AT526857A4 - Verfahren für eine Erkennung von Gasblasen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Erkennung von Gasblasen (GB) in einer Kühlflüssigkeit (KF) in einem Kühlkreislauf (142) einer Kühlvorrichtung (140) mit einer Pumpvorrichtung (144), wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: - Erfassen des Kühlflüssigkeit-Drucks (KP) in der Pumpvorrichtung (144) im Kühlkreislauf (142) über einen Erfassungszeitraum (EZ), - Bestimmen einer Druck-Änderungsrate (DP) des erfassten Kühlflüssigkeit-Drucks (KP), - Vergleich der bestimmten Druck-Änderungsrate (DP) mit einem Druck-Änderungsgrenzwert (DPG), - Erzeugen und Ausgeben eines Gasblasen-Signals (GBS), wenn die erfasste Druck-Änderungsrate (DP) den Druck-Änderungsgrenzwert (DPG) übersteigt.

Description

Verfahren für eine Erkennung von Gasblasen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Erkennung von Gasblasen, eine Kontrolivorrichtung zur Durchführung eines soichen Verfahrens, ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Kontrollvorrichtung.

Es ist bekannt, dass in Brennstoffzellensystemen Kühlvorrichtungen eingesetzt werden, um insbesondere stapelförmig angeordnete Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel zu kühlen und damit unter einer definierten Maximaltemperatur zu halten. Solche Kühlvorrichtungen sind üblicherweise mit Kühlkreisläufen ausgestattet, in welchem Kühlflüssigkeit zirkulieren kann. Für eine aktive Zirkulation der Kühlflüssigkeit ist dabei üblicherweise eine Kühlpumpe vorgesehen.

Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass ein hoher Aufwand betrieben werden muss, um eine möglichst effektive Kühlung sicherzustellen. Insbesondere muss sichergestellt sein, dass die Kühlfunktionalität über alle Situationen mit ausreichender Quantität gewährleistet ist. Hierfür wird ein hoher konstruktiver Aufwand betrieben, um zum Beispiel in Form von Ausgleichsbehältern, krümmungsarmen Leitungsabschnitten oder Ähnlichem sicherzustellen, dass sich zum einen möglichst wenig Gasblasen, welche die Kühlfunktion beeinträchtigen würden, in der Kühlflüssigkeit bilden. Darüber hinaus sind zum Beispiel durch Ausgleichsbehälter für Kühlflüssigkeit konstruktive Komponenten gegeben, weiche es erlauben, Gasblasen, welche sich gebildet haben, wieder aus der Kühlflüssigkeit zu entfernen. Dies führt zu einem erhöhten konstruktiven Aufwand sowohl in der Auslegung als auch zu geometrischen Einschränkungen bei der Bauweise solcher Kühlvorrichtungen. Auch führt es zu einem erhöhten Bauteilaufwand und häufig auch zu erhöhtem Platzbedarf solcher Kühlvorrichtungen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehenden Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfidung, in kostengünstiger und einfacher Weise die Kühlfunktionalität einer Kühlvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem mit hoher Sicherheit zu gewährleisten.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Kontrollvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11, ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie ein Brenn-

Erfindungsgemäß dient ein Verfahren einer Erkennung von Gasblasen in einer Kühlflüssigkeit in einem Kühlkreislauf einer Kühlvorrichtung mit einer Pumpvorrichtung. Insbesondere gilt dies für eine Kühlvorrichtung in einem Brennstoffzellensystem, wie es später noch näher erläutert wird. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:

- Erfassen des Kühlflüssigkeit-Drucks in der Pumpvorrichtung im Kühlkreislauf über einen Erfassungszeitraum,

- Bestimmen einer Druck-Änderungsrate des erfassten KühlflüssigkeitDrucks,

- Vergleich der bestimmten Druck-Änderungsrate mit einem DruckÄnderungsgrenzwert,

- Erzeugen und Ausgeben eines Gasblasen-Signals, wenn die erfasste Druck-Änderungsrate den Druck-Änderungsgrenzwert übersteigt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren erlaubt es Gasblasen, welche sich in einer Kühlflüssigkeit in einem Kühlkreislauf befinden oder dort entstanden sind, zu erkennen. Diese Erkennung bildet anschließend die Basis auf solche erkannten Gasblasen zu reagieren und entsprechend die Kühlfunktion aktiv zur Kompensation der Ebeinträchtigung durch Gasblasen zu beeinflussen.

Der erfindungsgemäße Kerngedanke beruht darauf, dass insbesondere Parameter überwacht werden, weiche Teil der Kühlvorrichtung selbst sind und, wie dies später noch erläutert wird, für das Kontrollverfahren Parameter eines Brennstoffzellensys-

tems, beispielsweise der Temperatur und/oder der Spannung, unberücksichtigt blei-

ben können.

Der erfindungsgemäße Kerngedanke beruht nun darauf, dass über einen Erfassungszeitraum der Kühlflüssigkeit-Druck in der Pumpvorrichtung überwacht wird. Da üblicherweise Kühlflüssigkeiten als inkompressive Medien in solchen Kühlkreisläufen eingesetzt werden, ist es im Wesentlichen unerheblich an welcher Stelle der Druck erfasst wird. Bevorzugt ist es jedoch, wenn ein entsprechender Drucksensor in die Pumpvorrichtung integriert ist, um beim Auftreten von kompressiblen Gasblasen direkt an Ort und Stelle in der Pumpvorrichtung die entsprechende Erfassung gewährleisten zu können. Der Kühlflüssigkeit-Druck wird dabei über einen Erfassungszeitraum kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuilerlich erfasst. Der Erfassungszeitraum kann eine vordefinierte Länge aufweisen. Bevorzugt ist es, wenn der Erfassungszeitraum sich kontinulerlich verlängert und/oder rollierend fortgesetzt wird, sodass entsprechend auch das erfindungsgemäße Verfahren rollierend wiederholt wird, um eine kontinuierliche oder im Wesentlichen kontinuierliche Überwachung auf das Vorhandensein von Gasblasen zur Verfügung stellen zu können.

Um sicherzustellen, dass das Gasblasen-Signal mit hoher Wahrscheinlichkeit nur dann ausgegeben wird, wenn auch tatsächlich eine Gasblase im System der Kühlflüssigkeit vorliegt, wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nicht der erfasste Kühlflüssigkeit-Druck direkt ausgewertet, sondern auf Basis des erfassten Kühlflüssigkeit-Drucks eine Druck-Änderungsrate bestimmt. Mit anderen Worten wird nun nicht berücksichtigt, wie stark ein Druck sich geändert hat, sondern auch mit welcher Geschwindigkeit der Druck sich geändert hat. Erst diese Druck-Änderungsrate, also mathematisch gesehen die erste Ableitung des erfassten Kühlflüssigkeit-Drucks, wird mit einem Druck-Änderungsgrenzwert verglichen. Eine sehr schnelle Änderung des Kühlflüssigkeit-Drucks und dementsprechend eine hohe Druck-Änderungsrate gibt den Hinweis auf eine Gasblase, welche in der Kühlflüssigkeit entstanden sein könnte. Dies erlaubt es nun, durch die Vorgabe eines definierten DruckÄnderungsgrenzwertes zu unterscheiden, ob beim erfassten Kühlflüssigkeit-Druck eine hohe Druck-Änderungsrate oberhalb oder eine niedrige Druck-Änderungsrate unterhalb des Druck-Änderungsgrenzwerts vorliegt. Damit stellt der DruckÄnderungsgrenzwert ein Unterscheidungsmerkmal dar, um anhand der bestimmten Druck-Änderungsrate zu unterscheiden, ob der erfasste Kühlflüssigkeit-Druck in der jeweiligen Situation auf eine vorhandene Gasblase rückschließen lässt oder nicht.

Das Erzeugen und Ausgeben eines Gasblasen-Signals dient dazu, eine Information auszugeben, dass zu diesem Zeitpunkt zumindest ein Hinweis auf eine Gasblase in dem Kühlkreislauf entdeckt worden ist. Dies erfolgt mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit, da nicht der Kühlflüssigkeit-Druck alleine, sondern dessen zeitliche Änderung, den Rückschluss ermöglicht hat. Auf Basis dieses Gasblasen-Signals sind nun verschiedene Reaktionen bei der Kontrolle der Kühlvorrichtung wie auch bei der Kontrolle des Brennstoffzellensystems möglich. Da eine Gasblase in einem Kühlkreislauf grundsätzlich die Kühlfunktionalität negativ beeinträchtigt, kann nun in unterschiedliicher Weise reagiert werden. Die stärkste Reaktion wäre In einem Brennstoffzellensystem ein Reduzieren der Leistung, um das Aufheizen des Brennstoffzellenstapels, welcher mit der Kühlvorrichtung gekühlt wird, zu reduzieren oder zu minimieren. Da dies jedoch die Leistung des Brennstoffzellenstapels direkt schwächt und beispielsweise eine vorgegebene Leistungsanforderung dann nicht mehr erfüllt werden könnte, sind andere Reaktionen, welche den Brennstoffzellenstapel nicht beeinträchtigen, bevorzugt.

So kann beispielsweise beim Erzeugen und Ausgeben eines Gasblasen-Signals die Kühlvorrichtung selbst dahingehend reagieren, dass zum Beispiel die Pumpendrehzahl erhöht und/oder entsprechende Ventilstellungen so variiert werden, dass ein erhöhter Volumenstrom an gekühltem Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstape! hindurchfließen kann. Damit wird die Verschlechterung der Kühlleistung auf Basis der erkannten Gasblase zumindest teilweise kompensierbar, da entsprechend ein höherer Volumenstrom an Kühlmittel diese Verschlechterung ausgleichen oder wenigstens teilweise ausgleichen kann. Alternativ ist es auch denkbar, dass bei einer Wärmesenke im Kühlkreislauf eine verstärkte Kühlung der Kühlflüssigkeit stattfindet, Sodass dementsprechend die Vorlauftemperatur beim Eintritt in den Brennstoffzellenstapel für die Kühlflüssigkeit herabgesetzt und damit ebenfalls die Kühlleistung in für die Gasblase kompensierender Weise wieder gesteigert werden kann.

Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich eine Erfassung einer Pumpendrehzahl der Pumpvorrichtung und eine Bestimmung einer Drehzahl-Änderungsrate der erfassten Pumpendrehzahl erfolgt. Die Drehzahl-Änderungsrate wird anschließend mit einem Drehzahl-Änderungsgrenzwert verglichen und das Gasblasen-Signal nur ausgegeben, wenn auch die DrehzahlÄnderungsrate den Drehzahl-Änderungsgrenzwert unterschreitet, also nicht übersteigt. Während bereits das grundsätzlich erfindungsgemäße Verfahren, welches insbesondere ausschließlich auf einem Kühlfiüssigkeit-Druck und der DruckÄnderungsrate basiert die grundsätzlichen Vorteile der Erfindung ermöglicht, kann die Anzahl von Fehlerkennungen, also das Erzeugen und Ausgeben von GasblasenSignalen ohne in der Realität vorhandene Gasblase, durch die Ergänzung der Pumpendrehzahl als zusätzliche Bedingung verringert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erhält nun also eine zweite Vorgabe, welche überprüft werden muss, um das Gasblasen-Signal mit noch höherer Genauigkeit auszugeben. Mit anderen Worten werden nur dann Gasblasen als solche erkannt und das zugehörige GasblasenSignal erzeugt und ausgegeben, wenn in diesem Fall insbesondere zumindest zwei Bedingungen erfüllt sind, nämlich der Druck-Änderungsgrenzwert wurde überschrit-

ten und die Drehzahl-Änderungsrate hat den Drehzahl-Änderungsgrenzwert unter-

schritten.

Auch von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich eine Erfassung einer Pumpendrehzahl der Pumpvorrichtung erfolgt, wobei die Pumpendrehzahl mit einem Drehzahl-Absolutgrenzwert verglichen wird. In diesem Fall wird das Gasblasen-Signal nur ausgegeben, wenn die Pumpendrehzahl auch den Drehzahl-Absolutgrenzwert übersteigt. Dies kann zusätzlich oder alternativ zu der Verwendung eines Drehzahl-Änderungsgrenzwerts gemäß dem voranstehenden Absatz verwendet werden. Somit erlaubt auch der Vergleich mit dem DrehzahlAbsolutgrenzwert eine zusätzliche Bedingung für das Erzeugen und Ausgeben des Gasblasen-Signals einzuführen, sodass die Sicherheit bei der Erkennung einer Gasblase noch weiter erhöht werden kann. Besonders bevorzugt ist es, wenn für das Erzeugen und Ausgeben eines Gasblasen-Signals alle drei Bedingungen, also ein Überschreiten des Druck-Änderungsgrenzwerts, ein Unterschreiten der DrehzahlÄnderungsrate und zusätzlich ein Überschreiten des Drehzahl-Absolutgrenzwerts vorhanden ist.

Ein weiterer Vorteil kann erzielt werden, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich eine Erfassung einer Ventilstellung eines Thermostatventils des Kühlkreislaufs und eine Bestimmung einer Stellungs-Änderungsrate der erfassten Ventilstellung erfolgt. Die Stellungs-Änderungsrate wird mit einem StellungsÄnderungsgrenzwert verglichen und das Gasblasen-Signal nur ausgegeben, wenn auch die Stellungs-Änderungsrate den Stellungs-Änderungsgrenzwert untersteig. Das heißt, die Stellungs-Änderungsrate muss kleiner sein als ein Grenzwert, damit das Gasblasen-Signal ausgegeben wird. Auch hier handelt es sich wieder um eine zusätzliche Bedingung, welche auf Erfüllung überprüfbar ist und entsprechend eine zusätzliche Absicherung gegen unerwünschte Fehldetektion von Gasblasen mit sich bringt. Mit anderen Worten kann eine maximale Sicherheit und damit eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens erhalten werden, wenn alle vier genannten Bedingungen dieses Absatzes und der voranstehenden Absätze erfüllt sind. Dies ist also dann der Fall, wenn ein Gasblasen-Signal nur dann erzeugt und ausgegeben wird, wenn der Druck-Änderungsgrenzwert, der DrehzahlÄnderungsgrenzwert, der Drehzahl-Absolutgrenzwert und als vierte Bedingung auch der Stellungs-Änderungsgrenzwert unterschritten worden ist.

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Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für die Erzeugung und Ausgabe des Gasblasen-Signals die Temperatur der Kühlflüssigkeit im Kühlkreisiauf unberücksichtigt bleibt. Mit anderen Worten ist es für dieses Verfahren dann nicht mehr notwendig separate Temperatursensoren zu verwenden oder zu platzieren, sodass die Konstruktionsweise bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die Kühlvorrichtung noch weiter vereinfacht und vergünstigt werden kann.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für die Erzeugung und Ausgabe des Gasblasen-Signals eine Spannung eines mit der Kühlvorrichtung gekühlten Brennstoffzellensystems unberücksichtigt bleibt. Wie bereits eingangs erläutert worden ist, kann damit die Kontrolle der Kühlvorrichtung unabhängig von der Kontrolle eines Brennstoffzellensystems, für weiches die Kühlvorrichtung gedacht ist, vollzogen werden. Dies ist bereits in der Auslegung und Programmierung der Kühlvorrichtung und des zugehörigen Kontrollverfahrens von Vorteil. Insbesondere erlaubt es darüber hinaus, die Kühlleistung zu stabilisieren und/oder zu optimieren, ohne einen Eingriff in die Kontrolle des Brennstoffzellensystems hinsichtlich der Regelung und/oder der Parametererfassung zu erfordern. Insbesondere ist es also möglich, einen entsprechenden Impedanzsensor zu vermeiden und auf einen sol-

chen zu verzichten.

Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in Abhängigkeit des quantitativen Grads der Abweichung eine Kontrolivorgabe an die Kühlvorrichtung ausgegeben wird. Dies erlaubt es, nicht nur einen Informationsgehalt auszugeben, also eine Basisinformation und damit eine Rückmeldung mit weicher Kühlleistung zu rechnen ist, sondern tatsächlich als Kontrollvorgabe Einfluss zu nehmen, um in der Kontrollvorrichtung der Kühlvorrichtung eine Kompensation oder Teilkompensation einer reduzierten Kühlleistung auf Basis der Gasblase zu gewährleisten. Damit ist die Reaktion auf eine erkannte Gasblase Teil eines erfindungsgemäßen Verfahrens dieser Ausführungsform.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Kontrollvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine solche Kontrolivorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Erfassungsmodul zum Erfassen des Kühlflüssigkeit-Drucks in einer Pumpvorrichtung im Kühlkreislauf über einen Erfassungszeitraum vorgesehen ist. Weiter ist die Kontrollvorrichtung mit einem Stimmungsmodul zum Bestimmen einer Druck-Änderungsrate des erfassten Kühlflüssigkeitsdruck ausgestattet. Darüber hinaus weist die Kontrollvorrichtung ein Vergleichsmodul zum Vergleich der bestimmten Druck-Änderungsrate mit einem DruckÄnderungsgrenzwert auf und ist mit einem Erzeugungsmodul zum Erzeugen und Ausgeben eines Gasblasen-Signals ausgestattet, wenn die erfasste DruckÄnderungsrate den Druck-Änderungsgrenzwert übersteigt. Dabei ist das Erfassungsmodul, das Bestimmungsmodul, das Vergleichsmodul und/oder das Erzeu-

gungsmodul für die Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.

Eine solche Kontrollvorrichtung bringt damit die gleichen Vorteile mit sich, wie sie

ausführlich, mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind.

Darüber hinaus ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt, aufweisend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen. Auch ein solches Computerprogrammprodukt bringt demnach die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem zur Erzeugung elektrischer Energie. Ein solches Brennstoffzeilensystem weist wenigstens einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt auf. Der Anodenabschnitt ist mit einem Anodenzuführabschnitt zur Zufuhr von Anodenzuführgas sowie einem Anodenabführabschnitt zur Abfuhr von Anodenabgas ausgestattet. Der Kathodenabschnitt ist mit einem Kathodenzuführabschnitt zur Zufuhr von Kathodenzuführgas und einem Kathodenabführabschnitt zur Abfuhr von Kathodenabgas ausgestattet. Darüber hinaus weist das Brennstoffzeilensystem eine Kühlvorrichtung mit einem Kühlkreisiauf zur wenigstens teilweisen Kühlung des Brennstoffzellenstapels aus. Ein solches Brennstoffzellensystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung eine Kontrollvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Erkennung von Gasblasen in der Kühlflüssigkeit im Kühlkreislauf aufweist. Damit bringt auch ein solches Brennstoffzeilensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontrolivorrichtung,

Fig. 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,

10 Fig. 3 ein möglicher Verlauf eines Kühlflüssigkeit-Drucks, Fig. 4 ein möglicher Verlauf der Druck-Änderungsrate, Fig. 5 ein möglicher Verlauf einer Pumpendrehzahl, Fig. 6 ein möglicher Verlauf einer Drehzahl-Änderungsrate, Fig. 7 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung, Fig. 8 ein möglicher Verlauf einer Ventilstellung, Fig. 9 ein möglicher Verlauf einer Stellungs-Änderungsrate und Fig. 10 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kon-

trollvorrichtung.

In der Figur 1 ist schematisch eine Kontrollvorrichtung 10 dargestellt, welche das erfindungsgemäße Verfahren ausführen kann. Mit Hilfe eines Erfassungsmoduls kann zum Beispiel mit einem nicht dargestellten Drucksensor, welcher in einer Pumpvorrichtung 144 angeordnet ist, eine kontinuierliche Erfassung eines KühlflüssigkeitDrucks KP erfolgen. Dieser erfasste Kühlflüssigkeit-Druck KP wird übergeben an ein Bestimmungsmodul 30, weiches über einen Erfassungszeitraum ED die DruckÄnderungsrate DP ermittelt. Die Druck-Änderungsrate DP wird weitergegeben an das Vergleichsmodul 40 und dort mit einem Druck-Änderungsgrenzwert DPG verglichen. Im Falle, dass die Druck-Änderungsrate DP den Druck-Änderungsgrenzwert DPG überschreitet, erfolgt mittels des Erzeugungsmoduls 50 ein Erzeugen und Ausgeben eines Gasblasen-Signals GBS, welches anschließend zum Beispiel von einer separaten Kontrolleinheit der Kühlvorrichtung 140 für die Kompensation mit einer erkannten Gasblase reduzierter Kühlfunktion verwendet werden kann.

Die Figur 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Brennstoffzeilensystem 100. In einem Brennstoffzellenstapel 110 sind eine Vielzahl von nicht mehr dargestellten Brennstoffzellen angeordnet, sodass sich im Brennstoffzeilenstapel 110 ein Anodenabschnitt 120 und ein Kathodenabschnitt 130 ausbilden. Anodenzuführgas AZG wird über den Anodenzuführabschnitt 122 dem Anodenabschnitt 120 zugeführt. Anodenabgas AAG kann über den Anodenabführabschnitt 124 vom Anodenabschnitt 120 abgeführt werden. In ähnlicher Weise wird Kathodenzuführgas KZG über den

Wie die Figur 2 zeigt, wird der Brennstoffzellenstapel mit einer Kühlflüssigkeit KF gekühlt, weiche über einen Kühlkreislauf 142 im Kreislauf über eine Pumpvorrichtung 144 geführt wird. Die Kühlvorrichtung 140 erlaubt es also, über eine hier nicht dargestellte Wärmesenke, beispielsweise eine Ventilatorvorrichtung, die Kühlflüssigkeit KF zu kühlen und am Einlass und damit Vorlauf eines Brennstoffzellenstapels 110 zur Kühlung zur Verfügung zu stellen. Die auf diese Weise vorkonditionierte Kühlflüssigkeit KF wird in gekühltem Zustand durch den Brennstoffzellenstape! 110 geführt, kann dort Wärme aufnehmen und in erwärmter Form wieder am Austritt des Brennstoffzellenstapels, und damit am Rücklauf, austreten. Im Kreislauf geführt über die Wärmesenke wird die Kühlflüssigkeit KF wieder vorkonditioniert und steht damit in gekühlter Weise wieder am Vorlauf des Brennstoffzellenstapels 110 für die Kühlung zur Verfügung.

Wie die Figur 2 zeigt, ist die Pumpvorrichtung 144 für die Förderung der Kühlflüssigkeit KF mit einer Kontrollvorrichtung 10 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestattet. Es ist nun also möglich, direkt in der Pumpvorrichtung 140 dort vorhandene oder entstandene Gasblasen GB zu erkennen und entsprechend eine Information in Form des Gasblasen-Signals GBS zu erzeugen sowie auszugeben. Insbesondere kann anschließend ein solches erzeugtes und ausgegebenes Gasblasen-Signal GBS reagiert werden, zum Beispiel mit einer reduzierten Vorlauftemperatur der Kühlflüssigkeit KF, einer erhöhten Drehzahl der Pumpvorrichtung 140 oder ähnlichen Kompensationsmaßnahmen.

In den Figuren 3 und 4 wird schematisch ein Verlauf eines Kühlflüssigkeit-Drucks KP (Figur 3) und dessen Druck-Änderungsrate DP (Figur 4) dargestellt. Bei kontinuierlicher Überwachung ergibt sich, hier über einen Erfassungszeitraum EZ in der Figur 3 ein beispielhafter Verlauf des Kühlflüssigkeit-Drucks KP. Über die mathematische Ableitung kann die Druck-Änderungsrate DP, wie schematisch in der Figur 4 darge-

Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Weiterbildung, welche die Robustheit eines erfindungsgemäßen Verfahrens weiter verbessert. Hier wird nun zusätzlich zum Kühlflüssigkeit-Druck KP auch die Pumpendrehzahl PZ der Pumpvorrichtung 144 überwacht und erfasst. In der Figur 5 wird die Pumpendrehzahl PZ mit einem DrehzahlAbsolutgrenzwert AZ verglichen, weicher ebenfalls in einer Position überschritten wird. Auch diese Position kann als zusätzliche Bedingung herangezogen werden, um eine Gasblase GB zu erkennen oder von einer Erkennung abzusehen. Wie die Figur 6 zeigt, ist zusätzlich nicht zum Drehzahl-Absolutgrenzwert AZ auch ein Vergleich mit einem Drehzahl-Änderungsgrenzwert DZG dargestellt, wobei hier aus der Pumpendrehzahl PZ die Drehzahl-Änderungsrate DZ ermittelt wird. Auch hier wird der Drehzahlgrenzwert DZG einmalig überschritten, sodass auch hier die zusätzliche Bedingung erfüllt und die Gasblase GB als solche erkannt wird.

Die Figur 7 zeigt nun wie diese zusätzlichen Bedingungen in Form des DrehzahlAbsolutgrenzwerts AZ und des Drehzahl-Änderungsgrenzwerts DZG in das Vergleichsmodul 40 und damit in das Verfahren der vorliegenden Erfindung integriert werden können.

Die Figuren 8 und 9 zeigen die Ergänzung durch eine weitere Bedingung, nämlich hier die Überwachung der Ventilstellung SV eines Thermostatventils. Auch diese Ventilstellung SV ändert sich über den Erfassungszeitraum EZ, sodass gemäß der Figur 9 hier eine Stellungs-Änderungsrate DV bestimmt werden kann. Auch diese Stellungs-Änderungsrate DV wird nun mit einem Stellungs-Änderungsgrenzwert DVG verglichen, sodass bei einem Überschreiten desselben hier auf der rechten Seite der Figur 9 im Erfassungszeitraum EZ wieder eine Gasblase GB erkannt werden kann, welche bei dieser zusätzlich erfüllten Bedingung nun in der Erzeugung und Ausgabe des Gasblasen-Signals GBS mündet.

erzeugt und ausgegeben wird.

Die voranstehende Erläuterung beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzeine Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

10 Kontrolivorrichtung

20 Erfassungsmodul

30 Bestimmungsmodul

40 Vergleichsmodul

50 Erzeugungsmaodul

100 Brennstoffzellensystem 110 Brennstoffzeilenstapel

120 Anodenabschnitt

122 Anodenzuführabschnitt

124 Anodenabführabschnitt

130 Kathodenabschnitt

132 Kathodenzuführabschnitt 134 Kathodenabführabschnitt 140 Kühlvorrichtung

142 Kühlkreislauf

144 Pumpvorrichtung

EZ Erfassungszeitraum

KP Kühlflüssigkeit-Druck

DP Druck-Änderungsrate DPG Druck-Änderungsgrenzwert PZ Pumpendrehzahl

DZ Drehzahl-Änderungsrate DZG Drehzahl-Änderungsgrenzwert AZ Drehzahl-Absolutgrenzwert SV Ventilstellung

DV Stellungs-Änderungsrate DVG Stellungs-Änderungsgrenzwert GB Gasblase

GBS Gasblasen-Signal

KF Kühlflüssigkeit

AZG Anodenzuführgas

AAG Anodenabgas

KZG Kathodenzuführgas

KAG Kathodenabgas

Claims (13)

Patentansprüche

1. Verfahren für eine Erkennung von Gasblasen (GB) in einer Kühlflüssigkeit (KF) in einem Kühlkreislauf (142) einer Kühlvorrichtung (140) mit einer Pumpvorrichtung (144), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

— Erfassen des Kühlflüssigkeit-Drucks (KP} in der Pumpvorrichtung (144) im Kühlkreislauf (142) über einen Erfassungszeitraum (EZ),

— Bestimmen einer Druck-Änderungsrate (DP) des erfassten Kühlflüssigkeit-Drucks (KP),

— Vergleich der bestimmten Druck-Änderungsrate (DP) mit einem DruckÄnderungsgrenzwert (DPG),

— Erzeugen und Ausgeben eines Gasblasen-Signals (GBS), wenn die erfasste Druck-Änderungsrate (DP) den Druck-Änderungsgrenzwert (DPG) übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Erfassung eine Pumpendrehzahl (PZ) der Pumpvorrichtung (144) und eine Bestimmung einer Drehzahl-Änderungsrate (DZ) der erfassten Pumpendrehzahl (PZ) erfolgt, wobei die Drehzahl-Änderungsrate (DZ) mit einem DrehzahlÄnderungsgrenzwert (DZG) verglichen wird und das Gasblasen-Signal (GBS) nur ausgegeben wird, wenn auch die Drehzahl-Änderungsrate (DZ) den Drehzahl-Änderungsgrenzwert (DZG) unterschreitet.

3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Erfassung einer Pumpendrehzahl (PZ) der Pumpvorrichtung (144) erfolgt, wobei die Pumpendrehzahl (PZ) mit einem Drehzahl-Absolutgrenzwert (AZ) verglichen wird und das Gasblasen-Signal (GBS) nur ausgegeben wird, wenn auch die Pumpendrehzahl (PZ) den Drehzahl-Absolutgrenzwert (AZ) übersteigt.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Erfassung einer Ventilstellung (SV) eines Thermostatventils des Kühlkreislaufs (142) und eine Bestimmung einer Stellungs-Änderungsrate (DV) der erfassten Ventilstellung (SV) erfolgt, wobei die

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungszeitraum (EZ) eine vorgegebene Länge auf-

weist.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung und Ausgabe des Gasblasen-Signals (GBS) die Temperatur der Kühlflüssigkeit (KF) im Kühlkreislauf (142) unberücksichtigt bleibt.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung und Ausgabe des Gasblasen-Signals (GBS) eine Spannung eines mit der Kühlvorrichtung (140) gekühlten Brennstoffzellensystems (100) unberücksichtigt bleibt.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung und Ausgabe des Gasblasen-Signals (GBS) eine Impedanz eines mit der Kühlvorrichtung (140) gekühlten Brennstoffzellensystems (100) unberücksichtigt bleibt.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabe des Gasblasen-Signals (GBS) den quantitativen Grad der Abweichung vom Druck-Änderungsgrenzwert (DPG) mit ausgibt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des quantitativen Grads der Abweichung eine Kontrollvorgabe an die Kühlvorrichtung (140) ausgegeben wird.

11. Kontrolivorrichtung (10) zur Durchführung eines Verfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein Erfassungsmodul (20) zum Erfassen des Kühlflüssigkeit-Drucks (KP) in einer Pumpvorrichtung (144) im Kühlkreislauf (142) über einen Erfassungszeitraum (EZ), ein Bestimmungsmodul (30) zum Bestimmen einer Druck-Änderungsrate (DP) des erfassten Kühlflüssigkeit-Drucks (KP), ein Vergleichsmodul (40) zum Vergleich

der bestimmten Druck-Änderungsrate (DP) mit einem DruckÄnderungsgrenzwert (DPG) und ein Erzeugungsmodul (50) zum Erzeugen und Ausgeben eines Gasblasen-Signals (GBS), wenn die erfasste DruckÄnderungsrate (DP) den Druck-Änderungsgrenzwert (DPG) übersteigt, wobei das Erfassungsmodul (20), das Bestimmungsmodul (30), das Vergleichsmodul (40) und/oder das Erzeugungsmodul (50} ausgebildet sind für eine Ausführung eines Verfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 8.

12. Computerprogrammprodukt, aufweisend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen das Verfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.

13. Brennstoffzellensystem (100) zur Erzeugung elektrischer Energie, aufweisend wenigstens einen Brennstoffzeilenstapel (110) mit einem Anodenabschnitt (120) und einem Kathodenabschnitt (130), wobei der Anodenabschnitt (120) einen Anodenzuführabschnitt (122) zur Zufuhr von Anodenzuführgas (AZG) und einen Anodenabführabschnitt (124) zur Abfuhr von Anodenabgas (AAG) aufweist, wobei weiter der Kathodenabschnitt (130) einen Kathodenzuführabschnitt (132) zur Zufuhr von Kathodenzuführgas (KZG) und einen Kathodenabführabschnitt (134) zur Abfuhr von Kathodenabgas (KAG) aufweist, weiter aufweisend einen Kühlvorrichtung (140) mit einem Kühlkreislauf (142) zur wenigstens teilweisen Kühlung des Brennstoffzellenstapels (110), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (140) eine Kontrollvorrichtung (10) mit den Merkmalen des Anspruchs 11 aufweist für eine Erkennung von Gasblasen (GB) in der Kühlflüssigkeit (KF) im Kühlkreisiauf (142).