DE102009026590A1

DE102009026590A1 - Erkennung des Verlassens eines Betriebsbereiches eines Brennstoffzellensystems und Einleiten der notwendigen Schritte

Info

Publication number: DE102009026590A1
Application number: DE102009026590A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Gottwick; Jens Intorp; Daniel Zirkel; Gunter Wiedemann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2010-12-02
Also published as: WO2010136247A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (1) mit mindestens einer Brennstoffzelle (2), wobei ein Massenstrom (10) die Brennstoffzelle (2) durchströmt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verfahren einen ersten Schritt zur Erkennung eines Abweichens von einem zulässigen Betriebsbereich (B) enthält, wobei der erste Schritt folgende Einzelschritte umfasst: · Definieren des zulässigen Betriebsbereichs (B) dadurch, dass einem Massenstromwert $I1 zulässige Druckdifferenzen (ΔP) aus einem ersten Druck (P) des Massenstroms (10) vor der Brennstoffzelle (2) und einem zweiten Druck (P) des Massenstroms (10) nach der Brennstoffzelle (2) innerhalb von Toleranzgrenzen (B', B'') zugeordnet werden · Messen des ersten Drucks (P) vor einem Eintritt des Massenstroms (10) in die Brennstoffzelle (2) an einem Zeitpunkt · Messen des zweiten Drucks (P) nach einem Austritt des Massenstroms (10) aus der Brennstoffzelle (2) an dem Zeitpunkt · Schließen auf ein Abweichen von dem zulässigen Betriebbereich (B), wenn ein Betriebspunkt (A, A, A, A, A, A), der durch eine Zuordnung des Massenstromwertes $I2 des, insbesondere zeitgleich, durchströmenden Massenstroms (10) zu einer gemessenen Druckdifferenz (ΔP) aus dem gemessenen ersten Druck (P) und dem gemessenen zweiten Druck (P) charakterisiert ist, außerhalb der Toleranzgrenzen (B', B'') des zulässigen Betriebsbereichs (B) liegt und dass das Verfahren einen ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit mindestens einer Brennstoffzelle gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1, wobei ein Massenstrom die Brennstoffzelle durchströmt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 13.
Stand der Technik
Eine Brennstoffzelle wird von verschiedenen Massenströmen, wie einem Kathodenstrom, einem Anodenstrom und/oder einem Kühlmittelstrom, durchflossen. Um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Brennstoffzelle zu gewährleisten, ist es notwendig, dass die Massenströme in gewünschter Stärke die Brennstoffzelle durchströmen. Daher sollen die Kanäle, in denen die Massenströme fließen, keine Leckage aufweisen bzw. eine solche Leckage sollte detektiert werden: Als Kanal wird im Weiteren jegliche Art von Rohrleitung, Schlauch, Flowfield oder ähnliches bezeichnet, durch den ein Massenstrom fließen kann. Beispielsweise kann eine Leckage in einem Kathodenstrom zu einer Unterversorgung der Brennstoffzelle mit Sauerstoff und damit zu einer Schädigung einer Membran der Brennstoffzelle führen.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2006 008 254 A1 offenbart eine Brennstoffzellenanordnung, bei der auf eine Leckage zwischen einem Raum, in dem sich ein Brenngas befindet, und einem Raum, in dem sich Sauerstoff enthaltende Luft befindet, durch Messen des Sauerstoffanteils der Luft beim Austritt aus der Brennstoffzelle geschlossen werden kann. Bevorzugt kann durch Messen des Sauerstoffanteils der Luft vor der Brennstoffzelle, durch Messen des Sauerstoffanteils der Luft nach der Brennstoffzelle und durch Messen des Volumenstroms der Luft auf eine Leckage geschlossen werden. Nachteilig hierbei ist, dass lediglich eine Leckage und dazu nur eine Leckage zwischen den oben genannten Räumen im Vorhandensein von Sauerstoff detektiert werden kann. Zudem muss der Gasdruck auf der Seite des Brenngases zwingend höher als der Gasdruck der Luft sein. Ebenfalls nachteilig ist, dass hierbei kostenintensive Lambda-Sonden, paramagnetische Detektoren, Massenspektrometer oder Gaschromatographen eingesetzt werden müssen.
Ein weiteres Hindernis beim ordnungsgemäßen Betrieb eines Brennstoffzellensystems sind feste und/oder im Falle eines gasförmigen Massenstroms auch flüssige Ansammlungen in den Kanälen, die einen Druckverlust des Massenstroms erhöhen. Hierbei ist insbesondere ein Kaltstart eines Brennstoffzellensystems, z. B. bei Einbau des Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug, bei dem Wasser in dem Kanal gefrieren kann, so dass schlimmsten Falls der Kanal sogar zufriert, zu nennen. Auch in diesem Fall kann es für das Beispiel eines zufrierenden Kanals eines Kathodenstroms zu einer Schädigung der Membran der Brennstoffzelle durch Unterversorgung mit Sauerstoff kommen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das eine Störung durch nicht ordnungsgemäße Kanäle, die z. B. eine Leckage oder feste oder flüssige Ansammlungen aufweisen, erkennt und behebt oder im Voraus vermeidet. Hierbei sollte das Verfahren einfach und kostengünstig sein. Das Verfahren sollte von der Art des Massenstroms unabhängig sein. Auch sollte das Verfahren nicht auf eine Art der Störung, z. B. Leckage, beschränkt sein, sondern mehrere Arten der Störungen detektieren und/oder vermeiden können. Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, mit dem ein solches Verfahren anwendbar ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1, insbesondere des kennzeichnenden Teils, vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Verfahrensansprüchen angegeben. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Brennstoffzellensystem des unabhängigen Anspruchs 13, insbesondere des kennzeichnenden Teils.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Brennstoffzellensystems sind in den abhängigen Vorrichtungsansprüchen angegeben. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems und umgekehrt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in Kombination erfindungswesentlich sein.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren sind zwei grundsätzliche Schritte vorgesehen. In einem ersten Schritt (Schritt I.) wird erkannt, ob von einem zulässigen Betriebsbereich, welcher zuvor bestimmt worden ist, abgewichen wird. Unter dem zulässigen Betriebsbereich ist ein Betriebsbereich zu verstehen, bei dem das Brennstoffzellensystem üblicherweise und störungsfrei und insbesondere ohne die Brennstoffzelle zu schädigen arbeitet. In einem zweiten Schritt (Schritt II.) kann anhand der Art des Abweichens, also ob und in welcher Richtung und/oder wieviel und/oder unter welchen Bedingungen von dem Betriebsbereich abgewichen wird, auf eine spezifische Störung geschlossen werden und die notwendigen Maßnahmen zur Überwindung/Abschwächung dieser Störung ergriffen werden. Alternativ kann der zulässige Betriebsbereich vorsätzlich verlassen werden, beispielsweise um einer Störung vorzubeugen. Hierbei dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, das Verlassen des zulässigen Betriebsbereiches zu überwachen. In dem zweiten Schritt kann ein Ziehen einer Schlussfolgerung, um welche Art der Störung es sich handelt oder ob der zulässige Betriebsbereich ordnungsgemäß verlassen worden ist, als die Generierung eines Auslöseereignisses verstanden werden, wobei der Generierung ein Folgesignal folgt.
Unter Abweichen von dem zulässigen Betriebsbereich kann ein Über- oder Unterschreitendes zulässigen Betriebsbereiches verstanden werden. Das Brennstoffzellensystem kann sich dabei zuvor in dem zulässigen Betriebsbereich bewegen und beim Abweichen den zulässigen Betriebsbereich verlassen. Es kann aber auch z. B. bei einem Kaltstart sein, dass sich das Brennstoffzellensystem zuvor nicht in dem zulässigen Betriebsbereich aufgehalten hat, so dass ein Abweichen allgemein als ein Sich außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs Befinden unabhängig von einem Ausgangszustand des Brennstoffzellensystems verstanden werden kann.
Um in dem ersten Schritt des Verfahrens das Abweichen von dem zulässigen Betriebsbereich zu erkennen, sieht das Verfahren vor, dass der zulässige Betriebsbereich zunächst festgelegt wird (Einzelschritt I. A.). Hierbei wird einem Massenstromwert zulässigen Druckdifferenzen aus einem ersten Druck des Massenstroms vor der Brennstoffzelle und einem zweiten Druck des Massenstroms nach der Brennstoffzelle zugeordnet. Die Zuordnung findet für mindestens einen Massenstromwert statt. Bevorzugt werden jedoch verschiedene mögliche Massenstromwerte jeweils zulässige Druckdifferenzen zugeordnet. Die Druckdifferenzen liegen dabei innerhalb von Toleranzgrenzen, die für den störungsfreien und keine Schädigung hervorrufenden Betriebs des Brennstoffzellensystems charakteristisch sind. Hierbei kann der zulässige Betriebsbereich unter verschiedenen Betriebsbedingungen, wie Temperatur, Stromproduktion und Feuchtigkeit, erhaltenen zulässige Druckdifferenzen zu einem Massenstromwert umfassen.
Während des Betriebes wird der erste Druck vor einem Eintritt des Massenstroms in die Brennstoffzelle mit einem ersten Drucksensor gemessen (Einzelschritt I. B.). Zeitgleich wird der zweite Druck nach einem Austritt des Massenstroms aus der Brennstoffzelle mit einem zweiten Drucksensor gemessen (Einzelschritt I. C.). Danach wird in Einzelschritt I. D. die Druckdifferenz aus dem ersten und dem zweiten Druck gebildet. Ein Massenstromwert kann der gemessenen Druckdifferenz aus dem ersten gemessenen und dem zweiten gemessenem Druck zugeordnet werden, so dass ein Betriebspunkt des Brennstoffzellensystems durch die Zuordnung dieser Druckdifferenz zu dem Massenstromwert definiert ist. Bei dem der gemessenen Druckdifferenz zugeordneten Massenstromwert handelt es sich um die Angabe, in welcher Stärke der Massenstrom momentan im Brennstoffzellensystem strömt. Insbesondere ist der Massenstromwert des Massenstroms, der zeitgleich zu den Messungen des ersten und des zweiten Drucks strömt, gemeint. Danach kann überprüft werden, ob der so erhaltene Betriebspunkt innerhalb der Toleranzgrenzen des zulässigen Betriebsbereiches liegt. Liegt der Betriebspunkt außerhalb des zulässigen Betriebsbereiches, so liegt ein Abweichen vom zulässigen Betriebsbereich vor. Um auf eine Abweichung vom zulässigen Betriebsbereich zu schließen, kann es auch ausreichend sein, wenn aus mindestens einem Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems eine Lage des Betriebspunktes außerhalb der Toleranzgrenzen geschlossen werden kann, ohne den Betriebspunkt explizit zu bestimmen.
Insbesondere ist es hierbei möglich, dass Einzelschritt I. B. bis I. D. mehrmalig, insbesondere fortlaufend während des Betriebs des Brennstoffzellensystems durchgeführt werden. Dabei kann der Betriebsbereich, muss aber nicht, jedes Mal neu festgelegt werden, sondern die Festlegung des zulässigen Betriebbereiches (Einzelschritt I. A.) kann vor dem Betrieb des Brennstoffzellensystems einmalig oder während des Betriebs einmalig, fortlaufend, in Intervallen oder in Abhängigkeit von anderen Bedingungen festgelegt werden. Wird ein Abweichen von dem zulässigen Betriebsbereich in Einzelschritt I. D. festgestellt, so geht das Verfahren zu Schritt II über.
Dadurch, dass ein allen Massenströmen eigene Charakteristik, nämlich der Druck, in dem vorliegenden Verfahren verwendet wird, ist das Verfahren auf alle eine Brennstoffzelle durchströmende Massenströme anwendbar, wie beispielsweise einen Kathodenstrom, einen Anodenstrom oder einen Kühlmittelstrom. Das Verfahren ist auf verschiedenste Störungen anwendbar, die eine Änderung in der Druckdifferenz hervorrufen. Hierzu gehören Dichteänderungen im Massenstrom, Querschnittsänderungen oder Längenänderungen in einem Kanal, den der Massenstrom durchströmt oder Änderungen der Kanalbeschaffenheit oder der Beschaffenheit der im Kanal eingebauten Elemente. Insbesondere kann das Verfahren sowohl zur Detektion einer Leckage als auch zur Erkennung eines Vorliegens einer festen oder flüssigen Substanz und damit insbesondere zur Erkennung einer Verstopfung innerhalb des Kanals verwendet werden. Da das Verfahren lediglich zwei Drucksensoren und eventuell einen Massenstromsensor benötigt, ist es sehr kostengünstig.
Zum Festlegen des zulässigen Betriebsbereichs kann es vorgesehen sein, dass die Festlegung vor dem eigentlichen Betrieb des Brennstoffzellensystems erfolgt. Hierzu können unterschiedliche Druckdifferenzen vorgegeben werden und dazu mögliche Massenstromwerte gemessen werden, die für einen nahezu optimaler Betrieb charakteristisch sind, so dass eine Messkurve entsteht. Umgekehrt kann auch der Massenstromwert vorgegeben sein und zulässige Druckdifferenzen gemessen werden. Ein Toleranzbereich kann sich beispielsweise dadurch ergeben, dass verschiedene Feuchtigkeits- oder Temperaturschwankungen des Massenstroms möglich sind, ohne dass der Betrieb der Brennstoffzelle dadurch beeinträchtigt wird. Um den Toleranzbereich möglichst klein zu halten, kann es sinnvoll sein, mehrere Betriebsbereiche in Abhängigkeit einer zusätzlichen Messgröße wie Stromstärke oder Leistung der Brennstoffzelle oder Feuchtigkeit des Massenstroms zu definieren. Im Betrieb wird dann ebenfalls die zusätzliche Messgröße ermittelt und der entsprechende zulässige Betriebsbereich im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt. Durch die Festlegung des zulässigen Betriebsbereiches, der während des Betriebs des Brennstoffzellensystems unverändert bleibt, können auch schleichende Störungen erkannt werden. Vor dem Betrieb des Brennstoffzellensystems können zusätzlich durch Messreihen besondere Bereiche von Druckdifferenz und Massenstromwert festgelegt werden, die nicht einem optimalen Betriebszustand entsprechen, dessen Kenntnis aber trotzdem hilfreich ist, beispielsweise einem Bereich, der einem besonders trockenen Kanal entspricht.
Alternativ kann der zulässige Betriebsbereich während des Betriebes festgelegt werden. Wird eine quadratische Abhängigkeit des Massenstromwertes ṁ von der Druckdifferenz ΔP nach einem Drosselmodell gemäß der nachfolgenden Gleichung (1) angenommen, so können nach Druchlaufen mehrerer Zustände bei einem störungsfreien Betrieb die Parameter a₀, a₁ und a₂ bestimmt werden, so dass sich der zulässige Betriebsbereich ergibt. Alternativ werden die Parameter a₀, a₁ und a₂ zunächst aus einer Messreihe vor dem Betrieb übernommen. ΔP = a0 + a1·ṁ + a2·(ṁ)2 Gleichung (1)
Weicht der gemessene Massenstromwert von dem mit den gegebenen Parametern nach Gleichung (1) berechnete Massenstromwert ab, so können die Parameter a₀, a₁ und a₂ angepasst werden oder ein Toleranzbereich für die Parameter a₀, a₁ und a₂ festgelegt werden. Vorteilhaft an dieser Art der Festlegung ist, dass keine oder kaum Vorkenntnisse nötig sind und dass der zulässige Betriebsbereich sich variierenden Betriebsbedingungen anpassen kann. Nachteilig ist, dass insbesondere bei schleichenden Veränderungen nicht ohne zusätzliche Informationen zwischen einer Änderung des zulässigen Betriebsbereichs aufgrund von veränderten Betriebsbedingungen oder eine Störung geschlossen werden kann.
Es kann sein, dass der Massenstromwert, der in Einzelschritt I. D. der gemessenen Druckdifferenz zugeordnet wird, ein gemessener Massenstromwert ist, der insbesondere zeitgleich mit dem ersten und dem zweiten Druck, mit einem Massenstromsensor gemessen wird, d. h. das erfindungsgemäße Verfahren weist einen weiteren Einzelschritt zusätzlich zu den Einzelschritten I. B. und I. C. auf, in dem eine weitere Größe, der Massenstromwert, gemessen und nicht aus anderen Messwerten geschlossen wird. Üblicherweise wird die Messung des Massenstromwertes in den gleichen Intervallen oder bevorzugt fortlaufend wie die Messung des ersten und des zweiten Druckes vorgenommen. Um herauszufinden, ob der Betriebspunkt außerhalb des zulässigen Betriebsbereiches liegt, können die zulässigen Druckdifferenzen zu dem gemessenen Massenstromwert mit der gemessenen Druckdifferenz verglichen werden. Ergibt der Vergleich, dass die Druckdifferenzen sich nicht innerhalb von Toleranzgrenzen entsprechen, so wird auf ein Abweichen vom Betriebsbereich geschlossen. Alternativ kann bei einer vorgegebenen, eingeregelten Druckdifferenz der gemessene Massenstromwert mit dem zulässigen Massenstromwert der vorgegebenen Druckdifferenz verglichen werden.
Im alternativen Fall kann es sein, dass das Brennstoffzellensystem keinen Massenstromsensor aufweist, sondern der Massenstromwert, der in Einzelschritt I. D. der gemessenen Druckdifferenz zugeordnet wird, anhand von Reglersignale eingestellt und charakterisiert wird. Einer Regelkreisstruktur wird ein Massenstromwert, wie er z. B. zur Erzeugung einer benötigten Leistung der Brennstoffzelle notwendig ist, und ein erster Solldruck vorgegeben. Diesem im Folgenden als ”vorgegebener Masserstromwert” bezeichneten Massenstromwert wird zunächst in der Regelkreisstruktur eine zulässige Druckdifferenz zugeordnet und anhand dieser zulässigen Druckdifferenz und des ersten Solldrucks ein zweiter Solldruck ermittelt. Der erste und der zweite Solldruck werden dem Regler übermittelt. Ebenfalls wird dem Regler die gemessenen Drücke übermittelt. Der Regler gibt nun Reglersignale aus, um einen Massenstromwert einzustellen, bei dem die gemessenen Drücke und die Solldrücke in Übereinstimmung sind. Da bereits durch die Reglersignale auf den einzustellenden Massenstromwert geschlossen werden kann, kann ein Abweichen vom zulässigen Betriebsbereich anhand der Reglersignale erkannt werden, ohne dass der einzustellende Massenstromwert explizit bestimmt werden muss. Das bedeutet, dass in Einzelschritt I. D. auch ohne expliziter Kenntnis des Betriebspunktes auf ein Abweichen vom dem zulässigen Betriebsbereich geschlossen werden kann, da die Reglersignale auf ein Sich Befinden des Betriebspunktes außerhalb des zulässigen Betriebsbereiches hindeuten.
Insbesondere ist es denkbar, dass der Massenstromwert vor der Brennstoffzelle und vor dem ersten Drucksensor in Strömungsrichtung gemessen wird und alle im Folgenden aufgeführten Schlussfolgerungen beziehen sich, soweit nicht anders erwähnt, hierauf. Generell ist es jedoch auch möglich, dass der Massenstromwert hinter dem zweiten Drucksensor und zwischen dem ersten und dem zweiten Drucksensor gemessen wird. In diesem Fall müssen eventuell andere Schlussfolgerungen aus einem Über- oder Unterschreiten der Toleranzgrenzen gezogen werden.
Beispiele für den zweiten Schritt des Verfahrens werden exemplarisch in den Ausführungsbeispielen besprochen.
Die Erfindung wird auch durch ein Brennstoffzellensystem gelöst, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren betrieben werden kann. Hierzu weist das Brennstoffzellensystem einen ersten Drucksensor zum Messen des ersten Drucks und einen zweiten Drucksensor zum Messen des zweiten Drucks auf. Ferner muss das System eine Überwachungseinheit aufweisen, mit der festgestellt werden kann, ob das Brennstoffzellensystem sich im zulässigen Betriebsbereich befindet. Die Überwachungeinheit wird, wenn der zulässige Betriebsbereich überschritten ist, der Art des Abweichens entsprechende Maßnahmen einleiten. Wird der Massenstromwert gemessen, so befindet sich weiterhin ein Massenstromsensor im Brennstoffzellensystem. Bevorzugt ist zunächst der Massenstromsensor, dann der erste Drucksensor, dann die Brennstoffzelle und dann der zweiten Drucksensor, in Strömungsrichtung betrachtet, angeordnet.
Anstelle einer Brennstoffzelle kann auch ein Brennstoffzellenstapel verwendet werden.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnung und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen
1 Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem
2 Druckdifferenz-über-Massenstromwert-Auftragung mit zulässigem Betriebsbereich und Betriebspunkte im Falle einer Leckage
3 Druckdifferenz-über-Massenstromwert-Auftragung mit zulässigem Betriebsbereich, Betriebsbereich bei trockenem Kanal und Betriebsbereich bei feuchtem und/oder zufrierendem Kanal
4 erfindungsgemäße Regelkreisstruktur
In 1 ist schematisch ein Teil 1' eines Brennstoffzellensystem 1 mit einem Brennstoffzellenstapel 2 dargestellt. Hierbei handelt es sich um den Weg eines Kathodenstroms 10, der das Brennstoffzellensystem 1 gemäß der durch die Pfeile 11 gekennzeichneten Strömungsrichtung in einem Kanal 5 durchläuft. Als Kathodenstrom 10 kann beispielsweise Umgebungsluft von einem Verdichter 3 angesaugt und komprimiert werden. Der komprimierte Kathodenstrom 10 wird in einem Befeuchter 4 angefeuchtet und durchläuft dazu eine Befeuchterkammer 4'. Der so befeuchtete Kathodenstrom 10 erreicht den Brennstoffzellenstapel 2 mit einem ersten Druck P₁. Im dem Brennstoffzellenstapel 2 reagiert zumindest ein Teil des in dem Kathodenstrom 10 enthaltenen Sauerstoffs aus der Umgebungsluft in einer elektrochemischen Reaktion zu Wasser und erzeugt dabei Strom. Der Kathodenstrom 10 verlässt den Brennstoffzellenstapel 2 mit einem zweiten Druck P₂. Der zweite Druck P₂ ist gegenüber dem ersten Druck P₁ durch den Druckverlust aufgrund von Rohrreibungen innerhalb des Kanals 5, der innerhalb des Brennstoffzellenstapels 2 liegt, und Strömungswiderständen etc. verringert. Hierbei hängt der Druckverlust u. a. von der Dichte des Kathodenstroms und dem Durchmesser des Kanals 5 innerhalb des Brennstoffzellenstapels 2 ab. Weiterhin können Gase aus Anodenräumen des Brennstoffzellenstapels 2 in den Kathodenstrom 10 diffundiert sein. Der zweite Druck P₂ ist gegenüber dem ersten Druck P₁ auch verändert, da der Kathodenstrom 10 bei Austritt aus dem Brennstoffzellenstapel 2 durch die elektrochemische Reaktion Sauerstoff abgegeben und Wasser aufgenommen hat. Der erste Druck P₁ und der zweite Druck P₂ sind zudem temperaturabhängig. Nach dem Verlassen des Brennstoffzellenstapels 2 durchläuft der Kathodenstrom 10 eine weitere Befeuchterkammer 4'', um Feuchtigkeit an den eintretenden Kathodenstrom 10 abzugeben. Durch ein Staudruckregelventil 6 kann der zweite Druck P₂ geregelt werden. Danach verlässt der Kathodenstrom 10 das Brennstoffzellensystem 1 und wird wieder an die Umgebung abgegeben.
Erfindungsgemäß wird der erste Druck P₁ mit einem ersten Drucksensor 8 vor dem Brennstoffzellenstapel 2 und der zweite Druck P₂ mit einem zweiten Drucksensor 9 nach dem Brennstoffzellenstapel 2 gemessen. Wird kein Massenstromwert ṁ gemessen, so wird der erste Druck P₁ und der zweite Druck P₂ eingeregelt. Hierzu kann eine Überwachungeinheit 14 vorgesehen sein, die durch Übertragungstrecken 15, 16 die Werte für den ersten Druck P₁ und den zweiten Druck P₂ empfängt und die eine Drehzahl n des Verdichters 3 und eine Stellung des Staudruckregelventils 6, die durch eine Steuerspannung U vorgebbar ist, gemäß den Pfeilen 12, 13 vorgibt. Es ergibt sich eine Regelkreisstruktur 18 gemäß 4. Alternativ kann die Stärke des Kathodenstroms 10, d. h. der Massenstromwert ṁ, von einem Massenstromsensor 7, der insbesondere vor dem Verdichter 3 angeordnet sein kann, gemessen werden. In diesem Fall kann der Massenstromwert ṁ eingeregelt werden, indem der Massenstromwert ṁ über die Übertragungsstrecke 17 an die Überwachungseinheit 14 übertragen wird und die Überwachungseinheit 14 über die Übertragungsstrecke 12 die Drehzahl n des Verdichters 3 und über die Übertragungsstrecke 13 die Steuerspannung U des Staudruckregelventils vorgibt. Die gemessenen Drücke P₁ und P₂ dienen in diesem Fall, um ein Abweichen von einem zulässigen Betriebsbereich B zu überwachen. Aber auch wenn der Massenstromwert ṁ gemessen wird, kann die Druckdifferenz ΔP eingeregelt werden. In diesem Fall dient der gemessene Massenstromwert ṁ zur Überwachung, ob der zulässige Betriebsbereich B überschritten wird.
In 2 ist eine Druckdifferenz ΔP aus dem ersten Druck P₁ und dem zweiten Druck P₂ über dem Massenstromwert ṁ aufgetragen. Der zulässige Betriebsbereich B kann beispielsweise vor dem eigentlichen Betrieb des Brennstoffzellenstapels 2 ermittelt werden. Hierbei können mögliche Kathodenströme 10 mit Massenstromwerten ṁ, die für verschiedene Betriebszustände, z. B. verschiedene Lastzustände des Brennstoffzellenstapels 2, charakteristisch sind, vorgegeben werden und die sich aufgrund des Druckverlustes und der Stromstärke ergebende Druckdifferenz ΔP gemessen werden. In Abhängigkeit von Temperatur, Feuchtigkeit und Stromstärke bei einem eingestellten Massenstromwert ṁ können sich unterschiedliche Druckdifferenzen ΔP ergeben, die innerhalb von einer oberen Toleranzgrenze B' und einer unteren Toleranzgrenze B'' dennoch für einen störungsfreien, zuverlässigen Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 charakteristisch sind. Der zulässige Betriebsbereich B sichert so z. B. im Falle des Kathodenstroms 10 als Massenstrom 10, dass immer genügend Sauerstoff für die elektrochemische Reaktion im Brennstoffzellenstapel 2 vorhanden ist. Eine ungenügende Sauerstoffzufuhr kann z. B. zur Schädigung von Membranen im Brennstoffzellenstapel 2 führen. Alternativ können die verschiedene Druckdifferenzen ΔP eingeregelt werden und die zulässigen Massenstromwerte ṁ gemessen werden.
Der zulässige Betriebsbereich kann auch erst während der Brennstoffzellenbetriebs anhand des Drosselmodells gemäß Gleichung (1) ermittelt oder angepasst werden. Hierbei wird zunächst davon ausgegangen, dass der Betrieb störungsfrei ist, so dass die Parameter a₀, a₁ und a₂ bestimmt oder angepasst werden können, woraus sich der zulässige Betriebsbereich B ergibt.
Wird nun das Brennstoffzellensystem 1 an einem Betriebspunkt A innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs B betrieben und tritt eine Leckage vor oder in dem Brennstoffzellenstapel 2 auf, so sinkt durch den geringeren Kathodenstrom 10 nach der Leckage die Druckdifferenz ΔP, so dass sich der Betriebspunkt A¹ unterhalb der unteren Toleranzgrenze B'' einstellt. Wird der Massenstromwert ṁ eingeregelt, so verbleibt bei bestehender Leckage der Betriebspunkt A¹. Wird die Druckdifferenz ΔP eingeregelt, so wird sich der Betriebspunkt A¹ zügig zum Betriebspunkt A² verschieben, bei dem der bei gleicher Druckdifferenz aufgrund der Leckage ein höherer Massenstromwert ṁ von Nöten ist. Sowohl der Betriebspunkt A¹ als auch der Betriebspunkt A² befinden sich unterhalb des zulässigen Betriebsbereiches B in der in 2 vorgenommenen Auftragung. Die Überwachungseinheit 14 erkennt, dass der jetzige Betriebspunkt A¹ oder A² unterhalb der unteren Toleranzgrenze B'' liegt und schließt daraus, dass in dem Kanal 5 vor dem zweiten Drucksensor 9 eine Leckage aufgetreten sein muss. Als Reaktion auf diese Schlussfolgerung gibt die Überwachungseinheit 14 eine Warnung heraus und veranlasst das Brennstoffzellensystem 1 in einen Notbetrieb überzugehen. Der Verdichter 3 wird im Notfallbetrieb nun so eingestellt, dass eine vorgegebene Druckdifferenz ΔP eingehalten werden kann, was im Vergleich zum normalen Betrieb nur durch einen erhöhten Massenstromwert ṁ möglich ist. Hierdurch wird zwar die maximale Leistung des Brennstoffzellensystems 1 eingeschränkt und der Wirkungsgrad verschlechtert, jedoch ermöglicht der Notbetrieb den Benutzer, das Brennstoffzellensystem 1 weiter zu betreiben, ohne die Brennstoffzelle 2 zu schädigen. Im Falle einer Verwendung des Brennstoffzellensystems 1 als Kraftfahrzeugantrieb ermöglicht der Notbetrieb den Benutzer, zur nächsten Werkstatt zu fahren.
In 3 ist erneut eine Auftragung der Druckdifferenz ΔP über dem Massenstromwert ṁ dargestellt. Ebenfalls ist erneut der zulässige Betriebsbereich B mit den Toleranzgrenzen B', B'' dargestellt. Ein möglicher Betriebspunkt A liegt innerhalb des zulässigen Betriebsbereiches B. Oberhalb bei höheren Drücken liegt ein Betriebsbereich C, in dem bei einer eingeregelten Druckdifferenz ΔP ein zu geringer Massenstromwert ṁ resultiert, so dass es zu einer Unterversorgung der Brennstoffzelle 2 mit Sauerstoff kommen würde.
Der Betriebsbereich C kann zum einen dadurch erreicht werden, dass z. B. durch die elektrochemische Reaktion entstandene Feuchtigkeit in dem Kanal 5 kondensiert und Tröpfchen bildet. Das erfindungsgemäße Verfahren erkennt das Verlassen des zulässigen Betriebsbereichs B, da bei Tröpfchenbildung sich der Betriebspunkt A bei eingeregelter Druckdifferenz ΔP auf den Betriebspunkt A³ mit einem verringerten Massenstromwert ṁ bzw. bei unverändertem Massenstromwert ṁ auf den Betriebspunkt A⁴ mit einer erhöhten Druckdifferenz ΔP verschiebt. Beide Betriebspunkte A³, A⁴ liegen oberhalb der oberen Toleranzgrenze B' im unzulässigen Betriebsbereich C.
Der Betriebsbereich C kann zum anderen dadurch erreicht werden, dass z. B. die in dem Kanal 5 durch die elektrochemische Reaktion entstandene Feuchtigkeit bei niedrigen Außentemperaturen gefriert und so den Durchschnitt des Kanals verringert, so dass der Kathodenstrom 10 ein höherer Druckverlust als üblich erleidet. So wird sich auch bei Eisbildung der Betriebspunkt A bei eingeregelter Druckdifferenz auf den Betriebspunkt A³ und bei unverändertem Massenstromwert ṁ auf den Betriebspunkt A⁴ verschieben. Schlimmstenfalls kann der Kanal 5 ganz zufrieren und der Kathodenstrom die Brennstoffzelle 2 nicht mehr erreichen. Eisbildung im Kanal 5 kann dazu führen, dass das Brennstoffzellensystem 1 nicht mehr betriebsfähig ist und abgeschaltet werden muss. Durch die vorliegende rechtzeitige Erkennung von Eisbildung können frühzeitig geeignete Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise eine Trocknung und/oder Erwärmung, ergriffen werden, die den Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 sichern.
Erkennt die Überwachungseinheit 14, dass die obere Toleranzgrenze B' überschritten wurde, so folgert die Überwachungseinheit 14, dass entweder Tröpfchen- oder Eisbildung vorliegt. Wird zusätzlich die Außentemperatur ermittelt, so kann die Überwachungseinheit 14 auch zwischen Tröpfchen- und Eisbildung unterscheiden. In beiden Fällen kann sie als Reaktion auf das Überschreiten der oberen Toleranzgrenze B' die Verringerung der Stromproduktion der Brennstoffzelle 2 veranlassen. Hierdurch entsteht weniger Wasser aus der elektrochemischen Reaktion, das kondensieren oder gefrieren kann. Alternativ kann die Überwachungseinheit 14 eine Erwärmung des Kanals 5 veranlassen. Der Kanal 5 kann beispielsweise durch Heizplatten im Brennstoffzellenstapel oder durch wärmeres Kühlwasser erwärmt werden. Eine Erwärmung bringt das Eis zum Schmelzen und führt auch zu einer höheren Verdampfungsrate der Tröpfchen. Der Kanal 5 kann auch durch eine Erhöhung des Massenstromwertes ṁ getrocknet werden.
Um ein Gefrieren von Wasser im Kanal 5 während eines Nichtbetriebs der Brennstoffzelle 2 vorzubeugen und damit einem Gefrieren des Wassers in der Membran und einer Schädigung der Membran zu vermeiden, kann beim Beenden des Betriebes der Kanal 5 trocken geblasen werden. Dazu wird insbesondere bei einer geringen oder fehlenden Stromproduktion ein eventuell erhöhter Kathodenstrom 10 durch den Kanal 5 geschickt. Hierbei dient das erfindungsgemäße Verfahren nicht dem Erkennen einer Störung, sondern zur Kontrolle, ob ein gewünschter Trocknungszustand des Kanals erreicht wurde, bei dem die Membrane des Brennstoffzellenstapels jedoch noch feucht sind. Ein Bereich D in der Druckdifferenz-ΔP-über-Massenstromwert-ṁ-Auftragung, der diesem gewünschte Trocknungszustand entspricht und der unterhalb der unteren Toleranzgrenze B'' liegt (s. 3), kann vor Beginn des Betriebes des Brennstoffzellensystems 1 ermittelt werden. Während der Trocknung verschiebt sich der Betriebspunkt A des zulässigen Betriebsbereichs bei gleichbleibendem Massenstromwert ṁ zu Punkt A⁵. Wird eine dem Punkt A⁵ zugehörige Druckdifferenz ΔP gemessen, so kann die Überwachungseinheit 14 auf genügendes Unterschreiten des zulässigen Betriebsbereiches B schließen und das Brennstoffzellensystem 1 abschalten.
Wird der Massenstromwert ṁ nicht gemessen, so kann in der Überwachungseinheit 14 oder in einer weiteren Regeleinheit eine in 4 dargestellte Regelkreisstruktur 18 verwendet werden, die ohne eine Messung des Massenstromwerts ṁ auskommt. Aus einem vorgegebenen Massenstromwert ṁ_Soll und ein erster Solldruck P_1,Soll wird ein in einem Regeleinheitsteil 19 anhand des zulässigen Betriebsbereichs B ein zweiter Solldruck P_2,Soll vorgegeben. In einen Regler 20 gehen weiterhin als Eingangsgrößen der gemessene, durch die Übertragungsstrecken 15, 16 übertagene erste und zweite Druck P₁ und P₂ ein. Der Regler 20 verändert den ersten und den zweiten Solldruck P_1,Soll und P_2,soll so, dass die gemessenen Werten P₁ und P₂ mit den ursprünglichen Solldrücken P_1,Soll und P_2,soll übereinstimmen und gibt Reglersignale u_R1, u_R2, die zu veränderten Solldrücken P_1,Soll' und P_2,soll' führen, an eine flache Vorsteuerung 21 weiter, die die Drehzahl n des Verdichters 3 und die Steuerspannung U für das Staudruckventil 6 für den Kathodenstrom 10 des Brennstoffzellensystems 1 vorgibt. Überschreitet ein Regelsignale u_R1, u_R2 eine Toleranzgrenze, so wird von einem Abweichenvom zulässigen Betriebsbereich B ausgegangen und den in den obigen Beispielen analoge Schlussfolgerungen gezogen. Beispielsweise ist zunächst der Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 störungsfrei und stationär, so dass die Solldrücke P_1,Soll und P_2,soll mit den gemessenen Drücken P₁ und P₂ übereinstimmen und der Regler 20 die Solldrücke P_1,Soll und P_2,soll nicht verändert. Tritt nun eine Leckage in der Brennstoffzelle 2 ein, so ist der zweite Druck P₂ zu hoch. Damit der zweite Druck P₂ dem Solldruck P_2,soll wieder entspricht, gibt der Regler 20 einen erniedrigten Solldruck P_2,soll' aus, wodurch die Steuerspannung U für das Staudruckventil 6 so eingestellt wird, das ein erhöhter Massenstromwert ṁ durch das Brennstoffsystem fließt (Betriebspunkt A² in 2). Liegt Eis- oder Tröpfchenbildung vor, so ist der zweite Druck P₂ zu niedrig. Damit der zweite Druck P₂ dem Solldruck P_2,soll wieder entspricht, gibt der Regler 20 einen erhöhten Solldruck P_2,soll' aus, wodurch die Steuerspannung U für das Staudruckventil 6 so eingestellt wird, das ein erniedrigter Massenstromwert ṁ durch das Brennstoffsystem fließt (Betriebspunkt A³ in 3). Der erhöhte Massenstromwert ṁ lässt sich damit am erniedrigten Solldruckwert P_2,soll' und der erniedrigte Massenstromwert ṁ am erhöhten Solldruckwert P_2,soll' erkennen. Eine Störung kann von einer gewollten Änderung der vorgegebenen Solldruckwerte P_1,Soll und P_2,soll infolge einer geänderten Leistungsanforderung an die Brennstoffzelle 2 dadurch unterschieden werden, dass nur die veränderten Solldruckwerte P_1,Soll' und P_2,soll' verändert sind.
Würde der Massenstromwert ṁ dagegen hinter dem zweiten Drucksensor in Strömungsrichtung gesehen gemessen, so gleichen sich die Figuren für Eis- und Tröpfchenbildung. Jedoch liegt der Betriebspunkt A auch oberhalb des zulässigen Betriebsbereichs B im Falle einer Leckage, so dass zwischen den verschiedenen Störungen nicht mehr unterschieden werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006008254 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (1) mit mindestens einer Brennstoffzelle (2), wobei ein Massenstrom (10) die Brennstoffzelle (2) durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass I. das Verfahren einen ersten Schritt zur Erkennung eines Abweichens von einem zulässigen Betriebsbereich (B) enthält, wobei der erste Schritt folgende Einzelschritte umfasst: A. Definieren des zulässigen Betriebsbereich (B) dadurch, dass einem Massenstromwert (ṁ) zulässige Druckdifferenzen (ΔP) aus einem ersten Druck (P₁) des Massenstroms (10) vor der Brennstoffzelle (2) und einem zweiten Druck (P₂) des Massenstroms (10) nach der Brennstoffzelle (2) innerhalb von Toleranzgrenzen (B', B'') zugeordnet werden B. Messen des ersten Drucks (P₁) vor einem Eintritt des Massenstroms (10) in die Brennstoffzelle (2) an einem Zeitpunkt C. Messen des zweiten Drucks (P₂) nach einem Austritt des Massenstroms (10) aus der Brennstoffzelle (2) an dem Zeitpunkt D. Schließen auf ein Abweichen von dem zulässigen Betriebbereich (B), wenn ein Betriebspunkt (A, A¹, A², A³, A⁴, A⁵), der durch eine Zuordnung des Massenstromwertes (ṁ) des, insbesondere zeitgleich, durchströmenden Massenstroms (10) zu einer gemessenen Druckdifferenz (ΔP) aus dem gemessenen ersten Druck (P₁) und dem gemessenen zweiten Druck (P₂) charakterisiert ist, außerhalb der Toleranzgrenzen (B', B'') des zulässigen Betriebsbereichs (B) liegt II. und dass das Verfahren einen zweiten Schritt enthält, bei dem aus dem Abweichen von dem zulässigen Betriebsbereich (B) eine Schlussfolgerung gezogen wird und das Brennstoffzellensystem (1) zu einer entsprechenden Reaktion veranlasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zulässige Betriebsbereich (B) in Einzelschritt I. A., insbesondere durch Messreihen, vor dem eigentlichen Betrieb des Brennstoffzellensystems (1) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zulässige Betriebsbereich (B) in Einzelschritt I. A. den Betriebsbedingungen, wie Temperatur, Feuchtigkeit oder erzeugtem Strom der Brennstoffzelle, während des Betriebes durch ein Drosselmodell angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstromwert (ṁ) aus Einzelschritt I. D. zusätzlich zu den Einzelschritten I. B. und I. C., insbesondere zu demselben Zeitpunkt wie der erste und der zweite Druck (P₁, P₂), gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstromwert (ṁ) aus Einzelschritt I. D. durch Reglersignale (u_R1, u_R2) charakterisiert und eingestellt wird, wobei ein Regler (20) den Massenstromwert (ṁ) so einstellt, dass der gemessene ersten Druck (P₁) und der gemessene zweite Druck (P₂) mit einem ersten Solldruck (P_1,Soll) und einem zweiten Solldruck (P_2,Soll) übereinstimmt, wobei der zweite Solldruck (P_2,Soll) durch eine zulässigen Druckdifferenz (ΔP) eines vorgegebenen Massenstromwertes (ṁ_soll) und den vorgegebenen ersten Solldruck (P_1,Soll) bestimmt wird, wobei insbesondere der vorgegebene Massenstromwert (ṁ_soll) durch eine Leistungsanforderung an die Brennstoffzelle (2) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstromwert (ṁ) ein Massenstromwert (ṁ) vor dem Eintritt in die Brennstoffzelle (2), insbesondere ein Massenstromwert (ṁ) vor ein Eintritt in einen Verdichter (3), ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abweichen von dem zulässigen Betriebsbereich (B) in Schritt II. auf eine Störung, insbesondere eine Leckage und/oder ein Vorliegen von mindestens einer Substanz in einer festen und/oder flüssigen Phase innerhalb eines Kanals (5), den der Massenstrom (10) durchströmt, geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn in einer Auftragung der Druckdifferenz (ΔP) über dem Massenstromwert (ṁ) der Betriebspunkt (A, A¹, A², A³, A⁴, A⁵) außerhalb der Toleranzgrenzen (B', B'') und unter dem zulässigen Betriebsbereich (B) liegt, in Schritt II. auf eine Leckage des Kanals (5) vor oder in der Brennstoffzelle (2) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Leckage in Schritt II. eine Warnmeldung erzeugt wird und das Brennstoffzellensystem (1) in einen Notlaufbetrieb überführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn in einer Auftragung der Druckdifferenz (ΔP) über dem Massenstromwert (ṁ) der Betriebspunkt (A, A¹, A², A³, A⁴, A⁵) außerhalb der Toleranzgrenzen (B', B'') und über dem zulässigen Betriebsbereich (B) liegt, in Schritt II. auf ein Vorliegen von mindestens einer Substanz in einer festen und/oder flüssigen Phase innerhalb des Kanals (5) zwischen einem ersten Drucksensor (8), mit dem der erste Druck (P₁) gemessen wird und einem zweiten Drucksensor (9), mit dem der zweite Druck (P₂) gemessen wird, geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt II. im Falle einer festen und/oder flüssigen Phase innerhalb des Kanals (5) der Kanal (5) erwärmt oder der von der Brennstoffzelle (2) erzeugte elektrische Strom verringert wird oder dass im Falle einer flüssigen Phase innerhalb des Kanals (5) der Massenstrom (10) erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Beenden eines Betriebes der Brennstoffzelle (2) der zulässige Betriebsbereich (B) vorsätzlich verlassen wird, und der Betriebspunkt (A, A¹, A², A³, A⁴, A⁵) in einem Bereich (D) eingestellt wird, der außerhalb des zulässigen Betriebsbereich (B) liegt, jedoch für einen trockenen Kanal (5) charakteristisch ist, um so ein Gefrieren von einer Substanz innerhalb des Kanals (5) und/oder der Brennstoffzelle (2) zu verhindern.
Brennstoffzellensystem (1) mit mindestens einer Brennstoffzelle (2), wobei ein Massenstrom (10) durch die Brennstoffzelle (2) leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Brennstoffzellensystem (1) ein erster Drucksensor (8) zum Messen eines ersten Drucks (P₁) des Massenstroms (10) in Strömungsrichtung vor der Brennstoffzelle (2) und ein zweiter Drucksensor (9) zum Messen eines zweiten Drucks (P₂) des Massenstroms (10) in Strömungsrichtung nach der Brennstoffzelle (2) angeordnet ist und dass das Brennstoffzellensystem (1) eine Überwachungseinheit (14) aufweist, die anhand des ersten Drucks (P₁), des zweiten Drucks (P₂) und eines Massenstromwertes (ṁ) auf einen Betriebspunkt (A, A¹, A², A³, A⁴, A⁵) außerhalb eines zulässigen Betriebsbereiches (B) des Brennstoffzellensystems (1) schließt.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstromwert (ṁ) ein gemessener Massenstromwert (ṁ) ist und dass das Brennstoffzellensystem (1) in Strömungsrichtung einen Massenstromsensor (7), einen Verdichter (3), den ersten Drucksensor (8), die Brennstoffzelle (2), den zweiten Drucksensor (9) und ein Staudruckregelventil (6) aufweist.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 betreibbar ist.