DE102020202874A1 - Fuel cell device and method for detecting a system parameter by means of the fuel cell device - Google Patents

Fuel cell device and method for detecting a system parameter by means of the fuel cell device Download PDF

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere einer Festoxidbrennstoffzellenvorrichtung, zur Handhabung von Betriebsfluiden, mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit (11a; 11b), die zumindest einen brennstoffelektrodenseitigen Fluidanschluss (30a; 30b) aufweist, und mit zumindest einer Messeinheit (38a; 38b) zu einer Erfassung zumindest eines Systemparameters eines der Betriebsfluide, wobei der Systemparameter auf einer chemischen Zusammensetzung des Betriebsfluids beruht.Es wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit (38a; 38b) zumindest ein Messelement (46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a; 54b, 56b) in einem Nahbereich (74a; 74b) des Fluidanschlusses (30a; 30b) umfasst, welches stromaufwärts des Fluidanschlusses (30a; 30b) angeordnet ist.The invention is based on a fuel cell device, in particular a solid oxide fuel cell device, for handling operating fluids, with at least one fuel cell unit (11a; 11b), which has at least one fluid connection (30a; 30b) on the fuel electrode side, and with at least one measuring unit (38a; 38b) a detection of at least one system parameter of one of the operating fluids, the system parameter being based on a chemical composition of the operating fluid. It is proposed that the measuring unit (38a; 38b) have at least one measuring element (46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a; 54b, 56b) in a vicinity (74a; 74b) of the fluid connection (30a; 30b) which is arranged upstream of the fluid connection (30a; 30b).

Description

Stand der TechnikState of the art

Es ist bereits eine Brennstoffzellenvorrichtung zur Handhabung von Betriebsfluiden, mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit, die zumindest einen brennstoffelektrodenseitigen Fluidanschluss aufweist, und mit zumindest einer Messeinheit zu einer Erfassung zumindest eines Systemparameters eines der Betriebsfluide, vorgeschlagen worden, wobei der Systemparameter auf einer chemischen Zusammensetzung des Betriebsfluids beruht.A fuel cell device for handling operating fluids, with at least one fuel cell unit having at least one fuel electrode-side fluid connection, and with at least one measuring unit for detecting at least one system parameter of one of the operating fluids, has already been proposed, the system parameter being based on a chemical composition of the operating fluid .

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere einer Festoxidbrennstoffzellenvorrichtung, zur Handhabung von Betriebsfluiden, mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit, die zumindest einen brennstoffelektrodenseitigen Fluidanschluss aufweist, und mit zumindest einer Messeinheit zu einer Erfassung zumindest eines Systemparameters eines der Betriebsfluide, wobei der Systemparameter auf einer chemischen Zusammensetzung des Betriebsfluids beruht.The invention is based on a fuel cell device, in particular a solid oxide fuel cell device, for handling operating fluids, with at least one fuel cell unit, which has at least one fuel electrode-side fluid connection, and with at least one measuring unit for detecting at least one system parameter of one of the operating fluids, the system parameter being based on a chemical Composition of the operating fluid based.

Es wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit zumindest ein Messelement in einem Nahbereich des Fluidanschlusses umfasst, welches stromaufwärts des Fluidanschlusses angeordnet ist.It is proposed that the measuring unit comprises at least one measuring element in a vicinity of the fluid connection, which is arranged upstream of the fluid connection.

Insbesondere ist der Nahbereich des Fluidanschlusses der Brennstoffzelleneinheit als eine Hochtemperaturzone der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere der eine Festoxidbrennstoffzelle umfassenden Brennstoffzelleneinheit, ausgebildet. Bevorzugt erstreckt sich der Nahbereich des Fluidanschlusses, insbesondere die Hochtemperaturzone der Brennstoffzelleneinheit, von der Brennstoffzelleneinheit von einem Abgaswärmeüberträger, insbesondere einem Brenner, der Brennstoffzellenvorrichtung bis zu einem Gaseinlass der Brennstoffzellenvorrichtung zur Zuführung eines Betriebsfluids. Vorzugsweise ist das Betriebsfluid als ein kohlenwasserstoffhaltiges Gemisch, insbesondere Methan oder Erdgas, und/oder als wasser- und/oder kohlenstoffdioxidreiches Gemisch ausgebildet. Bevorzugt ist das Betriebsfluid zu einem Betrieb der Brennstoffzelleneinheit vorgesehen und/oder als ein Reaktionsprodukt der Brennstoffzelleneinheit ausgebildet. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt, insbesondere das Betriebsfluid, zu einer bestimmten Funktion, insbesondere einem Betrieb der Brennstoffzelleneinheit, vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Vorzugsweise ist der Fluidanschluss als eine Einlassöffnung der Brennstoffzelleneinheit ausgebildet, die insbesondere zu einem Einlass eines Betriebsfluids in die Brennstoffzelleneinheit, insbesondere eine Brennstoffelektrode der Brennstoffzelleneinheit, vorgesehen ist. Insbesondere ist der Fluidanschluss als eine anodenseitige Gaszuleitung der Brennstoffzelleneinheit ausgebildet. Bevorzugt ist das Messelement als ein elektrochemischer Sensor ausgebildet. Vorzugsweise ist das Messelement in einem Fluidkanal der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet, welcher insbesondere fluidtechnisch mit dem Fluidanschluss verbunden ist. Darunter, dass das Messelement „stromaufwärts des Fluidanschlusses angeordnet ist“ soll insbesondere verstanden werden, dass das Messelement von dem Fluidanschluss aus in einer, entgegen einer Strömungsrichtung des Betriebsfluids ausgerichteten Richtung, insbesondere an oder in einem Kanalelement der Brennstoffzellenvorrichtung, angeordnet ist. Insbesondere ist das stromaufwärts des Fluidanschlusses angeordnete Messelement, insbesondere fluidtechnisch, zwischen dem Gaseinlass und dem Fluidanschluss angeordnet, insbesondere in einem Kanalelement der Brennstoffzellenvorrichtung, welches zwischen dem Gaseinlass und dem Fluidanschluss angeordnet ist.In particular, the vicinity of the fluid connection of the fuel cell unit is designed as a high temperature zone of the fuel cell unit, in particular the fuel cell unit comprising a solid oxide fuel cell. The vicinity of the fluid connection, in particular the high temperature zone of the fuel cell unit, preferably extends from the fuel cell unit from an exhaust gas heat exchanger, in particular a burner, of the fuel cell device to a gas inlet of the fuel cell device for supplying an operating fluid. The operating fluid is preferably designed as a hydrocarbon-containing mixture, in particular methane or natural gas, and / or as a mixture rich in water and / or carbon dioxide. The operating fluid is preferably provided for operating the fuel cell unit and / or designed as a reaction product of the fuel cell unit. “Provided” is to be understood as meaning, in particular, specially designed and / or specially equipped. The fact that an object, in particular the operating fluid, is provided for a specific function, in particular operation of the fuel cell unit, is to be understood in particular as meaning that the object fulfills and / or executes this specific function in at least one application and / or operating state. The fluid connection is preferably designed as an inlet opening of the fuel cell unit, which is provided in particular for an inlet of an operating fluid into the fuel cell unit, in particular a fuel electrode of the fuel cell unit. In particular, the fluid connection is designed as a gas feed line on the anode side of the fuel cell unit. The measuring element is preferably designed as an electrochemical sensor. The measuring element is preferably arranged in a fluid channel of the fuel cell device which, in particular, is fluidically connected to the fluid connection. The fact that the measuring element is “arranged upstream of the fluid connection” is to be understood in particular to mean that the measuring element is arranged from the fluid connection in a direction opposite to a flow direction of the operating fluid, in particular on or in a channel element of the fuel cell device. In particular, the measuring element arranged upstream of the fluid connection is arranged, in particular fluidly, between the gas inlet and the fluid connection, in particular in a channel element of the fuel cell device, which is arranged between the gas inlet and the fluid connection.

Unter einer „Handhabung von Betriebsfluiden“ soll insbesondere eine Zuleitung, eine Aufbereitung, eine Abfuhr, eine Rezirkulation und/oder eine Nachbehandlung zumindest eines Betriebsfluids verstanden werden, welche insbesondere an und/oder innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung erfolgen/erfolgt. Die Brennstoffzelleneinheit ist vorzugsweise als eine, insbesondere einzelne, Brennstoffzelle, als ein Brennstoffzellen-Stack, als ein Brennstoffzellenverbund o. dgl. ausgebildet. Bevorzugt ist die Brennstoffzellenvorrichtung dazu vorgesehen, die Betriebsfluide innerhalb von Kanalelementen zu führen, welche insbesondere Fluidkanäle der Brennstoffzellenvorrichtung begrenzen. Insbesondere verläuft die Strömungsrichtung entlang der Kanalelemente und/oder der Fluidkanäle der Brennstoffzellenvorrichtung. Bevorzugt bewegen sich die Betriebsfluide entlang der Strömungsrichtung durch die Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere die Kanalelemente und/oder Fluidkanäle. Vorzugsweise sind die Betriebsfluide zu einem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere der Brennstoffzelleneinheit, vorgesehen. Insbesondere sind die Betriebsfluide als Fluide ausgebildet, welche sich bei einem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung bewegen. Der Systemparameter ist vorzugsweise als eine Menge und/oder eine Konzentration eines Elements und/oder einer chemischen Verbindung eines Betriebsfluids und/oder als ein Verhältnis zweier Elemente und/oder chemischer Verbindungen des Betriebsfluids im Betriebsfluid ausgebildet.“Handling of operating fluids” is to be understood as meaning, in particular, a supply line, processing, discharge, recirculation and / or aftertreatment of at least one operating fluid, which take place in particular on and / or within the fuel cell device. The fuel cell unit is preferably designed as a, in particular individual, fuel cell, as a fuel cell stack, as a fuel cell assembly or the like. The fuel cell device is preferably provided to guide the operating fluids within channel elements which, in particular, delimit fluid channels of the fuel cell device. In particular, the direction of flow runs along the channel elements and / or the fluid channels of the fuel cell device. The operating fluids preferably move along the flow direction through the fuel cell device, in particular the channel elements and / or fluid channels. The operating fluids are preferably provided for operating the fuel cell device, in particular the fuel cell unit. In particular, the operating fluids are designed as fluids which move within the fuel cell device when the fuel cell device is in operation. The system parameter is preferably designed as an amount and / or a concentration of an element and / or a chemical compound of an operating fluid and / or as a ratio of two elements and / or chemical compounds of the operating fluid in the operating fluid.

Bevorzugt ist der Gaseinlass zu einer Zuführung eines Betriebsfluids, insbesondere von Erdgas, in die Brennstoffzellenvorrichtung vorgesehen. Vorzugsweise ist der Gaseinlass fluidtechnisch, insbesondere direkt, mit einem Reformer verbunden. Bevorzugt ist der Reformer dazu vorgesehen, insbesondere mittels einer Reformierungsmethode, wie beispielsweise Dampfreformierung, partieller Oxidation, Reformierung mit Luft und Wasserdampf o. dgl., Wasserstoff aus dem Betriebsfluid zu erzeugen. Insbesondere sind der Gaseinlass und der Reformer stromaufwärts des Fluidanschlusses angeordnet. Beispielsweise ist zumindest ein, insbesondere das vorher genannte, Messelement der Messeinheit, insbesondere fluidtechnisch betrachtet, zwischen dem Gaseinlass und dem Reformer und/oder zwischen dem Reformer und der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere dem Fluidanschluss, angeordnet. Vorzugsweise ist die Messeinheit dazu vorgesehen, zumindest zwei, insbesondere eine Vielzahl von, voneinander verschiedene auf einer chemischen Zusammensetzung zumindest eines der Betriebsfluide beruhenden Systemparameters zu erfassen. Bevorzugt umfasst die Messeinheit eine Vielzahl von Messelementen, die insbesondere an verschiedenen Positionen innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet sind und/oder zumindest teilweise voneinander verschieden ausgebildet sind. Vorzugsweise sind mehrere Messelemente der Vielzahl von Messelementen dazu vorgesehen, einen selben Systemparameter eines Betriebsfluids zu erfassen.The gas inlet is preferably provided for feeding an operating fluid, in particular natural gas, into the fuel cell device. The gas inlet is preferably connected fluidically, in particular directly, to a reformer. The reformer is preferably provided to generate hydrogen from the operating fluid, in particular by means of a reforming method, such as, for example, steam reforming, partial oxidation, reforming with air and steam or the like. In particular, the gas inlet and the reformer are arranged upstream of the fluid connection. For example, at least one, in particular the aforementioned, measuring element of the measuring unit, in particular in terms of fluid technology, is arranged between the gas inlet and the reformer and / or between the reformer and the fuel cell unit, in particular the fluid connection. The measuring unit is preferably provided to acquire at least two, in particular a multiplicity of system parameters that differ from one another and are based on a chemical composition of at least one of the operating fluids. The measuring unit preferably comprises a multiplicity of measuring elements which are arranged in particular at different positions within the fuel cell device and / or are at least partially different from one another. A plurality of measuring elements of the plurality of measuring elements are preferably provided to detect the same system parameter of an operating fluid.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung kann eine vorteilhaft einfache und genaue Überwachung eines Betriebsfluids vor einem Zuführen in eine Brennstoffzelle ermöglicht werden. Es kann vorteilhaft eine Überwachung eines Anodenpfades einer Brennstoffzelle beispielsweise hinsichtlich einer Kohlenstoffablagerungsgrenze im Betriebsfluid ermöglicht werden, wodurch insbesondere Kohlenstoffablagerungen vorteilhaft verhindert werden können. Es kann vorteilhaft eine Zusammensetzung des Betriebsfluids überwacht werden. Es kann eine vorteilhaft optimierte Betriebsführung einer Brennstoffzelle ermöglicht werden, insbesondere hinsichtlich einer Zusammensetzung des Betriebsfluids. Es können ungewollte Beschädigungen der Brennstoffzelle, insbesondere einer Anode der Brennstoffzelle, durch eine falsche Zusammensetzung des Betriebsfluids vorteilhaft verhindert werden.The configuration of the fuel cell device according to the invention enables an advantageously simple and precise monitoring of an operating fluid before it is fed into a fuel cell. It can advantageously be possible to monitor an anode path of a fuel cell, for example with regard to a carbon deposition limit in the operating fluid, whereby in particular carbon deposits can advantageously be prevented. A composition of the operating fluid can advantageously be monitored. An advantageously optimized operational management of a fuel cell can be made possible, in particular with regard to the composition of the operating fluid. Unintentional damage to the fuel cell, in particular an anode of the fuel cell, due to an incorrect composition of the operating fluid can advantageously be prevented.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit zumindest ein weiteres Messelement umfasst, welches stromabwärts des Fluidanschlusses angeordnet ist und zur Erfassung eines Regelwerts des Systemparameters vorgesehen ist, wobei insbesondere der Regelwert des Systemparameters über einen Vergleich mit einem über das Messelement erfassten Wert des Systemparameters zu einer Steuerung und/oder Regelung der Brennstoffzelleneinheit vorgesehen ist. Es kann vorteilhaft ein Prozessverlauf innerhalb der Brennstoffzelle überwacht werden, insbesondere da ein stromaufwärts des Fluidanschlusses erfasster Wert des Systemparameters mit dem Regelwert verglichen werden kann. Es kann eine vorteilhaft genaue Steuerung der Brennstoffzelle in Abhängigkeit des Systemparameters ermöglicht werden. Darunter, dass das weitere Messelement „stromabwärts des Fluidanschlusses angeordnet ist“ soll insbesondere verstanden werden, dass das weitere Messelement von dem Fluidanschluss aus in einer entlang der Strömungsrichtung des Betriebsfluids ausgerichteten Richtung, insbesondere an oder in einem der Kanalelemente der Brennstoffzellenvorrichtung, angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Brennstoffzelleneinheit einen weiteren brennstoffelektrodenseitigen Fluidanschluss auf, der insbesondere als eine Auslassöffnung der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere der Brennstoffelektrode, ausgebildet ist und insbesondere zu einem Auslass eines Betriebsfluids, insbesondere eines Anodenabgasstroms der Brennstoffzelleneinheit, vorgesehen ist. Bevorzugt ist das weitere Messelement in einem weiteren Fluidkanal der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet, welcher insbesondere fluidtechnisch, insbesondere direkt, mit dem weiteren Fluidanschluss verbunden ist. Insbesondere ist der weitere Fluidanschluss über die Brennstoffelektrode fluidtechnisch mit dem Fluidanschluss verbunden. Bevorzugt ist das weitere Messelement als ein elektrochemischer Sensor ausgebildet. Vorzugsweise ist das weitere Messelement zumindest im Wesentlichen baugleich zu dem Messelement ausgebildet. Darunter, dass ein Sensor, insbesondere das weitere Messelement, „im Wesentlichen baugleich“ zu einem weiteren Sensor, insbesondere dem Messelement, ausgebildet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass der Sensor und der weitere Sensor zu einer Erfassung einer selben Messgröße, insbesondere des Systemparameters, vorgesehen sind. Insbesondere sind der zumindest im Wesentlichen baugleich zum weiteren Sensor ausgebildete Sensor und der weitere Sensor zu einer Durchführung eines selben Messverfahrens zur Erfassung des Systemparameters vorgesehen. Vorzugsweise umfasst die Messeinheit eine Vielzahl von weiteren Messelementen, die insbesondere an verschiedenen Positionen innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet sind und/oder zumindest teilweise voneinander verschieden ausgebildet sind. Es ist denkbar, dass mehrere weitere Messelemente der Vielzahl von weiteren Messelementen dazu vorgesehen sind, einen selben Systemparameter des Betriebsfluids zu erfassen.Furthermore, it is proposed that the measuring unit comprises at least one further measuring element which is arranged downstream of the fluid connection and is provided for detecting a control value of the system parameter, in particular the control value of the system parameter via a comparison with a value of the system parameter detected via the measuring element to a Control and / or regulation of the fuel cell unit is provided. A process course within the fuel cell can advantageously be monitored, in particular since a value of the system parameter detected upstream of the fluid connection can be compared with the control value. An advantageously precise control of the fuel cell as a function of the system parameter can be made possible. The fact that the further measuring element is “arranged downstream of the fluid connection” is to be understood in particular to mean that the further measuring element is arranged from the fluid connection in a direction oriented along the flow direction of the operating fluid, in particular on or in one of the channel elements of the fuel cell device. The fuel cell unit preferably has a further fluid connection on the fuel electrode side, which is designed in particular as an outlet opening of the fuel cell unit, in particular the fuel electrode, and in particular is provided for an outlet of an operating fluid, in particular an anode exhaust gas flow of the fuel cell unit. The further measuring element is preferably arranged in a further fluid channel of the fuel cell device which, in particular, is fluidically connected, in particular directly, to the further fluid connection. In particular, the further fluid connection is fluidically connected to the fluid connection via the fuel electrode. The further measuring element is preferably designed as an electrochemical sensor. The further measuring element is preferably designed to be at least essentially identical to the measuring element. The fact that a sensor, in particular the further measuring element, is "essentially structurally identical" to a further sensor, in particular the measuring element, is to be understood in particular as meaning that the sensor and the further sensor are used to detect the same measured variable, in particular the system parameter , are provided. In particular, the sensor, which is at least essentially structurally identical to the further sensor, and the further sensor are provided for carrying out the same measuring method for detecting the system parameter. The measuring unit preferably comprises a multiplicity of further measuring elements which are arranged in particular at different positions within the fuel cell device and / or are at least partially different from one another. It is conceivable that several further measuring elements of the multiplicity of further measuring elements are provided to record the same system parameter of the operating fluid.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Rezirkulationsleitung umfasst, welche eines der Betriebsfluide stromaufwärts des Fluidanschlusses einspeist und in welcher zumindest ein, insbesondere das, das vorher genannte weitere oder ein zusätzliches, Messelement der Messeinheit angeordnet ist. Es kann eine vorteilhaft genaue Überwachung eines Rezirkulationsfluidstroms durch die Rezirkulationsleitung, insbesondere einer Zusammensetzung des Rezirkulationsfluidstroms, ermöglicht werden. Es kann eine Zusammensetzung des der Brennstoffzelle zugeführten Betriebsfluids vorteilhaft genau eingestellt werden, insbesondere durch eine Anpassung eines über den Gaseinlass hinzugeführten Betriebsfluids an einen in der Rezirkulationsleitung erfassten Systemparameter. Insbesondere ist der Fluidanschluss und/oder der Fluidkanal und der weitere Fluidanschluss und/oder der weitere Fluidkanal über die Rezirkulationsleitung fluidtechnisch miteinander verbunden. Es ist denkbar, dass die Rezirkulationsleitung den Fluidkanal und/oder den weiteren Fluidkanal begrenzt, wobei insbesondere das Messelement und/oder das weitere Messelement in der Rezirkulationsleitung angeordnet sind/ist. Bevorzugt ist das mittels der Rezirkulationsleitung eingespeiste Betriebsfluid als ein Abgasstrom, insbesondere ein Anodenabgasstrom, der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere der Brennstoffelektrode, ausgebildet. Vorzugsweise ist die Rezirkulationsleitung dazu vorgesehen, das mittels der Rezirkulationsleitung eingespeiste Betriebsfluid, insbesondere den Abgasstrom und/oder den Anodenabgasstrom, zumindest teilweise in ein über den Gaseinlass in die Brennstoffzellenvorrichtung zugeführtes Betriebsfluid, insbesondere Erdgas, einzuspeisen. Insbesondere ist die Rezirkulationsleitung dazu vorgesehen, das Betriebsfluid, insbesondere den Abgasstrom und/oder den Anodenabgasstrom, an einem Punkt der Brennstoffzellenvorrichtung einzuspeisen, der, insbesondere fluidtechnisch betrachtet, zwischen dem Gaseinlass und dem Reformer angeordnet ist. Insbesondere ist ein stromaufwärts des Fluidanschlusses angeordnetes Messelement entlang einer entgegen die Strömungsrichtung ausgerichteten Richtung betrachtet, welche insbesondere durch die Rezirkulationsleitung verläuft, näher an dem Fluidanschluss angeordnet als an dem weiteren Fluidanschluss. Bevorzugt ist ein stromabwärts des Fluidanschlusses angeordnetes weiteres Messelement entlang der Strömungsrichtung betrachtet, welche insbesondere durch die Rezirkulationsleitung verläuft, näher an dem weiteren Fluidanschluss angeordnet als an dem Fluidanschluss.It is also proposed that the fuel cell device comprises at least one recirculation line which feeds one of the operating fluids upstream of the fluid connection and into it which at least one, in particular that, the aforementioned further or an additional measuring element of the measuring unit is arranged. An advantageously precise monitoring of a recirculation fluid flow through the recirculation line, in particular a composition of the recirculation fluid flow, can be made possible. A composition of the operating fluid supplied to the fuel cell can advantageously be set precisely, in particular by adapting an operating fluid supplied via the gas inlet to a system parameter recorded in the recirculation line. In particular, the fluid connection and / or the fluid channel and the further fluid connection and / or the further fluid channel are fluidically connected to one another via the recirculation line. It is conceivable that the recirculation line delimits the fluid channel and / or the further fluid channel, in particular the measuring element and / or the further measuring element being / is arranged in the recirculation line. The operating fluid fed in by means of the recirculation line is preferably designed as an exhaust gas flow, in particular an anode exhaust gas flow, of the fuel cell unit, in particular the fuel electrode. The recirculation line is preferably provided to feed the operating fluid fed in by means of the recirculation line, in particular the exhaust gas flow and / or the anode exhaust gas flow, at least partially into an operating fluid, in particular natural gas, fed into the fuel cell device via the gas inlet. In particular, the recirculation line is provided to feed in the operating fluid, in particular the exhaust gas flow and / or the anode exhaust gas flow, at a point of the fuel cell device which, in particular from a fluidic point of view, is arranged between the gas inlet and the reformer. In particular, a measuring element arranged upstream of the fluid connection is arranged closer to the fluid connection than to the further fluid connection, viewed along a direction oriented counter to the flow direction, which in particular runs through the recirculation line. Preferably, a further measuring element arranged downstream of the fluid connection is viewed along the flow direction, which in particular runs through the recirculation line, arranged closer to the further fluid connection than to the fluid connection.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine, eine durch die Messeinheit erfasste Zusammensetzung auswertende Auswerteeinheit umfasst, welche in einen geschlossenen Regelkreis für einen Betrieb der Brennstoffzelleneinheit eingebunden ist. Es kann ein vorteilhaft optimierter Betrieb der Brennstoffzelle ermöglicht werden, insbesondere da eine Steuerung der Brennstoffzelle auf den erfassten Systemparameter angepasst werden kann. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit dazu vorgesehen, den erfassten Systemparameter, welcher insbesondere auf der chemischen Zusammensetzung zumindest eines der Betriebsfluide beruht, auszuwerten. Bevorzugt ist die Auswerteeinheit dazu vorgesehen, mittels des erfassten Systemparameters eine, insbesondere chemische, Zusammensetzung des Betriebsfluids, insbesondere des Betriebsfluids, in dem der Systemparameter erfasst wurde, zu bestimmen. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Steuer- und/oder Regeleinheit zu einer Steuerung und/oder Regelung der Brennstoffzelleneinheit, einer Zufuhr von Betriebsfluid über den Gaseinlass, einer Menge an über die Rezirkulationsleitung eingespeisten Betriebsfluids, einer Menge an der Brennstoffzelleneinheit zugeführten Betriebsfluids, insbesondere Luft, o. dgl. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit“ soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer „Steuerelektronik“ soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Bevorzugt ist die Auswerteeinheit als Teil der Steuer- und/oder Regeleinheit ausgebildet oder elektrisch und/oder elektronisch mit der Steuer- und/oder Regeleinheit verbunden. Unter einem „geschlossenen Regelkreis“ soll insbesondere ein Kreislauf verstanden werden, welcher eine vorgegebene physikalische Größe, insbesondere den zumindest einen Betriebsparameter, auf einen gewünschten Wert einstellt und, insbesondere durch fortlaufende Messung und Nachregelung der physikalischen Größe, auf dem gewünschten Wert hält, wobei insbesondere die physikalische Größe und/oder ein Wert der physikalischen Größe mittels des Kreislaufs periodisch oder kontinuierlich gemessen, verglichen und/oder eingestellt wird. Bevorzugt ist die Messeinheit in den geschlossenen Regelkreis für einen Betrieb der Brennstoffzelleneinheit eingebunden. Besonders bevorzugt sind/ist die Auswerteeinheit und/oder die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, die Brennstoffzelleneinheit, die Zufuhr von Betriebsfluid über den Gaseinlass, die Menge an über die Rezirkulationsleitung eingespeisten Betriebsfluids und/oder die Menge des, der Brennstoffzelleneinheit zugeführten Betriebsfluids derart zu steuern und/oder zu regeln, dass eine Verkokung innerhalb oder durch eines der Betriebsfluide verhindert wird. Insbesondere ist die Auswerteeinheit dazu vorgesehen, weitere Kenngrößen der Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere der Brennstoffzelleneinheit, zur Auswertung des Systemparameters und/oder der Zusammensetzung des Betriebsfluids heranzuziehen. Die weiteren Kenngrößen sind beispielsweise als eine Temperatur, als eine elektrische Spannung an der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere Stack-Spannung, als ein elektrischer Strom der Brennstoffzelleneinheit und/oder als ein Volumenstrom eines Betriebsfluids ausgebildet. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit dazu vorgesehen, den erfassten Regelwert des Systemparameters mit dem über das Messelement erfassten Wert des Systemparameters zu vergleichen.It is further proposed that the fuel cell device comprises at least one evaluation unit which evaluates a composition detected by the measuring unit and which is integrated into a closed control loop for operating the fuel cell unit. An advantageously optimized operation of the fuel cell can be made possible, in particular since a control of the fuel cell can be adapted to the recorded system parameters. The evaluation unit is preferably provided to evaluate the recorded system parameter, which is based in particular on the chemical composition of at least one of the operating fluids. The evaluation unit is preferably provided to use the recorded system parameter to determine a, in particular chemical, composition of the operating fluid, in particular of the operating fluid in which the system parameter was recorded. The fuel cell device preferably comprises at least one control and / or regulating unit for controlling and / or regulating the fuel cell unit, a supply of operating fluid via the gas inlet, an amount of operating fluids supplied via the recirculation line, an amount of operating fluids supplied to the fuel cell unit, in particular air, or the like. A “control and / or regulating unit” is to be understood as meaning, in particular, a unit with at least one control electronics. “Control electronics” should be understood to mean, in particular, a unit with a processor unit and with a memory unit and with an operating program stored in the memory unit. The evaluation unit is preferably designed as part of the control and / or regulating unit or is electrically and / or electronically connected to the control and / or regulating unit. A “closed control loop” is to be understood as meaning, in particular, a circuit which sets a specified physical variable, in particular the at least one operating parameter, to a desired value and, in particular, maintains it at the desired value through continuous measurement and readjustment of the physical variable, in particular the physical variable and / or a value of the physical variable is measured, compared and / or adjusted periodically or continuously by means of the circuit. The measuring unit is preferably integrated into the closed control loop for operating the fuel cell unit. Particularly preferably, the evaluation unit and / or the control and / or regulating unit are provided to control the fuel cell unit, the supply of operating fluid via the gas inlet, the amount of operating fluid fed in via the recirculation line and / or the amount of the operating fluid fed to the fuel cell unit to control and / or regulate in such a way that coking within or by one of the operating fluids is prevented. In particular, the evaluation unit is provided to use further parameters of the fuel cell device, in particular the fuel cell unit, to evaluate the system parameter and / or the composition of the operating fluid. The further parameters are embodied, for example, as a temperature, as an electrical voltage on the fuel cell unit, in particular stack voltage, as an electrical current of the fuel cell unit and / or as a volume flow of an operating fluid. The evaluation unit is preferably used for this provided to compare the recorded control value of the system parameter with the value of the system parameter recorded via the measuring element.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine, insbesondere die vorher genannte, Auswerteeinheit umfasst, welche zu einem Auswerten der durch die Messeinheit erfassten Zusammensetzung eine maschinelle Lerneinheit umfasst. Es kann eine vorteilhaft automatisierte und genaue Steuerung der Brennstoffzelle ermöglicht werden. Es kann eine vorteilhaft umgebungs- und/oder vorrichtungsspezifische Steuerung der Brennstoffzelle erreicht werden, insbesondere da die Auswerteeinheit aus vorherigen Messungen durch die Messeinheit lernen kann. Es kann vorteilhaft eine physikalische Beschreibung aller auszuwertenden und/oder zu regelnden Prozesse entfallen, insbesondere da mittels der maschinellen Lerneinheit Zusammenhänge der berücksichtigten und zu regelnden Größen automatisch erkannt werden können. Vorzugsweise sind/ist die Auswerteeinheit und/oder die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, Werte erfasster Systemparameter und/oder Werte der weiteren Kenngrößen, insbesondere kontinuierlich, zu speichern, insbesondere in der Speichereinheit zu hinterlegen. Bevorzugt sind/ist die Auswerteeinheit, insbesondere die maschinelle Lerneinheit, dazu vorgesehen, gespeicherte und/oder hinterlegte Daten zur Auswertung des Systemparameters und/oder der Zusammensetzung des Betriebsfluids heranzuziehen. Insbesondere ist die maschinelle Lerneinheit als ein künstliches neuronales Netz, wie beispielsweise ein faltendes neuronales Netzwerk („Convolutional Neural Network“) oder als ein NARX-Netzwerk, ausgebildet. Bevorzugt sind über die Steuer- und/oder Regeleinheit und/oder die Auswerteeinheit, insbesondere die maschinelle Lerneinheit, zu regelnde Systemparameter als ein Gasausnutzungsgrad der Brennstoffzellenvorrichtung und/oder der Brennstoffzelleneinheit, als eine Rezirkulationsrate und/oder als ein Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff in einem Betriebsfluid, insbesondere innerhalb des Fluidkanals, ausgebildet. Bevorzugt ist die maschinelle Lerneinheit dazu vorgesehen, erfasste Systemparameter und/oder die weiteren Kenngrößen zur Auswertung des Systemparameters und/oder der Zusammensetzung des Betriebsfluids in Abhängigkeit von einem zu regelnden Systemparameter zu selektieren. Es ist denkbar, dass die Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere die Auswerteeinheit, einen Lernmodus umfasst, der insbesondere dazu vorgesehen ist, die maschinelle Lerneinheit in einer kontrollierten und/oder gezielt überwachten Umgebung zur Auswertung des Systemparameters und/oder der Zusammensetzung des Betriebsfluids zu trainieren. Bevorzugt ist die Steuer- und/oder Regeleinheit und/oder die maschinelle Lerneinheit dazu vorgesehen, die Brennstoffzelleneinheit und/oder eine Zufuhr von Betriebsfluiden zur Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit von dem Vergleich des über das Messelement erfassten Werts des Systemparameters mit dem Regelwert des Systemparameters zu steuern und/oder zu regeln.It is further proposed that the fuel cell device comprises at least one, in particular the aforementioned, evaluation unit which comprises a machine learning unit for evaluating the composition detected by the measuring unit. An advantageously automated and precise control of the fuel cell can be made possible. An advantageously environment-specific and / or device-specific control of the fuel cell can be achieved, in particular since the evaluation unit can learn from previous measurements by the measuring unit. A physical description of all the processes to be evaluated and / or to be regulated can advantageously be dispensed with, in particular since the machine learning unit can be used to automatically recognize the relationships between the variables that are taken into account and that are to be regulated. The evaluation unit and / or the control and / or regulating unit are / is preferably provided to store values of recorded system parameters and / or values of the further parameters, in particular continuously, in particular to store them in the memory unit. The evaluation unit, in particular the machine learning unit, is / is preferably provided to use stored and / or stored data for evaluating the system parameter and / or the composition of the operating fluid. In particular, the machine learning unit is designed as an artificial neural network, such as, for example, a convolutional neural network (“convolutional neural network”) or as a NARX network. System parameters to be regulated via the control and / or regulating unit and / or the evaluation unit, in particular the machine learning unit, are preferred as a gas utilization rate of the fuel cell device and / or the fuel cell unit, as a recirculation rate and / or as a ratio of oxygen to carbon in one Operating fluid, in particular within the fluid channel, formed. The machine learning unit is preferably provided to select recorded system parameters and / or the further parameters for evaluating the system parameter and / or the composition of the operating fluid as a function of a system parameter to be regulated. It is conceivable that the fuel cell device, in particular the evaluation unit, comprises a learning mode which is provided in particular to train the machine learning unit in a controlled and / or specifically monitored environment for evaluating the system parameters and / or the composition of the operating fluid. The control and / or regulating unit and / or the machine learning unit is preferably provided to control the fuel cell unit and / or a supply of operating fluids to the fuel cell unit as a function of the comparison of the value of the system parameter recorded via the measuring element with the regulating value of the system parameter / or to regulate.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit zumindest ein, insbesondere das oder ein zusätzliches, als Lambdasonde, insbesondere Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde, ausgebildetes Messelement umfasst, welches stromaufwärts des Fluidanschlusses angeordnet ist. Es kann eine vorteilhaft einfache Erfassung des Systemparameters ermöglicht werden. Es kann vorteilhaft eine Überwachung einer Brenngasnutzung der Brennstoffzelle und/oder einer Einhaltung eines Grenzwerts eines minimalen Verhältnisses von Sauerstoff zu Kohlenstoff im Betriebsfluid ermöglicht werden. Es kann eine vorteilhaft optimierte Steuerung der Brennstoffzelle hinsichtlich der Brenngasnutzung und/oder der Einhaltung des Grenzwerts des minimalen Verhältnisses von Sauerstoff zu Kohlenstoff im Betriebsfluid erreicht werden. Es kann eine vorteilhaft hohe Effizienz der Brennstoffzelle bei einer gleichzeitig vorteilhaft geringen Degradierung der Brennstoffzelle, insbesondere durch eine vorteilhaft optimierte Betriebsführung der Brennstoffzelle, auch bei einer wechselnden Zusammensetzung des Betriebsfluids erreicht werden. Es können ungewollte Beschädigungen, wie beispielsweise Undichtigkeiten, an einer Anode der Brennstoffzelle vorteilhaft verhindert werden. Zusätzlich ist denkbar, dass das weitere, insbesondere ein weiteres, Messelement als Lambdasonde, insbesondere Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde, ausgebildet ist und insbesondere stromabwärts des Fluideinlasses angeordnet ist. Vorzugsweise sind/ist das als Lambdasonde ausgebildete Messelement und/oder weitere Messelement dazu vorgesehen, einen Anteil an Sauerstoff in einem Betriebsfluid relativ zu einer stöchiometrischen Zusammensetzung des Betriebsfluids mittels einer Messung einer elektrischen Spannung zwischen zwei Elektroden im Betriebsfluid und einer Messung der Temperatur des Betriebsfluids zu erfassen. Vorzugsweise ist zumindest ein Messelement als eine Lambdasonde, insbesondere Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde, ausgebildet und zumindest ein weiteres Messelement als eine Lambdasonde, insbesondere Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde, ausgebildet. Bevorzugt ist die Auswerteeinheit dazu vorgesehen, mittels eines Vergleichs der über das Messelement und das weitere Messelement erfassten Werte eines Systemparameters, insbesondere des Anteils an Sauerstoff im Betriebsfluid, einen Gasausnutzungsgrad der Brennstoffzellenvorrichtung und/oder der Brennstoffzelleneinheit zu ermitteln. Vorzugsweise ist ein als Lambdasonde, insbesondere Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde, ausgebildetes Messelement in einem, insbesondere dem, Fluidkanal der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist ein als Lambdasonde, insbesondere Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde, ausgebildetes Messelement, insbesondere fluidtechnisch betrachtet, zwischen dem Reformer und der Brennstoffzelleneinheit angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass ein, insbesondere das oder ein zusätzliches, als Lambdasonde, insbesondere Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde, ausgebildetes Messelement in der Rezirkulationsleitung angeordnet ist. Vorzugsweise ist ein als Lambdasonde, insbesondere Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde, ausgebildetes weiteres Messelement in einem, insbesondere dem, weiteren Fluidkanal der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist ein als Lambdasonde, insbesondere Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde, ausgebildetes weiteres Messelement, insbesondere fluidtechnisch betrachtet, zwischen der Brennstoffzelleneinheit und der Rezirkulationsleitung angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass ein, insbesondere das oder ein zusätzliches, als Lambdasonde, insbesondere Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde, ausgebildetes weiteres Messelement in der Rezirkulationsleitung und/oder, insbesondere fluidtechnisch betrachtet, zwischen der Rezirkulationsleitung und/oder der Brennstoffzelleneinheit und einem Brenner der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet ist. Insbesondere ist ein als Sprung-Lambdasonde und/oder als Breitband-Lambdasonde ausgebildetes Messelement als eine, insbesondere kommerziell verfügbare, Sonde aus der Kraftfahrzeugtechnik ausgebildet.In addition, it is proposed that the measuring unit comprises at least one, in particular the or an additional measuring element designed as a lambda probe, in particular broadband lambda probe and / or jump lambda probe, which is arranged upstream of the fluid connection. An advantageously simple detection of the system parameter can be made possible. It can advantageously be possible to monitor the fuel gas usage of the fuel cell and / or to comply with a limit value of a minimum ratio of oxygen to carbon in the operating fluid. An advantageously optimized control of the fuel cell with regard to the use of fuel gas and / or compliance with the limit value of the minimum ratio of oxygen to carbon in the operating fluid can be achieved. An advantageously high efficiency of the fuel cell can be achieved with a simultaneously advantageously low degradation of the fuel cell, in particular through an advantageously optimized operational management of the fuel cell, even with a changing composition of the operating fluid. Unintentional damage, such as, for example, leaks, to an anode of the fuel cell can advantageously be prevented. In addition, it is conceivable that the further, in particular a further, measuring element is designed as a lambda probe, in particular broadband lambda probe and / or jump lambda probe, and is in particular arranged downstream of the fluid inlet. The measuring element designed as a lambda probe and / or further measuring element are / is preferably provided to add a proportion of oxygen in an operating fluid relative to a stoichiometric composition of the operating fluid by measuring an electrical voltage between two electrodes in the operating fluid and by measuring the temperature of the operating fluid capture. At least one measuring element is preferably designed as a lambda probe, in particular broadband lambda probe and / or jump lambda probe, and at least one further measuring element is designed as a lambda probe, in particular broadband lambda probe and / or jump lambda probe. The evaluation unit is preferably provided to determine a gas utilization rate of the fuel cell device and / or the fuel cell unit by comparing the values of a system parameter recorded via the measuring element and the further measuring element, in particular the proportion of oxygen in the operating fluid. A measuring element designed as a lambda probe, in particular broadband lambda probe and / or jump lambda probe, is preferably in one, in particular the, Fluid channel of the fuel cell device arranged. A measuring element embodied as a lambda probe, in particular broadband lambda probe and / or jump lambda probe, in particular from a fluid technology perspective, is preferably arranged between the reformer and the fuel cell unit. However, it is also conceivable that one, in particular that or an additional measuring element designed as a lambda probe, in particular broadband lambda probe and / or jump lambda probe, is arranged in the recirculation line. A further measuring element embodied as a lambda probe, in particular broadband lambda probe and / or jump lambda probe, is preferably arranged in one, in particular the, further fluid channel of the fuel cell device. A further measuring element embodied as a lambda probe, in particular broadband lambda probe and / or jump lambda probe, in particular from a fluid technology point of view, is preferably arranged between the fuel cell unit and the recirculation line. However, it is also conceivable that one, in particular that or an additional, further measuring element designed as a lambda probe, in particular broadband lambda probe and / or jump lambda probe, in the recirculation line and / or, in particular from a fluidic point of view, between the recirculation line and / or the Fuel cell unit and a burner of the fuel cell device is arranged. In particular, a measuring element embodied as a jump lambda probe and / or as a broadband lambda probe is embodied as a, in particular commercially available, probe from motor vehicle technology.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit zumindest ein, insbesondere das oder ein zusätzliches, als Stickoxidsensor ausgebildetes Messelement umfasst, welches stromaufwärts des Fluidanschlusses angeordnet ist. Es kann eine vorteilhaft einfache Erfassung des Systemparameters ermöglicht werden. Es kann vorteilhaft eine Bestimmung eines Verhältnisses von Sauerstoff zu Kohlenstoff im Betriebsfluid direkt im Betriebsfluid ermöglicht werden. Es kann eine vorteilhaft einfache Steuerung der Brennstoffzellenvorrichtung in Abhängigkeit des Verhältnisses von Sauerstoff zu Kohlenstoff im Betriebsfluid erreicht werden. Es kann vorteilhaft eine Überwachung eines Anodenpfades einer Brennstoffzelle beispielsweise hinsichtlich einer Kohlenstoffablagerungsgrenze im Betriebsfluid ermöglicht werden, wodurch insbesondere Kohlenstoffablagerungen vorteilhaft verhindert werden können. Es kann eine Einhaltung von vorgegebenen Grenzwerten für ein minimales Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff im Betriebsfluid vorteilhaft unabhängig von einer Zusammensetzung des Betriebsfluids erreicht werden. Es kann eine ungewollte Verkokung innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere der Brennstoffzelle, vorteilhaft verhindert werden, beispielsweise durch eine Einstellung eines vorteilhaft geringen Verhältnisses von Sauerstoff zu Kohlenstoff im Betriebsfluid bei einer erfassten schwankenden Zusammensetzung des Betriebsfluids. Es kann eine vorteilhaft hohe Effizienz der Brennstoffzelle bei einer gleichzeitig vorteilhaft geringen Degradierung der Brennstoffzelle erreicht werden, insbesondere durch eine vorteilhaft optimierte Betriebsführung der Brennstoffzelle, auch bei einer wechselnden Zusammensetzung des Betriebsfluids. Zusätzlich ist denkbar, dass das weitere, insbesondere ein weiteres, Messelement als Stickoxidsensor ausgebildet ist und insbesondere stromabwärts des Fluideinlasses angeordnet ist. Vorzugsweise sind/ist das als Stickoxidsensor ausgebildete Messelement und/oder weitere Messelement dazu vorgesehen, mittels zwei, insbesondere fluidtechnisch, hintereinander geschalteten Sauerstoff-Pumpzellen im Betriebsfluid enthaltenen einfach gebundenen Sauerstoff, insbesondere im Wesentlichen H2O und CO2, und in Kohlenstoffmonoxiden im Betriebsfluid gebundenen Sauerstoff getrennt zu erfassen, wobei insbesondere eine Gesamtmenge an gebundenem Sauerstoff und sauerstoffführenden Spezies, insbesondere CO, H2O und CO2, im Betriebsfluid ermittelt wird. Insbesondere sind die zwei Sauerstoff-Pumpzellen jeweils über eine Diffusionsbarriere, insbesondere fluidtechnisch, voneinander und von einem das Betriebsfluid führenden Fluidkanal der Brennstoffzellenvorrichtung getrennt ausgebildet. Vorzugsweise ist ein als Stickoxidsensor ausgebildetes Messelement in einem, insbesondere dem, Fluidkanal der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist ein als Stickoxidsensor ausgebildetes Messelement, insbesondere fluidtechnisch betrachtet, zwischen dem Reformer und der Brennstoffzelleneinheit angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass ein, insbesondere das oder ein zusätzliches, als Stickoxidsensor ausgebildetes Messelement in der Rezirkulationsleitung angeordnet ist. Vorzugsweise ist ein als Stickoxidsensor ausgebildetes weiteres Messelement in einem, insbesondere dem, weiteren Fluidkanal der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist ein als Stickoxidsensor ausgebildetes weiteres Messelement, insbesondere fluidtechnisch betrachtet, zwischen der Brennstoffzelleneinheit und der Rezirkulationsleitung angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass ein, insbesondere das oder ein zusätzliches, als Stickoxidsensor ausgebildetes weiteres Messelement in der Rezirkulationsleitung und/oder, insbesondere fluidtechnisch betrachtet, zwischen der Rezirkulationsleitung und/oder der Brennstoffzelleneinheit und einem Brenner der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet ist. Besonders bevorzugt umfasst die Messeinheit zumindest ein als Stickoxidsensor ausgebildetes Messelement und zumindest ein als Stickoxidsensor ausgebildetes weiteres Messelement. Bevorzugterweise ist das als Stickoxidsensor ausgebildete Messelement dazu vorgesehen, mittels eines Vergleichs von Pumpströmen der zwei Sauerstoff-Pumpzellen des Messelements eine Sauerstoffkonzentration, insbesondere einen Sauerstoff-Molenstrom, des Betriebsfluids im Fluidkanal zu ermitteln. Vorzugsweise ist das als Stickoxidsensor ausgebildete weitere Messelement dazu vorgesehen, mittels einer Erfassung eines Pumpstromes einer zweiten der zwei Sauerstoff-Pumpzellen des weiteren Messelements eine Kohlenstoffkonzentration, insbesondere einen Kohlenstoff-Molenstrom, des Betriebsfluids im weiteren Fluidkanal zu ermitteln. Insbesondere ist die Auswerteeinheit dazu vorgesehen, mittels der über das Messelement ermittelten Sauerstoffkonzentration, insbesondere des Sauerstoff-Molenstroms, des Betriebsfluids im Fluidkanal und der über das weitere Messelement ermittelten Kohlenstoffkonzentration, insbesondere des Kohlenstoff-Molenstroms, des Betriebsfluids im weiteren Fluidkanal ein Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff des Betriebsfluids im Fluidkanal zu ermitteln, wobei insbesondere eine Kohlenstoffkonzentration, insbesondere ein Kohlenstoff-Molenstrom, des Betriebsfluids im Fluidkanal der Kohlenstoffkonzentration, insbesondere dem Kohlenstoff-Molenstrom, des Betriebsfluids im weiteren Fluidkanal entspricht. Zusätzlich ist denkbar, dass die Auswerteeinheit dazu vorgesehen ist, insbesondere mittels eines Vergleichs der über das Messelement ermittelten Sauerstoffkonzentration, insbesondere des Sauerstoff-Molenstroms, des Betriebsfluids im Fluidkanal und einer über das weitere Messelement ermittelten Sauerstoffkonzentration, insbesondere eines Sauerstoff-Molenstroms, des Betriebsfluids im weiteren Fluidkanal, ein Rezirkulationsverhältnis der Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere der Brennstoffzelleneinheit, zu ermitteln. Bevorzugt sind/ist die Steuer- und/oder Regeleinheit und/oder die Auswerteeinheit, insbesondere die maschinelle Lerneinheit, dazu vorgesehen, in Abhängigkeit von dem ermittelten Rezirkulationsverhältnis eine Menge eines durch die Rezirkulationsleitung geführten Betriebsfluids zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit dazu vorgesehen, insbesondere mittels des Messelements, des weiteren Messelements und einem mittels der Messeinheit erfassten Stack-Strom der Brennstoffzelleneinheit, eine Sauerstoff-Leckage innerhalb der Brennstoffzelleneinheit zu erfassen. Bevorzugt ist die Auswerteeinheit dazu vorgesehen, zur Erfassung einer Sauerstoff-Leckage innerhalb der Brennstoffzelleneinheit ein über den Stack-Strom berechneten Sauerstoffumsatz der Brennstoffzelleneinheit mit einer Differenz der über das Messelement und das weitere Messelement erfassten Sauerstoffkonzentrationen des Betriebsfluids im Fluidkanal und/oder in dem weiteren Fluidkanal zu vergleichen, wobei insbesondere bei einer Überschreitung des berechneten Sauerstoffumsatzes durch die Differenz der Sauerstoffkonzentrationen eine Sauerstoff-Leckage erfasst wird. Es ist denkbar, dass ein als Stickoxidsensor ausgebildetes Messelement als eine, insbesondere kommerziell verfügbare, Sonde aus der Kraftfahrzeugtechnik ausgebildet ist.It is further proposed that the measuring unit comprises at least one, in particular the or one additional measuring element designed as a nitrogen oxide sensor, which is arranged upstream of the fluid connection. An advantageously simple detection of the system parameter can be made possible. A determination of a ratio of oxygen to carbon in the operating fluid can advantageously be made possible directly in the operating fluid. An advantageously simple control of the fuel cell device as a function of the ratio of oxygen to carbon in the operating fluid can be achieved. It can advantageously be possible to monitor an anode path of a fuel cell, for example with regard to a carbon deposition limit in the operating fluid, whereby in particular carbon deposits can advantageously be prevented. Adherence to predetermined limit values for a minimum ratio of oxygen to carbon in the operating fluid can advantageously be achieved independently of a composition of the operating fluid. Unwanted coking within the fuel cell device, in particular the fuel cell, can advantageously be prevented, for example by setting an advantageously low ratio of oxygen to carbon in the operating fluid with a detected fluctuating composition of the operating fluid. An advantageously high efficiency of the fuel cell can be achieved with a simultaneously advantageously low degradation of the fuel cell, in particular through an advantageously optimized operational management of the fuel cell, even with a changing composition of the operating fluid. In addition, it is conceivable that the further, in particular a further, measuring element is designed as a nitrogen oxide sensor and is in particular arranged downstream of the fluid inlet. The measuring element designed as a nitrogen oxide sensor and / or further measuring element are / is preferably provided to use two oxygen pump cells connected in series, in particular fluidly, to simply bound oxygen contained in the operating fluid, in particular essentially H 2 O and CO 2 , and in carbon monoxides in the operating fluid to detect bound oxygen separately, in particular a total amount of bound oxygen and oxygen-carrying species, in particular CO, H 2 O and CO 2 , is determined in the operating fluid. In particular, the two oxygen pump cells are each designed to be separated from one another and from a fluid channel of the fuel cell device that carries the operating fluid via a diffusion barrier, in particular in terms of fluid technology. A measuring element designed as a nitrogen oxide sensor is preferably arranged in one, in particular the, fluid channel of the fuel cell device. A measuring element designed as a nitrogen oxide sensor is preferably arranged between the reformer and the fuel cell unit, in particular from a fluid technology point of view. However, it is also conceivable that a, in particular the or an additional measuring element designed as a nitrogen oxide sensor is arranged in the recirculation line. A further measuring element designed as a nitrogen oxide sensor is preferably arranged in a, in particular the, further fluid channel of the fuel cell device. A further measuring element designed as a nitrogen oxide sensor is preferably arranged between the fuel cell unit and the recirculation line, in particular from a fluid technology perspective. However, it is also conceivable that a further measuring element, in particular the one or an additional measuring element designed as a nitrogen oxide sensor, is arranged in the recirculation line and / or, in particular from a fluidic point of view, between the recirculation line and / or the fuel cell unit and a burner of the fuel cell device. The measuring unit particularly preferably comprises at least one measuring element designed as a nitrogen oxide sensor and at least one further measuring element designed as a nitrogen oxide sensor. The measuring element designed as a nitrogen oxide sensor is preferably provided for the purpose of comparing pump currents of the two Oxygen pump cells of the measuring element to determine an oxygen concentration, in particular a molar flow of oxygen, of the operating fluid in the fluid channel. The further measuring element designed as a nitrogen oxide sensor is preferably provided to determine a carbon concentration, in particular a molar flow of carbon, of the operating fluid in the further fluid channel by detecting a pump current of a second of the two oxygen pump cells of the further measuring element. In particular, the evaluation unit is intended to use the oxygen concentration determined via the measuring element, in particular the oxygen molar flow, of the operating fluid in the fluid channel and the carbon concentration determined via the further measuring element, in particular the carbon molar flow, to assign a ratio of oxygen to the operating fluid in the further fluid channel To determine the carbon of the operating fluid in the fluid channel, wherein in particular a carbon concentration, in particular a molar flow of carbon, of the operating fluid in the fluid channel corresponds to the carbon concentration, in particular the molar flow of carbon, of the operating fluid in the further fluid channel. In addition, it is conceivable that the evaluation unit is provided, in particular by means of a comparison of the oxygen concentration determined via the measuring element, in particular the oxygen molar flow, of the operating fluid in the fluid channel and an oxygen concentration determined via the further measuring element, in particular an oxygen molar flow, of the operating fluid in the further fluid channel to determine a recirculation ratio of the fuel cell device, in particular the fuel cell unit. The control and / or regulating unit and / or the evaluation unit, in particular the machine learning unit, are / is preferably provided to control and / or regulate an amount of an operating fluid guided through the recirculation line as a function of the determined recirculation ratio. The evaluation unit is preferably provided to detect an oxygen leak within the fuel cell unit, in particular by means of the measuring element, the further measuring element and a stack current of the fuel cell unit detected by means of the measuring unit. Preferably, the evaluation unit is provided to detect an oxygen leakage within the fuel cell unit, an oxygen conversion of the fuel cell unit, calculated using the stack current, with a difference between the oxygen concentrations of the operating fluid in the fluid channel and / or in the further fluid channel detected by the measuring element and the further measuring element to compare, in particular when the calculated oxygen conversion is exceeded due to the difference in oxygen concentrations, an oxygen leak is detected. It is conceivable that a measuring element embodied as a nitrogen oxide sensor is embodied as a, in particular commercially available, probe from motor vehicle technology.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit zumindest ein, insbesondere das oder ein zusätzliches, als Partikelsensor ausgebildetes Messelement umfasst, welches stromaufwärts des Fluidanschlusses angeordnet ist. Es kann eine vorteilhaft einfache Erfassung des Systemparameters ermöglicht werden. Es kann eine vorteilhaft einfache und genaue Überwachung eines Anodenpfades der Brennstoffzellenvorrichtung erreicht werden, insbesondere hinsichtlich einer frühzeitigen Detektion eines Unterschreitens eines Grenzwerts für Kohlenstoffablagerungen innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung. Es kann eine Einhaltung von vorgegebenen Grenzwerten für ein minimales Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff im Betriebsfluid vorteilhaft unabhängig von einer Zusammensetzung des Betriebsfluids ermöglicht werden. Es kann eine ungewollte Verkokung innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere der Brennstoffzelle, vorteilhaft verhindert werden, beispielsweise durch eine Einstellung eines vorteilhaft geringen Verhältnisses von Sauerstoff zu Kohlenstoff im Betriebsfluid bei einer erfassten schwankenden Zusammensetzung des Betriebsfluids. Es kann eine vorteilhaft hohe Effizienz der Brennstoffzelle bei einer gleichzeitig vorteilhaft geringen Degradierung der Brennstoffzelle erreicht werden, insbesondere durch eine vorteilhaft optimierte Betriebsführung der Brennstoffzelle, auch bei einer wechselnden Zusammensetzung des Betriebsfluids. Es ist denkbar, dass das weitere, insbesondere ein weiteres, Messelement als Partikelsensor ausgebildet ist und insbesondere stromabwärts des Fluidanschlusses angeordnet ist. Vorzugsweise sind/ist das als Partikelsensor ausgebildete Messelement und/oder das als Partikelsensor ausgebildete weitere Messelement dazu vorgesehen, mittels einer Messung einer elektrischen Spannung zwischen zwei in einem der Betriebsfluide angeordnete Elektroden eine Partikelkonzentration, insbesondere Kohlenstoffkonzentration, des Betriebsfluids zu erfassen. Insbesondere ist ein als Partikelsensor ausgebildetes Messelement dazu vorgesehen, zu einer Regeneration der Elektroden und/oder einer Entfernung von Partikelrückständen von den Elektroden mittels eines Heizelements der Messeinheit erwärmt zu werden, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 500°C, vorzugsweise mindestens 600°C und bevorzugt mindestens 700°C. Vorzugsweise ist ein als Partikelsensor ausgebildetes Messelement in einem, insbesondere dem, Fluidkanal der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist ein als Partikelsensor ausgebildetes Messelement, insbesondere fluidtechnisch betrachtet, zwischen dem Gaseinlass und dem Reformer und/oder zwischen dem Reformer und der Brennstoffzelleneinheit angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass ein, insbesondere das oder ein zusätzliches, als Partikelsensor ausgebildetes Messelement in der Rezirkulationsleitung angeordnet ist. Es ist denkbar, dass ein als Partikelsensor ausgebildetes weiteres Messelement stromabwärts des Fluidanschlusses, insbesondere im weiteren Fluidkanal, angeordnet ist. Es ist denkbar, dass ein als Partikelsensor ausgebildetes Messelement als eine, insbesondere kommerziell verfügbare, Sonde aus der Kraftfahrzeugtechnik ausgebildet ist. Furthermore, it is proposed that the measuring unit comprises at least one, in particular the or an additional measuring element designed as a particle sensor, which is arranged upstream of the fluid connection. An advantageously simple detection of the system parameter can be made possible. An advantageously simple and precise monitoring of an anode path of the fuel cell device can be achieved, in particular with regard to an early detection of an undershooting of a limit value for carbon deposits within the fuel cell device. Adherence to predetermined limit values for a minimum ratio of oxygen to carbon in the operating fluid can advantageously be made possible independently of a composition of the operating fluid. Unwanted coking within the fuel cell device, in particular the fuel cell, can advantageously be prevented, for example by setting an advantageously low ratio of oxygen to carbon in the operating fluid with a detected fluctuating composition of the operating fluid. An advantageously high efficiency of the fuel cell can be achieved with a simultaneously advantageously low degradation of the fuel cell, in particular through an advantageously optimized operational management of the fuel cell, even with a changing composition of the operating fluid. It is conceivable that the further, in particular a further, measuring element is designed as a particle sensor and is in particular arranged downstream of the fluid connection. The measuring element designed as a particle sensor and / or the further measuring element designed as a particle sensor are / is preferably provided to detect a particle concentration, in particular a carbon concentration, of the operating fluid by measuring an electrical voltage between two electrodes arranged in one of the operating fluids. In particular, a measuring element designed as a particle sensor is intended to be heated by means of a heating element of the measuring unit for regeneration of the electrodes and / or removal of particle residues from the electrodes, preferably to a temperature of at least 500 ° C, preferably at least 600 ° C and preferably at least 700 ° C. A measuring element designed as a particle sensor is preferably arranged in one, in particular the, fluid channel of the fuel cell device. A measuring element designed as a particle sensor is preferably arranged, in particular in terms of fluid technology, between the gas inlet and the reformer and / or between the reformer and the fuel cell unit. However, it is also conceivable that one, in particular that or an additional one, is used as a particle sensor formed measuring element is arranged in the recirculation line. It is conceivable that a further measuring element designed as a particle sensor is arranged downstream of the fluid connection, in particular in the further fluid channel. It is conceivable that a measuring element embodied as a particle sensor is embodied as a, in particular commercially available, probe from motor vehicle technology.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit zumindest ein, insbesondere das oder ein zusätzliches, als Brennstoffzelle ausgebildetes Messelement umfasst, welches stromaufwärts des Fluidanschlusses angeordnet ist. Anhand des als Brennstoffzelle ausgebildeten Messelements kann mittels einer Messung eines elektrischen Widerstands der Brennstoffzelle auf eine Degradierung der Brennstoffzelleneinheit zurückgeschlossen werden. Es können vorteilhaft geringe Herstellungskosten erreicht werden, insbesondere da durch das als Brennstoffzelle ausgebildete Messelement Materialeinsparungen an einer Elektrode der Brennstoffzelleneinheit, wie beispielsweise eine Reduzierung von als Katalysator verwendetem Platin, vorgenommen werden können. Es ist denkbar, dass das weitere, insbesondere ein weiteres, Messelement als Brennstoffzelle ausgebildet ist und insbesondere stromabwärts des Fluidanschlusses angeordnet ist. Vorzugsweise sind/ist das Messelement und/oder das weitere Messelement als eine Feststoffoxidbrennstoffzelle ausgebildet. Vorzugsweise sind/ist das Messelement und/oder das weitere Messelement als eine Brennstoffzelle ausgebildet, die zumindest im Wesentlichen baugleich zur Brennstoffzelleneinheit ausgebildet ist. Bevorzugt sind/ist ein als Brennstoffzelle ausgebildetes Messelement und/oder weiteres Messelement dazu vorgesehen, eine Sauerstoffkonzentration eines der Betriebsfluide zu erfassen. Insbesondere sind/ist ein als Brennstoffzelle ausgebildetes Messelement und/oder weiteres Messelement dazu vorgesehen, zu einer Erfassung der Sauerstoffkonzentration eines Betriebsfluids in einem stromlosen Zustand betrieben zu werden, wobei insbesondere ein Stack-Strom des als Brennstoffzelle ausgebildeten Messelements zumindest im Wesentlichen null ist. Bevorzugt sind/ist ein als Brennstoffzelle ausgebildetes Messelement und/oder weiteres Messelement dazu vorgesehen, mittels einer Messung einer elektrischen Spannung an Elektroden der Brennstoffzelle die Sauerstoffkonzentration des durch die Brennstoffzelle strömenden Betriebsfluids zu erfassen. insbesondere ist die Ausgestaltung des Messelements und/oder des weiteren Messelements als Brennstoffzelle als eine alternative Ausgestaltung zu der Ausgestaltung des Messelements und/oder des weiteren Messelements als Lambdasonde, insbesondere Sprunglambdasonde, ausgebildet.In addition, it is proposed that the measuring unit comprises at least one, in particular the or an additional measuring element designed as a fuel cell, which is arranged upstream of the fluid connection. On the basis of the measuring element designed as a fuel cell, it is possible to infer a degradation of the fuel cell unit by measuring an electrical resistance of the fuel cell. Advantageously, low production costs can be achieved, in particular since the measuring element embodied as a fuel cell enables material savings to be made on an electrode of the fuel cell unit, such as, for example, a reduction in platinum used as a catalyst. It is conceivable that the further, in particular a further, measuring element is designed as a fuel cell and is in particular arranged downstream of the fluid connection. The measuring element and / or the further measuring element are / is preferably designed as a solid oxide fuel cell. Preferably, the measuring element and / or the further measuring element are / is designed as a fuel cell, which is at least substantially identical in construction to the fuel cell unit. Preferably, a measuring element designed as a fuel cell and / or a further measuring element are / is provided to detect an oxygen concentration of one of the operating fluids. In particular, a measuring element designed as a fuel cell and / or further measuring element are / is provided to be operated to detect the oxygen concentration of an operating fluid in a currentless state, in particular a stack current of the measuring element designed as a fuel cell being at least essentially zero. A measuring element designed as a fuel cell and / or a further measuring element is / is preferably provided to detect the oxygen concentration of the operating fluid flowing through the fuel cell by measuring an electrical voltage at electrodes of the fuel cell. In particular, the configuration of the measuring element and / or the further measuring element as a fuel cell is designed as an alternative configuration to the configuration of the measuring element and / or the further measuring element as a lambda probe, in particular a jump lambda probe.

Außerdem wird ein Verfahren zur Erfassung zumindest eines auf einer chemischen Zusammensetzung zumindest eines der Betriebsfluide beruhenden Systemparameters mittels einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung vorgeschlagen. Vorzugsweise ist das Verfahren dazu vorgesehen, die Brennstoffzelleneinheit, eine Zufuhr von Betriebsfluid über den Gaseinlass, eine Menge an über die Rezirkulationsleitung eingespeisten Betriebsfluids, eine Menge an der Brennstoffzelleneinheit zugeführten Betriebsfluids, insbesondere Luft, o. dgl. in Abhängigkeit von dem Systemparameter und/oder der Zusammensetzung eines Betriebsfluids zu steuern und/oder zu regeln.In addition, a method is proposed for detecting at least one system parameter based on a chemical composition of at least one of the operating fluids by means of a fuel cell device according to the invention. The method is preferably provided for the fuel cell unit, a supply of operating fluid via the gas inlet, an amount of operating fluids supplied via the recirculation line, an amount of operating fluids supplied to the fuel cell unit, in particular air, or the like, depending on the system parameters and / or to control and / or regulate the composition of an operating fluid.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens kann eine vorteilhaft einfache und genaue Überwachung eines Betriebsfluids vor einem Zuführen in eine Brennstoffzelle ermöglicht werden. Es kann vorteilhaft eine Überwachung eines Anodenpfades einer Brennstoffzelle beispielsweise hinsichtlich einer Kohlenstoffablagerungsgrenze im Betriebsfluid ermöglicht werden, wodurch insbesondere Kohlenstoffablagerungen vorteilhaft verhindert werden können. Es kann vorteilhaft eine Zusammensetzung des Betriebsfluids überwacht werden. Es kann eine vorteilhaft optimierte Betriebsführung einer Brennstoffzelle ermöglicht werden, insbesondere hinsichtlich einer Zusammensetzung des Betriebsfluids und/oder einer Gasausnutzung der Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondereder Brennstoffzelle. Es können ungewollte Beschädigungen der Brennstoffzelle, insbesondere einer Anode der Brennstoffzelle, durch eine falsche Zusammensetzung des Betriebsfluids vorteilhaft verhindert werden.The configuration of the method according to the invention enables an advantageously simple and precise monitoring of an operating fluid before it is fed into a fuel cell. It can advantageously be possible to monitor an anode path of a fuel cell, for example with regard to a carbon deposition limit in the operating fluid, whereby in particular carbon deposits can advantageously be prevented. A composition of the operating fluid can advantageously be monitored. An advantageously optimized operational management of a fuel cell can be made possible, in particular with regard to a composition of the operating fluid and / or a gas utilization of the fuel cell device, in particular the fuel cell. Unintentional damage to the fuel cell, in particular an anode of the fuel cell, due to an incorrect composition of the operating fluid can advantageously be prevented.

Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können/kann die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.The fuel cell device according to the invention and / or the method according to the invention should / should not be restricted to the application and embodiment described above. In particular, the fuel cell device according to the invention and / or the method according to the invention can have a number of individual elements, components and units as well as method steps that differs from a number of individual elements, components and units as well as method steps mentioned herein. In addition, in the case of the value ranges specified in this disclosure, values lying within the stated limits should also be deemed disclosed and can be used in any way.

FigurenlisteFigure list

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawings. Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung zumindest eines auf einer chemischen Zusammensetzung zumindest eines der Betriebsfluide beruhenden Systemparameters,
  • 2 eine schematische Darstellung von beispielhaften Messungen eines Verhältnisses von vorhandenen Sauerstoff-Atomen zu einer maximal möglichen Menge an Sauerstoff-Atomen bei einer vollständigen Reaktion von Sauerstoff-Reaktanden zu einem stöchiometrischen Gemisch, ausgedrückt als ein Sauerstoff-Potential, in einem Gasstrom der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung an drei verschiedenen Messpunkten,
  • 3 eine schematische Darstellung eines Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens und
  • 4 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Messeinheit, die, insbesondere lediglich, zwei Messpunkte zur Erfassung von Systemparametern aufweist.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a fuel cell device according to the invention for carrying out a method according to the invention for detecting at least one system parameter based on a chemical composition of at least one of the operating fluids,
  • 2 a schematic representation of exemplary measurements of a ratio of oxygen atoms present to a maximum possible amount of oxygen atoms in a complete reaction of oxygen reactants to a stoichiometric mixture, expressed as an oxygen potential, in a gas flow of the fuel cell device according to the invention at three different measuring points,
  • 3 a schematic representation of a sequence of the method according to the invention and
  • 4th a schematic representation of an alternative embodiment of a fuel cell device according to the invention with a measuring unit which, in particular, only has two measuring points for detecting system parameters.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

In 1 ist ein schematischer Aufbau einer Brennstoffzellenvorrichtung 10a zur Handhabung von Betriebsfluiden einer Brennstoffzelleneinheit 11a der Brennstoffzellenvorrichtung 10a gezeigt. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a ist als eine Festoxidbrennstoffzellenvorrichtung ausgebildet. Die Brennstoffzelleneinheit 11a ist als eine Festoxidbrennstoffzelle ausgebildet. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a umfasst die Brennstoffzelleneinheit 11a, einen Gaseinlass 12a zu einem Einlassen eines als Erdgas ausgebildeten Betriebsfluids, einen Reformer 14a zu einer Reformierung des Erdgases in Wasserstoff, einen Brenner 16a zu einem Verbrennen eines Abgases der Brennstoffzelleneinheit 11a und eine Rezirkulationsleitung 18a zu einem zumindest teilweisen Zurückführen eines Abgasstroms der Brennstoffzelleneinheit 11a zu dem Reformer 14a. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a umfasst eine Vielzahl von Kanalelementen 20a, 22a, 24a, 26a zur Leitung der Betriebsfluide. Die Kanalelemente 20a, 22a, 24a, 26a begrenzen Fluidkanäle, durch welche die Betriebsfluide strömen. Der Reformer 14a ist dazu vorgesehen, insbesondere mittels einer Reformierungsmethode wie beispielsweise Dampfreformierung, partieller Oxidation, Reformierung mit Luft und Wasserdampf o. dgl., Wasserstoff und/oder ein wasserstoffreiches Gasgemisch, insbesondere mit Kohlenstoffmonoxid und/oder Methan als weitere brennbare Bestandteile, aus dem als Erdgas ausgebildeten Betriebsfluid zu erzeugen. Die Brennstoffzelleneinheit 11a umfasst eine Anode 27a, ein Elektrolyt 28a und eine Kathode 29a. Die Brennstoffzelleneinheit 11a umfasst einen als Fluideinlass ausgebildeten brennstoffelektrodenseitigen Fluidanschluss 30a, der insbesondere an der Anode 27a angeordnet ist. Die Brennstoffzelleneinheit 11a umfasst einen als Fluidauslass ausgebildeten brennstoffelektrodenseitigen weiteren Fluidanschluss 32a, der insbesondere an der Anode 27a angeordnet ist. Die Brennstoffzelleneinheit 11a, insbesondere die Anode 27a, ist über den Fluidanschluss 30a fluidtechnisch mit dem Reformer 14a verbunden, wobei eine Strömungsrichtung 34a des Betriebsfluids von dem Reformer 14a zu dem Fluidanschluss 30a der Brennstoffzelleneinheit 11a, insbesondere der Anode 27a, ausgerichtet ist. Die Strömungsrichtung 34a verläuft innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung 10a zumindest im Wesentlichen entlang der Kanalelemente 20a, 22a, 24a, 26a und ist insbesondere jeweils als eine Richtung ausgebildet, in die ein Betriebsfluid strömt. Die Brennstoffzelleneinheit 11a, insbesondere die Anode 27a, ist über den weiteren Fluidanschluss 32a fluidtechnisch mit dem Brenner 16a verbunden, wobei die Strömungsrichtung 34a des Betriebsfluids von dem Fluidanschluss 30a, und/oder von dem weiteren Fluidanschluss 32a zu dem Brenner 16a ausgerichtet ist. Die Rezirkulationsleitung 18a erstreckt sich von einem, den weiteren Fluidanschluss 32a und den Brenner 16a verbindenden Kanalelement 24a, 26a der Vielzahl von Kanalelementen 20a, 22a, 24a, 26a zu einem, den Gaseinlass 12a und den Reformer 14a verbindenden anderen Kanalelement 20a der Vielzahl von Kanalelementen 20a, 22a, 24a, 26a. Die Rezirkulationsleitung 18a speist eines der Betriebsfluide, insbesondere den Abgasstrom und/oder den Anodenabgasstrom, stromaufwärts des Fluidanschlusses 30a, insbesondere in das Kanalelement 20a, ein. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a umfasst einen weiteren Fluideinlass 36a, der zu einer Zuleitung von einem als Luft ausgebildeten Betriebsfluid an die Brennstoffzelleneinheit 11a, insbesondere die Kathode 29a, vorgesehen ist. Eine Abluft der Brennstoffzelleneinheit 11a, insbesondere der Kathode 29a, wird an den Brenner 16a abgeführt und ist insbesondere getrennt von der Rezirkulationsleitung 18a geführt ausgebildet.In 1 Fig. 13 is a schematic structure of a fuel cell device 10a for handling operating fluids of a fuel cell unit 11a the fuel cell device 10a shown. The fuel cell device 10a is configured as a solid oxide fuel cell device. The fuel cell unit 11a is designed as a solid oxide fuel cell. The fuel cell device 10a includes the fuel cell unit 11a , a gas inlet 12a for admitting an operating fluid designed as natural gas, a reformer 14a to reform the natural gas into hydrogen, a burner 16a for burning an exhaust gas of the fuel cell unit 11a and a recirculation line 18a for at least partial recirculation of an exhaust gas flow from the fuel cell unit 11a to the reformer 14a . The fuel cell device 10a comprises a plurality of channel elements 20a , 22a , 24a , 26a for conducting the operating fluids. The channel elements 20a , 22a , 24a , 26a limit fluid channels through which the operating fluids flow. The reformer 14a is provided for this purpose, in particular by means of a reforming method such as steam reforming, partial oxidation, reforming with air and water vapor or the like, hydrogen and / or a hydrogen-rich gas mixture, in particular with carbon monoxide and / or methane as further combustible components, from which formed as natural gas Generate operating fluid. The fuel cell unit 11a includes an anode 27a , an electrolyte 28a and a cathode 29a . The fuel cell unit 11a comprises a fluid connection designed as a fluid inlet on the fuel electrode side 30a , in particular at the anode 27a is arranged. The fuel cell unit 11a comprises a further fluid connection on the fuel electrode side designed as a fluid outlet 32a , in particular at the anode 27a is arranged. The fuel cell unit 11a , especially the anode 27a , is via the fluid connection 30a fluidly with the reformer 14a connected, one direction of flow 34a of the operating fluid from the reformer 14a to the fluid connection 30a the fuel cell unit 11a , especially the anode 27a , is aligned. The direction of flow 34a runs within the fuel cell device 10a at least substantially along the channel elements 20a , 22a , 24a , 26a and is in particular designed as a direction in which an operating fluid flows. The fuel cell unit 11a , especially the anode 27a , is via the further fluid connection 32a fluidly with the burner 16a connected, with the direction of flow 34a of the operating fluid from the fluid connection 30a , and / or from the further fluid connection 32a to the burner 16a is aligned. The recirculation line 18a extends from one, the further fluid connection 32a and the burner 16a connecting channel element 24a , 26a the multitude of channel elements 20a , 22a , 24a , 26a to one, the gas inlet 12a and the reformer 14a connecting other channel element 20a the multitude of channel elements 20a , 22a , 24a , 26a . The recirculation line 18a feeds one of the operating fluids, in particular the exhaust gas flow and / or the anode exhaust gas flow, upstream of the fluid connection 30a , especially in the channel element 20a , a. The fuel cell device 10a includes another fluid inlet 36a , which leads to a supply line for an operating fluid in the form of air to the fuel cell unit 11a , especially the cathode 29a , is provided. An exhaust air from the fuel cell unit 11a , especially the cathode 29a , is sent to the burner 16a discharged and is in particular separate from the recirculation line 18a led trained.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a umfasst eine Messeinheit 38a zu einer Erfassung mehrerer Systemparameter der Betriebsfluide, wobei die Systemparameter auf einer chemischen Zusammensetzung des Betriebsfluids beruhen. Die Messeinheit 38a umfasst eine Vielzahl von zumindest teilweise unterschiedlich ausgebildeten Messelementen 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a, welche insbesondere als elektrochemische Sensoren ausgebildet sind. Die Messeinheit 38a umfasst mehrere Messelemente 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a der Vielzahl von Messelementen 40a, 42a, 44a, 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a in einem Nahbereich 74a des Fluidanschlusses 30a, welche stromaufwärts des Fluidanschlusses 30a angeordnet sind. Der Nahbereich 74a des Fluidanschlusses 30a ist als eine Hochtemperaturzone der Brennstoffzelleneinheit 11a ausgebildet. Die Messeinheit 38a umfasst mehrere weitere Messelemente 40a, 42a, 44a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a der Vielzahl von Messelementen 40a, 42a, 44a, 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a, welche stromabwärts des Fluidanschlusses 30a angeordnet sind und zur Erfassung von Regelwerten der Systemparameter vorgesehen sind. Insbesondere sind die Regelwerte der Systemparameter jeweils über einen Vergleich mit zumindest einem über zumindest eines der Messelemente 40a, 42a, 44a, 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a erfassten Werts eines Systemparameters zu einer Steuerung und/oder Regelung der Brennstoffzelleneinheit 11a vorgesehen. Insbesondere sind drei weitere Messelemente 40a, 42a, 44a der mehreren weiteren Messelemente 40a, 42a, 44a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a in der Rezirkulationsleitung 18a angeordnet.The fuel cell device 10a includes a measuring unit 38a for the acquisition of several system parameters of the operating fluids, the system parameters being based on a chemical composition of the operating fluid. The unit of measurement 38a comprises a multiplicity of at least partially differently designed measuring elements 46a , 48a , 50a , 52a , 54a , 56a , 58a , 60a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a , which are designed in particular as electrochemical sensors. The unit of measurement 38a includes several measuring elements 46a , 48a , 50a , 52a , 54a , 56a , 58a , 60a the multitude of Measuring elements 40a , 42a , 44a , 46a , 48a , 50a , 52a , 54a , 56a , 58a , 60a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a in a close range 74a of the fluid connection 30a , which upstream of the fluid connection 30a are arranged. The close range 74a of the fluid connection 30a is as a high temperature zone of the fuel cell unit 11a educated. The unit of measurement 38a includes several other measuring elements 40a , 42a , 44a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a the multitude of measuring elements 40a , 42a , 44a , 46a , 48a , 50a , 52a , 54a , 56a , 58a , 60a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a , which is downstream of the fluid connection 30a are arranged and are provided for the acquisition of control values of the system parameters. In particular, the control values of the system parameters are in each case via a comparison with at least one via at least one of the measuring elements 40a , 42a , 44a , 46a , 48a , 50a , 52a , 54a , 56a , 58a , 60a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a detected value of a system parameter for a control and / or regulation of the fuel cell unit 11a intended. In particular, there are three other measuring elements 40a , 42a , 44a the several other measuring elements 40a , 42a , 44a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a in the recirculation line 18a arranged.

Der Fluidanschluss 30a und der weitere Fluidanschluss 32a sind über die Rezirkulationsleitung 18a fluidtechnisch miteinander verbunden. Die Rezirkulationsleitung 18a ist dazu vorgesehen, das mittels der Rezirkulationsleitung 18a eingespeiste Betriebsfluid, insbesondere den Abgasstrom und/oder den Anodenabgasstrom, zumindest teilweise in das über den Gaseinlass 12a in die Brennstoffzellenvorrichtung 10a zugeführte als Erdgas ausgebildete Betriebsfluid einzuspeisen. Die Rezirkulationsleitung 18a ist dazu vorgesehen, das eingespeiste Betriebsfluid, insbesondere den Abgasstrom und/oder den Anodenabgasstrom, an einem Punkt der Brennstoffzellenvorrichtung 10a einzuspeisen, der, insbesondere fluidtechnisch betrachtet, zwischen dem Gaseinlass 12a und dem Reformer 14a angeordnet ist. Insbesondere sind die stromaufwärts des Fluidanschlusses 30a angeordneten mehreren Messelemente 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a entlang einer entgegen die Strömungsrichtung 34a ausgerichteten Richtung betrachtet, welche insbesondere durch die Rezirkulationsleitung 18a verläuft, näher an dem Fluidanschluss 30a angeordnet als an dem weiteren Fluidanschluss 32a. Bevorzugt sind die stromabwärts des Fluidanschlusses 30a angeordneten mehreren weiteren Messelemente 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a entlang der Strömungsrichtung 34a betrachtet, welche insbesondere durch die Rezirkulationsleitung 18a verläuft, näher an dem weiteren Fluidanschluss 32a angeordnet als an dem Fluidanschluss 30a.The fluid connection 30a and the further fluid connection 32a are via the recirculation line 18a fluidly connected to each other. The recirculation line 18a is provided for this by means of the recirculation line 18a fed operating fluid, in particular the exhaust gas flow and / or the anode exhaust gas flow, at least partially into the via the gas inlet 12a into the fuel cell device 10a supplied operating fluid designed as natural gas. The recirculation line 18a is provided for this purpose, the fed in operating fluid, in particular the exhaust gas flow and / or the anode exhaust gas flow, at one point of the fuel cell device 10a feed, which, in particular from a fluid technology point of view, between the gas inlet 12a and the reformer 14a is arranged. In particular, they are upstream of the fluid connection 30a arranged several measuring elements 46a , 48a , 50a , 52a , 54a , 56a , 58a , 60a along one against the direction of flow 34a aligned direction considered, which in particular through the recirculation line 18a runs closer to the fluid port 30a arranged than on the further fluid connection 32a . Those downstream of the fluid connection are preferred 30a arranged several further measuring elements 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a along the direction of flow 34a considered, which in particular through the recirculation line 18a runs closer to the further fluid connection 32a arranged than at the fluid connection 30a .

Zwei Messelemente 48a, 56a der mehreren Messelemente 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a sind als Breitband-Lambdasonden ausgebildet und stromaufwärts des Fluidanschlusses 30a angeordnet. Zwei andere Messelemente 50a, 58a der mehreren Messelemente 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a sind als Sprung-Lambdasensoren ausgebildet und stromaufwärts des Fluidanschlusses 30a angeordnet. Jeweils ein Messelement 48a, 50a der zwei Messelemente 48a, 56a und der zwei anderen Messelemente 50a, 58a sind in dem Kanalelement 20a der Vielzahl von Kanalelementen 20a, 22a, 24a, 26a angeordnet, welches sich zwischen dem Gaseinlass 12a und/oder der Rezirkulationsleitung 18a und dem Reformer 14a erstreckt. Jeweils ein Messelement 56a, 58a der zwei Messelemente 48a, 56a und der zwei anderen Messelemente 50a, 58a sind in dem Kanalelement 22a der Vielzahl von Kanalelementen 20a, 22a, 24a, 26a angeordnet, welches sich zwischen dem Reformer 14a und dem Fluidanschluss 30a erstreckt. Zwei weitere Messelemente 64a, 70a der mehreren weiteren Messelemente 40a, 42a, 44a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a sind als Breitband-Lambdasonden ausgebildet und stromabwärts des Fluidanschlusses 30a angeordnet. Zwei weitere Messelemente 42a, 44a der mehreren weiteren Messelemente 40a, 42a, 44a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a sind stromabwärts des Fluidanschlusses 30a in der Rezirkulationsleitung 18a angeordnet und jeweils als Breitband-Lambdasonde beziehungsweise als Sprung-Lambdasensor ausgebildet. Zwei andere weitere Messelemente 66a, 72a der mehreren weiteren Messelemente 40a, 42a, 44a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a sind als Sprung-Lambdasensoren ausgebildet und stromabwärts des Fluidanschlusses 30a angeordnet. Jeweils ein weiteres Messelement 64a, 66a der zwei weiteren Messelemente 64a, 70a und der zwei anderen weiteren Messelemente 66a, 72a sind in dem Kanalelement 24a der Vielzahl von Kanalelementen 20a, 22a, 24a, 26a angeordnet, welches sich zwischen dem weiteren Fluidanschluss 32a und der Rezirkulationsleitung 18a erstreckt. Jeweils ein weiteres Messelement 68a, 72a der zwei weiteren Messelemente 64a, 70a und der zwei anderen weiteren Messelemente 66a, 72a sind in dem Kanalelement 26a der Vielzahl von Kanalelementen 20a, 22a, 24a, 26a angeordnet, welches sich zwischen der Rezirkulationsleitung 18a und dem Brenner 16a erstreckt. Die als Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde ausgebildeten Messelemente 48a, 50a, 56a, 58a und/oder die als Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde ausgebildeten weiteren Messelemente 42a, 44a, 64a, 66a, 70a, 72a sind dazu vorgesehen, einen Anteil an Sauerstoff in einem Betriebsfluid relativ zu einer stöchiometrischen Zusammensetzung des Betriebsfluids mittels einer Messung einer elektrischen Spannung zwischen zwei Elektroden im Betriebsfluid und einer Messung der Temperatur des Betriebsfluids zu erfassen. Die als Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde ausgebildeten Messelemente 48a, 50a, 56a, 58a und/oder die als Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde ausgebildeten weiteren Messelemente 42a, 44a, 64a, 66a, 70a, 72a sind als, insbesondere kommerziell verfügbare, Sonden aus der Kraftfahrzeugtechnik ausgebildet. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen der Messeinheit 38a denkbar, insbesondere mit lediglich einem als Lambdasonde ausgebildeten Messelement 42a, 44a, 48a, 50a, 56a, 58a, 64a, 66a, 70a, 72a oder einer verschiedenen Anzahl von als Lambdasonde ausgebildeten Messelementen 42a, 44a, 48a, 50a, 56a, 58a, 64a, 66a, 70a, 72a.Two measuring elements 48a , 56a of the multiple measuring elements 46a , 48a , 50a , 52a , 54a , 56a , 58a , 60a are designed as broadband lambda sensors and upstream of the fluid connection 30a arranged. Two other measuring elements 50a , 58a of the multiple measuring elements 46a , 48a , 50a , 52a , 54a , 56a , 58a , 60a are designed as jump lambda sensors and upstream of the fluid connection 30a arranged. One measuring element each 48a , 50a of the two measuring elements 48a , 56a and the two other measuring elements 50a , 58a are in the channel element 20a the multitude of channel elements 20a , 22a , 24a , 26a arranged, which is between the gas inlet 12a and / or the recirculation line 18a and the reformer 14a extends. One measuring element each 56a , 58a of the two measuring elements 48a , 56a and the two other measuring elements 50a , 58a are in the channel element 22a the multitude of channel elements 20a , 22a , 24a , 26a arranged, which is between the reformer 14a and the fluid connection 30a extends. Two more measuring elements 64a , 70a the several other measuring elements 40a , 42a , 44a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a are designed as broadband lambda sensors and are downstream of the fluid connection 30a arranged. Two more measuring elements 42a , 44a the several other measuring elements 40a , 42a , 44a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a are downstream of the fluid connection 30a in the recirculation line 18a arranged and each designed as a broadband lambda probe or as a jump lambda sensor. Two other additional measuring elements 66a , 72a the several other measuring elements 40a , 42a , 44a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a are designed as jump lambda sensors and are downstream of the fluid connection 30a arranged. Another measuring element each 64a , 66a of the two other measuring elements 64a , 70a and the two other further measuring elements 66a , 72a are in the channel element 24a the multitude of channel elements 20a , 22a , 24a , 26a arranged, which is between the further fluid connection 32a and the recirculation line 18a extends. Another measuring element each 68a , 72a of the two other measuring elements 64a , 70a and the two other further measuring elements 66a , 72a are in the channel element 26a the multitude of channel elements 20a , 22a , 24a , 26a arranged, which is between the recirculation line 18a and the burner 16a extends. The broadband Lambda probe and / or jump lambda probe trained measuring elements 48a , 50a , 56a , 58a and / or the further measuring elements designed as broadband lambda probes and / or jump lambda probes 42a , 44a , 64a , 66a , 70a , 72a are provided to detect a proportion of oxygen in an operating fluid relative to a stoichiometric composition of the operating fluid by measuring an electrical voltage between two electrodes in the operating fluid and by measuring the temperature of the operating fluid. The measuring elements designed as broadband lambda probes and / or jump lambda probes 48a , 50a , 56a , 58a and / or the further measuring elements designed as broadband lambda probes and / or jump lambda probes 42a , 44a , 64a , 66a , 70a , 72a are designed as, in particular commercially available, probes from automotive engineering. However, there are also other configurations of the measuring unit 38a conceivable, in particular with only one measuring element designed as a lambda probe 42a , 44a , 48a , 50a , 56a , 58a , 64a , 66a , 70a , 72a or a different number of measuring elements designed as lambda probes 42a , 44a , 48a , 50a , 56a , 58a , 64a , 66a , 70a , 72a .

Alternativ zu zumindest einem der als Lambdasonden, insbesondere als Sprung-Lambdasonden, ausgebildeten Messelementen 42a, 44a, 48a, 50a, 56a, 58a, 64a, 66a, 70a, 72a ist denkbar, dass die Messeinheit 38a zumindest ein als Brennstoffzelle ausgebildetes Messelement umfasst, welches stromaufwärts und/oder stromabwärts des Fluidanschlusses 30a angeordnet ist. Insbesondere sind als Brennstoffzelle ausgebildete Messelemente in den Figuren nicht gezeigt. Vorzugsweise ist ein als eine Brennstoffzelle ausgebildetes Messelement als eine Feststoffoxidbrennstoffzelle ausgebildet, welche insbesondere in einem stromlosen Zustand betrieben wird.As an alternative to at least one of the measuring elements designed as lambda sensors, in particular as jump lambda sensors 42a , 44a , 48a , 50a , 56a , 58a , 64a , 66a , 70a , 72a it is conceivable that the measuring unit 38a comprises at least one measuring element designed as a fuel cell, which is upstream and / or downstream of the fluid connection 30a is arranged. In particular, measuring elements designed as fuel cells are not shown in the figures. A measuring element embodied as a fuel cell is preferably embodied as a solid oxide fuel cell, which is operated in particular in a currentless state.

Zwei Messelemente 46a, 54a der mehreren Messelemente 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a sind als Stickoxidsensor ausgebildet und stromaufwärts des Fluidanschlusses 30a angeordnet. Ein erstes Messelement 46a der als Stickoxidsensoren ausgebildeten zwei Messelemente 46a, 54a ist in dem Kanalelement 20a der Vielzahl von Kanalelementen 20a, 22a, 24a, 26a angeordnet, welches sich zwischen dem Gaseinlass 12a und/oder der Rezirkulationsleitung 18a und dem Reformer 14a erstreckt. Ein zweites Messelement 54a der als Stickoxidsensoren ausgebildeten zwei Messelemente 46a, 54a ist in dem Kanalelement 22a der Vielzahl von Kanalelementen 20a, 22a, 24a, 26a angeordnet, welches sich zwischen dem Reformer 14a und dem Fluidanschluss 30a erstreckt. Drei weitere Messelemente 40a, 62a, 70a der mehreren weiteren Messelemente 40a, 42a, 44a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a sind als Stickoxidsensor ausgebildet und stromabwärts des Fluidanschlusses 30a angeordnet. Ein erstes weiteres Messelement 62a der als Stickoxidsensoren ausgebildeten drei weiteren Messelemente 40a, 62a, 70a ist in dem Kanalelement 24a der Vielzahl von Kanalelementen 20a, 22a, 24a, 26a angeordnet, welches sich zwischen dem weiteren Fluidanschluss 30a und der Rezirkulationsleitung 18a erstreckt. Ein zweites weiteres Messelement 70a der als Stickoxidsensoren ausgebildeten drei weiteren Messelemente 40a, 62a, 70a ist in dem Kanalelement 26a der Vielzahl von Kanalelementen 20a, 22a, 24a, 26a angeordnet, welches sich zwischen der Rezirkulationsleitung 18a und dem Brenner 16a erstreckt. Ein drittes weiteres Messelement 40a der als Stickoxidsensoren ausgebildeten drei weiteren Messelemente 40a, 62a, 70a ist in der Rezirkulationsleitung 18a angeordnet. Die als Stickoxidsensoren ausgebildeten Messelemente 46a, 54a und/oder die als Stickoxidsensoren ausgebildeten weiteren Messelemente 40a, 62a, 70a sind dazu vorgesehen, mittels zwei, insbesondere fluidtechnisch, hintereinander geschalteten Sauerstoff-Pumpzellen im Betriebsfluid enthaltenen einfach gebundenen Sauerstoff, insbesondere im Wesentlichen H2O und/oder CO2, und in Kohlenstoffmonoxid im Betriebsfluid gebundenen Sauerstoff getrennt zu erfassen, wobei insbesondere eine Gesamtmenge an gebundenem Sauerstoff und sauerstoffführenden Spezies, insbesondere CO, H2O und/oder CO2, im Betriebsfluid ermittelt wird. Insbesondere sind die zwei Sauerstoff-Pumpzellen jeweils über eine Diffusionsbarriere, insbesondere fluidtechnisch, voneinander und von einem das Betriebsfluid führenden Fluidkanal der Brennstoffzellenvorrichtung 10a getrennt ausgebildet. Insbesondere sind die zwei Sauerstoff-Pumpzellen jeweils über eine Diffusionsbarriere, insbesondere fluidtechnisch, voneinander und von einem das Betriebsfluid führenden Fluidkanal der Brennstoffzellenvorrichtung 10a getrennt ausgebildet. Die als Stickoxidsensor ausgebildeten Messelemente 46a, 54a sind dazu vorgesehen, mittels eines Vergleichs von Pumpströmen der zwei Sauerstoff-Pumpzellen eine Sauerstoffkonzentration, insbesondere einen Sauerstoff-Molenstrom, des Betriebsfluids zu ermitteln. Die als Stickoxidsensor ausgebildeten weiteren Messelemente 40a, 62a, 70a sind dazu vorgesehen, jeweils mittels einer Erfassung eines Pumpstromes einer zweiten der zwei Sauerstoff-Pumpzellen der als Stickoxidsensoren ausgebildeten weiteren Messelemente 40a, 62a, 70a eine Kohlenstoffkonzentration, insbesondere einen Kohlenstoff-Molenstrom, des Betriebsfluids zu ermitteln. Die als Stickoxidsensor ausgebildeten Messelemente 46a, 54a und/oder die als Stickoxidsensoren ausgebildeten weiteren Messelemente 40a, 62a, 70a sind als, insbesondere kommerziell verfügbare, Sonden aus der Kraftfahrzeugtechnik ausgebildet. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen der Messeinheit 38a denkbar, insbesondere mit lediglich einem als Stickoxidsensor ausgebildeten Messelement 40a, 46a, 54a, 62a, 70a oder einer verschiedenen Anzahl von als Stickoxidsensor ausgebildeten Messelementen 40a, 46a, 54a, 62a, 70a.Two measuring elements 46a , 54a of the multiple measuring elements 46a , 48a , 50a , 52a , 54a , 56a , 58a , 60a are designed as nitrogen oxide sensors and upstream of the fluid connection 30a arranged. A first measuring element 46a the two measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 46a , 54a is in the channel element 20a the multitude of channel elements 20a , 22a , 24a , 26a arranged, which is between the gas inlet 12a and / or the recirculation line 18a and the reformer 14a extends. A second measuring element 54a the two measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 46a , 54a is in the channel element 22a the multitude of channel elements 20a , 22a , 24a , 26a arranged, which is between the reformer 14a and the fluid connection 30a extends. Three more measuring elements 40a , 62a , 70a the several other measuring elements 40a , 42a , 44a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a are designed as nitrogen oxide sensors and are downstream of the fluid connection 30a arranged. A first further measuring element 62a the three further measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 40a , 62a , 70a is in the channel element 24a the multitude of channel elements 20a , 22a , 24a , 26a arranged, which is between the further fluid connection 30a and the recirculation line 18a extends. A second further measuring element 70a the three further measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 40a , 62a , 70a is in the channel element 26a the multitude of channel elements 20a , 22a , 24a , 26a arranged, which is between the recirculation line 18a and the burner 16a extends. A third further measuring element 40a the three further measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 40a , 62a , 70a is in the recirculation line 18a arranged. The measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 46a , 54a and / or the further measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 40a , 62a , 70a are intended to separately detect simply bound oxygen contained in the operating fluid, in particular essentially H 2 O and / or CO 2 , and oxygen bound in carbon monoxide in the operating fluid by means of two oxygen pump cells connected in series, in particular fluidly, with in particular a total amount of bound oxygen and oxygen-carrying species, in particular CO, H 2 O and / or CO 2 , is determined in the operating fluid. In particular, the two oxygen pump cells are each connected via a diffusion barrier, in particular fluidly, from one another and from a fluid channel of the fuel cell device that carries the operating fluid 10a formed separately. In particular, the two oxygen pump cells are each connected via a diffusion barrier, in particular fluidly, from one another and from a fluid channel of the fuel cell device that carries the operating fluid 10a formed separately. The measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 46a , 54a are provided to determine an oxygen concentration, in particular an oxygen molar flow, of the operating fluid by means of a comparison of pump currents of the two oxygen pump cells. The further measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 40a , 62a , 70a are provided for this purpose, in each case by means of a detection of a pump current of a second of the two oxygen pump cells of the further measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 40a , 62a , 70a to determine a carbon concentration, in particular a molar flow of carbon, of the operating fluid. The measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 46a , 54a and / or the further measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 40a , 62a , 70a are designed as, in particular commercially available, probes from automotive engineering. However, there are also other configurations of the measuring unit 38a conceivable, in particular with only one measuring element designed as a nitrogen oxide sensor 40a , 46a , 54a , 62a , 70a or a different number of measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 40a , 46a , 54a , 62a , 70a .

Zwei Messelemente 52a, 60a der mehreren Messelemente 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a sind als Partikelsensoren ausgebildet und stromaufwärts des Fluidanschlusses 30a angeordnet. Ein erstes Messelement 52a der zwei als Partikelsensoren ausgebildeten Messelemente 52a, 60a ist in dem Kanalelement 20a der Vielzahl von Kanalelementen 20a, 22a, 24a, 26a angeordnet, welches sich zwischen dem Gaseinlass 12a und/oder der Rezirkulationsleitung 18a und dem Reformer 14a erstreckt. Ein zweites Messelement 60a der zwei als Partikelsensoren ausgebildeten Messelemente 52a, 60a ist in dem Kanalelement 22a der Vielzahl von Kanalelementen 20a, 22a, 24a, 26a angeordnet, welches sich zwischen dem Reformer 14a und dem Fluidanschluss 30a erstreckt. Es ist aber auch denkbar, dass zumindest ein Messelement der mehreren weiteren Messelemente 40a, 42a, 44a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a als Partikelsensor ausgebildet ist und/oder dass ein als Partikelsensor ausgebildetes Messelement der Messeinheit 38a stromabwärts des Fluidanschlusses 30a angeordnet ist. Die als Partikelsensor ausgebildeten Messelemente 52a, 60a sind dazu vorgesehen, mittels einer Messung einer elektrischen Spannung zwischen zwei in einem der Betriebsfluide angeordnete Elektroden eine Partikelkonzentration, insbesondere Kohlenstoffkonzentration, des Betriebsfluids zu erfassen. Die als Partikelsensor ausgebildeten Messelemente 52a, 60a sind dazu vorgesehen, zu einer Regeneration der Elektroden und/oder einer Entfernung von Partikelrückständen von den Elektroden mittels eines Heizelements der Messeinheit 38a erwärmt zu werden, welches insbesondere als Teil der Messelemente 52a, 60a ausgebildet ist und in den Figuren nicht gezeigt ist, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 500°C, vorzugsweise mindestens 600°C und bevorzugt mindestens 700°C. Die als Partikelsensor ausgebildeten Messelemente 52a, 60a sind als, insbesondere kommerziell verfügbare, Sonden aus der Kraftfahrzeugtechnik ausgebildet. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen der Messeinheit 38a denkbar, insbesondere mit lediglich einem als Partikelsensor ausgebildeten Messelement 52a, 60a oder einer von Zwei verschiedenen Anzahl von als Partikelsensor ausgebildeten Messelementen 52a, 60a.Two measuring elements 52a , 60a of the multiple measuring elements 46a , 48a , 50a , 52a , 54a , 56a , 58a , 60a are designed as particle sensors and upstream of the fluid connection 30a arranged. A first measuring element 52a of the two as Particle sensors formed measuring elements 52a , 60a is in the channel element 20a the multitude of channel elements 20a , 22a , 24a , 26a arranged, which is between the gas inlet 12a and / or the recirculation line 18a and the reformer 14a extends. A second measuring element 60a of the two measuring elements designed as particle sensors 52a , 60a is in the channel element 22a the multitude of channel elements 20a , 22a , 24a , 26a arranged, which is between the reformer 14a and the fluid connection 30a extends. However, it is also conceivable that at least one measuring element of the plurality of further measuring elements 40a , 42a , 44a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a is designed as a particle sensor and / or that a measuring element designed as a particle sensor of the measuring unit 38a downstream of the fluid connection 30a is arranged. The measuring elements designed as particle sensors 52a , 60a are provided to detect a particle concentration, in particular carbon concentration, of the operating fluid by measuring an electrical voltage between two electrodes arranged in one of the operating fluids. The measuring elements designed as particle sensors 52a , 60a are provided for a regeneration of the electrodes and / or a removal of particle residues from the electrodes by means of a heating element of the measuring unit 38a to be heated, which in particular as part of the measuring elements 52a , 60a is formed and is not shown in the figures, preferably to a temperature of at least 500 ° C, preferably at least 600 ° C and preferably at least 700 ° C. The measuring elements designed as particle sensors 52a , 60a are designed as, in particular commercially available, probes from automotive engineering. However, there are also other configurations of the measuring unit 38a conceivable, in particular with only one measuring element designed as a particle sensor 52a , 60a or one of two different numbers of measuring elements designed as particle sensors 52a , 60a .

Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a umfasst eine, eine durch die Messeinheit 38a erfasste Zusammensetzung auswertende Auswerteeinheit 76a, welche in einen geschlossenen Regelkreis für einen Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 11a eingebunden ist. Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, die mittels der Messeinheit 38a erfassten Systemparameter, welche insbesondere auf der chemischen Zusammensetzung zumindest eines der Betriebsfluide beruhen, auszuwerten. Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, mittels der erfassten Systemparameter eine, insbesondere chemische, Zusammensetzung der Betriebsfluide, insbesondere jeweils des Betriebsfluids, in dem der Systemparameter erfasst wurde, zu bestimmen. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a umfasst eine Steuer- und/oder Regeleinheit 78a zu einer Steuerung und/oder Regelung der Brennstoffzelleneinheit 11a, einer Zufuhr von Betriebsfluid über den Gaseinlass 12a, einer Menge an über die Rezirkulationsleitung 18a eingespeisten Betriebsfluids und/oder einer Menge an der Brennstoffzelleneinheit 11a zugeführten Betriebsfluids, insbesondere Luft. Insbesondere wird die Menge an über die Rezirkulationsleitung 18a eingespeisten Betriebsfluids mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 78a über ein Verteilerelement, ein Ventil o. dgl. in und/oder vor der Rezirkulationsleitung 18a gesteuert und/oder geregelt. Die in 1 gezeigte Brennstoffzellenvorrichtung 10a weist ein Durchflussregler 79a auf, welcher in der Rezirkulationsleitung 18a angeordnet ist. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen der Brennstoffzellenvorrichtung 10a denkbar, um die Menge an über die Rezirkulationsleitung 18a eingespeisten Betriebsfluids mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 78a zu steuern und/oder zu regeln. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 78a umfasst insbesondere eine Prozessoreinheit und eine Speichereinheit sowie ein in der Speichereinheit gespeichertes Betriebsprogramm, welche insbesondere in den Figuren nicht gezeigt sind. Die Auswerteeinheit 76a ist als Teil der Steuer- und/oder Regeleinheit 78a ausgebildet. Bevorzugt ist die Messeinheit 38a in den geschlossenen Regelkreis für einen Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 11a eingebunden. Die Auswerteeinheit 76a und die Steuer- und/oder Regeleinheit 78a sind dazu vorgesehen, die Brennstoffzelleneinheit 11a, die Zufuhr von Betriebsfluid über den Gaseinlass 12a, die Menge an über die Rezirkulationsleitung 18a eingespeisten Betriebsfluids und/oder die Menge an dem, der Brennstoffzelleneinheit 11a zugeführten Betriebsfluids derart zu steuern und/oder zu regeln, dass eine Verkokung innerhalb oder durch eines der Betriebsfluide verhindert wird. Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, weitere Kenngrößen der Brennstoffzellenvorrichtung 10a, insbesondere der Brennstoffzelleneinheit 11a, zur Auswertung des Systemparameters und/oder der Zusammensetzung des Betriebsfluids heranzuziehen. Die weiteren Kenngrößen sind beispielsweise als eine Temperatur, als eine elektrische Spannung an der Brennstoffzelleneinheit 11a, insbesondere Stack-Spannung, als ein elektrischer Strom der Brennstoffzelleneinheit 11a und/oder als ein Volumenstrom eines Betriebsfluids ausgebildet. Insbesondere werden die weiteren Kenngrößen mittels weiterer Sensorelemente der Messeinheit 38a, insbesondere periodisch oder kontinuierlich erfasst und an die Auswerteeinheit 76a und/oder an die Steuer- und/oder Regeleinheit 78a übertragen, wobei insbesondere die weiteren Sensorelemente in den Figuren nicht gezeigt sind. Insbesondere sind/ist die Auswerteeinheit 76a und die Steuer- und/oder Regeleinheit 78a dazu vorgesehen, einen als Gasausnutzungsgrad der Brennstoffzellenvorrichtung 10a und/oder der Brennstoffzelleneinheit 11a, als eine Rezirkulationsrate und/oder als ein Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff in einem Betriebsfluid, insbesondere innerhalb eines der Fluidkanäle, ausgebildeten Systemparameter zu steuern und/oder zu regeln.The fuel cell device 10a comprises one, one through the measuring unit 38a detected composition evaluating evaluation unit 76a , which in a closed control loop for operation of the fuel cell unit 11a is involved. The evaluation unit 76a is provided for this purpose by means of the measuring unit 38a to evaluate recorded system parameters, which are based in particular on the chemical composition of at least one of the operating fluids. The evaluation unit 76a it is provided to use the recorded system parameters to determine a, in particular chemical, composition of the operating fluids, in particular of the operating fluid in each case, in which the system parameter was recorded. The fuel cell device 10a comprises a control and / or regulating unit 78a to control and / or regulate the fuel cell unit 11a , a supply of operating fluid via the gas inlet 12a , an amount of over the recirculation line 18a fed operating fluids and / or an amount of the fuel cell unit 11a supplied operating fluids, in particular air. In particular, the amount of over the recirculation line 18a fed operating fluids by means of the control and / or regulating unit 78a Via a distributor element, a valve or the like in and / or in front of the recirculation line 18a controlled and / or regulated. In the 1 shown fuel cell device 10a has a flow regulator 79a on which one is in the recirculation line 18a is arranged. However, there are also other configurations of the fuel cell device 10a conceivable to the amount of over the recirculation line 18a fed operating fluids by means of the control and / or regulating unit 78a to control and / or regulate. The control and / or regulating unit 78a comprises in particular a processor unit and a memory unit as well as an operating program stored in the memory unit, which in particular are not shown in the figures. The evaluation unit 76a is part of the control and / or regulation unit 78a educated. The measuring unit is preferred 38a in the closed control loop for operation of the fuel cell unit 11a involved. The evaluation unit 76a and the control and / or regulating unit 78a are provided for this purpose, the fuel cell unit 11a , the supply of operating fluid via the gas inlet 12a , the amount of through the recirculation line 18a fed operating fluids and / or the amount of that, the fuel cell unit 11a to control and / or regulate supplied operating fluids in such a way that coking is prevented within or by one of the operating fluids. The evaluation unit 76a is provided for this purpose, further parameters of the fuel cell device 10a , especially the fuel cell unit 11a to be used to evaluate the system parameter and / or the composition of the operating fluid. The further parameters are, for example, a temperature, an electrical voltage on the fuel cell unit 11a , in particular stack voltage, as an electric current of the fuel cell unit 11a and / or designed as a volume flow of an operating fluid. In particular, the further parameters are determined by means of further sensor elements of the measuring unit 38a , in particular recorded periodically or continuously and sent to the evaluation unit 76a and / or to the control and / or regulating unit 78a transmitted, in particular the further sensor elements are not shown in the figures. In particular, are / is the evaluation unit 76a and the control and / or regulating unit 78a provided as a gas utilization rate of the fuel cell device 10a and / or the fuel cell unit 11a to control and / or regulate system parameters embodied as a recirculation rate and / or as a ratio of oxygen to carbon in an operating fluid, in particular within one of the fluid channels.

Die Auswerteeinheit 76a umfasst eine maschinelle Lerneinheit 80a zu einem Auswerten der durch die Messeinheit 38a erfassten Zusammensetzung. Es sind jedoch auch Ausgestaltungen der Auswerteeinheit 76a ohne die maschinelle Lerneinheit 80a denkbar. Die Auswerteeinheit 76a und/oder die Steuer- und/oder Regeleinheit 78a sind/ist dazu vorgesehen, Werte erfasster Systemparameter und/oder Werte der weiteren Kenngrößen, insbesondere kontinuierlich, zu speichern, insbesondere in der Speichereinheit zu hinterlegen. Die maschinelle Lerneinheit 80a ist dazu vorgesehen, gespeicherte und/oder hinterlegte Daten zur Auswertung des Systemparameters und/oder der Zusammensetzung des Betriebsfluids heranzuziehen. Die maschinelle Lerneinheit 80a ist als ein künstliches neuronales Netz, insbesondere ein faltendes neuronales Netzwerk („Convolutional Neural Network“), ausgebildet. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen der maschinellen Lerneinheit 80a denkbar. Die maschinelle Lerneinheit 80a ist dazu vorgesehen, als ein Gasausnutzungsgrad der Brennstoffzellenvorrichtung 10a und/oder der Brennstoffzelleneinheit 11a, als eine Rezirkulationsrate und/oder als ein Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff in einem Betriebsfluid, insbesondere innerhalb des Fluidkanals, ausgebildete Systemparameter zu regeln. Die maschinelle Lerneinheit 80a ist dazu vorgesehen, erfasste Systemparameter und/oder die weiteren Kenngrößen zur Auswertung des Systemparameters und/oder der Zusammensetzung des Betriebsfluids in Abhängigkeit von den zu regelnden Systemparametern zu selektieren. Es ist denkbar, dass die Brennstoffzellenvorrichtung 10a, insbesondere die Auswerteeinheit 76a, einen Lernmodus umfasst, der insbesondere dazu vorgesehen ist, die maschinelle Lerneinheit 80a in einer kontrollierten und/oder gezielt überwachten Umgebung zur Auswertung des Systemparameters und/oder der Zusammensetzung des Betriebsfluids zu trainieren.The evaluation unit 76a includes a machine learning unit 80a to an evaluation of the by the measuring unit 38a recorded composition. However, there are also embodiments of the Evaluation unit 76a without the machine learning unit 80a conceivable. The evaluation unit 76a and / or the control and / or regulating unit 78a are / is intended to store values of recorded system parameters and / or values of the further parameters, in particular continuously, in particular to store them in the memory unit. The machine learning unit 80a is intended to use stored and / or stored data to evaluate the system parameters and / or the composition of the operating fluid. The machine learning unit 80a is designed as an artificial neural network, in particular a convolutional neural network (“convolutional neural network”). However, there are also other configurations of the machine learning unit 80a conceivable. The machine learning unit 80a is provided as a gas utilization rate of the fuel cell device 10a and / or the fuel cell unit 11a to regulate system parameters designed as a recirculation rate and / or as a ratio of oxygen to carbon in an operating fluid, in particular within the fluid channel. The machine learning unit 80a is intended to select recorded system parameters and / or the further parameters for evaluating the system parameters and / or the composition of the operating fluid as a function of the system parameters to be regulated. It is conceivable that the fuel cell device 10a , especially the evaluation unit 76a , comprises a learning mode which is provided in particular to the machine learning unit 80a to train in a controlled and / or specifically monitored environment to evaluate the system parameters and / or the composition of the operating fluid.

Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, mittels eines mittels der Messeinheit 38a, insbesondere den weiteren Sensorelementen, erfassten Stack-Stroms der Brennstoffzelleneinheit 11a, eine Sauerstoff-Leckage innerhalb der Brennstoffzelleneinheit 11a zu erfassen. Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, zur Erfassung der Sauerstoff-Leckage innerhalb der Brennstoffzelleneinheit 11a ein über den Stack-Strom berechneten Sauerstoffumsatz der Brennstoffzelleneinheit 11a mit einer Differenz der über zumindest ein Messelement 46a, 48a, 50a, 54a, 56a, 58a und zumindest ein weiteres Messelement 40a. 42a, 44a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a erfassten Sauerstoffkonzentrationen des Betriebsfluids, insbesondere in dem Kanalelement 22a stromaufwärts des Fluidanschlusses 30a und dem Kanalelement 24a stromabwärts des Fluidanschlusses 30a, zu vergleichen, wobei insbesondere bei einer Überschreitung des berechneten Sauerstoffumsatzes durch die Differenz der Sauerstoffkonzentrationen eine Sauerstoff-Leckage erfasst wird. Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, mittels der über eines der Messelemente 54a, 56a, 58a ermittelten Sauerstoffkonzentration, insbesondere des Sauerstoff-Molenstroms, des Betriebsfluids und der über eines der weiteren Messelemente 62a, 64a, 66a ermittelten Kohlenstoffkonzentration, insbesondere des Kohlenstoff-Molenstroms, des Betriebsfluids ein Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff des Betriebsfluids zu ermitteln, wobei insbesondere eine Kohlenstoffkonzentration, insbesondere ein Kohlenstoff-Molenstrom, des Betriebsfluids in dem Kanalelement 24a stromabwärts des Fluidanschlusses 30a der Kohlenstoffkonzentration, insbesondere dem Kohlenstoff-Molenstrom, des Betriebsfluids in dem Kanalelement 22a stromaufwärts des Fluidanschlusses 30a entspricht. Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, insbesondere mittels eines Vergleichs der über eines der Messelemente 46a, 48a, 50a, 54a, 56a, 58a ermittelten Sauerstoffkonzentration, insbesondere des Sauerstoff-Molenstroms, des Betriebsfluids und einer über eines der weiteren Messelemente 40a, 42a, 44a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a ermittelten Sauerstoffkonzentration, insbesondere eines Sauerstoff-Molenstroms, des Betriebsfluids, ein Rezirkulationsverhältnis der Brennstoffzellenvorrichtung 10a, insbesondere der Brennstoffzelleneinheit 11a, zu ermitteln. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 78a und/oder die Auswerteeinheit 76a, insbesondere die maschinelle Lerneinheit 80a, sind/ist dazu vorgesehen, in Abhängigkeit von einem ermittelten Rezirkulationsverhältnis eine Menge eines durch die Rezirkulationsleitung 18a geführten Betriebsfluids zu steuern und/oder zu regeln. Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, mittels eines Vergleichs der über eines der Messelemente 46a, 48a, 50a, 54a, 56a, 58a und eines der weiteren Messelemente 40a, 42a, 44a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a erfassten Werte eines Systemparameters, insbesondere des Anteils an Sauerstoff im Betriebsfluid, einen Gasausnutzungsgrad der Brennstoffzellenvorrichtung 10a und/oder der Brennstoffzelleneinheit 11a zu ermitteln.The evaluation unit 76a is provided for this purpose by means of a means of the measuring unit 38a , in particular the other sensor elements, detected stack current of the fuel cell unit 11a , an oxygen leak within the fuel cell unit 11a capture. The evaluation unit 76a is provided to detect the oxygen leakage within the fuel cell unit 11a an oxygen conversion of the fuel cell unit calculated from the stack current 11a with a difference of at least one measuring element 46a , 48a , 50a , 54a , 56a , 58a and at least one further measuring element 40a . 42a , 44a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a detected oxygen concentrations of the operating fluid, in particular in the channel element 22a upstream of the fluid connection 30a and the channel element 24a downstream of the fluid connection 30a , to compare, with an oxygen leak being detected in particular when the calculated oxygen conversion is exceeded due to the difference in oxygen concentrations. The evaluation unit 76a is provided by means of one of the measuring elements 54a , 56a , 58a determined oxygen concentration, in particular of the oxygen molar flow, of the operating fluid and of one of the other measuring elements 62a , 64a , 66a determined carbon concentration, in particular the carbon molar flow, of the operating fluid to determine a ratio of oxygen to carbon of the operating fluid, in particular a carbon concentration, in particular a carbon molar flow, of the operating fluid in the channel element 24a downstream of the fluid connection 30a the carbon concentration, in particular the molar flow of carbon, of the operating fluid in the channel element 22a upstream of the fluid connection 30a is equivalent to. The evaluation unit 76a is provided for this purpose, in particular by means of a comparison of the one of the measuring elements 46a , 48a , 50a , 54a , 56a , 58a determined oxygen concentration, in particular the oxygen molar flow, of the operating fluid and one of the other measuring elements 40a , 42a , 44a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a determined oxygen concentration, in particular an oxygen molar flow, of the operating fluid, a recirculation ratio of the fuel cell device 10a , especially the fuel cell unit 11a , to investigate. The control and / or regulating unit 78a and / or the evaluation unit 76a , especially the machine learning unit 80a , are / is provided to transfer a quantity of a through the recirculation line as a function of a determined recirculation ratio 18a to control and / or regulate guided operating fluids. The evaluation unit 76a is provided by means of a comparison of the one of the measuring elements 46a , 48a , 50a , 54a , 56a , 58a and one of the further measuring elements 40a , 42a , 44a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a detected values of a system parameter, in particular the proportion of oxygen in the operating fluid, a gas utilization rate of the fuel cell device 10a and / or the fuel cell unit 11a to investigate.

Die Auswerteeinheit 76a, insbesondere die maschinelle Lerneinheit 80a, ist dazu vorgesehen, mittels über die Messeinheit 38a erfassten Daten einen System-Gasausnutzungsgrad der Brennstoffzellenvorrichtung 10a, einen Stack-Gasausnutzungsgrad der Brennstoffzelleneinheit 11a, die Rezirkulationsrate und ein Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff in einem Betriebsfluid zu erfassen und zu regeln. Die Messeinheit 38a, insbesondere die Vielzahl von Messelementen 40a, 42a, 44a, 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a der Messeinheit 38a und/oder die weiteren Sensorelemente, ist kabelgebunden oder kabellos mit der Auswerteeinheit 76a verbunden, insbesondere zu einer Übertragung von erfassten Daten, insbesondere Systemparametern und/oder weiteren Kenngrößen, an die Auswerteeinheit 76a.The evaluation unit 76a , especially the machine learning unit 80a , is provided for this purpose by means of over the measuring unit 38a acquired data, a system gas utilization rate of the fuel cell device 10a , a stack gas utilization factor of the fuel cell unit 11a to detect and regulate the recirculation rate and a ratio of oxygen to carbon in an operating fluid. The unit of measurement 38a , especially the multitude of measuring elements 40a , 42a , 44a , 46a , 48a , 50a , 52a , 54a , 56a , 58a , 60a , 62a , 64a , 66a , 68a , 70a , 72a the measuring unit 38a and / or the further sensor elements is wired or wireless with the evaluation unit 76a connected, in particular to a transmission of recorded data, in particular system parameters and / or other parameters, to the evaluation unit 76a .

Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, mittels der als Stickoxidsensor ausgebildeten Messelemente 40a, 46a, 54a und/oder der als Stickoxidsensor ausgebildeten weiteren Messelemente 62a, 68a der Messeinheit 38a das Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff in einem der Betriebsfluide, vorzugsweise in dem wasserstoffreichen Erdgas am Fluidanschluss 30a, zu ermitteln. Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, das Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff in einem der Betriebsfluide, vorzugsweise in dem wasserstoffreichen Erdgas am Fluidanschluss 30a, über eine Bildung eines Quotienten aus Messwerten eines der als Stickoxidsensor ausgebildeten Messelemente 46a, 54a und eines als Stickoxidsensor ausgebildeten weiteren Messelements 62a und/oder über eine Bildung einer Summe aus Messwerten des Stickoxidsensor ausgebildeten weiteren Messelements 40a in der Rezirkulationsleitung 18a und des als Stickoxidsensor ausgebildeten weiteren Messelements 68a im Kanalelement 26a, welches insbesondere zwischen der Rezirkulationsleitung 18a und dem Brenner 16a angeordnet ist, zu ermitteln. Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, mittels des ermittelten Verhältnisses von Sauerstoff zu Kohlenstoff in dem Betriebsfluid, vorzugsweise in dem wasserstoffreichen Erdgas am Fluidanschluss 30a, eine Verkokung zu überwachen und/oder zu verhindern. Die als Stickoxidsensor ausgebildeten Messelemente 46a, 54a, welche insbesondere in den Kanalelementen 20a, 22a, welche zwischen dem Gaseinlass 12a und der Brennstoffzelleneinheit 11a angeordnet sind, angeordnet sind, sind dazu vorgesehen, jeweils zwei Pumpströme der zwei Sauerstoff-Pumpzellen des Messelements zu erfassen. Das als wasserstoffreiche Erdgas ausgebildete Betriebsfluid am Fluidanschluss 30a ist insbesondere zumindest größtenteils aus CH4, CO, CO2, H2 und H2O gebildet, wobei in einer ersten Sauerstoff-Pumpzelle eines als Stickoxidsensor ausgebildeten Messelements 46a, 54a, welches insbesondere in einem der Kanalelemente 20a, 22a, welche zwischen dem Gaseinlass 12a und der Brennstoffzelleneinheit 11a angeordnet sind, angeordnet ist, Sauerstoff aus dem Betriebsfluid entfernt wird. In einer zweiten Sauerstoff-Pumpzelle des als Stickoxidsensor ausgebildeten Messelements 46a, 54a, welches insbesondere in einem der Kanalelemente 20a, 22a, welche zwischen dem Gaseinlass 12a und der Brennstoffzelleneinheit 11a angeordnet sind, angeordnet ist, liegen dann noch CH4, CO und H2 vor, wobei insbesondere an einer Pumpelektrode der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle eine Methanisierungsreaktion erfolgt. Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, mittels der erfassten zwei Pumpströme den Sauerstoff-Molenstrom des Betriebsfluids zu ermitteln. Ein als Stickoxidsensor ausgebildetes weiteres Messelement 40a, 62a, 68a und die Auswerteeinheit 76a sind dazu vorgesehen, den Sauerstoff-Molenstrom eines Betriebsfluids, insbesondere des Abgasstroms und/oder des Anodenabgasstroms, am weiteren Fluidanschluss 32a, insbesondere hinter der Brennstoffzelleneinheit 11a, zu erfassen und/oder zu ermitteln. Nach einem Durchströmen der Brennstoffzelleneinheit 11a ist das Betriebsfluid, insbesondere der Abgasstrom und/oder der Anodenabgasstrom, zumindest größtenteils aus CO, CO2, H2 und H2O gebildet. In einer zweiten Sauerstoff-Pumpzelle des als Stickoxidsensor ausgebildeten weiteren Messelements 40a, 62a, 68a liegt, insbesondere nach einem Entfernen von Sauerstoff in einer ersten Sauerstoff-Pumpzelle des als Stickoxidsensor ausgebildeten weiteren Messelements 40a, 62a, 68a, lediglich noch CO und H2 vor. Ein Pumpstrom an einer Pumpelektrode der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle des als Stickoxidsensor ausgebildeten weiteren Messelements 40a, 62a, 68a ist direkt proportional zu einem Kohlenstoff-Molenstrom des Betriebsfluids. Der Kohlenstoff-Molenstrom ist insbesondere von dem Fluidanschluss 30a zu dem weiteren Fluidanschluss 32a, insbesondere durch die Brennstoffzelleneinheit 11a, eine konservative Größe im Betriebsfluid. Der Kohlenstoff-Molenstrom des Betriebsfluids bleibt vorzugsweise bei einem Durchströmen der Brennstoffzelleneinheit 11a zumindest im Wesentlichen erhalten. Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, den Kohlenstoff-Molenstrom des Betriebsfluids über die Erfassung des Pumpstroms an der Pumpelektrode der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle des als Stickoxidsensor ausgebildeten weiteren Messelements 40a, 62a, 68a zu ermitteln. Die Auswerteeinheit 76a ist dazu vorgesehen, mittels des ermittelten Sauerstoff-Molenstroms und des ermittelten Kohlenstoff-Molenstroms das Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff im Betriebsfluid, insbesondere am Fluidanschluss 30a, zu berechnen. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 78a und/oder die maschinelle Lerneinheit 80a sind/ist dazu vorgesehen, in Abhängigkeit von dem ermittelten Rezirkulationsverhältnis, beispielsweise über eine Pumpleistung an der Rezirkulationsleitung 18a und/oder ein Ventil in der Rezirkulationsleitung 18a, eine Menge an durch die Rezirkulationsleitung 18a geleitetem Betriebsfluid zur Einspeisung in das über den Gaseinlass 12a zugeleitete als Erdgas ausgebildete Betriebsfluid zu steuern und/oder zu regeln. Insbesondere in einer Ausgestaltung der Messeinheit 38a, bei der als Stickoxidsensoren ausgebildete Messelemente 46a, 54a und/oder weitere Messelemente 40a, 62a, 68a als Sonden aus der Kraftfahrzeugtechnik ausgebildet sind, ist eine Elektronik der Messeinheit 38a und/oder der Auswerteeinheit 76a, insbesondere elektrische Leitungen, die Pumpelektroden o. dgl., für in Brennstoffzellen übliche Stickoxid-Konzentrationen beziehungsweise damit verbundenen höheren Ströme ausgelegt.The evaluation unit 76a is provided by means of the designed as a nitrogen oxide sensor Measuring elements 40a , 46a , 54a and / or the further measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 62a , 68a the measuring unit 38a the ratio of oxygen to carbon in one of the operating fluids, preferably in the hydrogen-rich natural gas at the fluid connection 30a , to investigate. The evaluation unit 76a is provided to determine the ratio of oxygen to carbon in one of the operating fluids, preferably in the hydrogen-rich natural gas at the fluid connection 30a , by forming a quotient from measured values of one of the measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 46a , 54a and a further measuring element designed as a nitrogen oxide sensor 62a and / or a further measuring element embodied by forming a sum of measured values from the nitrogen oxide sensor 40a in the recirculation line 18a and the further measuring element designed as a nitrogen oxide sensor 68a in the channel element 26a , which in particular between the recirculation line 18a and the burner 16a is arranged to determine. The evaluation unit 76a is provided by means of the determined ratio of oxygen to carbon in the operating fluid, preferably in the hydrogen-rich natural gas at the fluid connection 30a to monitor and / or prevent coking. The measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 46a , 54a , which in particular in the channel elements 20a , 22a , which between the gas inlet 12a and the fuel cell unit 11a are arranged, are arranged, are provided to detect two pump currents of the two oxygen pump cells of the measuring element. The operating fluid formed as hydrogen-rich natural gas at the fluid connection 30a is in particular formed at least for the most part from CH 4 , CO, CO 2 , H 2 and H 2 O, with a measuring element designed as a nitrogen oxide sensor in a first oxygen pump cell 46a , 54a , which in particular in one of the channel elements 20a , 22a , which between the gas inlet 12a and the fuel cell unit 11a are arranged, is arranged, oxygen is removed from the operating fluid. In a second oxygen pump cell of the measuring element designed as a nitrogen oxide sensor 46a , 54a , which in particular in one of the channel elements 20a , 22a , which between the gas inlet 12a and the fuel cell unit 11a are arranged, is arranged, then CH 4 , CO and H 2 are still present, with a methanation reaction taking place in particular on a pump electrode of the second oxygen pump cell. The evaluation unit 76a is provided to determine the oxygen molar flow of the operating fluid by means of the detected two pump currents. Another measuring element designed as a nitrogen oxide sensor 40a , 62a , 68a and the evaluation unit 76a are provided for this purpose, the molar oxygen flow of an operating fluid, in particular the exhaust gas flow and / or the anode exhaust gas flow, at the further fluid connection 32a , especially behind the fuel cell unit 11a to record and / or determine. After flowing through the fuel cell unit 11a the operating fluid, in particular the exhaust gas flow and / or the anode exhaust gas flow, is formed at least for the most part from CO, CO 2 , H 2 and H 2 O. In a second oxygen pump cell of the further measuring element designed as a nitrogen oxide sensor 40a , 62a , 68a is, in particular after removal of oxygen in a first oxygen pump cell of the further measuring element designed as a nitrogen oxide sensor 40a , 62a , 68a , only CO and H 2 before. A pump current at a pump electrode of the second oxygen pump cell of the further measuring element designed as a nitrogen oxide sensor 40a , 62a , 68a is directly proportional to a molar carbon stream of the operating fluid. In particular, the molar stream of carbon is from the fluid port 30a to the further fluid connection 32a , especially through the fuel cell unit 11a , a conservative quantity in the operating fluid. The molar flow of carbon of the operating fluid preferably remains as it flows through the fuel cell unit 11a at least essentially preserved. The evaluation unit 76a is provided to measure the molar flow of carbon in the operating fluid by detecting the pump current at the pump electrode of the second oxygen pump cell of the further measuring element designed as a nitrogen oxide sensor 40a , 62a , 68a to investigate. The evaluation unit 76a is provided to use the determined oxygen molar flow and the determined carbon molar flow to determine the ratio of oxygen to carbon in the operating fluid, in particular at the fluid connection 30a , to calculate. The control and / or regulating unit 78a and / or the machine learning unit 80a are / is provided for this purpose, depending on the determined recirculation ratio, for example via a pump power on the recirculation line 18a and / or a valve in the recirculation line 18a , a lot of through the recirculation line 18a conducted operating fluid for feeding into the via the gas inlet 12a to control and / or regulate supplied operating fluid designed as natural gas. In particular in one embodiment of the measuring unit 38a , in which measuring elements designed as nitrogen oxide sensors 46a , 54a and / or further measuring elements 40a , 62a , 68a are designed as probes from automotive engineering, is an electronics of the measuring unit 38a and / or the evaluation unit 76a , in particular electrical lines, the pump electrodes or the like, designed for nitrogen oxide concentrations that are usual in fuel cells or the higher currents associated therewith.

In 2 sind in einem Graphen drei Messungen 82a, 84a, 86a eines als Sauerstoffkonzentration in einem Betriebsfluid ausgebildeten Systemparameters von als Lambdasensoren ausgebildeten Messelementen 48a, 50a, 56a, 58a, 64a, 66a, 70a, 72a schematisch gezeigt. Insbesondere sind die Messungen 82a, 84a, 86a in einer Balkendarstellung gezeigt, wobei insbesondere eine maximale Höhe der Messungen 82a, 84a, 86a eine gesamte Menge eines Betriebsfluids, insbesondere an einem Messpunkt der jeweiligen Messung, angibt. Eine erste Messung 82a der drei Messungen zeigt Anteile 90a von Sauerstoff-Atomen und Anteile 96a von Sauerstoff-Atomen bei einer vollständigen Reaktion von Sauerstoff-Reaktanden zu einem stöchiometrischen Gemisch, insbesondere ausgedrückt als ein Sauerstoff-Potential, in dem als Erdgas ausgebildeten Betriebsfluid am Gaseinlass 12a. Eine zweite Messung 84a der drei Messungen 82a, 84a, 86a zeigt Anteile 92a von Sauerstoff-Atomen und Anteile 97a von Sauerstoff-Atomen bei einer vollständigen Reaktion von Sauerstoff-Reaktanden zu einem stöchiometrischen Gemisch, insbesondere ausgedrückt als ein Sauerstoff-Potential, in einem mit Wasserstoff angereicherten Betriebsfluid in dem Kanalelement 22a, welches, insbesondere fluidtechnisch, zwischen dem Reformer 14a und der Brennstoffzelleneinheit 11a, insbesondere dem Fluidanschluss 30a, angeordnet ist. Eine dritte Messung 86a der drei Messungen 82a, 84a, 86a zeigt Anteile 94a von Sauerstoff-Atomen und Anteile 98a von Sauerstoff-Atomen bei einer vollständigen Reaktion von Sauerstoff-Reaktanden zu einem stöchiometrischen Gemisch, insbesondere ausgedrückt als ein Sauerstoff-Potential, in einem als Abgasstrom und/oder als Anodenabgasstrom ausgebildeten Betriebsfluid in dem Kanalelement 24a, welches, insbesondere fluidtechnisch, zwischen der Brennstoffzelleneinheit 11a, insbesondere dem weiteren Fluidanschluss 32a, und der Rezirkulationsleitung 18a angeordnet ist. Ein Anteil 88a an Sauerstoff in dem als Abgasstrom und/oder als Anodenabgasstrom ausgebildeten Betriebsfluid wird durch die Rezirkulationsleitung 18a vor einem Einströmen in den Reformer 14a wieder in das als Erdgas ausgebildete Betriebsfluid eingespeist.In 2 there are three measurements in one graph 82a , 84a , 86a a system parameter designed as an oxygen concentration in an operating fluid of measuring elements designed as lambda sensors 48a , 50a , 56a , 58a , 64a , 66a , 70a , 72a shown schematically. In particular, the measurements are 82a , 84a , 86a shown in a bar graph, in particular, a maximum height of the measurements 82a , 84a , 86a indicates a total amount of an operating fluid, in particular at a measuring point of the respective measurement. A first measurement 82a of the three measurements shows proportions 90a of oxygen atoms and proportions 96a of oxygen atoms in the case of a complete reaction of oxygen reactants to form a stoichiometric mixture, in particular expressed as an oxygen potential, in the operating fluid formed as natural gas at the gas inlet 12a . A second measurement 84a of the three measurements 82a , 84a , 86a shows proportions 92a of oxygen atoms and proportions 97a of oxygen atoms in the case of a complete reaction of oxygen reactants to form a stoichiometric mixture, in particular expressed as an oxygen potential, in an operating fluid enriched with hydrogen in the channel element 22a , which, in particular fluidly, between the reformer 14a and the fuel cell unit 11a , especially the fluid connection 30a , is arranged. A third measurement 86a of the three measurements 82a , 84a , 86a shows proportions 94a of oxygen atoms and proportions 98a of oxygen atoms in the case of a complete reaction of oxygen reactants to form a stoichiometric mixture, in particular expressed as an oxygen potential, in an operating fluid in the channel element in the form of an exhaust gas flow and / or an anode exhaust gas flow 24a , which, in particular fluidly, between the fuel cell unit 11a , in particular the further fluid connection 32a , and the recirculation line 18a is arranged. A share 88a of oxygen in the operating fluid, which is designed as an exhaust gas flow and / or as an anode exhaust gas flow, is passed through the recirculation line 18a before flowing into the reformer 14a fed back into the operating fluid designed as natural gas.

Die als Lambdasonden ausgebildeten Messelemente 48a, 50a, 56a, 58a und/oder die als Lambdasonden ausgebildeten weiteren Messelemente 42a, 44a, 64a, 66a, 70a, 72a sind dazu vorgesehen, einen Sauerstoffüberschuss und/oder einen Sauerstoffmangel in Relation zur stöchiometrischen Zusammensetzung des Betriebsfluids zu erfassen. Die Anteile 90a, 92a, 94a von Sauerstoff im Betriebsfluid umfassen beispielsweise größtenteils CO, H2O und CO2. Die stöchiometrische Zusammensetzung 91a, 93a, 95a des Betriebsfluids ist insbesondere zumindest im Wesentlichen aus H2O und CO2 gebildet. Anteile 96a, 97a, 98a von Sauerstoff-Reaktanden sind insbesondere aus CO, H2 und CH4 gebildet. Von der ersten Messung 82a, insbesondere am Gaseinlass 12a, zu der zweiten Messung 84a, insbesondere vor dem Fluidanschluss 30a, nimmt der Anteil 90a an Sauerstoff im Betriebsfluid durch die Einspeisung, insbesondere des Anodenabgasstroms, über die Rezirkulationsleitung 18a, um den Anteil 88a zu. Der Anteil 88a an Sauerstoff wird dem als Anodenabgasstrom ausgebildeten Betriebsfluid nach dem weiteren Fluidanschluss 32a entnommen, wie insbesondere in der dritten Messung 86a gezeigt ist. Die Zusammensetzung 93a des Betriebsfluids in der zweiten Messung 84a, insbesondere am Fluidanschluss 30a, wird zusätzlich durch den Reformer 14a beeinflusst, welcher dazu vorgesehen ist, einen Anteil von Wasserstoff-Gas im Betriebsfluid zu erhöhen. Die als Lambdasonden ausgebildeten Messelemente 48a, 50a, 56a, 58a und/oder die als Lambdasonden ausgebildeten weiteren Messelemente 42a, 44a, 64a, 66a, 70a, 72a sind dazu vorgesehen, einen Lambda-Wert eines Betriebsfluids zu erfassen, wobei insbesondere ein Zähler des Lambda-Werts einem Anteil 90a, 92a, 94a an Sauerstoff im Betriebsfluid entspricht und ein Nenner des Lambda-Werts der gesamten Menge und/oder der stöchiometrischen Zusammensetzung 91a, 93a, 95a des Betriebsfluids entspricht. Ein Verhältnis aus der Differenz eines am weiteren Fluidanschluss 30a, insbesondere in dem Kanalelement 22a, 20a, und/oder in der zweiten Messung 84a erfassten Lambda-Werts und eines am weiteren Fluidanschluss 32a, insbesondere in dem Kanalelement 24a, 18a, 26a und/oder in der zweiten Messung 86a erfassten Lambda-Werts zu der Differenz von eins und eines am weiteren Fluidanschluss 30a, insbesondere in dem Kanalelement 22a, 20a, und/oder in der zweiten Messung 84a erfassten Lambda-Werts entspricht insbesondere einem Stack-Gasausnutzungsgrad der Brennstoffzelleneinheit 12a. Ein am weiteren Fluidanschluss 32a, insbesondere in dem Kanalelement 24a, und/oder in der dritten Messung 86a erfasster Lambda-Wert entspricht dem System-Gasausnutzungsgrad. Zusätzlich entspricht ein Verhältnis von einer Differenz 99a zwischen dem Anteil 94a an Sauerstoff der dritten Messung 86a und dem Anteil 90a an Sauerstoff der ersten Messung 82a zu einem Anteil 96a an Sauerstoff-Reaktanden der ersten Messung 82a dem System-Gasausnutzungsgrad. Vorzugsweise entspricht ein Produkt aus der Rezirkulationsrate und dem System-Gasausnutzungsgrad einem am Fluidanschluss 30a, insbesondere in dem Kanalelement 22a und/oder in dem Kanalelement 20a, und/oder in der zweiten Messung 84a erfassten Lambda-Wert. Ein Verhältnis von dem am Fluidanschluss 30a, insbesondere in dem Kanalelement 22a und/oder in dem Kanalelement 20a, und/oder in der zweiten Messung 84a erfassten Lambda-Wert zu dem am weiteren Fluidanschluss 32a, insbesondere in dem Kanalelement 24a, in dem Kanalelement 26a und/oder in der Rezirkulationsleitung 18a, und/oder in der dritten Messung 86a erfasster Lambda-Wert entspricht vorzugsweise der Rezirkulationsrate. Besonders bevorzugt sind/ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 78a und/oder die maschinelle Lerneinheit 80a dazu vorgesehen, die Brennstoffzelleneinheit 11a und/oder die Menge an über die Rezirkulationsleitung 18a geleiteten Betriebsfluids in Abhängigkeit von den erfassten Lambda-Werten zu steuern und/oder zu regeln. Es ist denkbar, dass die Auswerteeinheit 76a dazu vorgesehen ist, mittels den erfassten Lambda-Werten und einem Verhältnis von über den Gaseinlass 12a zugeführten Mengen von Wasserstoff und Kohlenstoff, das Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff des Betriebsfluids zu ermitteln.The measuring elements designed as lambda probes 48a , 50a , 56a , 58a and / or the further measuring elements designed as lambda probes 42a , 44a , 64a , 66a , 70a , 72a are provided to detect an oxygen excess and / or an oxygen deficiency in relation to the stoichiometric composition of the operating fluid. The shares 90a , 92a , 94a of oxygen in the operating fluid include, for example, largely CO, H 2 O and CO 2 . The stoichiometric composition 91a , 93a , 95a of the operating fluid is in particular formed at least essentially from H 2 O and CO 2 . Shares 96a , 97a , 98a of oxygen reactants are formed in particular from CO, H 2 and CH 4 . From the first measurement 82a , especially at the gas inlet 12a to the second measurement 84a , especially before the fluid connection 30a , the share takes 90a of oxygen in the operating fluid through the feed, in particular the anode exhaust gas flow, via the recirculation line 18a to get the share 88a to. The amount 88a the operating fluid, which is designed as an anode exhaust gas flow, is supplied with oxygen after the further fluid connection 32a taken, as in particular in the third measurement 86a is shown. The composition 93a of the operating fluid in the second measurement 84a , especially at the fluid connection 30a , is additionally provided by the reformer 14a influences, which is provided to increase a proportion of hydrogen gas in the operating fluid. The measuring elements designed as lambda probes 48a , 50a , 56a , 58a and / or the further measuring elements designed as lambda probes 42a , 44a , 64a , 66a , 70a , 72a are provided to detect a lambda value of an operating fluid, in particular a counter of the lambda value being a component 90a , 92a , 94a of oxygen in the operating fluid and a denominator of the lambda value of the total amount and / or the stoichiometric composition 91a , 93a , 95a of the operating fluid. A ratio of the difference between one at the other fluid connection 30a , especially in the channel element 22a , 20a , and / or in the second measurement 84a recorded lambda value and one at the other fluid connection 32a , especially in the channel element 24a , 18a , 26a and / or in the second measurement 86a recorded lambda value to the difference between one and one at the other fluid connection 30a , especially in the channel element 22a , 20a , and / or in the second measurement 84a The detected lambda value corresponds in particular to a stack gas utilization rate of the fuel cell unit 12a . One at the other fluid connection 32a , especially in the channel element 24a , and / or in the third measurement 86a The recorded lambda value corresponds to the system gas utilization rate. In addition, a ratio corresponds to one difference 99a between the proportion 94a of oxygen of the third measurement 86a and the share 90a of oxygen from the first measurement 82a to a share 96a of oxygen reactants from the first measurement 82a the system gas utilization rate. A product of the recirculation rate and the system gas utilization rate preferably corresponds to one at the fluid connection 30a , especially in the channel element 22a and / or in the channel element 20a , and / or in the second measurement 84a recorded lambda value. A ratio of that at the fluid port 30a , especially in the channel element 22a and / or in the channel element 20a , and / or in the second measurement 84a recorded lambda value to the one at the other fluid connection 32a , especially in the channel element 24a , in the channel element 26a and / or in the recirculation line 18a , and / or in the third measurement 86a the recorded lambda value preferably corresponds to the recirculation rate. The control and / or regulating unit is / is particularly preferred 78a and / or the machine learning unit 80a provided for the fuel cell unit 11a and / or the amount of over the recirculation line 18a to control and / or regulate conducted operating fluids as a function of the recorded lambda values. It is conceivable that the Evaluation unit 76a this is provided by means of the recorded lambda values and a ratio of via the gas inlet 12a supplied amounts of hydrogen and carbon to determine the ratio of oxygen to carbon of the operating fluid.

In 3 ist ein beispielhafter Ablauf eines Verfahrens 100a zur Erfassung zumindest eines der Systemparameter eines der Betriebsfluide mittels der Brennstoffzellenvorrichtung 10a gezeigt. In einem Verfahrensschritt 102a des Verfahrens 100a wird mittels der Messeinheit 38a, insbesondere zumindest einem der Messelemente 54a, 56a, 58a, ein als Sauerstoffkonzentration eines Betriebsfluids ausgebildeter Systemparameter in dem Kanalelement 22a, welches insbesondere fluidtechnisch zwischen dem Reformer 14a und der Brennstoffzelleneinheit 11a, insbesondere dem Fluidanschluss 30a, angeordnet ist, erfasst. In einem weiteren Verfahrensschritt 104a des Verfahrens 100a wird mittels der Messeinheit 38a, insbesondere einem der weiteren Messelemente 62a, 64a, 66a, ein als Sauerstoffkonzentration eines Betriebsfluids ausgebildeter Systemparameter in dem Kanalelement 24a, welches insbesondere fluidtechnisch zwischen der Brennstoffzelleneinheit 11a, insbesondere dem weiteren Fluidanschluss 32a, und der Rezirkulationsleitung 18a angeordnet ist, erfasst. Die erfassten Werte der Systemparameter werden an die Auswerteeinheit 76a übertragen. In einem Verfahrensschritt des Verfahrens 100a, insbesondere dem Verfahrensschritt 104a, wird mittels einem der weiteren Sensorelemente der Messeinheit 38a der Stack-Strom der Brennstoffzelleneinheit 11a erfasst und an die Auswerteeinheit 76a übertragen. In einem weiteren Verfahrensschritt 106a des Verfahrens 100a wird mittels der Auswerteeinheit 76a über die erfassten Systemparameter ein Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff in dem Betriebsfluid, insbesondere an dem Fluidanschluss 30a, ermittelt. In einem Verfahrensschritt des Verfahrens 100a, insbesondere dem Verfahrensschritt 106a, wird mittels der Auswerteeinheit 76a zu einer Identifizierung einer Sauerstoff-Leckage in der Brennstoffzelleneinheit 11a über die erfassten Systemparameter und den erfassten Stack-Strom ein Sauerstoffumsatz der Brennstoffzelleneinheit 11a ermittelt und mit einer Differenz der erfassten Sauerstoffkonzentrationen verglichen. In einem weiteren Verfahrensschritt 108a des Verfahrens 100a wird, falls der ermittelte Sauerstoffumsatz der Brennstoffzelleneinheit 11a und die Differenz der erfassten Sauerstoffkonzentrationen zumindest im Wesentlichen gleich ausgebildet sind, das ermittelte Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 78a und/oder der maschinellen Lerneinheit 80a mit einem vorgegebenen Sollwert des Verhältnisses von Sauerstoff zu Kohlenstoff der Brennstoffzelleneinheit 11a verglichen. In einem weiteren Verfahrensschritt 110a des Verfahrens 100a wird, falls sich das ermittelte Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff und der vorgegebene Sollwert des Verhältnisses von Sauerstoff zu Kohlenstoff der Brennstoffzelleneinheit 11a unterscheiden, mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 78a und/oder der maschinellen Lerneinheit 80a eine Menge an dem durch die Rezirkulationsleitung 18a eingespeisten Betriebsfluids, eine Zufuhr von Erdgas über den Gaseinlass 12a, ein Stack-Strom und/oder eine Stack-Spannung der Brennstoffzelleneinheit 11a schrittweise gesteuert und/oder geregelt, bis sich das ermittelte Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff und der vorgegebene Sollwert des Verhältnisses von Sauerstoff zu Kohlenstoff der Brennstoffzelleneinheit 11a angeglichen haben. In einem weiteren Verfahrensschritt 112a des Verfahrens 100a wird, falls die Differenz der erfassten Sauerstoffkonzentrationen den ermittelten Sauerstoffumsatz der Brennstoffzelleneinheit 11a, insbesondere um einen vorgegebenen Grenzwert, überschreitet, eine Sauerstoff-Leckage in der Brennstoffzelleneinheit 11a identifiziert, wobei beispielsweise mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 78a und/oder der maschinellen Lerneinheit 80a eine Zufuhr von Erdgas über den Gaseinlass 12a gedrosselt, ein Betrieb des Reformers 14a zur Erzeugung von Wasserstoff deaktiviert, ein Ventil am Fluidanschluss 30a geschlossen und/oder eine Funktion der Brennstoffzelleneinheit 11a deaktiviert wird. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen des Verfahrens 100a denkbar.In 3 is an exemplary sequence of a procedure 100a for detecting at least one of the system parameters of one of the operating fluids by means of the fuel cell device 10a shown. In one process step 102a of the procedure 100a is by means of the measuring unit 38a , in particular at least one of the measuring elements 54a , 56a , 58a , a system parameter designed as an oxygen concentration of an operating fluid in the channel element 22a , which in particular fluidly between the reformer 14a and the fuel cell unit 11a , especially the fluid connection 30a , is arranged, detected. In a further process step 104a of the procedure 100a is by means of the measuring unit 38a , in particular one of the further measuring elements 62a , 64a , 66a , a system parameter designed as an oxygen concentration of an operating fluid in the channel element 24a , which in particular fluidly between the fuel cell unit 11a , in particular the further fluid connection 32a , and the recirculation line 18a is arranged, detected. The recorded values of the system parameters are sent to the evaluation unit 76a transfer. In one process step of the process 100a , in particular the process step 104a , is by means of one of the further sensor elements of the measuring unit 38a the stack current of the fuel cell unit 11a recorded and sent to the evaluation unit 76a transfer. In a further process step 106a of the procedure 100a is by means of the evaluation unit 76a A ratio of oxygen to carbon in the operating fluid, in particular at the fluid connection, via the recorded system parameters 30a , determined. In one process step of the process 100a , in particular the process step 106a , is by means of the evaluation unit 76a to identify an oxygen leak in the fuel cell unit 11a An oxygen conversion of the fuel cell unit via the recorded system parameters and the recorded stack current 11a determined and compared with a difference in the detected oxygen concentrations. In a further process step 108a of the procedure 100a if the determined oxygen conversion of the fuel cell unit 11a and the difference between the detected oxygen concentrations is at least essentially the same, the determined ratio of oxygen to carbon by means of the control and / or regulating unit 78a and / or the machine learning unit 80a with a predetermined target value of the ratio of oxygen to carbon of the fuel cell unit 11a compared. In a further process step 110a of the procedure 100a if the determined ratio of oxygen to carbon and the predetermined target value of the ratio of oxygen to carbon of the fuel cell unit 11a differentiate by means of the control and / or regulating unit 78a and / or the machine learning unit 80a a lot of that through the recirculation line 18a fed operating fluids, a supply of natural gas via the gas inlet 12a , a stack current and / or a stack voltage of the fuel cell unit 11a gradually controlled and / or regulated until the determined ratio of oxygen to carbon and the specified target value of the ratio of oxygen to carbon of the fuel cell unit 11a have adjusted. In a further process step 112a of the procedure 100a If the difference in the detected oxygen concentrations is the determined oxygen conversion of the fuel cell unit 11a , in particular by a predetermined limit value, exceeds an oxygen leak in the fuel cell unit 11a identified, for example by means of the control and / or regulating unit 78a and / or the machine learning unit 80a a supply of natural gas via the gas inlet 12a throttled, an operation of the reformer 14a Deactivated to generate hydrogen, a valve on the fluid connection 30a closed and / or a function of the fuel cell unit 11a is deactivated. However, there are also other embodiments of the method 100a conceivable.

In der 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 3, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 nachgestellt. In dem Ausführungsbeispiel der 4 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.In the 4th a further embodiment of the invention is shown. The following descriptions and the drawings are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, whereby with regard to identically designated components, in particular with regard to components with the same reference numerals, in principle also to the drawings and / or the description of the other exemplary embodiments, in particular the 1 until 3 , can be referenced. To distinguish the exemplary embodiments, the letter a is the reference number of the exemplary embodiment in FIG 1 until 3 re-enacted. In the embodiment of 4th the letter a is replaced by the letter b.

In 4 ist eine alternative Ausgestaltung einer Brennstoffzellenvorrichtung 10b zur Handhabung von Betriebsfluiden gezeigt. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10b umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 11b, die einen brennstoffelektrodenseitigen Fluidanschluss 30b aufweist, und eine Messeinheit 38b zu einer Erfassung zumindest eines Systemparameters eines der Betriebsfluide, wobei der Systemparameter auf einer chemischen Zusammensetzung des Betriebsfluids beruht. Die Messeinheit 38b umfasst in einem Nahbereich 74b des Fluidanschlusses 30b mehrere Messelemente 54b, 56b, welche stromaufwärts des Fluidanschlusses 30b angeordnet sind. Die Messeinheit 38b umfasst mehrere weitere Messelemente 62b, 64b, welche stromabwärts des Fluidanschlusses 30b angeordnet sind. Die in der 4 gezeigte Brennstoffzellenvorrichtung 10b weist eine zumindest im Wesentlichen analoge Ausgestaltung zu der in der Beschreibung der 1 bis 3 beschriebenen Brennstoffzellenvorrichtung 10a auf, so dass bezüglich einer Ausgestaltung der in der 4 dargestellten Brennstoffzellenvorrichtung 10b zumindest im Wesentlichen auf die Beschreibung der 1 bis 3 verwiesen werden kann. Im Unterschied zu der in der Beschreibung der 1 bis 3 beschriebenen Brennstoffzellenvorrichtung 10a weist die Messeinheit 38b der in 4 gezeigten Brennstoffzellenvorrichtung 10b vorzugsweise lediglich zwei Messelemente 54b, 56b und lediglich zwei weitere Messelemente 62b, 64b auf. Die zwei Messelemente 54b, 56b sind in einem Kanalelement 22b der Brennstoffzellenvorrichtung 10b angeordnet, welches, insbesondere fluidtechnisch betrachtet, zwischen einem Reformer 14b der Brennstoffzellenvorrichtung 10b und der Brennstoffzelleneinheit 11b, insbesondere dem Fluidanschluss 30b, angeordnet ist. Die zwei weiteren Messelemente 62b, 64b sind in einem weiteren Kanalelement 24b der Brennstoffzellenvorrichtung 10b angeordnet, welches, insbesondere fluidtechnisch betrachtet, zwischen der Brennstoffzelleneinheit 11b, insbesondere einem brennstoffelektrodenseitigen weiteren Fluidanschluss 32b der Brennstoffzelleneinheit 11b, und einer Rezirkulationsleitung 18b der Brennstoffzellenvorrichtung 10b angeordnet ist. Jeweils ein Messelement 54b, 62b der zwei Messelemente 54b, 56b und der zwei weiteren Messelemente 62b, 64b sind als ein Stickoxidsensor ausgebildet. Jeweils ein anderes Messelement 56b, 64b der zwei Messelemente 54b, 56b und der zwei weiteren Messelemente 62b, 64b sind als ein Lambdasensor, insbesondere ein Breitbandlambdasensor, ausgebildet. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10b umfasst eine Auswerteeinheit 76b, die dazu vorgesehen ist, mittels über die Messeinheit 38b erfassten Systemparametern der Betriebsfluide zumindest einen Stack-Gasausnutzungsgrad der Brennstoffzelleneinheit 11b zu ermitteln. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen der Messeinheit 38b denkbar.In 4th is an alternative embodiment of a fuel cell device 10b for handling operating fluids shown. The fuel cell device 10b includes a fuel cell unit 11b that have a fuel-electrode-side fluid connection 30b has, and a measuring unit 38b for detecting at least one system parameter of one of the operating fluids, the system parameter being based on a chemical composition of the operating fluid. The unit of measurement 38b includes in a close range 74b of the fluid connection 30b several measuring elements 54b , 56b , which upstream of the fluid connection 30b are arranged. The unit of measurement 38b includes several other measuring elements 62b , 64b , which is downstream of the fluid connection 30b are arranged. The one in the 4th shown fuel cell device 10b has an embodiment that is at least essentially analogous to that in the description of FIG 1 until 3 fuel cell device described 10a on, so that with regard to an embodiment of the 4th illustrated fuel cell device 10b at least essentially on the description of the 1 until 3 can be referenced. In contrast to that in the description of the 1 until 3 fuel cell device described 10a instructs the measuring unit 38b the in 4th fuel cell device shown 10b preferably only two measuring elements 54b , 56b and only two more measuring elements 62b , 64b on. The two measuring elements 54b , 56b are in a channel element 22b the fuel cell device 10b arranged, which, in particular from a fluid point of view, between a reformer 14b the fuel cell device 10b and the fuel cell unit 11b , especially the fluid connection 30b , is arranged. The two other measuring elements 62b , 64b are in another channel element 24b the fuel cell device 10b arranged, which, in particular from a fluidic point of view, between the fuel cell unit 11b , in particular a further fluid connection on the fuel electrode side 32b the fuel cell unit 11b , and a recirculation line 18b the fuel cell device 10b is arranged. One measuring element each 54b , 62b of the two measuring elements 54b , 56b and the two other measuring elements 62b , 64b are designed as a nitrogen oxide sensor. A different measuring element in each case 56b , 64b of the two measuring elements 54b , 56b and the two other measuring elements 62b , 64b are designed as a lambda sensor, in particular a broadband lambda sensor. The fuel cell device 10b includes an evaluation unit 76b , which is provided by means of the measuring unit 38b detected system parameters of the operating fluids at least one stack gas utilization rate of the fuel cell unit 11b to investigate. However, there are also other configurations of the measuring unit 38b conceivable.

Claims (10)

Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere Festoxidbrennstoffzellenvorrichtung, zur Handhabung von Betriebsfluiden, mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit (11a; 11b), die zumindest einen brennstoffelektrodenseitigen Fluidanschluss (30a; 30b) aufweist, und mit zumindest einer Messeinheit (38a; 38b) zu einer Erfassung zumindest eines Systemparameters eines der Betriebsfluide, wobei der Systemparameter auf einer chemischen Zusammensetzung des Betriebsfluids beruht, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (38a; 38b) zumindest ein Messelement (46a; 48a; 50a; 52a; 54a, 56a, 58a, 60a; 54b, 56b) in einem Nahbereich (74a; 74b) des Fluidanschlusses (30a; 30b) umfasst, welches stromaufwärts des Fluidanschlusses (30a; 30b) angeordnet ist.Fuel cell device, in particular solid oxide fuel cell device, for handling operating fluids, with at least one fuel cell unit (11a; 11b) which has at least one fluid connection (30a; 30b) on the fuel electrode side, and with at least one measuring unit (38a; 38b) for detecting at least one system parameter of one of the Operating fluids, the system parameter being based on a chemical composition of the operating fluid, characterized in that the measuring unit (38a; 38b) has at least one measuring element (46a; 48a; 50a; 52a; 54a, 56a, 58a, 60a; 54b, 56b) in one The vicinity (74a; 74b) of the fluid connection (30a; 30b), which is arranged upstream of the fluid connection (30a; 30b). Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (38a; 38b) zumindest ein weiteres Messelement (40a, 42a; 44a; 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a; 62b, 64b) umfasst, welches stromabwärts des Fluidanschlusses (30a; 30b) angeordnet ist und zur Erfassung eines Regelwerts des Systemparameters vorgesehen ist, wobei insbesondere der Regelwert des Systemparameters über einen Vergleich mit einem über das Messelement (46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a; 54b, 56b) erfassten Wert des Systemparameters zu einer Steuerung und/oder Regelung der Brennstoffzelleneinheit (11a; 11b) vorgesehen ist.Fuel cell device according to Claim 1 , characterized in that the measuring unit (38a; 38b) comprises at least one further measuring element (40a, 42a; 44a; 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a; 62b, 64b), which downstream of the fluid connection (30a; 30b) is arranged and is provided for detecting a control value of the system parameter, in particular the control value of the system parameter via a comparison with a value of the measured via the measuring element (46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a, 58a, 60a; 54b, 56b) System parameters for controlling and / or regulating the fuel cell unit (11a; 11b) is provided. Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zumindest eine Rezirkulationsleitung (18a; 18b), welche eines der Betriebsfluide stromaufwärts des Fluidanschlusses (30a; 30b) einspeist und in welcher zumindest ein, insbesondere das oder ein weiteres, Messelement (40a, 42a, 44a) der Messeinheit (38a; 38b) angeordnet ist.Fuel cell device according to Claim 1 or 2 , characterized by at least one recirculation line (18a; 18b) which feeds one of the operating fluids upstream of the fluid connection (30a; 30b) and in which at least one, in particular the or one further, measuring element (40a, 42a, 44a) of the measuring unit (38a; 38b) is arranged. Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine, eine durch die Messeinheit (38a; 38b) erfasste Zusammensetzung auswertende Auswerteeinheit (76a; 76b), welche in einen geschlossenen Regelkreis für einen Betrieb der Brennstoffzelleneinheit (11a; 11b) eingebunden ist.Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized by at least one evaluation unit (76a; 76b) which evaluates a composition detected by the measuring unit (38a; 38b) and which is integrated into a closed control loop for operating the fuel cell unit (11a; 11b). Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Auswerteeinheit (76a; 76b), welche zu einem Auswerten der durch die Messeinheit (38a; 38b) erfassten Zusammensetzung eine maschinelle Lerneinheit (80a) umfasst.Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized by at least one evaluation unit (76a; 76b) which comprises a machine learning unit (80a) for evaluating the composition detected by the measuring unit (38a; 38b). Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (38a; 38b) zumindest ein, insbesondere das oder ein zusätzliches, als Lambdasonde, insbesondere Breitband-Lambdasonde und/oder Sprung-Lambdasonde, ausgebildetes Messelement (48a, 50a, 56a, 58a; 56b) umfasst, welches stromaufwärts des Fluidanschlusses (30a; 30b) angeordnet ist.Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring unit (38a; 38b) has at least one, in particular that or an additional, measuring element (48a, 50a, 56a, 58a; 56b), which is arranged upstream of the fluid connection (30a; 30b). Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (38a; 38b) zumindest ein, insbesondere das oder ein zusätzliches, als Stickoxidsensor ausgebildetes Messelement (46a, 54a; 54b) umfasst, welches stromaufwärts des Fluidanschlusses (30a; 30b) angeordnet ist.Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring unit (38a; 38b) comprises at least one, in particular the or an additional measuring element (46a, 54a; 54b) designed as a nitrogen oxide sensor, which is arranged upstream of the fluid connection (30a; 30b) is. Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (38a) zumindest ein, insbesondere das oder ein zusätzliches, als Partikelsensor ausgebildetes Messelement (52a, 60a) umfasst, welches stromaufwärts des Fluidanschlusses (30a) angeordnet ist.Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring unit (38a) comprises at least one, in particular the or an additional measuring element (52a, 60a) designed as a particle sensor, which is arranged upstream of the fluid connection (30a). Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (38a) zumindest ein, insbesondere das oder ein zusätzliches, als Brennstoffzelle ausgebildetes Messelement umfasst, welches stromaufwärts des Fluidanschlusses (30a) angeordnet ist.Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring unit (38a) comprises at least one, in particular the or an additional measuring element designed as a fuel cell, which is arranged upstream of the fluid connection (30a). Verfahren zur Erfassung zumindest eines Systemparameters eines Betriebsfluids, welcher auf einer chemischen Zusammensetzung des Betriebsfluids beruht, mittels einer Brennstoffzellenvorrichtung (10a; 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Method for detecting at least one system parameter of an operating fluid, which is based on a chemical composition of the operating fluid, by means of a fuel cell device (10a; 10b) according to one of the preceding claims.
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