AT520156B1 - Method for cooling a fuel cell stack with partially reformed fuel - Google Patents

Method for cooling a fuel cell stack with partially reformed fuel Download PDF

Info

Publication number
AT520156B1
AT520156B1 ATA50543/2017A AT505432017A AT520156B1 AT 520156 B1 AT520156 B1 AT 520156B1 AT 505432017 A AT505432017 A AT 505432017A AT 520156 B1 AT520156 B1 AT 520156B1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
fuel
fuel cell
reformer
cell system
exhaust gas
Prior art date
Application number
ATA50543/2017A
Other languages
German (de)
Other versions
AT520156A1 (en
Inventor
Lawlor Dr Vincent
Dipl Ing Rechberger Jürgen
Reissig Dipl Ing Michael (Fh)
Original Assignee
Avl List Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avl List Gmbh filed Critical Avl List Gmbh
Priority to ATA50543/2017A priority Critical patent/AT520156B1/en
Priority to DE102018210930.3A priority patent/DE102018210930A1/en
Publication of AT520156A1 publication Critical patent/AT520156A1/en
Application granted granted Critical
Publication of AT520156B1 publication Critical patent/AT520156B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022Heating by combustion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04776Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels (10) in einem Brennstoffzellensystem (100a; 100b), wobei der Brennstoffzellenstapel (10) einen Anodenabschnitt (11) und einen Kathodenabschnitt (12) aufweist und im Brennstoffzellensystem (100a; 100b) ein Reformer (20) zum Reformieren von Brennstoff für den Anodenabschnitt (11) angeordnet ist, wobei Brennstoff im Reformer (20) teilweise reformiert wird und der teilweise reformierte Brennstoff zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels (10) dem Anodenabschnitt (11) zugeführt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem (100a; 100b), eine Steuereinheit (1), eine Speichereinheit (2), ein Computerprogrammprodukt (3) sowie ein Fahrzeug (1000).The present invention relates to a method for cooling a fuel cell stack (10) in a fuel cell system (100a; 100b), the fuel cell stack (10) having an anode section (11) and a cathode section (12) and a reformer in the fuel cell system (100a; 100b) (20) is arranged for reforming fuel for the anode section (11), fuel being partially reformed in the reformer (20) and the partially reformed fuel being supplied to the anode section (11) for cooling the fuel cell stack (10). The invention also relates to a fuel cell system (100a; 100b), a control unit (1), a memory unit (2), a computer program product (3) and a vehicle (1000).

Description

Beschreibungdescription

VERFAHREN ZUM KÜHLEN EINES BRENNSTOFFZELLENSTAPELS MIT TEILWEISE REFORMIERTEM BRENNSTOFF METHOD OF COOLING A FUEL CELL STACK WITH PARTIALLY REFORMED FUEL

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels in einem Brennstoffzellensystem. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt, eine Speichereinheit mit einem darauf gespeicherten Computerprogrammprodukt, eine Steuereinheit zum Durchführen eines Verfahrens zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels, ein Brennstoffzellensystem sowie ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem. The present invention relates to a method for cooling a fuel cell stack in a fuel cell system. The invention further relates to a computer program product, a storage unit with a computer program product stored thereon, a control unit for carrying out a method for cooling a fuel cell stack, a fuel cell system and a vehicle with a fuel cell system.

[0002] Im Stand der Technik sind verschiedene Brennstoffzellensysteme bekannt. Eines davon ist ein sogenanntes SOFC-System mit einer Festoxidbrennstoffzelle. SOFC-Systeme werden insbesondere für stationäre Anwendungen genutzt. In den letzten Jahren wurden SOFC-Systeme jedoch auch immer häufiger für den mobilen Einsatz entwickelt. SOFC-Systeme bzw. entsprechend ausgestaltete Brennstoffzellensysteme weisen in der Regel wenigstens einen Brennstoffzellenstapel mit wenigstens einem Anodenabschnitt und wenigstens einem Kathodenabschnitt auf. Bei der Verwendung eines solchen Brennstoffzellensystems ist darauf zu achten, dass der Anodenabschnitt bei hohen Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen über 400°C, nicht zu lange mit Sauerstoff in Berührung kommt. Ist dies der Fall, kann am Anodenabschnitt eine ReOxidation stattfinden, welche zum umgehenden Bruch des Elektrolyten und/oder zu einem kontinulerlichen Abbau des Anodenmaterials führen kann. Various fuel cell systems are known in the prior art. One of them is a so-called SOFC system with a solid oxide fuel cell. SOFC systems are used in particular for stationary applications. In recent years, however, SOFC systems have also increasingly been developed for mobile use. SOFC systems or correspondingly configured fuel cell systems generally have at least one fuel cell stack with at least one anode section and at least one cathode section. When using such a fuel cell system, care must be taken that the anode section does not come into contact with oxygen for too long at high temperatures, for example at temperatures above 400 ° C. If this is the case, reoxidation can take place on the anode section, which can lead to immediate breakage of the electrolyte and / or to continuous degradation of the anode material.

[0003] Gleichwohl gibt es im Stand der Technik Brennstoffzellensysteme, bei welchen der Anodenabschnitt beispielsweise bei einem Ausschaltvorgang des Brennstoffzellensystems bei Temperaturen von über 400°C mit Sauerstoff bzw. einem Fluid, z. B. mit Luft gespült wird, um den Brennstoffzellenstapel möglichst schnell zu kühlen. Verschiedene Verfahren und Systeme zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels gehen aus der US 2011/123884 A1, der US 2009/253007 A1, der WO 2005/101556 A1 sowie der WO 2008/001119 A2 hervor. Neben der eingangs erwähnten Problematik bezüglich des Spülens des Anodenabschnitts mit sauerstoffhaltigem Gas bei zu hohen Temperaturen weist eine solche Vorgehensweise ein weiteres Problem auf. Bei einem in Rede stehenden Spülvorgang wird durch eine Versorgungsbatterie des Brennstoffzellensystems in der Regel ein Gebläse betrieben, welches Umgebungsluft in den Anodenabschnitt leitet. Dadurch kann die Versorgungsbatterie stark entladen werden. Dies führt dazu, dass entweder eine ausreichend große Versorgungsbatterie verbaut werden müsste, oder die Versorgungsbatterie bei einer mobilen Anwendung entsprechend häufig geladen werden müsste. Beides soll jedoch möglichst verhindert bzw. minimiert werden. Entsprechend sollten während des Ausschaltvorgangs möglichst viele leistungsverbrauchende Komponenten des Brennstoffzellensystems abgeschaltet werden, um den Stromverbrauch der Versorgungsbatterie entsprechend gering zu halten. Nevertheless, there are fuel cell systems in the prior art in which the anode section, for example, when the fuel cell system is switched off at temperatures of over 400 ° C. with oxygen or a fluid, e.g. B. is purged with air to cool the fuel cell stack as quickly as possible. Various methods and systems for cooling the fuel cell stack emerge from US 2011/123884 A1, US 2009/253007 A1, WO 2005/101556 A1 and WO 2008/001119 A2. In addition to the above-mentioned problem with regard to purging the anode section with oxygen-containing gas at excessively high temperatures, such a procedure has a further problem. In the case of a flushing process in question, a fan is usually operated by a supply battery of the fuel cell system, which blows ambient air into the anode section. This can severely discharge the supply battery. This means that either a sufficiently large supply battery would have to be installed or the supply battery would have to be charged correspondingly frequently in a mobile application. However, both should be prevented or minimized as far as possible. Correspondingly, as many power-consuming components of the fuel cell system as possible should be switched off during the switch-off process in order to keep the power consumption of the supply battery correspondingly low.

[0004] Ein Verfahren zum Kühlen eines Reformers eines Brennstoffzellensystems ist beispielsweise in der US 4965143 A offenbart. A method for cooling a reformer of a fuel cell system is disclosed in US 4965143 A, for example.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels, ein Computerprogrammprodukt, eine Speichereinheit, eine Steuereinheit, ein Brennstoffzellensystem sowie ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem zur Verfügung zu stellen, durch welche bzw. in welchen wenigstens eine Komponente eines Brennstoffzellensystems, insbesondere ein Brennstoffzellenstapel, auf stromsparende und sichere Weise gekühlt werden kann, wobei ein Anodenabschnitt des Brennstoffzellenstapels vor Beschädigung und/oder Zerstörung geschützt werden kann. [0005] The object of the present invention is to at least partially take account of the problems described above. In particular, the object of the present invention is to provide a method for cooling a fuel cell stack, a computer program product, a memory unit, a control unit, a fuel cell system and a vehicle with a fuel cell system, through which or in which at least one component of a fuel cell system, in particular a fuel cell stack, can be cooled in a power-saving and safe manner, wherein an anode section of the fuel cell stack can be protected from damage and / or destruction.

[0006] Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 10, die Speichereinheit gemäß Anspruch 11, die Steuereinheit gemäß Anspruch 12, das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 13 sowie das Fahrzeug gemäß An-[0006] The above object is achieved by the patent claims. In particular, the above object is achieved by the method according to claim 1, the computer program product according to claim 10, the storage unit according to claim 11, the control unit according to claim 12, the fuel cell system according to claim 13 and the vehicle according to claim

spruch 14 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt, der erfindungsgemäßen Speichereinheit, der erfindungsgemäßen Steuereinheit, dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Proverb 14 solved. Further advantages of the invention emerge from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the method naturally also apply in connection with the computer program product according to the invention, the memory unit according to the invention, the control unit according to the invention, the fuel cell system according to the invention, the vehicle according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure to the individual Aspects of the invention are always referred to alternately or can be.

[0007] Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels in einem Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt, wobei der Brennstoffzellenstapel einen Anodenabschnitt und einen Kathodenabschnitt aufweist und im Brennstoffzellensystem ein Reformer zum Reformieren von Brennstoff für den Anodenabschnitt angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird Brennstoff im Reformer nur teilweise reformiert und der teilweise reformierte Brennstoff wird zum Kühlen des Anodenabschnitts und somit auch des Brennstoffzellenstapels anschließend dem Anodenabschnitt zugeführt. According to a first aspect of the present invention, a method for cooling a fuel cell stack in a fuel cell system is provided, wherein the fuel cell stack has an anode section and a cathode section and a reformer for reforming fuel for the anode section is arranged in the fuel cell system. According to the invention, fuel is only partially reformed in the reformer and the partially reformed fuel is then fed to the anode section to cool the anode section and thus also the fuel cell stack.

[0008] Der nur teilweise reformierte Brennstoff kann am Anodenabschnitt im Rahmen einer besonders wirksamen endothermen Reaktion umgewandelt werden. Dadurch werden der Anodenabschnitt bzw. der Brennstoffzellenstapel entsprechend gekühlt. Das Kühlen mittels des nur teilweise reformierten Brennstoffs stellt eine besonders einfach anzuwendende und energiesparende Maßnahme dar, da grundsätzlich keine Zusatzvorrichtungen erforderlich sind. Darüber hinaus schützt die reduzierte Umgebung den Anodenabschnitt vor einer Oxidation. Dadurch, dass der Anodenabschnitt bei hohen Temperaturen von beispielsweise über 400°C, insbesondere über 300°C, nicht mit Luft, sondern zumindest vorerst nur oder hauptsächlich mit dem nur teilweise reformierten Brennstoff beaufschlagt wird, kann der in der Beschreibungseinleitung erwähnten Problematik ausreichend Rechnung getragen werden. Der Anodenabschnitt wird insbesondere mit reformiertem oder nur teilweise reformiertem Brennstoff beaufschlagt, welcher im Wesentlichen, insbesondere komplett frei von Sauerstoff ist. Beschädigungen oder Zerstörungen durch Sauerstoff im Anodenabschnitt bei zu hohen Temperaturen können dadurch verhindert werden. Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren auf den Betrieb eines Gebläses, das zum Spülen des Anodenabschnitts mit Luft betrieben wird, zumindest zeitweise verzichtet werden kann, da der Anodenabschnitt aktiv gekühlt wird. Durch diesen Verzicht kann Strom gespart werden und der Ladezustand einer Versorgungsbatterie des Brennstoffzellensystems kann entsprechend hoch gehalten werden. Dies ist insbesondere bei einem mobilen Einsatz des Brennstoffzellensystems bzw. des vorgeschlagenen Verfahrens von Vorteil. Durch den stromsparenden Betrieb des Brennstoffzellensystems kann eine Versorgungsbatterie des Brennstoffzellensystems unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens weiterhin vor einer unerwünschten Tiefenentladung geschützt werden. Mithin dient das Verfahren auch zum Schutz des Brennstoffzellensystems. Weiter ist es vorteilhaft, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren ein aktives Abkühlen erfolgt, weshalb auf ein Kathodengebläse verzichtet werden kann. Es ist günstig, wenn der Brennstoff, welcher Methan umfasst, im Reformer zumindest derart teilweise reformiert wird, dass Methan zumindest teilweise aus dem Reformer ausgeströmt und in den Brennstoffzellenstapel eingebracht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch in Kombination mit einem Kathodengebläse verwendet werden. Beispielsweise kann der Brennstoffzellenstapel in einem ersten Schritt erfindungsgemäß gekühlt und in einem zweiten Schritt mit dem Kathodengebläse gekühlt werden. The only partially reformed fuel can be converted at the anode section as part of a particularly effective endothermic reaction. As a result, the anode section or the fuel cell stack are correspondingly cooled. Cooling by means of the only partially reformed fuel is a particularly easy-to-use and energy-saving measure, since basically no additional devices are required. In addition, the reduced environment protects the anode section from oxidation. Because the anode section is not exposed to air at high temperatures of, for example, over 400 ° C, in particular over 300 ° C, but at least initially only or mainly with the partially reformed fuel, the problem mentioned in the introduction to the description can be adequately taken into account will. The anode section is in particular acted upon with reformed or only partially reformed fuel which is essentially, in particular completely, free of oxygen. Damage or destruction by oxygen in the anode section at excessively high temperatures can thereby be prevented. In addition, it is advantageous that, in a method according to the invention, the operation of a fan, which is operated to flush the anode section with air, can be dispensed with at least temporarily, since the anode section is actively cooled. By doing without, electricity can be saved and the state of charge of a supply battery of the fuel cell system can be kept correspondingly high. This is particularly advantageous in the case of mobile use of the fuel cell system or the proposed method. As a result of the power-saving operation of the fuel cell system, a supply battery of the fuel cell system can still be protected from undesired deep discharge using the present method. The method therefore also serves to protect the fuel cell system. It is also advantageous that the method according to the invention results in active cooling, which is why a cathode fan can be dispensed with. It is advantageous if the fuel, which comprises methane, is at least partially reformed in the reformer in such a way that methane at least partially flows out of the reformer and is introduced into the fuel cell stack. However, the method according to the invention can also be used in combination with a cathode blower. For example, the fuel cell stack can be cooled according to the invention in a first step and cooled with the cathode fan in a second step.

[0009] Weiter ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft, um eine Rußbildung an der Anode bzw. im Anodenabschnitt zu verhindern. Dafür wird eine Temperatur des Reformers so verändert, dass eine Temperatur des Brennstoffzellenstapels in kurzer Zeit durch teilweise reformiertem Brennstoff gesenkt wird. In einem weiteren Schritt wird der Brennstoffzellenstapel, insbesondere der Anodenabschnitt, mit vollständig reformiertem Brennstoff gespült. The inventive method is also advantageous in order to prevent soot formation on the anode or in the anode section. For this purpose, a temperature of the reformer is changed in such a way that a temperature of the fuel cell stack is lowered in a short time by partially reformed fuel. In a further step, the fuel cell stack, in particular the anode section, is flushed with completely reformed fuel.

[0010] Unter teilweise reformiertem Brennstoff ist im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass nicht der gesamte Brennstoff reformiert wird, sondern ein vorbestimmter Anteil an Brennstoff unreformiert aus dem Reformer austritt. Als Brennstoff wird insbesondere Methan verwendet. Eine teilweise Reformierung des Brennstoffes kann insbesondere durch ein Halten einer vorbestimm-Under partially reformed fuel is to be understood in the context of the invention that not all of the fuel is reformed, but a predetermined proportion of fuel emerges unreformed from the reformer. Methane in particular is used as fuel. Partial reforming of the fuel can be achieved in particular by maintaining a predetermined

ten Reformertemperatur erreicht werden. Grundsätzlich scheint ein Refomierungsgrad des Brennstoffes von der Reformertemperatur abhängig zu sein, wobei gilt, dass je höher die Reformertemperatur ist umso mehr Brennstoff wird reformiert. Folglich wird bei einer nur teilweisen Reformierung die Reformertemperatur auf einem konstanten niedrigen Wert gehalten, beispielsweise im Bereich von etwa 500°C bis 600°C. th reformer temperature can be reached. In principle, the degree of reforming of the fuel seems to be dependent on the reformer temperature, whereby the higher the reformer temperature, the more fuel is reformed. Consequently, with only partial reforming, the reformer temperature is kept at a constant low value, for example in the range from approximately 500 ° C. to 600 ° C.

[0011] Der nur teilweise reformierte Brennstoff wird anschließend am Anodenabschnitt weiter reformiert. Diese Umwandlung findet im Rahmen einer besonders wirksamen endothermen Reaktion statt. Der Anodenabschnitt weist eine wärmere Temperatur auf als der teilweise reformierte Brennstoff, weshalb dieser aufgrund der endothermen Reformierungsreaktion gekühlt wird. Es kann vorgesehen sein, dass der Brennstoffzellenstapel mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bis zu einer vorbestimmten Temperatur, insbesondere etwa 300°C oder weniger, gekühlt wird, ab welcher Sauerstoff eingeführt werden kann, ohne dass der Brennstoffzellenstapel beschädigt wird. The only partially reformed fuel is then reformed further at the anode section. This conversion takes place as part of a particularly effective endothermic reaction. The anode section has a warmer temperature than the partially reformed fuel, which is why it is cooled due to the endothermic reforming reaction. Provision can be made for the fuel cell stack to be cooled using the method according to the invention to a predetermined temperature, in particular approximately 300 ° C. or less, from which oxygen can be introduced without the fuel cell stack being damaged.

[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren wird besonders bevorzugt bei einem Ausschaltvorgang eines Brennstoffzellensystems verwendet, bei welchem kein Strom erzeugt wird. The method according to the invention is particularly preferably used in a shutdown process of a fuel cell system in which no electricity is generated.

[0013] Unter dem Kühlen des Brennstoffzellenstapels ist vorliegend zumindest ein teilweises Kühlen des Brennstoffzellenstapels oder ein zumindest teilweises Kühlen des Brennstoffzellensystems zu verstehen. Erfindungsgemäß wird insbesondere der Anodenabschnitt gekühlt. Dies kann sich selbstverständlich auch auf andere Komponenten des Brennstoffzellensystems auswirken. In the present case, the cooling of the fuel cell stack is to be understood as meaning at least partial cooling of the fuel cell stack or at least partial cooling of the fuel cell system. According to the invention, in particular the anode section is cooled. This can of course also affect other components of the fuel cell system.

[0014] Das vorgeschlagene Brennstoffzellensystem weist wenigstens einen Brennstoffzellenstapel auf. D.h., das Brennstoffzellensystem kann auch mehrere Brennstoffzellenstapel aufweisen. Mithin ist der Brennstoffzellenstapel als zumindest ein Brennstoffzellenstapel zu verstehen. Unter dem Brennstoff ist vorzugsweise reiner Brennstoff oder ein Brennstoffgemisch mit reinem Brennstoff, Luft, einem anderen sauerstoffhaltigen Fluid, Wasser und/oder einem anderen wasserhaltigen Fluid zu verstehen. Der Brennstoff ist vorzugsweise kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff. [0014] The proposed fuel cell system has at least one fuel cell stack. That is to say, the fuel cell system can also have several fuel cell stacks. The fuel cell stack is therefore to be understood as at least one fuel cell stack. The fuel is preferably to be understood as meaning pure fuel or a fuel mixture with pure fuel, air, another oxygen-containing fluid, water and / or another water-containing fluid. The fuel is preferably a hydrocarbon fuel.

[0015] Das Brennstoffzellensystem ist vorzugsweise ein SOFC-System, d.h., ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Festoxidbrennstoffzelle. Mithin ist das Verfahren insbesondere zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels in einem SOFC-System bereitgestellt. Unter der teilweisen Reformierung des Brennstoffs ist vorzugsweise die teilweise Umwandlung des Brennstoffs in ein Synthesegas im Rahmen einer Dampfreformierung zu verstehen. Wird als Brennstoff beispielsweise Methan verwendet, findet im Rahmen der Reformierung eine Umwandung von Methan und Wasser in Kohlenmonoxid und Wasserstoff statt. Bei der teilweisen Reformierung wird der Brennstoff nicht vollständig umgewandelt. Beispielsweise werden nur weniger als 90%, insbesondere nur weniger als 70% des Brennstoffs umgewandelt bzw. reformiert. The fuel cell system is preferably an SOFC system, i.e. a fuel cell system with at least one solid oxide fuel cell. The method is therefore provided in particular for cooling a fuel cell stack in an SOFC system. The partial reforming of the fuel is preferably to be understood as the partial conversion of the fuel into a synthesis gas in the context of steam reforming. If methane is used as fuel, for example, methane and water are converted into carbon monoxide and hydrogen as part of the reforming process. With partial reforming, the fuel is not completely converted. For example, only less than 90%, in particular only less than 70% of the fuel is converted or reformed.

[0016] Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird bei einem Verfahren der Brennstoff im Reformer während eines Ausschaltvorgangs des Brennstoffzellensystems teilweise reformiert und der teilweise reformierte Brennstoff wird dem Anodenabschnitt während des Ausschaltvorgangs zugeführt. Das Kühlen des Brennstoffzellenstapels ist insbesondere für den Ausschaltvorgang des Brennstoffzellensystems von Vorteil. Unter einem Ausschaltvorgang ist ein Prozess zu verstehen, bei welchem das Brennstoffzellensystem in einen Zustand versetzt wird, in welchem es keinen Strom mehr erzeugt. Durch das vorliegende Verfahren kann der Brennstoffzellenstapel während des Ausschaltvorgangs schnell heruntergekühlt werden, während der Anodenabschnitt aufgrund der reduzierten Umgebung vor einer unerwünschten Oxidation geschützt wird. Der teilweise reformierte Brennstoff wird dem Anodenabschnitt vorzugsweise über eine vorbestimmte Zeitdauer, insbesondere über einen vordefinierten Anfangszeitraum des Ausschaltvorgangs, zugeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht darauf beschränkt, nur während eines Ausschaltvorgangs des Brennstoffzellensystems durchgeführt zu werden. Grundsätzlich kann das Verfahren immer dann durchgeführt werden, wenn der Brennstoffzellenstapel oder daran angrenzende Bestandteile des Brennstoffzellensystems gekühlt werden sollen. According to a development of the present invention, in a method, the fuel in the reformer is partially reformed during a shutdown process of the fuel cell system and the partially reformed fuel is fed to the anode section during the shutdown process. The cooling of the fuel cell stack is particularly advantageous for the switching off process of the fuel cell system. A switch-off process is understood to mean a process in which the fuel cell system is put into a state in which it no longer generates electricity. The present method allows the fuel cell stack to be cooled down quickly during the switch-off process, while the anode section is protected from undesired oxidation due to the reduced environment. The partially reformed fuel is preferably supplied to the anode section over a predetermined period of time, in particular over a predefined initial period of the switch-off process. However, the method according to the invention is not restricted to being carried out only during a switch-off process of the fuel cell system. In principle, the method can always be carried out when the fuel cell stack or components of the fuel cell system adjoining it are to be cooled.

[0017] Weiterhin ist es bei einem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, dass in dem Brenn-[0017] In a method according to the invention, it is also possible that in the combustion

stoffzellensystem stromaufwärts des Reformers ein Verdampfer zum Verdampfen des Brennstoffs angeordnet ist, wobei der Brennstoff, insbesondere während des Ausschaltvorgangs des Brennstoffzellensystems, durch den Verdampfer verdampft wird und der verdampfte Brennstoff dem Reformer zugeführt wird. Mithin kann der Verdampfer während des Ausschaltvorgangs weiter betrieben werden. Dadurch kann der Brennstoff effizient bzw. energiesparend reformiert werden. Unter dem Verdampfer kann ein Wärmetauscher verstanden werden, durch den der Brennstoff mittels Abgas aus dem Brennstoffzellenstapel oder einem Abgasbrenner des Brennstoffzellensystems erhitzt und dadurch verdampft wird. Der Reformer und somit auch der Verdampfer sind dabei insbesondere stromaufwärts des Brennstoffzellenstapels angeordnet. fuel cell system an evaporator for evaporating the fuel is arranged upstream of the reformer, the fuel being evaporated by the evaporator, in particular during the switching-off process of the fuel cell system, and the evaporated fuel being fed to the reformer. The evaporator can therefore continue to operate during the switch-off process. As a result, the fuel can be reformed efficiently and in an energy-saving manner. The evaporator can be understood to mean a heat exchanger by means of which the fuel is heated by means of exhaust gas from the fuel cell stack or an exhaust gas burner of the fuel cell system and thereby evaporated. The reformer and thus also the evaporator are in particular arranged upstream of the fuel cell stack.

[0018] Von weiterem Vorteil kann es sein, dass bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung stromabwärts des Anodenabschnitts ein Abgasbrenner zum Verbrennen von Anodenabgas und/oder Kathodenabgas angeordnet ist, der mit dem Reformer in thermischer Wirkverbindung steht, wobei der Reformer mittels des Abgasbrenners auf einer vordefinierten Solltemperatur gehalten wird, bei welcher nur ein vordefinierter Teil des Brennstoffs reformiert wird. Eine Temperierung des Reformers mittels des Abgasbrenners ist einfach und kostengünstig realisierbar, da keine separaten Hilfsvorrichtungen benötigt werden. Für einen effektiven Wärmetransport vom Abgasbrenner zum Reformer kann der Abgasbrenner ringförmig um den Reformer herum angeordnet sein. Es sind jedoch auch alle anderen Anordnungen vom Reformer zum Abgasbrenner denkbar. Vorteilhaft ist dabei stets, dass diese so zueinander angeordnet sind, dass Wärme effektiv zwischen diesen transportiert wird oder transportierbar ist. Durch die direkte oder im Wesentlichen direkte thermische Wirkverbindung zwischen dem Reformer und dem Abgasbrenner kann der Reformer zuverlässig gleichmäßig auf einer gewünschten bzw. vordefinierten Temperatur gehalten werden. Dadurch ist auf entsprechend zuverlässige Weise die gewünschte teilweise Reformierung des Brennstoffs möglich. Wärme wird entweder durch Wärmekonvektion, Wärmeleitung oder durch Wärmestrahlung vom Abgasbrenner zum Reformer übertragen. Der Abgasbrenner und der Reformer sind dabei jeweils so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass eine entsprechende Wärmeübertragung erfolgen kann. Eine Reformertemperatur kann dadurch geändert werden, dass dem Reformer Luft zugeführt wird, oder dass Wärme des Startbrenners dem Reformer zugeführt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Brennstoff, welcher den Anodenbereich verlässt, genügend warm ist, um den Reformer auf einer vorbestimmten Temperatur oder einen vorbestimmten Temperaturbereich zu halten. Soll der Reformer gekühlt werden, kann dem Abgasbrenner kalte Luft über den Startbrenner oder über den Kathodenbereich zugeführt werden. It can be of further advantage that, in a method according to the present invention, downstream of the anode section, an exhaust gas burner for burning anode exhaust gas and / or cathode exhaust gas is arranged, which is in thermal active connection with the reformer, the reformer being opened by means of the exhaust gas burner a predefined target temperature is maintained at which only a predefined part of the fuel is reformed. Temperature control of the reformer by means of the exhaust gas burner can be implemented easily and inexpensively, since no separate auxiliary devices are required. For effective heat transport from the exhaust gas burner to the reformer, the exhaust gas burner can be arranged in a ring around the reformer. However, all other arrangements from the reformer to the exhaust gas burner are also conceivable. It is always advantageous that these are arranged with respect to one another in such a way that heat is effectively transported or can be transported between them. As a result of the direct or essentially direct thermal operative connection between the reformer and the exhaust gas burner, the reformer can be kept reliably and uniformly at a desired or predefined temperature. As a result, the desired partial reforming of the fuel is possible in a correspondingly reliable manner. Heat is transferred from the flue gas burner to the reformer either through thermal convection, thermal conduction or through thermal radiation. The exhaust gas burner and the reformer are each designed and arranged in such a way that a corresponding heat transfer can take place. A reformer temperature can be changed by supplying air to the reformer or by supplying heat from the starter burner to the reformer. It can also be provided that the fuel which leaves the anode area is sufficiently warm to keep the reformer at a predetermined temperature or a predetermined temperature range. If the reformer is to be cooled, cold air can be supplied to the exhaust gas burner via the starter burner or via the cathode area.

[0019] Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, dass bei einem Verfahren der Brennstoff im Reformer während eines Ausschaltvorgangs des Brennstoffzellensystems teilweise reformiert wird und der teilweise reformierte Brennstoff dem Anodenabschnitt während des Ausschaltvorgangs zugeführt wird, wobei dem Abgasbrenner während des Ausschaltvorgangs weniger oder mehr Sauerstoff zugeführt wird als während eines Normalbetriebs und/oder während eines Startvorgangs des Brennstoffzellensystems. In addition, it can be advantageous that in one method the fuel in the reformer is partially reformed during a shutdown of the fuel cell system and the partially reformed fuel is supplied to the anode section during the shutdown process, the exhaust gas burner less or more oxygen during the shutdown process is supplied than during normal operation and / or during a starting process of the fuel cell system.

[0020] Dadurch können auf einfache Weise die Reformertemperatur geregelt und sichergestellt werden, dass der Brennstoff im Reformer in vordefiniertem Umfang nur teilweise und nicht vollständig reformiert wird. Ob dem Abgasbrenner während des Ausschaltvorgangs weniger oder mehr Sauerstoff zugeführt wird, als während eines Normalbetriebs und/oder während eines Startvorgangs des Brennstoffzellensystems ist von einer gewünschten Reformertemperatur und/oder einer maximalen Betriebstemperatur des Reformers abhängig. Alternativ oder gleichzeitig kann eine Zuführung von Luft zum Reformer vorgesehen sein, um eine exotherme Reaktion zu erzeugen, sodass eine Temperatur am Reformer autonom reguliert werden kann. Bei einer Zuführung von Luft zum Reformer erfolgt eine katalytische partielle Oxidation. Es kann auch vorgesehen sein, dass Wärme vom Startbrenner zum Reformer geleitet wird, um eine Temperatur des Reformers zu regulieren. Während des Ausschaltvorgangs wird dem Abgasbrenner vorzugsweise nicht nur weniger, sondern gar kein Sauerstoff zugeführt, sodass auf kontrollierte Weise möglichst nur noch die Resthitze des Abgasbrenners genutzt wird. Dadurch können Energieressourcen im Brennstoffzellensystem effizient genutzt bzw. eingespart werden. Es ist folglich stets vorteilhaft, As a result, the reformer temperature can be regulated in a simple manner and it can be ensured that the fuel in the reformer is only partially and not completely reformed to a predefined extent. Whether less or more oxygen is supplied to the exhaust gas burner during the switch-off process than during normal operation and / or during a starting process of the fuel cell system depends on a desired reformer temperature and / or a maximum operating temperature of the reformer. Alternatively or at the same time, air can be supplied to the reformer in order to generate an exothermic reaction so that a temperature on the reformer can be regulated autonomously. When air is supplied to the reformer, catalytic partial oxidation takes place. It can also be provided that heat is passed from the starter burner to the reformer in order to regulate a temperature of the reformer. During the switch-off process, the exhaust gas burner is preferably not only supplied with less oxygen, but rather no oxygen at all, so that only the residual heat of the exhaust gas burner is used in a controlled manner, if possible. As a result, energy resources in the fuel cell system can be used or saved efficiently. It is therefore always advantageous

wenn das Gas zum Spülen und/oder Kühlen des Anodenabschnittes frei von Sauerstoff oder im Wesentlichen frei von Sauerstoff ist. Ein vorhandener Sauerstoff würde sich nämlich mit dem Anodenmaterial verbinden, wodurch die Anode oxidiert. Ein Oxidieren des Anodenabschnittes soll jedoch vermieden werden. when the gas for purging and / or cooling the anode section is free of oxygen or substantially free of oxygen. Any oxygen present would namely combine with the anode material, as a result of which the anode is oxidized. Oxidation of the anode section should, however, be avoided.

[0021] Bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich zudem herausgestellt, dass es von Vorteil sein kann, wenn in dem Brennstoffzellensystem stromaufwärts des Reformers ein Verdampfer zum Verdampfen des Brennstoffs sowie ein separat zum Verdampfer angeordneter Brennstoffeinlass zum Zuführen, insbesondere zum bevorzugt direkten Einspritzen, von Brennstoff in den Reformer angeordnet sind, wobei der Brennstoff für das teilweise Reformieren des Brennstoffs im Reformer durch den Brennstoffeinlass dem Reformer zugeführt wird. Der Verdampfer kann dabei auch stromaufwärts des Nachbrenners oder stromaufwärts des Brennstoffzellenstapels angeordnet sein. Der Brennstoff wird bevorzugt in den Reformer eingespritzt, wofür der Brennstoffeinlass insbesondere als Brennstoffinjektor ausgebildet ist. Der Brennstoff kann jedoch auch in den Reformer gesprüht oder gepumpt werden, wofür der Brennstoffeinlass zum Einbringen von gasförmigen Brennstoff ausgebildet ist. Besonders bevorzugt wird der Brennstoff jedoch durch einen Brennstoffinjektor direkt in den Reformer eingespritzt. Durch direktes Einspritzen des Brennstoffs mittels des Brennstoffinjektors kann auf den weiteren Betrieb des Verdampfers verzichtet werden. Dadurch kann die für den Betrieb des Verdampfers benötigte Energie gespart werden. Das Brennstoffzellensystem kann dadurch entsprechend effizient betrieben werden. Es ist jedoch günstig, den Verdampfer bei einem Betrieb des Brennstoffzellensystems unter etwa 300°C zu verwenden, insbesondere bei einem Abschaltvorgang. Weiterhin kann der Brennstoff durch den Brennstoffeinlass oder den Brennstoffinjektor bereits zerstäubt in den Reformer injiziert werden. Dadurch kann der Reformierungsvorgang effizient durchgeführt werden. Der beschriebene Einspritzvorgang mittels des Brennstoffeinlasses wird vorzugsweise während des Ausschaltvorgangs des Brennstoffzellensystems durchgeführt. In experiments within the scope of the present invention it has also been found that it can be advantageous if in the fuel cell system upstream of the reformer an evaporator for evaporating the fuel and a separate fuel inlet for supplying the evaporator, in particular for preferably direct injection , of fuel are arranged in the reformer, wherein the fuel for partially reforming the fuel in the reformer is supplied to the reformer through the fuel inlet. The evaporator can also be arranged upstream of the afterburner or upstream of the fuel cell stack. The fuel is preferably injected into the reformer, for which purpose the fuel inlet is designed in particular as a fuel injector. However, the fuel can also be sprayed or pumped into the reformer, for which purpose the fuel inlet is designed for the introduction of gaseous fuel. Particularly preferably, however, the fuel is injected directly into the reformer by a fuel injector. Direct injection of the fuel by means of the fuel injector means that further operation of the evaporator can be dispensed with. This saves the energy required to operate the evaporator. The fuel cell system can thus be operated efficiently. However, it is advantageous to use the evaporator when the fuel cell system is operating below about 300 ° C., in particular when it is switched off. Furthermore, the fuel can already be atomized and injected into the reformer through the fuel inlet or the fuel injector. This enables the reforming process to be carried out efficiently. The described injection process by means of the fuel inlet is preferably carried out during the switch-off process of the fuel cell system.

[0022] Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren eine Temperatur im Brennstoffzellensystem, insbesondere eine Temperatur am Brennstoffzellenstapel, ermittelt wird, wobei der Anodenabschnitt mit sauerstoffhaltigem Gas gespült wird, sobald die ermittelte Temperatur unter einem vordefinierten Schwellenwert, insbesondere unter 400°C, bevorzugt unter 300°C, liegt. Diese Schwellenwerte sind insbesondere für Feststoffoxidbrennstoffzellen relevant. Dadurch kann der erfindungsgemäße Kühlvorgang, bei welchem der teilweise reformierte Brennstoff verwendet wird, mit einem konventionellen Kühlvorgang, bei welchem sauerstoffhaltiges Fluid als Spül- bzw. Kühlmittel verwendet wird, auf einfache und sichere Weise kombiniert werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass der Anodenabschnitt bei Temperaturen unterhalb von ca. 300°C, wenn Kohlenmonoxid Nickel-Carbonyl bildet bzw. bilden würde, relativ gefahrlos mit sauerstoffhaltigem Fluid, beispielsweise Luft, gespült und dadurch entsprechend gekühlt werden kann. Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, dass bei Feststoffoxidbrennstoffzellen, welche Metall umfassen, mehr Oxidation toleriert werden oder ein Schwellenwert höher sein kann als bei technologisch anders ausgebildeten Brennstoffzellen. Grundsätzlich scheint ein Temperaturbereich, in welchem eine Oxidation ohne mechanische Schädigung oder Leistungsverminderung auftritt, zwischen etwa 300°C und 500°C zu liegen. Dieser Temperaturbereich ist jedoch von der Ausbildung des Brennstoffzellenstapels abhängig. In addition, it can be advantageous that, in a method according to the invention, a temperature in the fuel cell system, in particular a temperature on the fuel cell stack, is determined, the anode section being flushed with oxygen-containing gas as soon as the determined temperature is below a predefined threshold value, in particular below 400 ° C, preferably below 300 ° C. These threshold values are particularly relevant for solid oxide fuel cells. As a result, the cooling process according to the invention, in which the partially reformed fuel is used, can be combined in a simple and safe manner with a conventional cooling process in which oxygen-containing fluid is used as a flushing or coolant. In the context of the present invention, it was recognized that the anode section can be rinsed relatively safely with oxygen-containing fluid, for example air, and thus cooled accordingly at temperatures below approx. 300 ° C, if carbon monoxide forms or would form nickel carbonyl. In the context of the invention it has been found that in solid oxide fuel cells which comprise metal, more oxidation can be tolerated or a threshold value can be higher than in the case of technologically different fuel cells. Basically, a temperature range in which oxidation occurs without mechanical damage or loss of performance appears to be between about 300 ° C and 500 ° C. However, this temperature range is dependent on the design of the fuel cell stack.

[0023] Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ein Wassergehalt im und/oder am Anodenabschnitt ermittelt wird, und abhängig vom ermittelten Wassergehalt der vordefinierte Schwellenwert festgelegt wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass ein Spülen bzw. Kühlen mit Luft abhängig vom Wassergehalt im und/oder am Anodenabschnitt bzw. einem Feuchtigkeitsgehalt im und/oder am Anodenabschnitt auch bei Temperaturen über 300°C von Vorteil sein kann. Grundsätzlich ist möglichst sicherzustellen, dass eine Zersetzung von Kohlenstoff von unverbranntem Brennstoff im Brennstoffzellensystem verhindert wird. Dies ist bei höheren Temperaturen, beispielsweise über 300°C, besser möglich als bei niedrigeren Temperaturen. Bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass das Risiko einer Kohlenstoffzersetzung stark von einem Wasser-Furthermore, it can be advantageous that, in a method according to the invention, a water content is determined in and / or on the anode section, and the predefined threshold value is established as a function of the determined water content. In the context of the present invention, it was found that purging or cooling with air, depending on the water content in and / or on the anode section or a moisture content in and / or on the anode section, can also be advantageous at temperatures above 300 ° C. Basically, it must be ensured, as far as possible, that the decomposition of carbon from unburned fuel in the fuel cell system is prevented. This is better possible at higher temperatures, for example above 300 ° C., than at lower temperatures. In experiments within the scope of the present invention it has been found that the risk of carbon decomposition depends largely on a water

gehalt bzw. einem Feuchtigkeitsgehalt im Anodenabschnitt, beispielsweise in Anodenkanälen, abhängt. Demnach kann unter Berücksichtigung des Wassergehalts im und/oder am Anodenabschnitt als eine Art Kompromiss bereits bei Temperaturen über 300°C mit einem Spülen des Anodenabschnitts mit sauerstoffhaltigem Fluid begonnen werden, um eine Beschädigung oder Zerstörung des Anodenabschnitts bzw. des Brennstoffzellenstapels zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Um eine Rußbildung insbesondere bei Temperaturen unter 300°C zu verhindern, ist ein Verhältnis zwischen Kohlenstoff, insbesondere Kohlenstoffmonoxyd, und Wasser entscheidend. Der Schwellenwert kann erfindungsgemäß dynamisch festgelegt werden. D.h., der Schwellenwert kann bei verschiedenen Betriebszuständen des Brennstoffzellensystems unterschiedlich festgelegt werden. Dadurch kann das Brennstoffzellensystem besonders zuverlässig und sicher betrieben werden. content or a moisture content in the anode section, for example in anode channels, depends. Accordingly, taking into account the water content in and / or on the anode section, as a kind of compromise, flushing of the anode section with oxygen-containing fluid can be started at temperatures above 300 ° C in order to prevent or at least to prevent damage or destruction of the anode section or the fuel cell stack to reduce. In order to prevent soot formation, especially at temperatures below 300 ° C, a ratio between carbon, especially carbon monoxide, and water is crucial. According to the invention, the threshold value can be set dynamically. That is, the threshold value can be set differently for different operating states of the fuel cell system. As a result, the fuel cell system can be operated particularly reliably and safely.

[0024] Bei einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Verfahren als Brennstoff Methan verwendet wird. Methan hat sich bei verschiedenen Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaftes Ausgangsmaterial für den erfindungsgemäßen Kühlvorgang erwiesen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Methan beschränkt. Neben Methan können auch Brennstoffe wie Ethanol oder Diesel verwendet werden. In a further embodiment of the present invention, it is possible that methane is used as fuel in a method. Methane has proven to be an advantageous starting material for the cooling process according to the invention in various experiments within the scope of the present invention. However, the invention is not limited to methane. In addition to methane, fuels such as ethanol or diesel can also be used.

[0025] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels in einem Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind. Das Computerprogrammprodukt ist zum Durchführen eines wie vorstehend im Detail beschriebenen Verfahrens konfiguriert und ausgestaltet. Das Computerprogrammprodukt kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogrammprodukt kann auf einer computerlesbaren Speichereinheit (Datendisk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nichtflüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie eine Steuereinheit derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogrammprodukt in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden bzw. sein, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann. Das Computerprogrammprodukt kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d.h. in Hardware, oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden bzw. sein. According to a further aspect of the present invention, a computer program product for cooling a fuel cell stack in a fuel cell system is provided. A computer program product according to the invention thus has the same advantages as have been described in detail with reference to the method according to the invention. The computer program product is configured and designed to carry out a method as described in detail above. The computer program product can be implemented as computer-readable instruction code in any suitable programming language such as, for example, JAVA, C ++, etc. The computer program product can be stored on a computer-readable storage unit (data disc, removable drive, volatile or non-volatile memory, built-in memory / processor, etc.). The instruction code can program a computer or other programmable device such as a control unit to perform the desired functions. Furthermore, the computer program product can be made available or be in a network such as the Internet, from which it can be downloaded by a user if necessary. The computer program product can be used both by means of a computer program, i. software, as well as by means of one or more special electronic circuits, i.e. in hardware, or in any hybrid form, i.e. by means of software components and hardware components.

[0026] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Speichereinheit bereitgestellt, auf welcher ein wie vorstehend beschriebenes Computerprogrammprodukt gespeichert ist. Außerdem wird eine Steuereinheit für ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt, wobei die Steuereinheit, insbesondere mittels eines wie vorstehend beschriebenen Computerprogrammprodukts, zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens konfiguriert und ausgestaltet ist. Damit bringen die erfindungsgemäße Speichereinheit sowie die erfindungsgemäße Steuereinheit die gleichen Vorteile mit sich, wie sie vorstehend ausführlich beschrieben worden sind. Die Steuereinheit kann in Form eines Fahrzeug-Steuergeräts ausgestaltet sein. According to a further aspect of the present invention, a memory unit is provided on which a computer program product as described above is stored. In addition, a control unit for a fuel cell system is provided, the control unit being configured and designed, in particular by means of a computer program product as described above, to carry out the method described above. The memory unit according to the invention and the control unit according to the invention thus bring the same advantages as have been described in detail above. The control unit can be designed in the form of a vehicle control device.

[0027] Weiterhin wird ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt, das einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt, einen Reformer zum Reformieren von Brennstoff, wobei zwischen dem Reformer und dem Anodenabschnitt eine fluidkommunizierende Verbindung ausgestaltet ist, einen Abgasbrenner zum Verbrennen von Anodenabgas und/oder Kathodenabgas, und eine wie vorstehend beschriebene Steuereinheit zum Durchführen des eingangs beschriebenen Verfahrens, aufweist. Das Brennstoffzellensystem ist vorzugsweise als SOFC-System ausgestaltet. Das Brennstoffzellensystem ist ferner für die Verwendung im mobilen Einsatz ausgelegt. Furthermore, a fuel cell system is provided which has a fuel cell stack with an anode section and a cathode section, a reformer for reforming fuel, a fluid-communicating connection being configured between the reformer and the anode section, an exhaust gas burner for burning anode exhaust gas and / or Cathode exhaust gas, and a control unit as described above for performing the method described above. The fuel cell system is preferably designed as an SOFC system. The fuel cell system is also designed for use in mobile use.

[0028] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug mit einem wie vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt. Damit bringt auch According to a further aspect of the present invention, a vehicle with a fuel cell system as described above is provided. That also brings

ein erfindungsgemäßes Fahrzeug die vorstehend beschriebenen Vorteile mit sich. Das Fahrzeug weist vorzugsweise eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben bzw. Beschleunigen des Fahrzeugs auf, wobei das Brennstoffzellensystem für eine Stromversorgung der Antriebsvorrichtung angeordnet und ausgestaltet ist. Unter dem Fahrzeug ist vorzugsweise ein Kraftfahrzeug wie ein Personenkraftfahrzeug oder ein Lastkraftfahrzeug zu verstehen. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann unter dem Fahrzeug nicht nur ein Straßenfahrzeug, sondern auch ein Schienenfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeug verstanden werden. Das Fahrzeug kann sogar als Roboter verstanden werden, welcher durch das in Rede stehende Brennstoffzellensystem mit Energie bzw. Strom versorgt wird. a vehicle according to the invention has the advantages described above. The vehicle preferably has a drive device for driving or accelerating the vehicle, the fuel cell system being arranged and configured for a power supply to the drive device. The vehicle is preferably to be understood as a motor vehicle such as a passenger vehicle or a truck. However, the invention is not limited to this. Thus, the vehicle can be understood to mean not only a road vehicle, but also a rail vehicle, a watercraft or an aircraft. The vehicle can even be understood as a robot which is supplied with energy or electricity by the fuel cell system in question.

[0029] Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen jeweils schematisch: Further measures improving the invention emerge from the following description of various exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. They each show schematically:

[0030] Figur 1 ein Blockschaltbild zum Darstellen eines Brennstoffzellensystems mit einer Steuereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Steuereinheit eine Speichereinheit und ein darauf gespeichertes Computerprogrammprodukt aufweist, FIG. 1 shows a block diagram to illustrate a fuel cell system with a control unit according to a first embodiment of the present invention, the control unit having a memory unit and a computer program product stored thereon,

[0031] Figur 2 ein Blockschaltbild zum Darstellen eines Brennstoffzellensystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, FIG. 2 shows a block diagram to show a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention,

[0032] Figur 3 ein Ablaufdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, und FIG. 3 shows a flowchart for explaining a method according to an embodiment of the invention, and

[0033] Fig. 4 ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 4 shows a vehicle with a fuel cell system according to the first embodiment of the present invention.

[0034] Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Elements with the same function and mode of operation are each provided with the same reference numerals in FIGS. 1 to 4.

[0035] In Fig. 1 ist schematisch ein Brennstoffzellensystem 100a in Form eines SOFC-Systems gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 100a weist einen Brennstoffzellenstapel 10 mit einem Anodenabschnitt 11 und einem Kathodenabschnitt 12 auf. Das Brennstoffzellensystem 100a weist ferner einen Reformer 20 zum Reformieren von Brennstoff, vorliegend flüssiger Brennstoff, auf. Zwischen dem Reformer 20 und dem Anodenabschnitt 11 ist eine fluidkommunizierende Verbindung ausgestaltet, durch welche zumindest teilweise reformierter Brennstoff vom Reformer 20 zum Anodenabschnitt 11 geleitet werden kann. Das Brennstoffzellensystem 100a weist außerdem einen Abgasbrenner 30 zum Verbrennen von Anodenabgas und/oder Kathodenabgas auf. Der Abgasbrenner 30 ist vorliegend ringförmig um den Reformer 20 herum angeordnet. In Fig. 1, a fuel cell system 100a is shown schematically in the form of an SOFC system according to a first embodiment. The fuel cell system 100a has a fuel cell stack 10 with an anode section 11 and a cathode section 12. The fuel cell system 100a also has a reformer 20 for reforming fuel, in the present case liquid fuel. A fluid-communicating connection through which at least partially reformed fuel can be conducted from the reformer 20 to the anode section 11 is configured between the reformer 20 and the anode section 11. The fuel cell system 100a also has an exhaust gas burner 30 for burning anode exhaust gas and / or cathode exhaust gas. The exhaust gas burner 30 is in the present case arranged in a ring around the reformer 20.

[0036] Stromaufwärts des Reformers 20 ist ein Verdampfer 40 zum Verdampfen des Brennstoffs angeordnet. D.h., über den Verdampfer 40 kann verdampfter Brennstoff zum Reformer 20 geleitet werden. Stromaufwärts des Verdampfers 40 ist ein Brennstofftank 80 angeordnet, durch welchen der Verdampfer 40 mit Brennstoff versorgt werden kann. Dies kann über eine erste Brennstoffpumpe P1 bewerkstelligt werden. Das Brennstoffzellensystem 100a weist ferner einen Startbrenner 50 für einen Startvorgang des Brennstoffzellensystems 100a auf. Alternativ kann auch der Abgasbrenner 30 selbst als Startbrenner genutzt werden. Der Startbrenner 50 steht sowohl mit dem Brennstofftank 80 als auch mit dem Abgasbrenner 30 in einer fluidkommunizierenden Verbindung. Brennstoff aus dem Brennstofftank 80 kann dem Startbrenner 50 über eine zweite Brennstoffpumpe P2 zugeführt werden. Bei einem Startvorgang des Brennstoffzellensystems 100a können der Abgasbrenner 30 und somit auch der Reformer 20 durch verbrannten Brennstoff im Startbrenner 50 auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Für die Verbrennung im Startbrenner 50 kann diesem Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Fluid zugeführt werden. Dies kann durch ein Gebläse 70 des Brennstoffzellensystems 100a realisiert werden. Das Gebläse 70 ist zudem für einen Sauerstofftransport zum Kathodenabschnitt 12 des Brennstoffzellenstapels 10 angeordnet und konfiguriert. Durch entsprechende Stellung eines Ventils V1 kann die Luft durch das Gebläse 70 zum Startbrenner 50 und/oder zum Kathodenabschnitt 12 gefördert An evaporator 40 for evaporating the fuel is arranged upstream of the reformer 20. That is to say, evaporated fuel can be conducted to the reformer 20 via the evaporator 40. A fuel tank 80, through which the evaporator 40 can be supplied with fuel, is arranged upstream of the evaporator 40. This can be done via a first fuel pump P1. The fuel cell system 100a furthermore has a starting burner 50 for a starting process of the fuel cell system 100a. Alternatively, the exhaust gas burner 30 itself can also be used as a starter burner. The starting burner 50 is in a fluid-communicating connection both with the fuel tank 80 and with the exhaust gas burner 30. Fuel from the fuel tank 80 can be fed to the starting burner 50 via a second fuel pump P2. When the fuel cell system 100a is started, the exhaust gas burner 30 and thus also the reformer 20 can be brought to the desired temperature by means of burned fuel in the starting burner 50. For the combustion in the starting burner 50, air or another oxygen-containing fluid can be supplied to it. This can be implemented by a fan 70 of the fuel cell system 100a. The fan 70 is also arranged and configured for transporting oxygen to the cathode section 12 of the fuel cell stack 10. By appropriately setting a valve V1, the air can be conveyed by the blower 70 to the starting burner 50 and / or to the cathode section 12

werden. will.

[0037] Es ist ein weiteres Ventil V2 vorgesehen, über dessen Stellung Luft durch das Gebläse 70 zum Reformer 20 gefördert wird. Durch eine Zuführung von Luft zum Reformer 20 kann dort eine exotherme Reaktion stattfinden, welche Wärme freisetzt und dadurch eine Reformertemperatur erhöht oder reguliert. Gemäß Fig. 1 durch dasselbe Gebläse 70 gefördert wie die Luft, welche von diesem zum Startbrenner 50 und/oder zum Kathodenabschnitt 12 gefördert wird. Hierfür wird die Leitung stromabwärts des Gebläses 70 in drei Teilleitungen geteilt, wobei in einer ersten Teilleitung das weitere Ventil V2 und in einer zweiten Teilleitung das Ventil V1 angeordnet ist. Grundsätzlich können jedoch auch zwei oder mehr Gebläse 70 vorgesehen sein, welche Luft in jeweils eine Leitung fördern. In Fig. 1 ist auch gezeigt, dass Luft über eine Stellung des weiteren Ventils V2 stromaufwärts des Reformers 20 und stromabwärts des Verdampfers 40 einer Leitung zugeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass diese Luft direkt oder über eine eigene Leitung in den Reformer 20 eingeführt oder eingespritzt wird. Another valve V2 is provided, via the position of which air is conveyed to the reformer 20 by the fan 70. By supplying air to the reformer 20, an exothermic reaction can take place there, which releases heat and thereby increases or regulates a reformer temperature. According to FIG. 1, conveyed by the same fan 70 as the air which is conveyed by this to the starting burner 50 and / or to the cathode section 12. For this purpose, the line downstream of the fan 70 is divided into three partial lines, the further valve V2 being arranged in a first partial line and the valve V1 being arranged in a second partial line. In principle, however, two or more fans 70 can also be provided, which convey air into one line each. 1 also shows that air is fed to a line via a position of the further valve V2 upstream of the reformer 20 and downstream of the evaporator 40. However, it can also be provided that this air is introduced or injected into the reformer 20 directly or via its own line.

[0038] Das Brennstoffzellensystem 100a gemäß Fig. 1 weist ferner einen Wärmetauscher 60 auf, der zum Erhitzen der Luft bzw. eines entsprechenden Kathodenzuführgases mittels Abgases aus dem Abgasbrenner 30 stromabwärts des Abgasbrenners 30 und stromaufwärts des Kathodenabschnitts 12 angeordnet ist. Dabei sind eine Kathodengaszuführleitung und eine AbgasbrennerAbgasleitung fluidtechnisch getrennt voneinander angeordnet. Das verbrannte Abgas aus dem Abgasbrenner 30 wird über den Wärmetauscher 60 zum Verdampfer 40 und von dort aus dem Brennstoffzellensystem 100a heraus geleitet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das verbrannte Abgas aus dem Abgasbrenner 30 zuerst zum Verdampfer 40 und anschließend zum Wärmetauscher 60 geleitet wird, bevor dieses aus dem Brennstoffzellensystem 100a heraus geleitet wird (nicht dargestellt in Fig. 1). Eine solche Vertauschung des Verdampfers 40 mit dem Wärmetauscher 60 in einer Darstellung gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 ist grundsätzlich bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsvarianten möglich. The fuel cell system 100a according to FIG. 1 also has a heat exchanger 60 which is arranged downstream of the exhaust gas burner 30 and upstream of the cathode section 12 for heating the air or a corresponding cathode feed gas by means of exhaust gas from the exhaust gas burner 30. A cathode gas supply line and an exhaust gas burner exhaust line are fluidly arranged separately from one another. The burned exhaust gas from the exhaust gas burner 30 is conducted via the heat exchanger 60 to the evaporator 40 and from there out of the fuel cell system 100a. However, it can also be provided that the burned exhaust gas from the exhaust gas burner 30 is first passed to the evaporator 40 and then to the heat exchanger 60 before it is passed out of the fuel cell system 100a (not shown in FIG. 1). Such an interchanging of the evaporator 40 with the heat exchanger 60 in a representation according to FIG. 1 or FIG. 2 is possible in principle in all embodiment variants according to the invention.

[0039] Das in Fig. 1 dargestellte Brennstoffzellensystem 100a weist außerdem eine Steuereinheit 1 auf. In der Steuereinheit 1 ist eine Speichereinheit 2 installiert, auf welcher ein Computerprogrammprodukt 3 gespeichert ist. Die Steuereinheit 1 und das Computerprogrammprodukt 3 sind zum Durchführen eines Verfahrens konfiguriert, das später mit Bezug auf Fig. 3 erläutert wird. The fuel cell system 100a shown in FIG. 1 also has a control unit 1. A memory unit 2 on which a computer program product 3 is stored is installed in the control unit 1. The control unit 1 and the computer program product 3 are configured to carry out a method which will be explained later with reference to FIG. 3.

[0040] In Fig. 2 ist ein Brennstoffzellensystem 100b gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 100b gemäß der zweiten Ausführungsform weist einen Brennstoffeinlass 90, welcher hier als Brennstoffinjektor ausgebildet ist, zum Einspritzen, insbesondere zum direkten Einspritzen, von Brennstoff in den Reformer 20 auf. Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der Brennstoff über einen nicht dargestellten Verdampfer in den Reformer 20 eingebracht wird, um diesen vor einem Einbringen in den Reformer 20 energiesparend zu verdampfen. Der Brennstoff kann auch bereits gasförmig im Brennstoffeinlass 90 vorliegen. Der übrige Aufbau entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des Brennstoffzellensystems 100a gemäß der ersten Ausführungsform. In Fig. 2, a fuel cell system 100b is shown according to a second embodiment. The fuel cell system 100b according to the second embodiment has a fuel inlet 90, which is designed here as a fuel injector, for injecting, in particular for direct injection, fuel into the reformer 20. It can also be advantageous if the fuel is introduced into the reformer 20 via an evaporator (not shown) in order to evaporate it in an energy-saving manner before it is introduced into the reformer 20. The fuel can also already be present in gaseous form in the fuel inlet 90. The rest of the structure essentially corresponds to the structure of the fuel cell system 100a according to the first embodiment.

[0041] Mit Bezug auf Fig. 3 wird anschließend ein Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels 10 in einem wie vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem 100a, 100b erläutert. With reference to FIG. 3, a method for cooling a fuel cell stack 10 in a fuel cell system 100a, 100b as described above is then explained.

[0042] In einem ersten Schritt S1 wird zunächst ein Ausschaltvorgang des Brennstoffzellensystems 100a, 100b aktiviert. In a first step S1, a switch-off process of the fuel cell system 100a, 100b is first activated.

[0043] In einem zweiten Schritt S2 wird dem Reformer 20 Brennstoff bzw. ein Brennstoffgemisch zugeführt. Dies kann bei einem Brennstoffzellensystem 100a gemäß der ersten Ausführungsform über den Verdampfer 40, oder bei einem Brennstoffzellensystem 100b gemäß der zweiten Ausführungsform über den Brennstoffeinlass 90, erfolgen. Hierbei sei darauf hinzuweisen, dass der Brennstoff während des Ausschaltvorgangs auch bei einem Brennstoffzellensystem 100b gemäß der zweiten Ausführungsform ergänzend oder vollständig über den Verdampfer 40 in den Reformer 20 eingebracht werden kann. Eine Temperatur des Reformers 20 kann dabei über eine Brennstoffmenge im Abgasbrenner 30 oder über eine Zuführung von Luft zum Reformer 20 reguliert werden. Wird Luft dem Reformer zugeführt, findet dort katalytische partielle Oxidation statt, In a second step S2 the reformer 20 fuel or a fuel mixture is supplied. In the case of a fuel cell system 100a according to the first embodiment, this can take place via the evaporator 40, or in the case of a fuel cell system 100b according to the second embodiment via the fuel inlet 90. It should be pointed out here that, even in the case of a fuel cell system 100b according to the second embodiment, the fuel can be introduced into the reformer 20 additionally or completely via the evaporator 40 during the switch-off process. A temperature of the reformer 20 can be regulated via an amount of fuel in the exhaust gas burner 30 or via a supply of air to the reformer 20. If air is fed to the reformer, catalytic partial oxidation takes place there,

welche Wärme erzeugt. Eine solche Zuführung von Luft wird über eine Stellung des weiteren Ventils V2 geregelt. Durch das weitere Ventil V2 kann eine Menge der zugeführten Luft insbesondere stufenlos eingestellt werden, wobei das weitere Ventil V2 eine Zuführung von Luft auch vollständig unterbinden kann. which generates heat. Such a supply of air is regulated via a position of the further valve V2. A quantity of the supplied air can in particular be adjusted continuously by means of the further valve V2, wherein the further valve V2 can also completely prevent the supply of air.

[0044] In einem dritten Schritt S3 wird der in den Reformer 20 eingebrachte Brennstoff während des Ausschaltvorgangs nur teilweise reformiert. Hierbei kann der Reformer 20 mittels des Abgasbrenners 30 oder über eine Zuführung von Luft auf einer vordefinierten Solltemperatur gehalten werden, bei welcher nur der gewünschte Teil des Brennstoffs reformiert wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass dem Abgasbrenner 30 vom Startbrenner 50 Wärme zugeführt wird. Dem Abgasbrenner 30 wird hierbei weniger (oder gar kein) Sauerstoff zugeführt als während eines Normalbetriebs und/oder während eines Startvorgangs des Brennstoffzellensystems 100a, 100b. Die dem Abgasbrenner 30 zugeführte Luft- und somit auch Sauerstoffmenge wird grundsätzlich von der Temperatur des Reformers 20 geregelt, um einen gewünschten Lambda-Wert zu erreichen. In a third step S3, the fuel introduced into the reformer 20 is only partially reformed during the switch-off process. Here, the reformer 20 can be kept at a predefined target temperature by means of the exhaust gas burner 30 or by supplying air, at which only the desired part of the fuel is reformed. It can also be provided that the exhaust gas burner 30 is supplied with heat from the starter burner 50. The exhaust gas burner 30 is fed less (or no) oxygen than during normal operation and / or during a starting process of the fuel cell system 100a, 100b. The amount of air and thus also the amount of oxygen supplied to the exhaust gas burner 30 is basically regulated by the temperature of the reformer 20 in order to achieve a desired lambda value.

[0045] Danach wird in einem vierten Schritt S4 der teilweise reformierte Brennstoff dem Anodenabschnitt 11 zugeführt. Anschließend wird Abgas zumindest teilweise dem Abgasbrenner 30 zugeführt. In einem fünften Schritt S5 wird eine Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 ermittelt. Sobald die ermittelte Temperatur unter einem vordefinierten Schwellenwert, beispielsweise unter 400°C oder unter 300°C, liegt, wird die Reformierung des Brennstoffs unmittelbar oder nach einer vorbestimmten Zeitspanne gemäß einem sechsten Schritt S6 beendet und der Anodenabschnitt 11 wird gemäß einem siebten Schritt S7 mit sauerstoffhaltigem Gas, insbesondere mit Luft, gespült. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform können hierbei ein Wassergehalt im und/oder am Anodenabschnitt 11 ermittelt und der vordefinierte Schwellenwert abhängig vom ermittelten Wassergehalt festgelegt werden. Then, in a fourth step S4, the partially reformed fuel is fed to the anode section 11. Exhaust gas is then at least partially fed to the exhaust gas burner 30. In a fifth step S5, a temperature of the fuel cell stack 10 is determined. As soon as the determined temperature is below a predefined threshold value, for example below 400 ° C or below 300 ° C, the reforming of the fuel is ended immediately or after a predetermined period of time in accordance with a sixth step S6 and the anode section 11 is terminated in accordance with a seventh step S7 oxygen-containing gas, especially with air. In an embodiment not shown, a water content in and / or on the anode section 11 can be determined and the predefined threshold value can be determined as a function of the determined water content.

[0046] Die in Fig. 3 dargestellten Schritte können nacheinander und/oder zumindest teilweise miteinander durchgeführt werden. Außerdem sind nicht alle in Fig. 3 dargestellten Schritte zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendig. So kann beispielsweise auf Schritt S1 verzichtet werden, wenn das Verfahren nicht im Rahmen eines Ausschaltvorgangs eines Brennstoffzellensystems 100a, 100b durchgeführt werden soll. The steps shown in FIG. 3 can be carried out one after the other and / or at least partially with one another. In addition, not all of the steps shown in FIG. 3 are necessary for carrying out the method according to the invention. For example, step S1 can be dispensed with if the method is not to be carried out as part of a shutdown process of a fuel cell system 100a, 100b.

[0047] In Fig. 4 ist ein Fahrzeug 1000 mit einem Brennstoffzellensystem 100 gemäß der ersten Ausführungsform 100a dargestellt. Wie in Fig. 4 zu erkennen, wird das Brennstoffzellensystem 100a durch eine Steuereinheit 1, die Teil eines Bordcomputers des Fahrzeugs 1000 ist, gesteuert. Die Steuereinheit 1 kann, wie in Fig. 4 dargestellt, separat zum Brennstoffzellensystem 100a bereitgestellt sein, oder zumindest teilweise Bestandteil eines Brennstoffzellensystems 100a, 100b sein. In Fig. 4, a vehicle 1000 with a fuel cell system 100 according to the first embodiment 100a is shown. As can be seen in FIG. 4, the fuel cell system 100a is controlled by a control unit 1, which is part of an on-board computer of the vehicle 1000. The control unit 1 can, as shown in FIG. 4, be provided separately from the fuel cell system 100a, or it can be at least partially part of a fuel cell system 100a, 100b.

[0048] Neben den dargestellten Ausführungsformen lässt die Erfindung auch noch weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D.h., die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. In addition to the illustrated embodiments, the invention also allows further design principles. That is to say, the invention is not restricted to the exemplary embodiments shown.

BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST

10 11 12 20 30 40 50 60 70 80 90 10 11 12 20 30 40 50 60 70 80 90

100a, 100a,

1000 1000

P1 P1

P2 P2

V1 V2 V1 V2

Steuereinheit Speichereinheit Computerprogrammprodukt Control unit storage unit computer program product

Brennstoffzellenstapel Anodenabschnitt Kathodenabschnitt Reformer Abgasbrenner Verdampfer Startbrenner Wärmetauscher Gebläse Brennstofftank Brennstoffeinlass Fuel cell stack Anode section Cathode section Reformer Exhaust gas burner Evaporator Start burner Heat exchanger Fan Fuel tank Fuel inlet

100b Brennstoffzellensystem Fahrzeug 100b fuel cell system vehicle

erste Brennstoffpumpe zweite Brennstoffpumpe first fuel pump second fuel pump

Ventil Ventil Valve valve

AT 520 156 B1 2020-11-15 AT 520 156 B1 2020-11-15

Claims (14)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels (10) in einem Brennstoffzellensystem (100a; 100b), wobei der Brennstoffzellenstapel (10) einen Anodenabschnitt (11) und einen Kathodenabschnitt (12) aufweist und im Brennstoffzellensystem (100a; 100b) ein Reformer (20) zum Reformieren von Brennstoff für den Anodenabschnitt (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Brennstoff im Reformer (20) teilweise reformiert wird und der teilweise reformierte Brennstoff zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels (10) dem Anodenabschnitt (11) zugeführt wird. 1. A method for cooling a fuel cell stack (10) in a fuel cell system (100a; 100b), the fuel cell stack (10) having an anode section (11) and a cathode section (12) and a reformer (20) in the fuel cell system (100a; 100b) for reforming fuel is arranged for the anode section (11), characterized in that fuel is partially reformed in the reformer (20) and the partially reformed fuel is fed to the anode section (11) for cooling the fuel cell stack (10). 2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff im Reformer (20) während eines Ausschaltvorgangs des Brennstoffzellensystems (100a; 100b) teilweise reformiert wird und der teilweise reformierte Brennstoff dem Anodenabschnitt (11) während des Ausschaltvorgangs zugeführt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the fuel in the reformer (20) is partially reformed during a shutdown process of the fuel cell system (100a; 100b) and the partially reformed fuel is fed to the anode section (11) during the shutdown process. 3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Brennstoffzellensystem (100a) stromaufwärts des Reformers (20) ein Verdampfer (40) zum Verdampfen des Brennstoffs angeordnet ist, wobei der Brennstoff, insbesondere während des Ausschaltvorgangs des Brennstoffzellensystems (100a), durch den Verdampfer (40) verdampft wird und der verdampfte Brennstoff dem Reformer (20) zugeführt wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an evaporator (40) for evaporating the fuel is arranged in the fuel cell system (100a) upstream of the reformer (20), the fuel, in particular during the switch-off process of the fuel cell system (100a) , is evaporated by the evaporator (40) and the evaporated fuel is fed to the reformer (20). 4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Anodenabschnitts (11) ein Abgasbrenner (30) zum Verbrennen von Anodenabgas und/oder Kathodenabgas angeordnet ist, der mit dem Reformer (20) in thermischer Wirkverbindung steht, wobei der Reformer (20) mittels des Abgasbrenners (30) auf einer vordefinierten Solltemperatur gehalten wird, bei welcher nur ein vordefinierter Teil des Brennstoffs reformiert wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that downstream of the anode section (11) an exhaust gas burner (30) for burning anode exhaust gas and / or cathode exhaust gas is arranged, which is in thermal active connection with the reformer (20), the reformer (20) is kept at a predefined target temperature by means of the exhaust gas burner (30), at which only a predefined part of the fuel is reformed. 5. Verfahren nach Anspruch 4, 5. The method according to claim 4, dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that der Brennstoff im Reformer (20) während eines Ausschaltvorgangs des Brennstoffzellensystems (100a; 100b) teilweise reformiert wird und der teilweise reformierte Brennstoff dem Anodenabschnitt (11) während des Ausschaltvorgangs zugeführt wird, wobei dem Abgasbrenner (30) während des Ausschaltvorgangs weniger Sauerstoff zugeführt wird als während eines Normalbetriebs und/oder während eines Startvorgangs des Brennstoffzellensystems (100a; 100b). the fuel in the reformer (20) is partially reformed during a shutdown process of the fuel cell system (100a; 100b) and the partially reformed fuel is supplied to the anode section (11) during the shutdown process, the exhaust gas burner (30) being supplied with less oxygen than during the shutdown process during normal operation and / or during a starting process of the fuel cell system (100a; 100b). 6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims, dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that in dem Brennstoffzellensystem (100b) stromaufwärts des Reformers (20) ein Verdampfer (40) zum Verdampfen des Brennstoffs sowie ein separat zum Verdampfer (40) angeordneter Brennstoffeinlass (90) zum Zuführen, insbesondere zum Einspritzen, von Brennstoff in den Reformer (20) angeordnet sind, wobei der Brennstoff für das teilweise Reformieren des Brennstoffs im Reformer (20) durch den Brennstoffeinlass (90) dem Reformer (20) zugeführt wird. In the fuel cell system (100b) upstream of the reformer (20) an evaporator (40) for evaporating the fuel and a fuel inlet (90) arranged separately from the evaporator (40) for feeding, in particular for injecting, fuel into the reformer (20) are arranged are, wherein the fuel for the partial reforming of the fuel in the reformer (20) is fed through the fuel inlet (90) to the reformer (20). 7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur im Brennstoffzellensystem (100a; 100b), insbesondere eine Temperatur am Brennstoffzellenstapel (10), ermittelt wird, wobei der Anodenabschnitt (11) mit sauerstoffhaltigem Gas gespült wird, sobald die ermittelte Temperatur unter einem vordefinierten Schwellenwert, insbesondere unter 400°C, bevorzugt unter 300°C, liegt. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a temperature in the fuel cell system (100a; 100b), in particular a temperature on the fuel cell stack (10), is determined, the anode section (11) being flushed with oxygen-containing gas as soon as the determined Temperature is below a predefined threshold value, in particular below 400 ° C, preferably below 300 ° C. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wassergehalt im und/oder am Anodenabschnitt (11) ermittelt wird, und abhängig vom ermittelten Wassergehalt der vordefinierte Schwellenwert festgelegt wird. 8. The method according to claim 7, characterized in that a water content is determined in and / or on the anode section (11), and the predefined threshold value is established as a function of the determined water content. 9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff Methan verwendet wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that methane is used as fuel. 10. Computerprogrammprodukt (3) zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels (20) in einem Brennstoffzellensystem (100a; 100b), wobei das Computerprogrammprodukt (3) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche konfiguriert und ausgestaltet ist. 10. Computer program product (3) for cooling a fuel cell stack (20) in a fuel cell system (100a; 100b), wherein the computer program product (3) is configured and designed to carry out a method according to one of the preceding claims. 11. Speichereinheit (2), auf welcher ein Computerprogrammprodukt (2) nach Anspruch (10) gespeichert ist. 11. Storage unit (2) on which a computer program product (2) according to claim (10) is stored. 12. Steuereinheit (1) für ein Brennstoffzellensystem (100a; 100b), wobei die Steuereinheit (1), insbesondere mittels eines Computerprogrammprodukts (3) nach Anspruch 10, zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 konfiguriert und ausgestaltet ist. 12. Control unit (1) for a fuel cell system (100a; 100b), wherein the control unit (1), in particular by means of a computer program product (3) according to claim 10, is configured and designed to carry out a method according to one of claims 1 to 9. 13. Brennstoffzellensystem (100a; 100b) mit einem Brennstoffzellenstapel (10), der einen Anodenabschnitt (11) und einen Kathodenabschnitt (12) aufweist, einem Reformer (20) zum Reformieren von Brennstoff, wobei zwischen dem Reformer (20) und dem Anodenabschnitt (11) eine fluidkommunizierende Verbindung ausgestaltet ist, einem Abgasbrenner (30) zum Verbrennen von Anodenabgas und/oder Kathodenabgas, und einer Steuereinheit (1) nach Anspruch 12 zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9. 13. Fuel cell system (100a; 100b) with a fuel cell stack (10) which has an anode section (11) and a cathode section (12), a reformer (20) for reforming fuel, wherein between the reformer (20) and the anode section ( 11) a fluid-communicating connection is configured, an exhaust gas burner (30) for burning anode exhaust gas and / or cathode exhaust gas, and a control unit (1) according to claim 12 for performing a method according to one of claims 1 to 9. 14. Fahrzeug (1000) mit einem Brennstoffzellensystem (100a; 100b) nach Anspruch 13. 14. Vehicle (1000) with a fuel cell system (100a; 100b) according to claim 13. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen In addition 3 sheets of drawings
ATA50543/2017A 2017-07-03 2017-07-03 Method for cooling a fuel cell stack with partially reformed fuel AT520156B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50543/2017A AT520156B1 (en) 2017-07-03 2017-07-03 Method for cooling a fuel cell stack with partially reformed fuel
DE102018210930.3A DE102018210930A1 (en) 2017-07-03 2018-07-03 A method of cooling a fuel cell stack with partially reformed fuel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50543/2017A AT520156B1 (en) 2017-07-03 2017-07-03 Method for cooling a fuel cell stack with partially reformed fuel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT520156A1 AT520156A1 (en) 2019-01-15
AT520156B1 true AT520156B1 (en) 2020-11-15

Family

ID=64662072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA50543/2017A AT520156B1 (en) 2017-07-03 2017-07-03 Method for cooling a fuel cell stack with partially reformed fuel

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT520156B1 (en)
DE (1) DE102018210930A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2604593B (en) * 2021-03-03 2024-01-24 Ceres Ip Co Ltd Fuel cell system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4965143A (en) * 1989-11-09 1990-10-23 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Shutdown method for fuel cell system
EP2246926A1 (en) * 2008-01-28 2010-11-03 JX Nippon Oil & Energy Corporation Indirect internally reforming solid oxide fuel cell and a method of stopping same
WO2013087428A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung System and method for operating solid oxide fuel cells

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK1743395T3 (en) 2004-04-15 2018-12-03 Versa Power Systems Ltd FUEL CELL DISCLOSURE WITH STEAM RINSE
EP2044644B1 (en) 2006-06-29 2012-11-07 Ceres Intellectual Property Company Limited Steam reforming method for fuel cells
US20090253007A1 (en) 2008-04-04 2009-10-08 Mergler Christopher M Method and apparatus for anode oxidation prevention and cooling of a solid-oxide fuel cell stack
US20110123884A1 (en) 2009-11-24 2011-05-26 Adaptive Materials, Inc. Method for controlling a fuel cell system during shutdown

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4965143A (en) * 1989-11-09 1990-10-23 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Shutdown method for fuel cell system
EP2246926A1 (en) * 2008-01-28 2010-11-03 JX Nippon Oil & Energy Corporation Indirect internally reforming solid oxide fuel cell and a method of stopping same
WO2013087428A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung System and method for operating solid oxide fuel cells

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018210930A1 (en) 2019-01-03
AT520156A1 (en) 2019-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112005002853T5 (en) Fuel cell energy system and method and program for its storage state
DE102009060679A1 (en) Operating method for a fuel cell system
DE10062257B4 (en) Method for operating a fuel cell system
DE10147618A1 (en) Fuel cell system comprises a fuel cell stack, a steam reformer for reforming an organic fuel and for producing hydrogen for consumption through the stack, and a reactor for splitting methanol and producing hydrogen and hot waste gas
WO2018233945A1 (en) Fuel cell device having a humidification unit for humidifying fuel
EP1947723B1 (en) System for providing energy
DE102004011684A1 (en) Internal combustion engine with a fuel cell in an exhaust system
AT520156B1 (en) Method for cooling a fuel cell stack with partially reformed fuel
EP1921703A1 (en) Fuel cell system with means for preheating cathode air
DE102007019359A1 (en) Fuel cell system and associated starting method
DE10150386B4 (en) Method for switching off a fuel cell system and its use in a motor vehicle
EP1905510B1 (en) Fuel cell system and corresponding operating method
DE10257212A1 (en) Operating method for fuel cell system e.g. for automobile, using exhaust gas from catalytic burner of fuel cell system as purging gas for fuel cell anode space
DE102016214866B4 (en) Fuel cell cogeneration system, method for starting operation of the fuel cell cogeneration system and method for operating the fuel cell cogeneration system
WO2004007356A2 (en) Method for starting a gas generating system
DE10392729T5 (en) Fuel cell system of liquid fuel type and its operating method
EP1942537B1 (en) Fuel cell system including a regeneration arrangement for a reformer and method thereof
EP1693916B1 (en) Fuel cell preheater
AT520482B1 (en) Method for quickly heating up a fuel cell system
DE19961482A1 (en) Modifier for fuel battery, has heat exchanger that cools carbon monoxide reduction unit and exchanges heat with raw material circulation pipeline
DE102014115096A1 (en) SYSTEM FOR SUPPLYING A VEHICLE WITH ELECTRIC ENERGY
EP3646403B1 (en) Method for operating an sofc system with a supply of air in a starting phase
WO2019028487A1 (en) Fuel cell system having at least one high-temperature fuel cell
AT521901B1 (en) Method for heating a fuel cell system and fuel cell system
DE102009009666B4 (en) Fuel cell system and associated operating method