DE10239223A1 - Wasserstoffsensor für Brennstoffprozessoren einer Brennstoffzelle - Google Patents

Wasserstoffsensor für Brennstoffprozessoren einer Brennstoffzelle

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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung schätzen eine Wasserstoffkonzentration in einem Reformatstrom, der durch einen Brennstoffprozessor einer Brennstoffzelle erzeugt wird. Ein Sensor misst Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasser in dem Reformatstrom. Eine Brennstoffzumesseinheit steuert einen Brennstoffeingang zu dem Brennstoffprozessor. Eine Luftzumesseinheit steuert einen Lufteingang zu dem Brennstoffprozessor. Eine Wasserzumesseinheit steuert einen Wassereingang zu dem Brennstoffprozessor. Eine Transportverzögerungsschätzeinheit schätzt rekursiv eine Transportverzögerung des Brennstoffprozessors. Eine Wasserstoffschätzeinheit, die mit der Transportverzögerungsschätzeinheit, den Luft-, Wasser- und Brennstoffzumesseinheiten und dem Sensor verbunden ist, schätzt eine Wasserstoffkonzentration in dem Reformatstrom. Die Wasserstoffschätzeinheit umfasst ein Brennstoffprozessormodell, das unter Verwendung der geschätzten Transportverzögerung eingestellt wird. Das Kohlenmonoxid, das Kohlendioxid und das Wasser werden unter Verwendung eines nicht dispersiven Infrarotsensors (NDIR-Sensors) gemessen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellen und insbesondere einen Wasserstoffsensor für einen Brennstoffprozessor einer Brennstoffzelle.
  • Brennstoffzellen werden zunehmend als eine Energiequelle bei einer breiten Vielzahl verschiedener Anwendungen verwendet. Brennstoffzellen sind auch zur Verwendung bei elektrischen Fahrzeugantriebsanlagen vorgeschlagen worden, um Verbrennungsmotoren zu ersetzen. Eine Brennstoffzelle mit Festpolymerelektrolytmembran (PEM) 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 Wasserstoffes (H2) an der Anode Wasserstoffprotonen (H+) und Elektronen (e-). Die Membran ist protonenleitend und dielektrisch. Als Ergebnis werden die Protonen 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.
  • Die Hauptfunktion eines Brennstoffprozessors in dem Brennstoffzellensystem besteht darin, einen kontinuierlichen Strom von Wasserstoff an den Brennstoffzellenstapel zu liefern, der die chemische Energie in dem Wasserstoff-Brennstoff in elektrische Energie umwandelt. Der Brennstoffprozessor erzeugt einen Reformatstrom, der hauptsächlich aus Wasserstoff, Kohlendioxid, Stickstoff, Wasser, Methan und Spurenmengen an Kohlenmonoxid besteht. Während des Betriebs fordert der Brennstoffzellenstapel eine bestimmte Durchflussrate an Wasserstoff von dem Brennstoffprozessor, um die Anforderung des Fahrzeugs nach Leistung zu erfüllen. Die Leistungsfähigkeit des Brennstoffprozessors ist durch die Durchflussrate von Wasserstoff in dem Reformatstrom gekennzeichnet. Die Steuerung des Brennstoffprozessors, um eine gewünschte Durchflussrate von Wasserstoff durch den Brennstoffzellenstapel beizubehalten oder nachzuführen, erfordert ein Rückkopplungssignal, das die Wasserstoffdurchflussrate misst. Das Rückkopplungssignal wird in einem Steueralgorithmus dazu verwendet, Korrekturen auszuführen.
  • Gegenwärtig existiert keine Wasserstoffsensortechnologie, die die Wasserstoffkonzentration in dem Reformatstrom messen kann und die zur Verwendung in Brennstoffzellenanwendungen geeignet ist. Beispielsweise können existierende Wasserstoffsensoren, wie beispielsweise diejenigen, die aus einem dünnen Palladiumfilm gebildet sind, nicht in der Anwesenheit von Wassertröpfchen verwendet werden, die in dem Reformatstrom vorhanden sind. Daher erfordern die Dünnfilm-Palladiumsensoren einen Wasserfilter, der die Ansprechzeit verlangsamt. Ferner müssen Sensoren auf Oxidbasis, wie beispielsweise ZrO2 und SnO2, in einer oxidierenden Umgebung arbeiten. Das Reformat andererseits stellt eine reduzierende Umgebung dar, die einen Mangel an Sauerstoff aufweist. Es sind auch Sensoren für Wärmeleitfähigkeit vorgeschlagen worden. Jedoch sind diese Sensoren nicht in der Lage, die Strömungsraten auszuhalten, die in einer Brennstoffzelle auftreten (typischerweise ein Durchfluss/Durchsatz von 20 g/s). Sensoren mit Protonenaustauschmembran (PEM) und Metallhydridsensoren sind auch vorgeschlagen worden, sind aber derzeit nicht kommerziell erhältlich.
  • Ein Wasserstoffsensor gemäß der vorliegenden Erfindung schätzt die Wasserstoffkonzentration in einem Reformatstrom, der durch einen Brennstoffprozessor einer Brennstoffzelle erzeugt wird. Ein Sensor misst die Konzentration von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserdampf in dem Reformatstrom. Eine Brennstoffzumesseinheit misst und steuert den Brennstoffeingang zu dem Brennstoffprozessor. Eine Luftzumesseinheit misst und steuert den Lufteingang zu dem Brennstoffprozessor. Eine Wasserzumesseinheit misst und steuert den Wassereingang zu dem Brennstoffprozessor. Eine Transportverzögerungsschätzeinheit, die mit dem Sensor verbunden ist, schätzt die Transportverzögerung des Brennstoffprozessors rekursiv. Eine Wasserstoffschätzeinheit, die mit der Transportverzögerungsschätzeinheit, den Luft-, Wasser- und Brennstoffzumesseinheiten und dem Sensor verbunden ist, schätzt die Wasserstoffkonzentration in dem Reformatstrom.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Wasserstoffschätzeinheit ein Brennstoffprozessormodell, das unter Verwendung der geschätzten Transportverzögerung eingestellt wird. Die Konzentration an Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasser in dem Reformatstrom werden bevorzugt unter Verwendung eines nicht dispersiven Infrarot- Sensors (NDIR-Sensors) erfasst.
  • Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgend vorgesehenen detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während diese die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen, nur zu Veranschaulichungszwecken bestimmt sind und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht begrenzen.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
  • Fig. 1 einen Querschnitt einer Membranelektrodenanordnung (MEA) einer Brennstoffzellenanordnung zeigt;
  • Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm eines Steuersystems für eine Brennstoffzelle ist;
  • Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm ist, das einen Wasserstoffsensor für eine Brennstoffzelle zeigt; und
  • Fig. 4 Schritte zur Bestimmung einer Wasserstoffkonzentration unter Verwendung des Wasserstoffsensors von Fig. 3 zeigt.
  • In Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Brennstoffzellenanordnung 10 gezeigt, die eine Membranelektrodenanordnung (MEA) 12 umfasst. Bevorzugt ist die MEA 12 eine Protonenaustauschmembran (PEM). Die MEA 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 gegenüberliegend der Membran 14 schichtartig angeordnet. Ein Anodendiffusionsmedium 24 ist benachbart der Anode 18 gegenüberliegend der Membran 14 schichtartig angeordnet. Die Brennstoffzellenanordnung 10 umfasst ferner einen Kathodendurchflusskanal 26 und einen Anodendurchflusskanal 28. Der Kathodendurchflusskanal 26 empfängt und lenkt Sauerstoff oder Luft (O2) von einer Quelle an das Kathodendiffusionsmedium 20. Der Anodendurchflusskanal 28 empfängt und lenkt Wasserstoff (H2) von einer Quelle zu dem Anodendiffusionsmedium 24.
  • Bei der Brennstoffzellenanordnung 10 ist die Membran 14 eine für Kationen durchlässige und protonenleitfähige Membran mit H+-Ionen als dem mobilen 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:

    H2 = 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 erzeugt wird, an der Kathode 16 abgewiesen, die eine poröse Elektrode mit einer Elektrokatalysatorlage auf der Sauerstoffseite ist. Das Wasser kann gesammelt werden, wenn es gebildet wird, und kann von der MEA 12 der Brennstoffzellenanordnung 10 auf eine 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 Elektrizität. Eine elektrische Last 30 ist elektrisch über eine erste Platte 32 und eine zweite Platte 34 der MEA 12 geschaltet, um die Elektrizität aufzunehmen. Die Platten 32 und/oder 34 sind bipolare Platten, wenn eine Brennstoffzelle benachbart der jeweiligen Platte 32 oder 34 angeordnet ist, oder sind Endplatten, wenn keine Brennstoffzelle benachbart dazu angeordnet ist.
  • In Fig. 2 ist ein Steuersystem 50 für einen Brennstoffzellenstapel 54 gezeigt. Ein Brennstoffprozessor 56 erzeugt einen Reformatstrom 58, der in den Anodendurchflusskanal 28 des Brennstoffzellenstapels 54 zugeführt wird. Eine Luftzumessvorrichtung 60 variiert den Eingang von Luft zu dem Brennstoffprozessor 56. Eine Brennstoffzumessvorrichtung 64 variiert den Eingang von Brennstoff, wie beispielsweise Methanol, zu dem Brennstoffprozessor 56. Eine Wasserzumessvorrichtung 68 variiert den Eingang von Wasser zu dem Brennstoffprozessor 56.
  • Ein Wasserstoffsensor 70 erfasst die Wasserstoffkonzentration des Reformatstroms 58 und liefert ein Wasserstoffrückkopplungssignal 74 an eine Steuerung 76 des Brennstoffprozessors. Die Steuerung 76 des Brennstoffprozessors sendet Steuersignale an die Luftzumessvorrichtung 60, die Brennstoffzumessvorrichtung 64 und die Wasserzumessvorrichtung 68. Eine Stapelsteuerung 80 liefert ein Wasserstoffsollwertsignal 82 an die Steuerung 76 des Brennstoffprozessors. Ein Stromsollwert 86 wird in die Stapelsteuerung 80 eingegeben. Ein Stromsensor 90 erfasst den Strom, der durch den Brennstoffzellenstapel 54 ausgegeben wird, und liefert ein Stromrückkopplungssignal 92 an die Stapelsteuerung 80.
  • Im Gebrauch werden die Luft, der Brennstoff und das Wasser an den Brenstoffprozessor 56 geliefert. Der Brennstoffprozessor 56 erzeugt den Reformatstrom 58. Der Wasserstoffsensor 70 erfasst die Wasserstoffkonzentration des Reformatstroms 58 und liefert das Wasserstoffrückkopplungssignal 74 an die Steuerung 76 des Brennstoffprozessors. Der Brennstoffzellenstapel 54 erzeugt Elektrizität aus dem Wasserstoff in dem Reformatstrom 58. Der Stromsensor 90 erfasst den Stromausgang durch den Brennstoffzellenstapel 54 und erzeugt das Stromrückkopplungssignal 92, das in die Stapelsteuerung 80 eingegeben wird. Die Stapelsteuerung 80 vergleicht das Stromrückkopplungssignal 92 mit dem Stromsollwertsignal 86. Die Stapelsteuerung 80 erzeugt das Wasserstoffsollwertsignal 82, das an die Steuerung 76 des Brennstoffprozessors ausgegeben wird.
  • Es hat sich herausgestellt, dass kommerziell erhältliche Wasserstoffsensoren 70 zum Gebrauch bei Brennstoffzellen, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden, ungeeignet sind. Fig. 3 zeigt einen Wasserstoffsensor 120 gemäß der vorliegenden Erfindung, der die Wasserstoffkonzentration indirekt aus anderen Komponenten des Reformatstroms misst. Ein Kohlenmonoxidsensor 124 erfasst die Konzentration von Kohlenmonoxid in dem Reformatstrom 58. Ein Kohlendioxidsensor 128 erfasst die Konzentration von Kohlendioxid in dem Reformatstrom 58. Ein Wassersensor 132 erfasst die Konzentration von Wasser in dem Reformatstrom 58. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren 124, 128 und 132 ein nicht dispersiver Infrarotsensor (NDIR-Sensor) 136, der von Ion Optics, Inc. erhältlich ist. Der NDIR-Sensor 136 detektiert die Konzentrationen von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasser bei schwankenden Druck-, Temperatur- und Durchflussratenbedingungen.
  • Ausgänge von den Sensoren 124, 128 und 132 werden in ein Brennstoffprozessormodell 140 eingegeben, das einen Teil des Wasserstoffsensors 120 bildet. Das Brennstoffprozessormodell 140 modelliert den Betrieb des Brennstoffprozessors 56, wie nachfolgend besser beschrieben ist, und sieht ein Wasserstoffrückkopplungssignal 142 an die Steuerung 76 des Brennstoffprozessors vor. Ausgänge von der Luftzumessvorrichtung 60, der Brennstoffzumessvorrichtung 64 und der Wasserzumessvorrichtung 68 werden in das Brennstoffprozessormodell 140 eingegeben. Ausgänge von den Sensoren 124, 128 und 132 werden auch in eine Zeitverzögerungsschätzeinheit 144 eingegeben. Die Schätzeinheit 144 für Zeitverzögerung bestimmt die Zeit, die erforderlich ist, damit Materialien durch den Brennstoffprozessor 56 gelangen können.
  • Ein Basismerkmal des Brennstoffprozessormodells 140 besteht darin, den Brennstoffprozessor 56 als eine Black Box darzustellen, in der die folgende chemische Gesamtreaktion abläuft:

    aC8H18 + bO2 + cH2O + kN2 → dH2 + eCO + fCO2 + gH2O + hCH4 + kN2
  • Die Koeffizienten, wie beispielsweise a, b und c, sind die molaren Durchflussraten in den Brennstoffprozessor 56 zu einem gegebenen Zeitpunkt. Die Koeffizienten a, b und c werden von den Luft-, Brennstoff und Wasserzumessvorrichtungen 60, 64 und 68 geschätzt und werden in den Brennstoffprozessor 56 eingegeben. Die Sensoren 124, 128 und 132 oder der kombinierte NDIR-Sensor 136 liefert die Konzentration von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasser in dem Reformatstrom 58. Das Brennstoffprozessormodell 140 und die Transportverzögerungsschätzeinheit 144 nehmen ein Elementgleichgewicht (elemental balancing) von Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff an. Das Brennstoffprozessormodell 140 und die Transportverzögerungsschätzeinheit 144 nehmen auch ein Gesamtmassengleichgewicht (overall mass balancing) an, um die Transportverzögerung in dem Brennstoffprozessor 56 unter Verwendung der Transportverzögerungsschätzeinheit 144 zu schätzen. Wenn dies nicht der Fall ist, dann werden einige der Modellparameter eingestellt oder optimiert, um die Transportverzögerung auf einen kleinen Wert zu treiben.
  • Die Transportverzögerung ist als die Zeit definiert, die die Elemente in dem Brennstoffprozessor 56 verbleiben. Die Transportverzögerung ist ein konzentrierter/abgegrenzter Parameter (lumped parameter), der so eingestellt wird, um die Element- und Massengleichgewichte zu erfüllen. Die resultierende Information wird dazu verwendet, die Konzentration von Wasserstoff zu schätzen. Das Brennstoffprozessormodell 140 kann auch dazu verwendet werden, eine Methankonzentration in dem Reformatstrom 58 vorherzusagen.
  • Es existieren verschiedene zugrunde liegende Annahmen, die durch das Brennstoffprozessormodell 140 bei der Modellierung des Brennstoffprozessors 56 gemacht werden. Das Brennstoffprozessormodell 140 nimmt an, dass kein Kohlenwasserstoffschlupf (-verschiebung; hydrocarbon slip) außer Methan vorhanden ist und dass kein Sauerstoffschlupf (-verschiebung; oxygen slip) vorhanden ist. Das Brennstoffprozessormodell 140 nimmt an, dass der Brennstoffprozessor 56 eine Folge von Pfropfenströmungsreaktoren (plug flow reactors) ist. Das Brennstoffprozessormodell 140 nimmt an, dass ein Massengleichgewicht besteht. Mit anderen Worten kann der Brennstoffprozessor 56 Masse weder erzeugen noch zerstören. Das Brennstoffprozessormodell 140 nimmt ein Elementgleichgewicht an. Mit anderen Worten kann der Brennstoffprozessor 56 Elemente weder erzeugen noch zerstören. Schließlich nimmt das Brennstoffprozessor 140 an, dass der Brennstoffprozessor 56 eine variable Verzögerung besitzt.
  • In Fig. 4 sind Schritte zum Schätzen der Wasserstoffkonzentration in dem Reformatstrom 58 gezeigt. Bei Schritt 200 werden Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasser in dem Reformatstrom 58 gemessen. Bei Schritt 202 messen Durchflusszumesseinheiten den Brennstoff, die Luft und das Wasser, die an den Brennstoffprozessor 56 geliefert werden. Bei Schritt 204 wird die Transportverzögerung rekursiv geschätzt, um das Element- und Massengleichgewicht am besten zu erfüllen. Bei Schritt 208 wird das Brennstoffprozessormodell 140 korrigiert und die Wasserstoffkonzentration geschätzt.
  • Zusammengefasst schätzen ein Verfahren und eine Vorrichtung eine Wasserstoffkonzentration in einem Reformatstrom, der durch einen Brennstoffprozessor einer Brennstoffzelle erzeugt wird. Ein Sensor misst Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasser in dem Reformatstrom. Eine Brennstoffzumesseinheit steuert einen Brennstoffeingang zu dem Brennstoffprozessor. Eine Luftzumesseinheit steuert einen Lufteingang zu dem Brennstoffprozessor. Eine Wasserzumesseinheit steuert einen Wassereingang zu dem Brennstoffprozessor. Eine Transportverzögerungsschätzeinheit schätzt rekursiv eine Transportverzögerung des Brennstoffprozessors. Eine Wasserstoffschätzeinheit, die mit der Transportverzögerungsschätzeinheit, den Luft-, Wasser- und Brennstoffzumesseinheiten und dem Sensor verbunden ist, schätzt eine Wasserstoffkonzentration in dem Reformatstrom. Die Wasserstoffschätzeinheit umfasst ein Brennstoffprozessormodell, das unter Verwendung der geschätzten Transportverzögerung eingestellt wird. Das Kohlenmonoxid, das Kohlendioxid und das Wasser werden unter Verwendung eines nicht dispersiven Infrarotsensors (NDIR- Sensors) gemessen.

Claims (19)

1. Brennstoffzellensystem mit:
einem Brennstoffzellenstapel;
einem Brennstoffzellenprozessor, der einen Reformatstrom an den Brennstoffzellenstapel liefert;
einem Kohlenmonoxidsensor, der die Konzentration von Kohlenmonoxid in dem Reformatstrom erfasst;
einem Kohlendioxidsensor, der die Konzentration von Kohlendioxid in dem Reformatstrom erfasst;
einem Wassersensor, der die Konzentration von Wasser in dem Reformatstrom erfasst;
einer Brennstoffzumesseinheit zur Steuerung von Brennstoff zu dem Brennstoffzellenprozessor;
einer Wasserzumesseinheit zur Steuerung von Wasser an den Brennstoffzellenprozessor;
einer Luftzumesseinheit zur Steuerung von Luft an den Brennstoffzellenprozessor; und
einem Wasserstoffsensor, der mit dem Kohlenmonoxidsensor, dem Kohlendioxidsensor, dem Wassersensor, der Brennstoffzumesseinheit, der Wasserzumesseinheit und der Luftzumesseinheit verbunden ist, wobei der Wasserstoffsensor eine Wasserstoffkonzentration des Reformatstroms schätzt.
2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der Wasserstoffsensor ein Brennstoffprozessormodell und eine Transportverzögerungsschätzeinheit umfasst.
3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei die Transportverzögerungsschätzeinheit eine Transportverzögerung durch Annahme eines Elementgleichgewichts berechnet.
4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei die Transportverzögerungsschätzeinheit eine Transportverzögerung durch Annahme eines Massengleichgewichts berechnet.
5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei die Transportverzögerungsschätzeinheit die Transportverzögerung durch Gleichgewichtselemente berechnet, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff umfassen.
6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der Wasserstoffsensor die Wasserstoffkonzentration durch Annahme eines Elementgleichgewichts berechnet.
7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, wobei der Wasserstoffsensor die Wasserstoffkonzentration durch Annahme eines Massengleichgewichtes berechnet.
8. Verfahren zum Schätzen einer Wasserstoffkonzentration eines Reformatstroms, der durch einen Brennstoffprozessor einer Brennstoffzelle erzeugt wird, mit den Schritten, dass:
Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasser in dem Reformatstrom gemessen werden, der durch den Brennstoffprozessor erzeugt wird;
Brennstoff, Luft und Wasser gemessen werden, die in den Brennstoffprozessor eingegeben werden;
eine Wasserstoffkonzentration unter Verwendung der Luft-, Brennstoff- und Wassereingänge und des Kohlenmonoxids, des Kohlendioxids und des Wassers in dem Reformatstrom geschätzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit den Schritten, dass:
eine Transportverzögerung des Brennstoffprozessors geschätzt wird; und
ein Brennstoffprozessormodell unter Verwendung der geschätzten Transportverzögerung eingestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Transportverzögerung rekursiv geschätzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Kohlenmonoxid, das Kohlendioxid und das Wasser unter Verwendung eines nicht dispersiven Infrarotsensors (NDIR-Sensors) gemessen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt zum Schätzen einer Wasserstoffkonzentration ein Elementgleichgewicht annimmt.
13. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt zum Schätzen einer Wasserstoffkonzentration ein Massengleichgewicht annimmt.
14. System zum Schätzen einer Wasserstoffkonzentration in einem Reformatstrom, der durch einen Brennstoffprozessor einer Brennstoffzelle erzeugt wird, mit:
einem System zum Messen von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasser in dem Reformatstrom;
einer Brennstoffzumesseinheit, die einen Brennstoffeingang zu dem Brennstoffprozessor zumisst;
einer Luftzumesseinheit, die einen Lufteingang zu dem Brennstoffprozessor zumisst;
einer Wasserzumesseinheit, die einen Wassereingang zu dem Brennstoffprozessor zumisst; und
einer Wasserstoffschätzeinheit, die mit der Luftzumesseinheit, der Wasserzumesseinheit, der Brennstoffzumesseinheit und dem Sensor verbunden ist und eine Wasserstoffkonzentration in dem Reformatstrom schätzt.
15. System nach Anspruch 14, wobei die Wasserstoffschätzeinheit eine Transportverzögerung schätzt und ein Brennstoffprozessormodell umfasst, das unter Verwendung der geschätzten Transportverzögerung eingestellt wird.
16. System nach Anspruch 15, wobei die Transportverzögerung rekursiv geschätzt ist.
17. System nach Anspruch 14, wobei das Kohlenmonoxid, das Kohlendioxid und das Wasser unter Verwendung eines nicht dispersiven Infrarotsensors (NDIR-Sensors) gemessen werden.
18. System nach Anspruch 15, wobei das Brennstoffprozessormodell der Wasserstoffschätzeinheit ein Elementgleichgewicht annimmt.
19. System nach Anspruch 15, wobei das Brennstoffprozessormodell der Wasserstoffschätzeinheit ein Massengleichgewicht annimmt.
DE10239223A 2001-09-04 2002-08-27 Wasserstoffsensor für Brennstoffprozessoren einer Brennstoffzelle Ceased DE10239223A1 (de)

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