[发明专利]用于校准和/或适配空气质量流传感器的方法和控制器

说明书

本发明涉及一种用于校准和/或适配布置在燃料电池系统的阴极供气路径中的空气质量流传感器的方法，其中在系统的部分负载运行中执行如下步骤：‑通过减小布置在阴极供气路径中的空气压缩机的转速有针对性地减少空气质量流直至在燃料电池系统的燃料电池堆的燃料电池中的氧气耗完且燃料电池过渡到质子泵送运行中；‑借助氢气传感器测量在燃料电池系统的阴极排气路径中的氢气浓度；和‑一旦测量到氢气浓度，则计算通过空气质量流传感器的空气质量流，其中：a)由借助法拉第定律获得的电流计算在阴极排气路径中的氧气浓度；和b)由在阴极排气路径中氮气与氧气的比求取空气质量流。本发明此外还涉及一种用于执行该方法的控制器。

技术领域

本发明涉及一种用于校准和/或适配布置在燃料电池系统的阴极供气路径中的空气质量流传感器的方法。此外，本发明还涉及一种用于执行根据本发明的方法的控制器。

背景技术

借助燃料电池系统的燃料电池可以将氢气与氧气一起转化为电能、热量和水。燃料电池为此分别具有包括阳极和阴极的隔膜电极组件。氢气被供应给阳极，在移动应用中在适合的箱中携带氢气。用作氧气提供者的环境空气被供应给阴极。为了提高燃料电池系统的功率使用多个呈燃料电池堆(也称为“堆跺(Stack)”)形式的燃料电池。

因为在燃料电池中的电化学反应要求一定的空气质量流和压力，所以事先借助布置在阴极供气路径中的空气压缩机压缩被供应给阴极的环境空气。借助空气质量流传感器测量通过燃料电池堆的空气质量流，其方式是：空气质量流传感器测量压力、压差和温度并且由此计算空气质量流。空气质量流传感器的基于压差的测量方法由原理决定地在空气质量流小的情况下具有大的测量公差。由此在燃料电池系统的部分负载运行中的调节变得困难。此外，空气质量流传感器在其使用寿命上附加地出现漂移。

发明内容

本发明所基于的任务在于，避免在燃料电池系统中检测空气质量流时的大的测量公差并且以这种方式简化在燃料电池系统的部分负载运行中的调节。

为了解决该任务，提出具有根据本发明的方法。后面还给出本发明的有利的扩展方案。此外，还提出一种用于执行根据本发明的方法的控制器。

所提出的方法用于校准和/或适配布置在燃料电池系统的阴极供气路径中的空气质量流传感器。在该方法中，在系统的部分负载运行中执行以下步骤：

-通过减小布置在阴极供气路径中的空气压缩机的转速有针对性地减少空气质量流直至在燃料电池系统的燃料电池堆的燃料电池中的氧气耗完并且燃料电池过渡到质子泵送运行中；

-借助氢气传感器测量在燃料电池系统的阴极排气路径中的氢气浓度；和

-一旦测量到氢气浓度，则计算通过空气质量流传感器的空气质量流，其中：

a)由借助法拉第定律获得的电流计算在阴极排气路径中的氧气浓度；和

b)由在阴极排气路径中氮气与氧气的比求取空气质量流。

如果电池单体中的氧气耗完，则燃料电池过渡到质子泵送运行中，从而通过燃料电池的隔膜运输的质子不再遇到氧原子，而是借助存在的电极以及另外的质子化解为氢分子，按照如下公式：

H⁺+H⁺+2e^--H₂

为了激发质子泵送运行，必须降低空气质量流或空气化学计量比。为了实现这一点，减小空气压缩机的转速。

准确知晓在燃料电池系统的部分负载运行中通过空气质量流传感器或燃料电池堆的空气质量流能够尤其在部分负载运行中实现燃料电池系统的准确调节。

为了执行所提出的方法不需要附加的部件，因为燃料电池系统通常不但包括空气质量流传感器而且也包括氢气传感器。通常，借助布置在阴极排气路径中的氢气传感器监控氢气浓度，以便探测可能的隔膜裂缝。