本发明涉及用于在燃料电池系统的预热阶段或者其他瞬时运行阶段期间运行燃料电池系统的方法。本发明另外涉及用于在预热阶段或者其他瞬时运行阶段期间设定阴极运行气体的相对湿度的方法。本发明另外涉及被设立用于实施该方法的燃料电池系统以及相应的车辆。
背景技术：
燃料电池利用燃料与氧气成为水的化学转化，以便产生电能。为此，燃料电池包含所谓的膜-电极-装置（mea：膜电极组件）作为核心部件，所述膜-电极-装置是由离子传导（大多质子传导）的膜和在两侧布置在膜上的分别一个催化电极（阳极和阴极）组成的结构。后者大多包括负载型的贵金属、尤其铂。此外，气体扩散层（gdl）可以在膜-电极-装置的两侧被布置在电极的与膜背离的侧上。通常，通过多个以堆叠的方式所布置的mea来构成燃料电池，这些mea的电功率相加。在各个膜-电极-装置之间通常布置双极性板（也称为流场板或隔板），这些双极性板确保以运行介质、也即反应物来供应单电池，并且通常也用于冷却。此外双极性板负责与膜-电极-装置的导电接触。
在燃料电池的运行中，燃料（阳极运行介质）、尤其氢气h2或者含氢的气体混合物经由双极性板的阳极侧的、开放的流场被供给给阳极，在阳极处进行从h2到质子h+的电化学氧化（h2—>2h++2e–），释放电子。经由电解质或膜进行质子从阳极室（anodenraum）到阴极室内的（水结的或无水的）传输，其中该电解质或膜将反应室气密地相互分开并且电绝缘。在阳极上所提供的电子经由电线路输送给阴极。经由双极性板的阴极侧的开放的流场来将氧或含氧的气体混合物（例如空气）作为阴极运行介质供给给阴极，使得进行从o2到o2-的还原(½o2+2e—>o2-)，吸收电子。同时，氧负离子在阴极室中与经由膜所传输的质子反应(o2-+2h+—>h2o)，形成水。
燃料电池的聚合物电解质膜需要一定的湿度，以便提供良好的离子传导性并且因此提供燃料电池的高功率密度。此外，当膜过度干燥时，则存在损坏膜的危险。为了将膜保持湿润，主动地对阴极运行气体、大多为空气加湿。对此，广泛地使用加湿器、尤其膜加湿器，这些加湿器利用能水蒸气渗透的平面或空心纤维膜来工作。在此，要加湿的阴极运行气体在膜的一侧上被传输并且相对湿润的气体在膜的另一侧上被传输，使得水蒸气从较湿润的气体绕过到阴极运行气体上。大多使用阴极废气作为湿润气体，由于在燃料电池中进行的反应来对该阴极废气加载所形成的产物水。
de102007026331a1公开一种用于燃料电池堆叠的控制系统，在该控制系统情况下阴极废气通过加湿器输送，以便将阴极的入口空气加湿。为了将阴极入口空气的相对湿度保持为超过预先确定的额定值，例如实施降低堆叠冷却液温度。
de102006022863a1公开一种用于控制燃料电池中的膜的水合作用程度（hydratationsgrade）的运行策略。为此首先选择供给给燃料电池堆叠的并且从燃料电池堆叠中导出的阴极气体的相对的入口和出口目标湿度，使得对于膜确保期望的水合作用状态。此外，对于阴极流动路径实施水质量平衡。随后确定用于阴极气体的入口和出口额定温度，以便获得相对的入口和出口目标湿度。为了设定用于阴极气体的所确定（ermittelten）的入口和出口额定温度，将用于冷却剂的入口和出口额定温度设置为用于阴极气体的相应的额定值，并且通过对冷却剂系统（kühlmittelsystems）的相应控制来调节冷却剂额定温度。
当从环境中吸取的空气作为阴极运行气体是冷的，并且由于其热学惯性而还是冷的线路系统也不允许对阴极运行气体的快速加热时，在对阴极运行气体设定期望的相对湿度的困难在于燃料电池堆叠的预热阶段。本发明人已经确定，在这种情况中对阴极运行气体的期望的湿度的设定仅可能是非常不准确的并且经常未达到堆叠中的目标湿度。
技术实现要素：
现在本发明所基于的任务是，提供用于运行燃料电池系统的方法和相应的燃料电池系统，该燃料电池系统在预热阶段或其他过渡阶段（übergangsphasen）中容许对阴极运行气体的期望相对湿度的设定的经改善的准确性。
该任务通过用于在预热阶段期间或者其他瞬时运行阶段期间运行燃料电池系统的方法、通过用于在预热阶段或者其他瞬时运行阶段期间设定阴极运行气体的相对湿度的方法以及通过具有独立权利要求的特征的相应的燃料电池系统得以解决。本发明的优选的构型从在从属权利要求中所提到的特征中得出。
在此，术语“瞬时运行阶段（transientebetriebsphase）”被理解为燃料电池系统的如下每个运行阶段，在该运行阶段的情况下燃料电池堆叠处于其额定温度之外，该冷却系统因此要求，将该堆叠从实际的当前堆叠温度加热到较高的温度或者冷却到较低的温度。
用于在预热阶段或其他瞬时运行阶段期间运行燃料电池系统的根据本发明的方法涉及一种燃料电池系统，该燃料电池系统具有：包含通过聚合物电解质膜相互分离的阳极室和阴极室的燃料电池堆叠；以及用于将阴极运行气体供给到阴极室中和将阴极废气从阴极室导出的阴极供应装置（kathodenversorgung）；以及用于对燃料电池堆叠调节温度的冷却系统。该方法具有以下步骤：
-确定在燃料电池堆叠的入口处的阴极运行气体的入口温度（tg,ist），
-将在燃料电池堆叠的入口处的冷却剂额定温度（tkm,soll）规定为如下值，该值相应于阴极运行气体的入口温度（tg,ist）或比所述入口温度小预先确定的数值，和
-控制冷却系统，使得在燃料电池堆叠的入口处存在的冷却剂温度（tkm,ist）至少接近于冷却剂额定温度（tkm,soll）。
因此根据本发明，在燃料电池堆叠的预热阶段或瞬时运行阶段期间在燃料电池堆叠的入口处存在的冷却剂温度（接下来也称为冷却剂入口温度或冷却剂实际温度）基于阴极运行气体的目前在燃料电池堆叠的入口处存在的入口温度（接下来也称为阴极气体实际温度）主动地被传递。因此，冷却剂入口温度适配于阴极气体实际温度。这具有的后果是，阴极运行气体的温度基本上不经由燃料电池堆叠的阴极室的流动场改变，所述堆叠被调温到冷却剂额定温度。这引起，阴极运行气体的相对湿度也不由于温度改变而改变，尤其不由于加热而减小。发明者也即已经观察到，在传动运行的燃料电池中，在预热阶段中冷却剂并且因此还有燃料电池堆叠加热得比阴极运行气体更快。由于此，阴极运行气体的温度在进入到堆叠中之后升高，由此在阴极室以内的相对湿度减小。因此，不能确保燃料电池堆叠的膜的足够湿度。然而，通过根据本发明的方法，防止进入的阴极运行气体的加热和与之伴随的、减小的相对湿度。因此，根据本发明的方法能够实现在预热阶段期间或者在瞬时条件下对燃料电池堆叠的膜的较可靠的加湿。
如已经提及的那样，将堆叠入口处的冷却剂额定温度规定为如下值，该值相应于阴极气体实际温度或者比其小预先确定的数值。为了实现在堆叠之内的阴极运行气体的尽可能小的温度改变，该数值选得尽可能小。尤其，该数值最高为10开尔文，优选地最高7开尔文并且特别优选最高5开尔文（kelvin）。
在燃料电池堆叠的入口处存在的冷却剂温度（冷却剂实际温度）可以通过不同的办法（mittel）来控制，以便使该冷却剂温度接近于冷却剂额定温度（并且因此接近于阴极气体实际温度）。在方法的一种实施方案中，这通过对布置在冷却系统中的冷却器（kühler）的冷却功率的影响而发生。根据冷却器的构型而定，这例如通过对冷却器的通风机的转数的影响进行。可替代地或附加地，通过影响绕过冷却器的冷却器旁路线路（bypassleitung）的旁路开口来进行冷却剂温度的设定。以这种方式，冷却剂流过冷却器或旁路线路的体积流（volumenstrom）可以被调节。可替代地活附加地，通过影响供给装置、例如冷却剂泵、冷却系统的功率来设定冷却剂温度。之前提到的措施能够实现对冷却剂的期望的目标温度的准确和快速的设定，并且可以单独地或以相互组合的形式被应用。
本发明的另一方面涉及一种用于在预热阶段或其他瞬时运行阶段期间设定上面所描述的燃料电池系统的阴极运行气体的相对湿度的方法。该方法具有以下步骤：
-确定在燃料电池堆叠的入口处的阴极运行气体的入口温度（tg，ist），
-将在燃料电池堆叠的入口处的冷却剂额定温度（tkm，soll）规定为如下值，该值相应于阴极运行气体的入口温度（tg,ist）或比其小预先确定的数值，
-控制冷却系统，使得在燃料电池堆叠的入口处存在的冷却剂温度（tkm,ist）至少接近于冷却剂额定温度（tkm,soll），
-根据在燃料电池堆叠的入口处的阴极运行气体的阴极入口温度（tg,ist）来规定在燃料电池堆叠的入口处的阴极运行气体的相对湿度的额定值（rhsoll），
-控制阴极供应装置，使得阴极运行气体的在燃料电池堆叠的入口处存在的相对湿度（rhist）至少接近于相对湿度的额定值（rhsoll）。
前三个步骤相应于上面所阐述的用于运行燃料电池系统的方法；为此，实施方案相应地适用。
根据本发明的方法能够实现在系统的预热阶段或其他瞬时运行阶段期间特别精准并且可靠地设定阴极运行气体的相对湿度。通过根据本发明地将堆叠中的冷却剂入口温度适配于阴极运行气体的当前存在的入口温度，防止阴极运行气体的温度改变、尤其是加热。由此可以将阴极运行气体的在堆叠入口处所设定的相对湿度也在阴极室之内保持。避免由于阴极运行气体的温度提高而引起的堆叠之内的相对湿度减小，并且可以可靠地将燃料电池堆叠的聚合物电解质膜加湿。
尤其可以通过使用特性曲线族来根据阴极入口温度来规定阴极运行气体的相对湿度的额定值，特性曲线族温度相关地映射相对湿度。此外，可以根据其他参数、尤其堆叠入口处的阴极运行气体的压力来规定额定值。
阴极运行气体的相对湿度与其压力、其温度、最初在阴极运行气体中的尤其在环境空气中存在的湿度以及主动地在加湿器中所供给的湿度相关。除了最初的湿度含量以外，可以影响所有其他参数，以便影响堆叠入口处的阴极运行气体的相对湿度。根据一种实施方案，通过影响阴极运行气体的阴极压力来设定在燃料电池堆叠的入口处的阴极运行气体的相对湿度。阴极压力例如可以通过改变阴极供应装置的压缩器功率、通过控制在阴极废气路径中的废气活门或者通过适当地控制阴极供应装置的其他活门（klappen）或阀进行。
根据本发明的另一种实施方案，通过影响加湿器旁路线路的打开来设定堆叠入口处的阴极运行气体的相对湿度。由此，绕过或流经布置在阴极供应装置中的加湿器的阴极运行气体或阴极废气的份额可以被调节。通过这种措施来调节引入到阴极运行气体中的附加的水蒸气量。
在本发明的其他实施方案中，通过影响阴极运行气体的阴极入口温度来设定在堆叠入口处的阴极运行气体的相对湿度。例如可以通过相应地布置的热交换器或加热元件来控制温度。同样地，在加湿器中通过较热的阴极废气来进行热交换、尤其对阴极运行气体的预加热。就此而言，可以通过影响加湿器旁路线路的打开（öffnung）来不仅影响水蒸气的供给而且也影响温度。
用于设定阴极运行气体的相对湿度的之前提到的全部措施也可以有利地组合地使用。
本发明的另一方面涉及一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括：燃料电池堆叠，该燃料电池堆叠具有阳极室和阴极室，所述阳极室和阴极室通过聚合物电解质膜相互分开；用于将阴极运行气体供给到阴极室中和将阴极废气从阴极室导出的阴极供应装置；用于将燃料电池堆叠调温到额定温度的冷却系统；以及控制装置，所述控制装置被设立用于，实施用于运行燃料电池系统的根据本发明的方法和/或用于设定阴极运行气体的相对湿度的根据本发明的方法。
优选地，阴极供应装置还包括加湿器，该加湿器被设立用于，由阴极运行气体以及由阴极废气流经，使得将阴极废气水蒸气传输到阴极运行气体上。由此，能够实现水到供给给燃料电池堆叠的阴极运行气体的主动供给，使得也可以设定高的相对湿度。
本发明的另一方面涉及一种车辆，该车辆具有根据本发明的燃料电池系统。该车辆优选地是电动车辆，在电动车辆的情况下由燃料电池系统所产生的电能量用于对电动牵引电机和/或牵引电池组的供电。
只要没有在个别情况下另外提及，本发明的在该申请中所提到的不同实施方式可以有利地相互组合。
附图说明
接下来在实施例中根据附图来阐述本发明。其中：
图1示出根据一种优选的构型的燃料电池系统的框图，
图2示出具有在根据现有技术的燃料电池堆叠的预热阶段期间的不同参数的时间上的变化过程的图表，
图3示出图1的冷却器旁路阀的调节器模块的结构；和
图4示出用于设定图1的燃料电池系统的阴极运行气体的相对湿度的根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的一种优选地构型的、总体上用100来标出的燃料电池系统。燃料电池系统100可以是没有进一步示出的车辆、尤其具有电动牵引电机的电动车辆的部分，所述电动牵引电机通过相应的燃料电池系统100来供应电能量。
燃料电池系统100包括燃料电池堆叠10作为核心组件，该燃料电池堆叠具有多个以堆叠形状布置的单电池11，这些单电池通过交替堆叠的膜-电极-装置（mea）14和双极性板15构造（参照细节片段）。因此每个单电池11包括各一个mea14以及两侧地布置在其上的催化电极，即阳极和阴极，所述催化电极对燃料电池转化的相应的部分反应进行催化，其中mea14具有在这里未进一步示出的离子传导的聚合物电解质膜。阳极和阴极电极具有催化材料、例如铂，该催化材料在大的比表面积（spezifischeroberfläche）的导电载体材料上、例如碳基材料上以负载型的方式存在。因此在双极性板15和阳极之间构造阳极室12并且在阴极和下一个双极性板15之间构造阴极室13。双极性板15用于将运行介质供给到阳极室和阴极室12、13中，并且此外建立在各个燃料电池11之间的电连接。此外，双极性板15用于为燃料电池堆叠10传输冷却剂。
为了给燃料电池堆叠10供应运行介质，燃料电池系统100一方面具有阳极供应装置20并且另一方面具有阴极供应装置30以及冷却系统40。
在图1中所示出的燃料电池系统100的阳极供应装置20包括阳极供应路径21，该阳极供应路径用于供给阳极运行介质（燃料）、例如氢气（wasserstoff）到相应的燃料电池堆叠10的阳极室12中。出于此目的，阳极供应路径21分别将燃料存储器23与相应的燃料电池堆叠10的阳极入口连接。阳极供应装置20此外包括阳极废气路径22，该阳极废气路径将阳极废气从阳极室12经由相应的燃料电池堆叠10的阳极出口导出。在相应的燃料电池堆叠10的阳极侧12上的阳极运行压力可经由在阳极供应路径21中的第一设定装置24来设定。此外，在图1和3中所示出的燃料电池系统的阳极供应装置20如所示的那样具有再循环线路（rezirkulationsleitung）25，该再循环线路将阳极废气路径22与阳极供应路径21连接。燃料的再循环是常见的，以便将大多以超化学计量的方式所使用的燃料供给回堆叠并且对其进行利用。在再循环线路中布置各一个再循环供给装置27、优选地再循环鼓风机。此外，在阳极废气路径22中安装各一个水分离器28，以便将燃料电池反应的从燃料电池堆叠10分散出的产物水冷凝（kondensieren）和导出。
在图1中所示出的燃料电池系统100的阳极废气线路22中，在再循环线路25的下游布置第二设定装置26。利用第二设定装置26可以将再循环回路与周围环境隔离。第一和第二设定装置24、26可以共同被利用用于，尽可能阻止电极运行介质从电极室12流出。
在图1中所示出的燃料电池系统100的阴极供应装置30包括阴极供应路径31，该阴极供应路径将含氧的阴极运行介质、尤其是从周围环境所吸取的空气供给给燃料电池堆叠10的阴极室13。阴极供应装置30还包括阴极废气路径32，该阴极废气路径将阴极废气（尤其废空气（abluft））从相应的燃料电池堆叠10的阴极室13导出，并且将其在必要时供给给未示出的废气设施。为了供给（förderung）和压缩阴极运行介质，在阴极供应路径31中布置压缩器33。在示出的实施例中，压缩器33构造为主要电动驱动的压缩器33，其驱动经由装备有相应的功率电子设备35的电动机34进行。压缩器33还可以通过在阴极废气路径32中布置的（必要时具有可变的涡轮几何结构的）涡轮36以支持的方式来经由共同的轴来驱动。
在图1中所示出的燃料电池系统100还具有加湿器37。加湿器37一方面分别布置在阴极供应路径31中，使得该加湿器能够由阴极运行气体流经。另一方面，加湿器布置在阴极废气路径32中，使得该加湿器能够由阴极废气流经。加湿器37典型地具有多个水蒸气可渗透的膜，所述膜要么以平面的形式要么以空心纤维的形式构造。在此，膜的一侧由相对而言干燥的阴极运行气体（空气）流经，并且另一侧由相对而言湿润的阴极废气（废气）流经。如果受到在阴极废气中的水蒸气的较高的分压的驱动，则发生水蒸气越过膜到阴极运行气体中的转移，以这种方式加湿该阴极运行气体。对阴极运行气体的加湿用于确保阴极运行气体的预先确定的相对湿度，以便将燃料电池11的聚合物电解质膜保持得足够湿润，因此聚合物电解质膜具有高的离子传导性并且被保护免受损坏。
阴极供应装置30还具有加湿器旁路线路38，该加湿器旁路线路将阴极供应线路31与阴极供应线路31连接，使得加湿器37在燃料电池堆叠10的上游不由阴极运行气体流经。布置在加湿器旁路线路38中的设定装置（加湿器旁路阀）39用于控制绕过加湿器37的阴极运行气体的量。可替代地或附加地，阴极供应装置30可以具有另一个加湿器旁路线路，所述加湿器旁路线路将阴极废气线路32与阴极废气线路32连接，使得加湿器37在燃料电池堆叠10的下游不由阴极废气流经（未示出）。
为了冷却燃料电池堆叠10，在图1中所示出的燃料电池系统100此外具有冷却系统（冷却剂回路（kühlmittelkreis））40。该冷却系统在相应的燃料电池堆叠10之外通过输送冷却剂的冷却剂线路41构成，该冷却剂线路与燃料电池堆叠10的冷却剂入口和冷却剂出口连接。在燃料电池堆叠10中，在冷却剂入口和冷却剂出口之间布置双极性板15中的冷却剂通道。为了通过冷却剂线路41和燃料电池堆叠10的冷却剂通道来供给冷却剂，在冷却剂回路40中布置冷却剂供给装置42。燃料电池堆叠10的通过冷却剂所传输的废热的导出通过冷却器43、例如由未示出的鼓风机以空气对车辆散热器进气冲击来进行。冷却器旁路线路44能够实现：冷却剂能够被输送经过冷却器43、例如在燃料电池堆叠10的预热阶段期间在冷启动之后被输送经过冷却器43。绕过冷却器43的冷却剂的量可以通过布置在冷却器旁路线路44中的另一设定装置（冷却器旁路阀）45调节。
燃料电池系统100的全部设定装置24、26、39可以构造为可调节的或者不可调节的阀或活门。可以在线路21、22、31和32中布置其他设定装置，以便可以在关断系统之后将燃料电池堆叠10与周围环境隔离。
图1的燃料电池系统100还包括控制装置50，布置在燃料电池系统中的并且这里未示出的不同传感器的不同信号进入到该控制装置中，并且通过输出相应的控制信号来控制系统的不同组件。因此，燃料电池系统100包括不同的温度传感器、尤其布置在燃料电池堆叠10中的阴极供应路径31的入口处的温度传感器，用于检测阴极运行气体的入口温度的实际值tg,ist。此外，冷却回路40包括布置在冷却线路41的堆叠入口处的温度传感器，用于检测冷却剂入口温度的实际值tkm,ist。此外在加湿器37的下游和在燃料电池堆叠10的上游布置湿度传感器，用于检测阴极运行气体的相对湿度rhist；以及布置压力传感器，用于检测压力pg,ist。控制装置50包括计算机可读的控制算法，用于在预热阶段或其他瞬时运行条件期间根据预先提到的和可选的其他信号来设定阴极运行气体的相对湿度或者运行燃料电池系统。为此，控制装置50尤其控制冷却剂供给装置42的供给功率（förderleistung）、冷却器旁路阀45的位置（stellung）、压缩器33的功率和加湿器旁路阀39的位置。
如果在加热期间以传统的方式来运行传统的燃料电池系统，则可能发生对燃料电池堆叠10的膜-电极-装置14的聚合物电解质膜的水分供应不足。这应当根据不同运行参数的在图2中所示的变化过程来阐述。在图2中，rhsoll和rhist表示在燃料电池堆叠10的入口处的阴极运行介质的的相对湿度的额定值或实际值。tg,ist表示阴极运行介质在堆叠入口处的入口温度并且tkm,ist表示冷却剂在堆叠入口处的入口温度。δtkm表示在堆叠入口和堆叠出口之间的冷却剂的温度差。bp表示加湿器旁路阀39的位置，其中100%的值表示阀完全打开，使得阴极运行介质完全输送通过加湿器旁路线路38；并且0%表示阀39完全关闭，使得阴极运行介质完全流经加湿器37。最后，i表示由燃料电池堆叠10所输出的电流。所示出的仅仅是在燃料电池系统的冷启动之后的头3000μs。
为了达到相对湿度的额定值rhsoll，按照根据图2的传统方法方式首先将加湿器旁路阀39完全关闭，使得阴极运行气体完全输送通过加湿器37（曲线bp）。此外为了保证燃料电池堆叠10的快速加热，在图2中所示的预热阶段中将冷却器旁路阀45完全打开，使得总的冷却剂流经旁路线路44而并不流经冷却器43。在冷启动开始之后，不仅冷却剂的入口温度tkm,ist而且阴极气体的入口温度tg,ist也处于环境温度。然而能够看出，冷却剂温度始终略微处在阴极气体温度之上，并且在其他变化过程中甚至进一步远离该阴极气体温度。阴极运行介质的实际上在堆叠入口处存在的相对湿度rhist最初尽可能跟随额定值变化过程。然而，在500与1000μs之间，尽管加湿器旁路线路38完全关闭，却发生阴极气体在堆叠入口处存在的相对湿度rhist的明显下降，使得明显未超出额定湿度rhsoll。这根据发明者的观察归因于，阴极运行气体在堆叠10中的入口处通过较热的冷却剂被加热，使得相对湿度降低。因此，在这里作为阴极运行气体所使用的空气的在膜处的实际相对湿度小于在堆叠入口处所设定的相对湿度。因此在现有技术中不可以确保聚合物电解质膜的可靠加湿。由此的结果是，在堆叠入口处必须设定较高的相对湿度，以便获得期望的膜湿度。这又需要对加湿器功率的较强的充分利用，并且因此也需要加湿器功率的较强的时效或者需要较大的尺寸。此外可能的并且在现有技术中常见的是，定义专门的运行条件，在这些运行条件中燃料电池的效率比在正常运行中更低。然而，所有这些措施都是有缺陷的并且通过根据本发明的方法避免，其方式也即是，在燃料电池堆叠10的预热阶段期间，基于阴极运行气体的入口温度来传递在堆叠的入口处的冷却剂入口温度。
在图3中示出控制单元50的相应的调节器模块60，用于调节冷却回路40的冷却剂温度。在这里，冷却剂温度根据冷却器旁路阀45的位置被调节。在块61中，冷却剂入口温度的额定值tkm,soll被读出。根据本发明，该额定值被规定为，使得该额定值基本上相应于阴极运行气体的入口温度tg,ist或者比其略低。在块62中，测量在堆叠入口处存在的冷却剂温度tkm,ist。进行冷却剂的实际温度与额定温度的比较，并将比较值输出给用于冷却器旁路阀45的pid调节器（块63）。根据比较值，在块64中产生用于操控旁路阀45的控制信号并且将其输出给旁路阀，使得旁路阀45采取期望的位置。通过反馈环路（rückkopplungsschleife）使得冷却剂实际温度tkm,ist与冷却剂额定温度tkm,soll相适应并且因此与阴极运行气体的入口温度tg,ist相适应。
图4示出用于在预热阶段期间设定图1中所示出的燃料电池系统100的阴极运行气体的相对湿度的根据本发明的方法70的粗略的流程图。
在块71中，控制装置50读取不同的测量参数，这些测量参数由不同传感器提供。尤其，阴极运行气体的入口温度tg,ist、冷却剂的入口温度tkm,ist以及阴极运行气体的相对湿度rhist在堆叠入口处被检测。在块72中，规定在堆叠入口处的冷却剂额定温度。在此，冷却剂额定温度tkm,soll规定为如下值，该值相应于阴极运行气体在堆叠入口处的入口温度tg,ist或者比其低预先确定的数值、例如低最高5开尔文。在块73中，控制冷却系统40，使得在燃料电池堆叠10的入口处存在的冷却剂温度tkm,ist接近于冷却剂额定温度tkm,soll。为此在图3中示出的调节模块60尤其可以用于冷却剂旁路阀45。
在块74中，规定阴极运行气体在燃料电池堆叠10的入口处的相对湿度的额定值rhsoll。这根据阴极入口温度tg,ist和可能的其他参数、例如压力pg,ist进行。在块75中控制燃料系统100的阴极供应装置30，使得在燃料电池堆叠10的入口处存在的阴极运行气体的相对湿度rhist接近于额定值rhsoll。为此，例如可以使用调节器模块用于操控加湿器旁路阀39。
通过根据本发明的方法70（如在图4中所示）避免图2中所示的在燃料电池堆叠之内的阴极运行气体的实际相对湿度rhist的降低。通过在堆叠入口处的阴极运行气体的温度（空气温度）基础上传递冷却剂温度，可以设定从空气的相对湿度中得出的膜湿度，使得燃料电池11没那么强地被损坏，并且因此提高堆叠10的使用寿命，并且其效率是较高的。本发明还允许，减小加湿器37的尺寸。此外，本发明的应用还在于瞬时运行范围，以便减小对燃料电池堆叠10中的膜的负载并且因此提高燃料电池堆叠10的总使用寿命。
附图标记列表
100燃料电池系统
10燃料电池堆叠
11单电池
12阳极室
13阴极室
14膜-电极-装置（mea）
15双极性板（隔板、流场板）
20阳极供应装置
21阳极供应路径
22阳极废气路径
23燃料箱
24第一设定装置
25再循环线路
26第二设定装置
27再循环供给装置
28水分离器
30阴极供应装置
31阴极供应路径
32阴极废气路径
33压缩器
34电动机
35功率电子设备
36涡轮
37加湿器
38加湿器旁路线路
39第三设定装置/加湿器旁路阀
40冷却系统/冷却回路
41冷却剂线路
42冷却剂供给装置
43冷却器
44冷却器旁路线路
45设定装置/冷却器旁路阀
50控制装置
60冷却器旁路阀调节模块
70方法
bp打开加湿器旁路
i燃料电池堆叠的电流强度
rh相对湿度
rhist在燃料电池堆叠的入口处的阴极运行气体的相对湿度的实际值
rhsoll在燃料电池堆叠的入口处的阴极运行气体的相对湿度的额定值
t温度
tg，ist在燃料电池堆叠的入口处的阴极运行气体的入口温度的实际值/阴极实际温度
tg，soll在燃料电池堆叠的入口处的阴极运行气体的入口温度的额定值/阴极额定温度
tkm，ist在燃料电池堆叠的入口处的冷却剂温度的实际值/冷却剂实际温度
tkm，soll在燃料电池堆叠的入口处的冷却剂温度的额定值/冷却剂额定温度