DE102012220110A1 - Brennstoffzellenanordnung, Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Bestimmen einer Feuchte eines Kathodengases einer Brennstoffzellenanordnung - Google Patents

Brennstoffzellenanordnung, Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Bestimmen einer Feuchte eines Kathodengases einer Brennstoffzellenanordnung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung (1), zumindest aufweisend eine Brennstoffzelle (10) mit einer Kathode (11) und eine Kathodengaszuleitung (12), wobei in der Kathodengaszuleitung (12) eine Befeuchtungsvorrichtung (3) angeordnet ist, wobei vor der Befeuchtungsvorrichtung (3) in der Kathodengaszuleitung (12) ein erster Massenstromsensor (20) und nach der Befeuchtungsvorrichtung (3) in der Kathodengaszuleitung (12) ein zweiter Massenstromsensor (21) angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem, aufweisend zumindest eine derartige Brennstoffzellenanordnung (1), und ein Verfahren zum Bestimmen einer Feuchte eines Kathodengases einer Brennstoffzellenanordnung (1), wobei die Brennstoffzellenanordnung (1) zumindest eine Brennstoffzelle (10) mit einer Kathode (11) und eine Kathodengaszuleitung (12) aufweist, wobei in der Kathodengaszuleitung (12) eine Befeuchtungsvorrichtung (3) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung, zumindest aufweisend eine Brennstoffzelle mit einer Kathode, und eine Kathodengaszuleitung, wobei in der Kathodengaszuleitung eine Befeuchtungsvorrichtung angeordnet ist, ein Brennstoffzellensystem, aufweisend eine oder mehrere Brennstoffzellenanordnungen sowie ein Verfahren zum Bestimmen einer Feuchte eines Kathodengases einer Brennstoffzellenanordnung, wobei die Brennstoffzellenanordnung zumindest eine Brennstoffzelle mit einer Kathode und eine Kathodengaszuleitung, wobei in der Kathodengaszuleitung eine Befeuchtungsvorrichtung angeordnet ist, aufweist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Brennstoffzellen, insbesondere mit reinem Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen, gelten heute aufgrund der Tatsache, dass sie nur reines Wasser emittieren, als Antrieb der Zukunft. Derartige Brennstoffzellen können insbesondere eine Brennstoffzellenmembran aufweisen, die für einen optimalen Betrieb auch Wasser in Form von Wasserdampf benötigt. Beispielsweise wird der Wasserdampf dabei dazu verwendet, eine genügend hohe Ionenleitfähigkeit innerhalb der Brennstoffzelle, insbesondere durch die Membran, sicherzustellen. Eine Eintrittsfeuchte des Kathodengases auf der Kathodenseite ist somit, insbesondere bei in Fahrzeugen eingesetzten Brennstoffzellen, eine wichtige Mess- und Regelgröße. Dabei treten jedoch bei Feuchtesensoren, insbesondere bei im Automobilbereich eingesetzten Feuchtesensoren, bei hohen absoluten Luftfeuchten, beispielsweise relativen Feuchten von über 90% bei Temperaturen von über 55°C, Stabilitätsprobleme auf.
  • Um einen Betrieb der Brennstoffzellenanordnung mit einer idealen Feuchte des Kathodengases zu gewährleisten, ist eine Überwachung der Feuchte nötig. Beispielsweise kann bei einer unzureichenden Befeuchtung der Wirkungsgrad einer derartigen Brennstoffzellenanordnung deutlich vermindert sein, wodurch eine schlechtere Leistungsausbeute und eine hohe Abwärmeproduktion der Brennstoffzellenanordnung einhergehen können. Im schlimmsten Fall kann insbesondere auch eine Beschädigung der Brennstoffzelle der Brennstoffzellenanordnung nicht ausgeschlossen werden. Für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Brennstoffzelle der Brennstoffzellenanordnung können ferner auch andere Betriebsparameter als Eingangsgrößen für eine Regelung verwendet werden. Beispielsweise kann es möglich oder von Vorteil sein, den Massenstrom eines Kathodengases zu überwachen. Dazu sind beispielsweise aus der DE 198 59 654 A1 und der DE 101 48 664 A1 Messvorrichtungen mit Massenstromsensoren offenbart. Insbesondere können die verwendeten Massenstromsensoren dabei als Heißfilmmassensensoren ausgebildet sein. Dadurch ist es möglich, die der Kathode zugeführte Menge an Kathodengas pro Zeiteinheit zu überwachen. Eine direkte Messung der Feuchte eines Kathodengases ist durch derartige Massenstromsensoren jedoch nicht möglich.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bekannter Brennstoffzellenanordnungen, Brennstoffzellensysteme und Verfahren zur Überwachung der Feuchte eines Kathodengases einer Brennstoffzellenanordnung zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffzellenanordnung, ein Brennstoffsystem sowie ein Verfahren zum Bestimmen einer Feuchte eines Kathodengases einer Brennstoffzellenanordnung bereitzustellen, die in möglichst einfacher und kostengünstiger Weise die Überwachung einer Feuchte eines Kathodengases ermöglichen, wobei die Feuchte des Kathodengases darüber hinaus messtechnisch einfach erfasst werden kann.
  • Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Feuchte eines Kathodengases einer Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Dabei gelten die Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem beziehungsweise dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • In einem ersten Aspekt der Erfindung die die Aufgabe durch eine Brennstoffzellenanordnung, zumindest aufweisend eine Brennstoffzelle mit einer Kathode und eine Kathodengaszuleitung, wobei in der Kathodengaszuleitung eine Befeuchtungsvorrichtung angeordnet ist, gelöst. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung dadurch gekennzeichnet, dass vor der Befeuchtungsvorrichtung in der Kathodengaszuleitung ein erster Massenstromsensor und nach der Befeuchtungsvorrichtung in der Kathodengaszuleitung ein zweiter Massenstromsensor angeordnet ist.
  • Um einen ordnungsgemäßen und idealen Betrieb der Brennstoffzelle der Brennstoffzellenanordnung sicherzustellen, kann eine Befeuchtung des Kathodengases notwendig sein. Eine zu hohe Befeuchtung und eine daraus resultierende zu große Feuchte des Kathodengases können jedoch für die Brennstoffzelle schädlich sein. Insbesondere ist bei einem Dauerbetrieb mit zu hoher Feuchte des Kathodengases ein Fluten der Brennstoffzelle möglich, wodurch eine Beschädigung der Brennstoffzelle einhergehen kann. Andererseits gibt es Befeuchtungskonzepte, insbesondere geodätische Befeuchtungskonzepte, die sogar das Vorliegen von flüssigem Wasser am Ausgang der Kathode voraussetzen. Eine zu geringe Feuchte auf der anderen Seite kann langfristig zu einer Austrocknung und ebenfalls zu einer Beschädigung der Brennstoffzelle führen. Insbesondere aus den genannten Gründen ist daher eine genaue Kenntnis der in der Befeuchtungsvorrichtung dem Kathodengas zugeführten Wassermenge nötig.
  • In der Befeuchtungsvorrichtung wird dem Kathodengas Wasser, insbesondere in Form von Wasserdampf, zugesetzt. Dadurch ändert sich in der Kathodengaszuleitung insbesondere der Massenstrom. Beispielsweise kann bei einer Brennstoffzellenanordnung vorgesehen sein, dass bei einer Temperatur von 65° Celsius und einem Massenstrom des Kathodengases vor der Befeuchtungsvorrichtung von 80 g/s in der Befeuchtungsvorrichtung dem Kathodengas ein Wasserstrom von 7 g/s zugesetzt wird. Daraus resultiert nach der Befeuchtungsvorrichtung ein gesamter Massenstrom von 87 g/s. Durch das Vorsehen eines ersten Massenstromsensors vor der Befeuchtungsvorrichtung und eines zweiten Massenstromsensors nach der Befeuchtungsvorrichtung ist dieser Zuwachs des Massenstroms messbar. Es wird dafür insbesondere der Unterschied der beiden Sensordaten der beiden Massenstromsensoren ausgewertet. Weitere Effekte, die den Massenstrom des Kathodengases beeinflussen können, wie beispielsweise die Gaszusammensetzung oder die CO2-Konzentration im Kathodengas, werden in der Befeuchtungsvorrichtung nicht verändert und sind somit für beide Massenstromsensoren gleich. Der Unterschied in den Sensordaten der beiden Massenstromsensoren entspricht somit allein der in der Befeuchtungsvorrichtung zugefügten Wasser- beziehungsweise Wasserdampfmenge. Auf diese Art und Weise ist eine Feuchtemessung des Kathodengases in der Kathodengaszuleitung ermöglicht, ohne auf spezielle Feuchtesensoren zurückgreifen zu müssen. Die Stabilitätsprobleme, die sich insbesondere bei einer Verwendung dieser Feuchtesensoren ergeben können, können so vermieden werden. Eine derartige Messung mit zwei Massenstromsensoren stellt ferner eine besonders einfache Messung dar, da sämtliche störenden Effekte, wie beispielsweise die Kathodengaszusammensetzung, an beiden Sensoren gleich auftreten und somit herausgefiltert werden können. Auch durch die Verwendung von zwei insbesondere baugleichen Massenstromsensoren kann eine Kostenersparnis erreicht werden, da durch die Verwendung von gleichen Bauteilen Produktionskosten gesenkt werden können. Ferner kann eine aufwendige und kostenintensive Neuentwicklung, insbesondere von automobiltauglichen Feuchtesensoren, vermieden werden.
  • Gemäß einer Weiterentwicklung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung kann vorgesehen sein, dass zumindest einer der Massenstromsensoren ein Heißfilmmassensensor ist. Ein Heißfilmmassensensor nutzt als Messeffekt die Abkühlung, die eine Oberfläche des Heißfilmmassensensors, welche dem Volumenstrom ausgesetzt ist, erfährt. Das Material dieser Oberfläche hat dabei insbesondere bevorzugt einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand. Der Grad der Abkühlung der Oberfläche ist dabei ein Gradmesser für das pro Zeiteinheit vorbeiströmende Volumen an Kathodengas. Ein Heißfilmmassensensor kann dabei in verschiedensten Arten und Weisen in der Kathodengaszuleitung angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Teil der Innenfläche der Kathodengaszuleitung als Heißfilmmassensensor ausgestaltet sein oder ein Heißfilmmassensensor kann auf einer derartigen Innenwand angeordnet sein. Darüber hinaus ist beispielsweise auch denkbar, die aktive Messoberfläche des Heißfilmmassensensors als Draht auszugestalten, der quer durch die Kathodengaszuleitung gespannt ist.
  • Besonders bevorzugt kann bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung vorgesehen sein, dass der Heißfilmmassensensor als Konstant-Strom-Heißfilmmassensensor und/oder als Konstant-Temperatur-Heißfilmmassensensor betreibbar ist. Bei einem Konstant-Strom-Heißfilmmassensensor wird die aktive Messoberfläche des Heißfilmmassensensors durch einen konstanten Heizstrom geheizt. Die Abkühlung der Oberfläche durch das Kathodengas erzeugt einen von dieser Abkühlung abhängigen Widerstand in der Oberfläche, wobei ein größeres vorbeiströmendes Volumen an Kathodengas eine größere Abkühlung der Oberfläche und damit eine größere Widerstandsänderung nach sich zieht. Diese Widerstandsänderung wird durch den Konstant-Strom-Heißfilmmassensensor gemessen und ermöglicht einen Rückschluss auf den pro Zeiteinheit vorbeiströmenden Massenstrom an Kathodengas. Bei einem Konstant-Temperatur-Heißfilmmassensensor wird im Gegensatz dazu der Heizstrom der Oberfläche derart geregelt, dass eine Abkühlung der Oberfläche durch die vorbeiströmende Masse an Kathodengas ausgeglichen wird. Auch hier bewirkt ein Zuwachs an vorbeiströmendem Kathodengas eine größere Abkühlung. Dadurch ist ein größerer Heizstrom nötig, um die konstante Temperatur des Konstant-Temperatur-Heißfilmmassensensors aufrechtzuerhalten. Durch Messung des Heizstroms sind auf diese Art und Weise ebenfalls Rückschlüsse auf den Massenstrom des vorbeiströmenden Kathodengases ermöglicht. Durch beide Methoden ist es somit möglich, den Massenstrom des vorbeiströmenden Kathodengases zu ermitteln. Je nach Einsatzort und Einsatzgebiet der Brennstoffzellenanordnung kann es dabei jeweils günstiger sein, eines der beiden Messverfahren zu wählen. Eine breite Einsetzbarkeit einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung ist dadurch ermöglicht.
  • Besonders bevorzugt kann bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung vorgesehen sein, dass die Befeuchtungsvorrichtung basierend auf den Messungen der Massenstromsensoren gesteuert betreibbar ist. Durch einen derartig gesteuerten Betrieb der Befeuchtungsvorrichtung ist eine Regelung der Feuchte des Kathodengases möglich. Es ist möglich, die Feuchte des Kathodengases auf ein ideales Niveau einzustellen, bei dem ein besonders effizienter Betrieb der Brennstoffzellenanordnung ermöglicht ist. Dadurch, dass die verwendeten Massenstromsensoren ein besonders einfaches Messverfahren ermöglichen, ist dadurch insgesamt eine besonders einfache Regelung der Feuchte des Kathodengases der Brennstoffzellenanordnung ermöglicht.
  • Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung vorgesehen sein, dass vor dem ersten Massenstromsensor in der Kathodengaszuleitung eine Verdichtervorrichtung angeordnet ist. In einer derartigen Verdichtervorrichtung wird das Kathodengas verdichtet und damit der Massenfluss erhöht. Insbesondere ist die Verdichtervorrichtung vor dem ersten Massenstromsensor in der Kathodengaszuleitung angeordnet. Eine Beeinflussung des Massenstroms zwischen dem ersten Massenstromsensor und der Befeuchtungsvorrichtung durch die Verdichtervorrichtung kann somit vermieden werden. Bevorzugt sind der erste und der zweite Massenstromsensor in der Kathodengaszuleitung möglichst nahe zu der Befeuchtungsvorrichtung angeordnet. Dadurch kann eine Steigerung der Genauigkeit der Messungen bezüglich der dem Kathodengas in der Befeuchtungsvorrichtung zugeführten Feuchte erreicht werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Brennstoffsystem, aufweisend eine oder mehrere Brennstoffzellenanordnungen gelöst. Insbesondere ist ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Brennstoffzellenanordnungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgestaltet ist. Sämtliche Vorteile, die zu einer Brennstoffzellenanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, ergeben sich somit selbstverständlich auch für ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem, das zumindest eine derartige Brennstoffzellenanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist.
  • Ferner kann bevorzugt bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem vorgesehen sein, dass das Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug einsetzbar ist. Durch die Verwendung zumindest einer Brennstoffzellenanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist auch in einem Brennstoffzellensystem eine besonders einfache Feuchtemessung des Kathodengases ermöglicht. Insbesondere für einen Einsatz in einem Fahrzeug stellt diese eine große Erleichterung dar, da eine Neuentwicklung von Überwachungssensoren, insbesondere von speziell für den automobilen Einsatz entwickelten Feuchtesensoren, vermieden werden kann. Dadurch können unnötige Kosten vermieden werden.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Feuchte eines Kathodengases einer Brennstoffzellenanordnung, wobei die Brennstoffzellenanordnung zumindest eine Brennstoffzelle mit einer Kathode und eine Kathodengaszuleitung, wobei in der Kathodengaszuleitung eine Befeuchtungsvorrichtung angeordnet ist, aufweist. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet:
    • a) Messen eines Massenstroms des Kathodengases vor der Befeuchtungsvorrichtung,
    • b) Messen eines Massenstroms des Kathodengases nach der Befeuchtungsvorrichtung,
    • c) Ermitteln der Feuchte des Kathodengases basierend auf den Messergebnissen.
  • Insbesondere kann das in Schritt c) durchgeführte Ermitteln der Feuchte des Kathodengases basierend auf den Messergebnissen durch eine Differenzmessung der beiden Messergebnisse vor und nach der Befeuchtungsvorrichtung durchgeführt werden. Einflüsse, die bei beiden Messungen vorhanden sind, wie beispielsweise die Zusammensetzung des Kathodengases oder die CO2-Konzentration im Kathodengas, sind dadurch herausfilterbar. Durch die Differenzmessung kann somit besonders einfach nur das in der Befeuchtungsvorrichtung dem Kathodengas zugeführte Wasser bzw. der zugeführte Wasserdampf, ermittelt werden. Dies stellt ein besonders einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Ermitteln der Feuchte des Kathodengases dar, da keine aufwendigen Messungen der sonstigen Einflüsse auf das Kathodengas, wie beispielsweise die Kathodengaszusammensetzung oder die CO2-Konzentration, nötig sind. Dadurch und insbesondere auch durch die Verwendung bereits vorhandener und nicht neu zu entwickelnder Sensoren können Kosten eingespart werden.
  • Darüber hinaus kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Befeuchtungsvorrichtung basierend auf der ermittelten Feuchte betrieben wird. Durch das Betreiben der Befeuchtungsvorrichtung basierend auf der ermittelten Feuchte ist eine einfache Regelung der Feuchte des Kathodengases ermöglicht. Wird beispielsweise eine zu hohe Feuchte des Kathodengases ermittelt, kann beispielsweise die Befeuchtungsvorrichtung derart betrieben werden, dass in ihr dem Kathodengas weniger Wasser bzw. Wasserdampf zugeführt wird. Die Gesamtfeuchte des Kathodengases wird dadurch vermindert und die Feuchte im Kathodengas nimmt wieder ihre für einen idealen Betrieb der Brennstoffzelle nötige Größe an. Selbiges gilt selbstverständlich auch für zu gering gemessene Feuchte, bei der die Zuführung von Wasser bzw. Wasserdampf in das Kathodengas in der Befeuchtungsvorrichtung erhöht wird. Insgesamt ist dadurch ein besonders einfaches Betreiben der Brennstoffzelle bzw. der Brennstoffzellenanordnung bei idealer Feuchte ermöglicht.
  • Besonders bevorzugt kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass das Verfahren durch eine Brennstoffzellenanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgeführt wird. Sämtliche Vorteile, die zu einer Brennstoffzellenanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, ergeben sich somit selbstverständlich auch für ein erfindungsgemäßes Verfahren, das durch eine derartige Brennstoffzellenanordnung ausgeführt wird.
  • BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
  • Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile und das erfindungsgemäße Verfahren und seine Weiterbildungen sowie dessen Vorteile werden nachfolgend anhand von einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt schematisch:
  • 1 einen Teil einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung.
  • In 1 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung 1 gezeigt. Insbesondere ist die Kathode 11 einer Brennstoffzelle 10 der Brennstoffzellenanordnung 1 gezeigt, die durch eine Kathodengaszuleitung 12 mit Kathodengas versorgt wird, das nach der Kathode 11 durch eine Kathodengasableitung 13 wieder abgeführt wird. In der Kathodengaszuleitung 12 sind insbesondere eine Verdichtervorrichtung 2 und eine Befeuchtungsvorrichtung 3 angeordnet. Durch die Verdichtervorrichtung 2 wird das Kathodengas verdichtet, d. h. der Massenstrom des Kathodengases wird erhöht. In der Befeuchtungsvorrichtung 3 wird dem Kathodengas Feuchtigkeit, insbesondere in Form von Wasser oder Wasserdampf zugeführt. Dies ist insbesondere nötig, da beispielsweise die Brennstoffzelle 10 der Brennstoffzellenanordnung 1 eine Membran aufweisen kann, die für ihren idealen Betrieb eine gewisse Feuchte des Kathodengases benötigt. Um das Kathodengas zu jeder Zeit mit einer idealen Feuchte zu versetzen, ist es vorteilhaft, die Feuchte des Kathodengases zu überwachen und zu regeln. Dafür sind erfindungsgemäß bei einer Brennstoffzellenanordnung 1 ein erster Massenstromsensor 20 vor der Befeuchtungsvorrichtung 3 und ein zweiter Massenstromsensor 21 nach der Befeuchtungsvorrichtung 3 in oder an der Kathodengaszuleitung 12 angeordnet. Dadurch ist es möglich, die Menge des in der Befeuchtungsvorrichtung 3 dem Kathodengas zugeführten Wassers bzw. die Menge des zugeführten Wasserdampfs zu ermitteln. Dadurch wird durch die Massenstromsensoren 20, 21 vor bzw. nach der Befeuchtungsvorrichtung 3 der Massenstrom des Kathodengases gemessen. Da in der Befeuchtungsvorrichtung 3 nur die Feuchte des Kathodengases verändert wird, kann durch eine Differenzbildung der beiden Messergebnisse der Massenstromsensoren 20, 21 die Menge der zugeführten Feuchte ermittelt werden. Sämtliche anderen Effekte, beispielsweise die Gaszusammensetzung des Kathodengases oder eine CO2-Konzentration sind vor und nach der Befeuchtungsvorrichtung 3 gleich, so dass sich diese Effekte bei einer Differenzbildung der Sensordaten der beiden Massenstromsensoren 20, 21 aufheben und so herausgefiltert werden können. Der Einsatz von Massenstromsensoren 20, 21, die insbesondere als Konstant-Temperatur-Heißfilmmassensensoren oder als Konstant-Strom-Heißfilmmassensensoren betreibbar sind, stellt eine besonders einfache Art und Weise dar, die Feuchte im Kathodengas zu messen. Insbesondere kann durch den Einsatz derartiger Massenstromsensoren 20, 21 der Einsatz von Feuchtesensoren, die insbesondere bei hohen Luftfeuchten oftmals Stabilitätsprobleme aufweisen, vermieden werden. Auch durch den Einsatz von insbesondere baugleichen Massenstromsensoren 20, 21 kann ein Kostenvorteil erreicht werden, da bei der Produktion höherer Stückzahlen der Stückpreis des verwendeten niedriger wird. Ferner kann bei einem Einsatz einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung 1 in einem Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs ebenfalls eine besonders einfache und effektive Ermittlung der Feuchte des Kathodengases ermöglicht sein. Dies ist insbesondere von Vorteil, da für den automobilen Bereich Feuchtesensoren extra entwickelt werden müssten, was wiederum mit hohen Kosten verbunden sein kann. Die Feuchtemessung am Kathodengas durch die beiden Massenstromsensoren 20, 21 ermöglicht ferner insbesondere ein Betreiben der Befeuchtungsvorrichtung 3 aufgrund der Messergebnisse. Das Einstellen einer idealen Feuchte des Kathodengases bzw. eine Regelung einer derartigen idealen Feuchte ist dadurch ermöglicht. Somit kann eine Kathode 11 einer Brennstoffzelle 10 einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung 1 zu jeder Zeit mit einer idealen Feuchte des Kathodengases betrieben werden. Die Leistungsausbeute einer derartigen Brennstoffzelle 10 kann dadurch erhöht und ferner die Lebensdauer der Brennstoffzelle 10 verlängert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19859654 A1 [0003]
    • DE 10148664 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Brennstoffzellenanordnung (1), zumindest aufweisend eine Brennstoffzelle (10) mit einer Kathode (11) und eine Kathodengaszuleitung (12), wobei in der Kathodengaszuleitung (12) eine Befeuchtungsvorrichtung (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Befeuchtungsvorrichtung (3) in der Kathodengaszuleitung (12) ein erster Massenstromsensor (20) und nach der Befeuchtungsvorrichtung (3) in der Kathodengaszuleitung (12) ein zweiter Massenstromsensor (21) angeordnet ist.
  2. Brennstoffzellenanordnung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Massenstromsensoren (20, 21) ein Heißfilmmassensensor ist.
  3. Brennstoffzellenanordnung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißfilmmassensensor als Konstant-Strom-Heißfilmmassensensor und/oder als Konstant-Temperatur-Heißfilmmassensensor betreibbar ist.
  4. Brennstoffzellenanordnung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuchtungsvorrichtung (3) basierend auf den Messungen der Massenstromsensoren (20, 21) gesteuert betreibbar ist.
  5. Brennstoffzellenanordnung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Massenstromsensor (20) in der Kathodengaszuleitung (12) eine Verdichtervorrichtung (2) angeordnet ist.
  6. Brennstoffzellensystem, aufweisend eine oder mehrere Brennstoffzellenanordnungen (1), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Brennstoffzellenanordnungen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist.
  7. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug einsetzbar ist.
  8. Verfahren zum Bestimmen einer Feuchte eines Kathodengases einer Brennstoffzellenanordnung (1), wobei die Brennstoffzellenanordnung (1) zumindest eine Brennstoffzelle (10) mit einer Kathode (11) und eine Kathodengaszuleitung (12), wobei in der Kathodengaszuleitung (12) eine Befeuchtungsvorrichtung (3) angeordnet ist, aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Messen eines Massenstroms des Kathodengases vor der Befeuchtungsvorrichtung (3), b) Messen eines Massenstroms des Kathodengases nach der Befeuchtungsvorrichtung (3), c) Ermitteln der Feuchte des Kathodengases basierend auf den Messergebnissen.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuchtungsvorrichtung (3) basierend auf der ermittelten Feuchte betrieben wird.
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren durch eine Brennstoffzellenanordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgeführt wird.
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