen, dass eine Komponente des Anodensubsystems, bevorzugt das Anodenspülventil
238 und/oder das Absperrventil211 , in den sicheren Zustand überführt wird. Hierzu können diese Ventile238 ,211 geschlossen werden. Bevorzugt sind dafür die Ventile238 ,211 als stromlos geschlossene Ventile ausgebildet. Als Schutzreaktion können hierzu die elektrischen Leitungen zu dem Anodenspülventil238 und dem Absperrventil211 hier von der mindestens einen zusätzlichen Steuereinrichtung240 ,242 unterbrochen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine zusätzliche Steuereinrichtung240 ,242 die Energieversorgung vom Ventil238 ,211 unterbrechen, sodass das Ventil geschlossen wird. Es sind aber auch andere Schutzreaktionen vorstellbar, die bewirken, dass die mindestens eine Komponente in den sicheren Zustand überführt wird. - Die
2 zeigt einen weiteren Aspekt der hier offenbarten Technologie. Die Steuereinrichtungen sind hier als Druckschalter240 ,242 ausgebildet. Die Druckschalter240 ,242 sind eingerichtet, das Absperrventil211 in den sicheren Zustand zu überführen. Gleichsam ist das Steuergerät500 eingerichtet, das Absperrventil211 zu regeln bzw. zu steuern. Insbesondere sind die Druckschalter240 ,242 ausgebildet, bei einem Druck oberhalb eines Grenzwertes das Signal vom Steuergerät500 zu überschreiben und das Absperrventil211 in den sicheren Zustand zu überführen. Mit anderen Worten schließt also das Absperrventil211 , wenn am Druckschalter242 stromauf vom Brennstoffzellenstapel und/oder am Druckschalter240 stromab vom Brennstoffzellenstapel ein irregulär hoher Druck anliegt. Bevorzugt ist der mindestens eine Druckschalter240 ,242 ein mechanischer Druckschalter, der hochverfügbar auf das Absperrventil211 einwirkt. In der hier gezeigten Ausgestaltung sind die Druckschalter240 ,242 lediglich mit dem Absperrventil211 gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich könnten die Druckschalter240 ,242 oder weitere Druckschalter auch mit dem Anodenspülventil238 gekoppelt sein und letzteres als Schutzreaktion in den sicheren Zustand überführen. - Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
- Bezugszeichenliste
-
Brennstoffzellenstapel 300 Anodenraum A Druckbehälter 100 Absperrventil 211 Wasserabscheider 232 Anodenspülventil 238 Ejektor 234 Rezirkulationsförderer 236 Anodenspülleitung 239 Druckschalter 240, 242 Kathodenraum K Oxidationsmittelförderer 410 Wärmetauscher 420 Zuleitungs-Stapel-Absperrventil 430 Abgas- Stapel-Absperrventil 440 Brennstoffzellen-Bypass 460
Claims (6)
- Brennstoffzellensystem, umfassend: - mindestens ein Steuergerät (500), welches eingerichtet ist, das Brennstoffzellensystem zumindest teilweise zu regeln und/oder zu steuern; und - mindestens eine zusätzliche Steuereinrichtung (240, 242), die eingerichtet ist, mindestens eine Komponente (211, 238) des Brennstoffzellensystems in einen sicheren Zustand zu überführen, wobei das Steuergerät (500) ausgebildet ist, die mindestens eine Komponente (211, 238) zu regeln bzw. zu steuern.
- Brennstoffzellensystem nach
Anspruch 1 , wobei die Komponente (211, 238) ein stromlos geschlossenes Ventil (211, 238) vom Anodensubsystem des Brennstoffzellensystems ist, und wobei die Steuereinrichtung (240, 242) eingerichtet ist, unabhängig vom mindestens einem Steuergerät (500) das stromlos geschlossenes Ventil zu schließen. - Brennstoffzellensystem nach
Anspruch 1 oder2 , wobei die Steuereinrichtung (240, 242) eingerichtet ist, - ein elektrisches Signal zwischen der stromlos geschlossenen Komponente (211, 238) und dem Steuergerät (500) zu unterbrechen; und/oder - eine Energieversorgung der Komponente (211, 238) zu unterbrechen. - Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (240, 242) zeitabhängig und/oder druckabhängig die mindestens eine Komponente (211, 238) in den sicheren Zustand überführt.
- Brennstoffzellensystem nach
Anspruch 4 , wobei die Steuereinrichtung (240, 242) einen Druckschalter (240, 242) umfasst, wobei der Druckschalter (240, 242) betätigbar ist durch einen Druck im Anodensubsystem, und wobei der Druckschalter (240, 242) ab einen Grenzdruck die mindestens eine Komponente (211, 238) in den sicheren Zustand überführt. - Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Komponente (211, 238) ein Absperrventil (211) zwischen Brennstoffspeicher und Brennstoffzellenstapel (300) oder ein Anodenspülventil (238) ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017209181.9A DE102017209181A1 (de) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Brennstoffzellensystem mit zusätzlicher Steuereinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017209181.9A DE102017209181A1 (de) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Brennstoffzellensystem mit zusätzlicher Steuereinrichtung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102017209181A1 true DE102017209181A1 (de) | 2018-12-06 |
Family
ID=62196586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102017209181.9A Pending DE102017209181A1 (de) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Brennstoffzellensystem mit zusätzlicher Steuereinrichtung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102017209181A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220320537A1 (en) * | 2019-05-09 | 2022-10-06 | Avl List Gmbh | Fuel cell system and method for removing water from the fuel cell system |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1473789A2 (de) * | 2003-04-08 | 2004-11-03 | Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. | Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Brennstoffzellenanlage |
| US20130202988A1 (en) * | 2010-09-25 | 2013-08-08 | Huawei Technologies Co., Ltd. | System and method for supplying hydrogen gas, and hydrogen fuel cell system |
-
2017
- 2017-05-31 DE DE102017209181.9A patent/DE102017209181A1/de active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1473789A2 (de) * | 2003-04-08 | 2004-11-03 | Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. | Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Brennstoffzellenanlage |
| US20130202988A1 (en) * | 2010-09-25 | 2013-08-08 | Huawei Technologies Co., Ltd. | System and method for supplying hydrogen gas, and hydrogen fuel cell system |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220320537A1 (en) * | 2019-05-09 | 2022-10-06 | Avl List Gmbh | Fuel cell system and method for removing water from the fuel cell system |
| US11843140B2 (en) * | 2019-05-09 | 2023-12-12 | Avl List Gmbh | Fuel cell system and method for removing water from the fuel cell system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102013221411B4 (de) | Reaktive verdichterdruckstoss-minderungsstrategie für ein brennstoffzellenleistungsversorgungssystem | |
| DE10230702B4 (de) | Steuer/Regelvorrichtung für eine Brennstoffzelle | |
| DE112006000802B4 (de) | Brennstoffzellensystem | |
| DE102014205394A1 (de) | Brennstoffzellenfahrzeug und Beweglicher Körper | |
| DE102013204632B4 (de) | Beweglicher Körper | |
| DE112006000804B4 (de) | Brennstoffzellensystem und Betriebsverfahren für dasselbe, sowie Verwendung von Brennstoffzellensystem und Betriebsverfahren in einem Brennstoffzellenfahrzeug | |
| DE102017219141A1 (de) | Betriebssteuerverfahren eines Brennstoffzellensystems | |
| DE102016218059A1 (de) | Brennstoffzellensystem und verfahren zum steuern desselben | |
| DE102015204451A1 (de) | System und Verfahren zum Steuern einer Temperatur eines Brennstoffzellenstapels | |
| DE112007002653B4 (de) | Brennstoffzellensystem | |
| DE112008001674T5 (de) | Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren desselben | |
| DE102017220337B4 (de) | Verfahren zum steuern eines am brennstoffzellenfahrzeug angebrachten wasserstoffabsperrventils | |
| DE112008001877T5 (de) | Brennstoffzellensystem und beweglicher Gegenstand | |
| DE102015225506A1 (de) | Brennstoffzellensystem mit einem Ventilmodul zwischen einem Brennstoffzellenstapel und einem Befeuchter | |
| WO2019121030A1 (de) | Verfahren zum freigeben eines brennstoffzellensystems sowie brennstoffzellensystem | |
| DE112009005108T5 (de) | Brennstoffzellensystem | |
| DE102016118346A1 (de) | Kathodenversorgung für eine Brennstoffzelle | |
| DE102017209181A1 (de) | Brennstoffzellensystem mit zusätzlicher Steuereinrichtung | |
| WO2022028866A1 (de) | Brennstoffzellensystem und ein verfahren zur diagnose einer brennstoff-leckage und/oder zum überprüfen eines brennstoff-massenstroms in einem brennstoffzellensystem | |
| DE102012001947B4 (de) | Verfahren zur Optimierung der Betriebsstrategie eines Niedrigtemperatur-Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug und hierfür angepasstes Fahrzeug | |
| DE102017011715A1 (de) | Verfahren zur Regeneration einer Brennstoffzelle | |
| DE102021101286A1 (de) | Verfahren und system zur erkennung von leckagen an der brennstoffeinspritzdüse in einem brennstoffzellensystem auf niedrigem niveau | |
| DE102017208807A1 (de) | Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Druckbehälter | |
| DE102016212250A1 (de) | Kraftfahrzeug und Verfahren zum Fördern von Brennstoff zu einem Brennstoffverbraucher eines Kraftfahrzeugs | |
| DE102019122607A1 (de) | Verfahren zum Überwachen von Spannungen und Brennstoffzellensystem |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified | ||
| R012 | Request for examination validly filed |