Verfahren zur Diagnose eines Wasserstoffsensors, Wasserstoffsensor, Computerprogramm und computerlesbares Medium

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Wasserstoffsensors, einen Wasserstoffsensor, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium.

Stand der Technik

Wasserstoffsensoren zur Ermittlung einer Wasserstoffkonzentration eines Gases weisen in der Regel einen Messraum auf, der Schutz vor der Strömung des Gases bietet. Ein Zugang zu diesem Messraum ist in der Regel durch eine gasdurchlässige und flüssigkeitsundurchlässige Membran verschlossen, um den Eintritt von Flüssigkeit oder Fremdkörpern in den Messraum zu verhindern. Unerwünschterweise kommt es an dieser Membran zu Ablagerungen von Fremdkörpern oder einer Ansammlung einer Flüssigkeit, wodurch eine Messung in der Wasserstoffkonzentration des Gases verfälscht wird.

Die Druckschrift US 9 702 836 B2 betrifft einen Sensor mit einer Fehlererkennungsfunktion.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein alternatives Verfahren zu schaffen, welches sich insbesondere durch seine einfache Implementierbarkeit auszeichnet.

Die erste Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Wasserstoffsensors, wobei der Wasserstoffsensor einen Messraum, einen Heizer und einen Temperaturfühler umfasst, wobei der Messraum mittels einer Messraumöffnung fluidisch mit der Umgebung des Wasserstoffsensors verbunden ist, wobei die Messraumöffnung mittels einer Membran verschlossen ist, wobei die Membran gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist, umfassend die Schritte:

- Temperaturänderung im Messraums mittels des Heizers,

- Ermittlung eines Diagnosewerts im Messraum mittels des Temperaturfühlers,

- Feststellung einer Diagnose in Abhängigkeit des Diagnosewerts.

Auf diese Weise kann eine Diagnose des Wasserstoffsensors durchführt werden, ohne zusätzliche Sensorelemente vorsehen zu müssen, da bereits vorhandene Mittel zur Ermittlung der Wasserstoffkonzentration in einem Gas mittels des Wasserstoffsensors zur Diagnose genutzt werden.

Bei der Feststellung der Diagnose handelt es sich bevorzugterweise um die Feststellung der Diagnose des Wasserstoffsensors, besonders bevorzugt seiner Membran und/oder seiner Messraumöffnung.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Heizer und der Temperaturfühler im Messraum angeordnet sind. Dies ermöglicht eine schnellere Aufheizung und eine genauere Messung.

Auch ist es vorteilhaft, wenn es sich bei dem Wasserstoffsensor um einen, insbesondere thermischen, Sensor zu Ermittlung einer Wasserstoffkonzentration in einem Gas handelt.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Wasserstoffsensor um einen thermischen Sensor, der sich die im Vergleich zu anderen Bestandteilen im zu messenden Gas deutlich höhere Wärmekapazität von Wasserstoff zu Nutze macht, um die Wasserstoffkonzentration in dem zu messenden Gas zu ermitteln. Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Wasserstoffsensor ein Sensorgehäuse umfasst, das insbesondere den Messraum begrenzt und/oder die Messraumöffnung, vorzugsweise an der Oberfläche des Sensorgehäuses, umfasst.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die Temperaturänderung eine Aufheizung oder eine Abkühlung umfasst. Eine Aufheizung, also Erwärmung, ist durch den Betrieb des Heizers möglich, während eine Abkühlung durch die Ausschaltung des Heizers möglich ist, wenn dieser zuvor in Betrieb war.

Bei der Ermittlung handelt es sich bevorzugterweise um eine Messung.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn das Verfahren vor einer Ermittlung der Wasserstoffkonzentration eines Gases durchgeführt wird. Hierdurch kann die Funktionsfähigkeit des Sensors vor dessen Nutzung überprüft werden.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn die Ermittlung des Diagnosewerts in Reaktion auf die Temperaturänderung im Messraum erfolgt.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn die Feststellung der Diagnose in Reaktion auf die Ermittlung des Diagnosewerts erfolgt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturänderung einen Betrieb des Heizers mit einer konstanten Heizleistung, eine Aufheizung mittels des Heizers durch eine Erhöhung der Heizleistung, eine Abkühlung aufgrund einer Deaktivierung und/oder einer Senkung der Heizleistung des Heizers umfasst.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Diagnosewert eine Temperatur, eine Temperaturänderungsge- schwindigkeit, einen Temperaturänderungsverlauf und/oder einen Zeitwert umfasst. Die Temperatur, insbesondere die Temperatur im Messraum, kann beispielsweise nach einem bestimmten Zeitabschnitt ermittelt oder gemessen werden. Unter der Temperaturänderungsgeschwindigkeit ist die Temperaturänderung pro Zeiteinheit zu verstehen. Unter dem Temperaturverlauf ist der Verlauf der Tempe- ratur während eines Zeitabschnitts zu verstehen. Wenn lediglich eine Temperatur als Diagnosewert verwendet wird, ist dies besonders schnell, während die Tem- peraturänderungsgeschwindigkeit oder der Temperaturänderungsverlauf besonders genaue Rückschlüsse zulassen. Bei dem Zeitwert kann beispielsweise die verstrichene Zeit, die notwendig ist, von einer Ausgangstemperatur zu einer Zieltemperatur zu gelangen, verwendet werden. Wenn die Membran oder die Messraumöffnung durch einen Fremdkörper oder eine Flüssigkeit blockiert ist, heizt sich der Messraum schneller, also in kürzerer Zeit auf als bei freier Membran und freier Messraumöffnung.

Bei den zuvor genannten, unterschiedlich möglichen Diagnosewerten handelt es sich bevorzugterweise um Relativ- oder Absolutwerte.

Vorzugsweise wird vor Start der Verfahrens oder vor Beginn der Temperaturänderung die Anfangstemperatur im Messraum ermittelt und besonders bevorzugte bei der Feststellung der Diagnose oder bei der Ermittlung des Diagnosewerts berücksichtigt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren den Verfahrensschritt, Vergleich des ermittelten Diagnosewerts mit einem hinterlegten Diagnosewert, umfasst. Bei dem hinterlegten Diagnosewert handelt es sich beispielsweise um einen zuvor experimentell ermittelten Diagnoseoder Vergleichswert. Es kann sich alternativ um einen zuvor mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelten Diagnose- oder Vergleichswert handeln. Mit anderen Worten handelt es sich um einen historischen, zeitlich zurückliegenden, ermittelten Diagnose- oder Vergleichswert, der als hinterlegter Diagnose- oder Vergleichswert genutzt wird. Vorzugsweise erfolgt der Vergleich nach der Ermittlung und/ vor der Feststellung der Diagnose.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der hinterlegte Diagnosewert vom gleichen Typ ist, wie der ermittelte Diagnosewert. Beispielsweise wird ein ermittelter Temperaturänderungsverlauf mit einem hinterlegten Temperaturänderungsverlauf oder ein ermittelter Zeitwert mit einem hinterlegten Zeitwert verglichen. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichung, Unterschreitung und/oder Überschreitung des hinterlegten Diagnosewerts mit dem ermittelten Diagnosewert eine Diagnose festgestellt wird. Durch diese Varianten kann auf verschiedene Einsatzbedingungen des Sensors eingegangen werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Termperaturänderung im Messraum und die Ermittlung des Diagnosewerts zeitgleich, zeitversetzt oder direkt hintereinander durchgeführt werden. Hierdurch kann der gegenseitige Einfluss von Temperaturänderung und Ermittlung verändert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Termperaturänderung im Messraum und die Ermittlung des Diagnosewerts zeitgleich, zeitversetzt oder direkt hintereinander gestartet und/oder beendet werden. Auch hierdurch kann der gegenseitige Einfluss von Temperaturänderung und Ermittlung verändert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Termperaturänderung im Messraum und/oder die Ermittlung des Diagnosewerts bei Unterschreitung oder Überschreitung einer bestimmten Temperatur im Messraum gestartet wird, und/oder dass die Termperaturänderung im Messraum und/oder die Ermittlung des Diagnosewerts bei Unterschreitung oder Überschreitung einer bestimmten Temperatur im Messraum beendet wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung der Diagnose die Feststellung einer Verstopfung der Membran mit einem Fremdkörper oder einer Flüssigkeit umfasst. Bei diesen beiden Feststellungen handelt es sich um zwei typische Ursachen, die Einfluss auf die zu ermittelten Diagnosewerte haben. Daher kann in Abhängigkeit des Diagnosewerts auf einen dieser beiden Zustände geschlossen werden, insbesondere wenn der ermittelte Diagnosewert mit einem hinterlegten Diagnosewert verglichen wird, wobei der hinterlegte Diagnosewert, einem der beiden Zustände entspricht. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn bei Feststellung einer Verstopfung der Membran mit einem Fremdkörper oder einer Flüssigkeit eine Messung mittels des Wasserstoffsensor verweigert wird oder nicht möglich ist. Vorzugsweise ist dies nicht möglich, solange durch das erfindungsmäße Verfahren feststellt wird, dass die Membran mit einem Fremdkörper oder einer Flüssigkeit verstopft ist. Hierfür ist es zweckmäßig das Verfahren mehrmals, insbesondere zeitlich beabstandet, zu wiederholen.

Alternativ ist es denkbar Messwerte, die Konzentration von Wasserstoff im zu messenden Gas betreffend, die mittels der Wasserstoffsensors nach der Feststellung einer Verstopfung der Membran mit einem Fremdkörper oder einer Flüssigkeit, ermittelt werden als unzulässig oder fehlerhaft zu markieren, zu kennzeichnen oder abzuspeichern. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Messwerte zur Regelung oder Steuerung eines Systems, insbesondere eines Brennstoffzellensystems genutzt werden.

Alternativ oder zusätzlich zu einer der beiden vorangegangenen Ausführungen ist es denkbar, dass die Heizleistung des Heizers erhöht wird, um den Fremdkörper oder die Flüssigkeit zu entfernen. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es denkbar, die Strömungsgeschwindigkeit des zu messenden Gases kurzzeitig zu erhöhen, um den Fremdkörper oder die Flüssigkeit zu entfernen.

Darüber hinaus ist es besonders bevorzugt, wenn im Fall, dass die Feststellung einer Diagnose erfolgt, wonach die Membran oder die Messraumöffnung frei von einer Flüssigkeit oder einem Fremdkörper sind, das Verfahren beendet wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Verfahren um ein computerimplementiertes Verfahren handelt.

Die Aufgabe bezüglich des Wasserstoffsensors wird dadurch gelöst, dass ein Wasserstoffsensor, der einen Messraum, einen Heizer und einen Temperaturfühler, wobei der Messraum mittels einer Messraumöffnung fluidisch mit der Umgebung des Wasserstoffsensors verbunden ist, wobei die Messraumöffnung mittels einer Membran verschlossen ist, wobei die Membran gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist, und Mitteln umfasst, die so angepasst sind, dass sie die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführen, bereitgestellt wird.

Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Wasserstoffsensor ferner mit einem Steuergerät gekoppelt ist, welches insbesondere die hinterlegten Diagnosewerte umfasst. Auch ist es zweckmäßig, wenn das Steuergerät eine Auswerteeinheit umfasst, welche die Feststellung der Diagnose und/oder den Vergleich des ermittelten Diagnosewerts mit einem hinterlegten Diagnosewert durchführt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Heizer und der Temperaturfühler im Messraum angeordnet sind. Dies ermöglicht eine schnellere Aufheizung und eine genauere Messung.

Auch ist es vorteilhaft, wenn es sich bei dem Wasserstoffsensor um einen Sensor zu Ermittlung einer Wasserstoffkonzentration in einem Gas handelt. Solche Sensoren werden in Abgaskanälen von Brennstoffzellensystemen eingesetzt.

Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Wasserstoffsensor ein Sensorgehäuse umfasst, das insbesondere den Messraum begrenzt.

Die Aufgabe bezüglich des Computerprogramms wird dadurch gelöst, dass ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass der erfindungsgemäße Wasserstoffsensor die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt.

Die Aufgabe bezüglich des computerlesbaren Mediums wird dadurch gelöst, dass ein computerlesbares Medium bereitgestellt wird, auf das erfindergemäße Computerprogramm gespeichert ist.

Auch ist es zu bevorzugen, wenn das computerlesbare Medium Teil des Steuergeräts ist, beispielsweise als permanenter oder temporärer Speicher. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug,

Fig. 2 einen Kanal mit einem Wasserstoffsensor, und Fig. 3 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die Figur 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit Elektroantrieb und einem Brennstoffzellensystem 2. Das Brennstoffzellensystem 2 umfasst einen Kanal 3, der als Abgaskanal des Brennstoffzellensystems 2 ausgebildet ist und in dem die Wasserstoffkonzentration mittels eines Wasserstoffsensors 4 ermittelt werden kann.

Die Figur 2 zeigt den Kanal 3 und den Wasserstoffsensor 4 aus Figur 1 . Der Wasserstoffsensor 4 ist in einer Öffnung der Kanalwand des Kanals 3 befestigt und umfasst einen Messraum, der fluidisch mittels einer Messraumöffnung mit dem Kanal 3 verbunden ist. Die Messraumöffnung ist mittels einer Membran 5, die gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist, verschlossen. Im Messraum des Wasserstoffsensors 4 ist ein Heizer und ein Temperaturfühler angeordnet. Mittels der hohen Wärmekapazität von Wasserstoff im Vergleich zu den anderen Bestandteilen des zu messenden Gases lässt sich mithilfe des Heizers und des Temperaturfühler die Konzentration von Wasserstoff in dem zu messenden Gas ermitteln. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Wasserstoffsensor 4 um einen thermischen Gassensor. Der Wasserstoffsensor 4 ist mit einem Steuergerät 14 gekoppelt, dass ein computerlesbares Medium 15 in Form eines permanenten Speichers integriert ist. Auf dem computerlesbaren Medium 15 ist ein Computer- Programm 16, umfassend Befehle, die bewirken, dass der Wasserstoffsensor 4 und/oder eine in das Steuergerät 14 integrierte Auswerteeinheit die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, abgespeichert.

Die Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es in den Vorrichtungen der Figuren 1 und 2 zur Anwendung kommt. Zunächst erfolgt der Start 6 des Verfahrens, bevor eine Temperaturänderung 7 im Messraum des Wasserstoffsensors mittels des Heizer Messraum durchgeführt wird. Bei der Temperaturänderung 7 handelt es sich um einen Heizvorgang, der die Temperatur im Messraum erhöht. Zeitgleich mit der Temperaturänderungen 7 erfolgt eine Ermittlung 8 eines Diagnosewerts mittels des Temperaturfühlers. Bei dem ermittelten Diagnosewert handelt es sich um die Zeit, die verstreicht, bis eine gewisse Temperatur innerhalb des Messraums erreicht ist. Daraufhin erfolgt ein Vergleich 10 dieses Diagnosewerts wird mit einem hinterlegten Diagnosewert 9. Wenn der ermittelte Diagnosewert unter dem hinterlegten Diagnosewert 9 liegt, bedeutet es, dass sich die Temperatur im Messraum schneller erhöht hat als üblich, da der hinterlegte Diagnosewert 9 einem Zeitwert entspricht, der ermittelbar ist, wenn die Membran des Wasserstoffsensors weder durch eine Flüssigkeit noch durch einen Fremdkörper blockiert ist. In dem Fall, dass der ermittelte Diagnosewert unter dem hinterlegten Diagnosewert 9 liegt, erfolgt daher die Feststellung 11 , dass die Membran oder die Messraumöffnung durch einen Fremdkörper oder eine Flüssigkeit blockiert ist. Daraufhin ist es möglich, zu einem späteren Zeitpunkt das Verfahren neu zu starten, um festzustellen, ob diese Diagnose weiterhin besteht. Darüber hinaus ist es denkbar, den Heizer weiterhin zu betreiben, und die Flüssigkeit oder den Fremdkörper zu entfernen. Ferner ist es denkbar ein Reinigungsverfahren zur Reinigung der Membran oder der Messraumöffnung zu initialisieren. Auch ist es denkbar, dass Messwerte, die Konzentration von Wasserstoff im zu messenden Gas betreffend, als fehlerhaft abgespeichert und daher nicht für weitere Verfahren verwendet werden. Im Fall, dass der ermittelte Diagnosewert mindestens dem hinterlegten Diagnosewert 9 entspricht, erfolgt die Feststellung 12, wonach die Membran oder die Messraumöffnung frei von einer Flüssigkeit oder einem Fremdkörper sind. Daraufhin erfolgt die Beendigung 13 des Verfahrens, wodurch im Anschluss ein Messverfahren zur Ermittlung der Konzentration von Wasserstoff im zu messenden Gas initialisiert werden kann. Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden. Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 3 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.

Bezugszeichenliste

1 Kraftfahrzeug

2 Brennstoffzellensystem

3 Kanal 4 Wasserstoffsensor

5 Membran

6 Start

7 Temperaturänderung

8 Ermittlung 9 hinterlegter Diagnosewert

10 Vergleich

11 Feststellung

12 Feststellung

13 Beendigung 14 Steuergerät

15 computerlesbares Medium

16 Computerprogramm