DE102009001871A1

DE102009001871A1 - Electric coolant pump for conveying coolant in cooling system of motor vehicle, has two coolant measuring variable sensors determining process measuring variable of coolant in order to obtain conclusion of coolant characteristics

Info

Publication number: DE102009001871A1
Application number: DE102009001871A
Authority: DE
Inventors: Dirk Vollmer; Arthur Schaefert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-09-30

Abstract

The pump (10) has a measuring device with a drive measuring variable sensor for a pump drive. Two coolant measuring variable sensors e.g. temperature sensors (22-24), a pressure sensor (21), an acceleration sensor and an electric conductivity sensor (20), determine a process measuring variable of a coolant in order to obtain conclusion of coolant characteristics. A fuel cell (2) or a coolant pump is monitored by the determined process measuring variable. A signal of the coolant measuring variable sensors is transmitted to an electronic module of the measuring device. An independent claim is also included for a method for determining two process measuring variables of a coolant in a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe zum Fördern eines Kühlmittels in einem Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges, insbesondere in einem Kühlsystem mit mindestens einer Brennstoffzelle, gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1, wobei die Kühlmittelpumpe eine Messeinrichtung mit mindestens einem Antriebsmessgrößenaufnehmer für einen Pumpenantrieb aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kühlsystem gemäß des Anspruches 10 sowie ein Verfahren gemäß des Anspruches 11.The The invention relates to an electric coolant pump for Conveying a coolant in a cooling system a motor vehicle, in particular in a cooling system with at least one fuel cell, according to The preamble of claim 1, wherein the coolant pump a measuring device with at least one Antriebsmessgrößenaufnehmer for having a pump drive. The invention further relates to a Cooling system according to claim 10 as well a method according to claim 11.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Kühlmittelpumpen in einem Kraftfahrzeug besitzen heute oft eine interne Messeinrichtung, die für den Antrieb der Kühlmittelpumpe notwendig ist, insbesondere bei einem drehzahlvariablen Betrieb der Kühlmittelpumpe. Hierzu weist die Messwerteinrichtung u. a. Strom- oder Spannungsmesser als Antriebsmessgrößenaufnehmer auf, durch die eine Leistungsaufnahme des Motors eingestellt und dadurch eine Drehzahl oder ein Drehmoment des Motors und damit des Laufrades, verändert werden kann. Weiterhin kann der Antrieb messtechnisch überwacht und auf ein Funktionieren der Kühlmittelpumpe rückgeschlossen werden. Ein hierfür verwendetes Elektronikmodul der Kühlmittelpumpe kann dabei weitere Antriebsmessgrößenaufnehmer, wie z. B. einen Temperatursensor für eine Leiterplatte, aufweisen.electrical Coolant pumps in a motor vehicle own today often an internal measuring device used for driving the Coolant pump is necessary, especially for a variable speed Operation of the coolant pump. For this purpose, the measured value device u. a. Current or voltmeter as a drive transducer on, through which set a power consumption of the engine and thereby a speed or torque of the engine and thus of the Impeller, can be changed. Furthermore, the drive metrologically monitored and on a functioning of the coolant pump be inferred. A used for this Electronic module of the coolant pump can be more Antriebsmessgrößenaufnehmer, such as. B. a temperature sensor for a printed circuit board.

Neben der Überwachung des Pumpenantriebs kann eine Charakterisierung des Kühlmittels sinnvoll sein. Die DE 100 38 550 A1 offenbart hierzu, dass eine Pumpe für eine Kühlflüssigkeit für einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug mit einem Temperatursensor ausgestattet ist, mit dem die Temperatur der Kühlflüssigkeit bestimmt wird. Vorzugsweise wird die Pumpe durch einen Elektromotor angetrieben, sodass durch die in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur der Kühlflüssigkeit das Fördervolumen der Pumpe geregelt werden kann. Hierbei ist vorteilhaft, dass durch die unmittelbare Anordnung des Temperatursensors innerhalb der Pumpe, z. B. auf einer für eine Steuerung der Pumpe gemeinsamen Leiterplatte, Anschlüsse für den Temperatursensor entfallen.In addition to the monitoring of the pump drive, a characterization of the coolant may be useful. The DE 100 38 550 A1 discloses for this purpose that a pump for a cooling liquid for an internal combustion engine in a motor vehicle is equipped with a temperature sensor, with which the temperature of the cooling liquid is determined. Preferably, the pump is driven by an electric motor, so that can be controlled by the function of the determined temperature of the cooling liquid, the delivery volume of the pump. It is advantageous that the direct arrangement of the temperature sensor within the pump, z. B. accounts for a common control of the pump circuit board, connections for the temperature sensor.

Elektrische Kühlmittelpumpen werden bei einem elektrisch unterstützen oder rein elektrischen Kraftfahrzeugantrieb, bei einem konventionellen Verbrennungsmotorantrieb als hauptsächliche Kühlmittelpumpe oder als Kühlmittelpumpe für Nebenfunktionen eingesetzt. Hierbei ist auch ein Einsatz von Brennstoffzellen in einem elektrischen Kraftfahrzeugantrieb möglich. Bei Brennstoffzellen ist es wichtig, neben der Temperatur des Kühlmittels weitere Kühlmitteleigenschaften, wie beispielsweise den Druck oder die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels zu kennen, wobei im Weiteren messbare physikalische Größen des Kühlmittels als Prozessmessgrößen bezeichnet werden. Die Kenntnis von Prozessmessgrößen ist zum einen notwendig, um die Brennstoffzelle und weitere Vorrichtungen des Kühlsystems zu schützen, und zum anderen ist es vorteilhaft für einen optimalen Betrieb der Brennstoffzelle. Hierbei sind nach dem Stand der Technik Druck-, Temperatur- und elektrische Leitfähigkeitssensoren im Kühlsystem verteilt, wozu eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen, Signalschnittstellen und Befestigungs- und mechanische Schutzvorrichtungen notwendig sind, was kostenintensiv ist und das Gewicht des Kraftfahrzeuges vergrößert. Zudem ist dadurch eine erhöhte Anzahl an potentiellen Fehlerquellen gegeben.electrical Coolant pumps will assist you electrically or purely electric motor vehicle drive, in a conventional Internal combustion engine drive as the main coolant pump or used as a coolant pump for secondary functions. Here is also a use of fuel cells in an electrical Motor vehicle drive possible. For fuel cells It is important to add more besides the temperature of the coolant Coolant properties, such as the pressure or the electrical conductivity of the coolant to know, in the further measurable physical quantities of the coolant as process variables be designated. The knowledge of process metrics is necessary for the fuel cell and other devices to protect the cooling system, and secondly it is advantageous for optimum operation of the fuel cell. Here are according to the prior art pressure, temperature and electrical conductivity sensors in the cooling system distributed, including a variety of electrical connections, Signal interfaces and mounting and mechanical protection devices necessary, which is costly and the weight of the motor vehicle increased. In addition, this is an increased Number of potential sources of error.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühlmittelpumpe in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen, mit der ein optimaler Betrieb und ein Schutz von Vorrichtungen, insbesondere einer Brennstoffzelle, im Kühlsystem ermöglicht werden.It It is an object of the invention to provide a coolant pump in one To provide motor vehicle, with the optimal operation and a protection of devices, in particular a fuel cell, be enabled in the cooling system.

Es ist ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlsystem in einem Kraftfahrzeug sowie ein dafür geeignetes Verfahren bereitzustellen, in dem mehrere Kühlmitteleigenschaften ermittelt werden, wobei die Ermittlung der Kühlmitteleigenschaften mit einer hohen Zuverlässigkeit, wenig Kosten und geringem zusätzlichen Gewicht verbunden sind.It Another object of the present invention is a cooling system in a motor vehicle and a suitable method provide in which several coolant properties be determined, wherein the determination of the coolant properties with a high reliability, low cost and low additional weight are connected.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Anspruches 1, insbesondere des kennzeichnenden Teils, vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Vorrichtungsansprüchen angegeben. Hierbei wird auch das Kühlsystem gemäß des Anspruches 10 unter Schutz gestellt. Weiterhin wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung mindestens zweier Prozessmessgrößen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 11, insbesondere des kennzeichnenden Teils, gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in den abhängigen Verfahrensansprüchen angegeben sind. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe und des erfindungsgemäßen Kühlsystems und umgekehrt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in Kombination erfindungswesentlich sein.to The solution to this problem is a coolant pump with the features of claim 1, in particular of the characterizing Partly, suggested. Advantageous developments of the invention are indicated in the dependent device claims. Here, the cooling system according to the Claim 10 under protection. Furthermore, this task by a method for determining at least two process variables with the features of independent claim 11, in particular of the characterizing part, solved, wherein advantageous embodiments of the method according to the invention in the dependent Process claims are given. Features and details, in connection with the invention Procedures are described, of course also in connection with the invention Coolant pump and the invention Cooling system and vice versa. The in the claims and in the description mentioned Characteristics each individually individually or in combination essential to the invention be.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kühlmittelpumpe mindestens zwei Kühlmittelmessgrößenaufnehmer zur Bestimmung mindestens zweier Prozessmessgrößen des Kühlmittels aufweist, um einen Rückschluss auf Kühlmitteleigenschaften zu erhalten. Dadurch, dass bereits in der Kühlmittelpumpe mindestens zwei Prozessmessgrößen bestimmt werden, ist es bereits mit alleiniger Hilfe einer solchen Kühlmittelpumpe möglich, für einen optimalen Betrieb und einen Schutz beispielsweise einer Brennstoffzelle zu sorgen. Durch den Einbau einer erfindungsgemäßen Pumpe in ein Kühlsystem kann zudem auf mehrere einzeln in Kühlsystem verteilter Kühlmittelmessgrößenaufnehmer verzichtet werden, da auch durch die Kühlmittelpumpe alleine relevante Kühlmitteleigenschaften ermittelbar sind. Dadurch entfallen zusätzliche Kabelbäume, elektrische Anschlüsse, Schnittstellen, Gehäuse und Befestigungsvorrichtungen, an denen die einzeln im Kühlsystem verteilten Kühlmittelmessgrößenaufnehmer befestigt sind. Hierdurch entsteht insgesamt ein Kühlsystem mit einem einfacheren Aufbau, geringeren Gewicht und geringeren Produktionskosten. Als ein wesentlicher Vorteil kommt hinzu, dass ein solches Kühlsystem mit der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe infolge der Systemvereinfachung auch eine erhöhte Zuverlässigkeit aufweist. Durch eine geringere Anzahl von Übertragungswege werden Datenkommunikationsprobleme reduziert. Um die Kühlmittelmessgrößenaufnehmer mit dem Kühlmittel zu kontaktieren als auch zur Signalweiterleitung anzuschließen, müssen Kühlmittelleitungen durchbrochen werden, so dass eine Konzentration der Kühlmittelmessgrößenaufnehmer auf einen Ort zu einer geringere Anzahl von Durchbrüchen in den Kühlmittelleitungen und damit zu einer entsprechend geringeren Anzahl von potentiellen Undichtigkeitsstellen führt. Eine solche Kühlmittelpumpe kann in verschiedene Kühlsysteme eingebaut werden, so dass die Kühlmittelpumpe in großer Stückzahl hergestellt werden kann. In Abhängigkeit von den für das betreffende Kühlsystem relevanten Prozessmessgrößen kann dabei bestimmt werden, welche Kühlmittelmessgrößenaufnehmer aktiviert werden.The object is achieved in that the coolant pump at least two Has Kühlmittelmessgrößenaufnehmer for determining at least two process measurements of the coolant, in order to obtain a conclusion on coolant properties. Because at least two process measured variables are already determined in the coolant pump, it is already possible with the sole aid of such a coolant pump to ensure optimum operation and protection of, for example, a fuel cell. By installing a pump according to the invention in a cooling system can also be dispensed with several individually distributed in cooling system Kühlmittelmessgrößenaufnehmer because even by the coolant pump alone relevant coolant properties can be determined. This eliminates additional wiring harnesses, electrical connections, interfaces, housings, and fasteners to which the coolant transducers individually distributed in the cooling system are attached. This creates a total of a cooling system with a simpler structure, lower weight and lower production costs. As a significant advantage is added that such a cooling system with the coolant pump according to the invention also has an increased reliability due to the system simplification. By reducing the number of transmission paths, data communication problems are reduced. To contact the Kühlmittelmessgrößenaufnehmer with the coolant as well as to connect signal forwarding, coolant lines must be broken, so that a concentration of Kühlmittelmessgrößenaufnehmer leads to a location to a smaller number of breakthroughs in the coolant lines and thus a correspondingly lower number of potential leakage points. Such a coolant pump can be installed in various cooling systems, so that the coolant pump can be produced in large quantities. Depending on the relevant for the relevant cooling system process variables can be determined which Kühlmittelmessgrößenaufnehmer be activated.

Zu den relevanten Kühlmitteleigenschaften, die den optimalen Betrieb einer Brennstoffzelle sichern, zählen zum einen die Temperatur, da eine elektrochemische Reaktion einer Brennstoffzelle stark temperaturabhängig ist, so dass durch die Einstellung eines engen Temperaturbereiches ein optimaler Betrieb gewährleistet wird. Der Druck des Kühlmittels sollte innerhalb vorgegebener Grenzen bleiben, um einer Schädigung der Brennstoffzelle oder einer Leckage eines Kühlmittelkanals vorzubeugen. Eine geringe elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels der Brennstoffzelle sichert eine elektrische Isolation der Brennstoffzelle zu einer Kraftfahrzeugmasse. Auch für weitere Vorrichtungen des Kühlsystems wie beispielsweise einer Deionisierungsvorrichtung sind die Kenntnis und die Regelbarkeit von Druck und Temperatur des Kühlmittels vorteilhaft. Erfindungsgemäß kann daher vorgesehen sein, dass ein Kühlmittelmessgrößenaufnehmer ein Temperatursensor, ein Drucksensor oder ein elektrischer Leitfähigkeitssensor ist, so dass die relevanten Kühlmitteleigenschaften ermittelt werden können. Hierbei kann der Drucksensor besonders platzsparend als Piezoelement ausgebildet sein. Vorteilhafterweise sind alle drei Sensorarten in der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe angeordnet. Zusätzliche weitere Drucksensoren können, beispielsweise zur Schätzung der Förderhöhe, hinzukommen.To the relevant coolant properties, the optimal Ensuring the operation of a fuel cell, on the one hand count the temperature, as an electrochemical reaction of a fuel cell strong is temperature dependent, so that by setting a narrow temperature range ensures optimal operation becomes. The pressure of the coolant should be within preset Limits remain to damage the fuel cell or to prevent leakage of a coolant channel. A low electrical conductivity of the coolant the fuel cell ensures electrical insulation of the fuel cell to a vehicle mass. Also for other devices the cooling system such as a Deionisierungsvorrichtung are the knowledge and controllability of pressure and temperature the coolant advantageous. According to the invention Therefore, be provided that a Kühlmittelmessgrößenaufnehmer a temperature sensor, a pressure sensor or an electrical conductivity sensor is, so that the relevant coolant properties determined can be. Here, the pressure sensor can be particularly space-saving be designed as a piezoelectric element. Advantageously, all three types of sensors in the coolant pump according to the invention arranged. Additional additional pressure sensors can, for example, to estimate the production amount, added.

Eine weitere Möglichkeit, Platz zu sparen und die Anzahl an Gehäusen und Durchbrüchen durch die Kühlmittelleitungen zu minimieren, kann dadurch erreicht werden, dass mindestens zwei Kühlmittelmessgrößenaufnehmer als eine Baueinheit, insbesondere als kombinierter Druck-Temperatursensor, ausgebildet sind.A another way to save space and the number of Housings and openings through the coolant lines can be achieved by having at least two Kühlmittelmessgrößenaufnehmer as a structural unit, in particular as a combined pressure-temperature sensor, are formed.

Dadurch, dass vorteilhafterweise die Kühlmittelmessgrößenaufnehmer Teil der Messeinrichtung sein können, wobei insbesondere ein Signal eines Kühlmittelmessgrößenaufnehmers an ein Elektronikmodul der Messeinrichtung weiterleitbar ist, können elektronische Bauteile zur Umwandlung der Signale sowohl in Antriebsmessgrößen als auch in Prozessmessgrößen und/oder zur Auswertung der Antriebsmessgrößen und/oder Prozessmessgrößen in einer Baueinheit zusammengefasst werden. Dadurch, dass direkt in der Kühlmittelpumpe die Prozessmessgrößen ermittelt werden, können in der Kühlmittelpumpe erste Regelungen, wie die Anpassung der Pumpenleistung zur besseren Einhaltung eines gewünschten Temperatur- oder Druckbereiches des Kühlmittels, ohne Beteiligung einer übergeordneten Steuer- und Regelungseinheit vorgenommen werden. So kann beispielsweise bei einer zu hohen Temperatur oder einem zu geringen Druck des Kühlmittels, die Drehzahl des Antriebs der Kühlmittelpumpe erhöht werden. Eine solche Regelung kann Teil eines Multiagentensystems sein.Thereby, that advantageously the Kühlmittelmessgrößenaufnehmer Part of the measuring device may be, in particular a signal of a Kühlmittelmessgrößenaufnehmers can be forwarded to an electronic module of the measuring device, can electronic components for converting the signals both into drive quantities as well as in process measurements and / or for evaluation the drive measurements and / or process measurements in a unit can be summarized. By being directly in the coolant pump, the process variables can be determined in the coolant pump first regulations, such as the adjustment of the pump performance for the better Compliance with a desired temperature or pressure range of the coolant, without involvement of a parent Control and regulation unit to be made. So, for example at too high a temperature or too low a pressure of the coolant, increases the speed of the drive of the coolant pump become. Such a regulation can be part of a multi-agent system be.

Neben oder anstelle einer internen Regelung innerhalb der Kühlmittelpumpe kann vorgesehen sein, dass eine Schnittstelle des Elektronikmoduls, die zur Datenkommunikation zu der übergeordneten Steuerungs- und Regelungseinheit dient, auch zur Übermittlung der Prozessmessgrößen an die übergeordnete Steuerungs- und Regelungseinheit dient. Nach dem Stand der Technik findet eine Kommunikation zwischen dem Elektronikmodul der Kühlmittelpumpe und einer übergeordneten Steuerungs- und Regelungseinheit statt, wobei die Steuerungs- und Regelungseinheit die nach dem Stand der Technik an verschiedenen Stellen des Kühlsystems verteilten Prozessmessgrößen sammeln kann und daraus eine Steuerung für einen Kühler, eventuelle Wärmetauscher, Ventile zur Verteilung des Kühlmittelstroms und die Kühlmittelpumpe entwerfen kann. Erfindungsgemäß kann die bereits vorhandene Schnittstelle, die der Kommunikation zwischen dem Elektronikmodul und der Kühlmittelpumpe dient, auch dazu dienen, die in der Kühlmittelpumpe ermittelten Prozessmessgrößen an die Steuerungs- und Regelungseinheit weiterzuleiten. Hierdurch entfallen die vorher im Kühlsystem verteilten Schnittstellen, was zu einer Kosten- und Gewichtsreduktion und zu einer Erhöhung der Übertragungssicherheit im Kühlsystem führt. Hierbei können die Steuerungs- und Regelungseinheit und die Kühlmittelpumpe Teil eines Local Interconnect Networks (LIN) oder Controller Area Networks (CAN) sein.In addition to or instead of an internal regulation within the coolant pump, it can be provided that an interface of the electronic module, which serves for data communication to the higher-order control and regulation unit, also serves to transmit the process measurement quantities to the higher-order control and regulation unit. According to the prior art, communication takes place between the electronic module of the coolant pump and a higher-level control and regulation unit, wherein the control and regulation unit can collect the distributed according to the prior art at different points of the cooling system process measurements and from a controller for a cooler , any heat exchangers, coolant flow distribution valves and coolant pump design. OF INVENTION According to the existing interface, which serves the communication between the electronic module and the coolant pump, also serve to forward the process measured variables determined in the coolant pump to the control and regulation unit. This eliminates the previously distributed in the cooling system interfaces, resulting in a cost and weight reduction and to increase the transmission reliability in the cooling system. In this case, the control unit and the coolant pump may be part of a Local Interconnect Network (LIN) or Controller Area Networks (CAN).

Es ist wünschenswert, neben der Ermittlung der Temperatur, dem Druck und der elektrischen Leitfähigkeit weiterhin zu festzustellen, ob ein kontinuierlich hoher Kühlmittelstrom im Kühlsystem fließt. Der Kühlmittelstrom kann aufgrund von Kavitation, d. h. einer Überführung des Kühlmittels und/oder darin enthaltener gelöster Gase in die Gasphase aufgrund eines zu geringen Drucks innerhalb der Kühlmittelpumpe, einbrechen. Ferner können im Kühlmittel gelöste und/oder ungelöste Fremdgaseinschlüsse durch Gasansaugungen, z. B. aufgrund von Undichtigkeiten, oder durch fehlerhafte Befüllung im Kühlsystem entstehen. Der Kühlmittelstrom kann sich aufgrund von in Kühlmittel ungelösten Fremdgaseinschlüssen, verringern oder sogar abreißen. Im Kühlmittel gelöste Fremdgaseinschlüsse steigern die Kavitationsneigung. Durch einen reduzierten oder abreißenden Kühlmittelstrom kann ein Fahrzeugantrieb oder die Brennstoffzelle thermisch überlastet werden. Eine Ermittlung von Fremdgaseinschlüsse und/oder durch Kavitation entstandener Kavitäten ist weiterhin wünschenswert, um die Kühlmittelpumpe selbst zu schützen und optimal zu betreiben, da Fremdgaseinschlüsse aus ungelösten Gasen und/oder Kavitation zu einer Verschlechterung der Förderleistung und des Wirkungsgrades der Kühlmittelpumpe führen. Insbesondere bei Kavitation kann die Kühlmittelpumpe darüber hinaus durch hohe Temperatur- und Druckschwankungen innerhalb der Kühlmittelpumpe geschädigt werden. Kavitation kann zudem zu störenden Geräuschen führen, die bis zum Kraftfahrzeugbenutzer vordringen können.It is desirable, besides determining the temperature, the pressure and the electrical conductivity continue to determine if a continuously high coolant flow flowing in the cooling system. The coolant flow can due to cavitation, d. H. an overpass of the coolant and / or dissolved therein Gases in the gas phase due to low pressure within of the coolant pump. Furthermore, can dissolved in the coolant and / or undissolved Foreign gas inclusions by Gasansaugungen, z. B. due from leaks, or by faulty filling in the Cooling system arise. The coolant flow can due to foreign gas inclusions that are not dissolved in the coolant, reduce or even tear off. In the coolant dissolved foreign gas inclusions increase the cavitation tendency. By a reduced or tearing coolant flow can a vehicle drive or the fuel cell thermally overloaded become. A determination of foreign gas inclusions and / or by Cavitation resulting cavities is still desirable to protect the coolant pump itself and to operate optimally, since foreign gas inclusions from unresolved Gases and / or cavitation to a deterioration of the capacity and the efficiency of the coolant pump lead. Especially in cavitation, the coolant pump can over it In addition, due to high temperature and pressure fluctuations within the Coolant pump to be damaged. cavitation can also lead to disturbing noises, which can penetrate to the motor vehicle user.

Erfindungsgemäß kann daher vorgesehen sein, dass durch die Bestimmung mindestens einer Prozessmessgröße Kavitationen und/oder Fremdgaseinschlüsse detektierbar sind. Da Kavitationen zu Temperatur- und Druckschwankungen innerhalb der Kühlmittelpumpe führen, können durch Temperatur- und Druckschwankungen, die an den durch die erfindungsgemäßen Temperatur- und Drucksensoren gemessenen werden, auf Kavitationen zurückgeschlossen werden. Da Temperaturschwankungen nur lokal auftreten und zu hochfrequent für einen üblichen Temperatursensor sind, bietet sich in einem solchen Fall die Messung der Druckschwankungen an, wobei die Druckschwankungen sich in alle Richtungen ausbreiten. Hierbei kann es ausreichend sein, genau einen Drucksensor zu verwenden und anhand der auftretenden Frequenz und/oder Stärke der Druckschwankungen auf Kavitation zu schließen. Zur zusätzlichen Absicherung oder alternativ kann vorgesehen sein, durch Druckschwankungen, die an mehreren verteilten Drucksensoren nahezu synchron in ähnlicher Stärke gemessen werden, auf Kavitation zu schließen. Alternativ oder zusätzliche kann einen Beschleunigungssensor verwendet werden, mit dem eine Schwingungsdiagnose der Druckschwankungen vorgenommen werden kann.According to the invention Therefore, be provided that by the determination of at least one process variable Cavitations and / or foreign gas inclusions detectable are. Because cavitations to temperature and pressure fluctuations within the coolant pump can lead through Temperature and pressure fluctuations associated with the by the invention Temperature and pressure sensors are measured on cavitations be closed back. Because temperature fluctuations only occur locally and too high frequency for a common temperature sensor In such a case, measurement of the pressure fluctuations is at, wherein the pressure fluctuations propagate in all directions. It may be sufficient to use exactly one pressure sensor and based on the occurring frequency and / or strength of the To close pressure fluctuations on cavitation. For additional Hedging or alternatively may be provided by pressure fluctuations, the at several distributed pressure sensors almost synchronously in similar Strength can be measured, close to cavitation. Alternatively or additionally, an acceleration sensor be used, with which a vibration diagnosis of the pressure fluctuations made can be.

Fremdgaseinschlüsse können im Kühlmittel gelöst sein oder führen zu einem Abreißen des Kühlmittelstroms und zu einem Ersetzen des Kühlmittelstroms durch einen Strom aus Fremdgasen. Da Gase im Allgemeinen eine geringere elektrische Leitfähigkeit als Wasser aufweisen, selbst wenn das Wasser deionisiert ist, kann durch den elektrischen Leitfähigkeitssensor ein Fremdgaseinschluss detektiert werden. Weitere Hinweise auf Vorliegen eines Fremgaseinschlusses können durch den Drucksensor erfolgen. Da eine Kennlinie einer Kühlmittelpumpe von der Dichte des zu fördernden Kühlmittels abhängt, kann durch die Fremdgaseinschlüsse und die daraus resultierende Dichteänderung eine Änderung der Förderhöhe und damit des Kühlmitteldrucks bei gleicher Aufnahmeleistung der Kühlmittelpumpe einhergehen. Um aber wirklich auf Fremdgaseinschlüsse rückzuschließen und andere Ursachen, wie eine veränderte Drehzahl oder Lage der Kühlmittelpumpe, ausschließen zu können, sollten die bereits vorhandene Antriebsmessgrößen, durch die Lage-, Strom- und Spannungsänderungen detektierbar sind, mitbetrachtet werden. Hilfreich ist ebenfalls das Anordnen mehrerer Drucksensoren zur näheren Charakterisierung der Förderhöhe. Eine derartig hydraulische Störungen, wie Kavitation und/oder Fremdgaseinschlüsse, detektierende Kühlmittelpumpe kann auch vorteilhafterweise in einem Kühlsystem mit einem konventionellen Verbrennungsmotorantrieb eingesetzt werden.Foreign gas inclusions can be dissolved in the coolant or lead to a tearing off of the coolant flow and to a replacement of the coolant flow by a Electricity from foreign gases. Since gases generally have a lower electrical Conductivity as water, even if the deionized water is can through the electrical conductivity sensor Foreign gas inclusion are detected. Further evidence of presence a Fremgaseinschlusses can by the pressure sensor respectively. Since a characteristic of a coolant pump of the Density of the coolant to be delivered depends by the foreign gas inclusions and the resulting Density change a change in the delivery height and thus the coolant pressure at the same recording power associated with the coolant pump. But to really close on foreign gas inclusions and other causes, such as a changed speed or Position of the coolant pump to be able to exclude should the existing drive measurements, detectable by the changes in position, current and voltage are to be considered. It is also helpful to arrange several Pressure sensors for closer characterization of the delivery head. Such hydraulic disturbances, such as cavitation and / or Foreign gas inclusions, detecting coolant pump can also be used advantageously in a cooling system with a conventional internal combustion engine drive can be used.

Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe kann daher zur Überwachung der Brennstoffzelle, der Brennstoffzelle und zusätzlich der Kühlmittelpumpe selber oder, insbesondere im Falle eines konventionellen Verbrennungsmotorantriebs, nur zur Überwachung der Kühlmittelpumpe selber verwendet werden.The Coolant pump according to the invention can therefore for monitoring the fuel cell, the fuel cell and additionally the coolant pump itself or, especially in the case of a conventional combustion engine drive, only for monitoring the coolant pump itself be used.

Zur Vermeidung von langen Übertragungsstrecken kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass mindestens ein Kühlmittelmessgrößenaufnehmer in dem Kühlmittel nahe oder an dem Elektronikmodul angeordnet ist. Unter dem Begriff der Nähe soll verstanden werden, dass die Kühlmittelmessgrößenaufnehmer an einer Gehäusewand der Kühlmittelpumpe, an der das Elektronikmodul anliegt, angeordnet ist. Darüber hinaus ist auch denkbar, dass eine Gehäusewand des Elektronikmoduls, die an der Kühlmittelpumpe anliegt, zusammen mit einer Wand der Kühlmittelpumpe durchbrochen ist und ein oder mehrere Kühlmittelmessgrößenaufnehmer durch die Gehäusewand des Elektronikmoduls und durch die Wand der Kühlmittelpumpe hindurchragen und damit sowohl direkt im Elektronikmodul angeordnet als auch im Kontakt mit der Kühlflüssigkeit sind.To avoid long transmission distances, it can be provided according to the invention that at least one coolant measuring transducer is arranged in the coolant near or on the electronic module. The term "proximity" should be understood to mean that the coolant measurement pickups on a housing wall of the coolant telpumpe, where the electronics module is applied, is arranged. Moreover, it is also conceivable that a housing wall of the electronic module, which bears against the coolant pump, is broken through together with a wall of the coolant pump and one or more Kühlmittelmessgrößenaufnehmer protrude through the housing wall of the electronic module and through the wall of the coolant pump and thus arranged both directly in the electronic module as well as in contact with the cooling liquid.

Die Kühlmittelpumpe kann eine hermetische Pumpe, in der das Kühlmittel auch durch einen Spalt des Pumpenantriebs fließt, insbesondere eine Spaltrohrpumpe, sein. Ist das Elektronikmodul nahe dem Pumpenantrieb angeordnet, so kann mindestens ein Kühlmittelmessgrößenaufnehmer in einem von dem Kühlmittel durchflossenen Spalt des Pumpenantriebs angeordnet sein, um in der Nähe des Elektronikmoduls zu sein.The Coolant pump can be a hermetic pump in which the Coolant also flows through a gap of the pump drive, in particular a canned pump. Is the electronics module arranged near the pump drive, so at least one Kühlmittelmessgrößenaufnehmer arranged in a flowed through by the coolant gap of the pump drive be to be near the electronics module.

Während für den Drucksensor und den elektrischen Leitfähigkeitssensor ein direkter Kontakt mit dem Kühlmittel unabdingbar ist, kann der Temperatursensor aufgrund der Wärmeleitfähigkeitdes Kühlmittelpumpen- und Elektronikmodulgehäuses im Elektronikmodul ohne direkten Kontakt zum Kühlmittel angeordnet sein und insbesondere sowohl als Antriebsmessgrößenaufnehmer als auch als Kühlmittelmessgrößenaufnehmer dienen. Bei dieser Anordnung ist zur Ermittlung der Kühlmitteltemperatur die Wärmedurchlässigkeit der Gehäusewände als auch eine zeitliche Verzögerung durch den Wärmeübergang zu berücksichtigen. Gleichzeitig kann durch die Anordnung des Temperatursensors auf einer Leiterplatte des Elektronikmoduls die Leiterplattentemperatur als eine Antriebsmessgröße ermittelt werden.While for the pressure sensor and the electrical conductivity sensor direct contact with the coolant is indispensable, the temperature sensor may be due to the thermal conductivity of the Coolant pump and electronics module housing in the electronic module without direct contact to the coolant be arranged and in particular both as Antriebsmessgrößenaufnehmer as well as a Kühlmittelmessgrößenaufnehmer serve. In this arrangement is for determining the coolant temperature the heat permeability of the housing walls as well as a time delay due to the heat transfer to take into account. At the same time, by the arrangement the temperature sensor on a circuit board of the electronic module the board temperature as a drive metric be determined.

Während für die Anordnung des Temperatur- und des elektrischen Leitfähigkeitssensor insbesondere die Nähe zum Elektronikmodul auf Grund der kurzen Übertragungswege vorteilhaft ist, ist eine Druckmessung auch von den Strömungsverhältnissen im Kühlmittel abhängig. Daher kann es sinnvoll sein, dass der Drucksensor in einem Eintrittsbereich des Kühlmittels in der Kühlmittelpumpe angeordnet ist, obwohl der Eintrittsbereich möglicherweise nicht in der Nähe des Elektronikmoduls liegt.While for the arrangement of the temperature and the electrical Conductivity sensor in particular the proximity to Electronic module due to the short transmission paths advantageous is, is a pressure measurement of the flow conditions in the coolant dependent. Therefore, it may make sense that the pressure sensor in an inlet region of the coolant is arranged in the coolant pump, although the inlet area possibly not near the electronics module lies.

Die Erfindung betrifft auch ein Kühlsystem mit einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe. Das erfindungsgemäße Kühlsystem zeichnet sich durch eine reduzierte Anzahl an einzeln verteilter Kühlmittelmessgrößenaufnehmer und damit reduzierte Übertragungs- und Versorgungswegen aus. Ebenfalls wird in dem erfindungsgemäßen Kühlsystem die Steuerung und Regelung angepasst. Dies kann zum einen daher rühren, dass nun ein Teil der Steuerung oder Regelung direkt in der Kühlmittelpumpe erfolgen kann. Zum anderen muss die Steuerung und Regelung dahin angepasst werden, dass Druck und Temperatur nicht mehr direkt an einem Kühlmitteleintritt oder -austritt der Brennstoffzelle gemessen werden und somit aus der in der Kühlmittelpumpe ermittelten Druck- und Temperaturwerte auf die an der Brennstoffzelle herrschenden Druck- und Temperaturwerte rückgeschlossen werden müssen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kühlmittelpumpe vor der Brennstoffzelle in Strömungsrichtung gesehen angeordnet ist. Hierbei ist die Temperatur und der Druck am Kühlmitteleintritt aus den Messungen des erfindungsgemäßen Temperatur- und/oder Drucksensor in der Kühlmittelpumpe schätzbar, so dass der Temperatur- und/oder Drucksensor, der nach Stand der Technik vor der Brennstoffzelle angeordnet ist, ersetzt werden kann. Es ist aber auch möglich, die Kühlmittelpumpe nach der Brennstoffzelle in Strömungsrichtung anzuordnen. Hierdurch wird der Temperatursensor, der nach dem Stand der Technik nach der Brennstoffzelle angeordnet ist, durch den Temperatursensor in der Kühlmittelpumpe ersetzt. Auch ein Ersetzen des nach Stand der Technik vor der Brennstoffzelle angeordneten Drucksensors ist durch ein Drucksensor in einer nach der Brennstoffzelle angeordneten Kühlmittelpumpe möglich, da durch die Antriebsmessgrößen der Pumpe auf den Druck vor der Brennstoffzelle rückgeschlossen werden kann. Da der elektrische Leitfähigkeitssensor an jeder Stelle des Kühlsystems angeordnet werden kann, geht seine Platzierung innerhalb der Kühlmittelpumpe nicht mit Schätzungen oder/und Berechnungen einher.The The invention also relates to a cooling system with an inventive Coolant pump. The invention Cooling system is characterized by a reduced number individually distributed Kühlmittelmessgrößenaufnehmer and thus reduced transmission and supply routes out. Also, in the cooling system according to the invention adapted the control and regulation. This can be for one reason stir that now part of the control or regulation directly can be done in the coolant pump. For another thing the control and regulation are adjusted to that pressure and temperature no longer directly at a coolant inlet or outlet the fuel cell are measured and thus from the in the coolant pump determined pressure and temperature values on the at the fuel cell prevailing pressure and temperature values Need to become. It is particularly advantageous if the coolant pump in front of the fuel cell in the flow direction is arranged. Here is the temperature and the pressure at the coolant inlet from the measurements of the invention Temperature and / or pressure sensor in the coolant pump estimable so that the temperature and / or pressure sensor, which is arranged in front of the fuel cell according to the prior art, can be replaced. But it is also possible, the coolant pump to arrange after the fuel cell in the flow direction. As a result, the temperature sensor, according to the prior art is arranged after the fuel cell, by the temperature sensor replaced in the coolant pump. Also a replacement of the after Prior art arranged in front of the fuel cell pressure sensor is arranged by a pressure sensor in one after the fuel cell Coolant pump possible because of the drive parameters the pump has deduced the pressure in front of the fuel cell can be. As the electrical conductivity sensor on Any point of the cooling system can be arranged, goes its placement within the coolant pump not with Estimates or / and calculations.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zur Bestimmung mindestens zweier Prozessmessgrößen eines Kühlmittels in einem Kraftfahrzeug gelöst, wobei eine Kühlmittelpumpe das Kühlmittel in einem Kühlsystem fördert und in der Kühlmittelpumpe mindestens eine Antriebsmessgröße für einen Pumpenantrieb und zwei Prozessmessgrößen für eine Charakterisierung des Kühlmittels ermittelt werden. Hierbei kann ein Antriebsmessgrößenaufnehmer, der zur Ermittlung einer Antriebsmessgröße dient, ebenfalls eine Prozessmessgröße ermitteln. Dies ist der Fall, wenn beispielsweise ein Temperatursensor sowohl die Leiterplattentemperatur als auch die Kühlmitteltemperatur ermittelt. Ebenfalls kann ein Beschleunigungssensor gleichzeitig sowohl als Antriebsmessgrößenaufnehmer als auch als Kühlmittelmessgrößenaufnehmer dienen.The inventive object is also by a method for determining at least two process measurements a coolant dissolved in a motor vehicle, wherein a coolant pump, the coolant in a Cooling system promotes and in the coolant pump at least one drive quantity for a pump drive and two process variables determined for a characterization of the coolant become. In this case, a drive transducer, which serves to determine a drive quantity, also determine a process variable. This is the case when, for example, a temperature sensor both the PCB temperature and the coolant temperature determined. Also, an acceleration sensor can be used simultaneously as both Servo as well as Kühlmittelmessgrößenaufnehmer serve.

Anstelle einer Brennstoffzelle kann auch ein Brennstoffzellenstapel verwendet werden.Instead of A fuel cell may also use a fuel cell stack become.

Ausführungsbeispieleembodiments

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den 2 und 3 schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnung und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen:Further measures improving the invention will become apparent from the following description of embodiments of the inventions tion, which in the 2 and 3 are shown schematically. All of the claims, the description or the drawings resulting features and / or advantages, including design details, spatial arrangement and method steps may be essential to the invention both in itself and in a variety of combinations. Show it:

1 ein Kühlsystem aus dem Stand der Technik 1 a cooling system of the prior art

2 ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 2 a cooling system according to the invention

3 Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe 3 Section through a coolant pump according to the invention

In 1 ist ein Kühlsystem 1 eines Kraftfahrzeuges aus dem Stand der Technik dargestellt. Das Kühlsystem dient dazu einen Brennstoffzellenstapel 2 zu kühlen, kann jedoch darüber hinaus mit einem Wärmetauscher 9 einer Fahrzeugheizung über ein Sperrventil 9.1 verbunden sein, so dass die Reaktionswärme des Brennstoffzellenstapels 2 zum Heizen des Kraftfahrzeuges verwendet werden kann. Neben der Brennstoffzelle selber kann auch ein Kathodenstrom vor Eintritt in den Brennstoffzellenstapel 2 in einem Kathodenwärmetauscher 3 in einem zum Brennstoffzellenstapel 2 parallelen Kühlungspfad temperiert werden. Das Kühlmittel wird im Kühlsystem 1 von einer Kühlmittelpumpe 10 gefördert, die in diesem Fall in Strömungsrichtung vor dem Brennstoffzellenstapel 2 angeordnet ist, wobei die Strömungsrichtung anhand der Pfeile 50 dargestellt ist. Das Kühlmittel selbst wird in einem Kühler 4 abgekühlt, wobei ein Proportionalventil 5.1 bestimmt, welcher Anteil des Kühlmittels den Kühler 4 durchströmt und welcher Anteil einen parallel dazu angeordneten Bypass 5 durchläuft. In einem Teilströmungspfad des Kühlsystems 1 ist ein Ionenaustauscher 6 zur Verringerung von ins Kühlmittel eingetragenen Ionen angeordnet, so dass eine maximale elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels nicht überschritten wird. Ebenfalls befindet sich im Teilströmungspfad ein Ausgleichbehälter 7, über den das Kühlsystem 1 befüllt wird und der temperatur- und druckbedingte Schwankungen im Kühlmittelvolumen ausgleichen kann. Darüber hinaus weist der Ausgleichsbehälter 7 ein Über- und Unterdruckventil 7.1 auf, das zur Vermeidung eines Über- oder Unterdrucks im Kühlmittelkreislauf dient. Der Überdruck kann z. B. durch Gaseintritt ins Kühlmittel erfolgen. Eine Steuer- und Regelungseinheit 30 kann die Leistung der Kühlmittelpumpe 10, das Proportionalventil 5.1 und einen Kühlerlüfter 4.1 am Kühler 4 gemäß der im Kühlsystem 1 gemessenen Prozessmessgrößen regeln und damit Temperatur und Druck des Kühlmittels einstellen. Weiterhin kann die Steuer- und Regelungseinheit bei Überschreiten einer vorher festgelegten elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels beispielsweise eine Wartung des Ionenaustauschers 6 oder ein Austausch des Kühlmittels veranlassen. Zum Messen der Prozessmessgrößen sind im Kühlsystem Kühlmittelmessgrößenaufnehmer 20, 21, 22, 23, 24 verteilt: ein elektrischer Leitfähigkeitssensor 20 an einer beliebigen Stelle, ein Drucksensor 21 direkt vor dem Eintritt des Kühlmittels in den Brennstoffzellenstapel 2 und ein Temperatursensor 22 an einem Eintritt des Brennstoffzellenstapels 2. Dabei kann der Drucksensor 21 hinter einem Partikelfilter 8 angeordnet sein. Weitere Temperatursensoren 23, 24 sind am Austritt des Kühlmittels aus dem Brennstoffzellenstapel 2 und hinter dem Kühler 4 angeordnet. Alle Kühlmittelmessgrößenaufnehmer 20, 21, 22, 23, 24 sind mit der Steuer- und Regelungseinheit 30 über die Übertragungswege 31, 32, 33, 34, 35 verbunden. Zusätzlich sind die Übertragungswege 36, 37, 38 zu der Kühlmittelpumpe 10, zu dem Proportionalventil 5.1 und zu dem Kühlerlüfter 4.1 notwendig. Wie in 1 deutlich sichtbar, entsteht hierdurch ein großer und komplexer Kabelbaum.In 1 is a cooling system 1 a motor vehicle from the prior art shown. The cooling system serves a fuel cell stack 2 However, it can also be cooled with a heat exchanger 9 a vehicle heating via a check valve 9.1 be connected so that the heat of reaction of the fuel cell stack 2 can be used for heating the motor vehicle. In addition to the fuel cell itself can also be a cathode current before entering the fuel cell stack 2 in a cathode heat exchanger 3 in one to the fuel cell stack 2 tempered parallel cooling path. The coolant is in the cooling system 1 from a coolant pump 10 promoted, in this case in the flow direction in front of the fuel cell stack 2 is arranged, wherein the flow direction with reference to the arrows 50 is shown. The coolant itself is in a cooler 4 cooled, using a proportional valve 5.1 determines what proportion of the coolant the radiator 4 flows through and what proportion of a parallel arranged bypass 5 passes. In a partial flow path of the cooling system 1 is an ion exchanger 6 arranged to reduce registered in the coolant ions, so that a maximum electrical conductivity of the coolant is not exceeded. Also located in the partial flow path is a surge tank 7 about which the cooling system 1 is filled and can compensate for the temperature and pressure-related fluctuations in the coolant volume. In addition, the expansion tank points 7 an overpressure and vacuum valve 7.1 on, which serves to avoid an overpressure or underpressure in the coolant circuit. The overpressure can z. B. by gas into the coolant. A control and regulation unit 30 can improve the performance of the coolant pump 10 , the proportional valve 5.1 and a radiator fan 4.1 on the radiator 4 according to the in the cooling system 1 regulate measured process variables and thus adjust the temperature and pressure of the coolant. Furthermore, the control and regulation unit, for example, a maintenance of the ion exchanger when exceeding a predetermined electrical conductivity of the coolant 6 or cause a replacement of the coolant. To measure the process variables are Kühlmittelmessgrößenaufnehmer in the cooling system 20 . 21 . 22 . 23 . 24 distributed: an electrical conductivity sensor 20 anywhere, a pressure sensor 21 just before the coolant enters the fuel cell stack 2 and a temperature sensor 22 at an entrance of the fuel cell stack 2 , In this case, the pressure sensor 21 behind a particle filter 8th be arranged. Other temperature sensors 23 . 24 are at the exit of the coolant from the fuel cell stack 2 and behind the radiator 4 arranged. All coolant transducers 20 . 21 . 22 . 23 . 24 are with the control unit 30 over the transmission paths 31 . 32 . 33 . 34 . 35 connected. In addition, the transmission paths 36 . 37 . 38 to the coolant pump 10 , to the proportional valve 5.1 and to the radiator fan 4.1 necessary. As in 1 clearly visible, this creates a large and complex wiring harness.

In 2 ist hingegen ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 1 dargestellt, wobei das Kühlsystem 1 von 2 mit Ausnahme der Kühlmittelmessgrößenaufnehmer 20, 21, 22 analog zu dem Kühlsystem 1 aus 1 aufgebaut ist und wobei gleiche Baueinheiten mit denselben Bezugszeichen wie in 1 versehen sind. Im Gegensatz zu 1 sind der elektrische Leitfähigkeitssensor 20, der Drucksensor 21 und der Temperatursensor 22, der nach dem Stand der Technik am Eintritt des Kühlmittels in den Brennstoffzellenstapel 2 angeordnet ist, in der Kühlmittelpumpe 10 integriert. Hierdurch reduziert sich der Kabelbaum auf die Übertragungswege 34 bis 38. In 1 und 2 ist die Kühlmittelpumpe vor dem Brennstoffzellenstapel 2 angeordnet. Für den nicht dargestellten Fall, dass sich die Kühlmittelpumpe 10 hinter dem Brennstoffzellenstapel 2 befindet, wird anstelle des Temperatursensors 22 der Temperatursensor 23, der sonst direkt nach dem Brennstoffzellenstapel 2 angeordnet ist, in der Kühlmittelpumpe 10 integriert. Im Folgenden wird von einer Integration des Temperatursensors 22 in die Kühlmittelpumpe 10 ausgegangen.In 2 on the other hand is a cooling system according to the invention 1 shown, the cooling system 1 from 2 with the exception of the Kühlmittelmessgrößenaufnehmer 20 . 21 . 22 analogous to the cooling system 1 out 1 is constructed and wherein the same structural units with the same reference numerals as in 1 are provided. In contrast to 1 are the electrical conductivity sensor 20 , the pressure sensor 21 and the temperature sensor 22 , The prior art at the entrance of the coolant in the fuel cell stack 2 is arranged in the coolant pump 10 integrated. This reduces the wiring harness to the transmission paths 34 to 38 , In 1 and 2 is the coolant pump in front of the fuel cell stack 2 arranged. For the case, not shown, that the coolant pump 10 behind the fuel cell stack 2 is located, instead of the temperature sensor 22 the temperature sensor 23 Otherwise, right after the fuel cell stack 2 is arranged in the coolant pump 10 integrated. The following is an integration of the temperature sensor 22 into the coolant pump 10 went out.

3 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe 10. Hierbei handelt es sich um eine Spaltrohrpumpe 10, bei der das Kühlmittel nicht nur durch das Laufrad 15 von einem Eintrittsbereich 17 in einen Austrittsbereich 18 befördert wird, sondern ein Teil des Kühlmittels den Pumpenantrieb 13 selber durchströmt. Hierbei wird das Kühlmittel zunächst durch einen Spalt 13.4 zwischen einem Rotorblechpaket 13.1 und einem Statorblechpaket 13.2 des Pumpenantriebs 13 geleitet und fließt dann in einer Welle 13.3 des Pumpenantriebs 13 zurück in den Eintrittsbereich 17. In 3 sind die Strömungswege des Kühlmittels anhand der Pfeile 51 zu erkennen. Die Kühlmittelpumpe 10 weist eine Messeinrichtung 11 auf, wobei die Messeinrichtung 11 Antriebsmessgrößenaufnehmer, beispielsweise einen Strommesser 25 und einen Spannungsmesser 26 für den Pumpenantrieb 13, ein Elektronikmodul 12 und eine Schnittstelle 12.1 zur Kommunikation mit der Steuer- und Regelungseinheit 30 aufweist. Die Antriebsmessgrößenaufnehmer 25, 26, zu denen auch noch Lage- und/oder Temperatursensoren gehören können, können in dem Elektronikmodul 12 angeordnet sein. Erfindungsgemäß kommen die Kühlmittelmessgrößenaufnehmer 20, 21, 22 zu der Messeinrichtung 11 hinzu. In 3 sind mehrere potentielle Stellen 40, 41, 42, 43 eingezeichnet, an denen die Kühlmittelmessgrößenaufnehmer 20, 21, 22 bevorzugt angeordnet sein können. Vorzugsweise sind alle Kühlmittelmessgrößenaufnehmer 20, 21, 22 an einer der potentiellen Stellen 40, 41, 42, 43 angeordnet, so dass ein gemeinsamer Übertragungsweg entsteht. Besonders bevorzugt liegt die potentielle Stelle 40, 41, 42, 43 nahe dem Elektronikmodul 12, um lange Übertragungswege zu vermeiden. Bei einer Anordnung des Elektronikmoduls 12 an einer dem Statorblechpaket 13.2 nahen Gehäusewand 16.1 des Pumpengehäuses 16, wie in 3 gezeigt, bietet sich somit die potentielle Stelle 42, die am Eintritt des Kühlmittels in den Spalt 13.4 (legt, als besonders geeignet an. Als nicht dargestellte Alternative kann das Elektronikmodul 12 an der dem Eintrittsbereich 17 gegenüberliegenden Gehäusewand 16.2 des Pumpengehäuses 16 angeordnet sein. In diesem Fall ist die potentielle Stelle 43, die am Ende des Spaltes 13.4 in Strömungsrichtung angeordnet ist, dem Elektronikmodul 12 nahe und damit besonders geeignet. In beiden Fällen ist es denkbar, dass eine der Kühlmittelpumpe 10 zugewandte Gehäusewand 12.2 des Elektronikmoduls 12 durchbrochen ist und die Kühlmittelmessgrößenaufnehmer 20, 21, 22 durch einen gemeinsamen Durchbruch durch die Gehäusewand 12.2 und die Gehäusewand 16.1 oder 16.2 montiert sind. Zur Messung des Drucks kann es aus messtechnischer Sicht besonders günstig sein, den Drucksensor im Eintrittsbereich 17 an der potentiellen Stelle 40 anzuordnen. Um ohne Berechnungen den Druck des Kühlmittels nach Pumpenaustritt und damit in etwa den Druck vor Brennstoffzelleneintritt zu erhalten, kann ein Drucksensor 21 alternativ oder zusätzlich auch im Austrittsbereich 18 an der potentiellen Stelle 41 angeordnet sein. Um Kavitäten und Fremdgaseinschlüsse besser übewachen zu können, sind bevorzugt mehrere Drucksensoren in der Kühlmittelpumpe 10 angeordnet, hierbei kann ein Drucksensor 21 am Eintrittsbereich 17, d. h. an der potentiellen Stelle 40, und ein weiterer an einer der übrigen potentiellen Stellen 41, 42, 43 angeordnet sein. Nur für den Temperatursensor 22 ist es auch möglich, ganz im Elektronikmodul 12 angeordnet zu sein und auf einen Kontakt mit dem Kühlmittel zu verzichten. Hierfür kommt die potentielle Stelle 44 in Frage. 3 shows a section through a coolant pump according to the invention 10 , This is a canned pump 10 in which the coolant is not just through the impeller 15 from an entry area 17 in an exit area 18 but a portion of the coolant drives the pump 13 flows through himself. Here, the coolant is first through a gap 13.4 between a rotor core 13.1 and a stator core 13.2 the pump drive 13 passed and then flows in a wave 13.3 the pump drive 13 back to the entrance area 17 , In 3 are the flow paths of the coolant using the arrows 51 to recognize. The coolant pump 10 has a measurement Facility 11 on, with the measuring device 11 Antriebsmessgrößenaufnehmer, such as an ammeter 25 and a voltmeter 26 for the pump drive 13 , an electronic module 12 and an interface 12.1 for communication with the control and regulation unit 30 having. The drive transducers 25 . 26 , which may also include position and / or temperature sensors, in the electronics module 12 be arranged. According to the Kühlmittelmessgrößenaufnehmer come 20 . 21 . 22 to the measuring device 11 added. In 3 are several potential sites 40 . 41 . 42 . 43 located on which the Kühlmittelmessgrößenaufnehmer 20 . 21 . 22 may preferably be arranged. Preferably, all Kühlmittelmessgrößenaufnehmer 20 . 21 . 22 at one of the potential positions 40 . 41 . 42 . 43 arranged so that a common transmission path is formed. Particularly preferred is the potential site 40 . 41 . 42 . 43 near the electronics module 12 to avoid long transmission paths. In an arrangement of the electronic module 12 on a stator lamination stack 13.2 close housing wall 16.1 of the pump housing 16 , as in 3 shown, thus offers the potential body 42 , which is at the entrance of the coolant in the gap 13.4 (attaches, as particularly suitable. As an alternative, not shown, the electronic module 12 at the entrance area 17 opposite housing wall 16.2 of the pump housing 16 be arranged. In this case, the potential site 43 that at the end of the gap 13.4 is arranged in the flow direction, the electronic module 12 close and therefore particularly suitable. In both cases it is conceivable that one of the coolant pump 10 facing housing wall 12.2 of the electronic module 12 is broken through and the Kühlmittelmessgrößenaufnehmer 20 . 21 . 22 through a common breakthrough through the housing wall 12.2 and the housing wall 16.1 or 16.2 are mounted. To measure the pressure, it may be particularly favorable from a metrological point of view, the pressure sensor in the inlet area 17 at the potential site 40 to arrange. In order to obtain the pressure of the coolant after pump discharge and thus approximately the pressure before fuel cell inlet without calculations, a pressure sensor 21 alternatively or additionally also in the exit area 18 at the potential site 41 be arranged. To be able to monitor wells and foreign gas inclusions better, a plurality of pressure sensors in the coolant pump are preferred 10 arranged, this can be a pressure sensor 21 at the entrance area 17 ie at the potential site 40 , and another at one of the other potential sites 41 . 42 . 43 be arranged. Only for the temperature sensor 22 It is also possible in the electronics module 12 to be arranged and to dispense with contact with the coolant. This is where the potential job comes from 44 in question.

Die Kühlmittelmessgrößenaufnehmer 20, 21, 22 sind mit dem Elektronikmodul 12, das bereits für die Antriebsmessgrößenaufnehmer 25, 26 bereit steht, verbunden. Hierbei wird insbesondere die schon im Elektronikmodul 12 vorhandene Schnittstelle 12.1 für eine Übertragung der Prozessmessgrößen an die übergeordnete Steuer- und Regelungseinheit 30 genutzt.The Kühlmittelmessgrößenaufnehmer 20 . 21 . 22 are with the electronics module 12 , which already for the Antriebsmessgrößenaufnehmer 25 . 26 ready, connected. This is especially the already in the electronic module 12 existing interface 12.1 for a transmission of the process measured quantities to the higher-level control and regulation unit 30 used.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10038550 A1 [0003]

Claims

Electric coolant pump ( 10 ) for conveying a coolant in a cooling system ( 1 ) of a motor vehicle, in particular in a cooling system ( 1 ) with at least one fuel cell ( 2 ), wherein the coolant pump ( 10 ) a measuring device ( 11 ) with at least one Antriebsmessgrößenaufnehmer ( 25 . 26 ) for a pump drive ( 13 ), characterized in that the coolant pump ( 10 ) at least two Kühlmittelmessgrößenaufnehmer ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) for determining at least two process variables of the coolant, in order to obtain a conclusion on coolant properties.

Coolant pump according to claim 1, characterized in that by at least one of the determined process measured variables at least one device ( 2 . 10 ) of the cooling system ( 1 ) is monitorable, whereby device ( 2 . 10 ) in particular the fuel cell ( 2 ) or the coolant pump ( 10 ) is itself.

Coolant pump ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that a Kühlmittelmessgrößenaufnehmer ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) a temperature sensor ( 22 . 23 . 24 ), a pressure sensor ( 21 ), in particular a piezoelectric element, an acceleration sensor or an electrical conductivity sensor ( 20 ).

Coolant pump ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the Kühlmittelmessgrößenaufnehmer ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) Part of the measuring device ( 11 ), wherein in particular a signal of a coolant measured value sensor ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) to an electronic module ( 12 ) of the measuring device ( 11 ) is forwarded.

Coolant pump ( 10 ) according to claim 4, characterized in that an interface ( 12.1 ) of the electronic module ( 12 ) for communication with a higher-level control and regulation unit ( 30 ), also for transmitting the process measured quantities to a higher-level control and regulation unit ( 30 ) serves.

Coolant pump ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a hydraulic disturbance, in particular cavitation and / or foreign gas inclusions, can be detected by the determination of at least one process variable, in particular cavitation on the basis of the pressure sensor ( 21 ), the acceleration sensor and / or the temperature sensor ( 22 ) can be determined and foreign gas inclusions through the electrical conductivity sensor ( 20 ) and / or the pressure sensor ( 21 ) can be determined.

Coolant pump ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one Kühlmittelmessgrößenaufnehmer ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) in the coolant near or at the electronics module ( 12 ) is arranged.

Coolant pump ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic module ( 12 ) near the pump drive ( 13 ), wherein in particular the coolant pump ( 10 ) is a canned pump and at least one Kühlmittelmessgrößenaufnehmer ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) in a gap through which the coolant flows ( 13.4 ) of the pump drive ( 13 ) is arranged.

Coolant pump ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor ( 22 ) in the electronic module ( 12 ) is arranged and in particular both as Antriebsmessgrößenaufnehmer and as Kühlmittelmessgrößenaufnehmer ( 22 ) serves.

Cooling system ( 1 ) with a coolant pump ( 10 ) according to claims 1 to 9.

Method for determining at least two process variables of a coolant in a motor vehicle, wherein a coolant pump ( 10 ) the coolant in a cooling system ( 1 ) and in the coolant pump at least one drive variable for a pump drive ( 13 ), characterized in that the process variables in the coolant pump ( 10 ) be determined.

A method according to claim 11, characterized in that a Antriebsmessgrößenaufnehmer ( 25 . 26 ), which is used to determine a drive variable, also determines a process variable and by a Kühlmittelmesswertaufnehmer ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) a further process variable in the coolant pump ( 10 ), in particular in contact with the coolant is determined.

A method according to claim 11 or 12, characterized in that the method with a coolant pump ( 10 ) is carried out according to one of claims 1 to 8 in a cooling system according to claims 9 or 10.