用于检查燃料提供系统的惰化状态的装置和方法

技术领域

本文公开的技术涉及一种车辆，该车辆具有用于为车辆的电驱动机器产生电能的燃料电池单元，所述燃料电池单元由车辆的燃料提供系统供应燃料。本发明尤其是涉及一种用于检查车辆的燃料提供系统的惰化的方法和装置。

背景技术

电驱动车辆可以包括具有一个或多个燃料电池的燃料电池单元，该燃料电池单元设置用于基于燃料、尤其是基于氢气产生用于运行车辆的电驱动机器的电能。用于燃料电池单元的燃料由车辆的燃料提供系统提供，所述燃料提供系统通常包括一个或多个容器、尤其是压力容器和/或低温容器，以用于存储燃料。

在准备对燃料提供系统和/或燃料电池单元进行维护时，可能需要惰化燃料提供系统，在惰化燃料提供系统的范围中，燃料提供系统中、尤其是燃料提供系统的一个或多个管路中的燃料被惰性气体替代。

燃料提供系统的惰化通常是例如由维修人员进行的手动或部分自动化的过程。在进行手动惰化过程时，维修人员可能会操作不当并且在此可能导致燃料提供系统的惰化不充分。

发明内容

本文公开的技术的一个优选任务是，减少或消除已知解决方案的至少一个缺点或提出一种替代解决方案。本文公开的技术的一个优选任务是，使燃料提供系统能够高效、可靠且安全地惰化。

所述任务分别通过独立权利要求的技术方案来解决。从属权利要求构成优选的实施方式。

根据一个方面，描述了一种用于确定与利用惰性气体惰化燃料提供系统有关的状态信息的装置。所述燃料提供系统在此可以设置用于向燃料电池单元供应燃料。燃料电池单元例如可以包括具有一个或多个燃料电池的燃料电池堆。燃料电池单元可以设置用于基于燃料产生电能。燃料可以包括氢气或可以是氢气、尤其是H

燃料提供系统可以包括至少一个容器、尤其是压力容器，以用于存储燃料。容器可以构造用于存储在环境条件下为气态的燃料。燃料提供系统例如可以用于这样的机动车中，其借助压缩天然气(CNG)或液化天然气(LNG)或氢气作为燃料运行。燃料提供系统通常包括一个或多个燃料管路，它们构造用于将燃料从燃料提供系统的所述至少一个容器和/或加注入口(尤其是加注管接头)引导至燃料电池单元。

燃料提供系统的容器可以是复合外包装压力容器、低温压力容器和/或高压气体容器。高压气体容器构造用于在环境温度下永久存储处于至少350barg(＝相对于大气压力的过压)或至少700barg的标称工作压力(NWP)下的燃料。低温压力容器适于在上述工作压力下在比机动车的工作温度低得多(例如超过50开尔文或超过100开尔文)的温度下存储燃料。

燃料提供系统的惰化可以设计成用惰性气体(尤其是氮气)替代燃料提供系统和/或燃料电池单元中的燃料(燃料提供系统的一个或多个压力容器中的燃料除外)。换言之，在惰化过程中，可以引起设置在一个或多个压力容器之外的燃料基本上完全(例如99％或更多或99.9％或更多)被惰性气体替代。这样就能够安全地维护燃料提供系统和/或燃料电池单元。本文中描述的装置旨在检查燃料提供系统是否实际上处于惰性状态(例如99％或更多的燃料已被惰性气体替代)。

所述装置设置用于引起利用来自燃料提供系统的气体供应燃料电池单元。在此尤其是可以引起向燃料电池单元(必要时仅)提供来自所述一个或多个燃料管路的气体。替代或补充地可以引起，在压力容器关闭期间和/或在不从所述(或任何)压力容器提取燃料的情况下向燃料电池单元提供气体。因此，可以引起利用燃料提供系统中的在燃料提供系统任何压力容器之外的气体供应、尤其是吹扫燃料电池单元。

所述装置还可以设置用于确定与由于利用来自燃料提供系统的气体供应(尤其是吹扫)燃料电池单元而引起的电流和/或电压有关的测量信息。因此，可以确定来自燃料提供系统的气体是否在燃料电池单元中引起电压和/或电流(这可以推断出气体仍包含燃料)。所述测量信息可以借助燃料电池单元的电流和/或电压测量单元来确定或检测。

此外，所述装置设置用于基于所述测量信息确定与燃料提供系统的惰化有关的状态信息。在此，基于所述测量信息尤其是可以确定表明在来自燃料提供系统的气体中的燃料浓度的状态信息。替代或附加地，状态信息可以表明燃料提供系统的惰化程度。替代或附加地，状态信息可以表明燃料提供系统是否处于惰性状态。替代或附加地，状态信息可以表明来自燃料提供系统的气体是否具有等于或小于预定义浓度阈值(例如1％或0.1％)的燃料浓度。

因此，可以在执行惰化过程之后确定与燃料提供系统的实际惰化状态有关的状态信息。因此，能够实现燃料提供系统的特别可靠的维护。

所述装置可以设置用于引起与燃料提供系统的惰化有关的措施，该措施取决于所确定的状态信息。该措施在此可以包括发出指示，例如发出关于燃料提供系统是否处于惰性状态的指示，和/或发出与来自燃料提供系统的气体中的燃料浓度有关的指示。因此，可进一步提高燃料提供系统维护的安全性。

所述装置可以设置用于确定是否发生了燃料提供系统的惰化过程。如上所述，惰化过程可以设计成用惰性气体(基本上完全、如99％或更多或99.9％或更多)替代燃料提供系统的所述一个或多个燃料管路和/或燃料电池单元中的燃料。例如可以通过用户界面询问用户是否执行了惰化过程。然后可以基于响应于查询的用户输入确定惰化过程是否已经执行。

所述装置可以设置用于(必要时仅)在确定之前发生了燃料提供系统的惰化过程时，(才)引起利用来自燃料提供系统的气体供应燃料电池单元，以确定状态信息。换言之，(必要时仅)在确定之前执行了惰化过程时，(才)可以选择性地进行本文中描述的惰化状态检查。这使得能够特别安全且可靠地确定惰化状态。

所述装置可以设置用于确定与电压的水平和/或电流的水平或强度有关的测量信息。然后，可以基于所述测量信息(尤其是基于电压水平或电流强度)以特别精确的方式确定表明在来自燃料提供系统的气体中的燃料浓度的状态信息。

所述装置可以设置用于确定与由于利用来自燃料提供系统的气体供应燃料电池单元而引起的燃料电池单元的废气中燃料的存在有关测量信息。所述测量信息在此尤其是可以表明在燃料电池单元的废气中燃料的浓度和/或量。测量信息可以借助燃料电池单元的废气和/或燃料传感器确定。

然后，也可以基于与燃料电池单元的废气中燃料的存在有关的测量信息以特别精确的方式确定状态信息。尤其是可以基于所述测量信息确定表明在来自燃料提供系统的气体中燃料浓度的状态信息。

根据另一方面，描述了另一种用于确定与利用惰性气体惰化燃料提供系统有关的状态信息的装置。本文中描述的措施也可以用于该装置。

所述装置设置用于引起利用来自燃料提供系统的气体供应燃料电池单元。此外，所述装置可以设置用于确定与由于利用来自燃料提供系统的气体供应燃料电池单元而引起的燃料电池单元的废气中燃料的存在有关的测量信息。所述装置还设置用于基于所述测量信息确定与燃料提供系统的惰化有关的状态信息。

根据另一方面，描述了一种(道路)机动车(尤其是轿车或载重汽车或公共汽车或摩托车)，其包括本文中描述的装置。车辆尤其是可以具有用于驱动车辆的电驱动马达。此外，车辆可以包括燃料电池单元，该燃料电池单元设置用于基于燃料产生用于运行驱动马达的电流。此外，车辆可以包括设置用于向燃料电池单元供应燃料的燃料提供系统。

根据另一方面，描述了一种用于确定与利用惰性气体惰化燃料提供系统有关的状态信息的方法。燃料提供系统设置用于向燃料电池单元供应燃料。该方法包括引起利用来自燃料提供系统的气体供应燃料电池单元。此外，该方法包括确定与由于利用来自燃料提供系统的气体供应燃料电池单元而引起的电流和/或电压有关的测量信息。替代或补充地，该方法包括确定与由于利用来自燃料提供系统的气体供应燃料电池单元而引起的燃料电池单元的废气中燃料的存在有关的测量信息。此外，该方法包括基于所述测量信息确定与燃料提供系统的惰化有关的状态信息。

根据另一方面，描述了一种软件(SW)程序。该SW程序可以设置用于在处理器上(例如在车辆的控制器上)执行并且由此实施本文中描述的方法。

根据另一方面，描述了一种存储介质。该存储介质可以包括SW程序，该SW程序设置用于在处理器上执行并且由此实施本文中描述的方法。

应指出，本文中描述的方法、装置和系统不仅可以单独，而且也可以结合其它本文中描述的方法、装置和系统来使用。另外，本文中描述的方法、装置和系统的任何方面可以多种方式相互组合。尤其是权利要求的特征可以多种方式相互组合。

附图说明

下面借助实施例详细阐述本发明。附图如下：

图1a示出具有燃料提供系统的示例性车辆；

图1b示出示例性的燃料提供系统；和

图2a和图2b示出用于确定与燃料提供系统的惰化有关的状态信息的示例性方法的流程图。

具体实施方式

如开头所述，本文涉及燃料提供系统的高效且可靠的惰化。在此情况下，图1示出具有燃料提供系统150的示例性车辆100，该燃料提供系统构造用于向车辆100的燃料电池单元(其必要时是燃料提供系统150的一部分)供应燃料、尤其是氢气或者说H

所述装置101还可以设置用于根据所确定的状态信息引起与燃料提供系统150有关的措施，例如用于保护燃料提供系统150的保护措施。例如可以通过车辆100的用户界面102显示燃料提供系统150是否具有足够高的惰化程度。

图1b示出示例性的燃料提供系统150。燃料提供系统150通常包括压力容器110，该压力容器可以用于存储用于燃料电池单元151的燃料(尤其是氢气)。压力容器110通过至少一个燃料管路112、117与燃料电池单元151连接。

压力容器110具有一个可控的阀115，通过该阀，燃料可以从压力容器110被引导到燃料管路112中。压力容器110的阀115通常在初始状态中关闭，从而没有燃料可以通过阀115从压力容器110中流出。压力容器110的阀115可以构造用于响应于控制信号(如装置101的控制信号)而打开。

压力容器110可以经由加注入口114(例如经由储罐接管)被加注燃料。尤其是可以经由加注入口114将燃料从加注桩通过燃料管路112输送到压力容器110中。

燃料电池单元151通常以相对低的工作压力(例如在10-20barg的范围内)运行，燃料电池单元151的低压大多实质低于燃料管路112和压力容器110中的高压(例如在700barg的范围内)。因此，在压力容器110和燃料电池101之间可以设置压力转换器116(尤其是压力调节器)，该压力转换器设置用于将燃料从高压燃料管路112(该燃料具有相对高的压力)输送到低压燃料管路117(具有相对低的压力)中。然后，燃料通过低压燃料管路117被引导到燃料电池单元151。

通过打开压力容器110的阀115，燃料可以从压力容器110到达燃料管路112、117中。燃料提供系统150可以包括减压阀121，通过该减压阀，燃料可以从燃料管路112、117排出到燃料提供系统150的环境中、尤其是车辆100的环境中。尤其是，车辆外部的减压软管133可以借助于联接元件131与减压阀121连接。通过联接减压软管133，可以打开减压阀121，从而可以将燃料从燃料提供系统150排出。

在对燃料提供系统150进行维护工作之前，可能需要使燃料提供系统150惰化或将其转换到惰性状态中。例如当压力容器110之外的部件中、尤其是所述一个或多个燃料管路112、117中的燃料、尤其是H

燃料提供系统150的惰化可以通过以下方式进行：

1)降低燃料提供系统150内(压力容器110之外)、即尤其是所述一个或多个燃料管路112、117和/或燃料电池单元151中的气体压力，例如降低至0barg；为此目的例如可以打开减压阀121，以便将气体从燃料提供系统150排出；替代或补充地，气体可以通过燃料电池单元151从燃料提供系统150排出；并且随后

2)将惰性气体、如氮气导入燃料提供系统150中，并且在此再次增加燃料提供系统150内(压力容器110之外)的气体压力，例如增加至15barg。惰性气体在此可以经由加注入口114输入。

上述步骤形成惰化过程的一个循环，在一个循环中，在提供系统内(压力容器110之外)的燃料浓度可以降低特定的因数，例如因数10。惰化过程可以包括多个循环，以便反复地使在提供系统内(压力容器110之外)的燃料浓度达到或低于浓度阈值。

因此，在对H

在惰化范围中，将H

但诊断工作的执行不能排除维修人员的错误操作并且因此不能保证无氢。在本文中描述了一种用于诊断系统150中存在的气体的诊断方法，通过该诊断方法可以保证H

为了检查燃料提供系统150的惰化状态，所述装置101可以设置用于引起利用来自燃料提供系统150的气体、尤其是来自燃料管路112、117的气体吹扫燃料电池单元151。换言之，可以引起燃料电池单元151借助来自燃料提供系统150的气体、尤其是来自燃料管路112、117的气体运行。

利用来自燃料提供系统150的气体吹扫燃料电池单元151导致残留在气体中的燃料在燃料电池单元151中引起化学反应，这又导致燃料电池单元151上的电压降和/或电流流过燃料电池单元151。因此，可以借助用于测量燃料电池单元151上的电压和/或流过燃料电池单元151的电流的电压和/或电流测量单元161来识别来自燃料提供系统150的气体中燃料的存在。在此，电压水平和/或电流强度通常取决于来自燃料提供系统150的气体中的燃料浓度。

因此，所述装置101可以设置用于(例如借助电压和/或电流测量单元161)确定与燃料电池单元151上的电压和/或电流有关的测量信息。然后，可以基于所述测量信息以可靠的方式确定燃料提供系统150的与惰化有关的状态。

替代或补充地，燃料提供系统150可以包括废气传感器162，该废气传感器设置用于检测与燃料电池单元151的废气中燃料的存在有关的测量信息。所述装置101可以设置用于基于与燃料电池单元151的废气有关的测量信息确定燃料提供系统150的与惰化有关的状态。

因此，基于电压和/或电流测量单元161和/或废气传感器162的测量信息，可以高效且可靠地确定燃料提供系统150的与惰化有关的状态。尤其是可以确定惰化程度，例如燃料提供系统150中残留的燃料浓度。根据所确定的燃料提供系统150的惰化状态，必要时可以引起措施，例如以便促使燃料提供系统150的用户继续惰化过程或告知用户燃料提供系统150处于惰性状态。因此，能够实现燃料提供系统150的特别可靠的运行。

因此，为了分析H

为了确定状态信息，装置101可以使所有必要的阀切换，以便利用来自H

图2a示出一种示例性(可能是计算机实现的)方法200的流程图，该方法用于确定与用惰性气体(例如氮气)惰化燃料提供系统150(可能是车辆100的一部分)有关的状态信息。如本文中描述的，燃料提供系统150设置用于向燃料电池单元151(如燃料电池堆)供应(气态)燃料(尤其是H

方法200包括引起201利用来自燃料提供系统150的气体、尤其是利用来自燃料提供系统150的所述一个或多个燃料管路112、117的气体(而不从燃料提供系统150的任何压力容器110提取燃料)供应、尤其是吹扫燃料电池单元151。在成功惰化之后，提供给燃料电池单元151的气体应基本上(至少99％或更多)为惰性气体。

方法200还包括确定202与由于利用来自燃料提供系统150的气体供应燃料电池单元151而引起的电流和/或电压有关的测量信息。所述测量信息可以借助燃料电池单元151的电流和/或电压测量单元161来确定。测量信息尤其是可以表明通过利用来自(惰性)燃料提供系统150的气体吹扫燃料电池单元151是否引起电压以及可能情况下电压的水平。

此外，方法200包括基于测量信息确定203与燃料提供系统150的惰化有关的状态信息。在此，状态信息尤其是可以表明燃料提供系统150是否处于惰性(安全)状态。

图2b示出另一种示例性(可能是计算机实现的)方法210的流程图，该方法用于确定与用惰性气体(例如氮气)惰化燃料提供系统150有关的状态信息。方法200、210可以以任意方式相互组合。

方法210包括引起211利用来自燃料提供系统150的气体、尤其是利用来自燃料提供系统150的所述一个或多个燃料管路112、117的气体供应、尤其是吹扫211燃料电池单元151(而在此时不从燃料提供系统150的任何压力容器110提取燃料)。

方法210还包括确定212与由于利用来自燃料提供系统150的气体供应燃料电池单元151而引起的燃料电池单元151的废气中燃料的存在有关的测量信息。所述测量信息可以借助燃料电池单元151的燃料和/或废气传感器162来确定。

此外，方法210包括基于测量信息确定213与燃料提供系统150的惰化有关的状态信息。在此，状态信息尤其是可以表明燃料提供系统150是否处于惰性(安全)状态。

通过本文中描述的措施可以以可靠的方式确定燃料提供系统150的惰化状态，由此可以提高在燃料提供系统150上进行维护工作的安全性。

本发明不限于所示的实施例。尤其是应注意，说明书和附图仅应示例性地说明所提出的方法、装置和系统的原理。

附图标记列表

100 车辆

101 (控制)装置

102 用户界面

110 压力容器

112、117 燃料管路

114 加注入口

115 压力容器阀

116 压力转换器

121 减压阀

131 联接元件

133 减压软管

150 燃料提供系统

151 燃料电池单元

161 电压和/或电流测量单元

162 废气和/或燃料传感器

200 用于确定惰化状态的方法

201-203 方法步骤

210 用于确定惰化状态的方法

211-213 方法步骤