AT523771B1 - Fuel cell system with a sensor device for determining at least one fuel cell parameter from an acoustic sensor parameter - Google Patents

Fuel cell system with a sensor device for determining at least one fuel cell parameter from an acoustic sensor parameter Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (100), aufweisend zumindest einen Brennstoffzellenstapel (110) mit einem Anodenabschnitt (112) und einem Kathodenabschnitt (114), einen Anodenzuführabschnitt (120) zum Zuführen von Anodenzuführgas zu dem Anodenabschnitt (112),einen Kathodenzuführabschnitt (140) zum Zuführen von Kathodenzuführgas zum Kathodenabschnitt (114), einen Anodenabführabschnitt (122) zum Abführen von Anodenabgas, einen Kathodenabführabschnitt (142) zum Abführen von Kathodenabgas, wobei im Kathodenabführabschnitt (142) wenigstens eine Sensorvorrichtung (10) zur Bestimmung wenigstens eines Brennstoffzellenparameters (BP) aus einem akustischem Sensorparameter (SP), aufweisend einen Sensorkanal (20) mit einem Kanaleingang (22) und einem Kanalausgang (24) für eine fluidkommunizierende Verbindung mit einem Anodenabführabschnitt (122) und einem Kathodenabführabschnitt (142) des Brennstoffzellensystems (100), wobei im Sensorkanal (20) wenigstens ein Sensorelement (30) angeordnet ist zur Bestimmung von wenigstens einem akustischen Sensorparameter (SP), wobei der Sensorkanal (20) der Sensorvorrichtung (10) in einem Bypassabschnitt des Kathodenabführabschnittes (142) angeordnet ist.The present invention relates to a fuel cell system (100), comprising at least one fuel cell stack (110) with an anode section (112) and a cathode section (114), an anode feed section (120) for supplying anode feed gas to the anode section (112), a cathode feed section (140 ) for supplying cathode feed gas to the cathode section (114), an anode discharge section (122) for discharging anode exhaust gas, a cathode discharge section (142) for discharging cathode exhaust gas, wherein in the cathode discharge section (142) there is at least one sensor device (10) for determining at least one fuel cell parameter (BP ) from an acoustic sensor parameter (SP), having a sensor channel (20) with a channel inlet (22) and a channel outlet (24) for a fluid-communicating connection with an anode discharge section (122) and a cathode discharge section (142) of the fuel cell system (100), wherein in the sensor channel (20) at least one sensor element ment (30) is arranged for determining at least one acoustic sensor parameter (SP), wherein the sensor channel (20) of the sensor device (10) is arranged in a bypass section of the cathode discharge section (142).

Description

Beschreibungdescription

BRENNSTOFFZELLENSYSTEM MIT EINER SENSORVORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG WENIGSTENS EINES BRENNSTOFFZELLENPARAMETERS AUS EINEM AKUSTISCHEN SENSORPARAMETER FUEL CELL SYSTEM WITH A SENSING DEVICE FOR DETERMINING AT LEAST ONE FUEL CELL PARAMETER FROM AN ACOUSTIC SENSOR PARAMETER

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einer Sensorvorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Brennstoffzellenparameters aus einem akustischen Sensorparameter, ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Sensorvorrichtung sowie ein Verfahren für die Bestimmung von wenigstens einem Brennstoffzellenparameter eines Brennstoffzellensystems. The present invention relates to a fuel cell system with a sensor device for determining at least one fuel cell parameter from an acoustic sensor parameter, a fuel cell system with such a sensor device and a method for determining at least one fuel cell parameter of a fuel cell system.

[0002] Es ist bekannt, dass Brennstoffzellensysteme im Betrieb kontrolliert werden müssen. Für eine solche Kontrolle, insbesondere in Form einer Regelung und/oder einer Steuerung, ist die Erfassung von Brennstoffzellenparametern notwendig. Bei solchen Parametern kann es sich um direkt messbare Parameter, wie zum Beispiel Volumenströme, Temperaturen, Drücke oder Ähnliches, handeln. Jedoch sind als Brennstoffzellenparameter im Sinne der vorliegenden Erfindung auch indirekt messbare Parameter, zum Beispiel der Alterungszustand einzelner Komponenten, der Feuchtigkeitszustand der Membranen im Brennstoffzellenstapel oder Ahnliches, denkbar. Es ist darauf hinzuweisen, dass für den Begriff Brennstoffzellenparameter im Sinne der vorliegenden Erfindung keine Beschränkung auf die voranstehend genannten direkten und indirekten Parameter vorliegt. Vielmehr ist jede Form von Brennstoffzellenparametern, welche für den direkten Betrieb oder die Auswertung des Betriebes des Brennstoffzellensystems notwendig oder sinnvoll sind, im Sinne der vorliegenden Erfindung einsetzbar. It is known that fuel cell systems must be checked during operation. For such a control, in particular in the form of a regulation and/or a control, the acquisition of fuel cell parameters is necessary. Such parameters can be directly measurable parameters, such as volume flows, temperatures, pressures or the like. However, indirectly measurable parameters, for example the aging status of individual components, the moisture status of the membranes in the fuel cell stack or the like, are also conceivable as fuel cell parameters within the meaning of the present invention. It should be pointed out that the term fuel cell parameter within the meaning of the present invention is not restricted to the direct and indirect parameters mentioned above. Rather, any form of fuel cell parameters that are necessary or useful for the direct operation or the evaluation of the operation of the fuel cell system can be used within the meaning of the present invention.

[0003] Bei bekannten Brennstoffzellensystemen wird für die Bestimmung von Brennstoffzellenparametern üblicherweise ein entsprechendes Sensorelement eingesetzt, um den zugehörigen Brennstoffzellenparameter zu bestimmen. Beispielsweise wird für die Bestimmung einer Temperatur ein entsprechendes Temperaturelement verwendet, um die zugehörige Temperatur an der gewünschten Stelle zu bestimmen. Soll ein Druck bestimmt werden, so wird ein Drucksensor eingesetzt, um den zugehörigen Druck zu bestimmen. Für die Bestimmung von Gaszusammensetzungen oder Volumenströmen von Gasdurchsätzen an entsprechenden Stellen können ebenfalls zugehörige Sensoren verwendet werden. In known fuel cell systems, a corresponding sensor element is usually used for determining fuel cell parameters in order to determine the associated fuel cell parameters. For example, a corresponding temperature element is used to determine a temperature in order to determine the associated temperature at the desired location. If a pressure is to be determined, a pressure sensor is used to determine the associated pressure. Associated sensors can also be used to determine gas compositions or volumetric flows of gas throughputs at appropriate points.

[0004] Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass immer spezifische Sensoren für spezifische Brennstoffzellenparameter eingesetzt werden müssen. Dies führt zum einen dazu, dass für eine hohe Anzahl an Brennstoffzellenparametern auch eine entsprechend hohe Anzahl von Sensoren eingesetzt werden muss. Darüber hinaus ist es bisher nur sehr eingeschränkt oder überhaupt nicht möglich einen Sensor für unterschiedliche Brennstoffzellenparameter mehrfach einzusetzen, sodass die entsprechend einhergehende Sensorkomplexität sowie die Auswertung relativ hoch ist. Dies führt zu einer hohen Komplexität in der Konstruktion bekannter Brennstoffzellensysteme sowie zu entsprechender Komplexität bei den Auswerteverfahren sowie den Kontrollverfahren. A disadvantage of the known solutions is that specific sensors for specific fuel cell parameters must always be used. On the one hand, this means that a correspondingly large number of sensors must also be used for a large number of fuel cell parameters. In addition, it has only been possible to a very limited extent or not at all to use a sensor several times for different fuel cell parameters, so that the associated sensor complexity and the evaluation are relatively high. This leads to a high level of complexity in the construction of known fuel cell systems and corresponding complexity in the evaluation methods and the control methods.

[0005] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die voranstehend beschriebenen Nachteile zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine Sensorik für die Kontrolle eines Brennstoffzellensystems zu gewährleisten. It is an object of the present invention to eliminate the disadvantages described above in a cost-effective and simple manner. In particular, the object of the present invention is to ensure a sensor system for controlling a fuel cell system in a cost-effective and simple manner.

[0006] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. 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 Brennstoffzellensystem selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann. The above object is achieved by a fuel cell system having the features of claim 1 and a method having the features of claim 10. Further features and details of the invention result from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details that apply in connection with the fuel cell system according to the invention also apply in connection with the method according to the invention and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is or can always be referred to mutually.

[0007] Erfindungsgemäß wird Brennstoffzellensystem mit einer Sensorvorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Brennstoffzellenparameters aus einem akustischen Sensorparameter vorgeschlagen. Eine solche Sensorvorrichtung weist einen Sensorkanal mit einem Kanaleingang und einem Kanalausgang auf. Der Kanaleingang und der Kanalausgang des Sensorkanals dienen der fluidkommunizierenden Verbindung mit einem Anodenabführabschnitt und einem Kathodenabführabschnitt des Brennstoffzellensystems, wobei im Sensorkanal wenigstens ein Sensorelement zur Bestimmung von wenigstens einem akustischen Sensorparameter angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist dabei der Sensorkanal der Sensorvorrichtung ist in einem Bypassabschnitt des Kathodenabführabschnittes angeordnet. According to the invention, a fuel cell system with a sensor device for determining at least one fuel cell parameter from an acoustic sensor parameter is proposed. Such a sensor device has a sensor channel with a channel inlet and a channel outlet. The channel inlet and the channel outlet of the sensor channel are used for the fluid-communicating connection with an anode discharge section and a cathode discharge section of the fuel cell system, at least one sensor element for determining at least one acoustic sensor parameter being arranged in the sensor channel. According to the invention, the sensor channel of the sensor device is arranged in a bypass section of the cathode discharge section.

[0008] Erfindungsgemäß ist also nun die Möglichkeit gegeben, akustische Sensorparameter am Sensorkanal zu bestimmen. Dabei ist es grundsätzlich möglich, dass das Sensorelement eine direkte Aufnahme der akustischen Sensorparameter innerhalb des Sensorkanals durchführt. Auch eine indirekte Aufnahme mit einem Sensorelement im Körper des Sensorkanals oder auBerhalb des Sensorkanals ist im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar. According to the invention, there is now the possibility of determining acoustic sensor parameters on the sensor channel. It is fundamentally possible that the sensor element carries out a direct recording of the acoustic sensor parameters within the sensor channel. Indirect recording with a sensor element in the body of the sensor channel or outside of the sensor channel is also conceivable within the meaning of the present invention.

[0009] Ein entscheidender Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass ausgehend von akustischen Sensorparametern Informationen über Brennstoffzellenparameter in direkter oder in indirekter Weise bezogen werden können. Beispielsweise ist es möglich, aus den akustischen Sensorparametern Brennstoffzellenparameter direkt oder indirekt zu bestimmen. So kann beispielsweise über akustische Sensorparameter die Schallgeschwindigkeit in der Fluidik innerhalb des Sensorkanals bestimmt werden. Auf Basis dieser bestimmten Schallgeschwindigkeit der akustischen Sensorparameter sind nun weitere Brennstoffzellenparameter, zum Beispiel der aktuelle Volumenstrom innerhalb des Sensorkanals oder ähnliche Parameter, bestimmbar. Die Auswertung kann dabei sowohl algorithmisch mathematisch als auch auf Basis eines tabellarischen Zusammenhangs zur Verfügung gestellt sein. A key advantage of the present invention is that, based on acoustic sensor parameters, information about fuel cell parameters can be obtained directly or indirectly. For example, it is possible to determine fuel cell parameters directly or indirectly from the acoustic sensor parameters. For example, the speed of sound in the fluidics within the sensor channel can be determined via acoustic sensor parameters. Further fuel cell parameters, for example the current volume flow within the sensor channel or similar parameters, can now be determined on the basis of this determined sound velocity of the acoustic sensor parameters. The evaluation can be provided both algorithmically and mathematically on the basis of a tabular relationship.

[0010] Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem weist ferner auf: The fuel cell system according to the invention also has:

- zumindest einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt, - at least one fuel cell stack with an anode section and a cathode section,

- einen Anodenzuführabschnitt zum Zuführen von Anodenzuführgas zu dem Anodenabschnitt, - an anode feed section for supplying anode feed gas to the anode section,

- einen Kathodenzuführabschnitt zum Zuführen von Kathodenzuführgas zum Kathodenabschnitt, - a cathode supply section for supplying cathode supply gas to the cathode section,

- einen Anodenabführabschnitt zum Abführen von Anodenabgas, - einen Kathodenabführabschnitt zum Abführen von Kathodenabgas. - an anode exhaust section for exhausting anode off-gas, - a cathode exhaust section for exhausting cathode off-gas.

[0011] Dabei ist erfindungsgemäß im Kathodenabführabschnitt wenigstens eine e Sensorvorrichtung angeordnet. Je nach verwendetem Anodenzuführgas kann es auch Vorteile mit sich bringen, wenn dem Anodenzuführabschnitt zusätzlich noch eine Reformervorrichtung angeordnet ist, welche in der Lage ist, das Anodenzuführgas zu reformieren und anschließend in reformiertem Zustand dem Anodenabschnitt des Brennstoffzellenstapels zuzuführen. Auch ein Einsatz im den Brennstoffzellenstapel umgebenden Gehäuse ist vorteilhaft, um Undichtigkeiten des Stapels zu erkennen. According to the invention, at least one sensor device is arranged in the cathode discharge section. Depending on the anode feed gas used, there can also be advantages if a reformer device is additionally arranged in the anode feed section, which is able to reform the anode feed gas and then feed it to the anode section of the fuel cell stack in the reformed state. Use in the housing surrounding the fuel cell stack is also advantageous in order to detect leaks in the stack.

[0012] Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem der Sensorkanal der wenigstens einen Sensorvorrichtung einen Teil des Anodenabführabschnitts und/oder einen Teil des Kathodenabführabschnitts ausbildet, insbesondere vollständig ausbildet. Bei einer Anordnung an anderer Stelle im Anodenpfad und/oder im Kathodenpfad bildet entsprechend der Sensorkanal zumindest abschnittsweise einen Teil des Anodenzuführabschnitts und/oder des Kathodenzuführabschnitts aus. Damit integriert sich die Sensorvorrichtung fluidkommunizierend im Wesentlichen nahtlos in den Anodenpfad beziehungsweise in den Kathodenpfad und kann auf diese Weise kostengünstig und kompakt in das Brennstoffzellensystem integriert werden. Vorzugsweise sind auf diese Weise auch keine zusätzlichen Leitungen notwendig. Insbesondere dann, wenn es sich um ein indirektes Sensorelement mit einer Anordnung auf einer It is also advantageous if, in a fuel cell system according to the invention, the sensor channel of the at least one sensor device forms, in particular completely, part of the anode discharge section and/or part of the cathode discharge section. In the case of an arrangement at a different point in the anode path and/or in the cathode path, the sensor channel correspondingly forms part of the anode feed section and/or the cathode feed section, at least in sections. The sensor device is thus integrated in fluid communication essentially seamlessly into the anode path or into the cathode path and can in this way be integrated into the fuel cell system in a cost-effective and compact manner. In this way, no additional lines are preferably required. Especially when it is an indirect sensor element with an arrangement on a

Außenwand des Sensorkanals handelt, kann auch ein nachträgliches Anordnen bei bereits bestehenden Brennstoffzellensystemen, die erfindungsgemäß beschriebenen Vorteile mit sich bringen. Is outer wall of the sensor channel, can also be a subsequent arrangement in existing fuel cell systems, bring the advantages described according to the invention.

[0013] Grundsätzlich kann ein Brennstoffzellensystem vorgesehen sein, bei dem der Sensorkanal der wenigstens einen Sensorvorrichtung in einem Bypassabschnitt, in dem Anodenabführabschnitt und/oder dem Kathodenabführabschnitt angeordnet ist. Bei einer Einbindung an anderer Stelle im Anodenpfad und/oder im Kathodenpfad ist entsprechend ebenfalls ein solcher Bypassabschnitt bei dieser Ausführungsform vorgesehen. Die separate Einbindung wird insbesondere mit Ventilen für den Zugang und/oder den Abgang von diesem Bypassabschnitt kombiniert, sodass die Wahrnehmungsmöglichkeit in diesem Bypassabschnitt für das Sensorelement sozusagen ein- und ausgeschaltet werden kann. Die Einflussnahme auf die Strömung im vom Bypassabschnitt getrennten Hauptabschnitt im Anodenpfad und/oder im Kathodenpfad kann auf diese Weise minimiert werden, sodass der Bypass nur dann geöffnet wird, wenn auch tatsächlich eine Bestimmung gewünscht oder notwendig ist. In principle, a fuel cell system can be provided in which the sensor channel of the at least one sensor device is arranged in a bypass section, in the anode discharge section and/or the cathode discharge section. In the case of integration at a different point in the anode path and/or in the cathode path, such a bypass section is also provided accordingly in this embodiment. The separate integration is in particular combined with valves for the entry and/or exit from this bypass section, so that the possibility of perception in this bypass section for the sensor element can be switched on and off, so to speak. The influence on the flow in the main section, which is separate from the bypass section, in the anode path and/or in the cathode path can be minimized in this way, so that the bypass is only opened when a determination is actually desired or necessary.

[0014] Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem beabstandet zu den wenigstens einen Sensorelement, insbesondere beabstandet zur wenigstens einen Sensorvorrichtung, zumindest ein Schallerzeuger angeordnet ist. Ein solcher Schallerzeuger ist insbesondere separat von der Sensorvorrichtung und an einer anderen Stelle im Brennstoffzellensystem angeordnet. Beispielsweise kann der Schallerzeuger zum Beispiel im Zufuhrabschnitt zum Brennstoffzellensystem, insbesondere im Anodenzuführabschnitt und/oder im Kathodenzuführabschnitt, angeordnet sein. Dabei kann es sich um einen aktiven Schallerzeuger oder um einen Funktionsschallerzeuger handeln, welcher, wie später noch erläutert, als Funktionselement Teil des Betriebs des Brennstoffzellensystems ist. Die Kombination mit aktiven Schallerzeugern erlaubt es eine noch genauere Korrelation zwischen dem bestimmten akustischen Sensorparameter und dem zu bestimmenden Brennstoffzellenparameter zu gewährleisten. It is also advantageous if at least one sound generator is arranged in a fuel cell system according to the invention at a distance from the at least one sensor element, in particular at a distance from the at least one sensor device. Such a sound generator is in particular arranged separately from the sensor device and at a different point in the fuel cell system. For example, the sound generator can be arranged in the feed section to the fuel cell system, in particular in the anode feed section and/or in the cathode feed section. This can be an active sound generator or a functional sound generator which, as will be explained later, is part of the operation of the fuel cell system as a functional element. The combination with active sound generators makes it possible to ensure an even more precise correlation between the acoustic sensor parameter determined and the fuel cell parameter to be determined.

[0015] Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem gemäß dem voranstehenden Absatz der zumindest eine Schallerzeuger ein Funktionselement, insbesondere in Form eines Ventils und/oder einer Klappe, aufweist. Ein Funktionselement im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Funktionselement mit einer Funktionalität zum oder im Betrieb des Brennstoffzellensystems. Beispielsweise wird ein Funktionselement in Form eines Ventils bei einer Stellbewegung des Ventils, also zum Beispiel beim Offnungsvorgang und/oder beim Schließvorgang, ein entsprechendes akustisches Schallsignal ausgeben. Eine solche Schallerzeugung kann wiederum als akustischer Sensorparameter an anderer Stelle im Brennstoffzellensystem mit Hilfe der Sensorvorrichtung wahrgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich zu einem Funktionselement in Form eines Ventils oder einer Klappe können auch andere sich bewegende Teile, beispielsweise eine rotierende Kompressorwelle oder Ahnliches, als aktiver Schallerzeuger eingesetzt werden. Grundsätzlich ist jedes Funktionselement, welches im Betrieb des Brennstoffzellenelementes einen akustischen Schall erzeugt, als Schallerzeuger im Sinne der vorliegenden Erfindung einsetzbar. Bevorzugt wird dabei zusätzlich der Zeitpunkt der Schallerzeugung, durch den Zeitpunkt der Funktionsauslösung des jeweiligen Funktionselementes erfasst und der Bestimmung des Brennstoffzellenparameters aus dem erfassten akustischen Sensorparameter, insbesondere im Zusammenspiel mit dem Erfassungszeitpunkt dieses erfassten akustischen Sensorparameters, zugrunde gelegt. It is also advantageous if, in a fuel cell system according to the preceding paragraph, the at least one sound generator has a functional element, in particular in the form of a valve and/or a flap. A functional element within the meaning of the present invention is a functional element with a functionality for or in the operation of the fuel cell system. For example, a functional element in the form of a valve will emit a corresponding acoustic sound signal during an actuating movement of the valve, ie for example during the opening process and/or during the closing process. Such a generation of sound can in turn be perceived as an acoustic sensor parameter at another point in the fuel cell system with the aid of the sensor device. As an alternative or in addition to a functional element in the form of a valve or a flap, other moving parts, for example a rotating compressor shaft or the like, can also be used as an active sound generator. In principle, any functional element that generates an acoustic sound during operation of the fuel cell element can be used as a sound generator within the meaning of the present invention. The point in time at which the sound was generated is preferably also recorded by the point in time at which the function of the respective functional element was triggered, and the determination of the fuel cell parameter from the recorded acoustic sensor parameter is used as a basis, in particular in conjunction with the point in time at which this recorded acoustic sensor parameter was recorded.

[0016] Von besonderem Vorteil ist es, dass mit Hilfe der Sensorvorrichtung sozusagen eine Systemakustik des Brennstoffzellensystems bestimmbar ist, auf deren Basis anschließend ein oder mehrere Brennstoffzellenparameter bestimmbar sind. Dabei ist die Spezifität zwischen der Sensorvorrichtung, insbesondere dem Sensorelement, und dem zu bestimmenden Brennstoffzellenparameter zumindest teilweise aufgehoben. Somit wird es möglich durch den indirekten und bestimmungsgemäßen Zusammenhang zwischen aufzunehmenden akustischen Sensorparametern und zu bestimmendem Brennstoffzellenparameter eine Mehrfachbestimmung mit ein und demselben Sensorelement durchzuführen. So ist es beispielsweise denkbar, dass mit einem Sensorelement aus einem aufgenommen akustischen Sensorparameter zwei oder mehr unterschiedliche Brennstoffzellenparameter bestimmbar sind. Wird beispielsweise die Schallgeschwindigkeit It is of particular advantage that with the help of the sensor device, so to speak, a system acoustics of the fuel cell system can be determined, on the basis of which one or more fuel cell parameters can then be determined. In this case, the specificity between the sensor device, in particular the sensor element, and the fuel cell parameter to be determined is at least partially eliminated. It is thus possible to carry out a multiple determination with one and the same sensor element due to the indirect and intended relationship between the acoustic sensor parameters to be recorded and the fuel cell parameter to be determined. For example, it is conceivable that two or more different fuel cell parameters can be determined with a sensor element from a recorded acoustic sensor parameter. For example, the speed of sound

mit dem akustischen Sensorparameter aufgenommen, so kann daraus neben dem Volumenstrom beispielsweise zumindest teilweise die Fluidzusammensetzung innerhalb des Sensorkanals als zweiter Brennstoffzellenparameter bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ ist es auch denkbar, dass zwei oder mehr akustische Sensorparameter mit ein und demselben Sensorelement aufgenommen werden können. So können beispielsweise eine Schallfrequenz und eine Schallgeschwindigkeit als zwei separate Sensorparameter mit einem Sensorelement aufgenommen werden. Auf Basis jedes akustischen Sensorparameters können nun wiederum ein oder sogar ebenfalls mehrere Brennstoffzellenparameter bestimmt werden, sodass mit Hilfe eines einzigen Sensorelements einer einzigen Sensorvorrichtung eine Vielzahl unterschiedlichster Brennstoffzellenparameter bestimmbar ist. recorded with the acoustic sensor parameter, the fluid composition within the sensor channel can be determined as a second fuel cell parameter, for example, in addition to the volume flow. Additionally or alternatively, it is also conceivable that two or more acoustic sensor parameters can be recorded with one and the same sensor element. For example, a sound frequency and a sound speed can be recorded as two separate sensor parameters with a sensor element. On the basis of each acoustic sensor parameter, one or even a plurality of fuel cell parameters can now in turn be determined, so that a large number of very different fuel cell parameters can be determined with the aid of a single sensor element of a single sensor device.

[0017] Unter einem Fluid ist im Rahmen der Erfindung ein gasförmiges oder ein flüssiges Medium oder eine Mischform davon zu verstehen. In the context of the invention, a fluid is to be understood as meaning a gaseous or a liquid medium or a mixed form thereof.

[0018] Basierend auf den voranstehenden Ausführungen wird ersichtlich, dass nun mit ein und demselben Sensorelement einer Sensorvorrichtung eine deutlich größere Anzahl an Brennstoffzellenparametern bestimmt werden kann. Damit wird es möglich eine Vielzahl spezifischer Sensorelemente, wie sie bisher eingesetzt werden, zu vermeiden beziehungsweise gänzlich auf solche zu verzichten. Durch die Kombination mehrerer Brennstoffzellenparameter an ein und demselben Sensorelement einer Sensorvorrichtung wird somit die Komplexität und der Kostenaufwand bei der Herstellung eines Brennstoffzellensystems deutlich reduziert. [0018] Based on the above statements, it can be seen that a significantly larger number of fuel cell parameters can now be determined with one and the same sensor element of a sensor device. This makes it possible to avoid a large number of specific sensor elements, as they have been used up to now, or to do without them altogether. The combination of a plurality of fuel cell parameters on one and the same sensor element of a sensor device thus significantly reduces the complexity and cost involved in producing a fuel cell system.

[0019] Dabei ist noch darauf hinzuweisen, dass als akustischer Sensorparameter insbesondere ein akustischer Betriebs-Sensorparameter bestimmt wird. Dabei handelt es sich um einen Sensorparameter, der auf einer Akustikquelle basiert, welche durch den Betrieb des Brennstoffzellensystems entsteht. Ein akustischer Betriebs-Sensorparameter ist also ein akustisches Signal, welches beispielsweise beim Betrieb eines Kompressors, bei der Bewegung eines stellbaren Ventils oder bei der einfachen Durchströmung eines Strömungsabschnitts im Anodenpfad oder im Kathodenpfad, entsteht. Mit anderen Worten dient bei der Bestimmung eines akustischen Betriebs-Sensorparameters die Sensorvorrichtung dazu, den im Betrieb entstehenden akustischen Lärm des Brennstoffzellensystems zumindest teilweise wahrzunehmen und daraus einen oder mehrere Brennstoffzellenparameter zu bestimmen. Somit wird es möglich, insbesondere an einer einzigen Stelle, mit einem einzigen Sensorelement eine Vielzahl von Brennstoffzellenparametern wahrzunehmen, welche bei bisherigen Lösungen durch eine Vielzahl einzelner Sensorelemente an einer Vielzahl unterschiedlicher Sensorpositionen zu bestimmen waren. Dies zeigt noch einmal deutlich, welch große Kosteneinsparungen und Komplexitätsreduktionen durch eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung möglich sind. Zusätzlich lassen sich Querempfindlichkeiten, welche Probleme bei der Steuerung und Regelung verursachen, minimieren und insbesondere gänzlich vermeiden. [0019] It should also be pointed out that an acoustic operating sensor parameter in particular is determined as the acoustic sensor parameter. This is a sensor parameter that is based on an acoustic source that arises from the operation of the fuel cell system. An acoustic operating sensor parameter is therefore an acoustic signal which arises, for example, during the operation of a compressor, during the movement of an adjustable valve or when the flow simply flows through a flow section in the anode path or in the cathode path. In other words, when determining an acoustic operating sensor parameter, the sensor device is used to at least partially perceive the acoustic noise of the fuel cell system that occurs during operation and to determine one or more fuel cell parameters therefrom. It is thus possible, in particular at a single point, with a single sensor element to perceive a large number of fuel cell parameters which, in previous solutions, had to be determined by a large number of individual sensor elements at a large number of different sensor positions. This once again clearly shows what great cost savings and complexity reductions are possible with a sensor device according to the invention. In addition, cross-sensitivities, which cause problems in control and regulation, can be minimized and, in particular, completely avoided.

[0020] Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn beim erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Sensorvorrichtung das wenigstens eine Sensorelement zumindest abschnittsweise direkt in einem Innenraum des Sensorkanals angeordnet ist. Eine solche Anordnung im Innenraum führt zu einer direkten Kontaktierung des Schalls im Sensorkanal mit dem entsprechenden Sensorelement. Handelt es sich bei dem Sensorelement zum Beispiel um ein akustisches Mikrofon, so kann eine direkte Aufnahme von akustischen Wellen innerhalb des Kanals stattfinden. Beispielsweise kann im Sensorkanal eine Kanalwand vorgesehen sein, welche mit einer seitlichen Kanalwandöffnung ausgestattet ist. Durch diese Kanalwandöffnung kann das Sensorelement zumindest abschnittsweise in den Innenraum des Sensorkanals hineinragen und dort in gewünschter Weise direkt im Innenraum Schallwellen als akustischen Sensorparameter aufnehmen. It can bring advantages when the sensor device is arranged at least one sensor element at least partially directly in an interior of the sensor channel in the fuel cell system according to the invention. Such an arrangement in the interior leads to direct contact between the sound in the sensor channel and the corresponding sensor element. If the sensor element is an acoustic microphone, for example, acoustic waves can be recorded directly within the channel. For example, a channel wall can be provided in the sensor channel, which is equipped with a lateral channel wall opening. Through this duct wall opening, the sensor element can protrude at least in sections into the interior of the sensor duct and record sound waves as acoustic sensor parameters directly in the interior in the desired manner.

[0021] Alternativ oder zusätzlich zum voranstehenden Absatz kann es Vorteile mit sich bringen, wenn beim erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Sensorvorrichtung das wenigstens eine Sensorelement zumindest abschnittsweise kontaktierend an einem Kanalkörper des Sensorkanals angeordnet ist, insbesondere außerhalb eines Innenraums des Sensorkanals. So ist es beispielsweise möglich, dass durch Schallwellen im Innenraum des Sensorkanals der Kanalkörper des Sensorkanals, welcher die Kanalwände des Sensorkanals umfasst, in Vibrationen As an alternative or in addition to the preceding paragraph, there may be advantages if, in the fuel cell system according to the invention, the sensor device is arranged in contact with at least one sensor element at least in sections on a channel body of the sensor channel, in particular outside an interior space of the sensor channel. For example, it is possible for sound waves in the interior of the sensor channel to cause the channel body of the sensor channel, which includes the channel walls of the sensor channel, to vibrate

versetzt wird. Solche Vibrationen können unterschiedliche Frequenzen unterschiedlicher Amplituden haben, sodass ein entsprechendes Sensorelement, welches an die Frequenzen und Amplituden angepasst ist, diese auch außerhalb des Innenraums wahrnehmen kann. So ist es in einfachster Weise bei einer solchen Ausführungsform denkbar, dass ein solches Sensorelement kontaktierend auf der Außenseite des Kanalkörpers angebracht ist. Beispielsweise handelt es sich hier um ein kontaktierendes Aufkleben oder Anbringen an der Außenwand des Kanalkörpers. Auch in den Kanalkörper integral eingebracht, zum Beispiel während der Fertigung des Kanalkörpers, kann ein solches Sensorelement die indirekte Bestimmung des akustischen Sensorparameters zur Verfügung stellen. Ein entscheidender Vorteil dieser Variante ist, dass der Innenraum des Sensorkanals weiter abgedichtet verbleibt, und kein zusätzliches Abdichten eines Durchbruchs für das Sensorelement notwendig ist. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass ein Sensorelement als solches in kombinierter Weise sowohl indirekt Vibrationen am Kanalkörper als auch direkt akustische Signale im Innenraum des Sensorsignals empfangen kann. Das Sensorelement kann jedoch auch innerhalb des Innenraums des Sensorkanals angeordnet sein. is transferred. Such vibrations can have different frequencies of different amplitudes, so that a corresponding sensor element, which is adapted to the frequencies and amplitudes, can also perceive them outside the interior. In the simplest way, with such an embodiment, it is conceivable for such a sensor element to be attached to the outside of the channel body in a contacting manner. For example, this is a contacting gluing or attachment to the outer wall of the channel body. Such a sensor element can also make available the indirect determination of the acoustic sensor parameter if it is integrally introduced into the duct body, for example during the manufacture of the duct body. A decisive advantage of this variant is that the interior of the sensor channel remains sealed and no additional sealing of an opening for the sensor element is necessary. Of course, it is also conceivable for a sensor element as such to be able to receive both indirectly vibrations on the channel body and also direct acoustic signals in the interior of the sensor signal in a combined manner. However, the sensor element can also be arranged inside the interior of the sensor channel.

[0022] Weiter von Vorteil ist es, wenn beim erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Sensorvorrichtung das wenigstens eine Sensorelement zumindest ein Sensormittel zur Bestimmung von mindestens einem der folgenden akustischen Sensorparameter aufweist: It is also advantageous if, in the fuel cell system according to the invention, the sensor device has the at least one sensor element, at least one sensor means for determining at least one of the following acoustic sensor parameters:

- Schallgeschwindigkeit im Sensorkanal, - Schalldruck im Sensorkanal, - speed of sound in the sensor channel, - sound pressure in the sensor channel,

- Schallleistungspegel im Sensorkanal, - sound power level in the sensor channel,

- Schwingungsfrequenz im Sensorkanal. - Vibration frequency in the sensor channel.

[0023] Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Unter der Schallgeschwindigkeit kann beispielsweise verstanden werden, dass ausgehend von einem Schallerzeuger, beispielsweise einem Funktionselement des Brennstoffzellensystems, die Strecke bis zum Sensorelement bekannt ist. Durch die Bestimmung der Aktion am Funktionselement und dem entsprechenden Zeitpunkt sowie der Bestimmung des Zeitpunkts der Wahrnehmung des akustischen Signals, ausgehend von dieser Funktionalität, kann die Schallgeschwindigkeit nicht nur im Sensorkanal, sondern über die gesamte Strecke bis zum Sensorkanal bestimmt werden. Auch ist ein Schalldruck im Sensorkanal bestimmbar, welcher insbesondere eine Bestimmung zulässt hinsichtlich der Gaszusammensetzung beziehungsweise der Fluidzusammensetzung im Innenraum des Sensorkanals. Auch ist es denkbar, einen Schallleistungspegel, insbesondere in Form einer Gesamtamplitude und/oder eine Schwingungsfrequenz im Sensorkanal zu bestimmen, um entsprechend eine Auswertung und eine Bestimmung des Brennstoffzellenparameters zur Verfügung zu stellen. Neben einer absoluten Aufnahme des jeweiligen akustischen Sensorparameters sind dabei selbstverständlich auch die Bestimmungen von Zeitabschnitten, Gradienten oder Ahnlichem für die einzelnen bestimmten akustischen Sensorparameter denkbar. Selbstverständlich sind auch zwei oder mehr Sensormittel für zwei oder mehr akustische Sensorparameter kombinierbar, wie dies bereits erläutert worden ist. The above list is a non-exhaustive list. The speed of sound can be understood, for example, as meaning that, starting from a sound generator, for example a functional element of the fuel cell system, the distance to the sensor element is known. By determining the action on the functional element and the corresponding point in time, as well as determining the point in time when the acoustic signal was perceived, based on this functionality, the speed of sound can be determined not only in the sensor channel, but over the entire distance to the sensor channel. A sound pressure in the sensor channel can also be determined, which in particular allows a determination with regard to the gas composition or the fluid composition in the interior of the sensor channel. It is also conceivable to determine a sound power level, in particular in the form of a total amplitude and/or an oscillation frequency in the sensor channel, in order to provide an evaluation and a determination of the fuel cell parameter accordingly. In addition to an absolute recording of the respective acoustic sensor parameter, the determination of time segments, gradients or the like for the individually determined acoustic sensor parameters is of course also conceivable. Of course, two or more sensor means can also be combined for two or more acoustic sensor parameters, as has already been explained.

[0024] Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn beim erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Sensorvorrichtung in einem Innenraum des Sensorkanals und/oder an einem Kanalkörper des Sensorkanals ein Schallerzeuger angeordnet ist für ein Einbringen eines akustischen Signals in den Sensorkanal. Während bei dem grundsätzlichen Kerngedanken der vorliegenden Erfindung ein Betriebssignal beziehungsweise ein akustisches Betriebssignal eingesetzt wird, welches anschließend für die Bestimmung des akustischen Sensorparameters wahrgenommen wird, kann zusätzlich oder alternativ auch ein akustisch aktiv erzeugtes Signal mit einem Schallerzeuger eingesetzt werden. So können beispielsweise Uberlagerungen von Betriebsschall und aktiv erzeugtem Schall erzeugt werden, um eine noch exaktere Auswertung von akustischen Sensorparametern und dementsprechend eine genauere Bestimmung von Brennstoffzellenparametern zu ermöglichen. Ein solcher Schallerzeuger kann dabei Teil der Sensorvorrichtung, aber auch Teil des Brennstoffzellensystems selbst sein. Insbesondere ist für eine solche definierte vorgebbare Beschallung auch eine definierte Relativposition zum Sensorelement vorgegeben, Further advantages can be achieved if, in the fuel cell system according to the invention, the sensor device is arranged in an interior space of the sensor channel and/or on a channel body of the sensor channel, a sound generator for introducing an acoustic signal into the sensor channel. While an operating signal or an acoustic operating signal is used in the basic core idea of the present invention, which is then perceived for the determination of the acoustic sensor parameter, an acoustically actively generated signal with a sound generator can also be used additionally or alternatively. For example, superimpositions of operating noise and actively generated noise can be generated in order to enable an even more precise evaluation of acoustic sensor parameters and, accordingly, a more precise determination of fuel cell parameters. Such a sound generator can be part of the sensor device, but also part of the fuel cell system itself. In particular, a defined relative position to the sensor element is also specified for such a defined, specifiable sonication,

um zum Beispiel Schallgeschwindigkeiten über die vordefinierte Strecke zwischen Erzeugung und Wahrnehmung, bestimmen zu können. for example to be able to determine sound speeds over the predefined distance between generation and perception.

[0025] Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn beim erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Sensorvorrichtung im Sensorkanal wenigstens ein Ergänzungs-Sensorelement beabstandet von dem Sensorelement angeordnet ist. Dies erlaubt es unabhängig oder zusätzlich zu einer Anordnung eines aktiven Schallerzeugers, zum Beispiel durch eine definierte Relativposition vom Sensorelement zum Ergänzungs-Sensorelement, eine Schallgeschwindigkeit zu bestimmen. So kann die Zeitdifferenz zwischen der Erkennung eines akustischen Sensorparameters am Sensorelement und der entsprechenden Erkennung des identischen akustischen Sensorparameters am Ergänzungs-Sensorelement die Ermittlung der Schallgeschwindigkeit zur Verfügung stellen. Insbesondere wird bei der Verwendung eines Ergänzungs-Sensorelementes das identische Sensormittel eingesetzt, wie für das Basis- beziehungsweise Hauptsensorelement. Somit soll mit allen Sensorelementen in einem Sensorkanal auch vorzugsweise ein identisches oder im Wesentlichen identisches Aufnehmen des entsprechenden identischen akustischen Sensorparameters durchgeführt werden. Vorzugsweise ist auch die Anordnung für alle Sensorelemente identisch oder im Wesentlichen identisch im Innenraum und/oder unabhängig beziehungsweise außerhalb des Innenraums des Sensorkanals. [0025] Further advantages can be obtained if, in the fuel cell system according to the invention, the sensor device is arranged in the sensor channel at least one supplementary sensor element at a distance from the sensor element. This allows a speed of sound to be determined independently of or in addition to an arrangement of an active sound generator, for example by a defined relative position of the sensor element to the supplementary sensor element. In this way, the time difference between the detection of an acoustic sensor parameter on the sensor element and the corresponding detection of the identical acoustic sensor parameter on the supplementary sensor element can provide the determination of the speed of sound. In particular, when using a supplementary sensor element, the same sensor means is used as for the basic or main sensor element. Thus, an identical or essentially identical recording of the corresponding identical acoustic sensor parameter should also preferably be carried out with all sensor elements in a sensor channel. The arrangement for all sensor elements is preferably also identical or essentially identical in the interior and/or independently or outside of the interior of the sensor channel.

[0026] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Bestimmung von wenigstens einem Brennstoffzellenparameter eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung, aufweisend die folgenden Schritte: Another object of the present invention is a method for determining at least one fuel cell parameter of a fuel cell system according to the present invention, having the following steps:

- Erfassen zumindest eines akustischen Sensorparameters mit dem wenigstens einen Sensorelement der Sensorvorrichtung, - detecting at least one acoustic sensor parameter with the at least one sensor element of the sensor device,

- Bestimmen einer Korrelation zwischen dem erfassten zumindest einen Sensorparameter und zumindest einem Brennstoffzellenparameter, - determining a correlation between the detected at least one sensor parameter and at least one fuel cell parameter,

- Ausgeben des zumindest einen Brennstoffzellenparameters auf Basis der bestimmten Korrelation. - Outputting the at least one fuel cell parameter based on the determined correlation.

[0027] Damit bringt ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem und mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung erläutert worden sind. Die Korrelation zwischen dem erfassten akustischen Sensorparameter und dem gewünschten zu bestimmenden Brennstoffzellenparameter kann dabei in unterschiedlichster Weise vorgegeben werden. So ist beispielsweise ein mathematischer und/oder algorithmischer Zusammenhang denkbar. Selbstverständlich ist hier auch der Einsatz von neuronalen Netzwerken in Form von künstlicher Intelligenz möglich. Auch ist es grundsätzlich möglich, auf Basis eines umfangreichen Testbetriebes einen tabellarischen Zusammenhang zur Verfügung zu stellen, welcher diese Korrelationen in erfindungsgemäßer Weise ausbildet. A method according to the invention thus brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to a fuel cell system according to the invention and with reference to a sensor device according to the invention. The correlation between the detected acoustic sensor parameter and the desired fuel cell parameter to be determined can be predetermined in a wide variety of ways. For example, a mathematical and/or algorithmic connection is conceivable. Of course, the use of neural networks in the form of artificial intelligence is also possible here. In principle, it is also possible, on the basis of an extensive test operation, to provide a tabular relationship which forms these correlations in a manner according to the invention.

[0028] Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wenigstens einer der folgenden Brennstoffzellenparameter ausgegeben wird: It is also advantageous if at least one of the following fuel cell parameters is output in a method according to the invention:

- Zusammensetzung eines Fluids in dem Sensorkanal, - composition of a fluid in the sensor channel,

- Konzentration eines einzelnen Fluids in dem Sensorkanal, - concentration of a single fluid in the sensor channel,

- Feuchtigkeit eines Fluids in dem Sensorkanal, - humidity of a fluid in the sensor channel,

- Mechanischer Status eines bewegten Bauteils des Brennstoffzellensystems, - Dichtigkeit wenigstens eines Abschnitts des Brennstoffzellensystems. - Mechanical status of a moving component of the fuel cell system, - Tightness of at least one section of the fuel cell system.

[0029] Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Selbstverständlich können auch zwei oder mehr dieser Brennstoffzellenparameter auf Basis ein und desselben oder unterschiedlicher akustischer Sensorparameter bestimmt werden. Neben der direkten Bestimmung von Fluidzusammensetzungen oder -konzentrationen kann beispielsweise als mechanischer Status die Wuchtsituation einer Kompressorwelle im Kathodenzuführabschnitt bestimmt werden. Auch können Alterungserscheinungen an mechanischen Bauteilen, insbeson-The above list is a non-exhaustive list. Of course, two or more of these fuel cell parameters can also be determined on the basis of one and the same or different acoustic sensor parameters. In addition to the direct determination of fluid compositions or concentrations, the balancing situation of a compressor shaft in the cathode feed section can be determined, for example, as a mechanical status. Signs of aging on mechanical components, especially

dere bei Ventilen oder Klappen des Brennstoffzellensystems, in erfindungsgemäßer Weise wahrgenommen werden. Durch eine Veränderung der Schallsituation bei Undichtigkeiten kann auch ein Dichtigkeitszustand auf Basis akustischer Sensorparameter bestimmt und als Brennstoffzellenparameter ausgegeben werden. which are perceived in valves or flaps of the fuel cell system in a manner according to the invention. By changing the sound situation in the event of leaks, a leak condition can also be determined on the basis of acoustic sensor parameters and output as fuel cell parameters.

[0030] Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für einen erfassten akustischen Sensorparameter die Korrelation zu mindestens zwei unterschiedlichen Brennstoffzellenparametern bestimmt wird. Wie bereits an mehreren Stellen erläutert worden ist, erlaubt es auf diese Weise das Verfahren mit ein und demselben Sensorelement unterschiedliche Brennstoffzellenparameter zu bestimmen. Dies ermöglicht eine Mehrfachnutzung des Sensorelementes, sodass mit einem einzigen Sensorelement auf eine Mehrzahl unterschiedlicher spezifischer Sensorelemente gemäß dem Stand der Technik verzichtet werden kann, da eine Auswertung sozusagen mehrfach auf Basis eines einzelnen akustischen Sensorparameters möglich wird. Die Reduktion der Anzahl und der Komplexität der Sensoren ist auf diese Weise besonders einfach und kostengünstig möglich. It can also be advantageous if, in a method according to the invention, the correlation to at least two different fuel cell parameters is determined for a detected acoustic sensor parameter. As has already been explained at several points, the method allows different fuel cell parameters to be determined with one and the same sensor element. This enables the sensor element to be used multiple times, so that with a single sensor element a plurality of different specific sensor elements according to the prior art can be dispensed with, since multiple evaluations, so to speak, are possible on the basis of a single acoustic sensor parameter. In this way, the number and the complexity of the sensors can be reduced in a particularly simple and cost-effective manner.

[0031] Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für die Bestimmung der Korrelation eine Vergleichsdatenbank verwendet wird. Eine solche Vergleichsdatenbank kann auch als Datentabelle verstanden werden, welche zum Beispiel auf Basis von Versuchsergebnissen einen entsprechenden Korrelationszusammenhang erlaubt. Zusätzlich oder alternativ ist auch eine mathematische Korrelation denkbar. Auch ist es möglich Korrekturfaktoren, insbesondere mit Bezug auf Betriebsinformationen des Brennstoffzellensystems, in die Korrelation zu integrieren. It is also advantageous if a comparison database is used in a method according to the invention for determining the correlation. Such a comparison database can also be understood as a data table which, for example, allows a corresponding correlation to be established on the basis of test results. Additionally or alternatively, a mathematical correlation is also conceivable. It is also possible to integrate correction factors, in particular with reference to operating information of the fuel cell system, into the correlation.

[0032] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch: Further advantages, features and details of the invention result from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. They show schematically:

[0033] Fig. 1 eine Ausführungsform einer Sensorvorrichtung, 1 shows an embodiment of a sensor device,

[0034] Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer Sensorvorrichtung, 2 shows a further embodiment of a sensor device,

[0035] Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Sensorvorrichtung, 3 shows a further embodiment of a sensor device,

[0036] Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Sensorvorrichtung, 4 shows a further embodiment of a sensor device,

[0037] Fig. 5 ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem, 5 shows an example of a fuel cell system according to the invention,

[0038] Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäße Brennstoffzellensystems, 6 shows a further embodiment of a fuel cell system according to the invention,

[0039] Fig. 7 eine Möglichkeit der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, 7 shows a possibility of carrying out a method according to the invention,

[0040] Fig. 8 eine weitere Möglichkeit der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und [0041] Fig. 9 eine weitere Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems. 8 shows a further possibility of carrying out a method according to the invention; and [0041] FIG. 9 shows a further illustration of a fuel cell system according to the invention.

[0042] In Figur 1 ist schematisch die einfachste Möglichkeit einer Sensorvorrichtung 10 dargestellt. Hier ist der Sensorkanal 20 als im Wesentlichen rundes Kanalstück dargestellt, welches einen Kanaleingang 22 und einen Kanalausgang 24 aufweist. Kanaleingang 22 und Kanalausgang 24 dienen der fluidkommunizierenden Verbindung zum jeweiligen Anodenpfad oder Kathodenpfad des Brennstoffzellensystems 100, wie dies später noch erläutert wird. Dabei ist für die Funktionsweise unerheblich, ob der Kanaleingang 22 und der Kanalausgang 24 direkt oder in indirekter Weise als Bypass in dem jeweiligen Anodenpfad oder Kathodenpfad integriert sind. In Figure 1, the simplest possibility of a sensor device 10 is shown schematically. The sensor channel 20 is shown here as an essentially round channel piece which has a channel inlet 22 and a channel outlet 24 . Channel inlet 22 and channel outlet 24 are used for the fluid-communicating connection to the respective anode path or cathode path of the fuel cell system 100, as will be explained later. It is irrelevant for the functioning whether the channel inlet 22 and the channel outlet 24 are integrated directly or indirectly as a bypass in the respective anode path or cathode path.

[0043] In der Figur 1 ist dargestellt, dass das Sensorelement 30 ein Sensormittel 32 aufweist, welches als akustisches Wahrnehmungselement im Innenraum 26 des Sensorkanals 20 angeordnet ist. Dafür ist im Kanalkörper 28 eine seitliche Öffnung vorgesehen, durch welche das Sensorelement 30 durchragt, sodass sich, zum Beispiel in Form eines Mikrofonelements, das Sensormittel 32 im Innenraum 26 zur Aufnahme des akustischen Sensorparameters SP befindet. Dies erlaubt eine direkte Bestimmung des akustischen Sensorparameters SP. In FIG. 1 it is shown that the sensor element 30 has a sensor means 32 which is arranged as an acoustic perception element in the interior space 26 of the sensor channel 20 . For this purpose, a lateral opening is provided in the channel body 28, through which the sensor element 30 protrudes, so that the sensor means 32, for example in the form of a microphone element, is located in the interior 26 for recording the acoustic sensor parameter SP. This allows a direct determination of the acoustic sensor parameter SP.

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[0044] Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Sensorvorrichtung 10, bei welchem das Sensormittel 32 als indirekte Wahrnehmungsmöglichkeit auf der Außenseite des Kanalkörpers 28 angeordnet ist. Damit befindet sich das gesamte Sensorelement 30 und damit auch das Sensormittel 32 außerhalb des Innenraums 26 des Sensorkanals 20. Schallwellen, welche durch den Sensorkanal 20 geführt sind, werden sich zumindest teilweise auch auf den Kanalkörper 28 in Form von Vibrationen übertragen. Diese indirekt übertragenen Schallwellen können nun von dem kontaktierenden, auf dem Kanalkörper 28 angebrachten Sensormittel 32 wahrgenommen und entsprechend der weiteren Auswertung zugeführt werden. FIG. 2 shows an alternative embodiment of the sensor device 10, in which the sensor means 32 is arranged on the outside of the channel body 28 as an indirect possibility of perception. The entire sensor element 30 and thus also the sensor means 32 are therefore located outside of the interior 26 of the sensor channel 20. Sound waves which are guided through the sensor channel 20 are at least partially transmitted to the channel body 28 in the form of vibrations. These indirectly transmitted sound waves can now be perceived by the contacting sensor means 32 mounted on the channel body 28 and can be supplied accordingly for further evaluation.

[0045] Figur 3 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform der Figur 1. Diese ist um einen aktiven Schallerzeuger 40 ergänzt, welcher in der Lage ist, entsprechende Schallsignale aktiv zu erzeugen. Diese aktiv erzeugten Schallsignale überlagern dabei vorzugsweise Betriebsschallsignale des Brennstoffzellensystems, um auf diese Weise eine noch genauere Auswertung akustischer Sensorparameter SP und entsprechender Zusammenhänge mit Brennstoffzellenparametern BP zur Verfügung zu stellen. In einfachster Weise kann ein solcher Schallerzeuger 40 als Lautsprecher ausgebildet sein. FIG. 3 shows a development of the embodiment of FIG. 1. This is supplemented by an active sound generator 40, which is able to actively generate corresponding sound signals. These actively generated sound signals are preferably superimposed on operating sound signals of the fuel cell system in order in this way to provide an even more precise evaluation of acoustic sensor parameters SP and corresponding relationships with fuel cell parameters BP. In the simplest way, such a sound generator 40 can be designed as a loudspeaker.

[0046] Die Figur 4 zeigt eine Variante, welche die Ausführungsform der Figur 2 weiterbildet. Hier ist zusätzlich nun ein Ergänzungs-Sensorelement 50 vorgesehen, welches in der Lage ist, diese Erkennung des akustischen Sensorparameters SP quasi doppelt durchzuführen. So ist es möglich mit definierter Relativposition an unterschiedlichen Stellen des Sensorsignals ein und denselben akustischen Sensorparameter SP wahrzunehmen und entsprechend durch die unterschiedlichen Wahrnehmungspositionen weitere Informationen für die Bestimmung des Brennstoffzellenparameters BP herauszufiltern. FIG. 4 shows a variant which develops the embodiment of FIG. A supplementary sensor element 50 is now additionally provided here, which is able to perform this detection of the acoustic sensor parameter SP more or less twice. It is thus possible with a defined relative position to perceive one and the same acoustic sensor parameter SP at different points of the sensor signal and to filter out further information for the determination of the fuel cell parameter BP accordingly through the different perception positions.

[0047] Die Figur 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem, welches hier schematisch dem Brennstoffzellenstapel 110 mit dem Anodenabschnitt 112 und dem Kathodenabschnitt 114 zeigt. Im Anodenzuführabschnitt 120 ist hier ein Funktionselement 52 dargestellt, welches als Ventil einen aktiven Betriebsschall als akustisches Signal in das Brennstoffzellensystem 100 sendet. Entsprechend kann im Anodenabführabschnitt 122 die Sensorvorrichtung 10 einen akustischen Sensorparameter SP wahrnehmen, welcher mit dem Funktionselement, zum Beispiel mit dem Schalten des Ventils, zusammenhängt. Bei dieser Ausführungsform ist im Anodenzuführabschnitt 120 vorgeschaltet noch ein Reformerzuführabschnitt 132 und ein zugehöriger Reformer 130 zum Reformieren des Anodenzuführgases vorgesehen. In gleicher Weise ist für den Kathodenabschnitt 114 ein Kathodenzuführabschnitt 140 und ein Kathodenabführabschnitt 142 vorgesehen. Die Figur 6 zeigt eine ähnliche Situation wie die Figur 5, jedoch ist hier die Sensorvorrichtung 10 in einem Bypassabschnitt in dem Kathodenabführabschnitt 142 vorgesehen. Die Funktionalität ist jedoch identisch zu der voranstehend beschrieben. FIG. 5 shows a fuel cell system according to the invention, which here shows the fuel cell stack 110 with the anode section 112 and the cathode section 114 schematically. A functional element 52 is shown here in the anode feed section 120 , which, as a valve, transmits an active operating noise as an acoustic signal into the fuel cell system 100 . Correspondingly, in the anode discharge section 122, the sensor device 10 can perceive an acoustic sensor parameter SP, which is related to the functional element, for example to the switching of the valve. In this embodiment, a reformer feed section 132 and an associated reformer 130 for reforming the anode feed gas are also provided upstream in the anode feed section 120 . In the same way, a cathode feed section 140 and a cathode discharge section 142 are provided for the cathode section 114 . FIG. 6 shows a situation similar to FIG. 5, but here the sensor device 10 is provided in a bypass section in the cathode discharge section 142 . However, the functionality is identical to that described above.

[0048] Figur 7 zeigt schematisch, wie ein Schallbarameter SP von einem Schallelement 30 und dort vom Sensormittel 32 wahrgenommen und weitergeleitet werden kann. Über den Vergleich in einer Vergleichsdatenbank VB ist es möglich, einen Brennstoffzellenparameter BP zu erzeugen und auszugeben. Die Figur 8 zeigt eine ähnliche Situation, wobei jedoch auf Basis eines einzelnen akustischen Sensorparameters SP zwei unterschiedliche Brennstoffzellenparameter BP erzeugt und parallel ausgegeben werden. FIG. 7 shows schematically how a sound barameter SP can be perceived and forwarded by a sound element 30 and there by the sensor means 32 . It is possible to generate and output a fuel cell parameter BP via the comparison in a comparison database VB. FIG. 8 shows a similar situation, but two different fuel cell parameters BP are generated and output in parallel on the basis of a single acoustic sensor parameter SP.

[0049] In der Figur 9 ist nochmals dargestellt, wie ein komplexes Brennstoffzellensystem 100 ausgestaltet sein kann. Hier ist zusätzlich ein Rezirkulationsabschnitt 160 vorgesehen, um Anodenabgas aus zwei separaten Brennstoffzellenstapeln 110 zurückzuführen. Auch ist ein Ejektorabschnitt 170 vorgesehen, welcher als Ejektor 170 es erlaubt, eine entsprechende Zufuhr von Anodenabgas gemischt mit Anodenzuführgas zum Brennstoffzellenstapel zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform ist die Sensorvorrichtung zum Beispiel im Anodenabführabschnitt 122 oder im Kathodenabführabschnitt 142 vorgesehen. FIG. 9 shows again how a complex fuel cell system 100 can be designed. A recirculation section 160 is additionally provided here in order to return anode waste gas from two separate fuel cell stacks 110 . An ejector section 170 is also provided, which as an ejector 170 allows a corresponding supply of anode off-gas mixed with anode feed gas to be produced for the fuel cell stack. In this embodiment, the sensor device is provided in, for example, the anode discharge section 122 or the cathode discharge section 142 .

[0050] Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. The above explanation of the embodiments describes the present invention exclusively in the context of examples.

BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST

10 Sensorvorrichtung 10 sensor device

20 Sensorkanal 20 sensor channel

22 Kanaleingang 22 channel entrance

24 Kanalausgang 24 channel output

26 Innenraum 26 interior

28 Kanalkörper 28 channel body

30 Sensorelement 30 sensor element

32 Sensormittel 32 sensor means

40 Schallerzeuger 40 sound generators

50 Ergänzungs-Sensorelement 50 supplementary sensor element

52 Funktionselement 52 functional element

100 Brennstoffzellensystem 110 Brennstoffzellenstapel 112 Anodenabschnitt 100 fuel cell system 110 fuel cell stack 112 anode section

114 Kathodenabschnitt 114 cathode section

120 Anodenzuführabschnitt 122 Anodenabführabschnitt 130 Reformer 120 anode supply section 122 anode discharge section 130 reformer

132 Reformerzuführabschnitt 140 Kathodenzuführabschnitt 142 Kathodenabführabschnitt 150 Bypassabschnitt 132 reformer feed section 140 cathode feed section 142 cathode discharge section 150 bypass section

160 Rezirkulationsabschnitt 170 Ejektor 160 recirculation section 170 ejector

BP Brennstoffzellenparameter BP fuel cell parameters

SP akustischer Sensorparameter SP acoustic sensor parameter

VB Vergleichsdatenbank VB comparison database

Claims (13)

Patentansprüche 1. Brennstoffzellensystem (100), aufweisend Claims 1. Fuel cell system (100), comprising - zumindest einen Brennstoffzellenstapel (110) mit einem Anodenabschnitt (112) und einem Kathodenabschnitt (114), - at least one fuel cell stack (110) with an anode section (112) and a cathode section (114), - einen Anodenzuführabschnitt (120) zum Zuführen von Anodenzuführgas zu dem Anodenabschnitt (112), - an anode feed section (120) for supplying anode feed gas to the anode section (112), - einen Kathodenzuführabschnitt (140) zum Zuführen von Kathodenzuführgas zum Kathodenabschnitt (114), - a cathode supply section (140) for supplying cathode supply gas to the cathode section (114), - einen Anodenabführabschnitt (122) zum Abführen von Anodenabgas, - einen Kathodenabführabschnitt (142) zum Abführen von Kathodenabgas, - an anode discharge section (122) for discharging anode off-gas, - a cathode discharge section (142) for discharging cathode off-gas, wobei im Kathodenabführabschnitt (142) wenigstens eine Sensorvorrichtung (10) zur Bestimmung wenigstens eines Brennstoffzellenparameters (BP) aus einem akustischem Sensorparameter (SP), aufweisend einen Sensorkanal (20) mit einem Kanaleingang (22) und einem Kanalausgang (24) für eine fluidkommunizierende Verbindung mit einem Anodenabführabschnitt (122) und einem Kathodenabführabschnitt (142) des Brennstoffzellensystems (100), wobei im Sensorkanal (20) wenigstens ein Sensorelement (30) angeordnet ist zur Bestimmung von wenigstens einem akustischen Sensorparameter (SP), wherein in the cathode discharge section (142) at least one sensor device (10) for determining at least one fuel cell parameter (BP) from an acoustic sensor parameter (SP), having a sensor channel (20) with a channel inlet (22) and a channel outlet (24) for a fluid-communicating connection with an anode discharge section (122) and a cathode discharge section (142) of the fuel cell system (100), wherein at least one sensor element (30) is arranged in the sensor channel (20) for determining at least one acoustic sensor parameter (SP), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkanal (20) der Sensorvorrichtung (10) in einem Bypassabschnitt des Kathodenabführabschnittes (142) angeordnet ist. characterized in that the sensor channel (20) of the sensor device (10) is arranged in a bypass section of the cathode discharge section (142). 2. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkanal (20) der wenigstens einen Sensorvorrichtung (10) einen Teil des Anodenabführabschnitts (122) und/oder einen Teil des Kathodenabführabschnitts (142) ausbildet, insbesondere vollständig ausbildet. 2. The fuel cell system (100) according to claim 1, characterized in that the sensor channel (20) of the at least one sensor device (10) forms part of the anode discharge section (122) and/or part of the cathode discharge section (142), in particular completely forms it. 3. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass beabstandet zu dem wenigstens einen Sensorelement (30), insbesondere beabstandet zur wenigstens einen Sensorvorrichtung (10), zumindest ein Schallerzeuger (50) angeordnet ist. 3. Fuel cell system (100) according to one of claims 1 to 2, characterized in that spaced from the at least one sensor element (30), in particular spaced from the at least one sensor device (10), at least one sound generator (50) is arranged. 4. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Schallerzeuger (50) ein Funktionselement (52), insbesondere in Form eines Ventils und/oder einer Klappe, aufweist. 4. Fuel cell system (100) according to claim 3, characterized in that the at least one sound generator (50) has a functional element (52), in particular in the form of a valve and/or a flap. 5. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sensorelement (30) der Sensorvorrichtung (10) zumindest abschnittsweise direkt in einem Innenraum (26) des Sensorkanals (20) angeordnet ist. 5. Fuel cell system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one sensor element (30) of the sensor device (10) is arranged at least in sections directly in an interior (26) of the sensor channel (20). 6. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sensorelement (30) der Sensorvorrichtung (10) zumindest abschnittsweise kontaktierend an einem Kanalkörper (28) des Sensorkanals (20) angeordnet ist, insbesondere außerhalb eines Innenraums (26) des Sensorkanals (20). 6. The fuel cell system (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one sensor element (30) of the sensor device (10) is arranged at least in sections contacting a channel body (28) of the sensor channel (20), in particular outside an interior ( 26) of the sensor channel (20). 7. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sensorelement (30) der Sensorvorrichtung (10) zumindest ein Sensormittel (32) zur Bestimmung von mindestens einem der folgenden akustischen Sensorparameter (SP) aufweist: 7. Fuel cell system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one sensor element (30) of the sensor device (10) has at least one sensor means (32) for determining at least one of the following acoustic sensor parameters (SP): - Schallgeschwindigkeit im Sensorkanal (20) - Schalldruck im Sensorkanal (20) - speed of sound in the sensor channel (20) - sound pressure in the sensor channel (20) - Schallleistungspegel im Sensorkanal (20) - Sound power level in the sensor channel (20) - Schwingungsfrequenz im Sensorkanal (20) - Vibration frequency in the sensor channel (20) 8. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Innenraum (26) des Sensorkanals (20) und/oder an einem Kanalkörper (28) des Sensorkanals (20) ein Schallerzeuger (40) angeordnet ist für ein Einbringen eines akustischen Signals in den Sensorkanal (20). 8. The fuel cell system (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that a sound generator (40) is arranged in an interior (26) of the sensor channel (20) and/or on a channel body (28) of the sensor channel (20) for a Introducing an acoustic signal into the sensor channel (20). 9. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Sensorkanal (20) wenigstens ein Ergänzungs-Sensorelement (50) beabstandet von dem Sensorelement (30) angeordnet ist. 9. Fuel cell system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that in the sensor channel (20) at least one supplementary sensor element (50) is arranged at a distance from the sensor element (30). 10. Verfahren für die Bestimmung von wenigstens einem Brennstoffzellenparameter (BP) eines Brennstoffzellensystems (100) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend die folgenden Schritte: 10. A method for determining at least one fuel cell parameter (BP) of a fuel cell system (100) having the features of one of claims 1 to 9, comprising the following steps: - Erfassen zumindest eines akustischen Sensorparameters (SP) mit dem wenigstens einen Sensorelement (30) der Sensorvorrichtung (10), - detecting at least one acoustic sensor parameter (SP) with the at least one sensor element (30) of the sensor device (10), - Bestimmen einer Korrelation zwischen dem erfassten zumindest einen Sensorparameter (SP) und zumindest einem Brennstoffzellenparameter (BP), - Determining a correlation between the detected at least one sensor parameter (SP) and at least one fuel cell parameter (BP), - Ausgeben des zumindest einen Brennstoffzellenparameters (BP) auf Basis der bestimmten Korrelation. - Outputting the at least one fuel cell parameter (BP) based on the determined correlation. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der folgenden Brennstoffzellenparameter (BP) ausgegeben wird: 11. The method according to claim 10, characterized in that at least one of the following fuel cell parameters (BP) is output: - Zusammensatzung eines Fluids in dem Sensorkanal (20) - Composition of a fluid in the sensor channel (20) - Konzentration eines einzelnen Fluids in dem Sensorkanal (20) - Concentration of a single fluid in the sensor channel (20) - Feuchtigkeit eines Fluids in dem Sensorkanal (20) - Moisture of a fluid in the sensor channel (20) - Mechanischer Status eines bewegten Bauteils des Brennstoffzellensystems (100) - Dichtigkeit wenigstens eines Abschnitts des Brennstoffzellensystems (100) - Mechanical status of a moving component of the fuel cell system (100) - Tightness of at least one section of the fuel cell system (100) 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass für einen erfassten akustischen Sensorparameter (SP) die Korrelation zu wenigstens zwei unterschiedlichen Brennstoffzellenparametern (BP) bestimmt wird. 12. The method as claimed in claim 10 or 11, characterized in that the correlation to at least two different fuel cell parameters (BP) is determined for a detected acoustic sensor parameter (SP). 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung der Korrelation eine Vergleichsdatenbank (VB) verwendet wird. 13. The method according to any one of claims 10 to 11, characterized in that a comparison database (VB) is used to determine the correlation. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen 6 sheets of drawings
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