用于燃料电池系统中的燃料传感器的零点校准的方法

技术领域

本发明涉及一种根据独立方法权利要求所述的用于校准燃料传感器的方法、一种根据独立设备权利要求所述的相对应的具有经相应校准的燃料传感器的燃料电池系统以及一种根据并列的独立设备权利要求所述的具有相应的燃料电池系统的车辆。

背景技术

燃料电池系统原则上是已知的，也在车辆中作为能量供应部。在燃料电池系统中，通常将来自环境空气的氧气用作氧化剂，将氢气用作还原剂或燃料，以便在系统的燃料电池堆叠中反应成水(或水蒸气)并且通过电化学转换提供电功率。环境空气通常借助具有空气压缩系统的阴极系统提供给燃料电池堆叠。氢气通常存储在高压罐(例如700bar)中，并且经由管线和阀供应给燃料电池堆叠并且在阳极系统的环路状阳极系统中再循环。在运行时需要周期性地对阳极环路进行冲扫(“purg”)和排水(“drain”)，以便降低阳极中的增加的氮含量(通过经由膜片的扩散)和足够的水。在此，冲扫气体也是氢气，因此，冲扫气体被引导到空气系统废气通道中并且在那里通过空气质量流一直被稀释，直到不能够产生爆炸性混合物。

燃料电池堆叠通常包括多个燃料电池，所述燃料电池借助多个密封件相互密封。然而，这些密封件受到温度变化、压力变化等的影响，并且相应地老化。因此，燃料电池堆叠通常也不是在绝对意义上密封的。另一方面，用于存储氢气的高压罐或所述高压罐的配件、执行器、传感器和/或管路可能是不密封的。

由于氢气非常易挥发并且可以与空气形成爆炸性混合物，尤其是在限界的或者封闭的空间中，因此与安全相关的是可靠地识别可能的氢气泄漏。通常安装多个氢气传感器，用于氢气泄漏识别。这些传感器伴随着显著的成本。此外，传感器必须以费事的方式校准，以便可以满足高的安全要求。

发明内容

根据第一方面，本发明提出一种具有独立方法权利要求的特征的用于校准燃料传感器的方法，根据第二方面，本发明提出一种具有独立设备权利要求的特征的相对应的具有经相应校准的燃料传感器的燃料电池系统，根据第三方面，本发明提出一种具有并列的独立设备权利要求的特征的具有相应的燃料电池系统的车辆。由从属权利要求、说明书和附图得出本发明的其他优点、特征和细节。在此，在根据本发明的各个方面的背景下描述的特征和细节当然也在根据本发明的别的方面的背景下适用，相应地反之亦然，从而在对各个发明方面的公开内容方面始终相互援引或者能够相互援引。

根据第一方面，本发明提出一种用于校准燃料电池系统的燃料传感器的方法。在此，燃料电池系统可以设计用于车辆。在此，燃料电池系统可以具有下述元件：

-至少一个燃料电池，对于每个燃料电池堆具有至少一个燃料电池，其中，优选可以设置有多个燃料电池堆，所述燃料电池堆必要时可以实施为具有堆环境通风系统，

-阴极系统，该阴极系统用于向所述至少一个燃料电池提供含氧反应物，

其中，该阴极系统具有进气管线和废气管线，该进气管线用于将进气提供给所述至少一个燃料电池，该废气管线用于将废气从所述至少一个燃料电池引离，其中，该阴极系统具有旁通管线，该旁通管线将进气管线和废气管线连接，以便引导来自进气管线的进气至少部分地从至少一个燃料电池旁边经过并且导入到废气管线中，

-阳极系统，该阳极系统用于向至少一个燃料电池提供含燃料的反应物，例如氢气，该阳极系统必要时可以实施为具有阳极系统环境通风系统，

其中，阳极系统具有冲扫和/或排水系统，该冲扫和/或排水系统用于冲扫阳极系统和/或用于将产物水从阳极系统中引离，

-罐系统，该罐系统优选模块化地构造，该罐系统对于每个模块具有至少一个罐或者具有多个罐，所述罐用于含燃料的反应物，该罐系统必要时可以实施有罐系统环境通风系统。

在本发明意义上的燃料传感器布置在燃料电池系统的废气管线中。有利地，燃料传感器实施用于，感测在燃料电池系统内和在燃料电池系统以外从所有可能的燃料来源出发的燃料泄漏和/或燃料质量流。优选地，在本发明意义上的燃料传感器实施用于，感测燃料电池系统的所有子系统的燃料泄漏和/或燃料质量流，所述子系统能够是针对燃料泄漏和/或燃料质量流的直接的和/或间接的来源。只要存在的话，这包括例如冲扫和/或排水系统、堆环境通风系统、阳极系统环境通风系统和/或罐系统环境通风系统。阴极路径本身可以被称为间接的来源，该阴极路径由于不同的效应而可能包含燃料，所述效应例如是膜片不密封性或者所谓的“质子泵”。

在本发明意义上的方法具有下述步骤：

1)打开旁通管线中的旁通阀，以便在打开的情况下运行旁通管线，

2)关闭进气管线中的和废气管线中的截止阀，以便引导来自进气管线的进气、优选全部进气通过旁通管线从至少一个燃料电池旁边经过并且导入到废气管线中，

3)执行对燃料传感器的校准、尤其是零点校准。

在本发明意义上的燃料传感器可以优选用作在整个燃料电池系统中以及在整个车辆中的唯一的燃料传感器。如果在车辆中使用用于引导燃料的部件的二次通风系统，例如阳极系统的通风系统、车辆内部空间的通风系统、行李厢系统的通风系统等，则为此不需要单独的燃料传感器。因此，可以借助仅一个燃料传感器来探测针对燃料泄漏和/或燃料质量流的全部的直接的和/或间接的来源。在此，燃料传感器可以例如以氢气传感器的形式实施。

在此，冲扫和/或排水系统可以具有至少一个冲扫管线和/或排水管线。所述至少一个冲扫管线和/或排水管线可以形成组合式冲扫出口管线和/或排水出口管线。但是，至少一个冲扫管线和/或排水管线也可以具有两个单独的出口管线，所述出口管线包括用于冲扫过程的冲扫出口管线和用于排水过程的排水出口管线。

堆环境通风系统可以具有至少一个堆环境排气管线。在此，至少一个堆环境排气管线可以对于每个燃料电池或堆分别具有一个堆环境排气管线，或者可以实施为共同的堆环境排气管线，以便将气体或者气体混合物从堆环境中引离，所述气体或者所述气体混合物是用于给该燃料电池或该堆的附近环境或直接环境通风的。

阳极系统环境通风系统可以具有至少一个阳极系统环境排气管线。该至少一个阳极系统环境排气管线用于从阳极系统环境中引离气体或者气体混合物，该气体或该气体混合物是用于给阳极系统的部件的附近环境或直接环境通风的。

罐系统环境通风系统可以具有至少一个罐排气管线。至少一个罐排气管线可以对于每个罐或每个具有多个罐的模块分别具有一个罐排气管线，或者可以实施为共同的罐排气管线，以便将气体或者气体混合物从罐系统环境中引离，所述气体或者所述气体混合物是用于给该罐系统的附近环境或者直接环境通风的。

此外可以设置，至少一个冲扫管线和/或排水管线、至少一个堆环境排气管线和/或至少一个罐排气管线，优选所有排气管线，尤其直接在燃料传感器前方汇入到或在那里流体地附接到废气管线中。

优选地，燃料传感器可以在阴极系统的废气管线中布置在下游。有利地，燃料传感器可以借助介质汇总设备布置在废气管线中。在此，介质汇总设备可以实施为具有或者不具有水储备功能。介质汇总设备可以确保，来自至少一个燃料电池的废气必要时与来自燃料电池系统的另外的介质流一起流动通过介质汇总设备并且在那里混合，优选在该废气排放给环境之前。

在废气管线中的下游可以大致是在废气管线的端部，其中，在废气管线中在根据本发明的燃料传感器后方只还可以布置消声器。

燃料电池系统可以不仅用于移动应用，例如在机动车中，还可以用于固定应用，例如在发电机系统中。

燃料的来源至少包括：

-至少一个冲扫管线和/或排水管线(燃料质量流的有意的来源)，

-必要时至少一个堆环境排气管线(燃料泄漏的无意的来源)，

其中，所述至少一个堆环境排气管线可以包括多个堆环境排气管线，

无论至少一个燃料电池或者至少一个燃料电池堆是否具有附加壳体，还是至少部分地或者完全地布置在附加壳体中，

-可选地，至少一个罐环境排气管线，

其中，至少一个罐环境排气管线可以包括多个罐排气管线，

无论罐系统是否具有附加壳体，还是至少部分地或者完全地布置在附加壳体中，

-可选地，至少一个阳极系统环境排气管线，

无论阳极系统是否具有附加壳体，还是至少部分地或者完全地布置在附加壳体中，

-燃料泄漏的间接的来源也可以被称为阴极路径，该阴极路径由于燃料通过膜片溢出或者也由于别的效应而可能包含燃料，

其中，用于可能的燃料泄漏以及燃料质量流的另外的通风系统和/或来源可以与所提到的排气管线类似地在燃料传感器前方不远处流体地附接到废气管线上。

有利地，用于所有可能的(无意的)燃料泄漏和/或所有可能的(有意的)燃料质量流的探测和稀释可以在一个部位借助仅一个燃料传感器来执行。

有利地，燃料积聚可以至少通过阴极系统的废气并且必要时通过阴极系统的旁通空气来稀释。

有利地，也可以执行诊断方法和/或具有精确定位(Pin-Pointing)的监控方法，即探测燃料泄漏和/或燃料质量流来自于哪个来源。

另一个优点在于，废气管线可以用于将水导出给环境或者用于将水排出给燃料电池系统的别的功能系统和/或排出给容器，用于进一步使用。

另外可以有利的是，可以借助例如车辆内部空间的新鲜空气鼓风机的和/或单独的通风鼓风机的二次空气质量流来执行对可能含燃料的废气的稀释。通过这种方式可以实现与在进气管线中的空气压缩机运行的脱耦和/或相对于空气压缩机运行的冗余。

在此，本发明构思在于，可以简单地且以少量耗费来校准这样的燃料传感器。对于零点校准，打开旁通阀并且关闭用于该堆的截止阀，以便保证全部的进气被引导从该堆旁边经过并且进入到废气管线中。在此，本发明基于如下构思：在这种情况下只有新鲜的或无燃料的空气从燃料传感器旁边流动经过。因此，该传感器可以被校准为零。

所有另外的子系统可以被关闭以用于执行零点校准，所述另外的子系统存在于该系统中并且可以是燃料的来源，所述另外的子系统例如是冲扫和/或排水系统以及所有通风系统，所述通风系统例如是阳极系统环境通风系统、堆环境通风系和罐系统环境通风系统。由此能够以提升的概率来保证，只有新鲜的空气从燃料传感器旁边流动经过。

此外，在用于校准燃料传感器的方法中可以设置，该方法具有下述步骤中的至少一个另外的步骤：

2a)以至少一个转速运行进气管线中的压缩机，

2b)求取(例如计算或者估计)应到达燃料传感器的含氧反应物的额定质量流，

2c)借助在阴极系统中的、例如在进气管线中的质量流传感器的测量值来核查(例如测量和计算)应存在于该传感器上的含氧反应物的质量流，

2d)通过压力传感器核查或测量阴极路径中的压力，所述压力传感器例如在阴极系统的废气管线中，

2e)改变压缩机运行的转速。

3a)监控燃料传感器的测量结果，和/或

3b)当在改变压缩机的转速时、在改变传感器上的含氧反应物的质量流时和/或在改变阴极系统中的压力时燃料传感器的测量结果不改变时，确定燃料传感器是能够正常工作的。

燃料传感器的测量结果应当是与废气在传感器上的质量流或者废气的压力无关的。压缩机的转速也不应当影响燃料传感器的测量结果。如果燃料传感器是能够正常工作的，则在改变压缩机的转速时、在改变含氧反应物的质量流时和/或在改变阴极系统中的压力时测量结果不明显改变(确定的噪声不属于明显改变)。通过这种方式可以简单且方便地保证，燃料传感器是能够正常工作的。

此外，质量流，例如在废气管线中的质量流，可以通过质量流传感器来测量。通过这种方式可以核查，在压缩机的确定的转速的情况下预期的质量流是否实际上到达该质量流传感器。

压力，例如在废气管线中的压力，可以通过压力传感器来测量。因此，可以核查，在压缩机的确定的转速的情况下预期的压力是否实际上存在于废气管线中。测量出的在废气管线中的压力也可以用于对额定质量流进行核查和/或进行可信度检验。

另外，在用于校准燃料传感器的方法中可以设置，该方法具有下述步骤中的至少一个另外的步骤：

4)(有针对性地)将含燃料的反应物的质量流导入到或注入到在燃料传感器的前方的废气管线中，

5)执行对燃料传感器的量点校准，尤其针对在燃料传感器上的含燃料的反应物的预期浓度。

通过这种方式，除了零点校准之外，还可以附加地执行对燃料传感器的量点校准。在此，有利地可以注意，废气中的燃料的浓度不超过临界极限、所谓的爆炸极限。如果例如通过借助新鲜的燃料进行冲扫而将阳极路径引导到尽可能定义的状态上，如果燃料的浓度高且几乎已知，则可以通过冲扫管线和/或排水管线有针对性地将燃料供应到废气管线中，用于燃料传感器的量点校准。

另外，在用于校准燃料传感器的方法中可以设置，该方法具有下述步骤中的至少一个另外的步骤：

4a)以至少一个转速运行进气管线中的压缩机，

4b)求取(例如检测和计算或者估计)在燃料传感器上存在的含氧反应物的额定质量流，

4c)借助在阴极系统中的质量流传感器的测量结果来核查(检测和计算)在燃料传感器上应存在的含氧反应物的质量流，

4d)通过压力传感器核查阴极系统中的压力，

4e)改变压缩机运行的转速，

4f)改变被导入到在燃料传感器前方的废气管线中的含燃料的反应物的质量流，和/或

5a)尤其是根据被导入到燃料传感器前方的废气管线中的含燃料的反应物的质量流、压缩机的转速、含氧反应物的质量流和/或在阴极系统中的压力，将燃料传感器校准到如下测量点：该测量点相应于含燃料的反应物的确定的浓度。

通过改变压缩机的转速和/或被导入到燃料传感器前方的废气管线中的含燃料的反应物的质量流，可以调整在废气中的燃料的浓度，以便提供不同的测量点，用于在不同的测量点的情况下灵活地校准燃料传感器。

此外，在用于校准燃料传感器的方法中可以设置，该方法具有下述步骤中的至少一个另外的步骤：

4g)增加或者减少或者关断被导入到在燃料传感器前方的废气管线中的含燃料的反应物的质量流，

5b)核查燃料传感器是否和/或如何快速地对质量流的增加或者减少或者关断做出反应。

通过这种方式可以提供一个或者多个反应测试，以便核查燃料传感器如何快速地对在废气中的燃料的浓度的变化做出反应。通过这种方式，可以更进一步地提高在燃料电池系统运行时的安全性。

此外，在用于校准燃料传感器的方法中可以设置，该方法具有下述步骤中的至少一个另外的步骤：

6)执行阳极系统的冲扫过程，

7)借助燃料传感器的测量结果来评估冲扫气体，

8)适配阳极系统的冲扫过程，直到通过燃料传感器在冲扫气体的质量流中感测到含燃料的反应物的预期浓度。

通过这种方式可以对冲扫气体进行研究，以便优选求取例如与氮气相比燃料的份额。因此，可以实现改进的对冲扫过程的控制。

在本公开内容的框架中能够考虑，可以同步地、至少部分同时地和/或依次地执行根据本发明的方法的步骤。

有利地，可以周期性地、尤其是在确定的时间之后周期性地和/或规律地、尤其是在确定的消耗例如含氧反应物和/或含燃料的反应物之后规律地和/或与负载曲线有关地执行所述方法。通过这种方法可以保证，始终再次对燃料传感器进行校准，以便确保在传感器的使用寿命内该燃料传感器的可靠的作用方式。

例如能够考虑，该方法以集成到燃料电池系统的运行中的方式执行，尤其是在不需要燃料电池系统的电功率的时刻。通过这种方式，该方法可以在没有无意中断的情况下集成在燃料电池系统的运行中。

此外能够考虑，燃料电池系统被转移到无功率状态中，用于执行该方法。燃料电池系统的无功率状态可以理解为如下状态：燃料电池系统不提供电能，在阴极系统的进气管线和废气管线中的截止阀是关闭的。因此可以保证，如果需要的话，该方法可以随时执行，例如当能够识别出燃料传感器不提供可靠的结果时。

根据第二方面，本发明提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统具有燃料传感器，该燃料传感器是通过可以以如上所述的方式运行的方法校准的，其中，燃料传感器布置在废气管线中，并且实施用于，感测在燃料电池系统的所有子系统中的燃料泄漏和/或燃料质量流，所述子系统可以存在于该系统中并且可以是针对燃料泄漏和/或燃料质量流的来源。借助根据本发明的燃料电池系统可以实现与在上文中在根据本发明的方法的背景下所描述的优点相同的优点。在当前情况下，完全援引这些优点。

根据第三方面，本发明提供一种具有燃料电池系统的车辆，该燃料电池系统可以以如上所述的方式实施。借助根据本发明的车辆可以实现与在上文中在根据本发明的方法的背景下所描述的优点相同的优点。在当前情况下，完全援引这些优点。

附图说明

下面，根据附图更详细地阐述本发明和其扩展方案以及其优点。附图分别示意性地示出：

图1示出在本发明意义上的燃料电池系统的示意图，

图2示出用于在燃料电池系统中的可能的燃料泄漏和/或燃料质量流的诊断方法的示意图，

图3示出在本发明意义上的用于校准燃料传感器的方法的示意图。

具体实施方式

在不同的附图中，本发明的相同部件始终设有相同的附图标记，因此，这些部件通常只描述一次。

图1示出在本发明意义上的燃料电池系统100，该燃料电池系统可以例如作为用于电能的来源在车辆1中使用，优选在电动车辆和/或高度自动化的车辆或者甚至自主驾驶的车辆中使用。

燃料电池系统100具有至少一个燃料电池101或者甚至多个燃料电池101的堆或堆叠，所述多个燃料电池接合成燃料电池堆，该至少一个燃料电池/该堆或堆叠实施为具有堆环境通风系统Q2。燃料电池101或者该燃料电池堆或燃料电池堆叠可能向外具有燃料泄漏，因为许多燃料电池101实施为具有多个密封件，所述密封件由于介质、机械应力、温度变化、压力变化等受到不同老化机制的影响。燃料电池101或者燃料电池堆或燃料电池堆叠可以至少部分地接收在壳体102中(至少在上部区域中)，使得可以有针对性地进行环境通风。逸出的燃料、尤其是氢气，可以积聚在上部区域中，堆环境通风系统Q2的堆环境排气管线L2可以从该上部区域中引出。堆环境通风系统Q2的堆环境排气管线L2在燃料传感器S的前方被导入到阴极系统10的废气管线12中，该燃料传感器尤其呈氢气传感器的形式。来自阴极系统10的废气管线12的废气可以稀释可能积聚的燃料H2。

为了给燃料电池101或者燃料电池堆通风，可以使用来自作为第一供应部A1的阴极系统10的进气管线11的进气或者可以使用来自另外的供应部A2、A3的进气，所述另外的供应部例如是车辆内部空间的新鲜空气鼓风机IN和/或单独的通风鼓风机BG。在此，进气可以例如经由连接管线导入至燃料电池101的或者燃料电池堆的壳体102，优选导入到下部区域中，该连接管线可以可选但有利地包含节流部VQ2、VQ3和/或能够调节的阀VSQ2、VSQ3。为了提供空气质量流，用于通风管线A1、A2、A3的不同的供应部(例如进气管线11、车辆内部空间的新鲜空气鼓风机IN和/或单独的通风鼓风机BG)可以是可能的，如在下文中还将详细描述的那样。

如上所述，燃料电池系统100具有阴极系统10，该阴极系统用于向至少一个燃料电池101或者向燃料电池堆提供含氧反应物，其中，阴极系统10具有进气管线11和废气管线12，该进气管线用于将进气提供给至少一个燃料电池101，该废气管线用于从至少一个燃料电池101引离废气。根据本发明的系统拓扑结构在燃料电池系统101中以及在整个车辆1中设置仅一个燃料传感器S。设置在系统100中的、用于直接的和/或间接的(无意的)燃料泄漏和/或(有意的)燃料质量流的不同来源通过燃料电池系统100的相应的现有的子系统Q1、Q2、Q3、Q4、Q5引导到阴极系统10的废气管线12中。

阴极系统10在图1中示例性地画出。在此，进气可以例如从环境U中吸入并且根据燃料电池101的要求借助空气过滤器AF过滤。具有/不具有进气冷却器IC、具有/不具有在废气管线12中的涡轮、具有/不具有加湿器H、具有单级或者多级压缩、具有单流或者多流压缩机V、具有单轴洗系统或者双轴系统、具有/不具有水喷射装置等的不同系统拓扑结构是可能的。

另外，燃料电池系统100具有阳极系统20，该阳极系统用于向至少一个燃料电池101或者向燃料电池堆提供含燃料的反应物，其中，阳极系统20具有冲扫和/或排水系统Q1，该冲扫和/或排水系统用于冲扫阳极系统20和/或用于将产物水从阳极系统20中引离。有利地，冲扫管线和/或排水管线L1在燃料传感器S前方被导入到阴极系统10的废气管线12中并且在那里被稀释。阳极系统20也可以具有阳极系统环境通风系统Q4，以便给阳极系统20的部件的环境通风。在此，阳极系统环境通风系统Q4可以具有至少一个未示出的阳极系统环境排气管线，以便从阳极系统环境中引离气体或者气体混合物，该气体或该气体混合物是用于给阳极系统20的部件的附近环境或直接环境通风的。

有利地，不仅当阴极系统10提供足够的空气质量流/空气体积流时，而且当不是这种情况时，都可以发生冲扫过程。为此，借助燃料电池系统100，除了来自进气管线11的进气之外，可以使用另外的供应部A2、A3，例如车辆内部空间的新鲜空气鼓风机IN和/或单独的通风鼓风机BG。

此外，阴极系统10具有旁通管线13，该旁通管线将进气管线11和废气管线12流体地连接，以便引导来自进气管线11的进气至少部分地从至少一个燃料电池101旁边经过并且导入到废气管线12中。优选地，在进气管线13中设置有旁通阀BV，以便控制被导引从至少一个电池101旁边经过的进气的量。旁通阀BV被打开，以便在打开的情况下运行旁通管线13。

此外，阴极系统10具有在进气管线11中的、在进气管线11进入到至少一个燃料电池101之前不远处的截止阀SV1，并且具有在废气管线12中的、在废气管线12从至少一个燃料电池101中离开之后不远处的截止阀SV2。截止阀SV1、SV2被关闭，以便引导进气通过旁通管线13完全从至少一个燃料电池101旁边经过，以便执行对燃料传感器S的校准(参见图3)。在下文中，结合图3详细地援引根据本发明的用于校准燃料传感器S的方法。

另外，燃料电池系统100具有罐系统30，该罐系统优选模块化地构造，该罐系统具有至少一个罐T(优选每个模块具有多个罐T或瓶子)，所述罐用于含燃料的反应物，该罐实施为具有罐系统环境通风系统Q3。罐系统30可以例如布置在车辆1的后部区域中(例如在行李厢中)，但是也可以布置在车辆的底部(例如在燃料电池堆下方或者在乘客舱下方)。通过罐系统20的模块化构造，罐系统30与堆和/或与阴极路径10之间的间距缩小，并且可以更简单地实现这些系统之间的连接。有利地，例如罐系统30中的多个模块的一个模块中的各个罐T可以借助(各)一个罐壳体31包围，该罐壳体可以形成罐系统环境通风系统Q3的一个部件。罐壳体31反过来可以具有罐排气管线L3。

为了给罐系统30通风，可以使用来自作为第一供应部A1的阴极路径10的进气管线11的进气和/或可以使用来自另外的供应部A2、A3的新鲜空气，所述另外的供应部例如是车辆内部空间的新鲜空气鼓风机IN和/或单独的通风鼓风机BG。

用于通风的进气由第一供应部A1经由通风管线A1提供，该通风管线从阴极系统10的进气管线11分支，例如在加湿器H(通风管线A1.1)前方、在加湿器H(通风管线A1.2)后方或者在空气冷却器IC(通风管线A1.3)前方。

冲扫和/或排水系统Q1可以具有(组合式或者双重的)冲扫管线和/或排水管线L1。堆环境通风系统Q2可以具有至少一个(或者多个)堆环境排气管线L2。罐系统环境通风系统Q3可以同样具有至少一个(或者多个)罐排气管线L3。阳极系统环境通风系统Q4可以同样具有未示出的排气管线。在阴极系统10的废气管线12的端部或在阴极系统10的废气管线12中的下游布置有燃料传感器S、尤其是在整个燃料电池系统100以及整个车辆1中的仅一个燃料传感器S，该燃料传感器例如是氢气传感器。根据本发明，如果存在的话，冲扫管线和/或排水管线L1、至少一个堆环境排气管线L2、至少一个罐排气管线L3和/或阳极系统环境排气管线在燃料传感器S1前方汇入到阴极系统10的废气管线12中(优选全部三个管线L1、L2、L3)，如图1所示。

在本发明的框架中，对于整个燃料电池系统100以及对于整个车辆1可以使用仅一个燃料传感器S。在此，全部管线L1、L2、L3可以汇总在阴极系统10的废气管线12中，所述管线可以是燃料、尤其是氢气的来源。在图1中示例性地示出冲扫管线和/或排水管线L1、堆环境排气管线L2(无论至少一个燃料电池101或者至少一个燃料电池堆是否是打开的或者是否至少部分地布置在壳体102中)和罐排气管线L3(无论罐系统30是否是打开的或者是否至少部分地布置在壳体31中)。但是，在本发明的框架中也能够考虑用于可能的燃料泄漏的另外的来源，所述另外的来源与所提到的排气管线L1、L2、L3一样，可以优选在燃料传感器S前方流体地附接到阴极系统10的废气管线12上。

因此，可以在燃料电池系统100的一个部位上执行用于所有可能的直接的和/或间接的燃料泄漏的探测。有利地，燃料积聚可以至少通过阴极系统10的废气来稀释。

另外，借助所描述的燃料电池系统100可以执行诊断方法或具有精确定位的核查方法，即探测氢气泄漏或氢气质量流来自于哪个来源，如图2所示。

通过将阳极系统环境通风系统Q4、罐系统环境通风系统Q3和/或堆环境通风系统Q2(如果存在的话)附接到废气管线12上，可以可靠地引导并稀释积聚在相应的系统中的燃料H2。

在所描述的燃料电池系统100中有利的是，可以借助例如车辆内部空间的新鲜空气鼓风机IN的和/或单独的通风鼓风机BG的二次空气质量流A2、A3执行对冲扫气体的稀释。因此，可以实现与进气管线11中的空气压缩机运行的脱耦以及冗余。

但是对于罐系统30的、堆的和/或阳极系统30的通风系统Q2、Q3、Q4(所述罐系统、所述堆和所述阳极系统设置在系统100中)，也可以实现与阴极路径10的脱耦以及冗余，用于给相应的系统通风。

图2示意性地示出一种可能的用于诊断在燃料电池系统100中的燃料泄漏和/或燃料质量流的方法，该方法可以如上所述地实施。

该诊断方法可以具有至少一个下述步骤：

D4)在燃料电池系统100的正常运行(“normal operation”)中监控燃料传感器S的测量值。

在步骤D4)中的诊断中，燃料传感器S的一个测量值或者多个测量值或者测量信号可以与一个阈值或者与多个阈值进行比较。有利地，可以对燃料传感器S的一个测量值或者多个测量值或者测量信号在时间尺度上进行分析处理，以便可以及早地识别燃料含量升高和燃料含量泄漏。如果燃料传感器的一个测量值或者多个测量值或者测量信号足够低，则不需要较准确的诊断或者视阈值而定地最初不需要较准确的诊断。然而，如果所述值高于能够应用的极限，则可以执行另外的诊断D1)、D2)、D3)。

在步骤D4)中未被超过的低极限或第一阈值可以是“一切正常”的标志。自该低极限起向上，可以例如开始核查处理，例如在步骤D4)中更频繁地读取燃料电池传感器S，观察燃料含量升高和/或开始另外的诊断D1)、D2)、D3)。较高的极限或第二阈值可以例如引起警告处理，例如要求驾驶员停止车辆1、要求车辆乘客离开车辆1、警告其他交通参与者等。

自一定的阈值起，可以开始下述步骤：

D1)运行冲扫和/或排水系统Q1，其中，堆通风系统Q2、罐通风系统Q3和阳极系统环境通风系统Q4(如果存在的话)是不激活的(即停用的或者不在运行中，冲扫阀PDV是关闭的)，

D2)运行堆通风系统Q2，其中，冲扫和/或排水系统Q1、阳极系统环境通风系统Q4和罐通风系统Q3是不激活的，和/或

D3)运行罐通风系统Q3，其中，冲扫和/或排水系统Q1、阳极系统环境通风系统Q4和堆通风系统Q2是不激活的。

此外，可以执行另一个在图2中未示出的步骤，在该步骤中，运行阳极系统环境通风系统Q4，其中，冲扫和/或排水系统Q1、堆通风系统Q2和罐通风系统Q3是不激活的。

步骤D1)、D2)和/或D3)可以同样周期性地执行。因此，可以实现如下探测：燃料泄漏或燃料质量流来自于哪个来源。

为此，存在于系统100中的可能的来源的相应的路径Q1、Q2、Q3、Q4、Q5这样切换，使得在短时间内仅探测一个针对燃料泄漏或燃料质量流的可能的来源。

在步骤D1)、D2)与D3)之间可以设立确定的等待时间和/或平均值、给车辆1的用户的推荐。步骤D4)可以例如在停放车辆1时或者在启动车辆1之前不久执行，以便例如快速地核查通风系统Q2、Q3、Q4是否正常，和/或以便了解是否需要附加的诊断D2)和/或D3)，和/或以便获得用于步骤D2)和/或D3)的参考测量。

此外能够考虑，将步骤D1)至D4)中的测量值彼此比较、相互比较或者也相互结合地相互比较，以便对该诊断方法的结果进行可信度检验(例如D4中的值＝D2中的值+D3中的值？)

此外，该诊断方法可以具有下述步骤中的至少一个步骤：

D5)在燃料电池系统100的不通风运行(“全部关闭”)中监控燃料传感器S的测量值，其中，冲扫和/或排水系统Q1、堆通风系统Q2、罐通风系统Q3和阳极系统环境通风系统Q4(如果存在的话)是关断的。因此，可以对燃料传感器S1进行检定(geeicht)或校准。因此，也可以执行冲扫阀PVD的开关诊断。

此外，该诊断方法可以具有下述步骤中的至少一个步骤：

D6)在燃料电池系统100的完全通风运行(“全部打开”)中监控燃料传感器S的测量值，其中，冲扫和/或排水系统Q1、堆环境通风系统Q2、罐环境通风系统Q3和阳极系统环境通风系统Q4(如果存在的话)全都是激活的。该步骤D6)可以例如在停放车辆1时或者在启动车辆1之前不久执行，以便例如快速地核查是否一切正常，和/或以便了解是否需要附加的诊断D1)、D2)和/或D3)，和/或以便获得用于步骤D1)、D2)和/或D3)的参考测量。

此外能够考虑，将步骤D1)至D4)中的测量值彼此比较、相互比较或者也相互结合地比较，以便对该诊断方法的结果进行可信度检验(例如D1中的值<＝D6中的值？)

图3用于阐明根据本发明的用于校准燃料传感器S的方法(或者简称为校准方法)，该燃料传感器根据图1用作唯一的燃料传感器S，用于感测和/或监控在燃料电池系统100中的所有燃料泄漏和/或燃料质量流。

根据图3的校准方法可以例如在根据图2的诊断方法的步骤D5)中执行。

但是也能够考虑，根据图3的校准方法可以与根据图2的诊断方法脱离地或无关地作为单独的方法来执行。

在本发明意义上的校准方法具有下述步骤：

1)打开旁通管线13中的旁通阀BV，以便在打开的情况下运行旁通管线13，

2)关闭进气管线11中的和废气管线12中的截止阀SV1、SV2，以便引导来自进气管线11的进气、优选全部进气通过旁通管线13从至少一个燃料电池101旁边经过并且导入到废气管线12中。

3)执行对燃料传感器S的校准、尤其是零点校准。

通过这种方式可以保证，来自进气管线11的进气到达燃料传感器S。

在步骤2)中，优选地，所有另外的子系统Q1、Q2、Q3、Q4、Q5也可以被关闭和/或被截止和/或被分离，所述另外的子系统存在于系统100中并且可以是燃料H2的来源，所述另外的子系统例如是冲扫和/或排水系统Q1以及所有通风系统Q2、Q3、Q4和作为用于燃料的间接的来源Q5的阴极路径，所述通风系统例如是堆环境通风系统Q2、罐系统环境通风系统Q3和阳极系统环境通风系统Q4(如果存在的话)。

通过这种方式可以保证，为了在步骤3)中执行对燃料传感器3)的校准、尤其是零点校准，没有燃料H2到达燃料传感器S。

因此，燃料传感器S的当前的测量点可以设置为零。

另外，在步骤2)之后或者在步骤2)中，可以设置至少一个另外的(子)步骤：

2a)以至少一个转速运行进气管线11中的压缩机V。

通过这种方式可以通过进气管线11、旁通管线13和废气管线12运送进气的质量流。

如果期望或者需要，则可以计算估计到达燃料传感器S的额定质量流。为此，在步骤2)之后或者在步骤2)中，另外可以设置至少一个另外的(子)步骤：

2b)求取(例如测量和计算或者估计)应到达燃料传感器S的含氧反应物的额定质量流。

因此可以核查，计算出的额定质量流是否实际上到达燃料传感器S。为此，在步骤2)之后或者在步骤2)中，另外可以设置至少一个另外的(子)步骤：

2c)借助在阴极系统中的质量流传感器的测量结果来核查(例如测量和计算)应到达燃料传感器S的含氧反应物的质量流。

除此之外，可以测量废气管线12中的压力，以便以增加的精度求取或者验证额定质量流。为此，在步骤2)之后或者在步骤2)中，另外可以设置至少一个另外的(子)步骤：

2d)通过压力传感器核查或测量阴极路径10中的压力。

求取出的额定质量流、测量出的质量流和压力可以用于核查压缩机V是否正常工作和/或在管线11、12、13中是否存在泄漏。

在正常情况下，在燃料传感器S上不应当感测到燃料H2。然后，零点校准可以以增加的安全性实现。

此外能够考虑，可以设置至少一个另外的(子)步骤：

2e)改变压缩机V运行的转速。

通过这种方式可以在压缩机V的运行中经过多个运行点。

另外，在步骤3)之后或者在步骤3)中，可以设置至少一个另外的(子)步骤：

3a)监控燃料传感器S的测量结果，

3b)当在改变压缩机V的转速时、在改变含氧反应物的质量流时和/或在改变阴极路径10中的压力时燃料传感器S的测量结果不改变时，确定燃料传感器S是能够正常工作的。

燃料传感器S的测量结果应当是与废气的质量流或者压力无关的。压缩机的转速也不应当影响燃料传感器S的测量结果。如果燃料传感器S是能够正常工作的，则在改变压缩机V的转速时、在改变含氧反应物的质量流时和/或在改变阴极路径10中的压力时，该燃料传感器的测量结果不被改变。通过这种方式可以简单且方便地保证，燃料传感器S是能够正常工作的。

另外，该校准方法可以具有下述步骤中的至少一个另外的步骤：

4)将含燃料的反应物的质量流导入到在燃料传感器S的前方的废气管线12中，

5)执行对燃料传感器S的量点(Mengenpunkt)校准。

通过这种方式，如果期望的话，可以在不同的量点的情况下执行对燃料传感器S的校准。如果例如通过借助新鲜的燃料进行冲扫而将阳极路径优选引导到尽可能定义的状态上，如果燃料的浓度高且几乎已知，则可以通过冲扫管线和/或排水管线L1有针对性地将燃料供应到废气管线12中，用于燃料传感器的量点校准。在此，有利地可以注意，废气中的燃料的浓度不超过临界极限、所谓的爆炸极限。

在量点校准的情况下，该方法也可以具有至少一个另外的步骤：

4a)以至少一个转速运行进气管线11中的压缩机V。

通过这种方式，在步骤4)中被注入的含燃料的反应物的质量流可以如期望的那样被稀释，以便例如获得在燃料传感器S上的含燃料的反应物的确定浓度。

此外，该方法可以具有下述步骤中的至少一个另外的步骤：

4b)计算或者估计到达燃料传感器S的含氧反应物的额定质量流，

4c)借助在阴极路径中、例如在进气管线11中的质量流传感器的测量值来核查应到达燃料传感器S的含氧反应物的质量流，和/或

4d)通过压力传感器核查阴极路径10中的压力。

另外，该方法可以具有下述步骤中的至少一个另外的步骤：

4e)改变压缩机V运行的转速，

4f)改变被导入到在燃料传感器S前方的废气管线12中的含燃料的反应物的质量流，和/或

5a)尤其是根据被导入到在燃料传感器S前方的废气管线12中的含燃料的反应物的质量流、压缩机V的转速、在燃料传感器S上的含氧反应物的质量流和/或在阴极路径10中的压力，将燃料传感器S校准到如下测量点：该测量点相应于含燃料的反应物的确定的浓度。

通过这种方式，如果期望的话，可以在不同的量点的情况下执行对燃料传感器S的校准。在此，有利地也可以注意，废气中的燃料的浓度不超过临界极限、所谓的爆炸极限。

有利地，可以执行附加的步骤，用于燃料传感器S的反应测试：

4g)增加或者减少或者关断被导入到在燃料传感器S前方的废气管线12中的含燃料的反应物的质量流，

5b)核查燃料传感器S是否和/或如何快速地对质量流的增加或者减少或者关断做出反应。

除此之外，借助本发明可以实现，经校准的燃料传感器S可以用于：

6)执行阳极系统20的冲扫过程，

7)借助燃料传感器S的测量结果来评估冲扫气体，

8)适配阳极系统20的冲扫过程，直到通过燃料传感器S在冲扫气体的质量流中感测到含燃料的反应物的预期浓度。

通过这种方式可以优选在例如与氮气相比燃料的份额方面对冲扫气体进行研究。因此，可以实现改进的对冲扫过程的控制。

有利地可能的是，根据图2的诊断方法的结果和/或根据图3的校准方法的结果记录在燃料电池系统101的存储器中或者记录在在线存储器中。

此外能够考虑，根据图2的诊断方法和/或根据图3的校准方法周期性地执行，例如在确定的时间之后周期性地执行，规律地执行，例如在更换罐、填充罐之后、在改变压力之后规律地执行，在车辆1每次长期泊车的情况下执行，例如在过夜或在机场停车场上等情况下执行，和/或与负载曲线有关地执行，例如在确定数量的启动/停止之后和/或在确定的所产生的功率之后(车辆1的行驶里程、燃料电池系统100的千瓦电功率、压缩机的确定的通过量等)执行。例如可以在燃料电池系统100的控制器中或者在在线服务器中对根据图2的诊断方法和/或根据图3的校准方法进行分析处理。

同样可以有利的是，将根据图2的诊断方法的结果和/或根据图3的校准方法的结果告知车辆1的用户，例如经由显示单元，例如在车辆1的仪表板中、在平视显示器或者类似物中。

此外能够考虑，燃料电池系统100被转移到无功率状态中，用于执行该方法。燃料电池系统100的无功率状态可以理解为如下状态：燃料电池系统不提供电能，在阴极系统的进气管线和废气管线中的截止阀是关闭的。因此可以保证，如果需要的话，该方法可以随时执行，例如当能够识别出燃料传感器不提供可靠的结果时。

根据第二方面，本发明提供一种燃料电池系统100，该燃料电池系统具有燃料传感器S，该燃料传感器是通过可以以如上所述的方式运行的方法校准的。

具有相应的燃料电池系统100的车辆1同样是本发明的一方面。

对附图的上述描述仅在例子的框架中描述本发明。当然，实施方式的各个特征只要在技术上合理都能够自由地相互组合，而不离开本发明的框架。