DE102022212117A1

DE102022212117A1 - Method for determining an electrical resistance of a fuel cell stack and fuel cell system

Info

Publication number: DE102022212117A1
Application number: DE102022212117.1A
Authority: DE
Inventors: Christophe Gerling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-11-15
Filing date: 2022-11-15
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln zumindest eines elektrischen Widerstands eines Brennstoffzellenstapels (100) eines Brennstoffzellensystems (200) sowie ein Brennstoffzellensystem (200).

The invention relates to a method for determining at least one electrical resistance of a fuel cell stack (100) of a fuel cell system (200) and to a fuel cell system (200).

Description

Stand der TechnikState of the art

Der Membranwiderstand einer Membran bzw. der Membranen eines Brennstoffzellenstapels kann ein wichtiger Indikator für die Brennstoffzellenperformance sein, daher ist es vorteilhaft diesen im Betrieb zu überwachen. Ist der Membranwiderstand zu hoch, bspw. bei einem trocknen Zustand der Membran, so kann die Gesamtperformance schlecht sein und es kann eine Austrocknung drohen. Trockene Zustände können außerdem schlecht für die Lebensdauer sein, da eine Membran bei einem gegebenen Strom im trockenen Zustand wärmer wird als im befeuchteten Zustand. Sehr feuchte Zustände einer Membran können in extremen Situationen auf mögliche Flutungseffekte in Elektroden des Brennstoffzellenstapels hinweisen.The membrane resistance of a membrane or of the membranes of a fuel cell stack can be an important indicator of fuel cell performance, so it is advantageous to monitor it during operation. If the membrane resistance is too high, for example when the membrane is dry, the overall performance can be poor and there is a risk of drying out. Dry conditions can also have a negative impact on the service life, as a membrane becomes warmer in a dry state than in a moist state for a given current. Very moist conditions of a membrane can, in extreme situations, indicate possible flooding effects in the electrodes of the fuel cell stack.

Es ist bekannt den Membranwiderstand mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie zu bestimmen. Diese kann jedoch nachteiligerweise sehr zeitaufwendig sein. Ferner ist bekannt, den Membranwiderstand mittels einer sog. „Current Interruption“ Methode zu bestimmen. Hierbei wird die Last an einer Brennstoffzelle bzw. an einem Brennstoffzellenstapel, d. h. der Stromfluss der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels unterbrochen, und die Antwort der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels hochfrequent abgetastet. Über mathematische Analysen wird der Ohm'sche Widerstand nachteiligerweise auf komplexe Weise bestimmt.It is known to determine the membrane resistance using electrochemical impedance spectroscopy. Unfortunately, this can be very time-consuming. It is also known to determine the membrane resistance using a so-called "current interruption" method. In this method, the load on a fuel cell or a fuel cell stack, i.e. the current flow of the fuel cell or fuel cell stack, is interrupted and the response of the fuel cell or fuel cell stack is sampled at high frequency. The ohmic resistance is unfortunately determined in a complex way using mathematical analyses.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung zeigt ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie ein Brennstoffzellensystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12.The present invention shows a method according to the features of claim 1, as well as a fuel cell system according to the features of claim 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 dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und ggf. weiteren erfindungsgemäßen Aspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the method according to the invention naturally also apply in connection with the fuel cell system according to the invention and possibly other aspects of the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is always made to each other.

Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln, insbesondere zum automatisierten Ermitteln, zumindest eines elektrischen Widerstands eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems. Das Verfahren umfasst als einen Schritt ein Erfassen einer von dem Brennstoffzellenstapel erzeugten ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels, insbesondere mittels einer ersten Erfassungseinheit, und als einen Schritt ein Erfassen einer von dem Brennstoffzellenstapel erzeugten zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels, insbesondere mittels einer zweiten Erfassungseinheit, wobei die erste elektrische Größe und die zweite elektrische Größe voneinander abhängig sind. Ferner umfasst das Verfahren als einen Schritt ein sprungartiges Verändern der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels, insbesondere durch ein Aufprägen eines Veränderungssignals mittels einer Aufprägeeinheit, wobei der Brennstoffzellenstapel weiterhin durch eine elektrische Last elektrisch belastet ist. Ferner umfasst das Verfahren als einen Schritt ein Erfassen zumindest einer sprungartigen Veränderung in der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels als Reaktion auf die sprungartig veränderte erste elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels, insbesondere mittels einer zweiten Erfassungseinheit. Ferner umfasst das Verfahren als einen Schritt ein Ermitteln des zumindest einen elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems basierend auf der sprungartigen Veränderung der ersten elektrischen Größe und der darauf erfassten zumindest einen sprungartigen Veränderung der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels, wobei insbesondere das Ermitteln mittels einer Ermittlungseinheit erfolgt.According to a first aspect, the present invention shows a method for determining, in particular for automatically determining, at least one electrical resistance of a fuel cell stack of a fuel cell system. The method comprises as a step a detection of a first electrical variable of the fuel cell stack generated by the fuel cell stack, in particular by means of a first detection unit, and as a step a detection of a second electrical variable of the fuel cell stack generated by the fuel cell stack, in particular by means of a second detection unit, wherein the first electrical variable and the second electrical variable are dependent on one another. The method also comprises as a step a sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack, in particular by impressing a change signal by means of an impressing unit, wherein the fuel cell stack is still electrically loaded by an electrical load. The method also comprises as a step a detection of at least one sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack in response to the suddenly changed first electrical variable of the fuel cell stack, in particular by means of a second detection unit. Furthermore, the method comprises as a step determining the at least one electrical resistance of the fuel cell stack of the fuel cell system based on the sudden change in the first electrical variable and the at least one sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack detected thereon, wherein in particular the determination is carried out by means of a determination unit.

Die zuvor und die im Nachfolgenden beschrieben Verfahrensschritte können, sofern technisch sinnvoll, einzeln, zusammen, einfach, mehrfach, zeitlich parallel und/oder nacheinander in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden.The process steps described above and below can, if technically reasonable, be carried out individually, together, once, several times, in parallel and/or one after the other in any order.

Insbesondere können die genannten Schritte bzw. ein erfindungsgemäßes Verfahren wiederholend, bspw. jeweils zumindest einmal oder mehrmals während einer Fahrt eines Fahrzeuges, durchgeführt werden, um wiederholend den zumindest einen elektrischen Widerstand des Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems zu ermitteln. Somit kann der zumindest eine elektrische Widerstand, insbesondere ein Membranwiderstand, des Brennstoffzellenstapels (über die Zeit) überwacht werden und bei einem Erkennen eines kritischen Zustandes kann ein Betriebszustand des Brennstoffzellensystems angepasst werden. Somit kann eine Beschädigung des Brennstoffzellensystems, insbesondere des Brennstoffzellenstapels, besonders vorteilhaft verhindert werden. Durch ein Betrachten des zumindest einen elektrischen Widerstand über die Zeit können auch Informationen über einen Alterungszustand des Brennstoffzellenstapels bzw. Informationen über einen Alterungszustand einzelner Komponenten des Brennstoffzellenstapels gewonnen werden.In particular, the steps mentioned or a method according to the invention can be carried out repeatedly, for example at least once or several times during a journey of a vehicle, in order to repeatedly determine the at least one electrical resistance of the fuel cell stack of the fuel cell system. The at least one electrical resistance, in particular a membrane resistance, of the fuel cell stack can thus be monitored (over time) and if a critical state is detected, an operating state of the fuel cell system can be adjusted. Damage to the fuel cell system, in particular the fuel cell stack, can thus be particularly advantageously prevented. By observing the at least one electrical resistance over time, information about an aging state of the fuel cell stack or information about an aging state of individual components of the fuel cell stack can also be obtained.

Insbesondere ist das Ermitteln des zumindest eines elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems gleichbedeutend mit einem Ermitteln eines elektrischen Leitwerts.In particular, determining at least one electrical resistance of the fuel cell stack of the fuel cell system is equivalent to determining an electrical conductivity.

Insbesondere ist die erste von dem Brennstoffzellenstapel erzeugte elektrische Größe ein von dem Brennstoffzellenstapel erzeugter elektrischer Strom und die zweite von dem Brennstoffzellenstapel erzeugte elektrische Größe eine von dem Brennstoffzellenstapel erzeugte elektrische Spannung, oder umgekehrt.In particular, the first electrical quantity generated by the fuel cell stack is an electrical current generated by the fuel cell stack and the second electrical quantity generated by the fuel cell stack is an electrical voltage generated by the fuel cell stack, or vice versa.

Das sprungartige Verändern der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels kann bspw. ein Verändern der ersten elektrischen Größe von einem ersten Niveau auf ein zweites Niveau bzw. von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert sein, wobei insbesondere ein erster Veränderungswert der ersten elektrischen Größe die Veränderung der ersten elektrischen Größe kennzeichnet bzw. darstellt.The sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack can, for example, be a change in the first electrical variable from a first level to a second level or from a first value to a second value, wherein in particular a first change value of the first electrical variable characterizes or represents the change in the first electrical variable.

Das sprungartige Verändern der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels als Reaktion auf das sprungartige Verändern der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels ist insbesondere ein Verändern der zweiten elektrische Größe von einem ersten Niveau auf ein zweites Niveau bzw. von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert, wobei insbesondere ein zweiter Veränderungswert der zweiten elektrischen Größe die Veränderung der zweiten elektrischen Größe kennzeichnet bzw. darstellt.The sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack in response to the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack is in particular a change in the second electrical variable from a first level to a second level or from a first value to a second value, wherein in particular a second change value of the second electrical variable characterizes or represents the change in the second electrical variable.

Insbesondere kann ferner das Brennstoffzellensystem mit dem Brennstoffzellenstapel bspw. an einem Fahrzeug, bspw. einem Brennstoffzellenfahrzeug, bereitgestellt sein.In particular, the fuel cell system with the fuel cell stack can also be provided, for example, on a vehicle, for example a fuel cell vehicle.

Der zumindest eine elektrische Widerstand des Brennstoffzellenstapels umfasst insbesondere zumindest einen (elektrischen bzw. elektronischen) Kontaktwiderstand oder mehrere Kontaktwiderstände, bspw. einen (elektrischen bzw. elektronischen) Kontaktwiderstand zwischen zwei Komponenten einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels wie einer Bipolarplatte und einer Gasdiffusionslage, und/oder zumindest einen (elektrischen bzw. elektronischen) Schichtwiderstand oder mehrere Schichtwiderstände, bspw. einen Schichtwiderstand einer Gasdiffusionslage. Der zumindest eine elektrische Widerstand des Brennstoffzellenstapels kann auch als Brennstoffzellen-Gesamtwiderstand zumindest einer elektrischen Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels oder als Brennstoffzellen-Gesamtwiderstand des gesamten Brennstoffzellenstapels verstanden werden. Es ist auch denkbar, dass für mehrere Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels jeweils ein elektrischer Widerstand, insbesondere ein jeweiliger Membranwiderstand, ermittelt wird. Insbesondere ist mit dem zumindest einen elektrischen Widerstand des Brennstoffzellenstapels der sogenannte Hochfrequenzwiderstand des Brennstoffzellenstapels bzw. einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels gemeint. Der Membranwiderstand kann auch als protonisch ohmscher Widerstand verstanden werden. Kontaktwiderstände und/oder Schichtwiderstände können im Betrieb des Brennstoffzellensystems nahezu konstant bleiben, sodass es ausreichend sein kann, diese einmalig zu bestimmen und dann immer vom ermittelten elektrischen Widerstand abzuziehen, um den Membranwiderstand zu ermitteln. Bspw. kann ein Bestimmen eines Schichtwiderstands einer Anodengasdiffusionslage des Brennstoffzellenstapels bereits vor dem Zusammenbau des Brennstoffzellenstapels und/oder durch Versuche und/oder modelltechnische Ansätze erfolgen. Ein derartig ermittelter Schichtwiderstand und/oder Kontaktwiderstand kann in einer Ermittlungseinheit, bspw. einer Speichereinheit der Ermittlungseinheit, eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems hinterlegt sein für das Ermitteln eines Membranwiderstands aus dem ermittelten elektrischen Widerstand.The at least one electrical resistance of the fuel cell stack comprises in particular at least one (electrical or electronic) contact resistance or several contact resistances, for example an (electrical or electronic) contact resistance between two components of a fuel cell of the fuel cell stack such as a bipolar plate and a gas diffusion layer, and/or at least one (electrical or electronic) sheet resistance or several sheet resistances, for example a sheet resistance of a gas diffusion layer. The at least one electrical resistance of the fuel cell stack can also be understood as the total fuel cell resistance of at least one electrical fuel cell of the fuel cell stack or as the total fuel cell resistance of the entire fuel cell stack. It is also conceivable that an electrical resistance, in particular a respective membrane resistance, is determined for several fuel cells of the fuel cell stack. In particular, the at least one electrical resistance of the fuel cell stack means the so-called high-frequency resistance of the fuel cell stack or of a fuel cell of the fuel cell stack. The membrane resistance can also be understood as a protonic ohmic resistance. Contact resistances and/or layer resistances can remain almost constant during operation of the fuel cell system, so that it can be sufficient to determine them once and then always subtract them from the determined electrical resistance in order to determine the membrane resistance. For example, a layer resistance of an anode gas diffusion layer of the fuel cell stack can be determined before the fuel cell stack is assembled and/or by tests and/or model-based approaches. A layer resistance and/or contact resistance determined in this way can be stored in a determination unit, e.g. a storage unit of the determination unit, of a fuel cell system according to the invention for determining a membrane resistance from the determined electrical resistance.

Mit dem Ausdruck, dass der Brennstoffzellenstapel beim bzw. während dem sprungartigen Verändern der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels weiterhin durch eine elektrische Last elektrisch belastet ist, soll insbesondere ausgedrückt werden, dass eine von dem Brennstoffzellenstapel an die elektrische Last, bspw. eine externe Last, abgegebene elektrische Energie beim bzw. während dem sprungartigen Verändern der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels größer Null ist. Mit anderen Worten ist der Stromfluss ununterbrochen und ein Betrieb, insbesondere ein Normalbetrieb, des Brennstoffzellensystem sowie insbesondere der elektrischen Last kann aufrechterhalten oder im Wesentlichen aufrechterhalten bleiben. Somit können Beschädigungen an dem Brennstoffzellenstapel bzw. Komponenten des Brennstoffzellenstapels und/oder der elektrischen Last besonders vorteilhaft verhindert werden. Es ist denkbar, dass, insbesondere zum Aufrechterhalten des Betriebs des Brennstoffzellensystems, die erste elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels um 0,1 bis 10%, insbesondere um 0,1 bis 5%, vorzugsweise um 0,1 bis 1%, eines aktuellen Niveaus oder eines aktuellen Werts der ersten elektrischen Größe sprungartig verändert wird.The expression that the fuel cell stack continues to be electrically loaded by an electrical load during or during the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack is intended to express in particular that an electrical energy delivered by the fuel cell stack to the electrical load, for example an external load, is greater than zero during or during the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack. In other words, the current flow is uninterrupted and operation, in particular normal operation, of the fuel cell system and in particular of the electrical load can be maintained or essentially maintained. Damage to the fuel cell stack or components of the fuel cell stack and/or the electrical load can thus be particularly advantageously prevented. It is conceivable that, in particular to maintain the operation of the fuel cell system, the first electrical variable of the fuel cell stack is changed abruptly by 0.1 to 10%, in particular by 0.1 to 5%, preferably by 0.1 to 1%, of a current level or a current value of the first electrical variable.

Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann somit auf besonders einfache Weise und/oder besonders schnell und/oder besonders beschädigungsarm der zumindest eine elektrische Widerstand, bspw. ein (Gesamt-)Membranwiderstand, oder mehrere elektrische Widerstände des Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems bestimmt werden, wobei gleichzeitig ein Betrieb, insbesondere ein Normalbetrieb, des Brennstoffzellensystems aufrechterhalten oder im Wesentlichen aufrechterhalten werden kann.By means of a method according to the invention, at least one electrical resistor, for example a (total) membrane resistor, or several electrical resistors of the combustion chamber can be switched in a particularly simple manner and/or particularly quickly and/or with particularly little damage. fuel cell stack of the fuel cell system, wherein at the same time an operation, in particular a normal operation, of the fuel cell system can be maintained or substantially maintained.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für das Ermitteln des zumindest einen elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems zumindest die zeitlich erste sprungartige Veränderung, insbesondere nur die zeitlich erste sprungartige Veränderung, in der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels als Reaktion auf die sprungartig veränderte erste elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels betrachtet, insbesondere ausgewertet, wird. Somit kann auf besonders einfache und schnelle Weise der zumindest eine elektrische Widerstand ermittelt werden bzw. aus dem ermittelten elektrischen Widerstand ein Membranwiderstand ermittelt werden, indem zumindest Kontaktwiderstände und/oder Schichtwiderstände abgezogen werden. Insbesondere stellt die zeitlich erste sprungartige Veränderung in der zweiten elektrischen Größe den frequenzunabhängigen Teil dar und eignet sich daher besonders vorteilhaft für das Ermitteln eines Membranwiderstands. Somit kann besonders einfach aus einem Verhältnis der sprungartigen Veränderung der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels und der sprungartigen Veränderung der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels, oder umgekehrt, der zumindest eine elektrische Widerstand des Brennstoffzellenstapels ermittelt werden. Weitere sprungartige Veränderungen, bspw. eine zweite und/oder eine dritte sprungartige Veränderung, welche zeitlich nach der ersten sprungartigen Veränderung der zweiten elektrischen Größe, in der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels auftreten, sind Sprünge, welche charakteristisch bspw. für einen Charge-Transfer Widerstand oder ein induktives Verhalten des Brennstoffzellenstapels sind.It can be advantageous if, in a method according to the invention for determining the at least one electrical resistance of the fuel cell stack of the fuel cell system, at least the first sudden change in time, in particular only the first sudden change in time, in the second electrical variable of the fuel cell stack is considered, in particular evaluated, as a reaction to the suddenly changed first electrical variable of the fuel cell stack. The at least one electrical resistance can thus be determined in a particularly simple and quick manner, or a membrane resistance can be determined from the determined electrical resistance by subtracting at least contact resistances and/or layer resistances. In particular, the first sudden change in time in the second electrical variable represents the frequency-independent part and is therefore particularly advantageous for determining a membrane resistance. The at least one electrical resistance of the fuel cell stack can thus be determined particularly easily from a ratio of the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack and the sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack, or vice versa. Further step-like changes, e.g. a second and/or a third step-like change, which occur in the second electrical quantity of the fuel cell stack after the first step-like change of the second electrical quantity, are jumps which are characteristic, e.g., of a charge-transfer resistance or an inductive behavior of the fuel cell stack.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das sprungartige Verändern der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels zumindest aktiv erfolgt, indem auf die erste elektrische Größe ein Veränderungssignal aktiv aufgeprägt wird, wobei insbesondere das Veränderungssignal derart aktiv aufgeprägt wird, dass die erste elektrische Größe zumindest zeitweise auf einem konstanten oder im Wesentlichen konstanten Wert gehalten wird. Durch das aktive Aufprägen kann auf besonders einfach Weise zu geeigneten Zeitpunkten eine sprungartige Veränderung der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels aktiv erzeugt bzw. erzwungen werden. Insbesondere ist das Veränderungssignal ein konstantes oder im Wesentlichen konstantes Veränderungssignal. Mit anderen Worten prägt das Veränderungssignal auf die erste elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels ein konstantes oder im Wesentlichen konstantes Signal, bspw. 1 A(mpere) auf, um insbesondere die erste elektrische Größe zumindest zeitweise auf einem konstanten oder im Wesentlichen konstanten Niveau bzw. Wert zu halten. Somit kann die Veränderung der zweiten elektrischen Größe als Reaktion auf die sprungartig veränderte erste elektrische Größe besonders vorteilhaft sein. Insbesondere wird nach dem sprungartigen aktiven Verändern der ersten elektrischen Größe von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert nach einer gewissen Zeitdauer wieder auf den ersten Wert, d. h. den Ausgangswert, der ersten elektrischen Größe zurückgegangen.It can be advantageous if, in a method according to the invention, the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack is at least actively carried out by actively impressing a change signal on the first electrical variable, wherein in particular the change signal is actively impressed in such a way that the first electrical variable is at least temporarily kept at a constant or essentially constant value. By actively impressing, a sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack can be actively generated or forced at suitable times in a particularly simple manner. In particular, the change signal is a constant or essentially constant change signal. In other words, the change signal impresses a constant or essentially constant signal, e.g. 1 A(mpere), on the first electrical variable of the fuel cell stack in order in particular to keep the first electrical variable at a constant or essentially constant level or value at least temporarily. Thus, the change in the second electrical variable in response to the suddenly changed first electrical variable can be particularly advantageous. In particular, after the sudden active change of the first electrical quantity from a first value to a second value, the first value, i.e. the initial value, of the first electrical quantity is returned to after a certain period of time.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Veränderungssignal zeitlich begrenzt für eine definierte Aufprägungsdauer aufgeprägt wird, wobei insbesondere bei einem Erkennen einer zweiten sprungartigen Veränderung der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels die Stärke des Veränderungssignals reduziert, insbesondere auf Null zurückgefahren, wird, wobei insbesondere die zweite sprungartige Veränderung der zweiten elektrischen Größe zeitlich auf die erste sprungartige Veränderung der zweiten elektrischen Größe folgt. Somit wird die erste elektrische Größe nur besonders kurz aktiv sprungartig verändert und die erste elektrische Größe kann besonders schnell wieder auf einen Ausgangswert bzw. Ausgangsniveau zurückgeführt werden. Insbesondere ist nur die erste sprungartige Veränderung der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels für das Ermitteln des zumindest einen elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels von Relevanz, sodass die Stärke des Veränderungssignals reduziert werden kann, wenn eine zweite sprungartige Veränderung der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels, bspw. mittels einer Erkennungseinheit des Brennstoffzellensystems anhand einer Steigung der zweiten elektrischen Größe, erkannt wird. Die definierte (notwendige) Aufprägedauer für das Aufprägesignal kann auch vorab bspw. mittels Versuche usw., ermittelt werden und in einer Speichereinheit des Brennstoffzellensystem und/oder eines Fahrzeuges hinterlegt werden.It can be advantageous if, in a method according to the invention, the change signal is impressed for a limited period of time for a defined impression duration, wherein, in particular, when a second sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack is detected, the strength of the change signal is reduced, in particular reduced to zero, wherein, in particular, the second sudden change in the second electrical variable follows the first sudden change in the second electrical variable in time. Thus, the first electrical variable is only actively changed in a sudden manner for a particularly short time and the first electrical variable can be returned to an initial value or initial level particularly quickly. In particular, only the first sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack is relevant for determining the at least one electrical resistance of the fuel cell stack, so that the strength of the change signal can be reduced when a second sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack is detected, for example by means of a detection unit of the fuel cell system based on a gradient of the second electrical variable. The defined (necessary) imprinting duration for the imprinting signal can also be determined in advance, for example by means of tests, etc., and stored in a storage unit of the fuel cell system and/or a vehicle.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren erkannt wird, dass die erste elektrische Größe und/oder die zweite elektrische Größe und/oder die elektrische Belastung des Brennstoffzellenstapels für einen definierten Zeitraum zeitlich konstant oder im Wesentlichen konstant ist, und dann bzw. dadurch ausgelöst die erste elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels durch ein Aufprägen des Verstärkungssignals aktiv sprungartig verändert wird. Somit wird insbesondere sichergestellt, dass der Brennstoffzellenstapel für den definierten Zeitraum in einem gewissen Zustand gehalten wurde, sodass eine Ermittlung des zumindest einen elektrischen Widerstands besonders vorteilhaft sein kann.It can be advantageous if, in a method according to the invention, it is recognized that the first electrical variable and/or the second electrical variable and/or the electrical load of the fuel cell stack is constant or essentially constant over a defined period of time, and then or triggered thereby, the first electrical variable of the fuel cell stack is actively changed abruptly by impressing the amplification signal. This ensures in particular that the fuel cell stack is in a certain state for the defined period of time. was held, so that determining at least one electrical resistance can be particularly advantageous.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die sprungartige Veränderung der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels durch ein Verändern eines Betriebs des Brennstoffzellensystems ausgelöst wird. Mit anderen Worten, wird ausgenutzt, dass sich die erste elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels sich aufgrund einer Veränderung des Betriebs sprungartig verändert. Eine derartige Veränderung kann erkannt werden, bspw. durch eine Erkennungseinheit des Brennstoffzellensystems, indem die erste elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels darauf überwacht wird und/oder kann eine derartige Veränderung vorhersehbar sein, da bspw. eine Anforderung auf eine Leistungsänderung des Brennstoffzellenstapels erkannt wird, wobei sich aufgrund einer basierend auf der Anforderung auf die Leistungsänderung des Brennstoffzellenstapels getätigten Leistungsänderung des Brennstoffzellenstapels die erste elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels sprungartig verändern wird und sich als Reaktion auf die sprungartig veränderte erste elektrische Größe die zweite elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels verändern wird. Vorteilhafterweise kann somit das Ermitteln des zumindest einen elektrischen Widerstands erfolgen, ohne in das Brennstoffzellensystem einzugreifen. Es ist auch denkbar, dass zusätzlich ein Veränderungssignal derart aktiv aufgeprägt wird, sodass eine ausreichende bzw. vorgegebene Sprunghöhe erreicht wird, um eine „ausreichende“ Reaktion der zweiten elektrischen des Brennstoffzellenstapels zu erzeugen.It can be advantageous if, in a method according to the invention, the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack is triggered by a change in the operation of the fuel cell system. In other words, it is exploited that the first electrical variable of the fuel cell stack changes suddenly due to a change in the operation. Such a change can be detected, for example, by a detection unit of the fuel cell system by monitoring the first electrical variable of the fuel cell stack and/or such a change can be predictable because, for example, a request for a power change of the fuel cell stack is detected, wherein the first electrical variable of the fuel cell stack will change suddenly due to a power change of the fuel cell stack made based on the request for the power change of the fuel cell stack and the second electrical variable of the fuel cell stack will change in response to the suddenly changed first electrical variable. Advantageously, the determination of the at least one electrical resistance can thus take place without intervening in the fuel cell system. It is also conceivable that, in addition, a change signal is actively impressed in such a way that a sufficient or predetermined jump height is achieved in order to generate a “sufficient” reaction of the second electrical component of the fuel cell stack.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest ein Signal der ersten elektrischen Größe mit der zumindest einen sprungartigen Veränderung betrachtet, insbesondere ausgewertet, wird, um eine Brauchbarkeit des Signals für das Ermitteln des zumindest einen elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels festzustellen. Somit kann eine Qualität für die Ermittlung des zumindest einen elektrischen Widerstand des Brennstoffzellenstapels, bspw. eines Membranwiderstands, besonders vorteilhaft sichergestellt werden. Das Betrachten des Signals der ersten elektrischen Größe mit der zumindest einen sprungartigen Veränderung kann bspw. ein Auswerten bzw. Analysieren der ersten elektrischen Größe sein, bspw. durchgeführt von einer Auswerteeinheit des Brennstoffzellensystem. Hierfür kann die erste elektrische Größe bzw. das Signal bspw. mit einem vorgegebenen Signal verglichen werden.It can be advantageous if, in a method according to the invention, at least one signal of the first electrical variable with the at least one sudden change is observed, in particular evaluated, in order to determine whether the signal is suitable for determining the at least one electrical resistance of the fuel cell stack. In this way, a quality for determining the at least one electrical resistance of the fuel cell stack, e.g. a membrane resistance, can be particularly advantageously ensured. The observation of the signal of the first electrical variable with the at least one sudden change can, for example, be an evaluation or analysis of the first electrical variable, for example carried out by an evaluation unit of the fuel cell system. For this purpose, the first electrical variable or the signal can, for example, be compared with a predetermined signal.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ein erster Veränderungswert der ersten elektrischen Größe aus einem erfassten Signal der ersten elektrischen Größe für die zumindest eine sprungartige Veränderung der ersten elektrischen Größe bestimmt wird, und wobei ein zweiter Veränderungswert der zweiten elektrischen Größe aus einem erfassten Signal der zweiten elektrischen Größe für die zumindest eine sprungartige Veränderung der zweiten elektrischen Größe bestimmt wird, wobei der zumindest eine elektrische Widerstand des Brennstoffzellenstapels aus einem Verhältnis des ersten Veränderungswerts und dem zweiten Veränderungswert oder umgekehrt ermittelt wird. Somit kann auf besonders einfache Weise der zumindest eine elektrische Widerstand mit Hilfe des Ohm'schen Gesetzes ermittelt werden. Aus dem erfassten Signal der ersten elektrischen Größe für die zumindest eine sprungartige Veränderung der ersten elektrischen Größe kann ein Wert bzw. können Werte der ersten elektrischen Größe (zeitlich) vor der sprunghaften Veränderung der ersten elektrischen Größe und ein Wert bzw. Werte (zeitlich) nach der sprunghaften Veränderung der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels ermittelt werden, wobei aus dem Wert bzw. Werten vor und dem Werte bzw. den Werten nach der sprunghaften Veränderung der ersten elektrischen Größe bspw. mathematisch durch Differenzbildung, der erste Veränderungswert, bspw. eine Stromänderung, bestimmt wird. Analog kann auch der zweite Veränderungswert, bspw. eine Spannungsänderung, für die zweite elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels ermittelt werden. Ferner können (zuvor) die ermittelten Werte vor und/oder nach der sprunghaften Veränderung der ersten elektrischen Größe bzw. der zweiten elektrischen Größe bspw. gemittelt werden für die Ermittlung des ersten bzw. zweiten Veränderungswertes.It can be advantageous if, in a method according to the invention, a first change value of the first electrical variable is determined from a detected signal of the first electrical variable for the at least one sudden change in the first electrical variable, and a second change value of the second electrical variable is determined from a detected signal of the second electrical variable for the at least one sudden change in the second electrical variable, the at least one electrical resistance of the fuel cell stack being determined from a ratio of the first change value and the second change value or vice versa. The at least one electrical resistance can thus be determined in a particularly simple manner using Ohm's law. From the recorded signal of the first electrical quantity for the at least one sudden change in the first electrical quantity, a value or values of the first electrical quantity can be determined (in time) before the sudden change in the first electrical quantity and a value or values (in time) after the sudden change in the first electrical quantity of the fuel cell stack, wherein the first change value, e.g. a current change, is determined from the value or values before and the value or values after the sudden change in the first electrical quantity, e.g. mathematically by forming the difference. The second change value, e.g. a voltage change, for the second electrical quantity of the fuel cell stack can also be determined in a similar way. Furthermore, the values determined before and/or after the sudden change in the first electrical quantity or the second electrical quantity can be averaged (in advance), for example, to determine the first or second change value.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest für das Bestimmen des zweiten Veränderungswerts der zweiten elektrischen Größe die zweite elektrische Größe zumindest in einem definierten Zeitabschnitt vor dem sprungartigen Verändern der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels und/oder zumindest in einem definierten Zeitabschnitt nach dem sprungartigen Verändern der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels betrachtet, insbesondere ausgewertet, wird. Somit kann besonders einfach der zweite Veränderungswert für die zweite elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels ermittelt werden. Bspw. kann vorab durch Versuche ermittelt werden, wann die zeitlich erste sprungartige Veränderung auftritt bzw. in welchem Zeitraum die zeitlich erste sprungartige Veränderung auftritt. Somit kann auf eine mehr aufwendige Ermittlung der zeitlich ersten sprungartigen Veränderung, bspw. durch Betrachten einer Steigung der zweiten elektrischen Größe, verzichtet werden. Bspw. kann der definierte Zeitabschnitt in einer Speichereinheit des Brennstoffzellensystem und/oder eines Fahrzeuges hinterlegt sein. Es ist denkbar, dass für unterschiedliche Sprunghöhen der ersten sprungartigen Veränderung unterschiedliche definierte Zeitabschnitte betrachtet werden.It can be advantageous if, in a method according to the invention, at least for determining the second change value of the second electrical variable, the second electrical variable is considered, in particular evaluated, at least in a defined time period before the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack and/or at least in a defined time period after the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack. The second change value for the second electrical variable of the fuel cell stack can thus be determined particularly easily. For example, it can be determined in advance by tests when the first sudden change occurs or in which period the first sudden change occurs. This means that a more complex determination of the first sudden change, for example by looking at a gradient of the second electrical variable, can be dispensed with. For example, the defined time period can be stored in a storage unit. of the fuel cell system and/or a vehicle. It is conceivable that different defined time periods are considered for different jump heights of the first jump-like change.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest für das Bestimmen des zweiten Veränderungswerts der zweiten elektrischen Größe zumindest eine Steigung der zweiten elektrischen Größe betrachtet, insbesondere ausgewertet, wird, um insbesondere passende Zeitabschnitte und/oder Werte der erfassten zweiten elektrischen Größe vor der sprungartigen Veränderung der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels für das Ermitteln des zweiten Veränderungswertes zu bestimmen und/oder um insbesondere passende Zeitabschnitte und/oder Werte der erfassten zweiten elektrischen Größe nach der sprungartigen Veränderung der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels für das Ermitteln des zweiten Veränderungswertes zu bestimmen. Somit kann bspw. auf das Hinterlegen von einem definierten Zeitabschnitt in einer Speichereinheit verzichtet werden und das Ermitteln des zumindest einen elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels besonders einfach bzw. vorteilhaft für sprunghafte Veränderungen der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels aufgrund einer Veränderung des Betriebs des Brennstoffzellenstapels erfolgen.It can be advantageous if, in a method according to the invention, at least one gradient of the second electrical variable is considered, in particular evaluated, at least for determining the second change value of the second electrical variable, in order to determine in particular suitable time periods and/or values of the detected second electrical variable before the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack for determining the second change value and/or in order to determine in particular suitable time periods and/or values of the detected second electrical variable after the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack for determining the second change value. This means that, for example, there is no need to store a defined time period in a memory unit and the determination of the at least one electrical resistance of the fuel cell stack can be carried out particularly easily or advantageously for sudden changes in the first electrical variable of the fuel cell stack due to a change in the operation of the fuel cell stack.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem zumindest einen ermittelten elektrischen Widerstand zumindest ein Membranwiderstand des Brennstoffzellenstapels ermittelt wird. Der Membranwiderstand ist ein wichtiger Indikator für die Brennstoffzellenperformance, sodass es besonders wichtig sein kann, diesen im Betrieb des Brennstoffzellensystems zu überwachen. Das Ermitteln des Membranwiderstands aus dem ermittelten elektrischen Widerstand erfolgt insbesondere durch ein mathematisches Miteinbeziehen, bspw. durch ein Abziehen, konstanter und/oder bekannter Widerstandsteile, bspw. Kontaktwiderstände und/oder Schichtwiderstände, des Brennstoffzellenstapels. Diese konstanten und/oder bekannten Widerstandsteile können dafür in einer Speichereinheit des Brennstoffzellensystem und/oder eines Fahrzeuges hinterlegt sein.It can be advantageous if, in a method according to the invention, at least one membrane resistance of the fuel cell stack is determined from the at least one determined electrical resistance. The membrane resistance is an important indicator of the fuel cell performance, so it can be particularly important to monitor it during operation of the fuel cell system. The membrane resistance is determined from the determined electrical resistance in particular by mathematically including, for example, by subtracting, constant and/or known resistance components, e.g. contact resistances and/or layer resistances, of the fuel cell stack. These constant and/or known resistance components can be stored in a memory unit of the fuel cell system and/or a vehicle.

Gemäß einem zweiten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Brennstoffzellensystem, wobei das Brennstoffzellensystem einen Brennstoffzellenstapel aufweist, wobei an dem Brennstoffzellenstapel eine erste erzeugbare elektrische Größe und eine zweite erzeugbare elektrische Größe abnehmbar sind, und wobei der Brennstoffzellenstapel mit einer elektrischen Last elektrisch verbindbar ist, insbesondere verbunden ist. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem eine erste Erfassungseinheit zum Erfassen der von dem Brennstoffzellenstapel erzeugten ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels und eine zweite Erfassungseinheit zum Erfassen einer von dem Brennstoffzellenstapel erzeugten zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem eine Ermittlungseinheit, wobei die Ermittlungseinheit dazu ausgebildet ist, den zumindest einen elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems basierend auf einer sprungartigen Veränderung der ersten elektrischen Größe und einer darauf erfassten sprungartigen Veränderung der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels zu ermitteln.According to a second aspect, the present invention shows a fuel cell system, wherein the fuel cell system has a fuel cell stack, wherein a first electrical variable that can be generated and a second electrical variable that can be generated can be removed from the fuel cell stack, and wherein the fuel cell stack can be electrically connected to an electrical load, in particular is connected. The fuel cell system further comprises a first detection unit for detecting the first electrical variable of the fuel cell stack generated by the fuel cell stack and a second detection unit for detecting a second electrical variable of the fuel cell stack generated by the fuel cell stack. The fuel cell system further comprises a determination unit, wherein the determination unit is designed to determine the at least one electrical resistance of the fuel cell stack of the fuel cell system based on a sudden change in the first electrical variable and a sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack detected thereon.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem das Brennstoffzellensystem eine Aufprägeeinheit zum Aufprägen eines Veränderungssignals auf die erste elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels aufweist.It can be advantageous if, in a fuel cell system according to the invention, the fuel cell system has an imprinting unit for imprinting a change signal on the first electrical variable of the fuel cell stack.

Ferner kann das Brennstoffzellensystem eine Speichereinheit und/oder eine Erkennungseinheit und/oder eine Auswerteeinheit umfassen. Ferner kann das Brennstoffzellensystem und/oder ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem eine Recheneinheit zumindest zum Auswerten und/oder Analysieren der erfassten ersten elektrischen Größe und/oder der erfassten zweiten elektrischen Größe bzw. Signalen davon aufweisen.Furthermore, the fuel cell system can comprise a storage unit and/or a detection unit and/or an evaluation unit. Furthermore, the fuel cell system and/or a vehicle with a fuel cell system can have a computing unit at least for evaluating and/or analyzing the detected first electrical variable and/or the detected second electrical variable or signals thereof.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem das Brennstoffzellensystem dazu ausgeführt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.It can be advantageous if, in a fuel cell system according to the invention, the fuel cell system is designed to carry out a method according to the invention.

Das Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.The fuel cell system according to the second aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the method according to the first aspect of the invention.

Gemäß einem dritten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem, wobei das Brennstoffzellensystem erfindungsgemäß ausgestaltet ist. Das Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bzw. dem Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.According to a third aspect, the present invention shows a vehicle with a fuel cell system, wherein the fuel cell system is designed according to the invention. The vehicle according to the third aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the method according to the first aspect of the invention or the fuel cell system according to the second aspect of the invention.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.Further measures improving the invention will become apparent from the following description of some embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All information arising from the claims, the description or the drawings Features and/or advantages, including design details, spatial arrangements and method steps, can be essential to the invention both individually and in various combinations. It should be noted that the figures are merely descriptive and are not intended to limit the invention in any way.

Es zeigen schematisch:

1 ein Verfahren,
2 ein Stromsignal und ein Spannungssignal über Zeit,
3 ein Verfahren, und
4 ein Brennstoffzellensystem,

They show schematically:

1 a procedure,
2 a current signal and a voltage signal over time,
3 a procedure, and
4 a fuel cell system,

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen identische Bezugszeichen verwendet.In the following figures, identical reference symbols are used for the same technical features even in different embodiments.

1 offenbart ein Verfahren zum Ermitteln zumindest eines elektrischen Widerstands eines Brennstoffzellenstapels 100 eines Brennstoffzellensystems 200. Das Verfahren umfasst als einen Schritt ein Erfassen 311 einer von dem Brennstoffzellenstapel 100 erzeugten ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100 und als einen Schritt ein Erfassen 312 einer von dem Brennstoffzellenstapel 100 erzeugten zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100, wobei die erste elektrische Größe und die zweite elektrische Größe voneinander abhängig sind. Ferner umfasst das Verfahren als einen Schritt ein Sprungartiges Verändern 320 der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100, wobei der Brennstoffzellenstapel 100 weiterhin durch eine elektrische Last 90 elektrisch belastet ist. Ferner umfasst das Verfahren als einen Schritt ein Erfassen 340 zumindest einer sprungartigen Veränderung in der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100 als Reaktion auf die sprungartig veränderte erste elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels 100. Ferner umfasst das Verfahren als einen Schritt ein Ermitteln 360 des zumindest einen elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels 100 des Brennstoffzellensystems 200 basierend auf der sprungartigen Veränderung der ersten elektrischen Größe und der darauf erfassten zumindest einen sprungartigen Veränderung der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100. 1 discloses a method for determining at least one electrical resistance of a fuel cell stack 100 of a fuel cell system 200. The method comprises as a step a detection 311 of a first electrical variable of the fuel cell stack 100 generated by the fuel cell stack 100 and as a step a detection 312 of a second electrical variable of the fuel cell stack 100 generated by the fuel cell stack 100, wherein the first electrical variable and the second electrical variable are dependent on one another. The method further comprises as a step a sudden change 320 of the first electrical variable of the fuel cell stack 100, wherein the fuel cell stack 100 is still electrically loaded by an electrical load 90. The method further comprises, as a step, detecting 340 at least one sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack 100 in response to the suddenly changed first electrical variable of the fuel cell stack 100. The method further comprises, as a step, determining 360 the at least one electrical resistance of the fuel cell stack 100 of the fuel cell system 200 based on the sudden change in the first electrical variable and the at least one sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack 100 detected thereon.

2 offenbart ein Stromsignal i und ein Spannungssignal u über die Zeit. Vorteilhafterweise wird für das Ermitteln 360 des zumindest einen elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels 100 des Brennstoffzellensystems 200 zumindest die zeitlich erste sprungartige Veränderung, insbesondere nur die zeitlich erste sprungartige Veränderung, in der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100 als Reaktion auf die sprungartig veränderte erste elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels 100 betrachtet 361. Die weiteren sprungartigen Veränderungen, d. h. eine zweite und/oder eine dritte sprungartige Veränderung, welche zeitlich nach der ersten sprungartigen Veränderung der zweiten elektrischen Größe, in der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100 auftreten, sind Sprünge, welche charakteristisch bspw. für einen Charge-Transfer Widerstand oder ein induktives Verhalten des Brennstoffzellenstapels 100 sind. Für das Ermitteln des zumindest einen elektrischen Widerstands, insbesondere eines Membranwiderstands, wird vorteilhafterweise ein erster Veränderungswert Δi der ersten elektrischen Größe aus einem erfassten Signal der ersten elektrischen Größe für die sprungartige Veränderung der ersten elektrischen Größe bestimmt 358, und wobei ein zweiter Veränderungswert Δu der zweiten elektrischen Größe aus einem erfassten Signal der zweiten elektrischen Größe für die zuerst auftretende sprungartige Veränderung, d. h. die erste sprungartige Veränderung, der zweiten elektrischen Größe als Reaktion auf die sprungartige Veränderung der ersten elektrischen Größe bestimmt wird 359, wobei der zumindest eine elektrische Widerstand des Brennstoffzellenstapels 100 aus einem Verhältnis des ersten Veränderungswerts Δi und dem zweiten Veränderungswert Δu oder umgekehrt ermittelt wird. 2 discloses a current signal i and a voltage signal u over time. Advantageously, for determining 360 the at least one electrical resistance of the fuel cell stack 100 of the fuel cell system 200, at least the first sudden change in time, in particular only the first sudden change in time, in the second electrical variable of the fuel cell stack 100 is considered 361 as a reaction to the suddenly changed first electrical variable of the fuel cell stack 100. The further sudden changes, ie a second and/or a third sudden change, which occur after the first sudden change in the second electrical variable, in the second electrical variable of the fuel cell stack 100, are jumps which are characteristic, for example, of a charge transfer resistance or an inductive behavior of the fuel cell stack 100. To determine the at least one electrical resistance, in particular a membrane resistance, a first change value Δi of the first electrical variable is advantageously determined 358 from a detected signal of the first electrical variable for the sudden change in the first electrical variable, and a second change value Δu of the second electrical variable is determined 359 from a detected signal of the second electrical variable for the sudden change that occurs first, i.e. the first sudden change, in the second electrical variable in response to the sudden change in the first electrical variable, the at least one electrical resistance of the fuel cell stack 100 being determined from a ratio of the first change value Δi and the second change value Δu or vice versa.

3 offenbart ein Verfahren wie es bspw. bereits zu 1 beschrieben worden ist. Es kann ferner von Vorteil sein, wenn bei einem Verfahren in 3 das sprungartige Verändern 320 der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100 zumindest aktiv erfolgt, indem auf die erste elektrische Größe ein Veränderungssignal aktiv aufgeprägt wird 321, wobei insbesondere das Veränderungssignal derart aktiv aufgeprägt wird 322, dass die erste elektrische Größe zumindest zeitweise auf einem konstanten oder im Wesentlichen konstanten Wert gehalten wird. 3 discloses a method as it is already used for 1 It may also be advantageous if a process in 3 the sudden change 320 of the first electrical variable of the fuel cell stack 100 is carried out at least actively by a change signal being actively impressed 321 on the first electrical variable, wherein in particular the change signal is actively impressed 322 such that the first electrical variable is at least temporarily kept at a constant or substantially constant value.

Es kann ferner von Vorteil sein, wenn bei dem Verfahren in 3 das Veränderungssignal zeitlich begrenzt für eine definierte Aufprägungsdauer aufgeprägt wird 321, wobei insbesondere bei einem Erkennen einer zweiten sprungartigen Veränderung der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100 die Stärke des Veränderungssignals reduziert wird 350, wobei insbesondere die zweite sprungartige Veränderung der zweiten elektrischen Größe zeitlich auf die erste sprungartige Veränderung der zweiten elektrischen Größe folgt.It may also be advantageous if the procedure in 3 the change signal is impressed 321 for a limited period of time for a defined impression duration, wherein in particular when a second sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack 100 is detected, the strength of the change signal is reduced 350, wherein in particular the second sudden change in the second electrical variable follows the first sudden change in the second electrical variable in time.

Es kann ferner von Vorteil sein, wenn bei dem Verfahren in 3 erkannt wird 319, dass die erste elektrische Größe und/oder die zweite elektrische Größe und/oder die elektrische Belastung des Brennstoffzellenstapels 100 für einen definierten Zeitraum zeitlich konstant oder im Wesentlichen konstant ist, dann die erste elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels 100 durch ein Aufprägen des Verstärkungssignals aktiv sprungartig verändert wird 321.It may also be advantageous if the procedure in 3 it is recognized 319 that the first electrical quantity and/or the second electrical electrical variable and/or the electrical load of the fuel cell stack 100 is constant over time or substantially constant for a defined period of time, then the first electrical variable of the fuel cell stack 100 is actively changed abruptly by impressing the amplification signal 321.

Es kann ferner von Vorteil sein, wenn bei dem Verfahren in 3 die sprungartige Veränderung der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100 durch ein Verändern eines Betriebs des Brennstoffzellensystems 200 ausgelöst wird 324.It may also be advantageous if the procedure in 3 the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack 100 is triggered by a change in an operation of the fuel cell system 200 324.

Es kann ferner von Vorteil sein, wenn bei dem Verfahren in 3 zumindest ein Signal der ersten elektrischen Größe mit der zumindest einen sprungartigen Veränderung betrachtet, insbesondere ausgewertet, wird 351, um eine Brauchbarkeit des Signals für das Ermitteln 360 des zumindest einen elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels 100 festzustellen.It may also be advantageous if the procedure in 3 at least one signal of the first electrical variable with the at least one sudden change is considered, in particular evaluated, 351 in order to determine a usability of the signal for determining 360 the at least one electrical resistance of the fuel cell stack 100.

Es kann ferner von Vorteil sein, wenn bei dem Verfahren in 3 ein erster Veränderungswert Δi, Δu der ersten elektrischen Größe aus einem erfassten Signal der ersten elektrischen Größe für die zumindest eine sprungartige Veränderung der ersten elektrischen Größe bestimmt wird 358, und wobei ein zweiter Veränderungswert Δu, Δi der zweiten elektrischen Größe aus einem erfassten Signal der zweiten elektrischen Größe für die zumindest eine sprungartige Veränderung der zweiten elektrischen Größe bestimmt wird 359, wobei der zumindest eine elektrische Widerstand des Brennstoffzellenstapels 100 aus einem Verhältnis des ersten Veränderungswerts Δi, Δu und dem zweiten Veränderungswert Δu, Δi oder umgekehrt ermittelt wird. Es kann ferner von Vorteil sein, wenn bei dem Verfahren in 3 zumindest für das Bestimmen 359 des zweiten Veränderungswerts Δu, Δi der zweiten elektrischen Größe die zweite elektrische Größe zumindest in einem definierten Zeitabschnitt vor dem sprungartigen Verändern 320 der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100 und/oder zumindest in einem definierten Zeitabschnitt nach dem sprungartigen Verändern 320 der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100 betrachtet, insbesondere ausgewertet, wird. Es kann ferner von Vorteil sein, wenn bei dem Verfahren in 3 zumindest für das Bestimmen 359 des zweiten Veränderungswerts Δu, Δi der zweiten elektrischen Größe eine Steigung der zweiten elektrischen Größe betrachtet, insbesondere ausgewertet, wird, um insbesondere passende Zeitabschnitte und/oder Werte der erfassten zweiten elektrischen Größe vor der sprungartigen Veränderung der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100 für das Ermitteln des zweiten Veränderungswertes Δu, Δi zu bestimmen und/oder um insbesondere passende Zeitabschnitte und/oder Werte der erfassten zweiten elektrischen Größe nach der sprungartigen Veränderung der ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100 für das Ermitteln des zweiten Veränderungswertes Δu, Δi zu bestimmen.It may also be advantageous if the procedure in 3 a first change value Δi, Δu of the first electrical quantity is determined from a detected signal of the first electrical quantity for the at least one sudden change in the first electrical quantity 358, and wherein a second change value Δu, Δi of the second electrical quantity is determined from a detected signal of the second electrical quantity for the at least one sudden change in the second electrical quantity 359, wherein the at least one electrical resistance of the fuel cell stack 100 is determined from a ratio of the first change value Δi, Δu and the second change value Δu, Δi or vice versa. It can also be advantageous if in the method in 3 at least for determining 359 the second change value Δu, Δi of the second electrical variable, the second electrical variable is considered, in particular evaluated, at least in a defined time period before the sudden change 320 of the first electrical variable of the fuel cell stack 100 and/or at least in a defined time period after the sudden change 320 of the first electrical variable of the fuel cell stack 100. It can also be advantageous if in the method in 3 at least for determining 359 the second change value Δu, Δi of the second electrical variable, a slope of the second electrical variable is considered, in particular evaluated, in order to determine in particular suitable time periods and/or values of the detected second electrical variable before the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack 100 for determining the second change value Δu, Δi and/or in order to determine in particular suitable time periods and/or values of the detected second electrical variable after the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack 100 for determining the second change value Δu, Δi.

Es kann ferner von Vorteil sein, wenn bei dem Verfahren in 3 aus dem zumindest einen ermittelten elektrischen Widerstand zumindest ein Membranwiderstand des Brennstoffzellenstapels 100 ermittelt wird 362. It may also be advantageous if the procedure in 3 from the at least one determined electrical resistance, at least one membrane resistance of the fuel cell stack 100 is determined 362.

4 offenbart schematisch ein Brennstoffzellensystem 200, wobei das Brennstoffzellensystem 200 einen Brennstoffzellenstapel 100 aufweist, wobei an dem Brennstoffzellenstapel 100 eine erste erzeugbare elektrische Größe und eine zweite erzeugbare elektrische Größe abnehmbar sind, und wobei der Brennstoffzellenstapel 100 mit einer elektrischen Last 90 elektrisch verbindbar ist bzw. verbunden ist. Insbesondere ist das Brennstoffzellensystem 200 dazu ausgeführt ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie es bspw. zu den 1 bis 3 beschrieben ist durchzuführen. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem 200 eine erste Erfassungseinheit 110 zum Erfassen der von dem Brennstoffzellenstapel 100 erzeugten ersten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100 und eine zweite Erfassungseinheit 120 zum Erfassen einer von dem Brennstoffzellenstapel 100 erzeugten zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem 200 eine Ermittlungseinheit 190, wobei die Ermittlungseinheit 190 dazu ausgebildet ist, den zumindest einen elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels 100 des Brennstoffzellensystems 200 basierend auf einer sprungartigen Veränderung der ersten elektrischen Größe und einer darauf erfassten sprungartigen Veränderung der zweiten elektrischen Größe des Brennstoffzellenstapels 100 zu ermitteln. Ferner weist das Brennstoffzellensystem 200 insbesondere eine Aufprägeeinheit 130 zum Aufprägen eines Veränderungssignals auf die erste elektrische Größe des Brennstoffzellenstapels 100 auf. 4 discloses schematically a fuel cell system 200, wherein the fuel cell system 200 has a fuel cell stack 100, wherein a first electrical variable that can be generated and a second electrical variable that can be generated can be removed from the fuel cell stack 100, and wherein the fuel cell stack 100 is electrically connectable or connected to an electrical load 90. In particular, the fuel cell system 200 is designed to carry out a method according to the invention, as is known, for example, from the 1 to 3 described. The fuel cell system 200 further comprises a first detection unit 110 for detecting the first electrical variable of the fuel cell stack 100 generated by the fuel cell stack 100 and a second detection unit 120 for detecting a second electrical variable of the fuel cell stack 100 generated by the fuel cell stack 100. The fuel cell system 200 further comprises a determination unit 190, wherein the determination unit 190 is designed to determine the at least one electrical resistance of the fuel cell stack 100 of the fuel cell system 200 based on a sudden change in the first electrical variable and a sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack 100 detected thereon. The fuel cell system 200 further comprises in particular an impression unit 130 for impressing a change signal on the first electrical variable of the fuel cell stack 100.

Claims

Method for determining at least one electrical resistance of a fuel cell stack (100) of a fuel cell system (200), the method comprising: - detecting (311) a first electrical variable of the fuel cell stack (100) generated by the fuel cell stack (100) and detecting (312) a second electrical variable of the fuel cell stack (100) generated by the fuel cell stack (100), the first electrical variable and the second electrical variable being dependent on one another, - Sudden change (320) of the first electrical variable of the fuel cell stack (100), wherein the fuel cell stack (100) is further electrically loaded by an electrical load (90), - detecting (340) at least one sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack (100) in response to the suddenly changed first electrical variable of the fuel cell stack (100), - determining (360) the at least one electrical resistance of the fuel cell stack (100) of the fuel cell system (200) based on the sudden change in the first electrical variable and the at least one sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack (100) detected thereon.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that for determining (360) the at least one electrical resistance of the fuel cell stack (100) of the fuel cell system (200), at least the first sudden change in time, in particular only the first sudden change in time, in the second electrical variable of the fuel cell stack (100) is considered (361) as a reaction to the suddenly changed first electrical variable of the fuel cell stack (100).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sudden change (320) of the first electrical variable of the fuel cell stack (100) takes place at least actively by actively impressing a change signal on the first electrical variable (321), wherein in particular the change signal is actively impressed (322) in such a way that the first electrical variable is at least temporarily kept at a constant or substantially constant value.

Procedure according to Claim 3 , characterized in that the change signal is impressed for a limited period of time for a defined impression duration (321), wherein in particular upon detection of a second sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack (100), the strength of the change signal is reduced (350), wherein in particular the second sudden change in the second electrical variable follows in time the first sudden change in the second electrical variable.

Procedure according to Claim 3 or 4 , characterized in that if it is detected (319) that the first electrical variable and/or the second electrical variable and/or the electrical load of the fuel cell stack (100) is constant over time or substantially constant for a defined period of time, then the first electrical variable of the fuel cell stack (100) is actively changed in a step-like manner by impressing the amplification signal (321).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack (100) is triggered by a change in an operation of the fuel cell system (200) (324).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one signal of the first electrical variable with the at least one sudden change is considered, in particular evaluated (351), in order to determine a usability of the signal for determining (360) the at least one electrical resistance of the fuel cell stack (100).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a first change value (Δi, Δu) of the first electrical variable is determined from a detected signal of the first electrical variable for the at least one sudden change in the first electrical variable (358), and wherein a second change value (Δu, Δi) of the second electrical variable is determined from a detected signal of the second electrical variable for the at least one sudden change in the second electrical variable (359), wherein the at least one electrical resistance of the fuel cell stack (100) is determined from a ratio of the first change value (Δi, Δu) and the second change value (Δu, Δi) or vice versa.

Procedure according to Claim 8 , characterized in that at least for determining (359) the second change value (Δu, Δi) of the second electrical variable, the second electrical variable is considered, in particular evaluated, at least in a defined time period before the sudden change (320) of the first electrical variable of the fuel cell stack (100) and/or at least in a defined time period after the sudden change (320) of the first electrical variable of the fuel cell stack (100).

Method according to one of the Claims 8 or 9 , characterized in that at least for determining (359) the second change value (Δu, Δi) of the second electrical quantity, a gradient of the second electrical quantity is considered, in particular evaluated, in order to determine in particular suitable time periods and/or values of the detected second electrical quantity before the jump-like to determine the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack (100) for determining the second change value (Δu, Δi) and/or to determine in particular suitable time periods and/or values of the detected second electrical variable after the sudden change in the first electrical variable of the fuel cell stack (100) for determining the second change value (Δu, Δi).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one membrane resistance of the fuel cell stack (100) is determined (362) from the at least one determined electrical resistance.

Fuel cell system (200), wherein the fuel cell system (200) comprises: - a fuel cell stack (100), wherein a first electrical variable that can be generated and a second electrical variable that can be generated can be removed from the fuel cell stack (100), and wherein the fuel cell stack (100) can be electrically connected to an electrical load (90), - a first detection unit (110) for detecting the first electrical variable of the fuel cell stack (100) generated by the fuel cell stack (100) and a second detection unit (120) for detecting a second electrical variable of the fuel cell stack (100) generated by the fuel cell stack (100), - a determination unit (190), wherein the determination unit (190) is designed to determine the at least one electrical resistance of the fuel cell stack (100) of the fuel cell system (200) based on a sudden change in the first electrical variable and a sudden change in the second electrical variable of the fuel cell stack detected thereon. (100) to be determined.

Fuel cell system (200) according to Claim 12 , characterized in that the fuel cell system (200) has an impression unit (130) for impressing a change signal on the first electrical variable of the fuel cell stack (100).

Fuel cell system (200) according to one of the Claims 12 or 13 , characterized in that the fuel cell system (200) is designed to carry out a method according to one of the Claims 1 until 11 to carry out.