DE102016203466B4

DE102016203466B4 - Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel mit Sensierung eines Kühlmittelfüllstands in einem Ausgleichsbehälter mittels eines elektrischen Leitfähigkeitswerts

Info

Publication number: DE102016203466B4
Application number: DE102016203466.9A
Authority: DE
Inventors: Tobias Schulze; Willi Zeiger; Tobias Jaeckel
Original assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Current assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2023-06-15
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: DE102016203466A1

Abstract

Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel (10), aufweisend:einen Kühlmittelkreislauf (40) zum Führen eines Kühlmittels,eine Kühlmittelfördereinrichtung (41),eine das Kühlmittel transportierende Kühlmittelleitung (42), undeinen Ausgleichsbehälter (43), dadurch gekennzeichnet, dassein Leitfähigkeitssensor (44) in dem Ausgleichsbehälter (43) angeordnet ist und eine Messspitze (49) des Leitfähigkeitssensors (44) auf der Höhe eines minimalen Kühlmittelfüllstandes in dem Ausgleichsbehälter (43) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel, ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kühlsystems, ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Brennstoffzellenstapel, ein Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem und die Verwendung eines in einem Kühlsystems eines Brennstoffzellenstapels angeordneten Leitfähigkeitssensors zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit und des Füllstands eines Kühlmittels.
Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser zum Erzeugen elektrischer Energie. Hierzu weisen Brennstoffzellen als Kernkomponente eine sogenannte Membran-Elektroden-Anordnung (MEA - membrane electrode assembly) aus einer protonenleitenden Membran und beidseitig daran angeordneten Elektroden auf. Im Betrieb der Brennstoffzelle wird Wasserstoff H₂ oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch der Anode als Brennstoff zugeführt und dort unter Abgabe von Elektronen elektrochemisch oxidiert (H₂ →72 H⁺+ 2 e^-). Über die Membran, welche zwei Reaktionsräume gasdicht und elektrisch voneinander isoliert, werden die Protonen H⁺ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum transportiert. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen e^- können zum Verrichten einer elektrischen Arbeit genutzt werden, wonach sie an die Kathode geleitet werden. Dieser wird zudem Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt, sodass dort eine Reduktion des Sauerstoffs unter Aufnahme der Elektronen erfolgt (½ O₂ + 2 e^- → O^2-). Die gebildeten Sauerstoffanionen reagieren im Kathodenraum mit den über die Membran transportierten Protonen zu Wasser (2 H⁺+ O² → H₂O).
Um einen optimalen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer eines Brennstoffzellenstapels zu gewährleisten, muss dieser in einem engen Temperaturbereich betrieben werden. Bei den bevorzugt für mobile Anwendungen genutzten Brennstoffzellen mit protonenleitenden Membranen (PEM - Brennstoffzellen) liegt dieser Temperaturbereich beispielsweise zwischen 60°C und 90°C. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einen Brennstoffzellenstapel zu temperieren, was ein Aufheizen des Stapels vor dessen Inbetriebnahme und das Kühlen des Stapels während dessen laufenden Betriebs umfasst.
In der Regel ist die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl in einem Stapel (stack) angeordneter Membran-Elektroden-Anordnungen gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Dabei ist zwischen zwei Membran-Elektroden-Anordnungen jeweils eine Bipolarplatte angeordnet, die der Zuführung der Prozessgase zu Anode und Kathode benachbarter Membran-Elektroden-Anordnungen dient. Ferner sind die Bipolarplatten als elektrische und thermische Leiter ausgelegt. Sie werden somit für die Prozessgasversorgung der Membran-Elektroden-Anordnungen, deren Kühlung und deren elektrischer Anbindung verwendet.
Für die Prozessgasversorgung der Elektroden weist eine Bipolarplatte in ihrem aktiven Bereich Betriebsmittelströmungsfelder, insbesondere ein anodenseitiges offenes Anodengasströmungsfeld und ein kathodenseitiges offenes Kathodengasströmungsfeld, auf. Die Anodengas- und Kathodengasströmungsfelder sind zumeist in Form rinnenartiger Kanäle ausgebildet. Zudem weist der aktive Bereich ein geschlossenes Kühlmittelströmungsfeld auf, das in der Regel zwischen dem Kathodengasströmungsfeld und dem Anodengasströmungsfeld angeordnet ist. Häufig ist eine Bipolarplatte aus zwei miteinander verbundenen, insbesondere verschweißten, Teilplatten aufgebaut, wobei das Kühlmittelströmungsfeld zwischen zwei teilweise miteinander verbundenen Hauptoberflächen der Teilplatten eingeschlossen ist.
Die Versorgung des Brennstoffzellenstapels mit seinen Betriebsmitteln, also dem Anodenbetriebsgas (zum Beispiel Wasserstoff), dem Kathodenbetriebsgas (zum Beispiel Luft) und dem Kühlmittel, erfolgt über Hauptversorgungskanäle. Diese sind durch in den Bipolarplatten und den Membran-Elektroden-Anordnungen angeordnete und im Brennstoffzellenstapel zueinander fluchtende Öffnungen gebildet. Jeweils übereinanderliegende Öffnungen bilden den Stapel in seiner gesamten Stapelrichtung durchsetzender Hauptversorgungskanäle. Für jedes Betriebsmittel sind mindestens zwei solcher Hauptversorgungskanäle vorhanden, nämlich einer zur Zuführung und einer zur Abführung des jeweiligen Betriebsmittels.
Bei den exothermen Brennstoffzellenreaktionen können große Wärmemengen in einem Brennstoffzellenstapel entstehen. Um diese an die Umgebung abzuführen wird in der Regel auf wässrige Kühlmittelsysteme mit ausreichender Wärmekapazität zurückgegriffen. Von Verbrennungsmotoren ist der Einsatz von Mischungen aus Wasser, Ethylen-Glykol als Frostschutzmittel und nicht-ionischen Korrosionsinhibitoren zur Kühlung bekannt. Um das Abführen der Wärme aus dem Brennstoffzellenstapel zu gewährleisten, muss stets eine ausreichende Kühlwassermenge vorgehalten werden. Für die hierfür notwendige Füllstandüberwachung sind aus dem Stand der Technik zahlreiche Methoden bekannt.
Da zur Stromerzeugung genutzte Brennstoffzellenstapel zwangsläufig hohen elektrischen Spannungen ausgesetzt sind, müssen die darin verwendeten Kühlmittel weitere Anforderungen erfüllen. Insbesondere darf eine bestimmte elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels nicht überschritten werden, um Kurzschlüsse im Brennstoffzellensystem zu vermeiden. Bei in Fahrzeugen angeordneten Brennstoffzellensystemen besteht zudem die Gefahr, dass sich elektrische Spannungen über ein zu stark elektrisch leitendes Kühlmittel auf die Karosserie übertragen und die Fahrzeuginsassen gefährden. Problematisch ist daher, dass während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels Ionen in das Kühlmittel eingetragen werden. Die Ionen können dabei aus einer Verunreinigung, beispielsweise einem Flussmittel eines gelöteten Kühlers, oder direkt aus einem Stapelbauteil, zum Beispiel einer EPDM-Dichtung, herausgelöst werden.
Es ist daher erforderlich, die elektrische Leitfähigkeit eines in einem Brennstoffzellensystem eingesetzten Kühlmittels zu überwachen, um Gefahren für den Brennstoffzellenstapel und die Insassen auszuschließen. Zusätzlich ist eine Überwachung des Kühlmittelfüllstands notwendig.
Die JP 2006-114,413 A beschreibt ein Verfahren zum Überwachen der Qualität des in einem Brennstoffzellensystem zur Kühlung eingesetzten Wassers. Dabei wird die elektrische Leitfähigkeit des Kühlwassers permanent überwacht und das Kühlwasser im Fall einer zu hohen Leitfähigkeit mit niedrigleitendem Frischwasser verdünnt. Insbesondere bei mobilen Anwendungen ist in der Regel jedoch kein mitgeführter Frischwasservorrat vorhanden.
Die JP 2005-310,615 A beschreibt ein Brennstoffzellensystem in dem der Füllstand von entionisiertem Wasser mittels zweier in das Wasser getauchten Elektroden ermittelt wird. Mit steigender Füllhöhe erhöht sich die zum Stromfluss zwischen den Elektroden beitragende Elektrodenoberfläche und es wird ein geringerer Widerstand gemessen. Eine Leitfähigkeitsänderung aufgrund einer Füllstandänderung ist dabei nur schwer von einer Leitfähigkeitsänderung aufgrund einer Variation der lonenkontamination unterscheidbar.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel bereitzustellen, bei dem der Füllstand und die elektrische Leitfähigkeit eines Kühlmittels mit geringstem apparativen Einsatz sicher überwacht werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kühlsystems nach Anspruch 6, ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 8, ein Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9 und die Verwendung eines Leitfähigkeitssensors zum Bestimmen des Unterschreitens eines minimalen Kühlmittelfüllstands und der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlwassers nach Anspruch 10.
Ein erfindungsgemäßes Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel weist einen Kühlmittelkreislauf zum Führen eines Kühlmittels, eine Kühlmittelfördereinrichtung, eine das Kühlmittel transportierende Kühlmittelleitung und einen Ausgleichsbehälter für das Kühlmittel auf. Insbesondere sind die Kühlmittelfördereinrichtung, die Kühlmittelleitung und der Ausgleichsbehälter Bestandteile des Kühlmittelkreislaufs. Ein Leitfähigkeitssensor ist in dem Ausgleichsbehälter angeordnet, wobei eine Messspitze des Leitfähigkeitssensors auf der Höhe eines minimalen Kühlmittelfüllstandes in dem Ausgleichsbehälter angeordnet ist. Der Ausgleichsbehälter ist dabei ein mit der Kühlmittelleitung fluidführend verbundenes Kühlmittelreservoir und dient dem Ausgleich der in den Kühlmittelleitungen befindlichen Menge Kühlmittels bei Kühlmittelverlusten, insbesondere aufgrund von Undichtigkeiten oder Verdunstung, und bei thermischer Ausdehnung. Der Kühlmittelstand im Ausgleichsbehälter sollte einen bestimmten maximalen Füllstand nicht überschreiten und einen bestimmten minimalen Füllstand nicht unterschreiten, um die Funktionsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels zu gewährleisten.
Der Leitfähigkeitssensor ist ein Sensor zum Bestimmen einer elektrischen Leitfähigkeit σ, wobei das Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit zumindest im Bereich einer Messspitze erfolgt. Die Messung der elektrischen Leitfähigkeit kann anhand der Messung eines elektrischen Stroms erfolgen, der beim Anlegen einer bestimmten Spannung an das Kühlmittel fließt. Bevorzugt weist der Leitfähigkeitssensor hierfür zumindest im Bereich der Messspitze zwei Elektroden auf. Mittels einer in dem Sensor angeordneten oder mit dem Sensor verbundenen Elektronikschaltung kann eine bestimmte Spannung zwischen den Elektroden angelegt werden. Ferner bevorzugt ist die Elektronikschaltung dafür ausgelegt, einen zwischen den Elektroden fließenden Strom zu messen oder diesen zu bestimmen, beispielsweise anhand einer über einem Shunt abfallenden Spannung. Die Elektronikschaltung ist bevorzugt dafür ausgelegt, anhand der bestimmten Spannungs- und Stromwerte den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden zu bestimmen. Unter Berücksichtigung voreingestellter Werte zu Elektrodenabstand und Elektrodenfläche kann daraus ein spezifischer elektrischer Widerstand beziehungsweise die elektrische Leitfähigkeit des zwischen den Elektroden angeordneten Mediums bestimmt werden. Ist der Leitfähigkeitssensor mit einer Steuereinheit verbunden, können die Funktionalitäten der beschriebenen Elektronikschaltung alternativ auch in der Steuereinheit realisiert werden.
Solange die Messspitze des Leitfähigkeitssensors mit dem Kühlmittel in Kontakt ist, misst diese eine elektrische Leitfähigkeit in einer Größenordnung der elektrischen Leitfähigkeit des jeweiligen Kühlmittels. Änderungen der gemessenen elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels korrelieren dabei nahezu ausschließlich mit der lonenkonzentration des Kühlmittels. Sinkt der Kühlmittelfüllstand unter einen minimalen Kühlmittelfüllstand, ist die Messspitze nicht mehr in Kontakt mit Kühlmittel. Dann wird die elektrische Leitfähigkeit von Luft, insbesondere feuchter Luft, gemessen und die von der Messspitze gemessene elektrische Leitfähigkeit fällt sprunghaft, bevorzugt um mehrere Größenordnungen, ab. Anhand des sprunghaften Abfalls der mittels der Messspitze bestimmen Leitfähigkeit wird somit das Unterschreiten eines kritischen Kühlmittelstandes erkannt.
Mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem lassen sich vorteilhaft die elektrische Leitfähigkeit und das Unterschreiten eines minimalen Füllstands eines in einem Brennstoffzellenstapel eingesetzten Kühlmittels unter Verwendung von nur einem Leitfähigkeitssensor und nur einer Auswerteelektronik ermitteln. Diese beiden Informationen sind wesentlich, um einen dauerhaften Betrieb des Brennstoffzellenstapels zu gewährleisten, insbesondere um ein Überhitzen des Stapels oder Kurzschlüsse im Stapel zu verhindern. In gängigen Kühlsystemen für Brennstoffzellenstapel sind daher ein Sensor zur Überwachung von Füllstand und ein Sensor zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels angeordnet. Eine kontinuierliche Überwachung eines aktuellen Kühlmittelfüllstandes ist jedoch in der Regel unnötig, solange das Unterschreiten eines bestimmten Grenzstandes sicher bestimmt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem werden somit der apparative Aufwand und der Bauraumbedarf reduziert, indem mit nur einem Sensor und nur einer Elektronikschaltung die Leitfähigkeit eines Kühlmittels und das Vorliegen eines ausreichenden Kühlmittelfüllstands überwacht werden.
Bevorzugt ist die Messspitze so dimensioniert und/oder der Leitfähigkeitssensor so in dem Ausgleichsbehälter angeordnet, dass eine teilweise Bedeckung der Messspitze mit Kühlmittel bei fallendem Kühlmittelstand nur kurz andauert und/oder weitgehend ausgeschlossen ist. Somit wird eine Korrelation von der mit Kühlmittel in Kontakt stehenden Elektrodenoberfläche der Messspitze und der von dieser gemessenen elektrischen Leitfähigkeit, wie bei der Würdigung des Standes der Technik beschrieben, vermieden. Die bestimmte elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels ist somit von dessen Füllhöhe nahezu unabhängig. Besonders bevorzugt ragt der Leitfähigkeitssensor durch die Unterseite des Ausgleichsbehälters und in dessen Ruhelage senkrecht nach oben, wobei die Messspitze an dessen oberen Ende angeordnet ist. Diese Anordnung hat sich insbesondere in mobilen Anwendungen als vorteilhaft erwiesen, da auch bei Kurvenfahrten Kontakt zwischen Messspitze und Kühlmittel besteht.
Bevorzugt ist die Kühlmittelfördervorrichtung an die Art des Kühlmittels angepasst, besonders bevorzugt handelt es sich um eine Umwälzpumpe. Die Kühlmittelleitung ist bevorzugt als Rohr oder Schlauch ausgebildet und an die Art des eingesetzten Kühlmittels angepasst. Die Leitungsmittel sind dabei so ausgestaltet, dass sie das Kühlmittel führen können, ohne von diesem beschädigt zu werden und ohne dass Kühlmittel unkontrolliert aus den Leitungsmitteln austritt.
Bevorzugt wird ein Kühlmittel eingesetzt, dass eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 50 µS/cm, besonders bevorzugt von weniger als 10 µS/cm und ebenfalls bevorzugt von weniger als 5 µS/cm aufweist. Die Leitfähigkeit bezieht sich dabei auf das reine Kühlmittel ohne lonenkontamination. In diesem Fall wird ein Leitfähigkeitssensor in dem Ausgleichsbehälter angeordnet, der zum Messen einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 50 µS/cm, besonders bevorzugt von weniger als 10 µS/cm und ebenfalls bevorzugt von weniger als 5 µS/cm ausgebildet ist. Mit einem solchen Kühlmittel ist die Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen zwischen den Einzelzellen des Brennstoffzellenstapels minimal. Gleichzeitig wird eine deutliche Differenz zwischen der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels und der elektrischen Leitfähigkeit von Luft, die in Abhängigkeit von deren relativer Feuchte zwischen 3E-11 µS/cm und 8E-11 µS/cm beträgt, sichergestellt. Somit kann der oben beschriebene sprunghafte Abfall der mit der Messspitze bestimmten Leitfähigkeit als Füllstandindikator genutzt werden. Besonders bevorzugt wird ein Kühlmittel aus Wasser, bevorzugt entionisiertem Wasser, einem Frostschutzmittel, bevorzugt Glykol, und Korrosionsinhibitoren, bevorzugt nicht-ionischen Korrosionsinhibitoren eingesetzt. Das Kühlmittel kann weitere Additive enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kühlsystem ferner eine mit dem Leitfähigkeitssensor verbundene Steuereinheit auf. Die Steuereinheit kann darüber hinaus noch mit weiteren Elementen des Kühlsystems oder eines Brennstoffzellensystems, in dem das Kühlsystem angeordnet ist, verbunden sein. Ist das Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug angeordnet, kann es sich bei der Steuereinheit um eine Steuereinheit des Fahrzeugs handeln. Die Steuereinheit ist dafür eingerichtet, ein erstes Ausgabesignal zu erzeugen, wenn die von dem Leitfähigkeitssensor ermittelte elektrische Leitfähigkeit σ einen ersten Grenzwert σ^th ₁ überschreitet. Die Steuereinheit ist zudem dafür eingerichtet, ein zweites Ausgabesignal zu erzeugen, wenn die von dem Leitfähigkeitssensor ermittelte elektrische Leitfähigkeit σ einen zweiten Grenzwert σ^th ₂ unterschreitet. Die Steuereinheit empfängt dabei eine von dem Leitfähigkeitssensor bestimmte elektrische Leitfähigkeit σ oder einen in Abhängigkeit einer bestimmten Spannung U von dem Leitfähigkeitssensor gemessenen Strom I als Eingangssignal. Bevorzugt vergleicht die Steuereinheit das erhaltene Eingangssignal mit einem vorbestimmten ersten Grenzwert σ^t1, und mit einem vorbestimmten zweiten Grenzwert σ^th2, beispielsweise mittels einer Komparator-Schaltung. In Abhängigkeit des Ergebnisses dieser Vergleiche erzeugt die Steuereinheit ein erstes Ausgabesignal oder ein zweites Ausgabesignal. Bei dem ersten und/oder zweiten Ausgabesignal kann es sich um Binärsignale handeln, beispielsweise in Form einer Ausgangsspannung, welche die Werte GND oder V_PP annimmt. Ebenfalls bevorzugt weist die Steuereinheit Kommunikationsmittel auf, um die Ausgabesignale an andere Elemente des Kühlsystems, eines Brennstoffzellensystems oder eines Fahrzeugsystems zu übertragen. In einer besonders einfachen Ausführungsform ist die Steuereinheit ein Teil des Leitfähigkeitssensors.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform weist das Kühlsystem ferner einen in dem Kühlsystem, insbesondere dem Kühlmittelkreislauf, angeordneten lonenabscheider auf. Der lonenabscheider weist ein von dem Kühlmittel durchströmbares oder zumindest überströmbares Entionisierungsmittel auf. Bei dem Entionisierungsmittel kann es sich beispielsweise um ein lonenaustauscherharz handeln, das die im Kühlmittel gelösten Ionen (Kationen und Anionen) aufnehmen und H⁺- und OH^--Ionen abgeben kann. In diesem Fall ist der lonenabscheider als lonentauscher ausgebildet. Das Entionisierungsmittel kann dabei als Schüttung unmittelbar in dem lonenabscheider oder in Form eines in den lonenabscheider einsetzbaren Filterelements vorliegen. Die Kapazität von gängigen Entionisierungsmitteln ist begrenzt, sodass diese in regelmäßigen Wechselintervallen getauscht werden müssen. Aus diesem Grund ist die Anordnung des Entionisierungsmittels in einem austauschbaren Filterelement besonders bevorzugt. Zudem gewährleistet ein Filterelement eine sichere Trennung von Entionisierungsmittel und Kühlmittelkreislauf. Alternativ kann jedoch auch der gesamte lonenabscheider in regelmäßigen Abständen aus dem Kühlsystem entfernt, geleert und mit neuem Entionisierungsmittel befüllt werden. Der lonenabscheider weist bevorzugt Mittel zum Bestimmen eines Betriebszustands des lonenabscheiders in Abhängigkeit der verbleibenden Kapazität des Entionisierungsmittels auf. Die Kapazität des Entionisierungsmittels lässt sich bevorzugt über eine Impedanz-Messung am Entionisierungsmittel bestimmen. Bevorzugt weist der lonenabscheider ein von dem Kühlmittel durchströmbares Gehäuse auf, in dem das Entionisierungsmittel angeordnet ist. Der lonenabscheider, insbesondere dessen Gehäuse, wird kontinuierlich oder steuerbar diskontinuierlich von dem Kühlmittel durchströmt. Eine kontinuierliche Durchströmung des lonenabscheiders erfolgt bevorzugt selbsttätig in Abhängigkeit des Druckverlusts des lonenabscheiders. Zum Steuern einer diskontinuierlichen Durchströmung weist der lonenabscheider bevorzugt zumindest ein steuerbares Stellmittel auf. Dieses Steuermittel und die Mittel zum Bestimmen eines Betriebszustands des lonenabscheiders sind bevorzugt mit der Steuereinheit des Kühlsystems verbunden.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems, wie vorstehend beschrieben, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Erfassen eines Werts einer elektrischen Leitfähigkeit σ mittels des Leitfähigkeitssensors, Erzeugen eines ersten Ausgabesignals, wenn die von dem Leitfähigkeitssensor ermittelte elektrische Leitfähigkeit σ einen ersten Grenzwert σ^th ₁überschreitet und Erzeugen eines zweiten Ausgabesignals, wenn die von dem Leitfähigkeitssensor ermittelte elektrische Leitfähigkeit σ einen zweiten Grenzwert σ^th ₂ unterschreitet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhaft das Bestimmen zweier wesentlicher Betriebszustände eines Kühlsystems für einen Brennstoffzellenstapel, nämlich das Überschreiten einer maximalen Leitfähigkeit o^th ₁ des Kühlmittels und ein Unterschreiten eines minimalen Kühlmittelstandes (σ^th ₂) des Kühlmittels in einem Ausgleichsbehälter des Kühlmittelsystems. Der apparative und schaltungstechnische Aufwand zum Durchführen des Verfahrens ist dabei vorteilhaft minimal, da nur ein gemessener Leitfähigkeitswert mit zwei Grenzwerten verglichen werden muss. Bevorzugt beinhaltet das Verfahren das Vergleichen der von dem Leitfähigkeitssensor ermittelten elektrischen Leitfähigkeit σ mit dem ersten Grenzwert σ^t1, und mit dem zweiten Grenzwert o^th ₂. Ebenfalls bevorzugt wird das Verfahren mittels der Steuereinheit durchgeführt und weist ferner den Verfahrensschritt auf: Einlesen des mittels des Leitfähigkeitssensors erfassten Werts der elektrischen Leitfähigkeit σ in die Steuereinheit.
In einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Kühlsystem, aufweisend einen lonenabscheider und bevorzugt eine Steuereinheit, wie vorstehend beschrieben, betrieben. Das Verfahren weist dabei ferner das Ermitteln eines Betriebszustands des lonenabscheiders als Reaktion auf das erste Ausgabesignal auf. Wird dabei ermittelt, dass der lonenabscheider inaktiv ist, das heißt bislang noch nicht von Kühlmittel durchströmt wird, wird der lonenabscheider aktiviert, bevorzugt durch die Steuereinheit. Dazu wird bevorzugt ein Stellmittel so eingestellt, dass der lonenabscheider und das darin angeordnete Entionisierungsmittel vom Kühlmittel durchströmt werden. Das Stellmittel ist dazu vorzugsweise mit der Steuereinheit verbunden. Wird hingegen ermittelt, dass der lonenabscheider bereits aktiv ist aber bislang nur teilweise von Kühlmittel durchströmt wird und das in dem lonenabscheider angeordnete Entionisierungsmittel noch Kapazität zum Aufnehmen weiterer Ionen aufweist, wird die Menge des den lonenabscheider durchströmenden Kühlmittels erhöht. Bevorzugt erfolgt dies ebenfalls über das Einstellen eines Stellmittels im Kühlmittelkreislauf, besonders bevorzugt ebenfalls durch die Steuereinheit. Somit kann eine erste Reaktion auf den Betriebszustand des lonenabscheiders als Erhöhen der den lonenabscheider durchströmenden Kühlmittelmenge zusammengefasst werden. Wird hingegen ermittelt, dass der lonenabscheider bereits aktiv ist aber bereits von der maximalen Kühlmittelmenge durchströmt wird oder das Entionisierungsmittel nahezu keine Kapazitäten zum Aufnehmen weiterer Ionen aufweist (oder beides), wird als eine zweite Reaktion auf den Betriebszustand des lonenabscheiders und bevorzugt mittels der Steuereinheit ein drittes Ausgabesignal erzeugt. Diese bevorzugte Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht auf einfache Weise das Minimieren der lonenbelastung eines Kühlmittels anhand des erfassten Leitfähigkeitswerts und das Ausgeben eines dritten Ausgabesignals, sofern ein Absenken der lonenbelastung des Kühlmittels nicht mehr möglich ist.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem, aufweisend einen Brennstoffzellenstapel mit Kathodenräumen, Anodenräumen und Kühlmittelkanälen; eine Kathodenversorgung, aufweisend einen Kathodenversorgungspfad mit einem darin angeordneten Verdichter und einen Kathodenabgaspfad; eine Anodenversorgung, aufweisend einen Anodenversorgungspfad und einen Anodenabgaspfad, und ein Kühlsystem, wie vorstehend beschrieben.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug, aufweisend ein Brennstoffzellensystem oder ein Kühlsystem, wie vorstehend beschrieben, und ein Fahrerinformationssystem. Das Fahrerinformationssystem ist dafür eingerichtet, als Reaktion auf das dritte Ausgabesignal ein erstes Warnsignal zu erzeugen. Das dritte Ausgabesignal wird erzeugt, wenn der lonenabscheider nahezu keine Kapazitäten mehr zum Aufnehmen zusätzlicher Ionen aufweist. Somit wird ein Fahrer des Fahrzeugs durch das erste Warnsignal informiert, dass die maximale Kapazität des lonenabscheiders, insbesondere des Entionisierungsmittels, bald erreicht ist. Der Fahrer hat dann noch ausreichend Zeit einen Werkstatttermin zum Wechsel des lonenabscheiders oder des darin enthaltenen Entionisierungsmittels vereinbaren oder den Wechsel selbst vornehmen. Das Fahrerinformationssystem ist ferner dafür eingerichtet, als Reaktion auf das zweite Ausgabesignal ein zweites Warnsignal zu erzeugen. Das zweite Warnsignal informiert den Fahrer, dass der Kühlmittelfüllstand in einem Ausgleichsbehälter einen minimalen Kühlmittelfüllstand unterschritten hat. Somit weiß der Fahrer, dass neues Kühlmittel nachzufüllen ist, um ein Überhitzen des Brennstoffzellenstapels zu vermeiden. Der minimale Kühlmittelfüllstand ist dabei so gewählt, dass noch ausreichend Zeit für ein Auffüllen des Ausgleichsbehälters verbleibt. Bei dem Fahrerinformationssystem handelt es sich bevorzugt um ein für den Fahrer sichtbares Kombiinstrument im Cockpit des Fahrzeugs und bei den Warnsignalen handelt es sich bevorzugt um akustische und/oder optische Warnsignale. Das Fahrerinformationssystem ist bevorzugt mit der Steuereinheit verbunden.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines in einem Ausgleichsbehälter eines Kühlmittelsystems für einen Brennstoffzellenstapel angeordneten Leitfähigkeitssensors zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit eines in dem Kühlmittelsystem vorhandenen Kühlmittels und zum Bestimmen des Unterschreitens eines minimalen Kühlmittelfüllstandes in dem Ausgleichsbehälter des Kühlmittelsystems.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit einem erfindungsgemäßen Kühlsystem,
2 eine schematische Darstellung eines Ausgleichsbehälters eines erfindungsgemäßen Kühlmittelsystem, und
3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Kühlsystems.

1 zeigt ein insgesamt mit 100 bezeichnetes Brennstoffzellensystem gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Das Brennstoffzellensystem 100 ist Teil eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, das einen Elektrotraktionsmotor aufweist, der durch das jeweilige Brennstoffzellensystem 100 mit elektrischer Energie versorgt wird.
Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst als Kernkomponente einen Brennstoffzellenstapel 10, der eine Vielzahl von in Stapelform angeordneten Einzelzellen 11 aufweist, die durch abwechselnd gestapelte Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) 14 und Bipolarplatten 15 ausgebildet werden (siehe Detailausschnitt). Jede Einzelzelle 11 umfasst somit jeweils eine MEA 14 mit einer hier nicht näher dargestellten ionenleitfähigen Polymerelektrolytmembran sowie beidseits daran angeordneten katalytischen Elektroden. Diese Elektroden katalysieren die jeweilige Teilreaktion der Brennstoffumsetzung. Die Anoden- und Kathodenelektrode sind als Beschichtung auf der Membran ausgebildet und weisen ein katalytisches Material auf, beispielsweise Platin, das auf einem elektrisch leitfähigen Trägermaterial großer spezifischer Oberfläche, beispielsweise einem kohlenstoffbasierten Material, geträgert vorliegt.
Wie in der Detaildarstellung der 1 gezeigt, ist zwischen einer Bipolarplatte 15 und der Anode ein Anodenraum 12 ausgebildet und ist zwischen der Kathode und der nächsten Bipolarplatte 15 der Kathodenraum 13 ausgebildet. Die Bipolarplatten 15 dienen der Zuführung der Betriebsmittel in die Anoden- und Kathodenräume 12, 13 und stellen ferner die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Brennstoffzellen 11 her. Optional können Gasdiffusionslagen zwischen den Membran-Elektroden-Anordnungen 14 und den Bipolarplatten 15 angeordnet sein.
Um den Brennstoffzellenstapel 10 mit den Betriebsmitteln zu versorgen, weisen die Brennstoffzellensysteme 100 einerseits eine Anodenversorgung 20 und andererseits eine Kathodenversorgung 30 auf.
Die Anodenversorgung 20 des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems 100 umfasst einen Anodenversorgungspfad 21, welcher der Zuführung eines Anodenbetriebsmittels (dem Brennstoff), beispielsweise Wasserstoff, in die Anodenräume 12 des Brennstoffzellenstapels 10 dient. Zu diesem Zweck verbinden die Anodenversorgungspfade 21 einen Brennstoffspeicher 23 mit einem Anodeneinlass des Brennstoffzellenstapels 10. Die Anodenversorgung 20 umfasst ferner einen Anodenabgaspfad 22, der das Anodenabgas aus den Anodenräumen 12 über einen Anodenauslass des Brennstoffzellenstapels 10 abführt. Der Anodenbetriebsdruck auf den Anodenseiten 12 des Brennstoffzellenstapels 10 ist über ein erstes Stellmittel 24 in dem Anodenversorgungspfad 21 einstellbar.
Darüber hinaus weist die Anodenversorgung 20 des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems eine Rezirkulationsleitung 25 auf, welche den Anodenabgaspfad 22 mit dem Anodenversorgungspfad 21 verbindet. Die Rezirkulation von Brennstoff ist üblich, um den zumeist überstöchiometrisch eingesetzten Brennstoff dem Brennstoffzellenstapel 10 zurückzuführen. In der Rezirkulationsleitung 25 ist eine Rezirkulationsfördereinrichtung 27, vorzugsweise ein Rezirkulationsgebläse, angeordnet. In dem Anodenabgaspfad der Rezirkulationsleitung 25 nachgelagert ist ein zweites Stellmittel 26 angeordnet, um den Anteil des rezirkulierten Anodenabgases einzustellen. Ferner ist in dem Anodenabgaspfad 22 ein Wasserabscheider 28 verbaut, um aus dem Brennstoffzellenstapel 10 ausgetragenes Flüssigwasser zu kondensieren und abzuleiten.
Die Kathodenversorgung 30 des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems 100 umfasst einen Kathodenversorgungspfad 31, welcher den Kathodenräumen 13 des Brennstoffzellenstapels 10 ein sauerstoffhaltiges Kathodenbetriebsmittel zuführt, insbesondere Luft, die aus der Umgebung angesaugt wird. Die Kathodenversorgung 30 umfasst ferner einen Kathodenabgaspfad 32, welcher das Kathodenabgas (insbesondere die Abluft) aus den Kathodenräumen 13 des Brennstoffzellenstapels 10 abführt und dieses gegebenenfalls einer nicht dargestellten Abgasanlage zuführt. Zur Förderung und Verdichtung des Kathodenbetriebsmittels ist in dem Kathodenversorgungspfad 31 ein Verdichter 33 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verdichter 33 als ein hauptsächlich elektromotorisch angetriebener Verdichter 33 ausgestaltet, dessen Antrieb über einen mit einer entsprechenden Leistungselektronik 35 ausgestatteten Elektromotor 34 erfolgt. Der Verdichter 33 kann ferner durch eine im Kathodenabgaspfad 32 angeordnete Turbine 36 (gegebenenfalls mit variabler Turbinengeometrie) unterstützend über eine gemeinsame Welle (nicht dargestellt) angetrieben werden.
Das in 1 gezeigte Brennstoffzellensystem 100 weist ferner ein Befeuchtermodul 39 auf. Das Befeuchtermodul 39 ist einerseits so in dem Kathodenversorgungspfad 31 angeordnet, dass es von dem Kathodenbetriebsgas durchströmbar ist. Andererseits ist es so in dem Kathodenabgaspfad 32 angeordnet, dass es von dem Kathodenabgas durchströmbar ist. Ein Befeuchter 39 weist typischerweise eine Mehrzahl von wasserdampfpermeablen Membranen auf, die entweder flächig oder in Form von Hohlfasern ausgebildet sind. Dabei wird eine Seite der Membranen von dem vergleichsweise trockenen Kathodenbetriebsgas (Luft) überströmt und die andere Seite von dem vergleichsweise feuchten Kathodenabgas (Abgas). Getrieben durch den höheren Partialdruck an Wasserdampf in dem Kathodenabgas kommt es zu einem Übertritt von Wasserdampf über die Membran in das Kathodenbetriebsgas, das auf diese Weise befeuchtet wird. Die Kathodenversorgung 30 weist ferner eine Bypass-Leitung 37 auf, welche die Kathodenversorgungsleitung 31 mit der Kathodenversorgungsleitung 31 so verbindet, dass das Befeuchtermodul 39 stromaufwärts des Brennstoffzellenstapels 10 nicht durchströmt wird. Ein in der Bypass-Leitung 37 angeordnetes Stellmittel 38 dient der Steuerung der Menge des den Befeuchter 39 umgehenden Kathodenbetriebsmittels.
Zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels 10 weist das in 1 gezeigte Brennstoffzellensystem 100 zudem einen Kühlmittelkreislauf 40 auf. Dieser ist außerhalb des Brennstoffzellenstapels 10 durch eine ein Kühlmittel führende Leitung 42 gebildet, die mit Kühlmitteleinlassöffnungen und Kühlmittelauslassöffnungen des jeweiligen Brennstoffzellenstapels 10 verbunden ist. Im Brennstoffzellenstapel sind zwischen den Kühlmitteleinlassöffnungen und Kühlmittelauslassöffnungen Kühlmittelkanäle in den Bipolarplatten 15 angeordnet. Zum Fördern des Kühlmittels durch die Kühlmittelleitung 42 und die Kühlmittelkanäle des Brennstoffzellenstapels 10 ist im Kühlmittelkreislauf 40 eine Kühlmittelfördereinrichtung 41 angeordnet. Zudem ist ein Ausgleichsbehälter 43 in dem Kühlmittelsystem 40 angeordnet und mit einer Kühlmittelleitung 42 fluidführend verbunden. In dem Ausgleichsbehälter 43 ist ein Leitfähigkeitssensor 44 zum Messen einer elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels mittels einer in 1 nicht dargestellten Messspitze angeordnet.
Das Kühlsystem weist zudem einen lonenabscheider 45 auf, der mit einem nicht dargestellten Entionisierungsmittel gefüllt ist und über ein steuerbares drittes Stellmittel 46 mit den Kühlmittelleitungen 42 des Kühlkreislaufs 40 verbunden werden kann. Das dritte Stellmittel 46 ist dabei als steuerbares Dreiwegeventil ausgebildet. Wird der lonenabscheider 45 von dem Kühlmittel durchströmt, nimmt das darin enthaltene Entionisierungsmittel im Kühlmittel gelöste Ionen (Kationen und Anionen) auf und gibt dafür H⁺- und OH^--Ionen ab, die im Kühlmittel zu Wasser abreagieren.
In der 2 ist eine Detaildarstellung des Ausgleichsbehälters 43 gezeigt. Dabei weist der Ausgleichsbehälter an seiner Oberseite eine Verschlusskappe 50 auf, die geöffnet werden kann, um neues Kühlmittel einzufüllen. Ein Leitfähigkeitssensor 44 durchstößt eine Seitenwand des Ausgleichsbehälters 43 und ist nach unten geneigt in dem Ausgleichsbehälter 43 so angeordnet, dass eine Messspitze 49 des Leitfähigkeitssensors 44 auf der Höhe eines minimalen Kühlmittelstandes in dem Ausgleichsbehälter 43 angeordnet ist. Der minimale Kühlmittelfüllstand entspricht dabei nicht einer auf dem Ausgleichsbehälter angebrachten Mindeststandmarkierung (min), die nur der Information eines Nutzers dient und ein rechtzeitiges Auffüllen des Ausgleichsbehälters gewährleisten soll. Der Ausgleichsbehälter 43 weist ferner eine Maximalstandmarkierung (max) zur Information des Nutzers auf.
Der in den 1 und 2 dargestellte Leitfähigkeitssensor 44 bestimmt eine elektrische Leitfähigkeit, indem er den zwischen den Elektroden der Messspitze 49 fließenden Strom I in Abhängigkeit der zwischen diesen Elektroden angelegten Spannung U misst. Der Leitfähigkeitssensor 44 kann daraus, wie in 3 dargestellt, die elektrische Leitfähigkeit σ des Kühlmittels bestimmen. Alternativ kann der Leitfähigkeitssensor 44, wie in 1 dargestellt, die Werte von Spannung U und Strom I an eine ebenfalls in dem Brennstoffzellensystem 100 angeordnete Steuereinheit 47 (ECU) ausgeben, wobei die elektrische Leitfähigkeit σ des Kühlmittels in der Steuereinheit 47 bestimmt wird.
Wie in 3 dargestellt, wird in der Steuereinheit 47 die elektrische Leitfähigkeit σ des Kühlmittels mit einem ersten Grenzwert σ^t1, und einem zweiten Grenzwert σ^th2 verglichen. Ergibt dieser Vergleich, dass weder der erste Grenzwert σ^t1, überschritten noch der zweite Grenzwert σ^th2 unterschritten ist, wird mittels des Leitfähigkeitssensors 44 die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit σ des Kühlmittels fortgesetzt, wie in 3 durch Pfeile angedeutet. Wie in den 1 und 3 dargestellt, empfängt die Steuereinheit 47 auch Informationen von dem lonenabscheider 45. Dabei handelt es sich um Informationen über den Betriebszustand des lonenabscheiders 45, insbesondere die Stellung/den Öffnungsgrad des dritten Stellmittels 46, oder über die Kapazität des im lonenabscheider 45 enthaltenen Entionisierungsmittels zur Aufnahme von Ionen.
Ergibt der Vergleich in der Steuereinheit 47, dass der von dem Leitfähigkeitssensor 44 bestimmte Leitfähigkeitswert σ den ersten Grenzwert σ^t ₁, überschreitet, gibt die Steuereinheit 47 ein erstes Ausgabesignal aus und prüft als Reaktion darauf in einem nächsten Schritt die von dem lonenabscheider 45 empfangenen Daten. Anhand dieser Daten ermittelt die Steuereinheit 47 die angemessene Reaktion auf die zu hohe lonenkontamination des Kühlmittels. Stellt die Steuereinheit 47 fest, dass der lonenabscheider bislang inaktiv ist, das heißt das dritte Steuermittel 46 verschlossen ist, öffnet die Steuereinheit 47 das dritte Stellmittel 46 zum lonenabscheider 45. Stellt die Steuereinheit 47 fest, dass das Stellmittel 46 bislang nur teilweise geöffnet ist, erhöht die Steuereinheit 47 dessen Öffnungsgrad und damit die den lonenabscheider 45 durchströmende Kühlmittelmenge. Stellt die Steuereinheit 47 fest, dass die den lonenabscheider 45 durchströmende Kühlmittelmenge bereits maximal ist und/oder das im lonenabscheider enthaltene Entionisierungsmittel nahezu keine Kapazitäten zum Aufnehmen weiterer Ionen aufweist, erzeugt die Steuereinheit 47 ein drittes Ausgabesignal und übermittelt dieses an ein Fahrerinformationssystem 48 (BCM) des nicht näher dargestellten Fahrzeugs. Das Fahrerinformationssystem 48 erzeugt als Reaktion auf das dritte Ausgabesignal ein erstes Warnsignal und gibt dieses an den Fahrer aus.
Ergibt der Vergleich in der Steuereinheit 47, dass der von dem Leitfähigkeitssensor 44 bestimmte Leitfähigkeitswert σ den zweiten Grenzwert σ^th ₂ unterschreitet, erzeugt die Steuereinheit 47 ein zweites Ausgabesignal und übermittelt dieses an das Fahrerinformationssystem 48 (BCM). Das Fahrerinformationssystem 48 gibt als Reaktion auf das zweite Ausgabesignal ein zweites Warnsignal an den Fahrer aus.
Bezugszeichenliste

100: Brennstoffzellensystem
10: Brennstoffzellenstapel
11: Einzelzelle
12: Anodenraum
13: Kathodenraum
14: Membran-Elektroden-Anordnung (MEA)
15: Bipolarplatte (Separatorplatte, Flussfeldplatte)
20: Anodenversorgung
21: Anodenversorgungsleitung
22: Anodenabgasleitung
23: Brennstofftank
24: erstes Stellmittel
25: Rezirkulationsleitung
26: zweites Stellmittel
27: Rezirkulationsfördereinrichtung
28: Wasserabscheider
30: Kathodenversorgung
31: Kathodenversorgungsleitung
32: Kathodenabgasleitung
33: Verdichter
34: Elektromotor
35: Leistungselektronik
36: Turbine
37: Bypass-Leitung
38: Stellmittel
39: Befeuchtermodul
40: Kühlmittelkreislauf
41: Kühlmittelfördervorrichtung
42: Kühlmittelleitung
43: Ausgleichsbehälter
44: Leitfähigkeitssensor
45: lonenabscheider
46: drittes Stellmittel
47: Steuereinheit
48: Fahrerinformationssystem
49: Messspitze
50: Verschlusskappe

Claims

Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel (10), aufweisend: einen Kühlmittelkreislauf (40) zum Führen eines Kühlmittels, eine Kühlmittelfördereinrichtung (41), eine das Kühlmittel transportierende Kühlmittelleitung (42), und einen Ausgleichsbehälter (43), dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitfähigkeitssensor (44) in dem Ausgleichsbehälter (43) angeordnet ist und eine Messspitze (49) des Leitfähigkeitssensors (44) auf der Höhe eines minimalen Kühlmittelfüllstandes in dem Ausgleichsbehälter (43) angeordnet ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel eine elektrische Leitfähigkeit σ von weniger als 50 µS/cm aufweist und der Leitfähigkeitssensor (44) zum Messen einer elektrischen Leitfähigkeit σ von weniger als 50 µS/cm ausgebildet ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel Wasser, ein Frostschutzmittel und zumindest einen Korrosionsinhibitor enthält.
Kühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine mit dem Leitfähigkeitssensor (44) verbundene Steuereinheit (47), die dafür eingerichtet ist, ein erstes Ausgabesignal zu erzeugen, wenn die von dem Leitfähigkeitssensor (44) ermittelte elektrische Leitfähigkeit σ einen ersten Grenzwert σ^t ₁, überschreitet, und ein zweites Ausgabesignal zu erzeugen, wenn die von dem Leitfähigkeitssensor (44) ermittelte elektrische Leitfähigkeit σ einen zweiten Grenzwert σ^th ₂ unterschreitet.
Kühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen in dem Kühlmittelkreislauf (40) angeordneten lonenabscheider (45) mit einem von dem Kühlmittel durchströmbaren Entionisierungsmittel.
Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend die Verfahrensschritte: Erfassen eines Werts einer elektrischen Leitfähigkeit σ mittels des Leitfähigkeitssensors (44); und eines der Folgenden: Erzeugen eines ersten Ausgabesignals, wenn die von dem Leitfähigkeitssensor (44) ermittelte elektrische Leitfähigkeit σ einen ersten Grenzwert σ^t ₁, überschreitet; und Erzeugen eines zweiten Ausgabesignals, wenn die von dem Leitfähigkeitssensor (44) ermittelte elektrische Leitfähigkeit σ einen zweiten Grenzwert σ^th ₂ unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 6 zum Betrieb eines Kühlsystems nach Anspruch 5, ferner aufweisend die Verfahrensschritte: Ermitteln eines Betriebszustands des lonenabscheiders (45) als Reaktion auf das erste Ausgabesignal; und eines der Folgenden: Erhöhen der den lonenabscheider (45) durchströmenden Kühlmittelmenge; und Erzeugen eines dritten Ausgabesignals, wenn beim Empfangen des ersten Ausgabesignals die den lonenabscheider (45) durchströmende Kühlmittelmenge bereits maximal ist und/oder das im lonenabscheider (45) enthaltene Entionisierungsmittel nahezu keine Kapazitäten zum Aufnehmen weiterer Ionen aufweist.
Brennstoffzellensystem (100), aufweisend einen Brennstoffzellenstapel (10) mit Kathodenräumen (12), Anodenräumen (13) und Kühlmittelkanälen; eine Kathodenversorgung (30), aufweisend einen Kathodenversorgungspfad (31) mit einem darin angeordneten Verdichter (33) und einen Kathodenabgaspfad (32); eine Anodenversorgung (20), aufweisend einen Anodenversorgungspfad (21) und einen Anodenabgaspfad (22); und ein Kühlsystem (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Fahrzeug, aufweisend ein Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder ein Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 8 und ferner aufweisend ein Fahrerinformationssystem (48), das dafür eingerichtet ist, als Reaktion auf das dritte Ausgabesignal ein erstes Warnsignal zu erzeugen und als Reaktion auf das zweite Ausgabesignal ein zweites Warnsignal zu erzeugen.
Verwendung eines in einem Ausgleichsbehälter (43) eines Kühlmittelsystems für einen Brennstoffzellenstapel (10) angeordneten Leitfähigkeitssensors (44) zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit eines in dem Kühlmittelsystem vorhandenen Kühlmittels und zum Bestimmen des Unterschreitens eines minimalen Kühlmittelfüllstandes in dem Ausgleichsbehälter (43) des Kühlmittelsystems.