用于检查燃料电池系统的气体密封性的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于检查燃料电池系统（2）的密封性的方法，该燃料电池系统具有燃料电池（4）和至少一个用于储存氢气的容器（6、8、10），其中，所述至少一个容器（6、8、10）通过管路（26）与燃料电池（4）相连，沿着该管路设置有至少一个压力传感器（36），其中，为了实施所述方法，利用所述至少一个压力传感器（36）测量在管路（26）中的流向燃料电池（4）的氢气压力并通过量-压力关系计算流向燃料电池（4）的氢气量，该量-压力关系描述氢气的压力和量的相互关联，其中，测量由燃料电池（4）产生的电流并通过量-电流关系计算由燃料电池（4）转换为电能的氢气量，该量-电流关系描述由燃料电池（4）所产生的电流和燃烧的氢气量的相互关联，其中，将计算出的氢气量相互比较。
【专利说明】用于检查燃料电池系统的气体密封性的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于检查燃料电池系统的密封性的方法。此外本发明还涉及一种用于检查燃料电池系统的密封性的设备。
【背景技术】
[0002]由氢气(H2)所驱动的燃料电池系统除燃料电池外还具有一个或多个氢气储存器。这种类型的氢气储存器可以例如在机动车中使用时设计为气缸，其中在约700bar的升高的压力下储存氢气。只要在机动车中设有多个这种类型的氢气储存器，那么就可以相应设计机动车的续驶里程。
[0003]因为气态的氢气没有味道并且即使在较小的点火能量下也会在广泛的点火区域中与空气中的氧气发生放热反应，所以为了探测溢出的氢气，可以为燃料电池系统安装氢气传感器。除由于使用这种氢气传感器所引起的成本外，这种类型的氢气传感器还具有极大的错误率。此外氢气传感器老化较快并且一般还对水蒸气敏感。利用氢气传感器只能监测燃料电池系统的那种分配有氢气传感器的区域，其中还始终要考虑到的是，仍存在未进行任何监测的其它区域。
[0004]公开文本DE102006025125A1描述了一种用于探测燃料电池系统中不密封的部位的方法，该燃料电池系统具有氢气储存罐、供给管路中的主止回阀和辅止回阀。主止回阀在切断时关闭，在此使燃料电池暂时处于运行状态。此外对阀之间的供给管路中的压力进行测量。如果所测量的压力达到预先规定的切断压力，那么就关闭辅止回阀。在下一系统类型中，在打开止回阀之前测量压力，将所测量的压力与所储存的压力相比较。如果当前压力测量值小于所储存的压力的测量值，那么这就提示:在止回阀之间的供给管路具有不密封的部位。如果所测量的压力高于所储存的压力，那么这就提示:主阀具有不密封的部位。
[0005]公开文本DE112005001818T5公开了一种用于燃料电池系统的漏气检测装置。该燃料电池系统在此具有燃料电池、燃料气体供给源、燃料气体供给通道、用于从燃料电池释放燃料气体的释放通道和设置在释放通道中的用于调整燃料电池所释放的燃料气体量的排空阀。漏气检测装置具有设置在供给通道中的用于检测燃料气体供给量的供给量检测器，其中所述供给通道具有设置在供给量检测器下游的第一通道，其中燃料电池具有由燃料气体流动通过的第二通道。所述释放通道具有设置在排空阀上游的第三通道。此外，所述漏气检测装置具有用于计算燃料电池所消耗的燃料气体量的消耗量计算设备、用于在包括所述三个通道在内的漏气检测通道中检测燃料气体压力的压力检测器、用于确定压力变化和计算由于燃料气体压力变化导致的漏气检测通道中燃料气体量变化的变化量计算设备和用于计算检测到的所供给的燃料气体量与所消耗的燃料气体总量之间的差值以及漏气检测通道中燃料气体量变化的差值计算设备。
[0006]公开文本DE102007060712A1公开了一种用于探测燃料电池阳极子系统中的部件故障的诊断方法。其中对通过喷射器的燃料流进行估计并与基于系统参数的模型相比较。使用基于观测者的模型来确定供给氢气与消耗氢气之间差的余值，其中将余值与限值范围相比较。
【发明内容】
[0007]在此背景下值得追求的是:在不降低燃料电池系统安全性的条件下，从燃料电池系统中去除氢气传感器。
[0008]本发明涉及一种用于检查燃料电池系统的密封性的方法，该燃料电池系统具有燃料电池和至少一个用于储存氢气的容器。所述至少一个容器通过管路与燃料电池相连，沿着管路设置有至少一个压力传感器。为了实施所述方法，利用所述至少一个压力传感器测量在管路中的流向燃料电池的阳极的氢气压力并通过量-压力关系计算燃料电池之前的氢气量或流向燃料电池的气态氢气量。此外还测量由燃料电池产生的和/或流过燃料电池的电流，并由此通过量-电流关系计算由燃料电池转换为电能的和/或燃烧的氢气量。将由此计算出的氢气量相互比较。由此将通常为粒子数的、流向燃料电池的氢气量与通常为粒子数的、由燃料电池燃烧的氢气量相比较。
[0009]在此规定，所述量-压力关系或比例描述流动的氢气的压力与量的通常数理上的和/或函数上的相互关联。所述量-电流关系或量-电流比例表述燃料电池所产生的电流与燃料电池中通过燃烧转换为电能的氢气量的通常是数理的和/或函数的相互关联。
[0010]氢气通常在燃料电池中通过产生电流燃烧，这可以这样解释，使在燃料电池中彼此反应的氢气以及还有气态氧气转换为电能，因为在氢气与气态氧气的反应中产生了电能并由此产生了电流。
[0011]还可以将用于理想气体的方程或用于氢气的维里方程作为量-压力关系使用。但是也可以将特性曲线用于量-压力关系，其中这种类型的特性曲线描述燃料电池系统的用于理想气体的方程或用于氢气的维里方程。该特性曲线可以至少逐点地测量和/或计算。
[0012]还可以将法拉第定律方程和/或特性曲线用于量-电流关系。在此该特性曲线也可以描述法拉第定律并且适应于密封性待检查的燃料电池系统。该特性曲线也可以至少逐点地测量和/或计算。
[0013]利用所使用的关系或比例，也就是利用描述气态氢气量与压力或电流相关性的量-压力关系和量-电流关系，可以以两种不同方式确定氢气量并进而确定氢气粒子数以及质量。
[0014]作为可能的量-压力关系，理想气体的方程符合:
[0015]p*V=m*R*T。
[0016]在此，P是管路中氢气压力，V是气体所占体积，R是气体常数，其中通用的气体常数Rn=8，314462JmoF1IT1或可以为氢气使用专门的气体常数Rs。在求解理想气体的方程后得出和压力相关的量:m= (p*V) / (R*T)。
[0017]另选地或附加地，还可以使用氢气的维里方程来表示量-压力关系，其中通常可以涉及到的是通用气体方程的级数展开并进而例如还涉及到的是用于理想气体的方程的级数展开。这种类型的维里方程例如在Eric W.Lemmon等所著的“燃料消耗应用的氢气密度的标准化方程式” 一文中描述为:
[0018]m = M[ P E( P E, TE)-p A( P A, TA) ]V
[0019]= MV/R [pE (TEk (pE, TE)) _1-pA (TAk (pA) TA) -1] o[0020]在此，M是克分子质量，P是与温度和压力相关的克分子密度，k是可压缩性的系数，该系数同样与压力和温度相关。在此，P E，Pe和Te是在观测的时间间隔末端测量的大小，P A，Pa和Ta是在该时间间隔起始测量的大小。在上述关于氢气量的维里方程中可压缩性的系数k示出与理想情况的偏差。
[0021]根据作为可能的量-电流方程的法拉第定律，从燃料电池中分离出的气体量适用于:
[0022]m=tB*I/ (z*F)。
[0023]在此，tB是观测时间，例如所谓的时间间隔长度，I是电流，z是氢气的原子价，F=96485, 3365C moF1是法拉第常数。
[0024]所有待使用的大小，也就是代表压力的P、代表体积的V、代表温度的T、代表可压缩性的系数k和代表克分子密度的P通常都在至少一个确定的时间点进行测量并假定为常数。在本方法的设计方案中，所述大小，也就是压力P (t)、体积V (t)、温度T (t),代表可压缩性的系数k (t)和代表克分子密度的P (t)都可以作为取决于时间的大小来获取和/或使用，由此可以考虑燃料电池系统中的动力。为此，至少两次测量所述大小，一般是在所述时间间隔起始时间点上和末端时间点上。也可以在时间间隔期间测量这些大小的时间曲线。
[0025]因此，一方面取决于压力确定氢气量，一方面取决于电流确定氢气量。对于氢气的至少一个对应关系，也就是如果对于量-压力关系和/或量-电流关系可以使用特性曲线，那么这种类型的特性曲线可以以上述方程为基础并且可以作为氢气量与压力和/或电流的分配关系储存在用于实施根据本发明的方法的控制器的储存器中。对于待实施所述方法的燃料电池系统，可以通过测量和/或计算单独确定至少一个这种类型的特性曲线，并在必要时伴随运行过程通过重复测量和/或计算对其进行调整。所述计算可以参照所述方程式之一进行。
[0026]如果所计算的流向燃料电池的氢气量比通过测量所确定的由燃料电池转换为电能的氢气量大，通常是大很多，那么就可认定是不密封的。如果两个量大小相同，那就证明燃料电池系统是密封的。
[0027]在所述方法中可以将所测量的压力和所测量的电流的多个和时间相关的值各自相加并用于计算待比较的量，这些值例如是在时间间隔上的多个时间点上产生的。在此可以通过作为时间间隔持续长度的观测时间或观察时间tB对电流I求积分，其中，可以计算出总共流过的电荷量Q并由此进一步计算出氢气量m。
[0028]在一种设计方案中，本方法被实施用于燃料电池系统，该燃料电池系统具有多个用于储存氢气的容器，其中，所有容器都通过一共同的管路与燃料电池相连。在用于所有容器的共同的管路上设置有至少一个压力传感器，利用所述至少一个压力传感器测量对计算流向燃料电池的氢气量所必需的压力。为了检查密封性，仅打开所述容器中的一个容器，而关闭所有其它容器。因而减少了待考虑的流动气体体积，由此可以提高待测量压力的准确性。
[0029]补充性地，还可以确定流向燃料电池阴极的空气和进而是氧气的量，并与至少一个所确定的氢气量相比较。空气的量是可以测量的。也可以测量空气的压力，并由此利用用于空气中氧气的量-压力关系、例如用于理想气体的方程或特性曲线来计算流向燃料电池的空气和/或氧气的量。将空气或氧气的量与通过压力确定的氢气量和/或通过电流确定的氢气量相比较。如果通过压力和/或综合特性曲线仅可以确定空气量，那么可以通过额外的综合特性曲线将氧气量确定为空气的与压力和/或温度相关的按百分比计算的组成部分。
[0030]此外，可以测量至少一个容器的温度，并通过焦耳-汤姆孙效应确定所述至少一个容器的氢气通过量。在此要考虑到阀各自关闭的其余容器中的氢气的温度曲线。可以将所述至少一个容器中的氢气温度与环境中的空气温度并进而与外界温度相比较。
[0031]此处所用的焦耳-汤姆孙效应描述的是当容器中的压力由于节流而变化时，气体、也就是氢气还有空气中的氧气的温度变化，在节流时气体体积变大，由此气体会膨胀并减小压力。在此所使用的焦耳-汤姆孙-系数μ π= Λ T/Λ P描述的是与压力相关的温度变化ΛΤ。由此在体积恒定时也可以计算氢气的量m，并且也可以将其作为量-压力关系使用。此外在体积V恒定时也可以确定与之相关的、所测量的压力变化Λρ并将其与来自焦耳-汤姆孙-系数μ π的压力变化Λ P相比较。
[0032]此外，可以将多个不使用的容器中的氢气温度相比较。如果在一个不使用的、关闭的容器中的氢气温度与另一个容器中的另一个所测量的温度、也就是氢气温度和/或容器外空气的温度有偏差，那么就表不在相关容器中存在泄露。
[0033]根据本发明的设备具有至少一个控制单元并设计用于检查燃料电池系统的密封性，该燃料电池系统具有燃料电池和至少一个用于储存氢气的容器，其中，所述至少一个容器通过管路与燃料电池相连，沿着该管路设置有至少一个压力传感器。至少一个压力传感器测量在管路中的流向燃料电池的氢气压力，其中，所述控制单元通过气体的量-压力关系，例如借助用于理想气体的方程、维里方程和/或用于描述量-压力关系的特性曲线来由所测量的压力计算燃料电池之前的氢气量。电流测量器测量由燃料电池所产生的电流，其中，所述控制单元通过量-电流关系，例如法拉第定律方程或通过特性曲线由所测量的电流计算由燃料电池转换为电能的氢气量。此外控制单元将所计算的量相互比较。
[0034]所述设备还可以具有至少一个压力传感器和/或电流测量器，并设计用于实施根据本发明的方法的至少一个步骤。作为可能的电流测量器实施方式，例如可以选择性地通过分流或并联电阻利用数字的电压测量来测量电流。
[0035]本发明的其它优点和设计方案由说明书和附图给出。
[0036]不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，上述特征和下面待述特征不仅在相应给出的组合中，还可以在其它组合中或者单独使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]下面借助附图中的实施例和附图示意性地详细示出和描述本发明。
[0038]图1以示意图形式示例性地示出了具有根据本发明的设备的实施方式的燃料电池系统，所述设备设计用于实施用于检查燃料电池系统的密封性的根据本发明的方法的实施方式。
【具体实施方式】
[0039]图1中示意性示出的燃料电池系统2具有一个燃料电池4以及多个在此设计为气缸的、用于储存气态氢或氢气的容器6、8、10，所述气态氢或氢气被设计用于在燃料电池4中转换为电能，其中氢气与氧气反应并产生电流。在此，这些容器6、8、10中的每个容器都分配有一个阀12、14、16，利用该阀来打开或关闭相应的容器6、8、10。此外，每个分配给容器6、8、10的阀12、14、16都与容器自有的管路18、20、22相连，其中这些容器自有的管路
18、20、22都在一个共同的连接部位24上汇入到所有容器6、8、10的共同的管路26中。这个共同的管路26又与燃料电池4相连，其中在此处示例所示的燃料电池系统2中，沿着共同的管路26设置有共同的、设计为调压阀的阀28。
[0040]此外，每个容器6、8、10都分配有一个用于确定各容器6、8、10中的氢气温度的容器自有的温度传感器30、32、34。沿着共同的管路26的在共同的连接部位24和共同的阀28之间的第一区段设置有用于测量在共同的管路26的第一区段中的气态氢压力的压力传感器36，该压力传感器设计为高压传感器。在用于所有容器6、8、10的共同的管路26的设置在共同的阀28和燃料电池4的阳极侧之间的第二区段中，在此设置有压力传感器38，该压力传感器设计为低压传感器，利用该压力传感器测量在共同的管路26的第二区段内部的气体压力。
[0041]图1还示出，燃料电池4在阳极侧利用回输管路40与共同的管路26的第二区段相连。沿着该回输管路40设置有输送单元42，该输送单元例如设计成泵，使得该回输管路40连同输送单元42形成了用于从燃料电池4流向共同的管路26的气态氢的回流回路(回收回路)。此外，燃料电池4在阳极侧与排气管路44相连，沿着该排气管路设置有排气阀46(放气阀)，借助该放气阀可以将来自燃料电池4的多余的气态氢排放到环境中。
[0042]此外，燃料电池4在阴极侧与空气管路48相连，沿着该空气管路设置有另一个输送单元，该输送单元例如设计为泵50，其中借助该输送单元50从环境中抽吸空气，通过空气管路48在阴极侧输送给燃料电池4。来自环境的空气的至少一个状态参量是借助配属于空气管路48的空气传感器52来测量的。
[0043]在燃料电池4运行时，来自容器6、8、10的气态氢与作为来自环境的空气的组成部分的氧气反应形成水，经由水管路54将水从燃料电池4输出。在氢气与氧气反应时产生的化学能在燃料电池4中被转换为电能。
[0044]在此产生的电流由电流测量器来测量，该电流测量器例如设计为安培计56，该电流测量器设置在与燃料电池4相连的转换电路58内部，该转换电路设计为平均电压网。此夕卜，该转换电路58还具有电压测量器60，该电压测量器与燃料电池4并联并且借助该电压测量器来测量在燃料电池4中的电压和/或电压级。此外，燃料电池4通过转换电路58与至少一个耗电器62 (EMS)相连。
[0045]根据本发明的设备70的、在图1中同样也示意性示出的实施方式具有控制单元72,它又具有至少一个控制器。在此规定，该控制单元72与所述燃料电池系统2的所有所介绍的部件相连。出于更好的视图效果的原因，在图1中未示出为此设置的、用于在控制单元72和燃料电池系统2部件之间进行信号交换的线路。
[0046]设计为，由燃料电池2的设计为传感器的部件，也就是由温度传感器30、32、34以及压力传感器36、38向控制单元72提供关于状态参量的信号，也就是气态氢的温度以及压力的信号。由设计为空气传感器52的传感器向控制单元72提供关于周围空气的至少一个状态参量的信号。由两个电传感器、也就是电流测量器56以及电压测量器60向控制单元72提供关于电运行参数的信号、也就是燃料电池4的电流和电压的信号。通过提供的传感信号，使控制单元72获得关于燃料电池系统2的运行状态的信息。
[0047]此外，控制单元72设计用于，监督燃料电池系统2的执行器的功能，由此对其进行控制和/或调节。为此要向控制单元72的这些执行器提供信号。在此，控制单元72向执行器提供信号，该执行器设计成阀12、14、16、28、46。所以通常要通过由控制单元72所提供的电流通电来使所述的阀12、14、16、28、46保持打开和/或关闭。气态氢可以经由打开的阀12、14、16、28、46流过。如果控制单元72未给这些阀12、14、16、28、46通电，那么这些阀将会仍然关闭或者被关闭。此外，由控制单元72激活燃料电池系统2的执行器，该执行器设计为输送单元42、50，从而对由这些输送单元42、50输送的流体、也就是气态氢和/或空气的量进行监控。
[0048]借助控制单元72可以监控燃料电池系统2的常规运行。除此之外，控制单元72设计用于监控和从而实施根据本发明的方法的至少一个步骤。所述的控制单元72可以具有至少一个控制单元并进而在必要时还具有多个控制单元，但这些控制单元彼此相连并在必要时由上级的控制单元监控。
[0049]根据定义，燃料电池2的至少一个部件可以利用根据本发明的方法的至少一个步骤来运行，也可以设计为根据本发明的设备70的部件。这涉及的是传感器以及燃料电池系统的执行器。据此可以将至少一个传感器，即温度传感器30、32、34、压力传感器36和/或电传感器、即电流测量器56和/或电压测量器60设计为根据本发明的设备70的各个部件。此外可以将至少一个执行器，即至少一个阀12、14、16、28、46和/或至少一个输送单元42、50设计为根据本发明的设备70的可能的部件。
[0050]从至少一个容器6、8、10经由容器自有的管路18、20、22流入到共同的管路26的第一区段中并具有例如700bar的升高的压力的气态氢从称作供给压力的高压通过共同的阀28减压到较低的压力一其中氢气在共同的管路26的第一区段中的压力能够通过压力传感器36准确确定，该压力传感器设计为高压传感器一从而使得气态氢在和燃料电池4在阳极侧相连的共同的管路26的第二区段中具有适合在燃料电池4中进行反应的较低压力。在共同的管路26的第二区段中的这个较低的压力一般为2至lObar，并可以通过图1中所示的、设计为低压传感器的压力传感器38确定或者另选地通过未进一步示出的压差传感器来确定。
[0051]较低压力下的气态氢被在阳极侧输送给燃料电池4，并通常以氢气-过剩的状态通过燃料电池。在燃料电池4阳极侧未使用的和/或过剩的氢气可以通过回输管路40和/或排气管路44定期排放和/或按需求少量排放。
[0052]通过空气传感器52确定在阴极侧由输送单兀50从环境中抽吸的空气的量、温度和/或压力。此外，利用输送单元50压缩空气。来自于空气的氧气在燃料电池4中与气态氢反应，其中产生电流，由电流测量器56对该电流进行测量并由至少一个也可以称作主耗电器的耗电器62消耗。所述至少一个耗电器62，并且进而还有多个耗电器62在转换电路58中一该转换电路设计为平均电压网一还传感地确定电量大小，即电压U和电流I，并且将关于此的信号通过未示出的线路传输给控制单元72，该线路可设计为作为CAN (控制器局域网)的网络的一部分。
[0053]为了向燃料电池4供给储存在多个容器6、8、10中的氢气，在所述的实施例中各只打开阀12、14、16中的一个。在这一个阀12、14、16打开时，那么就仍关闭或关闭所有其它的阀12、14、16。当由至少一个共同的气体传感器、例如压力传感器36所测量的在共同的管路26中的氢气的至少一个状态参量与理论值偏离了一公差值时，再次关闭所打开的阀12、
14、16。另选的或附加于此的是，当由容器自有的温度传感器30、32、34所测量的温度作为在相应的容器6、8、10中的气态氢状态参量与理论值偏离了一公差值时，同样再次关闭所打开的阀12、14、16。
[0054]该操作模式也可以在燃料电池系统长时间运行时和/或在检查燃料电池系统2的密封性时实施。此外,可以为容器6、8、10定义一个顺序，在此根据该顺序按需求相继打开配属于容器6、8、10的阀12、14、16。可以视情况调整和/或固定规定所述至少一个状态参量的理论值，即所测量的管路26中的容器自有的温度和/或压力的理论值。同样可以视情况调整和/或固定规定所述至少一个状态参量的公差值。
[0055]至少一个状态参量可以是共同的管路26中测量的气态氢的压力、量和/或温度。
[0056]通过该措施可以依次轮流地仅使一个容器自有的阀12、14、16通电并进而打开。因为这样每次总是仅打开一个容器6、8、10并且因此仅从容器6、8、10中的一个中以较小体积排空氢气，所以压力传感器36—该压力传感器设计为高压传感器一所测量的压力相比所有阀12、14、16同时打开并排空较大体积时下降速度更快。由此可以由设计为高压传感器的压力传感器36在共同的管路26中更准确地确定压力。所以还可以更准确地确定燃料电池4的氢气消耗。
[0057]为了确定燃料电池4的氢气消耗，通过描述氢气的量和其压力之间数理的和/或热力学的相互关联的量-压力关系来确定氢气量。如果在此使用用于理想气体的方程，那么在压力和温度已知时确定氢气的量。还可以通过使用氢气维里方程和/或用于量-压力关系的特性曲线来确定氢气的量。
[0058]此外，通过电流等效性同样可以确定燃烧掉的和进而转换为电能的氢气的量，电流等效性由量-电流关系、例如综合特性曲线和/或法拉第定律m=I/F来描述，其中I是通常由电流测量器56所测量的电流，F是法拉第常数F=96485，3365C/moL.[0059]通过比较由至少一个压力传感器36在共同管路26中测量的压力确定的消耗和由电流等效性，例如通过法拉第定律所确定的消耗，可以得出燃料电池系统2是否不密封或有泄漏的结论。
[0060]在本发明的设计方案中可以通过在时间上累计压力和电流的状态参量来确定所消耗的量。另选的或附加于此的是，还可以使用该状态参量的经平滑处理的测量信号，这涉及至少一个压力传感器36和/或电流测量器56的测量信号，与测量信号的平滑处理相联系。在同时打开所有阀12、14、16时并由此导致氢气体积扩大时，由此在共同的管路26中的第一区段中的压力、例如高压仅非常缓慢改变时，不能得到这种类型的关于所消耗的量的结论。
[0061]在另一种设计方案中要考虑到:与压力相关的氢气量和与电流相关的氢气量的偏差不仅可由不密封性导致，还可由所使用的传感器的漂移导致。因此还可以进行对测量信号的内部对比和/或确认，由此提供关于传感器和/或测量传感器的故障的提示。
[0062]因此可以根据时间额外确定焦耳-汤姆孙效应所描述的、由温度传感器30、32、24所测量的工作的并进而打开的容器6、8、10的温度下降。在此从一个容器6、8、10中获取比多个同时打开的容器6、8、10在同一时间所获取的氢气量更少的氢气量，因为焦耳-汤姆孙效应与通过量有关并且在只打开一个容器6、8、10时可以更准确地确定。相比打开多个容器时，可以在只打开一个容器6、8、10时更好地测量焦耳-汤姆孙效应。为了消除环境温度的影响，在此还可同时将由气体传感器52所测量的温度和/或所测量的来自环境的空气压力相比较，其中可以消除取决于环境温度的影响。另选地还可以由另一个在此未示出的温度传感器测量环境温度。此外还可以涉及不使用的容器6、8、10的温度变化曲线，其中，至少一个不使用的容器6、8、10的温度变化曲线应该遵循环境中空气温度的长时间趋势。如果此处所述不使用的容器6、8、10中的一个容器的温度与环境空气温度有偏差，例如如果温度下降，那么这就表明这个容器6、8、10发生泄漏，这也能通过焦耳-汤姆孙效应得到证实。
[0063]通常，在燃料电池4停止运行之后，只要可以排除泄漏，一个容器6、8、10的温度应一直十分接近于其它容器6、8、10的温度。如果对于一个容器6、8、10来讲不是这种情况的话，那么就要考虑到分配给这个容器6、8、9的温度传感器30、32、34中的故障。对于这点，可以规定对温度进行长时间观测。
[0064]如果在不使用并因此未打开的容器6、8、10中的温度下降，而其它不使用的并因此是关闭的容器6、8、10的其它温度传感器30、32、34并没有也发生这种温度下降和/或环境空气温度未下降，那么可以得出结论:该容器6、8、10在密封区域中朝外具有泄漏。
[0065]如果以上述方法在容器6、8、10中的一个容器中确定有泄漏，并在随后打开其它容器6、8、10中的一个容器，在此未确定有任何泄漏，那么就表示，在容器6、8、10的区域中的所述泄漏并没有存在于整个燃料电池系统2中、例如密封处。以这种方式可以快速发现可能的故障，其中还能够考虑到机动车的紧急情况运行能力(跛行功能)。在这种情况下，机动车可以在功率降低时安全运行，使其在这种类型的运行模式中能够驶到家中或修理处。
[0066]通过将由法拉第定律或用于描述量-电流关系的特性曲线确定的氢气的缺少的、和电流相关的量，通过与由理想气体方程通过氢气维里方程和/或用于量-压力关系的特性曲线确定的和压力相关的量相比较，还可以估算出，是否存在必须立即停止燃料电池系统2或必须至少送去修理的危险状况。
【权利要求】
1.一种用于检查燃料电池系统(2)的密封性的方法，该燃料电池系统具有燃料电池(4)和至少一个用于储存氢气的容器(6、8、10)，其特征在于，所述至少一个容器(6、8、10)通过管路(26)与燃料电池(4)相连，沿着该管路设置有至少一个压力传感器(36)，其中，为了实施所述方法，利用所述至少一个压力传感器(36)测量在管路(26)中的流向燃料电池(4)的氢气压力并通过量-压力关系计算流向燃料电池(4)的氢气量，该量-压力关系描述氢气的压力和量的相互关联，其中，测量由燃料电池(4)产生的电流并通过量-电流关系计算由燃料电池(4)转换为电能的氢气量，该量-电流关系描述由燃料电池(4)所产生的电流和燃烧的氢气量的相互关联，其中，将计算出的氢气量相互比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将用于理想气体的方程用于所述量-压力关系。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将用于氢气的维里方程用于所述量-压力关系。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将特性曲线用于所述量-压力关系。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将法拉第定律方程用于所述量-电流关系。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将特性曲线用于所述量-电流关系O
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果所计算的流向燃料电池(4)的氢气量大于通过计算确定的、由燃料电池(4)转换为电能的氢气量，那么就证明不密封。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所测量的压力的多个值和所测量的电流的多个值各自相加并用于计算待比较的量。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该方法被实施用于燃料电池系统(2)，该燃料电池系统具有多个用于储存氢气的容器(6、8、10)，其中，所有容器(6、8、10)都通过一共同的管路(26)与燃料电池(4)相连，在该管路上设置有至少一个压力传感器(36)，利用所述至少一个压力传感器测量被设置用于计算氢气量的压力，其中，为了检查密封性，仅打开所述容器(6、8、10 )中的一个容器，并关闭所有其它容器(6、8、10 )或使其保持关闭。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，确定流向燃料电池(4)的空气量，并将该空气量与至少一个所确定的氢气量相比较。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，测量空气压力并由此通过量-压力关系计算流向燃料电池(4)的空气量。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量所述至少一个容器(6、8,10)的温度，并通过焦耳-汤姆孙效应确定所述至少一个容器(6、8、10)的氢气通过量。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，确定至少一个关闭的容器(6、8、10)的氢气通过量。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，将所述至少一个容器(6、8、10)中的氢气温度与环境中的空气温度相比较。
15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将多个容器(6、8、10)中的氢气温度相互比较。
16.一种设备，该设备具有控制单元(72 )并设计用于检查燃料电池系统(2 )的密封性，该燃料电池系统具有燃料电池(4)和至少一个用于储存氢气的容器(6、8、10)，其特征在于，所述至少一个容器(6、8、10)通过管路(26)与燃料电池(4)相连，沿着该管路设置有至少一个压力传感器(36)，其中，所述至少一个压力传感器(36)测量在管路(26)中的流向燃料电池(4)的氢气压力，其中，所述控制单元(72)通过量-压力关系由所测量的压力计算流向燃料电池(4)的氢气量，其中，电流测量器(56)测量由燃料电池(4)所产生的电流，其中，所述控制单元(72)通过量-电流关系由所测量的电流计算由燃料电池(4)所燃烧的氢气量，其中，所述控制单元(72)将所计算的氢气量相互比较。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，该设备具有所述至少一个压力传感器 (36)和/或所述电流测量器(56)。
【文档编号】H01M8/04GK103748722SQ201280040747
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年9月25日 优先权日:2012年3月21日
【发明者】R·范多恩 申请人:奥迪股份公司