Titel

Verfahren zur Diagnose einer Querschnittsverengung eines Pfads in einem

Brennstoffzellensystem

Stand der Technik

Als Reaktionsprodukt entsteht in einem Brennstoffzellensystem systeminhärent Produktwasser, das in dampfförmiger und tlw. auch flüssiger Form vorliegen kann. Diese Feuchtigkeit kann in der Brennstoffzelle bzw. dem Brennstoffzellenstack des Brennstoffzellensystems und auch im Abluftpfad des Kathodenpfades bzw. Luftsystems des Brennstoffzellensystems an die Umgebung vorhanden sein.

Bei geringen Umgebungstemperaturen kann das dampfförmige und flüssige Wasser beim Ausschalten des Brennstoffzellensystems darin verbleiben. Feuchtigkeit kann während der Phase des Ausschaltens und insbesondere während der Stillstandsphase ferner auskondensieren und einfrieren. Ebenso kann das dampfförmige und flüssige Wasser beim erneuten Einschalten des Brennstoffzellensystems entstehen und in der Anfangsphase, in der die Temperaturen der Komponenten des Brennstoffzellensystems aufgrund der geringen Umgebungstemperatur noch gering sind, einfrieren. Weiterhin kann im Brennstoffzellensystem während der Stillstandsphase befindliches Wasser auftauen (z.B. durch einen Heizer) und an anderer (kälterer) Stelle wieder kondensieren und einfrieren.

Dadurch kann es beim erneuten Einschalten des Brennstoffzellensystems zu diversen Problemen, Beschränkungen oder gar Beschädigungen kommen. So kann das eingefrorene Wasser zu Querschnittsverengungen, oder gar Blockaden, von Pfaden in dem Brennstoffzellensystem führen. Dadurch können Aktoren wie Sensoren, Drosselklappen, Ventile usw. des Brennstoffzellensystems nicht voll funktionsfähig sein oder blockiert werden. Sie können falsche Werte liefern, erhöhtem Verschleiß unterliegen und Schädigungen an ihrer Oberfläche erfahren. Insbesondere kann auch der Brennstoffzellenstapel bei nicht funktionalem bzw. fehlerhaftem Gefrierstart signifikant geschädigt werden.

Ein Gefrierstart einer Brennstoffzelle, bei dem die Umgebungstemperaturen so gering sind, dass Wasser einfrieren kann, bzw. bei dem die Umgebungstemperatur gering gewesen ist, sodass Wasser eingefroren ist und trotz bereits erhöhter Umgebungstemperaturen noch eingefroren sein kann, ist daher besonders kritisch. Es ist wünschenswert, die mit dem Gefrierstart verbundenen Nachteile bei Brennstoffzellensystemen zu vermindern.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Diagnose einer Querschnittsverengung in einem Zuluftpfad, einem Kathodenpfad und/oder einem Abluftpfad eines Brennstoffzellensystems mit einer Brennstoffzelle, wobei der Zuluftpfad fluidtechnisch mit dem Kathodenpfad der Brennstoffzelle verbunden ist, sodass Kathodenluft dem Kathodenpfad zuführbar ist, und ein Luftsystem in dem Zuluftpfad angeordnet ist, und wobei der Abluftpfad fluidtechnisch mit dem Kathodenpfad und mit der Umgebung verbunden ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (a) Betreiben des Luftsystems, sodass aus der Umgebung angesaugte Luft mittels des Luftsystems von dem Zuluftpfad zu dem Abluftpfad geleitet wird,

(b) Bestimmen zumindest einer mit der Luft von dem Luftsystem zusammenhängenden Kennzahl,

(c) Vergleichen der zumindest einen bestimmten Kennzahl mit zumindest einem Referenzwert, und

(d) Bestimmen, ob die zumindest eine bestimmte Kennzahl von dem zumindest einen Referenzwert abweicht oder wenigstens um einen Schwellwert von dem zumindest einen Referenzwert abweicht, wobei das Abweichen die Querschnittsverengung diagnostiziert.

Demgemäß wird ein Verfahren bereitgestellt, mittels dem auf einfache Art und Weise eine Querschnittsverengung diagnostiziert werden kann. Der zumindest eine Referenzwert kann dabei der Kennzahl entsprechen, wie sie bzw. er im normalen Betrieb des Brennstoffzellensystems ohne Querschnittsverengung, aber bei ansonsten gleichen oder ähnlichen Bedingungen bestimmt werden kann. Der Schwellwert wird dabei bevorzugt so gewählt, dass die Querschnittsverengung sehr wahrscheinlich ist. Mit anderen Worten wird der Schwellwert so groß gewählt, dass einerseits nicht in Folge von ungenauer Bestimmung der Kennzahl oder anderer Ungenauigkeiten eine Querschnittsverengung diagnostiziert wird, die nicht vorhanden ist und andererseits keine tatsächlich existierenden Querschnittsverengungen übersehen bzw. nicht diagnostiziert werden. Der Schwellwert kann bspw. ein absoluter Wert oder ein prozentualer Wert der Größe oder eine Trajektorie oder ein zeitlicher Verlauf der Kennzahl sein. Der Schwellwert kann dementsprechend vorgegeben sein. Der zumindest eine Referenzwert kann auch ein Referenzwertbereich sein. Der Referenzwertbereich kann den Schwellwert inkludieren. Dann wird eine Abweichung von dem Referenzwertbereich bestimmt, wenn die Kennzahl nicht in den Referenzwertbereich fällt.

Das Brennstoffzellensystem kann eine oder mehrere Brennstoffzellen, insbesondere in Form eines Brennstoffzellenstacks, umfassen. Das Brennstoffzellensystem kann in einer beliebigen mit Wasserstoff zu versorgender oder antreibender Vorrichtung verwendet werden. Insbesondere kann die Vorrichtung ein Kraftfahrzeug sein. Es kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der zumindest einen Kennzahl eine Messgröße ist oder auf zumindest einer Messgröße beruht, wobei die zumindest eine Messgröße an zumindest einer Messstelle in dem Zuluftpfad, dem Kathodenpfad und/oder dem Abluftpfad gemessen wird. Als Messgröße ausgestaltet oder auf einer solchen beruhend kann die Kennzahl einfach erfasst werden. Entsprechend kann der zumindest eine Referenzwert eine zuvor gemessene Messgröße oder ein zuvor gemessener Bereich von Messgrößen sein.

Die zumindest eine Kennzahl kann mehrere zeitlich voneinander beabstandete Kennzahlen oder eine gesamte Reihe bzw. Zeitreihe oder Trajektorie von Kennzahlen umfassen. Entsprechend kann der zumindest eine Referenzwert mehrere zeitlich voneinander beabstandete Referenzwerte oder eine gesamte Reihe bzw. Zeitreihe oder Trajektorie von Referenzwerten umfassen. Dementsprechend kann der zeitliche Verlauf eines Druckes/Druckdifferenz oder einer anderen Kennzahl mit dem zeitlichen Verlauf des Referenzwerts verglichen werden.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Messgröße von einem Drucksensor und/oder einen Luftmassenmesser an der zumindest einen Messstelle gemessen wird. Folglich kann die zumindest eine Messgröße ein Druck und/oder ein Luftmassenstrom sein.

Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die zumindest eine Messgröße ein an der Messstelle gemessener oder ermittelter Differenzdruck gegenüber einem Umgebungsdruck der Umgebung ist. Ein solcher lässt sich durch bereits einen oder mehrere vorhandene Drucksensoren in dem Brennstoffzellensystem bzw. im Fahrzeug bestimmen und mit bekannten zuvor gemessenen Druckdifferenzen oder Bereichen vergleichen.

Auch kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Messstelle mehrere Messstellen sind und eine an jeder der Messstellen bestimmte Kennzahl mit zumindest einem Referenzwert für diese Messstelle verglichen wird, um die Querschnittsverengung (in dem jeweiligen Pfad in Strömungsrichtung der Luft) vor oder an einer der Messstellen zu lokalisieren. Dies erlaubt zudem die Lokalisierung von Querschnittsverengung in den Pfaden. Die Lokalisierung wird mit einer höheren Anzahl von Messstellen genauer.

Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der zumindest einen Kennzahl eine Betriebskennzahl des Luftsystems, insbesondere eine Drehzahl eines Luftverdichters des Luftsystems, ist. Das Luftsystem kann einen Luftverdichter und einen diesen antreibenden Motor aufweisen. Die bekannte Drehzahl des Luftverdichters bei Gefrierstart ohne Querschnittsverengung an einem definierten Betriebspunkt (Druck,

Massenstrom) und kann in einem der Pfade mit der Drehzahl bei einem Gefrierstart am definierten Betriebspunkt verglichen werden und bei Abweichen um den Schwellwert auf eine Querschnittsverengung in einem Pfad hinweisen und dadurch die Diagnose ermöglichen.

Auch zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der zumindest einen Kennzahl eine Ähnlichkeitskennzahl, insbesondere Reynoldszahl, ist. Die Ähnlichkeitskennzahl kann eine auf vielen verschiedenen Parametern, insbesondere Messgrößen, wie etwa Druckdifferenz und Luftmassenstrom, aber auch weiteren oder anderen Größen, insbesondere Potentialgrößen und Flussgrößen, basieren bzw. daraus berechnet werden. Als Größen können somit beispielsweise reduzierte Größen, z.B. reduzierter Massenstrom, reduzierte Drehzahl, normierte Größen (z.B. auf 0...1 normiert, korrigierte Größen z.B. korrigierter Massenstrom, korrigierte Drehzahl usw. verwendet werden.

Es kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Luftsystem und der Brennstoffzelle ein erstes Ventil in dem Zuluftpfad und zwischen der Brennstoffzelle und der Umgebung ein zweites Ventil sowie in einem Bypasspfad, der den Zuluftpfad mit dem Abluftpfad verbindet, ein drittes Ventil angeordnet sind. Diese Anordnung ist eine bevorzugte Topologie des Brennstoffzellensystems.

Dabei kann vorgesehen sein, dass während des Betreibens des Luftsystems zur Diagnose der Querschnittsverengung das erste Ventil und das zweite Ventil geschlossen sind und das dritte Ventil geöffnet ist. Dadurch werden speziell der Bypasspfad und die Teile von Zuluftpfad und Abluftpfad bis zu dem Bypasspfad auf eine Querschnittsverengung hin diagnostiziert. Dies ermöglicht eine Lokalisierung der Querschnittsverengung in diesem Bereich.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass während des Betreibens des Luftsystems zur Diagnose der Querschnittsverengung das erste Ventil, das zweite Ventil und das dritte Ventil geöffnet sind. Dadurch werden alle Pfade, also Zuluftpfad, Kathodenpfad, Bypasspfad und Abluftpfad auf eine Querschnittsverengung hin diagnostiziert.

Ferner alternativ kann vorgesehen sein, dass während des Betreibens des Luftsystems zur Diagnose der Querschnittsverengung das erste Ventil und das zweite Ventil geöffnet sind und das dritte Ventil geschlossen ist. Dadurch wird der Bypasspfad von der Diagnose einer Querschnittsverengung ausgeschlossen und nur der Zuluftpfad, der Kathodenpfad und der Abluftpfad diagnostiziert. Durch Vergleich der Diagnose- Ergebnisse der einzelnen Pfade kann die Lokalität eingegrenzt werden bzw. ermittelt werden, d.h. ermittelt werden, wo die Querschnittsverengung auftritt, weil mehrere Pfade getestet worden sind. Der Systembetrieb kann dann gezielt angepasst werden.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass ein Luftmassenstrom der Luft von dem Luftsystem schrittweise erhöht wird. Dadurch kann bei reduziertem Betriebspunkt des Luftsystems bzw. reduzierter Drehzahl des Luftverdichters des Luftsystems ein vorsichtiger Gefrierstart erfolgen, der es ohne großes Risiko ermöglicht, eine Querschnittsverengung zu diagnostizieren.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Maßnahme zum Beseitigen der Querschnittsverengung vorgenommen und/oder der Betrieb des Luftsystems eingeschränkt oder eingestellt wird, wenn eine Querschnittsverengung diagnostiziert wird. Eine Maßnahme zum Beseitigen der Querschnittsverengung kann bspw. das Aufheizen der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstacks sein. Eine Einschränkung des Betriebs des Luftsystems kann durch Reduzieren einer Drehzahl eines Luftverdichters erfolgen. Das Verfahren kann demnach ein Verfahren zum Diagnostizieren und Beheben einer Querschnittsverengung des Brennstoffzellensystems bezeichnet werden.

Auch kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Referenzwert und/oder der Schwellwert von einem Modell bestimmt werden, das insbesondere während eines Betriebs des Brennstoffzellensystems ohne Querschnittsverengung gelernt wurde. Das Modell kann stetig erweitert werden und so besonders zuverlässig Querschnittsverengungen diagnostizieren.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Modell ein physikalisch-basiertes Modell, ein Modell mit künstlicher Intelligenz, ein Modell maschinellen Lernens und/oder eine Kombination aus zwei der vorgenannten ist. Das Modell mit künstlicher Intelligenz, das Modell des maschinellen Lernens und/oder die Kombination kann dabei auf einem Gauß-Prozess basieren. Dadurch kann das Modell stetig dazulernen und so noch zuverlässiger Querschnittsverengungen diagnostizieren.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, wobei das Brennstoffzellensystem zur Durchführung des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung eingerichtet ist.

Dazu kann das Brennstoffzellensystem ein Diagnosesystem zur Durchführung des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung aufweisen. Das Diagnosesystem kann die Sensorik, insbesondere Luftmassenmesser und Drucksensoren, des Brennstoffzellensystems, umfassen. Ferner kann das Diagnosesystem das Modell umfassen.

Das Brennstoffzellensystem kann insbesondere zur Nutzung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein. In Gebieten mit geringen Umgebungstemperaturen oder ganz allgemein im Winter unterliegen Gefrierstarts in diesem Anwendungsfeld kritischen Problemen, welche durch das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und das Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung auf einfache Art und Weise gelöst werden. Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Figur hervorgehenden Merkmale, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, können sowohl für sich als auch in den beliebigen verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen jeweils schematisch:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer Topologie eines beispielhaften erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems;

Figur 2 Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens zum Diagnostizieren einer Querschnittsverengung in einem Pfad des Brennstoffzellensystems; und

Figur 3 ein Blockschaltbild mit einem Modell für das beispielhafte erfindungsgemäße Verfahren zum Diagnostizieren einer Querschnittsverengung in einem Pfad des Brennstoffzellensystems aus Fig. 2.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Topologie eines beispielhaften erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1. Das Brennstoffzellensystem 1 weist einen Zuluftpfad 30, einen Kathodenpfad 11 in einer Brennstoffzelle 10 bzw. einem Brennstoffzellenstack und einen Abluftpfad 31 auf. Der Zuluftpfad 30 verläuft von der Umgebung 57 bis zu dem Kathodenpfad 11. Der Abluftpfad 31 verläuft von dem Kathodenpfad 11 bis zu der Umgebung 57. Vorliegend sind Teilpfade 30.1, 30.2, 30.3, 30.4, 30.5, 30.6 des Zuluftpfads 30 und Teilpfade 31.1, 31.2, 31.3, 31.4 des Abluftpfads 31 beispielhaft bezeichnet, die sich zwischen einzelnen Komponenten oder Umgebungen des Brennstoffzellensystems 1 befinden, um in der folgenden Beschreibung näher den jeweiligen Teilpfad bezeichnen und damit das Brennstoffzellensystem 1 verständlich beschreiben zu können. Ein Luftsystem 50 des Brennstoffzellensystems 1, das in dem Zuluftpfad 30 angeordnet ist, weist einen Luftfilter 54, einen Luftverdichter 51 mit einem Elektromotor 52 und Wechselrichter 53, einen Zwischenkühler 55 und einen Luftbefeuchter 56 auf.

Von der Umgebung 57 wird mittels des Luftverdichters 51 Frischluft bzw. Kathodenluft angesaugt. Von dem Teilpfad 30.1 des Zuluftpfads 30 gelangt die angesaugte Kathodenluft zu dem Luftfilter 54, wird darin gefiltert und gelangt mittels des Teilpfads 30.2 des Zuluftpfades 30 zu dem Luftverdichter 51. Dieser ist mittels des Teilpfads 30.3 des Zuluftpfads 30 mit dem Zwischenkühler 55 verbunden. Der Zwischenkühler 55 ist wiederum mittels eines weiteren Teilpfads 30.4 mit dem Luftbefeuchter 56 verbunden, der auch mit Abluftpfad 31 verbunden ist. Schließlich führt der Luftbefeuchter 56 die Kathodenluft mittels der Teilpfade 30.5, 30.6, zwischen denen ein erstes Ventil 20 angeordnet ist, zu dem Kathodenpfad 11 in der Brennstoffzelle 10. Der Luftfilter 54, der Zwischenkühler 55 und der Luftbefeuchter 56 sind zwar vorteilhaft können alternativ aber auch weggelassen werden,

Die Kathodenluft aus dem Kathodenpfad 11 wird schließlich mittels des Abluftpfads 31 zu der Umgebung 57 abtransportiert. Dazu verläuft der Abluftpfad 31 mittels Teilpfaden 31.1, 31.2, zwischen denen ein zweites Ventil 21 angeordnet ist, zu dem Luftbefeuchter 56 und mittels eines weiteren Teilpfads 31.3 des Abluftpfads 31 zu einem vierten Ventil 23. Von dem vierten Ventil 23 aus ist der Abluftpfad 31 mittels eines Teilpfads 31.4 mit der Umgebung 57 verbunden.

Der Teilpfad 30.4 des Zuluftpfads 30 ist mittels eines Bypasspfads 32 mit Teilpfaden 32.1, 32.2, zwischen denen ein drittes Ventil 22 angeordnet ist, mit dem Teilpfad 31.3 des Abluftpfads 31 verbunden.

In dem Zuluftpfad 30 sind in verschiedenen Teilpfaden 30.3, 30.4, 30.5 beispielhaft erste Messstellen 40.1, 40.2, 40.3 zur Messung eines Drucks der Kathodenluft gezeigt. Diese können beispielhaft als Drucksensoren ausgebildet sein oder einen solchen umfassen. Zweite Messstellen 41.1, 41.2, 41.3 sind beispielhaft in den Teilpfaden 31.1, 31.2, 31.3 des Abluftpfads 30 angeordnet, die ebenfalls als Drucksensoren ausgebildet sein können. Ferner sind eine dritte Messstelle 42 in dem Teilpfad 30.2 des Zuluftpfads 30 vor dem Luftverdichter 51 und eine vierte Messstelle 44 in der Umgebung 57 angeordnet, die ebenfalls als Drucksensoren ausgebildet sein können. Schließlich sind zweite Messstellen 43.1, 43.2 in dem Kathodenpfad 11 ausgebildet, die als Drucksensoren ausgebildet sein können.

An den Messstellen 40, 41, 42, 43 kann der Differenzdruck gegenüber dem Umgebungsdruck an der Messstelle 44 erfasst werden. Diese erfassten Differenzdrücke können in dem Verfahren gemäß Figur 2 genutzt werden, um sie mit Referenzwerten oder Referenzwertbereichen an den Messstellen 40, 41, 42, 43 zu vergleichen. Die Referenzwerte oder Referenzwertbereiche wurden bei Bedingungen ohne Gefahr einer Querschnittsverengung an der Messstelle 44 und ohne Querschnittsverengung in einem der Pfade 11, 30, 31 erfasst. Sie sind damit eine Vergleichsgröße für den Fall, dass eine Querschnittsverengung vorliegt. Wenn nun aber eine Querschnittsverengung an oder vor einer der Messstellen 40, 41, 42, 43 vorliegt, kann dies mittels des Vergleichs durch eine Abweichung um wenigstens einen vorbestimmten Schwellwert festgestellt werden. Da mehrere Messstellen 40, 41, 42, 43 vorliegen, an denen gemessen wird, kann auch festgestellt werden, an welcher der Messstellen 40, 41, 42, 43 die Abweichung auftritt. Folglich kann auch die Querschnittsverengung lokalisiert werden. Dies kann vorteilhaft nicht nur durch die mehreren Messstellen 40, 41, 42, 43, sondern auch durch einen Vergleich der Pfade 11, 30, 31 erfolgen.

Zusätzlich oder alternativ zu dem Differenzdruck können auch ein Luftmassenstrom, Luftvolumenstrom oder andere Parameter, wie bspw. Temperatur an den Messstellen 40, 41, 42, 43 erfasst werden. Dazu können Luftmassenmesser an den Messstellen 40, 41, 42, 43 angeordnet werden. Weiterhin kann die Drehzahl des Luftverdichters 51 erfasst und mit einem Referenzwert abgeglichen werden. Auch ist es möglich, Ähnlichkeitskennzahlen zu bilden und mit Referenzwerten zu vergleichen. Durch den Luftmassenstrom oder Luftvolumenstrom kann eine Druckmessung durchgeführt werden bzw. ein Differenzdruck zur Umgebung erhalten werden. Der Luftmassenstrom oder Luftvolumenstrom kann demgemäß durchgehend erfasst werden, um zur Bewertung der Druckdifferenzen herangezogen zu werden. Figur 2 zeigt Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Diagnostizieren einer Querschnittsverengung in einem Pfad des Brennstoffzellensystems 1. Das Verfahren wird mit Verweis auf Fig. 2 zunächst auf die wesentlichen Schritte reduziert erläutert und mit Verweis auf Fig. 3 vertieft erläutert.

In Verfahrensschritt 2 wird das Luftsystem angetrieben. In Verfahrensschritt 3 erfolgt ein Bestimmen zumindest des Differenzdrucks an zumindest einer der Messstellen 40, 41, 42, 43. In Verfahrensschritt 4 wird der zumindest bestimmte Differenzdruck mit einem Referenzwert aus einem Modell 71 (siehe Fig. 3) verglichen. In Verfahrensschritt 5 wird bestimmt, ob eine Abweichung des zumindest bestimmten Differenzdrucks von dem Referenzwert oder um wenigstens einen Schwellwert von dem Referenzwert vorliegt. Ist dies nicht der Fall, wird ein normaler Betrieb 6 des Brennstoffzellensystems 1 eingeleitet. Ist eine Abweichung jedoch gegeben, wird einer Querschnittsverengung in einem der Pfade 11, 30, 31 diagnostiziert und in Verfahrensschritt 7 zumindest eine Maßnahme gegen die Querschnittsverengung, etwa wegen gefrorenen Wassers, eingeleitet. Nach dem Beseitigen der Querschnittsverengung wird der normale Betrieb 6 eingeleitet. Die Verfahrensschritte 2, 3, 4, 5 können für verschiedene Pfade 11, 30, 31 des Luftsystems 50 durchgeführt werden.

Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild mit einem Modell 71 für das erfindungsgemäße Verfahren zum Diagnostizieren einer Querschnittsverengung in einem der Pfade 11, 30, 31 des Brennstoffzellensystems 1 aus Fig. 2.

Das Modell 71 wird mit Kennzahlen aus einem Block 70 aus vergangenen Messungen ohne Querschnittsverengung 73 des Brennstoffzellensystems 1 gespeist. Die Kennzahlen aus dem Block 70 umfassen bspw. die an den Messstellen 40, 41, 42, 43 erfassten Differenzdrücke, können aber auch weitere Messdaten wie Luftmassenströme, Temperaturen und etwa auch Stellungen der Ventile 20, 21, 22, 23 umfassen. Anhand dieser Messungen ohne Querschnittsverengung 73 mit den Kennzahlen aus dem Block 70 wird das Modell 71 angelernt, sodass Referenzwerte für die Kennzahlen aus dem Block 70 bzw. den Gefrierstartmessungen ohne Querschnittsverengung 73 von dem Modell 71 erfasst werden. Diese Referenzwerte repräsentieren unter verschiedenen Betriebsbedingungen einen normalen Betrieb ohne Querschnittsverengung.

Die aus den vergangenen Messungen ohne Querschnittsverengung 73 gelernten Referenzwerte oder Referenzwertbereiche für den Fall eines Betriebs ohne Querschnittsverengung, hier in Form von Differenzdrücken, werden in Block 72 für einen aktuellen Betrieb als Erwartungswerte für aktuell vorliegende Bedingungen bereitgestellt.

Block 60 repräsentiert eine aktuelle Gefrierstartmessung während dieses aktuellen Betriebs an den Messstellen 40, 41, 42, 43. Während die gestrichelte Linie in Fig. 3 die Schritte des Lernens des Modells 71 repräsentiert, repräsentiert die durchgezogene Linie in Fig. 2 die Nutzung des gelernten Modells 71 zum Diagnostizieren einer Querschnittsverengung. Demgemäß werden in Block 61 die erfassten Messwerte an den Messstellen 40, 41, 42, 43 und daraus ermittelten Kennzahlen bei der aktuellen Gefrierstartmessung 60 abgebildet.

In einem Block 80 wird verglichen, ob die aktuell vorliegenden Kennzahlen um einen vorbestimmten Schwellwert gegenüber den für die aktuellen Betriebsbedingungen von dem Modell 71 vorher gelernten Referenzwerten aus Block 72 abweichen. Wenn dies nicht der Fall ist, also die aktuellen Kennzahlen um weniger als den Schwellwert von den gelernten Referenzwerten abweichen, kann von geringfügigen Messfehlern oder Abweichungen ausgegangen werden, die auf keine Querschnittsverengung hindeuten. Eine Querschnittsverengung wird nicht diagnostiziert. Der Start des Brennstoffzellensystems 1 kann normal ablaufen. Das Modell 71 kann die gemessenen Messwerte bzw. ermittelten Kennzahlen aus diesem Gefrierstart als neue oder weitere Referenzwerte lernen und das Modell 71 entsprechend erweitern.

Wenn aber die ermittelten Kennzahlen die gelernten Referenzwerte um wenigstens den Schwellwert überschreiten, wird eine Querschnittsverengung an einer der Messstellen 40, 41, 42, 43 diagnostiziert. Der Start des Brennstoffzellensystems 1 kann dann restriktiv erfolgen oder eine zusätzliche Maßnahme, wie ein Aufheizen des Brennstoffzellensystems 1, kann erfolgen. Das Modell 71 kann die Messstelle 40, 41, 42, 43 ausgeben, an der die Abweichung um den Schwellwert festgestellt wurde. Entsprechend kann die zusätzliche Maßnahme, etwa das Aufheizens des Brennstoffzellensystems 1, lokal an der angegebenen Messstelle 40, 41, 42, 43 erfolgen.