DE102006035741A1 - Method of determining the current density distribution in a stack of fuel cells using a magnetotomography process - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Stromdichteverteilung in einem Brennstoffzellenstack aus einer oder mehreren Brennstoffzellen, bei dem Magnetfeldsensoren eingesetzt werden, die Werte eines vom Stromfluss im Brennstoffzellenstack erzeugten Magnetfeldes messen.The The invention relates to a method for determining the current density distribution in a fuel cell stack of one or more fuel cells, in which magnetic field sensors are used, the values of the Measure current flow in the fuel cell stack generated magnetic field.
Brennstoffzellenstacks, die auch als Brennstoffzellenstapel bezeichnet werden, werden in Brennstoffzellensystemen eingesetzt. Diese Brennstoffzellensysteme mit Brennstoffzellenstapeln größerer Leistung können für den Antrieb und die Stromversorgung von Kraftfahrzeugen und für stationäre Stromversorgungen eingesetzt werden. Für den Betrieb dieser Brennstoffzellenstacks ist es sinnvoll, die Stromdichteverteilung in den Brennstoffzellenstacks bestimmen zu können. Für diese Bestimmung sind verschiedene Verfahren bekannt.Fuel cell stacks, also referred to as fuel cell stacks are used in fuel cell systems used. These fuel cell systems with fuel cell stacks greater power can for the Drive and power supply of motor vehicles and stationary power supplies be used. For The operation of these fuel cell stacks makes sense, the current density distribution to be able to determine in the fuel cell stacks. For this determination are different Known method.
Zunächst wurden hierzu Verfahren eingesetzt, die eine invasive Bestimmung der Stromdichteverteilung in Einzelzellen und Stacks vornehmen. Hierzu gibt es beispielsweise einen Vorschlag von Jürgen Stumper et al., „In situ methods for the determination of current destributions in PEM fuel cells", in: Electrochimica Acta, Band 43, Nr. 23 (1998), Seiten 3773 bis 3783.At first were This method used an invasive determination of the current density distribution in single cells and stacks. For example, there are a proposal from Jürgen Stumper et al., "In situ methods for the determination of current destructions in PEM fuel cells, in: Electrochimica Acta, Vol. 43, No. 23 (1998), pages 3773 to 3783.
Derartige invasive Verfahren zur Bestimmung der Stromdichteverteilung in Brennstoffzellenstacks haben jedoch Nachteile. Es ist jeweils ein Eingriff beziehungsweise eine Manipulation in dem Brennstoffzellenstack erforderlich. Dies kann zu Rückwirkungen der Messung auf den Betrieb und auch zu Verfälschungen der Messergebnisse durch die Manipulation führen. Außerdem wird mit zunehmendem Bedarf an präziser Auflösung auch der Verdrahtungsaufwand für die einzelnen Messungen erheblich, so dass deren Umfang aus wirtschaftlichen Gründen begrenzt ist. Invasive Bestimmungsverfahren haben sich daher lediglich für die Forschung beziehungsweise für die Entwicklung von Brennstoffzellenstacks als geeignet erwiesen, nicht jedoch für eine kontinuierliche Messung während des Betriebes oder für Serviceintervalle.such invasive method for determining the current density distribution in fuel cell stacks however have disadvantages. It is each an intervention respectively a manipulation in the fuel cell stack required. This can cause repercussions the measurement on the operation and also to falsification of the measurement results through the manipulation. Furthermore As the need for precise resolution increases, so too does the wiring overhead for the individual measurements considerably, so that their scope is limited for economic reasons is. Invasive determination methods have therefore only for research or for the development of fuel cell stacks proved to be suitable, not for a continuous measurement during of the operation or for Service intervals.
Von
R. Satija, D. K. Jacobson, M. Arif, S. A. Werner, „In Situ
neutron imaging techniques for evaluation of water management systems
in operating PEM fuel cells",
in:
Journal of Power Sources 129 (2004), Seiten 238 bis 245
ist ein weiterer Vorschlag bekannt. Sie beschreiben ein Verfahren,
das unter Verwendung von Neutronen die Wasserverteilung in einer
Brennstoffzelle visualisiert. Durch den Einsatz der Neutronenquelle wird
dieses Verfahren allerdings teuer und unhandlich. Außerdem wird
mit diesem Verfahren nicht die Stromdichteverteilung selbst, sondern
nur die Wasserverteilung in einer Brennstoffzelle gemessen. Daraus
kann dann in bestimmten Grenzen auf die Stromdichteverteilung zurückgeschlossen
werden.R. Satija, DK Jacobson, M. Arif, SA Werner, "In situ neutron imaging techniques for evaluation of water management systems in operating PEM fuel cells", in:
Journal of Power Sources 129 (2004), pages 238 to 245, another proposal is known. They describe a method that visualizes the distribution of water in a fuel cell using neutrons. However, using the neutron source makes this process expensive and unwieldy. In addition, this method does not measure the current density distribution itself, but only the water distribution in a fuel cell. This can then be deduced within certain limits on the current density distribution.
Als
sehr praktikabel haben sich dagegen magnetotomographische Verfahren
erwiesen, die insbesondere aus der
in: Inverse
Problems 21 (2005), Seiten 955 bis 967 sowie
Karl-Heinz Hauer,
Roland Potthast, Torsten Wuester, Detlef Stolten, „Magnetotomography – A New
Method for Analysing Fuel Cell Performance and Quality",
in: Journal
of Power Sources (2005), Seiten 67 bis 74.In contrast, have proven to be very practical magnetotomographic methods, in particular from the
in: Inverse Problems 21 (2005), pages 955 to 967 as well
Karl-Heinz Hauer, Roland Potthast, Torsten Wuester, Detlef Stolten, "Magnetotomography - A New Method for Analyzing Fuel Cell Performance and Quality",
in: Journal of Power Sources (2005), pages 67-74.
Bei
magnetotomographischen Verfahren, wie etwa in der
Dieses so vorgeschlagene Verfahren bietet zwar hervorragende grundlegende Möglichkeiten, lässt jedoch noch Verbesserungsmöglichkeiten offen.This Although this proposed method offers excellent basic Possibilities, however, leaves still room for improvement open.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung der Stromdichteverteilung in einem Brennstoffzellenstack vorzuschlagen, das noch verbesserte Bestimmungen der Stromdichteverteilung mit einem magnetotomographischen Verfahren ermöglicht.task In contrast, the present invention is a generic method for determining the current density distribution in a fuel cell stack to suggest the still improved provisions of the current density distribution with a magnetotomographic method allows.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass Hinleiter und Rückleiter für den Strom in dem Brennstoffzellenstack vorgesehen sind, dass die Hinleiter und Rückleiter für den Strom in dem Brennstoffzellenstack weitgehend parallel verlegt werden, und dass diejenigen Abschnitte von Hinleiter und/oder Rückleiter, bei denen eine parallele Verlegung nicht sinnvoll oder möglich ist, ganz oder teilweise mit in ein Rekonstruktionsvolumen für die Stromdichteverteilung einbezogen werden.This object is achieved in a generic method in that Hinleiter and return conductors for the flow in the fuel cell are stacked that the Hinleiter and return conductors for the current in the fuel cell stack are laid largely parallel, and that those portions of Hinleiter and / or return conductors, where a parallel installation is not useful or possible, wholly or partially with in a reconstruction volume for the current density distribution are included.
Wie
die Erfinder erkannt haben, ist nämlich das aus der
Mit den Schritten gemäß der vorliegenden Erfindung werden die von den Magnetfeldsensoren gemessenen Werte des Magnetfeldes in einer speziellen Versuchsanordnung unter geeigneter Verlegung von Hinleitern und Rückleitern für den Strom aufgenommen werden und im Anschluss unter Berücksichtigung der Versuchsanordnung und Geometrie der Zuleiterverlegung in eine Stromdichteverteilung umgewandelt werden und diese umgewandelten Daten anschließend in einem weiteren Schritt zu einer absoluten Stromdichteverteilung modifiziert werden.With the steps according to the present invention become the values of the magnetic field measured by the magnetic field sensors in a special test arrangement with suitable installation of leaders and return leaders for the Electricity will be absorbed and subsequently taken into account the experimental design and geometry of Zuleiterverlegung in a Current density distribution to be converted and converted Data afterwards in a further step to an absolute current density distribution be modified.
Die Hinleiter und Rückleiter werden auch als Zuleiter und Ableiter bezeichnet. Es handelt sich jeweils um die Hauptanschlusskabel zum Brennstoffzellenstack.The Hinleiter and return conductor are also referred to as feeders and arresters. It is about each around the main connection cable to the fuel cell stack.
Die Modifizierungen erlauben die für eine Absolutmessung der Stromdichteverteilung als notwendig erachtete Skalierung und eine ebenfalls für Absolutmessungen notwendige deutliche Erhöhung der Genauigkeit der Rekonstruktion sowie eine Erhöhung der Genauigkeit bei der Erfassung der Magnetfeldmesswerte. Einige der Modifizierungen sind auch für die heute üblichen Differenzmessungen anwendbar.The Modifications allow for An absolute measurement of the current density distribution was considered necessary Scaling and one too for Absolute measurements necessary significant increase in the accuracy of the reconstruction as well as an increase the accuracy in the detection of the magnetic field measurements. Some the modifications are also for the usual today Differential measurements applicable.
Insgesamt entstehen so erhebliche Vorteile, da erstmals eine sinnvolle und zuverlässige Bestimmung auch der absoluten Stromdichteverteilung möglich wird.All in all Thus, considerable advantages arise, since for the first time a meaningful and reliable Determination of the absolute current density distribution is possible.
Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl an Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstack beschränkt. Es kann sich um relativ viele Zeilen handeln oder auch nur um einige wenige, je nach Anwendungszweck. Die Erfindung kann auch dann eingesetzt werden, wenn der Brennstoffzellenstack im Extremfall nur aus einer einzelnen Brennstoffzelle besteht, die Zahl der Einzelzellen also nur eins beträgt.The Invention is not limited to a certain number of fuel cells limited in a fuel cell stack. It can be relative many lines or just a few, depending on the purpose. The invention can also be used when the fuel cell stack in extreme cases only consists of a single fuel cell, the Number of single cells is therefore only one.
Um die Stromdichteverteilung zu bestimmen, spricht man von einer „Rekonstruktion" dieser zunächst noch unbekannten Stromdichteverteilung.Around To determine the current density distribution, one speaks of a "reconstruction" of this initially unknown current density distribution.
Für die Absolutrekonstruktion der Stromdichteverteilung wird bevorzugt eine Skalierung vorteilhaft eingeführt. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass zunächst eine Verzerrung beziehungsweise Dehnung der aus den Daten der Magnetfeldsensoren ermittelten Stromdichteverteilung bestimmt wird und diese Information im Anschluss zur Modifizierung der eigentlichen Rekonstruktion der Messwerte mittels Skalierung benutzt wird.For the absolute reconstruction the current density distribution is preferably a scaling advantageous introduced. This happens in particular in that first a distortion or Elongation of the determined from the data of the magnetic field sensors current density distribution and this information is subsequently modified the actual reconstruction of the measured values by means of scaling is used.
Durch einige weitere bevorzugte Modifizierungen sind deutlich genauere Messungen möglich, in einigen Alternativen auch Erweiterungen der Messmöglichkeiten.By some further preferred modifications are much more accurate Measurements possible, in some alternatives also extensions of the measuring possibilities.
Die bei der Umrechnung von Daten der Magnetfeldsensoren in die gesuchte Stromdichteverteilung auftretenden Verzerrungen, bedingt etwa durch die Regularisierung der Matrix oder allgemein bedingt durch das angewendete Verfahren können durch die Skalierung so kompensiert werden.The in the conversion of data from the magnetic field sensors in the sought Current density distribution occurring distortions, caused by about the Regularization of the matrix or generally due to the applied Procedures can be through the scaling will be compensated.
Dazu wird für das Rekonstruktionsgebiet (die Brennstoffzelle) eine bekannte (zum Beispiel homogene) Stromdichteverteilung angenommen. Das zugehörige Magnetfeld wird im Raum berechnet und dann in den eigentlichen Algorithmus zur Umwandlung von Magnetfeldern in Stromdichten gespeist. Die resultierende Stromdichteverteilung zeigt verfahrensbedingte Abweichungen von der ursprünglichen Stromdichteverteilung. Durch den Vergleich von Originalstromdichteverteilung und rekonstruierter Stromdichteverteilung können verschiedene Skalierungsfaktoren bestimmt werden.To is for the reconstruction area (the fuel cell) has a known (for Example homogeneous) current density distribution assumed. The associated magnetic field is calculated in space and then in the actual algorithm fed to the conversion of magnetic fields into current densities. The resulting Current density distribution shows process-related deviations from the original current density distribution. By comparing original current density distribution and reconstructed current density distribution can different scaling factors are determined.
Zum Beispiel kann ein ortsunabhängiger Faktor cα aus dem Quotienten der Norm beider Stromdichteverteilungen bestimmt werden: For example, a location-independent factor c α can be determined from the quotient of the norm of both current density distributions:
Alternativ kann für jedes diskrete Volumenelement im Rekonstruktionsgebiet ein Faktor aus den angenommenen und rekonstruierten Strömen gebildet werden. Es ergibt sich dann nicht nur ein einzelner Faktor Cα sondern eine Korrekturmatrix Ca aus individuellen Korrekturfaktoren für jedes Volumenelement.Alternatively, for each discrete volume element in the reconstruction area, one factor may be formed from the assumed and reconstructed streams. This results in not only a single factor C α but a correction matrix Ca from individual correction factors for each volume ment.
Eine für die Bestimmung der absoluten Stromdichteverteilung sehr sinnvolle und gewünschte Möglichkeit zur Verbesserung der Genauigkeit der Rekonstruktion kann bevorzugt dadurch erreicht werden, dass mit den Magnetfeldsensoren Magnetfelder einer bekannten Stromdichteverteilung gemessen werden, dass die gemessenen Werte mit den theoretisch berechneten Werten der gleichen Stromdichteverteilung verglichen werden, und dass aus dem Vergleich Korrekturdaten für Messfehler oder Messfehlanordnungen der Magnetfeldsensoren bestimmt werden.A for the Determination of the absolute current density distribution very meaningful and desired possibility to improve the accuracy of the reconstruction may be preferred be achieved in that with the magnetic field sensors magnetic fields known current density distribution can be measured that the measured Values with the theoretically calculated values of the same current density distribution and that from the comparison correction data for measurement errors or measurement misregistrations of the magnetic field sensors are determined.
Dadurch entsteht nämlich der Vorteil, dass die Lage des Magnetfeldsensors relativ zum Messobjekt (also dem Brennstoffzellenstack mit den Brennstoffzellen) deutlich genauer festgelegt und weiter berücksichtigt werden kann.Thereby arises namely the advantage that the position of the magnetic field sensor relative to the measurement object (So the fuel cell stack with the fuel cells) clearly be specified and further taken into account.
Des weiteren erscheint es vorteilhaft alle 3 Komponenten des die Brennstoffzelle umgebenen Magnetfeldes zu messen. Handelsübliche Magnetfeldsensoren, zum Beispiel Honeywell HMC1001 oder HMC 1002, messen nur jeweils eine oder zwei Komponenten des Magnetfeldes. Zur Messung aller drei Komponenten müssen mehrere Sensoren kombiniert werden. Dadurch entsteht folgende Situation:
- • Die Messung aller drei Komponenten erfolgt nicht mehr in einem einzigen Punkt
- • Die genaue rechtwinkelige Ausrichtung der Sensoren ist bedingt durch die geometrischen Abmessungen schwierig. Die Sensoren weisen eine Verdrehung bzw. Verkippung gegeneinander und gegen das Messobjekt auf.
- • All three components are no longer measured in a single point
- • The exact right-angled orientation of the sensors is difficult due to the geometric dimensions. The sensors have a rotation or tilting against each other and against the measurement object.
Beide Effekte haben einen unmittelbaren Einfluss auf die Messgenauigkeit mit der das Magnetfeld erfasst wird und damit auf die Qualität der Stromdichterekonstruktion.Both Effects have a direct influence on the measurement accuracy with which the magnetic field is detected and thus on the quality of the current density reconstruction.
Der Einfluss dieser Effekte ist bei Absolutrekonstruktionen besonders schädlich. Bei Differenzrekonstruktionen fallen nun durch die Differenzbildung die Auswirkungen dieser Effekte teilweise wieder weg.Of the Influence of these effects is especially important in absolute reconstructions harmful. In differential reconstructions now fall through the difference formation Part of the effects of these effects.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auch darauf, die Position und Orientierung der Magnetfeldsensoren (des Sensors, falls nur eine einzige Komponente des Magnetfeldes erfasst wird) im Koordinatensystem zu bestimmen. Dazu wird eine am Messobjekt genau ausgerichtete Leiterschleife (zum Beispiel aus Kupferlackdraht oder gedruckt auf eine Platine für gedruckte Schaltungen) bekannter Geometrie (zum Beispiel Dreieck, Kreis, Viereck) mit einem genau bekannten Strom beaufschlagt. Das entstehende Magnetfeld wird gemessen und mit dem theoretisch berechneten Magnetfeld verglichen. Durch einen Fit wird für jeden Sensor der Versatz in x, y, z Richtung und die Verdrehung beziehungsweise Verkippung des Sensors im Koordinatensystem so berechnet, dass das unten aufgeführte Funktional g minimal wird. Zusätzlich zu den genannten Geometriegrößen lassen sich Offset und Verstärkungsfaktor bestimmen. Die gewonnene Information wird zur Korrektur der Magnetfeldmesswerte benutzt.The The invention also relates in particular to the position and Orientation of the magnetic field sensors (of the sensor, if only one) only component of the magnetic field is detected) in the coordinate system to determine. For this purpose, a conductor loop which is precisely aligned with the measurement object is used (For example, made of copper wire or printed on a circuit board for printed Circuits) known geometry (for example, triangle, circle, square) charged with a well-known current. The resulting magnetic field is measured and compared with the theoretically calculated magnetic field. By a fit will be for every sensor is the offset in x, y, z direction and the twist or tilting of the sensor in the coordinate system calculated so that listed below Functional g is minimal. additionally let to the mentioned geometry sizes determine the offset and gain. The information obtained is used to correct the magnetic field measured values used.
Bei
der Aufstellung des Gleichungssystems für die absoluten unbekannten
diskreten Ströme
im Rekonstruktionsvolumen können
zusätzlich
zu den Gleichungen für
die Magnetische Feldstärke
Gleichungen für
die Divergenzfreiheit div(I) = 0 in jedem Punkt berücksichtigt
werden.
Die Divergenzgleichung div(I) = 0 entspricht im diskreten Gitter der Knotenregel, das heißt der Tatsachse, dass an jedem Knotenpunkt die Summe der einfließen den Ströme gleich der Summe der einfließenden Ströme ist. Die Divergenzbedingung kann durch das Gleichungssystem F·I = f berücksichtigt werden.The Divergence equation div (I) = 0 corresponds to the discrete lattice Node rule, that is the fact that at each node the sum of the flows are the same the sum of the inflowing streams is. The divergence condition can be determined by the equation system F · I = f be taken into account.
In Absolutrekonstruktionen ist insbesondere am Knoten, an dem der Stromzuleiter positioniert ist, die Summe der in die Zelle einfließenden Ströme gleich dem Gesamtstrom der Zelle beziehungsweise des Stacks. Entsprechendes gilt für den Knoten an dem der Stromableiter positioniert ist.In Absolute reconstructions is especially at the node where the power feeder is is positioned, the sum of the currents flowing into the cell is the same the total current of the cell or the stack. The same applies to the node where the current conductor is positioned.
Bei der Messung der Magnetfelder der Brennstoffzelle sind zwei Effekte störend.
- • Das Erdmagnetfeld
- • Der Einfluss der Zuleiter
- • The Earth's magnetic field
- • The influence of the Zuleiter
Das Erdmagnetfeld kann als konstant angenommen (beziehungsweise bei Nullstrom gemessen) werden und von den eigentlichen Magnetfeldmesswerten abgezogen werden.The Earth's magnetic field can be assumed to be constant (or at Zero current measured) and the actual magnetic field measured values subtracted from.
Zur Berücksichtigung des Zuleitereinflusses gibt es unterschiedliche Vorgehensweisen. Üblich ist, dass nur Differenzrekonstruktionen durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass zwei aufeinanderfolgende Magnetfeldmessungen bei unterschiedlichen Brennstoffzellen Betriebsparametern durchgeführt werden. Wenn beide Messungen bei gleichem Gesamtstrom durchgeführt werden, die gleichen Punkte gewählt werden an denen das Magnetfeld gemessen wird und die Kabel nicht bewegt werden resultiert die Differenz beider Magnetfeldmessungen in dem Differenzmagnetfeld Bdiff. Bdiff wird durch die Änderung der Stromdichteverteilung in der Brennstoffzelle bedingt durch den Wechsel der Betriebsparameter hervorgerufen.There are different approaches to taking account of the influence of the feeder. It is usual that only differential reconstructions are carried out. This means that two follow each other de magnetic field measurements at different fuel cell operating parameters are performed. If both measurements are taken at the same total current, the same points are chosen at which the magnetic field is measured and the cables are not moved, the difference of both magnetic field measurements results in the differential magnetic field B diff . B diff is caused by the change of the current density distribution in the fuel cell due to the change of the operating parameters.
Eine
Rekonstruktion der Stromdichteverteilung auf Basis des Differenzmagnetfeldes
Bdiff ergibt somit die Änderung der Stromdichteverteilung
aufgrund des Wechsels der Betriebsparameter. Allerdings kann in
diesem Fall keine Aussage über
den Absolutwert der Stromdichte in der Brennstoffzelle gemacht werden.
Eine Aussage über den Absolutwert der Stromdichte wird jedoch möglich, wenn Hin- und Rückleiter für den Strom vorgesehen sind und weitgehend parallel verlegt werden.A Statement about however, the absolute value of the current density becomes possible when the return conductor for the Electricity are provided and laid largely parallel.
Dabei wird bevorzugt vorgesehen, dass diejenigen Abschnitte von Hinleiter und/oder Rückleiter, bei denen eine parallele Verlegung nicht sinnvoll oder möglich ist, ganz oder teilweise mit in das Rekonstruktionsvolumen einbezogen werden. Insbesondere können dabei Hin- und Rückleiter so verlegt werden, dass nur der Bereich zwischen den Anschlüssen des Brennstoffzellenstacks nicht parallel zu dem entsprechenden Gegenpol verlegt ist.there is preferably provided that those sections of Hinleiter and / or return conductors, at where a parallel installation is not meaningful or possible, wholly or partially included in the reconstruction volume become. In particular, you can while return conductor be laid so that only the area between the terminals of the fuel cell stack is not laid parallel to the corresponding opposite pole.
Es ist dann auch möglich, dass bei weitgehend paralleler Verlegung das Leiterstück zwischen den beiden Anschlüssen des Brennstoffzellenstacks durch einen oder mehrere zusätzliche Freiheitsgrade mit in das Gleichungssystem einbezogen wird.It is then possible, that with largely parallel laying the conductor piece between the two connections of the fuel cell stack by one or more additional Degrees of freedom is included in the equation system.
Besonders bevorzugt ist es, wenn Hin- und Rückleiter für den Strom in dem Brennstoffzellenstack koaxial ausgeführt sind und so das resultierende Magnetfeld minimieren.Especially it is preferred if the return conductor for the current in the fuel cell stack coaxial and thus minimize the resulting magnetic field.
Im Folgenden werden anhand der Zeichnung einige Aspekte des Grundkonzeptes und bevorzugte Ausführungsformen dargestellt. Es zeigen:in the Following are some aspects of the basic concept based on the drawing and preferred embodiments shown. Show it:
In
der
Der
im Inneren des Brennstoffzellenstacks
Zur
Bestimmung der Stromdichteverteilung im Brennstoffzellenstack
Grundlage
für diese
Berechnung sind wie üblich
die Maxwellgleichung sowie die Materialgleichung, die Zusammenhänge zwischen
der magnetischen Fluss dichte, der magnetischen Feldstärke und der
Stromdichteverteilung im Inneren des Brennstoffzellenstacks
In
der
In
der
So
ist es möglich,
den Strom
Es ist jedoch möglich, durch die Definition von Basiselementen die Dimension des Gleichungssystems deutlich zu verringern. Zusätzlich können die Basiselemente auch weitere Randinformationen beinhalten, die zu einer verbesserten Rekonstruktion führen können. Die Stromrekonstruktion erfolgt dann nicht dadurch, dass die unbekannten Ströme im diskretisierten Gitter bestimmt werden, sondern durch die Bestimmung der Koeffizienten ck der Basisvektoren Jk. mit zum Beispiel n = 16However, it is possible to significantly reduce the dimension of the system of equations by defining basic elements. In addition, the base elements may also contain other edge information that may lead to improved reconstruction. The current reconstruction then does not take place by determining the unknown currents in the discretized grid, but by determining the coefficients c k of the basis vectors J k . with for example n = 16
Die
Basisvektoren müssen
geeignet gewählt werden.
Eine Möglichkeit
ist es jedem Element in der x-y Ebene (
In
der
Der
vorgeschlagene Versuchsaufbau nutzt die Tatsache, dass die eng parallel
geführten
Hinleiter
Die
Methode ist nicht darauf beschränkt,
den entsprechenden Teil des Rückleiters
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- 1111
- Brennstoffzellenfuel cells
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- elektrischer Stromelectrical electricity
- 2121
- Hinleitergo conductor
- 2222
- Rückleiterreturn conductor
- 3030
- Magnetfeldmagnetic field
- 3535
- Magnetfeldsensorenmagnetic field sensors
- 4040
- Messtischmeasuring table
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007044257A1 (en) * | 2007-09-17 | 2009-03-19 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Method for the tomographic reconstruction of a measured variable from an auxiliary variable accessible to the measurement |
EP2075865A3 (en) * | 2007-12-20 | 2009-12-23 | Forschungszentrum Jülich Gmbh | Defect control for one or more electrical operating elements |
DE102012016837A1 (en) | 2012-08-27 | 2014-02-27 | Forschungszentrum Jülich | Device and method for the qualitative determination of the operating state of a test object |
CN116736187A (en) * | 2023-03-13 | 2023-09-12 | 北京智慧能源研究院 | Electromagnetic in-situ diagnosis device and method suitable for electrolytic stack |
-
2006
- 2006-07-28 DE DE102006035741A patent/DE102006035741A1/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007044257A1 (en) * | 2007-09-17 | 2009-03-19 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Method for the tomographic reconstruction of a measured variable from an auxiliary variable accessible to the measurement |
WO2009036726A1 (en) * | 2007-09-17 | 2009-03-26 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Method for tomographic reconstruction of a measurement variable by specific determination of the measurement points |
EP2075865A3 (en) * | 2007-12-20 | 2009-12-23 | Forschungszentrum Jülich Gmbh | Defect control for one or more electrical operating elements |
DE102012016837A1 (en) | 2012-08-27 | 2014-02-27 | Forschungszentrum Jülich | Device and method for the qualitative determination of the operating state of a test object |
EP2703830A2 (en) | 2012-08-27 | 2014-03-05 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Device and method for qualitative determination of the operational state of an object to be tested |
CN116736187A (en) * | 2023-03-13 | 2023-09-12 | 北京智慧能源研究院 | Electromagnetic in-situ diagnosis device and method suitable for electrolytic stack |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120201 |