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DE10222423A1 - Sensor für relative Feuchtigkeit mit Kompensation von Druckänderungen und Änderungen der Gaszusammensetzung - Google Patents

Sensor für relative Feuchtigkeit mit Kompensation von Druckänderungen und Änderungen der Gaszusammensetzung

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Publication number
DE10222423A1
DE10222423A1 DE10222423A DE10222423A DE10222423A1 DE 10222423 A1 DE10222423 A1 DE 10222423A1 DE 10222423 A DE10222423 A DE 10222423A DE 10222423 A DE10222423 A DE 10222423A DE 10222423 A1 DE10222423 A1 DE 10222423A1
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DE
Germany
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signal
relative humidity
gas
sensor
pressure
Prior art date
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Ceased
Application number
DE10222423A
Other languages
English (en)
Inventor
Patricia J Nelson
Jameson R Forte
Eric L Thompson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Motors Liquidation Co
Original Assignee
General Motors Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Motors Corp filed Critical General Motors Corp
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Ceased legal-status Critical Current

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Abstract

Ein Sensorsystem zur Erfassung eines Niveaus einer relativen Feuchtigkeit eines Gasstromes in einer Brennstoffzelle umfasst einen Feuchtigkeitssensor, der die relative Feuchtigkeit eines Gasstroms erfasst und ein Signal der relativen Feuchtigkeit erzeugt. Ein Drucksensor erfasst den Druck des Gasstroms und erzeugt ein Drucksignal. Ein Temperatursensor erfasst die Temperatur des Gasstromes und erzeugt ein Temperatursignal. Eine Kompensationseinrichtung ist mit dem Feuchtigkeitssensor, dem Temperatursensor und/oder dem Drucksensor verbunden. Die Kompensationseinrichtung erzeugt ein kompensiertes Signal der relativen Feuchtigkeit auf Grundlage des Signals der relativen Feuchtigkeit, des Temperatursignals und/oder des Drucksignals. Zusätzliche Eingänge zu der Kompensatoreinheit können einen oder mehrere Sensoren für eine Gaszusammensetzung umfassen, die die Konzentration eines oder mehrerer Gase bestimmen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle und insbesondere ein System und ein Verfahren zur Kompensation eines Signals der relati­ ven Feuchtigkeit, das von einem Sensor für relative Feuchtigkeit einer Brennstoffzelle ausgegeben wird, in Bezug auf Änderungen von Druck, Temperatur und Gaszusammensetzung.
Brennstoffzellen werden zunehmend bei einer breiten Vielzahl verschiede­ ner Anwendungen als Energiequelle verwendet. Brennstoffzellen sind auch zum Gebrauch bei elektrischen Fahrzeugantrieben als Ersatz von Verbrennungsmotoren vorgeschlagen worden. Eine Festpolymerelektrolyt- Brennstoffzelle umfasst eine Membran, die zwischen einer Anode und einer Kathode schichtartig angeordnet ist. Um Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion zu erzeugen, wird Wasserstoff (H2) an die Anode und Luft oder Sauerstoff (O2) an die Kathode geliefert.
Bei einer ersten Halbzellenreaktion erzeugt eine Dissoziation des Wasser­ stoffes (H2) an der Anode Wasserstoffprotonen (H+) und Elektronen (e-). Die Membran ist protonenleitend und dielektrisch. Folglich werden die Proto­ nen durch die Membran transportiert, während die Elektronen durch eine elektrische Last fließen, die über die Elektroden geschaltet ist. Bei einer zweiten Halbzellenreaktion reagiert Sauerstoff (O2) an der Kathode mit Protonen (H+), und Elektronen (e-) werden aufgenommen, um Wasser (H2O) zu bilden.
Um wirtschaftlich zu arbeiten und eine maximale Menge an Elektrizität zu erzeugen, muss die Brennstoffzelle richtig befeuchtet werden. Um den richtigen Befeuchtungsbereich zu erreichen, werden der Wasserstoffstrom und/oder der Luftstrom typischerweise durch eines von mehreren in der Technik bekannten Verfahren befeuchtet. Herkömmliche Befeuchtungs­ steuerverfahren sind allgemein nicht dazu in der Lage, die Feuchtigkeit der Wasserstoff und der Luftströme zu der Brennstoffzelle ausreichend zu steuern. Die Lieferung von zu viel Feuchtigkeit an die Brennstoffzelle blockiert einen Zugang der reagierenden Gase zu dem Katalysator, wo­ durch die elektrochemische Reaktion zwischen dem Wasserstoff und der Luft behindert und die Erzeugung von Elektrizität verringert wird. Eine Lieferung von zu wenig Feuchtigkeit an die Brennstoffzelle beschränkt oder begrenzt den Protonentransport, der für die Reaktion in der Brenn­ stoffzelle erforderlich ist.
In der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/491,308 und dem Titel "System and Method for Controlling the Humidity Level for a Fuel Cell", die hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist, verwendet eine Steuerung 44 eine Rückkopplung, um die Feuchtigkeit der Brennstoffzel­ lenanordnung zu steuern. Der Widerstand der Brennstoffzellenanordnung (gemessen über den DC/DC-Wandler) wird dazu verwendet, die Feuchtig­ keit der Brennstoffzellenanordnung zu steuern.
An dem Einlass der Anode und der Kathode sind Sensorablesungen be­ züglich relativer Feuchtigkeit erforderlich, so dass das Feuchtigkeitsniveau genau bestimmt und gesteuert werden kann. Kommerziell verfügbare Sensoren für relative Feuchtigkeit sind typischerweise für einen Betrieb in einem spezifischen Medium, wie beispielsweise Luft, für einen bestimmten Temperaturbereich und für einen bestimmten Druckbereich, wie bei­ spielsweise atmosphärischen Druck, kalibriert. Wenn diese Sensoren für relative Feuchtigkeit in unter Druck gesetzter Luft, Reformat- und/oder Wasserstoffströmen einer Brennstoffzelle angeordnet werden, sind die resultierenden Messungen der relativen Feuchtigkeit nicht mehr genau. Wenn die relative Feuchtigkeit der Brennstoffzelle nicht richtig gesteuert werden kann, führt dies zu den oben beschriebenen Problemen. Die kom­ merziell verfügbaren Sensoren für relative Feuchtigkeit sind nicht kalib­ riert worden, um mit Änderungen der Temperatur, des Druckes und der Gaszusammensetzung fertigzuwerden, auf die in Brennstoffzellen wahr­ scheinlich gestoßen wird. Eine Entwicklung von Sensoren, die trotz der Änderungen der Betriebsbedingungen genau sind, ist schwierig und teuer gewesen. Die Kosten des Feuchtigkeitssensors werden wichtiger, wenn die Brennstoffzellen dazu verwendet werden, ein Kraftfahrzeug anzutreiben. Ein Haupthindernis, das die kommerzielle Anwendbarkeit von Brennstoff­ zellen in Kraftfahrzeugen begrenzt, sind die Kosten.
Ein System zur Erfassung des Feuchtigkeitsniveaus einer Brennstoffzelle gemäß der Erfindung umfasst einen Feuchtigkeitssensor, der die relative Feuchtigkeit eines Gasstromes erfasst und ein Signal der relativen Feuch­ tigkeit erzeugt. Ein erster Sensor erfasst den Druck oder die Temperatur des Gasstromes und erzeugt ein Temperatursignal oder ein Drucksignal. Eine Kompensatoreinheit ist mit dem Feuchtigkeitssensor und dem ersten Sensor verbunden und erzeugt ein kompensiertes Signal der relativen Feuchtigkeit basierend auf dem Signal der relativen Feuchtigkeit und dem Temperatursignal oder dem Drucksignal.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Sys­ tem ferner einen Befeuchter. Eine Steuerung ist mit der Kompensatorein­ heit und dem Befeuchter verbunden. Die Steuerung erhöht die relative Feuchtigkeit des Gasstromes auf Grundlage des kompensierten Signals der relativen Feuchtigkeit.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Gasstrom durch eine Reformatquelle oder eine Wasserstoffquelle an eine Anode der Brennstoffzelle geliefert. Alternativ dazu wird der Gasstrom durch eine Luftquelle oder eine Sauerstoffquelle an eine Kathode der Brennstoffzelle geliefert.
Vorteilhafterweise umfasst die Kompensatoreinheit einen Speicher, der Nachschlagetabellen und/oder mathematische Formeln enthält, die dazu verwendet werden, das kompensierte Signal der relativen Feuchtigkeit zu bestimmen.
Bei einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung erfasst ein Gas­ zusammensetzungssensor die Konzentration eines ersten Gases in dem Gasstrom und erzeugt ein erstes Gaskonzentrationssignal. Die Kompensa­ toreinheit ist mit dem Gaszusammensetzungssensor verbunden. Das kompensierte Signal der relativen Feuchtigkeit basiert auf dem Signal der relativen Feuchtigkeit, dem Temperatursignal oder dem Drucksignal und dem ersten Gaszusammensetzungssignal.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile sind für Fachleute aus der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offensichtlich.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend nur beispielhaft unter Bezug­ nahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 einen Querschnitt einer Membranelektrodenanordnung einer Brennstoffzellenanordnung zeigt;
Fig. 2A und 2B schematische Blockdiagramme von Systemen zur Steue­ rung des Feuchtigkeitsniveaus einer Brennstoffzelle ge­ mäß der vorliegenden Erfindung sind; und
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines kompensierten Feuchtigkeitssensors und einer Steuerung der Brenn­ stoffzelle in Fig. 2 ist.
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung sieht nur bevorzugte beispiel­ hafte Ausführungsformen vor und ist nicht dazu bestimmt, den Schutz­ umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der vorliegenden Erfin­ dung zu beschränken. Vielmehr bildet die nachfolgende detaillierte Be­ schreibung der bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen für Fach­ leute eine beispielhafte Anleitung zur Ausführung der bevorzugten bei­ spielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es sei zu verstehen, dass verschiedene Änderungen bezüglich der Funktion und Anordnung der Elemente ohne Abweichung vom Schutzumfang der Erfin­ dung, der u. a. in den angefügten Ansprüchen beschrieben ist, durchge­ führt werden können.
Der Sensor für relative Feuchtigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet einen herkömmlichen Feuchtigkeitssensor, einen Temperatursensor, einen oder mehrere Gaszusammensetzungssensoren und/oder einen Drucksensor. Der Ausgang des Feuchtigkeitssensors wird kompensiert, so dass er die Gaszusammensetzung, die Temperatur und/oder den Druck des Gasstromes widerspiegelt. Die Kompensation der relativen Feuchtigkeit wird bevorzugt unter Verwendung von Nachschlagetabellen oder durch Berechnung eines korrigierten Ausgangssignals unter Verwendung einer oder mehrerer bekannter mathematischer Funktionen erreicht. Die Kompensation der relativen Feuchtigkeit basiert auf der erfassten Gaszusammensetzung, der erfassten Temperatur und/oder dem erfassten Druck. Als Ergebnis der Kompensation erlaubt die vorliegende Erfindung den Gebrauch des herkömmlichen Sensors für relative Feuchtigkeit in Anwendungen mit transienten Bedingungen. Zusätzlich kann der Sensor für relative Feuchtigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung in einem kleinen, effizien­ ten und kostengünstigen Paket hergestellt werden.
In Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Brennstoffzellenanordnung 10 gezeigt, die eine Membranelektrodenanordnung (MEA) 12 umfasst. Bevorzugt ist die Membranelektrodenanordnung eine Protonenaustauschmembran (PEM). Die Membranelektrodenanordnung 12 umfasst eine Membran 14, eine Kathode 16 und eine Anode 18. Die Membran 14 ist zwischen der Kathode 16 und der Anode 18 schichtartig angeordnet.
Ein Kathodendiffusionsmedium 20 ist benachbart der Kathode 16 gegen­ über der Membran 14 schichtartig angeordnet. Ein Anodendiffusionsme­ dium 24 ist benachbart der Anode 18 gegenüber der Membran 14 schicht­ artig angeordnet. Die Brennstoffzellenanordnung 10 umfasst ferner einen Kathodenströmungskanal 26 und einen Anodenströmungskanal 28. Der Kathodenströmungskanal 26 empfängt und lenkt Sauerstoff oder Luft (O2) von einer Quelle an das Kathodendiffusionsmedium 20. Der Anodenströ­ mungskanal 28 empfängt und lenkt Wasserstoff (H2) von einer Quelle an das Anodendiffusionsmedium 24.
In der Brennstoffzellenanordnung 10 ist die Membran 14 eine für Katio­ nen permeable, protonenleitfähige Membran mit H+-Ionen als dem mobi­ len Ion. Das Brennstoffgas ist Wasserstoff (H2), und das Oxidationsmittel ist Sauerstoff oder Luft (O2). Die Gesamtzellenreaktion ist die Oxidation von Wasserstoff zu Wasser, und die jeweiligen Reaktionen an der Anode 18 und der Kathode 16 sind wie folgt:
= 2H+ + 2e- 0,5 O2 + 2H+ + 2e- = H2O
Da Wasserstoff als das Brennstoffgas verwendet wird, ist das Produkt der Gesamtzellenreaktion Wasser. Typischerweise wird das Wasser, das er­ zeugt wird, an der Kathode 16 abgegeben, die eine poröse Elektrode mit einer Elektrokatalysatorlage auf der Sauerstoffseite ist. Das Wasser kann gesammelt werden, wenn es gebildet wird, und von der MEA 12 der Brennstoffzellenanordnung 10 auf eine beliebige herkömmliche Art und Weise weggeführt werden.
Die Zellenreaktion erzeugt einen Protonenaustausch in einer Richtung von dem Anodendiffusionsmedium 24 zu dem Kathodendiffusionsmedium 20.
Auf diese Art und Weise erzeugt die Brennstoffzellenanordnung 10 Elektri­ zität. Eine elektrische Last 30 ist elektrisch über die MEA 12 mit einer ersten Platte 32 und einer zweiten Platte 34 verbunden, um die Elektrizi­ tät aufzunehmen. Die Platten 32 und/oder 34 sind bipolare Platten, wenn eine Brennstoffquelle benachbart der jeweiligen Platte 32 oder 34 angeordnet ist, oder sind Endplatten, wenn keine Brennstoffzelle benach­ bart dazu angeordnet ist.
Um wirksam zu arbeiten und die maximale Menge an Elektrizität zu er­ zeugen, muss die Brennstoffzellenanordnung 10 richtig befeuchtet wer­ den. Typischerweise werden der Sauerstoffstrom, der an den Kathoden­ strömungskanal 26 geliefert wird, und/oder der Wasserstoffstrom, der an den Anodenströmungskanal 28 geliefert wird, auf eine von mehreren verschiedenen, in der Technik bekannten Arten befeuchtet. Bei einer gängigen Methode werden die Anoden- und/oder Kathodengase zu einem Membranbefeuchter geführt, bevor sie zu der Brennstoffzelle geführt werden. Der Befeuchter kann entweder außerhalb der Brennstoffzelle angeordnet sein oder er kann einen Abschnitt in dem Brennstoffzellensta­ pel/Brennstoffzellenstack umfassen. Bei einer anderen Methode kann die Brennstoffzelle auch über Verwendung von wassersaugenden Materia­ lien (Dochtwirkung) befeuchtet werden, wie in dem US-Patent Nr. 5,935,725 und dem US-Patent Nr. 5,952,119 offenbart ist, die hier durch Bezugnahme eingeschlossen sind und die Wasser von einem Reservoir zu der MEA 12 führen. Alternativ dazu kann Dampf oder ein Nebel aus Was­ ser (H2O) in sowohl den Kathodenstrom als auch den Anodenstrom zuge­ führt werden, um diese Ströme oberstromig oder innerhalb des Brenn­ stoffzellenstapels zu befeuchten. Bei einer noch weiteren Methode kann ein Sauerstoffstrom in den Wasserstoffstrom oberstromig des Anoden­ strömungskanals 28 zugeführt werden, um mit einer kleinen Menge an Wasserstoff (H2) zu reagieren und Wasser zu erzeugen, um den Wasser­ stoffstrom zu befeuchten.
In Fig. 2A ist ein Brennstoffzellensystem 50 gezeigt, das eine Brennstoff­ zellenanordnung 10 umfasst. Ein Ausgang der Brennstoffzellenanordnung 10 ist mit einem DC/DC-Wandler 52 verbunden, der mit einer Last 54 verbunden ist. Eine Sauerstoffquelle 56 ist mit einem ersten Befeuchter 58 verbunden. Ein erster Sensor oder eine Gruppe von Sensoren 60 erzeugt ein Temperatursignal, ein Drucksignal und/oder ein Gaszusammenset­ zungssignal von einer oder mehreren Komponenten des Gasstromes, der an die Kathode der Brennstoffzellenanordnung 10 strömt. Eine erste Kompensations- und Steuerschaltung 64 ist mit einem oder mehreren Ausgängen des ersten Sensors 60 verbunden und empfängt das Tempera­ tursignal, das Drucksignal und/oder das Gaszusammensetzungssignal von diesem.
Eine Wasserstoffquelle 66 ist mit einem zweiten Befeuchter 68 verbunden. Ein zweiter Sensor oder eine Gruppe von Sensoren 70 erzeugt ein Tempe­ ratursignal, ein Drucksignal und/oder ein Gaszusammensetzungssignal von einer oder mehreren Komponenten des Gasstroms, der an die Anode der Brennstoffzellenanordnung 10 strömt. Die Messung der relativen Feuchtigkeit kann durch Änderungen der Konzentration von CO, CO2 und N2 beeinflusst werden. Eine zweite Kompensations- und Steuerschaltung 74 ist mit einem oder mehreren Ausgängen des zweiten Sensors 70 ver­ bunden und empfängt das Temperatursignal, das Drucksignal und/oder das Gaszusammensetzungssignal davon. Eine oder beide der Kompensati­ ons- und Steuerschaltungen 64 und 74 können mit einem Ausgang des DC/DC-Wandlers 52 verbunden sein, wie durch gestrichelte Linien 78 gezeigt ist.
Wie in Fig. 2B gezeigt ist, kann die relative Position der ersten und zweiten Sensoren geändert werden. In Fig. 2B sind Bezugszeichen von Fig. 2A dort verwendet, wo es geeignet erschien, gleiche Elemente zu bezeichnen. Fachleute können erkennen, dass die relative Position der Sensoren 60 und 70 auf eine Vielzahl verschiedener Arten geändert werden kann. Beispielsweise sind in Fig. 2B die Sensoren 60 und 70 zwischen dem Ausgang der Sauerstoff und Wasserstoffquellen 56 und 66 und den ersten und zweiten Befeuchtern 58 und 68 positioniert. Während gezeigt ist, dass der Ausgang der Sauerstoffquelle 56 durch die Sensoren 60 verläuft, ist jede geeignete Anordnung denkbar. Beispielsweise werden die Temperatur-, Druck- und/oder Gaszusammensetzungsmessungen typi­ scherweise unter Verwendung eines Sensors ausgeführt, der in eine Boh­ rung einer Leitung oder eines Rohrs eingesetzt ist, das die Luft, den Sau­ erstoff, das Reformat oder den Wasserstoff führt.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfasst der erste Sensor oder eine Gruppe von Sensoren 60 einen Sensor 100 für relative Feuchtigkeit, der ein Signal 102 der relativen Feuchtigkeit erzeugt, einen Temperatursensor 104, der ein Temperatursignal 108 erzeugt, und/oder einen Drucksensor 112, der ein Drucksignal 114 erzeugt. Eine Schaltung 120 zur Kompensation der relativen Feuchtigkeit umfasst ein Verarbeitungsmodul 124 für das Signal der relativen Feuchtigkeit, ein Verarbeitungsmodul 126 für ein Tempera­ tursignal und/oder ein Verarbeitungsmodul 128 für ein Drucksignal. Die Ausgänge aller Module 124, 126 und 128 werden in ein Kompensations­ verarbeitungsmodul 134 eingegeben. Einer oder mehrere Gaszusammen­ setzungssensoren 135 liefern eines oder mehrere Gaszusammensetzungs­ signale, die mit der Anwesenheit einer Komponente in dem Gasstrom in Bezug stehen, an das Kompensationsverarbeitungsmodul 134, so dass die Zusammensetzung des Gases bestimmt werden kann.
Das Kompensationsverarbeitungsmodul 134 ist mit einem Speicher 136 verbunden, der bevorzugt einen Nurlesespeicher (ROM), einen Direkt­ zugriffsspeicher (RAM) 140, einen Flash-Speicher 142 oder einen anderen geeigneten elektronischen Speicher umfasst. Das Kompensationsverarbei­ tungsmodul 134 ist mit einer Eingangs/Ausgangsschnittstelle 144 (I/O- Schnittstelle) verbunden. Ein Hauptsystemcontroller 148 ist mit der I/O- Schnittstelle 144 verbunden. Eine Flash-Programmiereinheit 150 ist entfernbar mit der I/O-Schnittstelle 144 verbunden. Das Kompensations­ verarbeitungsmodul 134 verarbeitet das Signal 102 der relativen Feuch­ tigkeit, das Temperatursignal und/oder das Drucksignal 114 unter Verwendung einer gespeicherten Nachschlagetabelle, mathematischer Formeln, deren Kombinationen oder anderen geeigneten Mitteln, um das Signal der relativen Feuchtigkeit basierend auf der Temperatur, der Gas­ zusammensetzung und dem Druck einzustellen.
Die relative Feuchtigkeit wird durch Temperatur, Druck und die Bestand­ teile in dem Gasstrom beeinflusst. Die folgenden Gleichungen stellen die Beziehung dar:
(RF/100) = Pw/Ps = (ηfWPGESAMT)/Ps
wobei:
Pw = Molenbruch von Wasser mal Gesamtdruck
PS = gesättigter Druck des Stromes
ηfW = Molenbruch von Wasser
ηfW = ηW/ηGESAMT
ηfW = (Molrate Wasser)/(Gesamtmolrate)
Daher kann unter Verwendung der oben dargestellten Beziehung der Ausgang der relativen Feuchtigkeit des herkömmlichen Sensors hinsicht­ lich Änderungen des Gesamtdruckes des Stromes, der Temperatur des Stromes und/oder hinsichtlich Änderungen der Gaszusammensetzungen eingestellt werden. Somit wird der Spannungsausgang des Sensors dem­ entsprechend eingestellt, um den richtigen Ausgang vorzusehen. Durch Verwendung herkömmlicher Sensoren, die kompensiert sind, können die Kosten des Sensors für relative Feuchtigkeit ohne einen entsprechenden Verlust an Genauigkeit verringert werden.
Zusammengefasst umfasst ein Sensorsystem zur Erfassung eines Niveaus einer relativen Feuchtigkeit eines Gasstromes in einer Brennstoffzelle einen Feuchtigkeitssensor, der die relative Feuchtigkeit eines Gasstroms erfasst und ein Signal der relativen Feuchtigkeit erzeugt. Ein Drucksensor erfasst den Druck des Gasstroms und erzeugt ein Drucksignal. Ein Tem­ peratursensor erfasst die Temperatur des Gasstromes und erzeugt ein Temperatursignal. Eine Kompensationseinrichtung ist mit dem Feuchtig­ keitssensor, dem Temperatursensor und/oder dem Drucksensor verbun­ den. Die Kompensationseinrichtung erzeugt ein kompensiertes Signal der relativen Feuchtigkeit auf Grundlage des Signals der relativen Feuchtig­ keit, des Temperatursignals und/oder des Drucksignals. Zusätzliche Eingänge zu der Kompensatoreinheit können einen oder mehrere Senso­ ren für eine Gaszusammensetzung umfassen, die die Konzentration eines oder mehrer Gase bestimmen.

Claims (20)

1. System zur Erfassung der relativen Feuchtigkeit einer Brennstoffzel­ le mit:
einem Feuchtigkeitssensor, der die relative Feuchtigkeit eines Gas­ stroms erfasst und ein Signal der relativen Feuchtigkeit erzeugt;
einem ersten Sensor, der den Druck und/oder die Temperatur des Gasstromes erfasst und ein Temperatursignal und/oder ein Druck­ signal erzeugt; und
einer Kompensationseinheit, die mit dem Feuchtigkeitssensor und dem ersten Sensor verbunden ist und ein kompensiertes Signal der relativen Feuchtigkeit auf Grundlage des Signals der relativen Feuchtigkeit und des Temperatursignals und/oder des Drucksig­ nals erzeugt.
2. System nach Anspruch 1, ferner mit:
einem Befeuchter; und
einer Steuerung, die mit der Kompensationseinheit und dem Be­ feuchter verbunden ist, um die relative Feuchtigkeit des Gasstromes auf Grundlage des kompensierten Signals der relativen Feuchtigkeit zu erhöhen.
3. System nach Anspruch 1, wobei der Gasstrom von einer Reformatquelle oder einer Wasser­ stoffquelle an eine Anode der Brennstoffzelle geliefert wird.
4. System nach Anspruch 1, wobei der Gasstrom von einer Luftquelle oder einer Sauerstoffquelle an eine Kathode der Brennstoffzelle geliefert wird.
5. System nach Anspruch 1, wobei die Kompensationseinheit einen Speicher umfasst, der Nach­ schlagetabellen enthält.
6. System nach Anspruch 1, wobei die Kompensationseinheit mathematische Formeln verwendet, um das kompensierte Signal der relativen Feuchtigkeit zu bestim­ men.
7. System nach Anspruch 1, ferner mit:
einem Gaszusammensetzungssensor zur Erfassung einer Konzent­ ration eines ersten Gases in dem Gasstrom und zur Erzeugung ei­ nes ersten Gaskonzentrationssignals.
8. System nach Anspruch 7, wobei die Kompensationseinheit mit dem Gaszusammensetzungs­ sensor verbunden ist, und wobei das kompensierte Signal der relati­ ven Feuchtigkeit auf dem Signal der relativen Feuchtigkeit, dem Temperatur- und/oder Drucksignal und dem ersten Gaszusam­ mensetzungssignal basiert.
9. System nach Anspruch 7, wobei das erste Gas Stickstoff, Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid ist.
10. System zur Erfassung der relativen Feuchtigkeit einer Brennstoffzel­ le mit:
einem Feuchtigkeitssensor, der die relative Feuchtigkeit eines Gas­ stromes erfasst und ein Feuchtigkeitssignal erzeugt;
einem Gaszvtsammensetzungssensor zur Erfassung einer Konzent­ ration eines ersten Gases in dem Gasstrom und zur Erzeugung ei­ nes ersten Gaszusammensetzungssignals; und
einer Kompensationseinheit, die mit dem Feuchtigkeitssensor und dem Gaszusammensetzungssensor verbunden ist und die ein kom­ pensiertes Signal der relativen Feuchtigkeit auf Grundlage des Sig­ nals der relativen Feuchtigkeit und des ersten Gaszusammenset­ zungssignals erzeugt.
11. System nach Anspruch 10, ferner mit:
einem Drucksensor, der ein Drucksignal erzeugt, das auf einem Druck des Gasstroms basiert.
12. System nach Anspruch 11, wobei die Kompensationseinheit mit dem Drucksensor verbunden ist, und wobei das kompensierte Signal der relativen Feuchtigkeit auf dem Signal der relativen Feuchtigkeit, dem ersten Gaszusam­ mensetzungssignal und dem Drucksignal basiert.
13. System nach Anspruch 10, ferner mit:
einem Befeuchter; und
einer Steuerung, die mit der Kompensationsschaltung und dem Befeuchter verbunden ist, um die relative Feuchtigkeit des Gas­ stromes auf Grundlage des kompensierten Signals der relativen Feuchtigkeit zu erhöhen.
14. System nach Anspruch 10, wobei der Gasstrom durch eine Reformatquelle oder eine Wasser­ stoffquelle an eine Anode der Brennstoffzelle geliefert wird.
15. System nach Anspruch 10, wobei der Gasstrom durch eine Luftquelle oder eine Sauerstoffquelle an eine Kathode der Brennstoffzelle geliefert wird.
16. System nach Anspruch 10, wobei die Kompensationseinheit einen Speicher umfasst, der Nach­ schlagetabellen enthält, die dazu verwendet werden, das kompen­ sierte Signal der relativen Feuchtigkeit zu erzeugen.
17. System nach Anspruch 10, wobei die Kompensationseinheit mathematische Formeln verwendet, die dazu verwendet werden, das kompensierte Signal der relativen Feuchtigkeit zu erzeugen.
18. System nach Anspruch 10, ferner mit:
einem Temperatursensor, der eine Temperatur des Gasstroms er­ fasst und ein Temperatursignal erzeugt.
19. System nach Anspruch 18, wobei die Kompensationseinheit mit dem Temperatursensor ver­ bunden ist, und wobei das kompensierte Signal der relativen Feuch­ tigkeit auf dem Signal der relativen Feuchtigkeit, dem ersten Gas­ kompensationssignal und dem Temperatursignal basiert.
20. System nach Anspruch 10, wobei das erste Gas Stickstoff, Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid ist.
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