Beschreibung
Titel
Leckageüberwachung eines Brennstoffzellensystems Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leckageüberwachung eines
Brennstoffzellensystems, eine Vorrichtung zur Überwachung eines
Brennstoffzellensystems sowie ein Brennstoffzellensystem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Stand der Technik
Druckminderer oder Druckregler werden bspw. in Brennstoffzellen-Systemen verwendet. Die Druckregler werden dabei bspw. für die Brennstoffversorgung eines Brennstoffzellen-Stacks an ein Hochdrucksystem vor den Stack- Eingang geschaltet, um den Tankdruck, der je nach System bis 350 oder 700 bar sein kann (Hochdruckminderer-Eingangsdruck) auf einen wesentlichen niedrigeren Stack-Eingangsdruck von bspw. 9 bis 13 bar zu reduzieren (Mitteldruck, Druckminderer-Ausgangsdruck). Der Druckminderer, d. h. der Druckregler, mindert demnach den Hochdruck auf das Niveau des Mitteldrucks. Auf der Mitteldruckseite ist nach dem Druckminderer bzw. Druckregler ein
Druckentlastungsventil verbaut, dass das Mitteldrucksystem und insbesondere den Brennstoffzellen-Stack vor Gefährdung bei Druckminderer-Defekten schützen soll. Diese Sicherheitsmaßnahme, nämlich die Nachschaltung eines Druckentlastungsventils im Mitteldruckbereich, vor dem Stack-Eingang ist insofern notwendig, da der Druckminderer eine Komponente ist, die Alterungseffekten unterliegt und bekanntermaßen versagen kann. Als Fehlermodi sind bspw. schleichende Ausgangsdruckerhöhung (geringe Leckage bei abgeschaltetem System, ohne gewollten Gasstrom) und beispielsweise plötzliche Ausgangs-
druckerhöhung bekannt und werden vorliegend als relevant erachtet. Bei geringer Leckage des Druckminderers wird der zu hohe Ausgangsdruck auf der Druckminderer-Ausgangsdruckseite, nämlich im Mitteldruckbereich, über das Auslösen des Druckentlastungsventils abgebaut. Dabei treten jedoch folgende Nachteile auf:
- Durch Abbau des Gasstroms über das Druckentlastungsventil kommt es zu unerwünschter Freisetzung des Prozessgases bzw. des Prozessfluids.
- Darüber hinaus altert das Druckentlastungsventil durch häufige Auslösung und wird über die Zeit selbst undicht, was zu einer permanenten geringen Leckage auf der Mitteldruckseite führt.
- Zudem kann die Auslösung des Druckentlastungsventils übersehen werden oder aber lediglich optisch wahrgenommen werden, beispielsweise durch eine von dem Druckentlastungsventil abgeblasene Schutzkappe. Dabei ist nachteilhaft, dass nach der Auslösung des Druckentlastungsventils und bei Erkennung der Auslösung des Druckentlastungsventils keine Systemreaktion bzw. Fehlerspeicherung erfolgt. Das Fehlen einer System reaktion oder der Eintrag in den Fehlerspeicher ist deshalb nicht möglich, da das Druckentlastungsventil aus Sicherheitsgründen ein passives Bauteil ist, welches nicht einfach von einem Steuer- oder Kontrollgerät diagnostiziert werden kann.
Deshalb ist lediglich als Überwachungsmechanismus eine Überwachung des Sekundärdrucks auf der Druckminderer-Ausgangsdruckseite während des Betriebs des Brennstoffzellensystems bekannt. Eine Erkennung eines zu hohen Sekundärdrucks führt dabei zur Abschaltung der Gasversorgung des
Prozessgases bzw. des Prozessfluids. Dieser Überwachungsmechanismus ist jedoch nicht aktiv, wenn die Steuerung abgeschaltet ist. In Fahrzeuganwendungen, hier insbesondere in Kraftfahrzeuganwendungen, ist dies während der Abstellphase des Kraftfahrzeugs üblicherweise der Fall.
Bei einer Undichtheit bzw. Leckage des Druckreglers führt dies zunächst zu einem (leicht) sinkenden Eingangsdruck und einem steigenden Sekundärdruck. Durch Auslösen des dem Druckregler nachgeschalteten Druckentlastungsventils sinkt der Ausgangsdruck wieder, und der undichte Druckregler wird weiteres Gas nachführen. Der Eingangsdruck auf der Druckregler- bzw. Druckminderer-
Ausgangsdruckseite sinkt in der Folge weiter solange, bis er dem
Ausgangsdruck, d. h. dem Sekundärdruck, angeglichen ist.
Zudem können Änderungen des Systemdrucks auch durch Temperaturänderungen verursacht werden, bspw. wenn ein betriebswarmes Fahrzeug in kalter Umgebung abgestellt wird, oder ein kaltes Fahrzeug nur kurz in einer warmen Umgebung bewegt wird oder aber sich die Umgebungstemperatur ohne Fahrzeugbewegung um das Fahrzeug herum ändert.
Zwar kann der Sekundärdruck während der mehrminütigen Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems überwacht werden, und zwar in einer Phase, in der funktional kein Gasverbrauch mehr möglich ist. Sinkt während dieser Prozedur der Sekundärdruck zu stark ab, kann davon ausgegangen werden, dass ein Leck in einem Bauteil des Brennstoffzellensystems vorhanden ist. Jedoch erkennt dieser Mechanismus keine geringen Undichtheiten, die während der einige Minuten dauernden Abschaltprozedur noch keinen erkennbaren Druckabfall verursachen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schlägt mit einem unabhängigen Verfahrensanspruch ein
Verfahren zur Leckageüberwachung eines Brennstoffzellensystems vor, insbesondere mit dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen
Verfahrensanspruchs. Zudem schlägt die Erfindung gemäß einem unabhängigen Vorrichtungsanspruch eine Vorrichtung zur Überwachung eines
Brennstoffzellensystems vor, welches eine Kontrollvorrichtung aufweist, in der das erfindungsgemäße Verfahren gespeichert ist und vorteilhaft auf der
Kontrollvorrichtung ausführbar ist. Schließlich schlägt die Erfindung mit einem weiteren nebengeordnetem Anspruch ein Brennstoffzellensystem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vor.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Verfahrensansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der
Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird, bzw. werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Leckageüberwachung eines
Brennstoffzellensystems sieht erfindungswesentlich vor, dass die
Leckageüberwachung (insbesondere ausschließlich) vor oder bei einer
Außerbetriebnahme des Brennstoffzellensystems Messwerte M erfasst und (insbesondere ausschließlich) bei oder nach einer Wiederinbetriebnahme des
Brennstoffzellensystems Messwerte N erfasst und die Messwerte M und N miteinander vergleicht. Eine Leckageüberwachung während der Abstellphase ist damit nicht erforderlich, in der auch keine Energie von einem Energieerzeuger (z. B. Brennstoffzellensystem, Verbrennungsmotor oder dergleichen), der zum Brennstoffzellensystem gehört oder davon betrieben wird, vorhanden ist. Als
Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung soll dabei bspw. ein Brennstoffzellensystem, ein Tanksystem und/oder ein Verbrennungsmotor verstanden werden, wobei insbesondere zumindest ein Druckregler zur
Regulierung des Brennstoffs zum Einsatz kommt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dahingehend vorteilhaft, dass eine
Leckage, bspw. eine Druckregler-Undichtheit, auch bzw. gerade bei
abgeschaltetem System - ohne jeglichen Energieverbrauch - erkannt wird bzw. betreibbar ist, nämlich in der Abstellphase nach der Außerbetriebnahme des Brennstoffzellensystems bis zur Wiederinbetriebnahme des
Brennstoffzellensystems. Dabei kann vorteilhaft ein nur durch Temperatureffekte ohne eine Druckregler-Leckage bzw. Undichtheit eine Druckentlastungsventil- Auslösung bei abgeschaltetem System, d. h. in der Phase nach der
Außerbetriebnahme bis zur Wiederinbetriebnahme des Brennstoffzellensystems, erkannt werden. Zudem lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft eine geringe Systemundichtheit auf den Mitteldruck- oder
Hochdruckbereich, d. h. auf das Mitteldruck- oder Hochdrucksystem des
Brennstoffzellensystems, verifizieren. Um für die Abstellphase, die zwischen der Außerbetriebnahme des Brennstoffzellensystems und der anschließenden Wiederinbetriebnahme des Brennstoffzellensystems liegt, die
Leckageüberwachung durchführen bzw. überbrücken zu können, wird vorteilhaft vor Außerbetriebnahme des Brennstoffzellensystems eine Temperatur- und Druckmessung im Brennstoffzellensystem durchgeführt, wobei die sich dabei ergebenden Messwerte für Druck und Temperatur als Messwerte M gelten.
Dabei misst vorteilhaft ein Ausgangsdrucksensor auf der Druckregler-
Ausgangsdruckseite den Ausgangsdruck MP1 und ein Eingangsdrucksensor misst auf der Druckregler- Eingangsseite den Eingangsdruck HPl (Messwerte M). Ergänzend misst vorteilhaft ein Temperatursensor die Systemtemperatur Tl (Messwerte M) oder iT2 (Messwerte M) im Brennstoffzellensystem, wobei der Temperatursensor bspw. in einem kombinierten Gehäuse zusammen mit dem
Ausgangsdrucksensor angeordnet sein kann.
Vorzugsweise werden die bei der Temperatur- und Druckmessung des
Brennstoffzellensystems gemessenen Messwerte Tl, MP1 und HPl vorteilhaft von einer Kontrollvorrichtung erfasst und auf eine Standardtemperatur nTl, die bspw. 20°C ist, normiert und als normierte Werte nMPl und nHPl in einem nicht flüchtigen Speicher der Kontrollvorrichtung gespeichert. Die Normierung der gemessenen Druckwerte MP1 und HPl auf die gemäß der Standardtemperatur nTl normierten Werte nMPl und nHPl führt dabei vorteilhaft zu einer starken Verbesserung der Erkennungsgenauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dadurch wird eine durch
Temperatureffekte (z.B. durch Abkühlung des Systems) hervorgerufene
Ungenauigkeit vermieden, die zu Druckänderungen im zweistelligen
Prozentbereich beitragen kann.
Als vorteilhaft sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass nach
Außerbetriebnahme des Brennstoffzellensystems bei anschließender
Wiederinbetriebnahme des Brennstoffzellensystems die Temperatur- und
Druckmessung des Brennstoffzellensystems wiederholt werden, gemeint ist, wenn wieder ein Energieverbrauch möglich ist, da vorzugsweise ein
Energieerzeuger des Systems wieder Energie liefert. Das bedeutet, dass nach Wiedereinschalten des Brennstoffzellensystems die beim Wiedereinschalten bzw. bei Wiederinbetriebnahme des Brennstoffzellensystems herrschenden Drücke und Temperaturen erfasst werden. Dabei werden in vorteilhafter Weise die bei anschließender Wiederinbetriebnahme des Brennstoffzellensystems
gemessenen Temperatur- und Druckmesswerte T2, MP2 und HP2 (auch als Messwerte N bezeichnet) auf eine von der Standardtemperatur nTl
abweichende Ist-Temperatur iT2 des Brennstoffzellensystems auf ΪΜΡ2 und ΪΗΡ2 normiert. Das bedeutet, dass die bei Wiederinbetriebnahme erfassten Druck- und Temperaturwerte T2, MP2 und HP2 ebenfalls temperaturkorrigiert werden, nämlich vorteilhaft, um Ungenauigkeiten, der bei Wiederinbetriebnahme des Brennstoffzellensystems gemessenen Druckwerte MP2 und HP2 zu vermeiden. Die Ist-Temperatur iT2 ist dabei so zu verstehen, dass die tatsächliche bei Wiederinbetriebnahme des Systems herrschende Temperatur erfasst wird. Sind bspw. die normierten Werte nMPl und nHPl auf eine Standardtemperatur nTl von 20°C korrigiert, kann bei einer Wiederinbetriebnahme des
Brennstoffzellensystems bei einer Temperatur von bspw. 5°C eine
Messungenauigkeit aufgrund einer durch Temperatureffekte hervorgerufenen Druckänderung vermieden werden, wobei bei dem gewählten Beispiel die Standardtemperatur nTl von der Ist-Temperatur iT2 um 15°C abweicht.
Demnach führt die Normierung der Druckmesswerte MP2 und HP2 abweichend von der Standardtemperatur nTl auf die Ist-Temperatur iT2 ebenfalls vorteilhaft zu einer Verbesserung der Erkennungsgenauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Vorteilhaft werden die von der Standardtemperatur nTl auf die abweichende Ist- Temperatur iT2 des Brennstoffzellensystems normierten Messwerte ΪΜΡ2 und ΪΗΡ2 mit den gespeicherten Messwerten nMPl und nHPl vorzugsweise mittels der Kontrollvorrichtung miteinander verglichen. Vorteilhaft wird durch den Vergleich der temperaturkorrigierten Messwerte nMPl und nHPl mit den beim Wiedereinschalten des Systems gemessenen und auf die Ist-Temperatur iT2 normierten Messwerte ΪΜΡ2 und ΪΗΡ2 beispielsweise ein Fluidverlust aus dem Brennstoffzellensystem erkannt. Sind dabei bspw. die Mitteldruck- und
Hochdruckseite des Brennstoffzellensystems technisch dicht, kommt es über eine typische Abstellphase hinweg (z. B. über Nacht) zu keinem erkennbaren Druckabfall, was aufgrund des Abgleichs der Messwerte nMPl und nHPl mit den Messwerten ΪΜΡ2 und ΪΗΡ2 bestätigt werden kann.
Liegt jedoch bei dem Abgleich der Messwerte nMPl und nHPl mit den
Messwerten ΪΜΡ2 und ΪΗΡ2 ein daraus ermittelter Wert oberhalb einer
parametrierbaren minimalen Schranke, kann nach der Abstellphase des Systems bei anschließender Wiederinbetriebnahme des Systems auf einen Gasverlust zurückgeführt werden. Dabei kann vorteilhaft die minimal erkannte Leckrate über einen Kalibrierparameter festgelegt werden.
Um eine Spezifizierung der Leckage, die die Leckrate verursacht, zu erreichen, erfolgt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft eine Sensierung des Eingangsdrucks HP1 und HP2 auf einer Bauteil-Eingangsdruckseite und eine Sensierung des Ausgangsdrucks MP1 und MP2 auf einer Bauteil- Ausgangsdruckseite, worüber vorteilhaft eine Lokalisierung des Fluidverlusts aus dem Brennstoffzellensystem auf die Bauteil-Eingangsdruckseite und/oder die Bauteil-Ausgangsdruckseite spezifiziert werden kann. Durch Sensierung des Eingangsdrucks HP1 und HP2 auf der Bauteil-Eingangsdruckseite und durch Sensierung des Ausgangsdrucks MP1 und MP2 auf der Bauteil- Ausgangsdruckseite, kann der Fluidverlust aus dem Brennstoffzellensystem auf die M ittel druckseite (Bauteil-Eingangsdruckseite) oder die Hochdruckseite (Bauteil-Ausgangsdruckseite) des Brennstoffzellensystems lokalisiert werden.
Vorteilhaft lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem Absinken des temperaturkorrigierten Eingangsdrucks HP2, nämlich durch Abgleich des auf die Standardtemperatur nTl normierten Eingangsdruck nHPl mit dem auf die Ist- Temperatur iT2 normierten Eingangsdruck ΪΗΡ2 über eine kalibrierbare Schranke hinaus, folgendes erkennen: a) Ist der aktuelle und normierte Eingangsdruck ΪΗΡ2 im Vergleich zu dem gespeicherten Eingangsdruck nHPl wesentlich niedriger als eine untere Druckentlastungsventil-Hystereseschwelle (bei der ein ausgelöstes
Druckentlastungsventil wieder schließt), so ist der Gasverlust auf eine Undichtheit nach außen zurückzuführen.„Wesentlich" bedeutet: Der Druckunterschied ist nicht durch Abkühlung zu erklären.
Beispiel: Die Systemtemperatur liegt unter allen Umgebungsbedingungen sicher zwischen -20°c und +50°C. Auslösung Druckentlastungsventil bei 15 bar, Wiederverschließen bei 13.5 bar, bei 323 K. Abkühlung auf 253 K bewirkt Druckabfall auf ca. 10.5 bar. ~ Ein Druck < ca. 10 bar kann nicht (nur) durch ein ausgelöstes Druckentlastungsventil verursacht sein.
b) Sind der aktuelle und normierte Eingangsdruck ΪΗ Ρ2 und der aktuelle und normierte Ausgangsdruck ΪΜΡ2 im Vergleich zu dem gespeicherten Eingangsdruck nHPl und zu dem gespeicherten Ausgangsdruck nMP2 gleich der unteren Druckentlastungsventil-Hystereseschwelle (bzw. in dem Bereich, der durch Temperatureffekte daher rühren kann), so ist der
Gasverlust wahrscheinlich auf ein ausgelöstes Druckentlastungsventil zurückzuführen, und damit auf eine Druckregler- oder Druckminderer Undichtheit. In diesem Fall kann die Druckmessung fortgesetzt werden, wenn die Ortung der Fehlerquelle sicherer sein soll. Fällt der Druck dann im weiteren Verlauf nicht weiter ab, so ist der Gasverlust sicher auf eine
Druckregler- oder Druckminderer-Undichtheit zurückzuführen.
c) Ist der aktuelle und normierte Eingangsdruck ΪΗΡ2 nicht mehr gleich hoch wie zum Abstellzeitpunkt HP1, temperaturkorrigiert auf nHPl, aber noch weit höher als der Ausgangsdruck ΪΜΡ2, so hat es einen definierten Gasverlust gegeben. Dieser Gasverlust ist möglicherweise auf einen
Druckanstieg im Mitteldruckteil (Mitteldrucksystem) wegen Temperaturanstieg, und dadurch verursachtes Druckentlastungsventilauslösen, zurückzuführen. In diesem Fall kann die Druckmessung HP2 und MP2 fortgesetzt werden, wenn die Ortung der Fehlerquelle sicherer sein soll. Fällt der Druck dann im weiteren Verlauf nicht weiter ab, so ist der
Gasverlust sicher auf den Temperatureffekt zurückzuführen.
Die vorliegende Erfindung schlägt ebenfalls eine Vorrichtung zur Überwachung eines Brennstoffzellensystems, insbesondere zur Leckageüberwachung vor oder bei Außerbetriebnahme des Brennstoffzellensystems bei oder nach
anschließender Wiederinbetriebnahme des Brennstoffzellensystems vor, wobei die Vorrichtung eine Kontrollvorrichtung aufweist, in der das erfindungsgemäße Verfahren gespeichert ist. Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren zudem auf der Kontrollvorrichtung ausgeführt.
Zudem schlägt die vorliegende Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vor und mit
- einem Druckregler mit einer Druckregler-Eingangsdruckseite und einer Druckregler-Ausgangsdruckseite, wobei ein Fluid mit einem
Eingangsdruck HP1 oder HP2 über die Druckregler- Eingangsdruckseite
in den Druckregler einleitbar ist und nach dem Durchfluss durch den Druckregler über die Druckregler-Ausgangsdruckseite mit einem
Ausgangsdruck MP1 oder MP2 aus dem Druckregler ausleitbar ist,
- wenigstens einem auf der Druckregler-Ausgangsdruckseite
angeordneten Druckentlastungsventil,
- einem Eingangsdrucksensor, mit dem der Eingangsdruck HP1 und HP2 auf der Druckregler-Eingangsdruckseite sensierbar ist,
- einem Ausgangsdrucksensor, mit dem der Ausgangsdruck MP1 und MP2 auf der Druckregler-Ausgangsdruckseite sensierbar ist, und
- wenigstens einem Temperatursensor, mit dem die Temperatur Tl und iT2 im Brennstoffzellensystem messbar ist.
Um hier Wiederholungen bezüglich weiterer Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems zu vermeiden, wird auf die Beschreibung der vorteilhaften Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen und es wird vollumfänglich auf diese zurückgegriffen.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnehmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte können sowohl für sich als auch in verschiedensten
Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Erkennung eines undichten
Systems mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und ein Diagramm mit Erkennung eines undichten Druckreg gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben
Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 in einem Brennstoffzellensystem 200, das vorliegend ein Brennstoffzellensystem 100 eines Brennstoffzellensystems 300 ist. Die Vorrichtung 100 dient zur Überwachung eines Druckreglers 2. Der Druckregler 2 ist über eine Druckregler- Eingangsdruckseite 3 mit einem
Hochdrucksystem 4 des Brennstoffzellensystems 300 fluidtechnisch verbunden. Über eine Druckregler-Ausgangsdruckseite 5 ist der Druckregler 2 fluidtechnisch mit einem Mitteldrucksystem 6 des Brennstoffzellensystems 300 verbunden, dass in einen Brennstoffzellen-Stack 7 des Brennstoffzellensystems 300. Der Druckregler 2 dient dazu, um das mit einem Druck von 350 bis 700 bar aus dem
Hochdrucksystem 4 geleitete Prozessgas, Prozessfluid bzw. Brenngas, bspw. Wasserstoff, auf das Druckniveau für den Stackeingangsdruck zu reduzieren, wobei das Druckniveau im Mitteldrucksystem 6 vorteilhaft bei ca. 9 bis 13 bar liegt. Über das Mitteldrucksystem 6 wird demnach das Prozessgas mit einem Druck von ca. 9 bis 13 bar in den Brennstoffzellen-Stack 7 des
Brennstoffzellensystems 300 geführt. Dem Hochdrucksystem 4 vor der
Druckregler- Eingangsdruckseite 3 ist ein Eingangsdrucksensor 8 angeordnet, der den Eingangsdruck HP1 und HP2 auf der Eingangsdruckseite 3 des
Druckreglers 2 misst. Auf der Druckregler-Ausgangsdruckseite 5 im
Mitteldrucksystem 6 ist ebenfalls ein Drucksensor, nämlich ein
Ausgangsdrucksensor 9 angeordnet, der den Ausgangsdruck MP1 und MP2 des Prozessgases bzw. des Prozessfluids misst, der durch den Druckregler 2 von dem Druckniveau des Hochdrucksystems 4 auf das Druckniveau des
Mitteldrucksystems 6 herunter reguliert ist. Zudem ist in einem den
Ausgangsdrucksensor 9 umgebenden Gehäuse 30 ein Temperatursensor 10 angeordnet, der zur Temperaturmessung der Temperatur Tl, T2 und iT2 des Brennstoffzellensystems dient. Sowohl der Eingangsdrucksensor 8 als auch der Ausgangsdrucksensor 9, wie auch der Temperatursensor 10 sind elektrisch und/oder elektronisch mit einer Kontrollvorrichtung 20 verbunden. Die
Kontrollvorrichtung 20 umfasst einen Speicher 25 auf dem die von dem
Eingangsdrucksensor 8, dem Ausgangsdrucksensor 9 und dem gemessenen Werte HP1 und MP1, die auf einer in dem Speicher hinterlegten
Standardtemperatur nTl auf die Werte nHPl und nMPl normiert wurden, gespeichert sind. Zudem sind vorteilhaft in dem Speicher 25 Kalibrierparameter für minimale Schranken bzw. Toleranzschwellen und das erfindungsgemäße
Verfahren 1 hinterlegt, was dazu dient, um den über den Abgleich der bei der Außerbetriebnahme ermittelten Temperatur und Druckwerte Tl, HP1 und MP1 mit den bei der anschließenden Wiederinbetriebnahme ermittelten Temperatur- und Druckwerten ermittelten Werten T2, iT2, HP2 und MP2 einem
Funktionszustand des Druckreglers 2 oder des Brennstoffzellensystems 100 zuzuordnen, d. h. beispielsweise um eine Leckage im Brennstoffzellensystem 100, wie beispielsweise im Druckregler 2 zu erkennen. Zudem ist vorteilhaft auf dem Speicher 25 Werte eine obere Druckentlastungsventil-Hystereseschwelle 400 und eine untere Druckentlastungsventil-Hystereseschwelle 500 für ein im Mitteldrucksystem 6 angeordnetes Druckentlastungsventil 11 gespeichert. Ist bspw. der auf die Ist-Temperatur iT2 temperaturkorrigierte Eingangsdruck ΪΗΡ2 gegenüber dem auf dem Speicher 25 hinterlegten bzw. abgespeicherten und auf die Standardtemperatur nTl normierten bzw. temperaturkorrigierten
Eingangsdruck nHPl abgesunken, nämlich über die kalibrierbare Schranke hinaus, kann über die Kontrollvorrichtung 20 ein Gasverlust aus dem
Brennstoffzellensystem 200 erkannt bzw. gemeldet werden.
Figur 2 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Erkennung eines undichten Brennstoffzellensystems 200 anhand eines temperaturkorrigierten
Eingangsdruck ΪΗΡ2, der gegenüber dem gespeicherten Eingangsdruck nHPl über die kalibrierbare Schranke hinaus abgesunken ist. Ist dies der Fall, erkennt die Kontrollvorrichtung 20 einen Gasverlust aus dem
Brennstoffzellensystem 200. In dem Diagramm ist auf der X-Achse die Zeit t und auf der Y-Achse der Druck P eingezeichnet. Wie zu erkennen ist, ist der aktuelle Eingangsdruck ΪΗΡ2 wesentlich niedriger als die untere Druckentlastungsventil-
Hystereseschwelle 500, bei der das ausgelöste Druckentlastungsventil 11 wieder schließt. Dabei erkennt das erfindungsgemäße Verfahren 1 mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Gasverlust, der auf eine Undichtheit des Brennstoffzellensystems 200 nach außen zurückzuführen ist. Mit 500 ist die obere Druckentlastungsventil-Hystereseschwelle auf der Y-Achse markiert. Ein
wesentlich niedrigerer aktueller Eingangsdruck ΪΗΡ2 bedeutet, dass der
Druckunterschied zwischen dem auf dem Speicher 25 der Kontrollvorrichtung 20 gespeicherten Wert für den Eingangsdruck nHPl, der bei Außerbetriebnahme des Brennstoffzellensystems 200 gemessen und auch die Standardtemperatur nTl normiert wurde, nicht durch Abkühlung des Brennstoffzellensystems 200 zu erklären ist. Liegt bspw. die Temperatur iT2 zwischen -20°C und +50°C würde bei einer angenommenen oberen Druckentlastungsventil-Hystereseschwelle 500 bei 15 bar das Druckentlastungsventil 11 auslösen und bei einer unteren
Druckentlastungs-Hystereseschwelle 400 bei 13,5 bar bei 323 K wieder schließen. Eine Abkühlung des Brennstoffzellensystems 200 auf eine Ist- Temperatur iT2 von 253 K würde einen Druckabfall auf ca. 10,5 bar bewirken. Demnach kann der aktuelle Eingangsdruck ΪΗΡ2, der unter 10 bar liegt, nicht nur durch das ausgelöste Druckentlastungsventil 11 verursacht sein. Insofern ist auf ein undichtes Brennstoffzellensystem 200 nach außen zu schließen.
Figur 3 zeigt die Erkennung eines undichten Druckreglers 2 bei einem
abgesunkenen aktuellen Eingangsdruck ΪΗΡ2 und einem abgesunkenen aktuellen Ausgangsdruck ΪΝΡ2, die beide gleich der unteren
Druckentlastungsventil-Hystereseschwelle 400 für das Druckentlastungsventil 11 liegen. Dabei ist ein Gasverlust aus dem Brennstoffzellensystem 200
wahrscheinlich auf ein ausgelöstes Druckentlastungsventil 11 zurückzuführen, und damit auf eine Undichtheit bzw. Leckage des Druckreglers 11. Um die Undichtheit des Druckreglers 2 auszugleichen, nämlich um das Druckniveau im Mitteldrucksystem 6 einzustellen, öffnet und schließt das
Druckentlastungsventil 11 bis das Druckniveau im Mitteldrucksystem 6 eingestellt ist, oder aber die Leckage des Druckreglers 2 endet. Um in diesem Fall die Ortung der Fehlerquelle genau auf den Druckregler 2 zu verifizieren, wird vorteilhaft die Druckmessung über den Eingangsdrucksensor 8 und den
Ausgangsdrucksensor 9 fortgesetzt. Fällt der Eingangsdruck HP2 und der Ausgangsdruck MP2 im weiteren Verlauf der Messung nicht weiter ab, so ist der Gasverlust sicher auf eine Druckregler-Undichtheit zurückzuführen.