WO2022082244A1 - Verfahren zur ermittlung der relativen feuchte an einem kathodeneingang eines brennstoffzellenstapels eines brennstoffzellensystems - Google Patents

Verfahren zur ermittlung der relativen feuchte an einem kathodeneingang eines brennstoffzellenstapels eines brennstoffzellensystems Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the relative humidity at a cathode input of a fuel cell stack of a fuel cell system, a determining device for carrying out such a method and a method for generating a humidifier map for use in a method according to the invention.
  • Known fuel cell systems therefore usually have humidity sensors which are able to determine the relative humidity in an air supply to the fuel cell stack. It is also known to actively humidify the supply air to a fuel cell stack by supplying water and evaporating the water if the supply air sucked in from the environment does not have the moisture required for the current point in time. For this purpose, humidifiers are provided in fuel cell systems, which are able to load the supply air with additional moisture. It is also known to operate the humidifier passively by recirculating humidified cathode air. Moisture transport takes place here due to different partial pressures and their equalization.
  • a disadvantage of the known solutions is that humidity sensors have to be fitted at the respective positions for effective control of the relative humidity. It may be necessary, for example, to attach a moisture sensor directly inside the fuel cell in the area of the membrane. However, it is at least necessary to intervene in the fuel cell to such an extent that a corresponding moisture sensor is arranged in the supply line to a cathode section of a fuel cell stack in order to detect the desired moisture there to capture parameters. This leads to a high level of structural complexity, since corresponding installation space and wiring must be provided for such a moisture sensor. It should also be pointed out that, depending on the quality of the sensor used, measured parameters can have a measurement inaccuracy, which accordingly leads to control inaccuracy. Last but not least, it should be pointed out that real sensors for determining the relative humidity naturally also increase the costs for the production of such a fuel cell system.
  • the object of the present invention to at least partially eliminate the above disadvantages.
  • a method is used to determine the relative humidity at a cathode input of a fuel cell stack of a fuel cell system. To do this, the procedure consists of the following steps:
  • Determination of the relative humidity at the cathode inlet on the basis of the determined supply air water mass flow of the determined humidifier water mass flow and the detected at least one cathode input parameter.
  • a method according to the invention is basically aimed at completely avoiding a physically present relative humidity sensor and nevertheless determining a value for the relative humidity.
  • a method according to the invention uses sensor parameters which are of fundamental importance for the operation of the fuel cell system and are therefore available from essentially existing sensors.
  • the method according to the invention is based on two separate, upstream steps, which are then combined in a downstream determination step. The individual steps are explained in more detail below.
  • a supply air water mass flow is determined. This is the mass flow, which corresponds to the amount of water in the supply air per unit of time. In other words, the amount of water that is introduced into the system by the supply air from outside the fuel cell system is determined over time.
  • the necessary sensors for the intake air parameters can be located in a corresponding intake duct, but also in the environment of the fuel cell system. In order to determine this supply air water mass flow, essentially two different pieces of information are required.
  • at least one physical supply air parameter is determined.
  • An example of such a physical supply air parameter can be, for example, the supply air temperature, the supply air pressure or the relative supply air humidity.
  • a supply air water mass flow can be determined based on the at least one physical supply air parameter and the supply air mass flow of the supply air, ie the mass flow of the entire supply air. This determination takes place either in an algorithmic, that is to say physically calculable connection, or by using a characteristics map which will be explained later, or other connections, such as for example using a neural network.
  • the humidifier water mass flow is determined. This is the amount of water per unit of time that is added to the supply air by the humidifier.
  • the humidifier is a humidifier unit that is physically present in the fuel cell system and is able to introduce additional moisture into the supply air and thus to increase the relative humidity of the supply air in a controllable manner.
  • at least one physical cathode input parameter is determined, which is then used for the determination. Physical cathode input parameters will be explained in more detail later and relate, for example, to the cathode input temperature, the cathode input pressure or the power requirement on the fuel cell stack. From one or more of these cathode input parameters, it is now possible to determine a humidifier water mass flow in a manner according to the invention using a humidifier characteristic diagram.
  • the use of the humidifier map makes it possible to dispense with a moisture sensor integrated into the fuel cell system.
  • the humidifier water mass flow can be determined based on the humidifier characteristics map in the manner according to the invention using existing control parameters of the fuel cell system in the form of the at least one cathode input parameter.
  • a core advantage of the present invention becomes clear here.
  • the supply air water mass flow determined and the humidification water mass flow determined are combined and used together with at least one cathode input parameter to determine the relative humidity at the cathode input. This now makes it possible to determine the relative humidity at the cathode input without a humidity sensor integrated in the fuel cell system.
  • This final determination step can also be determined using an additional characteristic map or by a physically based, algorithmic relationship. Accordingly, this determination is preferably based on a physically verifiable relationship between the described input parameters.
  • the time at which the relative humidity is determined is improved. This is based in particular on the fact that a prediction can already be made as the flow passes through the humidifier as to what relative humidity will be set at the cathode input due to the current operating situation. This prediction makes it possible to react earlier than with the known solutions in a controlling manner, for example by means of a control intervention, and thus to avoid undesired regulation or control fluctuations. If the relative humidity at the cathode input is predicted to be too low, countermeasures can be taken earlier than in the known solutions with physically present humidity sensors, so that in real operation the relative humidity on the membrane in the respective fuel cell decreases less than in the known solutions the case would be. A method according to the invention also allows the subsequent control success to be improved.
  • the above list is a non-exhaustive list.
  • at least two or precisely the three different intake air parameters mentioned above are used for a method according to the invention.
  • at the supply air parameters mentioned are also parameters for which sensors are provided for the normal control operation of a fuel cell system.
  • a sensor means for detecting the relative supply air humidity can be arranged independently of the fuel cell system, ie without being integrated into the interior of the fuel cell system.
  • the cathode input parameters are designed to be free of a determination of a relative cathode input humidity.
  • additional parameters can be used, for example, when using a method according to the invention on a test stand for fuel cell systems. As will be explained later, this can serve to generate, improve and/or validate the humidifier characteristic map.
  • a humidifier map that is recorded and generated as broadly as possible allows a method according to the invention to be used later in different fuel cell systems either in a general manner or in a manner specified for the respective fuel cell system.
  • an additional characteristic map is used in a method according to the invention for determining the supply air water mass flow and/or for determining the relative humidity at the cathode inlet.
  • an additional characteristics map can also be used for the stated determination and the stated determination as an alternative to algorithmic relationships.
  • Such additional characteristics fields can be provided according to the data relationships, for example in tabular form.
  • a neural network for such additional characteristics fields are conceivable within the scope of the present invention.
  • the humidifier map which can have tabular relationships and/or neural networks as a basis in a trained manner.
  • a humidifier characteristic diagram specific to the fuel cell stack and/or the fuel cell system is used in a method according to the invention. It is thus possible to determine a specific humidifier map specifically for a type of fuel cell system on a test stand. This specific configuration of the humidifier characteristic map can also be geared to a specific configuration of the respective humidifier.
  • associated specific weighting factors can be adaptable for the specific configuration of a basic humidifier characteristic map. It is also possible to carry out a fully specific determination on the respective test stand in order to generate an associated specific humidifier map.
  • the humidifier characteristic map is at least partially designed as a weighted neural network.
  • the humidifier map is at least partially designed as artificial intelligence in this embodiment, with the training of this neural network being able to be obtained in the form of a deep learning algorithm, for example using corresponding data from a test bench for the fuel cell system. This applies in particular to the use of a specific humidifier characteristic map, as has been explained in the preceding paragraph.
  • the determined relative humidity is compared with at least one limit value, with a control signal being generated if the at least one limit value is exceeded.
  • a method according to the invention is basically designed to provide a parameter in the form of relative humidity for subsequent control methods
  • the step of evaluating this specific or determined relative humidity can also be integrated into the method according to the invention. If, for example, a minimum relative humidity is not reached when the current relative humidity is determined, a control signal can be output to a control process in order to control appropriate adjusting means in such a way that greater humidification results in a higher relative ven moisture will lead. If too high a relative humidity is detected, a reduction in the relative humidity can be achieved through this comparison, for example by activating a bypass past a humidifier device.
  • the present invention also relates to a determination device for determining the relative humidity at a cathode input of a fuel cell stack of a fuel cell system.
  • a determination device has a supply air module for detecting at least one physical supply air parameter of a supply air to the cathode inlet.
  • This supply air module is also used to record a supply air mass flow of the supply air.
  • the determination device also has a supply air determination module for determining a supply air water mass flow on the basis of the recorded at least one supply air parameter and the recorded supply air mass flow.
  • a cathode input module can be used to detect at least one physical cathode input parameter at the cathode input.
  • a cathode input determination module for determining a humidifier water mass flow based on the recorded at least one cathode input parameter using a humidifier characteristic map.
  • the determination device has a determination module for determining the relative humidity at the cathode input on the basis of the determined supply air water mass flow, the determined humidifier water mass flow and the recorded at least one cathode input parameter.
  • the supply air module, the supply air determination module, the cathode input module, the cathode input determination module and/or the determination module are advantageously designed for the execution of a method according to the invention. A determination device according to the invention thus brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to a method according to the invention.
  • a supply air sensor device for detecting the at least one physical supply air parameter and/or the supply air mass flow.
  • a supply air sensor device can have sensor means which are designed in particular independently of the fuel cell system. They serve, for example, to perceive the corresponding supply air parameters at the supply air inlet or even directly in the environment.
  • sensor means of the cathode input sensor device are integrated into the fuel cell system, but are in particular designed without a moisture sensor.
  • Another subject matter of the present invention is a generation method for generating a humidifier map for use in a method according to the invention, having the following steps:
  • This generation method is used to determine a humidifier characteristic map or to fill it with data in order to then be able to use it in a method according to the invention.
  • This can be used to determine specific humidifier maps, but also to determine generally applicable humidifier maps.
  • Such a method may even be additionally validated on the same or a similar test bench.
  • a determined humidifier characteristic map is operated and, in parallel, the results of a method according to the invention are compared with the measured values of a physical moisture sensor present on the test bench.
  • FIG. 7 shows a further detail section of a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows schematically how part of a fuel cell system 100 can be designed.
  • a fuel cell stack 110 is equipped with a multiplicity of individual fuel cells, not shown in detail, with the fuel cell stack 110 being divided into a cathode section 112 and an anode section 114 .
  • the cathode inlet 113 and the anode inlet 115 are decisive for the present invention.
  • the consideration of the cathode side, ie the cathode inlet 113, is essential here.
  • FIG. 1 now shows a schematic of a determination device 10 according to the invention.
  • the individual modules 20, 30, 40, 50, 60 will be explained in more detail later.
  • a supply air sensor device 70 and a cathode input sensor device 80 are also provided here, which communicate with the determination device 10 in a signal-communicating manner and record the desired parameters at the appropriate points.
  • FIG. 2 schematically shows the locations at which, in principle, the required parameters can be recorded.
  • the supply air parameters ZP and the supply air mass flow ZM are recorded.
  • no physical sensor has to be arranged between the humidifier 120 and the cathode input 113 for the detection of relative humidity.
  • the supply air water mass flow ZWM is determined in the supply air determination module 30, as shown in FIG.
  • At least one physical supply air parameter ZP and one supply air mass flow ZM are taken into account here in order to determine the supply air water mass flow ZWM in an algorithmic context, for example.
  • the supply air temperature ZPT, the supply air pressure ZPP and the relative supply air humidity ZPH are used as supply air parameters ZP.
  • FIG. 4 shows a variant in which, in addition or as an alternative to an algorithmic relationship, an additional characteristic diagram ZK leads to the determination of the intake air water mass flow ZWM on the basis of the input parameters.
  • the second preparatory method step is shown in FIG. 5, the cathode input parameters KP being used here in the cathode input determination module 50 to determine the humidifier water mass flow BWM. According to the invention, no algorithmic relationship is provided here, but rather the use of the humidifier characteristics map BK. As the cathode input parameters KP here the cathode input temperature KPT, the cathode input pressure KPP and the current requirement KPI are used.
  • FIG. 6 shows the combination of the determined values in the determination module 60.
  • the parameters supply air water mass flow ZWM and humidifier water mass flow BWM determined in the first two steps of the method are used here in addition to the cathode input parameters KP that are already present and have already been used once to determine the relative humidity RH again by means of an algorithmic relationship or the use of an additional characteristics map ZK, which is not shown in detail.
  • the cathode inlet temperature KPT and the cathode inlet pressure KPP are used by way of example as cathode inlet parameters KP.
  • FIG. 7 also shows the combination of the previous steps in a determination device 10.
  • the cathode input parameters KP, the supply air parameters ZP and the supply air mass flow ZM come in from outside the determination device 10.
  • the relative humidity RH is displayed on the other side. Due to the two-stage nature of the method according to the invention, the intake air determination module 30 and the cathode input determination module 50 within the determination device determine the intake air water mass flow ZWM and the humidifier water mass flow BWM as intermediate results, so to speak, which are determined in the second stage of the method according to the invention via the determination module 60 be converted into the relative humidity RH.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der relativen Feuchte (RH) an einem Kathodeneingang (113) eines Brennstoffzellenstapels (110) eines Brennstoffzellensystems (100), aufweisend die folgenden Schritte: Erfassen von wenigstens einem physikalischen Zuluft-Parameter (ZP) einer Zuluft (ZU) zu dem Kathodeneingang (113), Erfassen eines Zuluft-Massenstroms (ZM) der Zuluft (ZU), Bestimmen eines Zuluftwasser-Massenstroms (ZWM) auf Basis des erfassten wenigstens einen Zuluft-Parameters (ZP) und des erfassten Zuluft-Massenstroms (ZM), Erfassen wenigstens eines physikalischen Kathodeneingang- Parameters (KP) am Kathodeneingang (113), Bestimmen eines Befeuchterwasser-Massenstroms (BWM) auf Basis des erfassen wenigstens einen Kathodeneingang-Parameters (KP) unter Verwendung eines Befeuchterkennfeldes (BK), Ermitteln der relativen Feuchte (RH) am Kathodeneingang (113) auf Basis des bestimmten Zuluftwasser-Massenstroms (ZWM), des bestimmten Befeuchterwasser-Massenstroms (BWM) und des erfassten wenigstens einen Kathodeneingang-Parameters (KP).

Description

Verfahren zur Ermittlung der relativen Feuchte an einem Kathodeneingang eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der relativen Feuchte an einem Kathodeneingang eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems, eine Ermittlungsvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie ein Erzeugungsverfahren für ein Erzeugen eines Befeuchterkennfeldes für einen Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren.
Es ist bekannt, dass beim Betreiben von Brennstoffzellensystemen die Kenntnis der relativen Feuchte innerhalb des Brennstoffzellenstapels einen entscheidenden Kontrollparameter darstellt. Dies beruht insbesondere auf der Tatsache, dass in Brennstoffzellen Membrane verwendet werden, welche eine Mindestfeuchtigkeit nicht unterstreiten sollen. Eine zu trockene Membran oder eine Membran mit einer sich zu sehr ändernden Feuchte würde eine Schädigung davontragen. Zusätzlich ist es häufig notwendig, eine zu große Feuchtigkeit zu vermeiden, um ein Auskondensieren in Form von flüssigem Wasser innerhalb des Brennstoffzellenstapels zu vermeiden.
Bekannte Brennstoffzellensysteme weisen daher üblicherweise Feuchtigkeitssensoren auf, welche in der Lage sind, die relative Feuchte in einer Zuluft zu dem Brennstoffzellenstapel zu bestimmen. Auch ist es bekannt, die Zuluft zu einem Brennstoffzellenstapel aktiv durch eine Wasserzufuhr und Verdampfen des Wassers zu befeuchten, wenn die angesaugte Zuluft aus der Umgebung nicht die für den aktuellen Zeitpunkt notwendige Feuchtigkeit aufweist. Hierfür sind bei Brennstoffzellensystemen Befeuchter vorgesehen, welche in der Lage sind, die Zuluft mit zusätzlicher Feuchtigkeit zu beladen. Es ist auch bekannt, den Befeuchter passiv durch Rückführung einer befeuchteten Kathodenluft zu betreiben. Hierbei findet durch unterschiedliche Partialdrücke und deren Ausgleich ein Feuchtigkeitstransport statt.
Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass für eine effektive Kontrolle der relativen Feuchtigkeit Feuchtigkeitssensoren an den jeweiligen Positionen angebracht sein müssen. Dabei kann es zum Beispiel notwendig sein, einen Feuchtigkeitssensor direkt innerhalb der Brennstoffzelle im Bereich der Membran anzubringen. Zumindest ist es jedoch notwendig in die Brennstoffzelle so weit einzugreifen, dass in der Zufuhrleitung zu einem Kathodenabschnitt eines Brennstoffzellenstapels ein entsprechender Feuchtigkeitssensor angeordnet wird, um dort den gewünschten Parameter erfassen zu können. Dies führt zu einem hohen konstruktiven Aufwand, da entsprechend Bauraum und Verkabelung für einen solchen Feuchtigkeitssensor vorgesehen werden muss. Auch ist darauf hinzuweisen, dass gemessene Parameter je nach der Qualität des verwendeten Sensors eine Messungenauigkeit aufweisen kann, welche dementsprechend in einer Kontrollungenauigkeit mündet. Nicht zuletzt ist darauf hinzuweisen, dass reale Sensoren für die Bestimmung der relativen Feuchte natürlich auch die Kosten für die Herstellung eines solchen Brennstoffzellensystems erhöhen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehenden Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die Kontrolle der Feuchtigkeit in einem Brennstoffzellensystem zu verbessern.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Ermittlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie ein Erzeugungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ermittlungsvorrichtung sowie dem erfindungsgemäßen Erzeugungsverfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Erfindungsgemäß dient ein Verfahren der Ermittlung der relativen Feuchte an einem Kathodeneingang eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems. Hierfür weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
Erfassen von wenigstens einem physikalischen Zuluft-Parameter einer Zuluft zu dem Kathodeneingang,
Erfassen eines Zuluft-Massenstroms der Zuluft,
Bestimmen eines Zuluftwasser-Massenstroms auf Basis des erfassten wenigstens einen Zuluft-Parameters und des erfassten Zuluft- Massenstroms, Erfassen wenigstens eines physikalischen Kathodeneingang-
Parameters am Kathodeneingang,
Bestimmen eines Befeuchterwasser-Massenstroms auf Basis des erfassten wenigstens einen Kathodeneingang-Parameters unter Verwendung eines Befeuchterkennfeldes,
Ermitteln der relativen Feuchte am Kathodeneingang auf Basis des bestimmten Zuluftwasser-Massenstroms des bestimmten Befeuchterwasser-Massenstroms und des erfassten wenigstens einen Kathodeneingang-Parameters.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zielt grundsätzlich darauf ab, einen physisch vorhandenen relativen Feuchtesensor vollständig zu vermeiden und trotzdem einen Wert für die relative Feuchte zu ermitteln. Um dies zu gewährleisten, greift ein erfindungsgemäßes Verfahren auf Sensorparameter zurück, welche für den Betrieb des Brennstoffzellensystems von grundlegender Bedeutung sind und daher durch essentiell vorhandene Sensoren zur Verfügung stehen. Um dies zu gewährleisten, basiert das erfindungsgemäße Verfahren auf zwei separaten, vorgelagerten Schritten, welche anschließend in einem nachgelagerten Ermittlungsschritt kombiniert werden. Die einzelnen Schritte werden nachfolgend im Detail näher erläutert.
In dem ersten vorgelagerten Schritt erfolgt die Bestimmung eines Zuluftwasser- Massenstroms. Darunter ist der Massenstrom zu verstehen, welcher der Menge an Wasser in der Zuluft pro Zeiteinheit entspricht. Mit anderen Worten wird also die Menge an Wasser über die Zeit ermittelt, welche durch die Zuluft von außerhalb des Brennstoffzellensystems in das System eingebracht wird. Die entsprechend notwendige Sensorik für die Zuluft-Parameter kann dabei in einem entsprechenden Ansaugkanal, aber auch in die Umgebung des Brennstoffzellensystems gerichtet sein. Um diesen Zuluftwasser-Massenstrom zu bestimmen, sind im Wesentlichen zwei unterschiedliche Informationen notwendig. Zum einen wird mindestens ein physikalischer Zuluft-Parameter ermittelt. Ein Beispiel für einen solchen physikalischen Zuluft- Parameter kann zum Beispiel die Zuluft-Temperatur, der Zuluft-Druck oder die relative Zuluft-Feuchte sein. Dadurch, dass die Messung der Zuluft am Eingang des Brennstoffzellensystems oder sogar außerhalb des Brennstoffzellensystems in der Umgebung stattfinden kann, ist die Ermittlung dieser Umgebungsparameter sehr einfach und kostengünstig möglich. Insbesondere kann eine entsprechende Sensorik zur Ermittlung des wenigstens einen physikalischen Zuluft-Parameters unabhängig oder im Wesentlichen unabhängig von dem Brennstoffzellensystem ausgebildet sein und muss insbesondere nicht in dieses integriert werden. Hinsichtlich des notwendigen Bauraums und Gewichtes des Brennstoffzellensystems können hier bereits entscheidende Vorteile erzielt werden. Basierend auf dem wenigstens einen physikalischen Zuluft-Parameter und dem Zuluft-Massenstrom der Zuluft, also dem Massenstrom der gesamten Zuluft, kann ein Zuluftwasser-Massenstrom ermittelt werden. Diese Ermittlung erfolgt entweder in einem algorithmischen, also physikalisch berechenbaren Zusammenhang, oder durch die Verwendung eines später noch erläuterten Kennfeldes oder anderer Zusammenhänge, wie beispielsweise unter der Verwendung eines neuronalen Netzwerks.
Parallel und separat zu dieser Bestimmung des Zuluftwasser-Massenstroms erfolgt eine Bestimmung des Befeuchterwasser-Massenstroms. Dabei handelt es sich um die Wassermenge pro Zeiteinheit, welche durch den Befeuchter der Zuluft zugemischt wird. Der Befeuchter ist dabei eine physisch vorhandene Befeuchtereinheit des Brennstoffzellensystems und ist in der Lage, zusätzliche Feuchtigkeit in die Zuluft einzubringen und damit die relative Feuchtigkeit der Zuluft in kontrollierbarer Weise zu erhöhen. Um diesen Befeuchterwasser-Massenstrom zu ermitteln, wird wenigstens ein physikalischer Kathodeneingang-Parameter ermittelt, welcher anschließend für die Bestimmung Verwendung findet. Physikalische Kathodeneingang- Parameter werden später noch näher erläutert und beziehen sich zum Beispiel auf die Kathodeneingang-Temperatur, den Kathodeneingang-Druck oder die Stromanforderung am Brennstoffzellenstapel. Aus einem oder mehreren dieser Kathodeneingang-Parameter ist es nun möglich, in erfindungsgemäßer Weise unter Einsatz eines Befeuchterkennfeldes, einen Befeuchterwasser-Massenstrom zu ermitteln.
An dieser Stelle wird durch den Einsatz des Befeuchterkennfeldes ein Verzicht auf einen in das Brennstoffzellensystem integrierten Feuchtigkeitssensor möglich. Während bei den bekannten Lösungen physisch vorhandene Feuchtigkeitssensoren in das Brennstoffzellensystem integriert werden mussten, kann in der erfindungsgemäßen Weise durch vorhandene Kontrollparameter des Brennstoffzellensystems in Form des wenigstens einen Kathodeneingang-Parameters, eine auf dem Befeuchterkennfeld basierende Bestimmung des Befeuchterwasser-Massenstroms erfolgen. Hier wird ein Kernvorteil der vorliegenden Erfindung deutlich. In einem abschließenden und kombinierenden Schritt werden der bestimmte Zuluftwasser-Massenstrom und der bestimmte Befeuchterwasser-Massenstrom kombiniert und zusammen mit wenigstens einem Kathodeneingang-Parameter zur Ermittlung der relativen Feuchte am Kathodeneingang verwendet. Dies erlaubt es also nun ohne einen in das Brennstoffzellensystem integrierten Feuchtigkeitssensor die relative Feuchte am Kathodeneingang zu ermitteln. Dieser abschließende Ermittlungsschritt kann dabei ebenfalls unter Verwendung eines Zusatz-Kennfeldes oder aber durch einen physikalisch basierten, algorithmischen Zusammenhang bestimmt werden. Diese Ermittlung basiert demnach vorzugsweise auf einem physikalisch belegbaren Zusammenhang zwischen den beschriebenen Eingangsparametern.
Neben dem großen Vorteil der Möglichkeit auf einen physisch vorhandenen Feuchtigkeitssensor zu verzichten, wird der Zeitpunkt der Bestimmung der relativen Feuchte verbessert. Dies beruht insbesondere darauf, dass bereits beim Durchströmen des Befeuchters eine Vorhersage getroffen werden kann, welche relative Feuchte am Kathodeneingang sich durch die aktuelle Betriebssituation einstellen wird. Diese Vorhersage erlaubt es, früher als bei den bekannten Lösungen in kontrollierender Weise, zum Beispiel durch einen Stelleingriff, zu reagieren und damit unerwünschte Regeloder Steuerschwankungen zu vermeiden. So kann bei einer Vorhersage einer zu niedrigen relativen Feuchte am Kathodeneingang im Vergleich zu den bekannten Lösungen mit physisch vorhandenen Feuchtigkeitssensoren, früher gegengesteuert werden, sodass im realen Betrieb an der Membran in der jeweiligen Brennstoffzelle die relative Feuchtigkeit weniger stark abnimmt als dies bei den bekannten Lösungen der Fall wäre. Ein erfindungsgemäßes Verfahren erlaubt also auch den anschließenden Kontrollerfolg zu verbessern.
Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren als Zuluft-Parameter wenigstens einer der folgenden verwendet wird:
Zuluft-Temperatur,
Zuluft-Druck, relative Zuluft-Feuchte.
Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Insbesondere werden zumindest zwei oder genau die oben genannten drei verschiedenen Zuluft-Parameter für ein erfindungsgemäßes Verfahren eingesetzt. Bei den genannten Zuluft-Parametern handelt es sich darüber hinaus um Parameter, für welche grundsätzlich Sensoren für den normalen Regelbetrieb eines Brennstoffzellensystems vorgesehen sind. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass ein Sensormittel zur Erfassung der relativen Zuluft-Feuchte unabhängig vom Brennstoffzellensystem, also ohne Integration in das Innere des Brennstoffzellensystems, angeordnet werden kann.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren als Ka- thodeneingang-Parameter wenigstens einer der folgenden verwendet wird:
Stromanforderung,
Kathodeneingang-Temperatur,
Kathodeneingang-Druck.
Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Auch hier werden vorzugsweise bereits vorhandene Sensormittel des Brennstoffzellensystems verwendet, welche für die grundsätzliche Kontrolle des Betriebs des Brennstoffzellensystems notwendig sind. Es ist besonders hervorzuheben, dass die Kathodeneingang-Parameter frei von einer Bestimmung einer relativen Kathodenein- gang-Feuchte ausgebildet sind. Mehrere zusätzliche Parameter können jedoch zum Beispiel beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem Prüfstand für Brennstoffzellensysteme eingesetzt werden. Dies kann dazu dienen, wie dies später noch erläutert wird, das Befeuchterkennfeld zu erzeugen, zu verbessern und/oder zu validieren. Ein möglichst breit erfasstes und erzeugtes Befeuchterkennfeld erlaubt es, ein erfindungsgemäßes Verfahren später auch bei unterschiedlichen Brennstoffzellensystemen entweder in allgemeiner Weise oder aber in auf das jeweilige Brennstoffzellensystem spezifizierter Weise einzusetzen.
Weitere Vorteile sind erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für die Bestimmung des Zuluftwasser-Massenstroms und/oder für die Ermittlung der relativen Feuchte am Kathodeneingang ein Zusatz-Kennfeld verwendet wird. Neben dem Befeuchterkennfeld als einem Kerngedanken der vorliegenden Erfindung, kann also alternativ zu algorithmischen Zusammenhängen auch ein Zusatz-Kennfeld für die genannte Bestimmung und die genannte Ermittlung eingesetzt werden. Solche Zusatz-Kennfelder können entsprechend der Datenzusammenhänge, beispielsweise in tabellarischer Art vorsehen. Auch die Verwendung eines neuronalen Netzwerks für solche Zusatz-Kennfelder ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. Gleiches gilt für das Befeuchterkennfeld, welches tabellarische Zusammenhänge und/oder neuronale Netzwerke in trainierter Weise als Basis aufweisen kann.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ein für den Brennstoffzellenstapel und/oder das Brennstoffzellensystem spezifisches Befeuchterkennfeld verwendet wird. So ist es möglich, spezifisch für einen Typ eines Brennstoffzellensystems auf einem Prüfstand ein spezifisches Befeuchterkennfeld zu ermitteln. Diese spezifische Ausgestaltung des Befeuchterkennfeldes kann auch auf eine spezifische Ausgestaltungsform des jeweiligen Befeuchters ausgerichtet sein.
Beispielsweise können für die spezifische Ausgestaltung eines Basis- Befeuchterkennfelds zugehörige spezifische Gewichtungsfaktoren anpassbar sein. Auch ist es möglich, eine voll spezifische Ermittlung am jeweiligen Prüfstand durchzuführen, um ein zugehöriges spezifisches Befeuchterkennfeld zu erzeugen.
Vorteile bringt es darüber hinaus mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Befeuchterkennfeld wenigstens teilweise als gewichtetes neuronales Netzwerk ausgebildet ist. Mit anderen Worten wird das Befeuchterkennfeld bei dieser Ausführungsform zumindest teilweise als künstliche Intelligenz ausgebildet, wobei das Training dieses neuronalen Netzwerks in Form eines Deep Learning Algorithmuses zum Beispiel durch entsprechende Daten von einem Prüfstand für das Brennstoffzellensystem erhalten werden können. Insbesondere gilt dies für den Einsatz eines spezifischen Befeuchterkennfeldes, wie es im voranstehenden Absatz erläutert worden ist.
Darüber hinaus kann es Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die ermittelte relative Feuchte mit wenigstens einem Grenzwert verglichen wird, wobei im Fall eines Überschreitens des wenigstens einen Grenzwerts ein Kontrollsignal erzeugt wird. Während ein erfindungsgemäßes Verfahren grundsätzlich darauf ausgerichtet ist für nachfolgende Kontrollverfahren einen Parameter in Form der relativen Feuchte zur Verfügung zu stellen, kann der Schritt der Bewertung dieser bestimmten beziehungsweise ermittelten relativen Feuchte auch in das erfindungsgemäße Verfahren integriert werden. Wird beispielsweise eine relative Mindestfeuchte bei der Ermittlung der aktuellen relativen Feuchte unterschritten, so kann ein Kontrollsignal an ein Kontrollverfahren ausgegeben werden, um entsprechende Stellmittel so anzusteuern, dass eine stärkere Befeuchtung zu einer höheren relati- ven Feuchte führen wird. Wird eine zu hohe relative Feuchte erkannt, so kann durch diesen Vergleich beispielsweise durch das Aktivieren eines Bypasses an einer Befeuchtervorrichtung vorbei eine Reduktion der relativen Feuchte erreicht werden.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Ermittlungsvorrichtung für eine Ermittlung der relativen Feuchte an einem Kathodeneingang eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems. Eine solche Ermittlungsvorrichtung weist ein Zuluftmodul für ein Erfassen von wenigstens einem physikalischen Zuluft- Parameter einer Zuluft zu dem Kathodeneingang auf. Weiter dient dieses Zuluftmodul einem Erfassen eines Zuluft-Massenstroms der Zuluft. Die Ermittlungsvorrichtung weist darüber hinaus ein Zuluft-Bestimmungsmodul für ein Bestimmen eines Zuluftwasser-Massenstroms auf Basis des erfassten wenigstens einen Zuluft-Parameters und des erfassten Zuluft-Massenstroms auf. Mithilfe eines Kathodeneingangmoduls ist ein Erfassen wenigstens eines physikalischen Kathodeneingang-Parameters am Kathodeneingang möglich. Darüber hinaus ist ein Kathodeneingang- Bestimmungsmodul für ein Bestimmen eines Befeuchterwasser-Massenstroms auf Basis des erfassten wenigstens einen Kathodeneingang-Parameters unter Verwendung eines Befeuchterkennfeldes vorgesehen. Abschließend weist die Ermittlungsvorrichtung ein Ermittlungsmodul für ein Ermitteln der relativen Feuchte am Kathodeneingang auf, auf Basis des bestimmten Zuluftwasser-Massenstroms, des bestimmten Befeuchterwasser-Massenstroms und des erfassten wenigstens einen Kathodeneingang-Parameters. Das Zuluftmodul, das Zuluft-Bestimmungsmodul, das Kathodeneingangmodul, das Kathodeneingang-Bestimmungsmodul und/oder das Ermittlungsmodul sind dabei vorteilhafterweise für die Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Damit bringt eine erfindungsgemäße Ermittlungsvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind.
Vorteilhaft kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Ermittlungsvorrichtung eine Zuluft-Sensorvorrichtung zum Erfassen des wenigstens einen physikalischen Zuluft-Parameters und/oder des Zuluft-Massenstroms vorgesehen. Eine solche Zuluft-Sensorvorrichtung kann Sensormittel aufweisen, welche insbesondere unabhängig von dem Brennstoffzellensystem ausgebildet sind. Sie dienen zum Beispiel dazu, die entsprechenden Zuluft-Parameter an dem Eingang für die Zuluft oder sogar direkt in der Umgebung wahrzunehmen. Weitere Vorteile sind erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Ermittlungsvorrichtung eine Kathodeneingang-Sensorvorrichtung zum Erfassen des wenigstens einen Kathodeneingang-Parameters vorgesehen ist. Hier handelt es sich um in das Brennstoffzellensystem integrierte Sensormittel der Kathodeneingang- Sensorvorrichtung, welche jedoch insbesondere frei von einem Feuchtigkeitssensor ausgebildet ist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Erzeugungsverfahren für ein Erzeugen eines Befeuchterkennfeldes für einen Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren, aufweisend die folgenden Schritte:
Betreiben eines Brennstoffzellenstapels auf einem Prüfstand,
Erfassen des wenigstens einen physikalischen Zuluft-Parameters,
Erfassen des Zuluft-Massenstroms,
Erfassen des wenigstens einen physikalischen Kathodeneingang- Parameters,
Erfassen der relativen Feuchte am Kathodeneingang,
Abspeichern der Zusammenhänge zwischen der erfassten relativen Feuchte und dem erfassten wenigstens einen physikalischen Zuluft- Parameters, dem erfassten Zuluft-Massenstroms und dem erfassten wenigstens einen physikalischen Kathodeneingang-Parameters in einem Befeuchterkennfeld.
Dieses Erzeugungsverfahren dient dazu, ein Befeuchterkennfeld zu bestimmen beziehungsweise mit Daten zu füllen, um es anschließend in einem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzen zu können. Dies kann für die Ermittlung spezifischer Befeuchterkennfelder, aber auch für die Ermittlung generell anwendbarer Befeuchterkennfelder verwendet werden. Ein solches Verfahren wird möglicherweise sogar zusätzlich validiert an einem gleichen oder an einem ähnlichen Prüfstand. Dafür wird ein ermitteltes Befeuchterkennfeld betrieben und parallel die Ergebnisse eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit den Messwerten eines am Prüfstand vorhandenen physischen Feuchtigkeitssensors verglichen. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ermittlungsvorrichtung,
Fig. 2 ein Detail bei einem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 3 ein Detailabschnitt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 4 ein weiterer Detailabschnitt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 5 ein weiterer Detailabschnitt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 6 ein weiterer Detailabschnitt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 7 ein weiterer Detailabschnitt eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt schematisch wie ein Teil eines Brennstoffzellensystems 100 ausgestaltet sein kann. Hier ist ein Brennstoffzellenstapel 110 mit einer Vielzahl von nicht näher dargestellten einzelnen Brennstoffzellen ausgestattet, wobei der Brennstoffzellenstapel 110 in einen Kathodenabschnitt 112 und einen Anodenabschnitt 114 unterteilt ist. Für die Durchführung der gewünschten stromerzeugenden chemischen Reaktion in einem Brennstoffzellenstapel 110 ist eine Zufuhr und eine Abfuhr der jeweiligen Gase vorgesehen. Für die vorliegende Erfindung entscheidend ist der Katho- deneingang 113 und der Anodeneingang 115. Wesentlich ist hier die Betrachtung der Kathodenseite, also des Kathodeneingangs 113. Hier wird Zuluft ZU aus der Umgebung angesaugt und über einen Befeuchter 120 mit zusätzlicher Feuchtigkeit beladen. Die Figur 1 zeigt nun schematisch eine erfindungsgemäße Ermittlungsvorrichtung 10. Diese ist mit einem Zuluftmodul 20, einem Zuluft-Bestimmungsmodul 30, einem Ka- thodeneingangmodul 40, einem Kathodeneingang-Bestimmungsmodul 50 und einem Ermittlungsmodul 60 ausgestattet. Die einzelnen Module 20, 30, 40, 50, 60 werden später noch näher erläutert. Auch sind hier eine Zuluft-Sensorvorrichtung 70 und eine Kathodeneingang-Sensorvorrichtung 80 vorgesehen, welche in signalkommunizierender Weise mit der Ermittlungsvorrichtung 10 kommunizieren und an den entsprechenden Stellen die gewünschten Parameter aufnehmen.
Figur 2 zeigt schematisch die Orte, an denen grundsätzlich die benötigten Parameter aufgenommen werden können. So wird im Bereich des Eingangs für die Zuluft ZU, also in Strömungsrichtung gesehen vor dem Befeuchter 120, eine Erfassung der Zuluft-Parameter ZP und des Zuluft-Massenstroms ZM erfolgen. Dem Befeuchter 120 der Strömungsrichtung nachgelagert, im Bereich des Kathodeneingangs 113 erfolgt die Erfassung zumindest eines Kathodeneingang-Parameters KP. Hier ist bereits gut zu erkennen, dass kein physischer Sensor zwischen dem Befeuchter 120 und dem Kathodeneingang 113 eine Erfassung von relativer Feuchte angeordnet werden muss.
Erfindungsgemäß erfolgt nun in einem ersten Schritt im Zuluft-Bestimmungsmodul 30 eine Bestimmung des Zuluftwasser-Massenstroms ZWM wie dies in der Figur 3 dargestellt ist. Hier werden wenigstens ein physischer Zuluft-Parameter ZP und ein Zu- luft-Massenstrom ZM berücksichtigt, um zum Beispiel in algorithmischem Zusammenhang den Zuluftwasser-Massenstrom ZWM zu bestimmen. Hier sind bei dieser Ausführungsform als Zuluft-Parameter ZP die Zuluft-Temperatur ZPT, der Zuluft- Druck ZPP und die relative Zuluft-Feuchte ZPH verwendet.
Alternativ zu der Ausführungsform der Figur 3 ist in Figur 4 eine Variante dargestellt, bei welcher zusätzlich oder alternativ zu einem algorithmischen Zusammenhang ein Zusatz-Kennfeld ZK auf Basis der Eingangsparameter zu der Bestimmung des Zuluftwasser-Massenstroms ZWM führt.
In der Figur 5 ist der zweite vorbereitende Verfahrensschritt dargestellt, wobei hier im Kathodeneingang-Bestimmungsmodul 50 die Kathodeneingang-Parameter KP zur Bestimmung des Befeuchterwasser-Massenstroms BWM führen. Hier ist erfindungsgemäß kein algorithmischer Zusammenhang vorgesehen, sondern vielmehr die Verwendung des Befeuchterkennfeldes BK. Als Kathodeneingang-Parameter KP werden hier die Kathodeneingang-Temperatur KPT, der Kathodeneingang-Druck KPP sowie die Stromanforderung KPI verwendet.
Die Figur 6 zeigt die Kombination der bestimmten Werte im Ermittlungsmodul 60. Die in den ersten beiden Schritten des Verfahrens bestimmten Parameter Zuluftwasser- Massenstrom ZWM und Befeuchterwasser-Massenstrom BWM werden hier zusätzlich zu den bereits vorhandenen und bereits einmal verwendeten Kathodeneingang- Parametern KP verwendet, um wieder durch einen algorithmischen Zusammenhang oder die Verwendung eines nicht näher dargestellten Zusatz-Kennfeldes ZK die relative Feuchte RH zu bestimmen. Bei dieser Ausführungsform der Figur 6 werden beispielhaft als Kathodeneingang-Parameter KP die Kathodeneingang-Temperatur KPT und der Kathodeneingang-Druck KPP verwendet.
Die Figur 7 zeigt noch die Kombination der vorangegangenen Schritte in einer Ermittlungsvorrichtung 10. Hier ist nochmals gut zu erkennen, dass von außerhalb der Ermittlungsvorrichtung 10 die Kathodeneingang-Parameter KP, die Zuluft-Parameter ZP sowie der Zuluft-Massenstrom ZM eingehen. Auf der anderen Seite wird die relative Feuchte RH ausgegeben. Durch die Zweistufigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch das Zuluft-Bestimmungsmodul 30 und das Kathodeneingang- Bestimmungsmodul 50 innerhalb der Ermittlungsvorrichtung das Zuluftwasser- Massenstrom ZWM und der Befeuchterwasser-Massenstrom BWM sozusagen als Zwischenergebnisse bestimmt, welche in der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens über das Ermittlungsmodul 60 in die relative Feuchte RH umgesetzt werden.
Die voranstehende Erläuterung beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste
10 Ermittlungsvorrichtung
20 Zuluftmodul
30 Zuluft-Bestimmungsmodul
40 Kathodeneingangmodul
50 Kathodeneingang-Bestimmungsmodul
60 Ermittlungsmodul
70 Zuluft-Sensorvorrichtung
80 Kathodeneingang-Sensorvorrichtung
100 Brennstoffzellensystem
110 Brennstoffzellenstapel
112 Kathodenabschnitt
113 Kathodeneingang
114 Anodenabschnitt
115 Anodeneingang
120 Befeuchter
ZU Zuluft
RH relativen Feuchte
ZP Zuluft-Parameter
ZPT Zuluft-Temperatur
ZPP Zuluft-Druck
ZPH Relative Zuluft-Feuchte
ZM Zuluft-Massenstrom
ZWM Zuluftwasser-Massenstrom
KP Kathodeneingang-Parameter
KPI Stromanforderung
KPT Kathodeneingang-Temperatur
KPP Kathodeneingang-Druck
BK Befeuchterkennfeld
BWM Befeuchterwasser-Massenstrom
ZK Zusatz-Kennfeld

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Ermittlung der relativen Feuchte (RH) an einem Kathodenein- gang (113) eines Brennstoffzellenstapels (110) eines Brennstoffzellensystems (100), aufweisend die folgenden Schritte:
- Erfassen von wenigstens einem physikalischen Zuluft-Parameter (ZP) einer Zuluft (ZU) zu dem Kathodeneingang (113),
- Erfassen eines Zuluft-Massenstroms (ZM) der Zuluft (ZU),
- Bestimmen eines Zuluftwasser-Massenstroms (ZWM) auf Basis des erfassten wenigstens einen Zuluft-Parameters (ZP) und des erfassten Zu- luft-Massenstroms (ZM),
- Erfassen wenigstens eines physikalischen Kathodeneingang- Parameters (KP) am Kathodeneingang (113),
- Bestimmen eines Befeuchterwasser-Massenstroms (BWM) auf Basis des erfassten wenigstens einen Kathodeneingang-Parameters (KP) unter Verwendung eines Befeuchterkennfeldes (BK),
- Ermitteln der relativen Feuchte (RH) am Kathodeneingang (113) auf Basis des bestimmten Zuluftwasser-Massenstroms (ZWM), des bestimmten Befeuchterwasser-Massenstroms (BWM) und des erfassten wenigstens einen Kathodeneingang-Parameters (KP). Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Zuluft- Parameter (ZP) wenigstens einer der folgenden verwendet wird:
- Zuluft-Temperatur (ZPT)
Zuluft-Druck (ZPP)
Relative Zuluft-Feuchte (ZPH) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kathodeneingang-Parameter (KP) wenigstens einer der folgenden verwendet wird:
- Stromanforderung (KPI)
- Kathodeneingang-Temperatur (KPT)
- Kathodeneingang-Druck (KPP) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung des Zuluftwasser-Massenstroms (ZWM) und/oder für die Ermittlung der relativen Feuchte (RH) am Kathodeneingang (113) ein Zusatz-Kennfeld (ZK) verwendet wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein für den Brennstoffzellenstapel (110) und/oder das Brennstoffzellensystem (100) spezifisches Befeuchterkennfeld (BK) verwendet wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befeuchterkennfeld (BK) wenigstens teilweise als gewichtetes neuronales Netzwerk ausgebildet ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte relative Feuchte (RH) mit wenigstens einem Grenzwert verglichen wird, wobei im Fall eines Überschreitens des wenigstens einen Grenzwertes ein Kontrollsignal erzeugt wird. Ermittlungsvorrichtung (10) für eine Ermittlung der relativen Feuchte (RH) an einem Kathodeneingang (113) eines Brennstoffzellenstapels (110) eines Brennstoffzellensystems (100), aufweisend ein Zuluftmodul (20) für ein Erfassen von wenigstens einem physikalischen Zuluft-Parameter (ZP) einer Zuluft (ZU) zu dem Kathodeneingang (113) und ein Erfassen eines Zuluft- Massenstroms (ZM) der Zuluft (ZU), weiter aufweisend ein Zuluft- Bestimmungsmodul (30) für ein Bestimmen eines Zuluftwasser-Massenstroms (ZWM) auf Basis des erfassten wenigstens einen Zuluft-Parameters (ZP) und des erfassten Zuluft-Massenstroms (ZM), weiter aufweisend ein Kathoden- gangmodul (40) für ein Erfassen wenigstens eines physikalischen Kathoden- 16 eingang-Parameters (KP) am Kathodeneingang (113), weiter aufweisend ein Kathodeneingang-Bestimmungsmodul (50) für ein Bestimmen eines Befeuchterwasser-Massenstroms (BWM) auf Basis des erfassten wenigstens einen Kathodeneingang-Parameters (KP) unter Verwendung eines Befeuchterkennfeldes (BK), weiter aufweisend ein Ermittlungsmodul (60) für ein Ermitteln der relativen Feuchte (RH) am Kathodeneingang (113) auf Basis des bestimmten Zuluftwasser-Massenstroms (ZWM), des bestimmten Befeuchterwasser- Massenstroms (BWM) und des erfassten wenigstens einen Kathodeneingang- Parameters (KP). Ermittlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuluftmodul (20), das Zuluft-Bestimmungsmodul (30), das Katho- deneigangmodul (40), das Kathodeneingang-Bestimmungsmodul (50) und/oder das Ermittlungsmodul (60) für die Ausführung eines Verfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet sind. Ermittlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuluft-Sensorvorrichtung (70) zum Erfassen des wenigstens einen physikalischen Zuluft-Parameters (ZP) und/oder des Zuluft- Massenstroms (ZM) vorgesehen ist. Ermittlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kathodeneingang-Sensorvorrichtung (80) zum Erfassen des wenigstens einen Kathodeneingang-Parameters (KP) vorgesehen ist. Erzeugungsverfahren für ein Erzeugen eines Befeuchterkennfeldes (BK) für einen Einsatz in einem Verfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend die folgenden Schritte:
- Betreiben eines Brennstoffzellenstapels (110) auf einem Prüfstand,
- Erfassen des wenigstens einen physikalischen Zuluft-Parameters (ZP),
- Erfassen des Zuluft-Massenstroms (ZM),
Erfassen des wenigstens einen physikalischen Kathodeneingang- Parameters (KP), 17
- Erfassen der relativen Feuchte (RH) am Kathodeneingang (113),
- Abspeichern der Zusammenhänge zwischen der erfassten relativen Feuchte (RH) und dem erfassten wenigstens einen physikalischen Zuluft-Parameters (ZP), dem erfassten Zuluft-Massenstroms (ZM) und dem erfassten wenigstens einen physikalischen Kathodeneingang- Parameters (KP) in einem Befeuchterkennfeld (BK).
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