DE10233822A1 - Determining mass of gas drawn into fuel cell system by compressor, e.g. in electric vehicle, involves measuring where uneven gas flow caused by compressor operation is practically negligible in effect on fuel cell operation - Google Patents

Determining mass of gas drawn into fuel cell system by compressor, e.g. in electric vehicle, involves measuring where uneven gas flow caused by compressor operation is practically negligible in effect on fuel cell operation Download PDF

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Abstract

The method involves measuring the gas drawn into the compressor's induction channel or the gas transport channel (8) before the gas inlet opening of the compressor (3) with a sensor (7) at a distance before the gas inlet opening of the compressor at a point at which the uneven gas flow caused by compressor operation is practically negligible in its effect on the operation of the compressor and hence of the fuel cell (2). AN Independent claim is also included for the following: (a) an arrangement for determining the mass of gas drawn into a fuel cell system by a compressor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Gasmasse, die von einem Verdichter in einem Brennstoffzellensystem angesaugt wird, das wenigstens eine Brennstoffzelle aufweist, der gasförmiger Brennstoff und ein oxidierendes Gas zugeführt werden.The invention relates to a method and an arrangement for determining the mass of gas coming from a compressor is sucked in a fuel cell system, the at least one Fuel cell, the gaseous fuel and an oxidizing Gas supplied become.

Es ist ein Antriebsaggregat in einem Fahrzeug bekannt, das einen Elektrofahrmotor, eine Brennstoffzelle, einen Brennstofftank, einen Wasserspeicher, einen Verdampfer und einen Reformer aufweist. Der Brennstofftank enthält Methanol, das mit Wasser aus dem Wasserspeicher im Verdampfer in den gasförmigen Zustand überführt und danach zum Reformer geleitet wird, in dem unter Zufuhr von Wärme mittels eines katalytischen Brenners im wesentlichen Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid gebildet wird. Das Kohlenmonoxid kann mit einem Oxidator oxidiert werden. Das wasserstoffhaltige Brenngas aus dem Reformer wird mittels eine Kompressors der Brennstoffzelle zugeführt, die aus einem Brennstoffzellen-Stack besteht, in dem eine Vielzahl einzelner Brennstoffzellen-Module integriert sind. Mit einem weiteren Kompressor wird der Brennstoffzelle Luft zugeführt. In der Brennstoffzelle wird aus dem Wasserstoff und dem Sauerstoff der Luft elektrische Energie für den Elektrofahrmotor erzeugt ( DE 44 12 450 A1 ).There is known a power plant in a vehicle having an electric motor, a fuel cell, a fuel tank, a water reservoir, an evaporator and a reformer. The fuel tank contains methanol, which is converted with water from the water storage in the evaporator in the gaseous state and then passed to the reformer, is formed in the supply of heat by means of a catalytic burner substantially hydrogen, carbon dioxide and carbon monoxide. The carbon monoxide can be oxidized with an oxidizer. The hydrogen-containing fuel gas from the reformer is supplied by means of a compressor of the fuel cell, which consists of a fuel cell stack, in which a plurality of individual fuel cell modules are integrated. With another compressor, the fuel cell air is supplied. In the fuel cell, electric energy for the electric motor is generated from the hydrogen and the oxygen of the air ( DE 44 12 450 A1 ).

Bekannt ist auch eine Anordnung zur Berechnung des Ausnutzungsgrads von Wasserstoff oder Sauerstoff einer Brennstoffzelle. In einem Durchlaß für die Versorgung einer Elektrode für Wasserstoff, einem Durchlaß für verbrauchtes Brenngas, einem Durchlaß für die Versorgung eines oxidierenden Gases und einem Durchlaß für verbrauchtes oxidierendes Gas ist jeweils eine Sensor für den Gasdurchsatz angeordnet. Durch Verarbeitung der Meßwerte der Sensoren wird der Wasserstoff- und der Sauerstoffausnutzungsgrad berechnet (Patent Abstracts of Japan, Publication Number 610 51 773 A, Patentanmeldung Nr. 591 72 039).Also known is an arrangement for Calculation of the degree of utilization of hydrogen or oxygen a fuel cell. In a passage for the supply of an electrode for hydrogen, a passage for consumed Fuel gas, a passage for the supply an oxidizing gas and a passage for spent oxidizing Gas is a sensor for each arranged the gas flow. By processing the measured values of the Sensors become the degree of hydrogen and oxygen utilization (Patent Abstracts of Japan, Publication Number 610 51 773 A, Patent Application No. 591 72 039).

Bei einer Anordnung zur Abgasregelung eines Dieselmotors ist es bekannt, einen Abgasmassensensor direkt in die Abgasrückführleitung einzufügen. Vor dem Abgassensor ist ein Kühler angebracht, der die Abgasleitung und damit die Abgase kühlt. Der Abgasmassensensor besitzt zwei Heizsensoren und zwei Temperatursensoren. Die Heiz- und Temperatursensoren sind zu einer Wheatstone-Brücke verschaltet, die sich auf einem Bauteilträger befindet. Durch die Verschiebung des inneren Brückenverhältnisses wird die Menge der vorbeiströmenden Abgase bestimmt ( DE 199 53 718 A1 ).In an arrangement for exhaust gas control of a diesel engine, it is known to insert an exhaust gas mass sensor directly into the exhaust gas recirculation line. In front of the exhaust gas sensor, a cooler is mounted, which cools the exhaust pipe and thus the exhaust gases. The exhaust mass sensor has two heating sensors and two temperature sensors. The heating and temperature sensors are connected to form a Wheatstone bridge, which is located on a component carrier. The displacement of the internal bridge ratio determines the amount of passing exhaust gases ( DE 199 53 718 A1 ).

Für den einwandfreien Betrieb einer Brennstoffzelle ist insbesondere unter wechselnden Betriebsbedingungen eine genaue Dosierung des zugeführten Brenngases und des oxidierenden Gases erforderlich. Voraussetzung für eine genaue Zufuhr dieser Gase ist eine genaue Ermittlung des jeweiligen Gasmassenstroms, der von den Verdichtern angesaugt wird. Als oxidierendes Gas wird vielfach Luft verwendet, deren Sauerstoffanteil mit dem Brenngas in der Brennstoffzelle reagiert. Als Brenngas wird häufig ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch verwendet, das auf die oben beschriebene Art z. B. aus Methanol erzeugt wird.For the proper operation of a fuel cell is particular under varying operating conditions, an exact dosage of supplied Fuel gas and oxidizing gas required. requirement for one accurate supply of these gases is an accurate determination of the respective gas mass flow, which is sucked in by the compressors. As oxidizing gas is often uses air whose oxygen content with the fuel gas in the fuel cell reacts. As fuel gas is often a hydrogen-containing gas mixture used on the above-described Type z. B. is generated from methanol.

Das oxidierende Gas und das Brenngas können der Brennstoffzelle unter Druck zugeführt werden. Zur Druckerhöhung der Gase werden Verdichter, z. 8. Gebläse und Kompressoren, eingesetzt. Als Verdichter können Kreiselverdichter verwendet werden.The oxidizing gas and the fuel gas can the fuel cell are supplied under pressure. To increase the pressure of Gases become compressors, z. 8. Blowers and compressors used. As a compressor can Centrifugal compressors are used.

Strömende Gase werden nach Durchfluß und Menge gemessen. Durchflüsse sind Mengen je Zeiteinheit und können als Volumendurchflüsse oder Massendurchflüsse bestimmt werden. Mengen lassen sich durch Summieren von Durchflüssen über die Zeit berechnen.Pouring gases become flow and quantity measured. by rivers are quantities per unit of time and can as volume flows or mass flow rates be determined. Quantities can be calculated by summing flows over time to calculate.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, in einem Brennstoffzellensystem mit wenigstens einem Verdichter für ein der Brennstoffzelle zuzuführendes Gas den vom Verdichter angesaugten Gasmassenstrom so zu messen, dass Einflüsse, die den fehlerfreien Betrieb des Brennstoffzellensystems beeinträchtigen können, praktisch nicht zur Geltung kommen.The invention is based on the problem in a fuel cell system with at least one compressor for a the gas to be supplied to the fuel cell to measure the gas mass flow drawn in by the compressor so that influences, which impair the error-free operation of the fuel cell system can, practically not come into effect.

Das Problem wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gasmasse des vom Verdichter angesaugten Gasmassenstroms im Gasführungskanal vor der Gaseinlassöffnung des Verdichters mit einem Gasmassensensor im Abstand von der Gaseinlassöffnung des Verdichters an einer Stelle gemessen wird, an dem die vom Verdichter im Betrieb bewirkte ungleichmäßige Strömung in ihrem Einfluß auf die Arbeitsweise des Verdichters und damit der Brennstoffzelle praktisch vernachlässigbar ist. Praktisch vernachlässigbar bedeutet, daß sich eventuell nach vorhandene Gasmassenschwingungen nicht störend für die einwandfreie Arbeitsweise der Brennstoffzelle bemerkbar machen. Verdichter entwickeln bereits im Normalbetrieb starke Schwingungen bzw. Geräusche, die durch die hohen Geschwindigkeiten insbesondere bei Kreiselverdichtern und ungleichmäßiger, teilweise verzögerter Strömung entstehen. Solche Strömungen entstehen z. B. beim Vorbeistreichen von Laufschaufeln an Leitschaufeln.The problem becomes with a procedure The type described above according to the invention achieved in that the gas mass of the compressor sucked gas mass flow in the gas guide channel in front of the gas inlet opening the compressor with a gas mass sensor at a distance from the gas inlet opening of the Compressor is measured at a point where the from the compressor In operation caused uneven flow in their influence on the Operation of the compressor and thus the fuel cell practically negligible is. Practically negligible means that yourself possibly not interfering with the proper gas mass oscillations Functioning of the fuel cell noticeable. Compressors are already developing in normal operation strong vibrations or noises caused by the high Speeds especially in centrifugal compressors and uneven, partially delayed flow arise. Such currents arise z. B. when passing on blades on vanes.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Gasmasse hinter einem im Gasführungskanal vor der Gaseinlassöffnung des jeweiligen Verdichters angeordneten Gasfiltersystem gemessen, das durch den elastischen Ansaug- bzw. Gasführungskanal mit der Einlassöffnung des Verdichters verbunden ist. Schwingungen, die vom Verdichter im strömenden Gas hervorgerufen werden und die sich in den Gasführungskanal vor der Einlassöffnung fortpflanzen, werden durch den elastischen Gasführungskanal gedämpft. Damit verbunden ist auch eine Verminderung der unangenehm empfundenen hochfrequenten Geräusche, die vom Verdichter ausgehen. Um eine von Schwingungen oder Pulsationen des Gases möglichst unbeeinflusste Messung zu erzielen, kann der elastische Gasführungskanal so lang ausgebildet sein, daß praktisch keine störenden Gasbewegungen am Gasfiltersystem mehr vorhanden sind. Der Gasführungskanal ist hierbei als zum Ansaugkanal des Verdichters gehörig anzusehen.In a preferred embodiment, the gas mass is measured behind a gas filter system arranged in the gas guide channel in front of the gas inlet opening of the respective compressor, which is connected to the inlet opening of the compressor through the elastic suction or gas guide channel. Vibrations caused by the compressor in the flowing gas and propagating into the gas guide channel in front of the inlet opening are damped by the elastic gas guide channel. This is associated with a reduction of unpleasant perceived high-frequency noise emanating from the compressor. In order to achieve as uninfluenced by vibrations or pulsations of the gas measurement, the elastic gas guide channel may be formed so long that virtually no disturbing gas movements on the gas filter system are more present. The gas duct is here to be regarded as belonging to the intake passage of the compressor.

Vorzugsweise wird die Betriebsspannung des Gasmassensensors von einem Spannungsversorgungssystem erzeugt, das eine Speicherbatterie aufweist. Die Spannungsversorgung des Gasmessensensors ist hierbei unabhängig von der durch die Brennstoffzelle erzeugten Energie. Bei Starten der Brennstoffzelle, deren Verdichter in der Startphase ebenfalls von einer Speicherbatterie mit Energie versorgt wird, kann der angesaugte Gasmassenstrom sofort bestimmt werden.Preferably, the operating voltage of the Gas mass sensor generated by a power supply system, the has a storage battery. The power supply of the gas sensor is independent here from the energy generated by the fuel cell. At startup the fuel cell, the compressor in the starting phase also from a storage battery is powered, the sucked Gas mass flow can be determined immediately.

Zweckmäßigerweise werden die Meßwerte des Gasmassensensors digitalisiert und an eine Steuereinheit des Brennstoffzellensystems übertragen.Appropriately, the measured values of the Gas mass sensors digitized and transmitted to a control unit of the fuel cell system.

Bei einer Anordnung zur Bestimmung der Gasmasse, die von einem Verdichter in einem Brennstoffzellensystem angesaugt wird, das wenigstens eine Brennstoffzelle aufweist, der gasförmiger Brennstoff und ein oxidierendes Gas zugeführt werden, wird das Problem erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Gasmassensensor für die Messung des vom Verdichter angesaugten Gasmassenstroms im Ansaugkanal des Verdichters bzw. im Gasführungskanal vor der Gaseinlassöffnung des Verdichters im Abstand von der Gaseinlaßöffnung des Verdichters an einer Stelle angeordnet ist, an der die vom Verdichter im Betrieb bewirkte ungleichmäßige Strömung im Ansaug- bzw. Gasführungskanal in ihrem Einfluss auf die Arbeitsweise des Verdichters bzw. der Brennstoffzelle praktisch vernachlässigbar ist. Der Gasmassensensor wird hierbei nicht am Verdichter angeordnet, so daß die störenden Schwingungen, die vom Verdichter im Gasstrom hervorgerufen werden und die sich in den Gasführungskanal vor dem Gaseinlaß fortpflanzen und dabei mit zunehmendem Abstand vom Gaseinlaß gedämpft werden, in ihrem Einfluss auf die Messung der Gasmasse abnehmen.In an arrangement for determination the gas mass coming from a compressor in a fuel cell system is sucked, having at least one fuel cell, the gaseous Fuel and an oxidizing gas are supplied, the problem becomes according to the invention thereby solved that a gas mass sensor for the Measurement of the gas mass flow drawn in by the compressor in the intake duct of the compressor or in the gas guide channel in front of the gas inlet opening the compressor at a distance from the gas inlet opening of the compressor at one point is arranged at the caused by the compressor in operation uneven flow in the Intake or gas guide channel in their influence on the operation of the compressor or the Fuel cell is practically negligible. The gas mass sensor is not placed on the compressor, so that the disturbing vibrations, which are caused by the compressor in the gas stream and the in the gas guide channel propagate before the gas inlet and thereby attenuated with increasing distance from the gas inlet, in their influence decrease the measurement of the gas mass.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verdichter an seiner Gaseinlassöffnung über einen elastischen, einen gasdichten Mantel aufweisenden Gasführungs- bzw. Ansaugkanal mit einem Gasfiltersystem verbunden, hinter dem im Gasführungs- bzw. Ansaugkanal in der Nähe des Gasfiltersystems der Gasmassensensor angeordnet ist. Durch den elastischen Gasführungskanal werden die vom Verdichter im Gasführungskanal hervorgerufenen Schwingungen in der Gassäule gedämpft. In Abhängigkeit von den Dämpfungseigenschaften des Gasführungskanals und dessen Länge können die Schwingungen am Gasmassensensor so stark gedämpft werden, daß sie für die genaue Messung des Gasmassenstroms ohne Bedeutung sind. Der Gasführungskanal kann insbesondere aus textilem Material bestehen, das eine elastische Beschichtung aufweist. Das Gasfiltersystem ist zumindest für die Abscheidung von Partikeln im angesaugten Gasstrom ausgelegt, so daß die Verunreinigung des Gasmassensensors durch den Niederschlag von Partikeln vermieden wird, die die Meßgenauigkeit beeinflussen könnten.In a preferred embodiment the compressor is at its gas inlet opening via an elastic, a gas-tight jacket having gas supply or intake channel with connected to a gas filter system behind which in Gasführungs- or Intake duct nearby the gas filter system, the gas mass sensor is arranged. By the elastic Gas duct are the oscillations caused by the compressor in the gas duct in the gas column attenuated. Dependent on from the damping properties of the gas guide channel and its length can the vibrations on the gas mass sensor are so strongly attenuated that they are responsible for the exact Measurement of the gas mass flow are of no importance. The gas guide channel may in particular consist of textile material that has an elastic Coating has. The gas filtration system is at least for the deposition designed by particles in the intake gas stream, so that the pollution of the gas mass sensor avoided by the precipitation of particles which is the measurement accuracy could influence.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der elektrische Teil des Gasmassensensors von einer Spannungsversorgung gespeist, die eine Speicherbatterie aufweist. Die Spannungsversorgung ist daher unabhängig vom Brennstoffzellensystem und arbeitet bereits in der Anlaufphase des Brennstoffzellensystems genau.In a preferred embodiment becomes the electrical part of the gas mass sensor from a power supply fed, which has a storage battery. The power supply is therefore independent from the fuel cell system and is already working in the start-up phase of the fuel cell system exactly.

Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform ist der elektrische Teil des Gasmassensensors mit einer Steuerung des Brennstoffzellensystems verbunden. Beispielsweise ist der Gasmessensensor Teilnehmer an einem CAN-Bus.In a further advantageous embodiment is the electrical part of the gas mass sensor with a controller connected to the fuel cell system. For example, the gas gauge sensor Participant on a CAN bus.

Insbesondere ist das vom Verdichter angesaugte Gas Luft. Bei Brennstoffzellensystem mit einem Tank, in dem als Brenngas Wasserstoff unter Druck gespeichert ist, dessen Druck vor der Brennstoffzelle mit einem Ventil geregelt wird, reicht im Brennstoffzellensystem ein Verdichter für Luft aus.In particular, this is the compressor sucked gas air. In a fuel cell system with a tank, in which hydrogen is stored under pressure as fuel gas, whose Pressure in front of the fuel cell is controlled by a valve, is enough in the fuel cell system, a compressor for air.

Besonders günstig ist es, wenn die erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung des von einem Verdichter angesaugten Gasmassenstroms in einer mobilen Einrichtung, wie einem Automobil oder einem Boot oder einer Lokomotive, angeordnet ist.It is particularly favorable if the arrangement according to the invention for determining the gas mass flow drawn by a compressor in a mobile device, such as a car or a boat or a locomotive.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben.The invention will be described in the following Hand of an embodiment shown in a drawing described in more detail, which gives further features, details and advantages.

In der Zeichnung ist schematisch eine Anordnung mit einem Brennstoffzellensystem für die Erzeugung elektrischer Energie dargestellt. Die Anordnung befindet sich insbesondere in einem nicht näher dargestellten Elektrofahrzeug.In the drawing is schematic an arrangement with a fuel cell system for the production represented electrical energy. The arrangement is in particular in a not shown Electric vehicle.

Ein Brennstoffzellensystem 1, das in an sich bekannter Weise eine Brennstoffzelle 2, z. B. vom Typ PEM, und weitere in der Zeichnung nicht dargestellte Bauelemente wie einen Brennstofftank, einen Wasserspeicher, einen Verdampfer und einen Reformer enthält, weist auch einen Verdichter 3 zum Ansaugen und Verdichten eines Gases auf. Bei diesem Gas handelt es sich z. B. um Luft, dessen Sauserstoff das oxidierende Gas ist, das in der Brennstoffzelle 2 mit dem gasförmigen Brennstoff zur Erzeugung elektrischer Energie reagiert. Der gasförmige Brennstoff enthält z. B. Wasserstoff.A fuel cell system 1 in a conventional manner, a fuel cell 2 , z. B. type PEM, and other components not shown in the drawing such as a fuel tank, a water reservoir, an evaporator and a reformer, also has a compressor 3 for sucking and compressing a gas. This gas is z. For example, air, whose Sauserstoff is the oxidizing gas in the fuel cell 2 reacts with the gaseous fuel to generate electrical energy. The gaseous fuel contains z. B. hydrogen.

Die verdichtete Luft gelangt über einen Kanal 4 zur Brennstoffzelle 2. Als Verdichter 3 bzw. Kompressor wird z. B. ein Kreiselverdichter eingesetzt, der von einem nicht dargestellten Elektromotor angetrieben wird.The compressed air passes through a channel 4 to the fuel cell 2 , As a compressor 3 or compressor is z. B. a centrifugal compressor used, which is driven by an electric motor, not shown.

Brennstoffzellensysteme werden wegen des relative hohen Wirkungsgrades und geringen Schadstoffausstoßes auch in mobilen Vorrichtungen wie Kraftfahrzeugen eingesetzt. In diesen sind geringe Bauteilabmessungen und geringe Gewichte von Bedeutung. Wegen der geringen Abmessungen bei großer Förderleistung wird der Kompressor 3 für hohe Drehzahlen ausgelegt. Bei hohen Drehzahlen entstehen im Kompressor durch unregelmäßige Luftströmungen Schwingungen, die auch lästige Geräusche bewirken.Fuel cell systems are also used in mobile devices such as motor vehicles because of the relatively high efficiency and low pollutant emissions. In these small component dimensions and low weights of importance. Because of the small dimensions with high flow rate, the compressor is 3 designed for high speeds. At high speeds caused by irregular air currents oscillations in the compressor, which also cause annoying noise.

Die Brennstoffzelle 2 gibt an ihren elektrischen Ausgängen 5 eine elektrische Leistung ab, die für den Fahrmotor im Elektrofahrzeug und für weitere Verbraucher im Fahrzeug bestimmt ist. Eine Brennstoffzellensystemsteuereinheit 6 stellt in Abhängigkeit von der jeweils angeforderten Leistung über Stellelemente die Zufuhr des Brenngases und des oxidierenden Gases zur Brennstoffzelle 2 so ein, daß diese die entsprechende elektrische Leistung ausgibt.The fuel cell 2 are at their electrical outputs 5 an electrical power intended for the traction motor in the electric vehicle and for other consumers in the vehicle. A fuel cell system controller 6 represents the supply of the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell in dependence on the respective requested power via adjusting elements 2 so that this outputs the corresponding electrical power.

Für die Einstellung der Brennstoffzellenleistung ist auf Seiten der Zufuhr der Gase die genaue Messung des Gasmassenströme Voraussetzung. Die genau Messung des Gasmassenstroms des einen Gases, nämlich des oxidierendes Gases, insbesondere Luft, wird im folgenden näher erläutert. Zur Messung des Luftmassenstroms ist ein an sich bekannter Luftmassensensor 7 vorgesehen, der nach dem Wirkdruckverfahren arbeitet. Mit dem Luftmassensensor wird der Durchfluß an Luft durch einen Ansaug- bzw. einen Gasführungskanal 8 gemessen, der vor der nicht näher bezeichneten Gaseinlassöffnung des Verdichters 3 angeordnet ist. Massendurchflüsse sind Mengen pro Zeiteinheit Die Durchflussmessung kann nach dem Wirkdruckverfahren erfolgen, wobei im Gasführungskanal 8 eine Drossel eingebaut ist.For the adjustment of the fuel cell power is on the part of the supply of gases, the exact measurement of the gas mass flow condition. The exact measurement of the gas mass flow of the one gas, namely the oxidizing gas, in particular air, will be explained in more detail below. For measuring the air mass flow is a per se known air mass sensor 7 provided, which works according to the differential pressure method. With the air mass sensor, the flow of air through a suction or a gas guide channel 8th measured before the unspecified gas inlet opening of the compressor 3 is arranged. Mass flow rates are quantities per unit time The flow measurement can be carried out by the differential pressure method, wherein in the gas guide channel 8th a throttle is installed.

Der Luftmassensensor 7 ist an einer Stelle im Gasführungskanal 8 angeordnet, die soweit entfernt von der Gaseinlassöffnung des Verdichters 3 angeordnet ist, daß die vom Verdichter ausgehenden Schwingungen, die sich auch in die. Luftsäule im Gasführungskanal 8 fortpflanzen so stark gedämpft sind, daß ihr Einfluß auf die Messung und damit Arbeitsweise der Brennstoffzelle 2 praktisch vernachlässigt werden kann.The air mass sensor 7 is at one point in the gas guide channel 8th arranged as far away from the gas inlet opening of the compressor 3 is arranged that the vibrations emanating from the compressor, which also in the. Air column in the gas guide channel 8th plants are so strongly attenuated that their influence on the measurement and thus operation of the fuel cell 2 can be practically neglected.

Der Verdichter 3 ist über den Gasführungskanal 8 mit einem Gasfiltersystem 9 verbunden, mit dem zumindest Partikel, z. B. Staub oder Ruß, aus der angesaugten Luft abgeschieden werden. Der Gasführungskanal 8 besteht aus elastischem, gasdichtem Material, z. B. textilem Material, und ist insbesondere ein Schlauch aus textilen Fasern oder Fäden, z. B. in Form eines Gewebes. Er weist eine Beschichtung auf, die das Eindringen von Gasen aus dem Raum außerhalb des Gasführungskanals 8 verhindert. Es können also keine Verunreinigungen mehr hinter dem Filtersystem 9 in das vom Kompressor 3 angesaugte Gas gelangen. Die textile Beschichtung kann innen und/oder außen am Gasführungskanal angebracht sein. Der Gasführungskanal 8 absorbiert durch seinen Aufbau Schwingungsenergie in der Luftsäule. Zum Gasfiltersystem 9 gelangt daher höchstens noch ein Teil der vom Kompressor ausgehenden Schwingungsenergie. Der Luftmassensensor 7 ist an demjenigen Ausgang des Luftfiltersystem 9 angeordnet, der dem Verdichter 3 zugewandt ist. Die Länge des Gasführungskanals 8 ist auf die bei der höchsten Verdichterdrehzahl auftretenden Schwingung derart abgestimmt, daß eine so starke Dämpfung der Schwingungen im Gasführungskanal 8 bis zum Gasfiltersystem 9 erfolgt, daß bei der Messung des Luftmassenstroms die Einflüsse von Schwingungen oder Pulsationen sich praktisch nicht mehr auf die Steuerung des Verdichters auswirken.The compressor 3 is above the gas duct 8th with a gas filter system 9 connected to the at least particles, for. As dust or soot, are separated from the sucked air. The gas guide channel 8th consists of elastic, gas-tight material, eg. As textile material, and in particular a hose made of textile fibers or threads, z. B. in the form of a fabric. It has a coating which prevents the ingress of gases from the space outside the gas guide channel 8th prevented. So there can be no more impurities behind the filter system 9 in the compressor 3 get sucked gas. The textile coating can be mounted on the inside and / or outside of the gas guide channel. The gas guide channel 8th absorbed by its structure vibrational energy in the air column. To the gas filter system 9 Therefore, only a part of the vibrational energy emanating from the compressor reaches at most. The air mass sensor 7 is at the output of the air filter system 9 arranged, the the compressor 3 is facing. The length of the gas guide channel 8th is tuned to the vibration occurring at the highest compressor speed such that such a strong damping of the vibrations in the gas guide channel 8th to the gas filter system 9 takes place that in the measurement of the air mass flow, the effects of vibrations or pulsations practically no longer affect the control of the compressor.

Der Gasmassensensor 7 ist über seinen elektrischen Teil 10 mit einem Bus 11, insbesondere einem CAN-Bus, verbunden, an den auch die Brennstoffzellensystemsteuereinheit 6 angeschlossen ist, d. h. der Gasmassensensor 7 ist Teilnehmer am Bus 11. Möglich ist auch eine direkte Leitungsverbindung zwischen dem Teil 10 und der Brennstoffzellensystemsteuereinheit 6.The gas mass sensor 7 is over his electrical part 10 with a bus 11 , in particular a CAN bus, connected to the fuel cell system control unit 6 is connected, ie the gas mass sensor 7 is a participant in the bus 11 , Also possible is a direct line connection between the part 10 and the fuel cell system controller 6 ,

Im Fahrzeug ist ein Bordnetz 12 vorhanden, das eine geringere Spannung als die Brennstoffzelle 2 hat und mit dem an die Brennstoffzelle 2 angeschlossenen Hochvoltnetz 13 über einen bidirektionalen DC/DC-Wandler 14 verbunden ist, der von der Brennstoffzellensteuereinheit 6 gesteuert werden kann.In the vehicle is an electrical system 12 present, which has a lower voltage than the fuel cell 2 and with that to the fuel cell 2 connected high-voltage network 13 via a bidirectional DC / DC converter 14 connected by the fuel cell control unit 6 can be controlled.

Das Bordnetz 12 enthält eine Speicherbatterie 15. Die Spannungsversorgung des Luftmassensensors 7 ist somit unabhängig von der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2.The electrical system 12 contains a storage battery 15 , The voltage supply of the air mass sensor 7 is thus independent of the output voltage of the fuel cell 2 ,

Für die Messung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle ist ein Spannungssensor 16 und für den Ausgangsstrom ein Stromsensor 17 vorgesehen. Beide Sensoren 16, 17 sind an die Brennstoffzellensteuereinheit 6 angeschlossen Die Anordnung des Luftmassensensors 7 nahe am Gasfiltersystem 9 hat auch den Vorteil, daß der Luftmassensensor 7 zu Servicezwecken leicht zugänglich ist. Die Zugänglichkeit des Gasfiltersystems 9 muß nämlich wegen des von Zeit zu Zeit notwendigen Filterwechsels vorgesehen sein.For the measurement of the output voltage of the fuel cell is a voltage sensor 16 and a current sensor for the output current 17 intended. Both sensors 16 . 17 are to the fuel cell control unit 6 connected The arrangement of the air mass sensor 7 close to the gas filter system 9 also has the advantage that the air mass sensor 7 is easily accessible for service purposes. The accessibility of the gas filter system 9 must be provided because of the filter change necessary from time to time.

Claims (12)

Verfahren zur Bestimmung der Gasmasse, die von einem Verdichter in einem Brennstoffzellensystems angesaugt wird, das wenigstens eine Brennstoffzelle ausweist, der gasförmiger Brennstoff und ein oxidierendes Gas zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmasse des vom Verdichter angesaugten Gasmassenstroms im Ansaugkanal des Verdichters bzw. im Gasführungskanal vor der Gaseinlassöffnung des Verdichters mit einem Gasmassensensor im Abstand vor der Gaseinlassöffnung des Verdichters an einer Stelle gemessen wird, an dem die vom Verdichter im Betrieb bewirkte ungleichmäßige Strömung des Gases in ihrem Einfluß auf die Arbeitsweise der Verdichters und damit auch der Brennstoffzelle praktisch vernachlässigbar ist.Method for determining the mass of gas sucked by a compressor in a fuel cell system comprising at least one fuel cell to which gaseous fuel and an oxidizing gas are supplied, characterized in that the gas mass of the gas mass flow taken in by the compressor in the intake Channel of the compressor or in the gas guide channel in front of the gas inlet opening of the compressor is measured with a gas mass sensor at a distance in front of the gas inlet opening of the compressor at a point at which caused by the compressor in operation uneven flow of the gas in their influence on the operation of the compressor and thus also the fuel cell is practically negligible. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmasse im Ansaugkanal bzw. im Gasführungskanal vor der Gaseinlassöffnung des Verdichters hinter einem im Ausgang- bzw. Gasführungskanal angeordneten Gasfiltersystem gemessen wird, das durch den elastischen Ansaugbzw. Gasführungskanal mit der Gaseinlassöffnung des Verdichters verbunden ist.Method according to claim 1, characterized in that the gas mass in the intake channel or in the gas guide channel in front of the gas inlet opening of the compressor behind one in the outlet or gas guide channel arranged gas filter system is measured by the elastic Ansaugbzw. Gas duct with the gas inlet opening the compressor is connected. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung für den Gasmassensensor durch ein Spannungsversorgungssystem erzeugt wird, das eine Speicherbatterie aufweist.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the operating voltage for the gas mass sensor is generated by a power supply system having a storage battery. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte des Gasmassensensors digitalisiert und zu einer Brennstoffzellensystemsteuereinheit übertragen werden.Method according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that readings the gas mass sensor digitized and transmitted to a fuel cell system control unit become. Anordnung zur Bestimmung der Gasmasse, die von einem Verdichter in einem Brennstoffzellesystem angesaugt wird, das wenigstens eine Brennstoffzelle aufweist, der gasförmiger Brennstoff und ein oxidierendes Gas zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasmassensensor (7) für die Messung des vom Verdichter (3) angesaugten Gasmassenstroms in Ausgangskanal des Verdichters (3) bzw. im Gasführungskanal vor der Gaseinlassöffnung des Verdichters (3) im Abstand von der Gaseinlassöffnung an einer Stelle angeordnet ist, an dem die vom Verdichter (3) bewirkte ungleichmäßige Strömung des Gases in ihrem Einfluss auf die störungsfreie Arbeitsweise des Verdichters bzw. der Brennstoffzelle (2) praktisch vernachlässigbar ist.Arrangement for determining the mass of gas sucked by a compressor in a fuel cell system comprising at least one fuel cell to which gaseous fuel and an oxidizing gas are supplied, characterized in that a gas mass sensor ( 7 ) for the measurement of the compressor ( 3 ) sucked gas mass flow in the output channel of the compressor ( 3 ) or in the gas guide channel in front of the gas inlet opening of the compressor ( 3 ) is arranged at a distance from the gas inlet opening at a location at which the from the compressor ( 3 ) caused uneven flow of the gas in its influence on the trouble-free operation of the compressor or the fuel cell ( 2 ) is practically negligible. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (3) an seiner Gaseinlassöffnung über einen elastischen, einen gasdichten Umfang aufweisenden Gasführungs- bzw. Ansaugkanal (8) mit einem Gasfiltersystem (9) verbunden ist, hinter dem im Gasführungskanal (9) in der Nähe des Gasfiltersystems der Gasmassensensor (7) angeordnet ist.Arrangement according to claim 5, characterized in that the compressor ( 3 ) at its gas inlet opening via an elastic, a gas-tight circumference having gas supply or intake channel ( 8th ) with a gas filter system ( 9 ), behind which in the gas guide channel ( 9 ) in the vicinity of the gas filter system the gas mass sensor ( 7 ) is arranged. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasführungskanal (8) aus textilem Material besteht, das ein elastische Beschichtung aufweist.Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the gas guide channel ( 8th ) consists of textile material having an elastic coating. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Teil (10) des Gasmassensensors (7) von einer Spannungsversorgung gespeist wird, die eine Speicherbatterie (15) aufweist.Arrangement according to at least one of claims 5 to 7, characterized in that the electrical part ( 10 ) of the gas mass sensor ( 7 ) is supplied by a power supply which is a storage battery ( 15 ) having. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Teil (10) des Gasmassensensors (7) mit einer Brennstoffzellensystemsteuereinheit (6) verbunden ist.Arrangement according to at least one of claims 5 to 8, characterized in that the electrical part ( 10 ) of the gas mass sensor ( 7 ) with a fuel cell system control unit ( 6 ) connected is. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Verdichter angesaugte Gas Luft ist.Arrangement according to at least one of claims 5 to 9, characterized that from the Compressor sucked gas is air. Anordnung nach zumindest einem der Anspräche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasmassensensor (7) Teilnehmer eines CAN-Busses ist, dessen Teilnehmer auch die Brennstoffzellensystemsteuereinheit (6) ist.Arrangement according to at least one of the claims 5 to 10 , characterized in that the gas mass sensor ( 7 ) Is a subscriber to a CAN bus whose subscriber also controls the fuel cell system control unit ( 6 ). Anordnung nach zumindest einem der Anspräche 5 bis 11, gekennzeichnet durch die Einfügung in ein mobile Vorrichtung.Arrangement according to at least one of the claims 5 to 11 characterized by being inserted in a mobile device.
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