DE102007046056A1 - Verbesserung des Wasserübertragungswirkungsgrades in einem Membranbefeuchter durch Reduzierung einer Trockenlufteinlasstemperatur - Google Patents

Verbesserung des Wasserübertragungswirkungsgrades in einem Membranbefeuchter durch Reduzierung einer Trockenlufteinlasstemperatur Download PDF

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Abstract

Brennstoffzellensystem, das einen Wärmetauscher und einen Ladeluftkühler zur Reduzierung der Temperatur der Kathodeneinlassluft zu einem Brennstoffzellenstapel bei bestimmten Systembetriebsbedingungen verwendet, so dass die Kathodeneinlassluft in der Lage ist, mehr Feuchtigkeit in einer Wasserdampfübertragungseinheit zu absorbieren. Das System kann ein Ventil aufweisen, das den Wärmetauscher selektiv umgeht, wenn die Kathodeneinlassluft nicht gekühlt werden muss, um die Einlassfeuchteanforderungen zur erfüllen. Alternativ dazu kann der Ladeluftkühler durch eine Umgebungsluftströmung gekühlt werden.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft allgemein ein Brennstoffzellensystem, das eine Wasserdampfübertragungs-(WVT)-Einheit zur Steuerung der Feuchte von Kathodeneinlassluft zu einem Brennstoffzellenstapel verwendet, und insbesondere ein Brennstoffzellensystem, das eine WVT-Einheit zur Steuerung der Feuchte von Kathodeneinlassluft zu einem Brennstoffzellenstapel und einen Ladeluftkühler zur Steuerung der Temperatur der Kathodeneinlassluft verwendet.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen aufweist. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf, und die Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird an dem Anodenkatalysator aufgespalten, um freie Protonen und Elektronen zu erzeugen. Die Protonen gelangen durch den Elektrolyt an die Kathode. Die Protonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen an dem Kathodenkatalysator, um Wasser zu erzeugen. Die Elektronen von der Anode können nicht durch den Elektrolyt gelangen und werden somit durch eine Last geführt, in der sie Arbeit verrichten, bevor sie an die Kathode geliefert werden.
  • Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) stellen eine populäre Brennstoffzelle für Fahrzeuge dar. Die PEMFC weist allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran auf, wie beispielsweise eine Perfluorsulfonsäuremembran. Die Anode und die Kathode weisen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel auf, gewöhnlich Platin (Pt), die auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem Ionomer gemischt sind. Die katalytische Mischung wird auf entgegengesetzten Seiten der Membran aufgebracht. Die Kombination der katalytischen Anodenmischung, der katalytischen Kathodenmischung und der Membran definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA). MEAs sind relativ teuer herzustellen und erfordern bestimmte Bedingungen für einen effektiven Betrieb.
  • Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Beispielsweise kann ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug zweihundert oder mehr gestapelte Brennstoffzellen aufweisen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodeneingangsgas, typischerweise eine Strömung aus Luft auf, die durch einen Kompressor über den Stapel getrieben wird. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff von dem Stapel verbraucht, und ein Teil der Luft wird als ein Kathodenabgas ausgegeben, das Wasser als ein Stapelnebenprodukt enthalten kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffeingangsgas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
  • Der Brennstoffzellenstapel weist eine Serie von Bipolarplatten auf, die zwischen den verschiedenen MEAs in dem Stapel positioniert sind, wobei die Bipolarplatten und die MEAs zwischen zwei Endplatten positioniert sind. Die Bipolarplatten weisen eine Anodenseite und eine Kathodenseite für benachbarte Brennstoffzellen in dem Stapel auf. An der Anodenseite der Bipolarplatten sind Anodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Anodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. An der Kathodenseite der Bipolarplatten sind Kathodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Kathodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. Eine Endplatte weist Anodengasströmungskanäle auf, und die andere Endplatte weist Kathodengasströmungskanäle auf. Die Bipolarplatten und Endplatten bestehen aus einem leitenden Material, wie rostfreiem Stahl oder einem leitenden Komposit. Die Endplatten leiten die von den Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität aus dem Stapel heraus. Die Bipolarplatten weisen auch Strömungskanäle auf, durch die ein Kühlfluid strömt.
  • Wie es in der Technik gut bekannt ist, arbeiten Brennstoffzellenmembrane bei einer bestimmten relativen Feuchte (RF), so dass der Innenwiderstand über die Membran niedrig genug ist, um effektiv Protonen zu leiten. Die relative Feuchte des Kathodenauslassgases von dem Brennstoffzellenstapel wird typischerweise gesteuert, um die relative Feuchte der Membrane zu steuern, indem verschiedene Stapelbetriebsparameter gesteuert werden, wie Stapeldruck, Temperatur, Kathodenstöchiometrie und die relative Feuchte der Kathodenluft in den Stapel.
  • Wie oben erwähnt ist, wird Wasser als ein Nebenprodukt des Stapelbetriebs erzeugt. Daher weist das Kathodenabgas von dem Stapel Wasserdampf und flüssiges Wasser auf. In der Technik ist es bekannt, eine Wasserdampfübertragungs-(WVT)-Einheit zu verwenden, um einen Teil des Wassers in dem Kathodenabgas abzufangen und das Wasser dazu zu verwenden, die Kathodeneingangsluftströmung zu befeuchten. Wasser in dem Kathodenabgas auf einer Seite der Membran wird von der Membran absorbiert und an den Kathodenluftstrom auf der anderen Seite der Membran übertragen.
  • Wenn das Kathodenabgas eine relative Feuchte unterhalb von 100% besitzt, dann nimmt der Wasserübertragungswirkungsgrad der WVT-Einheit signifikant ab. Um diesen Verlust an Wasserübertragungswirkungsgrad auszugleichen, ist es typischerweise notwendig, die Größe der WVT-Einheit zu erhöhen, um die gewünschte Stapeleinlassfeuchte zu erreichen. Jedoch steigen, wenn die Größe der WVT-Einheit erhöht wird, die Kosten der WVT-Einheit signifikant. Auch könnten größere WVT-Einheiten Einbauprobleme in dem Brennstoffzellensystem aufweisen.
  • Die Kathodeneinlassluft wird von dem Kompressor erhitzt. In der Technik ist es bekannt, dass die Kathodeneinlassluft vor der Lieferung an die WVT-Einheit gekühlt werden kann, so dass die Kathodeneinlassluft sich bei der richtigen Temperatur zur Absorption von mehr Wasser und Wasserdampf befindet. Bei einem bekannten System wird das Stapelkühlfluid, das dazu verwendet wird, den Brennstoffzellenstapel zu kühlen, auch dazu verwendet, die Kathodeneinlassluft zu kühlen, so dass die Temperatur der Kathodeneinlassluft etwa gleich der Stapeltemperatur ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem offenbart, das einen Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher und einen Ladeluftkühler zur Reduzierung der Temperatur der Kathodeneinlassluft zu einem Brennstoffzellenstapel bei bestimmten Systembetriebsbedingungen verwendet, so dass die Kathodeneinlassluft in der Lage ist, mehr Feuchtigkeit in einer Wasserdampfübertragungseinheit zu absorbieren. Das Sys tem kann ein Ventil in einer Stapelkühlmittelschleife aufweisen, die den Wärmetauscher selektiv umgeht, wenn die Kathodeneinlassluft nicht gekühlt werden muss, um die Einlassfeuchteanforderungen zu erfüllen. Bei einer anderen Ausführungsform wird der Wärmetauscher weggelassen, und es wird ein Gas/Gas-Ladeluftkühler verwendet, der eine Luftströmung verwendet, um die Temperatur der Kathodeneinlassluft zu reduzieren. Der Ladeluftkühler kann einen Dämpfer aufweisen, der selektiv geöffnet und geschlossen werden kann, um zu steuern, wie viel Luftströmung für die Kühlung bereitgestellt wird. Zusätzlich kann ein zweiter Ladeluftkühler in dem System vorgesehen sein, der dazu dient, die Kathodeneinlassluft bei Kaltsystemstarts zu erwärmen.
  • Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems, das einen Kathodenladeluftkühler und einen Wärmetauscher zum Kühlen der Kathodeneinlassluft zu einem Brennstoffzellenstapel verwendet, so dass sie mehr Feuchte absorbieren kann, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems, das einen Ladeluftkühler zum Kühlen der Kathodeneinlassluft zu einem Brennstoffzellenstapel verwendet, so dass diese mehr Feuchte absor bieren kann, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems, das zwei Ladeluftkühler zum Kühlen der Kathodeneinlassluft zu einem Brennstoffzellenstapel verwendet, so dass diese mehr Feuchte absorbieren kann, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Brennstoffzellensystem gerichtet ist, das einen Ladeluftkühler zum Reduzieren der Temperatur der an einen Brennstoffzellenstapel gelieferten Kathodeneinlassluft bei bestimmten Systembetriebsbedingungen verwendet, so dass die Kathodeneinlassluft in der Lage ist, mehr Feuchte in einer Wasserdampfübertragungseinheit zu absorbieren, ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems 10, das einen Brennstoffzellenstapel 12 aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Kompressor 14 liefert einen komprimierten Kathodeneinlassluftstrom auf einer Kathodeneingangsleitung 16 abhängig von der Lastanforderung des Brennstoffzellenstapels 12. Die Kathodeneinlassluft von dem Kompressor 14 wird an einen Gas/Flüssigkeits-Ladeluftkühler (CAC) 18 geliefert, der die Kathodeneinlassluft kühlt, die infolge der Kompression der Luft in dem Kompressor 14 erhitzt worden ist. Der Fachmann erkennt leicht verschiedene Typen ge eigneter Ladeluftkühler, die die hier beschriebene Funktion ausführen können. Die gekühlte Kathodeneinlassluft von dem CAC 18 wird dann an eine WVT-Einheit 20 geliefert, die die Kathodeneinlassluft auf ein gewünschtes Feuchteniveau befeuchtet. Ein Kathodenabgas auf der Kathodenabgasleitung 22 liefert das Wasser und den Wasserdampf in der WVT-Einheit 20, um die Befeuchtung bereitzustellen. WVT-Einheiten, die geeignete Membrane verwenden, um die Kathodeneinlassluft auf diese Weise zu befeuchten, sind dem Fachmann gut bekannt, und es sind verschiedene Konstruktionen für die hier beschriebenen Zwecke geeignet. Die befeuchtete und hinsichtlich der Temperatur reduzierte Kathodeneinlassluft wird dann an den Brennstoffzellenstapel 12 auf der Kathodeneingangsleitung geliefert. Ein Temperatursensor 26 misst die Temperatur der Kathodeneinlassluft aus dem CAC 18, und ein Sensor 28 für relative Feuchte (RF) misst die relative Feuchte der Kathodeneinlassluft, die an den Brennstoffzellenstapel 12 angelegt wird. Alternativ dazu kann der RF-Sensor 28 durch einen Sensor ersetzt sein, der den Hochfrequenzwiderstand des Stapels 12 misst, wie es dem Fachmann gut bekannt ist.
  • Brennstoffzellensysteme weisen typischerweise ein Stapelkühlsubsystem auf, das ein Kühlfluid durch Kühlfluidströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel 12 treibt. Das Stapelkühlfluid strömt durch eine Kühlmittelschleife 32 außerhalb des Stapels 12. Das Kühlfluid wird durch die Kühlmittelschleife 32 und den Brennstoffzellenstapel 12 über eine Pumpe 34 gepumpt. Das erhitzte Kühlfluid von dem Brennstoffzellenstapel 12 wird durch einen Kühler 36 gekühlt, bevor es an den Stapel 12 zurückgeführt wird, um Abwärme zu sammeln. Der Kühler 36 ist typischerweise Teil eines Kühlersubsystems, das ein Kühlgebläse (nicht gezeigt) aufweist. Eine Leitung 38 lenkt einen Teil des Kühlfluides zu dem CAC 18, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
  • Wie es in der Technik gut bekannt ist, erzeugt der Betrieb des Stapels 12 signifikant Wasser, das an das Kathodenabgas übertragen wird. Wenn der Stapel 12 mit einer Feuchte von unter 100% betrieben wird und der Sollwert der relativen Feuchte des Kathodeneinlassgases nicht erreicht wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Erhöhung der relativen Feuchte des Stapels ohne Erhöhung der Größe der WVT-Einheit 20. Dies kann bei bestimmten Betriebsbedingungen des Systems stattfinden, wie bei hohen Lasten.
  • Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung weist das System 10 einen Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher 40 auf, der das Kühlfluid auf der Leitung 38 aufnimmt, bevor es an den CAC 18 geliefert wird. Der Wärmetauscher 40 reduziert die Temperatur des Kühlfluides in der Leitung 38 nach dem Wärmetauscher 40, so dass der CAC 18 die Temperatur der Kathodeneinlassluft reduziert, so dass diese in der Lage ist, mehr Wasserdampf in der WVT-Einheit 20 zu absorbieren. Sogar obwohl die relative Feuchte des Kathodenabgases reduziert sein kann, wird daher die Fähigkeit der Kathodeneinlassluft zur Adsorption von Wasser erhöht, so dass die Anforderungen an die relative Feuchte der Kathodeneinlassluft beibehalten werden können.
  • In der Leitung 38 ist ein Dreiwegeventil 42 vorgesehen, das gesteuert wird, um das Kühlfluid so zu liefern, dass es entweder durch die Leitung 38 und den Wärmetauscher 40 strömt, wie oben beschrieben ist, oder den Wärmetauscher 40 auf einer Bypassleitung 44 während derjenigen Zeiten umgeht, wenn sich die relative Feuchte der Kathodeneinlassluft auf dem gewünschten Sollwert befindet, bei dem die Kathodeneinlassluft durch den CAC 18 nicht weiter gekühlt werden muss. Insbesondere wenn das Kathodenauslassgas bei 100% oder darüber liegt, muss dann die Kathodeneinlassluft typischerweise nur auf die Temperatur des durch den Sta pel 12 strömenden Kühlfluids gekühlt werden, um die Anforderungen an die relative Feuchte der Kathodeneinlassluft zu erfüllen. Es können Steueralgorithmen verwendet werden, die die Temperatur der Kathodeneinlassluft aus dem CAC 18, wie von dem Temperatursensor 26 bereitgestellt ist, und die relative Feuchte der Kathodeneinlassluft, wie durch den Sensor 28 für relative Feuchte bereitgestellt ist, verwenden, um das Ventil 42 zu steuern.
  • Der Wärmetauscher 40 kann ein beliebiger Wärmetauscher sein, der für die hier beschriebenen Zwecke geeignet ist. Bei einer Ausführungsform verwendet der Wärmetauscher Luft, um die Kühlung durch die Bewegung des Fahrzeugs vorzusehen, das Umgebungsluft auf Leitung 46 aufnimmt. Bei einem spezifischen Beispiel ist der Wärmetauscher 40 der bereits vorhandene Radkastenwärmetauscher, der dem Fachmann bekannt ist und benachbart der Räder eines Fahrzeugs positioniert ist. Bei dieser Konstruktion wird die Kühlfluidströmung für den Stapel 12 in dem Fahrzeug so umgelenkt, dass sie durch den Wärmetauscher 40 gelangt. Jedoch können andere Wärmetauscher in dem System 10 in Übereinstimmung mit der Diskussion hier verwendet werden, einschließlich derjenigen Wärmetauscher, die ein Kühlgebläse enthalten können. Die Wärmemenge, die von dem Wärmetauscher 40 abgewiesen wird, hängt von der Größe der Luftströmung auf Leitung 46, d.h. der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, und der Umgebungslufttemperatur ab.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Ventil 42 ein oder mehrere Ventile umfassen, die selektiv ermöglichen, dass ein Teil des Kühlfluides den Wärmetauscher 40 umgehen kann und ein Teil des Kühlfluides durch den Wärmetauscher 40 strömen kann, um eine verbesserte Kathodeneinlasslufttemperatursteuerung vorzusehen. Ein geeignetes Beispiel zur Bereitstellung dieses Konstruktionstyps besteht darin, zwei Proportio nal- oder Digitalventile zu verwenden. Alternativ dazu kann ein Ventil in der Leitung 38 vorgesehen sein, oder es kann ein Ventil in der Bypassleitung 44 vorgesehen sein, und der Druckabfall der anderen Leitung kann derart ausgebildet sein, um die Strömungsverteilung durch den Wärmetauscher 40 oder um den Wärmetauscher 40 herum vorzusehen. Auch kann der Wärmetauscher 40 dazu verwendet werden, die Kathodeneinlassluft aus Gründen zu erhitzen, die nachfolgend beschrieben sind.
  • 2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems 50, das dem Brennstoffzellensystem 10 ähnlich ist, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird das Kühlfluid, das den Stapel 12 kühlt, nicht dazu verwendet, den CAC 18 zu kühlen, und daher werden das Ventil 42 und der Wärmetauscher 40 weggelassen. Bei dieser Ausführungsform ist der Ladeluftkühler ein Luft/Luft-Ladeluftkühler 52, der eine Kühlluftströmung auf Leitung 54 aufnimmt. Der CAC 52 weist eine oder mehrere Klappen oder Dämpfer 56 auf, die selektiv geöffnet und geschlossen werden können, um zu ermöglichen, dass die Kühlluft auf der Leitung 54 in den CAC 52 eintritt und die Temperatur der Kathodeneinlassluft reduziert. Während derjenigen Zeiten, wenn die relative Feuchte der Kathodeneinlassluft unter den gewünschten RF-Sollwert fällt, wird mehr Luft in den CAC 52 getrieben, um die gewünschte Kühlung zur Reduzierung der Temperatur der Kathodeneinlassluft wie auch ihre Fähigkeit zur Absorption von Wasserdampf bereitzustellen, wie oben beschrieben ist. Daher wird die Leitung 54 so installiert, dass die Umgebungseinlassluft zu dem CAC 52 zunimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt. Es können Steueralgorithmen verwendet werden, die die Temperatur der Kathodeneinlassluft aus dem CAC 52, wie durch den Temperatursensor 26 vorgesehen ist, und die relative Feuchte der Kathodeneinlassluft, wie durch den Sensor 28 für relative Feuchte vorgesehen ist, verwenden, um die Dämpfer 56 zu steuern.
  • Es können gewisse Betriebssituationen existieren, bei denen die Temperatur der Kathodeneinlassluft zu gering ist, wie bei Starts bei Umgebungstemperaturen unter 0°C, bei denen sie zu viel Wasserdampf absorbieren und möglicherweise die Kathodenströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel 12 blockieren kann. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems 60, das ähnlich dem Brennstoffzellensystem 50 ist, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Konstruktion ist ein zweiter Ladeluftkühler 62 vorgesehen, der die Kathodeneinlassluft von dem Kompressor 14 aufnimmt. Der CAC 62 ist ein Flüssigkeits/Luft-Ladeluftkühler und nimmt das Stapelkühlfluid auf Leitung 64 auf. Bei dieser Ausführungsform arbeitet der CAC 62 als ein Heizer, da er das erhitzte Kühlfluid auf der Leitung 64 verwendet, um die Temperatur der Kathodeneinlassluft von dem Kompressor 14 zu erhöhen. Sobald sich der Stapel 12 nahe seiner Betriebstemperatur befindet, kann das Ventil 66 geschlossen werden, um zu verhindern, dass das Kühlfluid durch den CAC 62 gelangt. Nach dieser Zeit wird die Temperatur der Kathodeneinlassluft durch den CAC 52 gesteuert, wie oben beschrieben ist.
  • Bei bestimmten Konstruktionen kann es erwünscht sein, das Ventil 66 wegzulassen, so dass der CAC 62 die Temperatur der Einlassluft kontinuierlich auf der Temperatur des Kühlfluides beibehält, und den CAC 52 zu verwenden, um die Temperatur von der Temperatur des Kühlfluides während derjenigen Zeiten abzusenken, während denen die relative Feuchte der Kathodeneinlassluft unter dem RF-Sollwert liegt, wie oben beschrieben ist. Ferner kann es erwünscht sein, das Ventil 66 als einen beliebigen Typ von Proportionalventil auszubilden, das selektiv gesteuert werden kann, um die Menge des Kühlfluides zu steuern, die durch den CAC 62 gelangt. Auch kann die Kombination des CAC 62 und des Ventils 66 in dem System 10 zu demselben Zweck vorgesehen werden, wie hier beschrieben ist.
  • Die vorhergehende Diskussion offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann erkennt leicht aus einer derartigen Diskussion und aus den begleitenden Zeichnungen und Ansprüchen, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Variationen darin ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert ist, durchgeführt werden können.

Claims (19)

  1. Brennstoffzellensystem, mit: einem Brennstoffzellenstapel, der eine Kathodeneinlassleitung und eine Kathodenauslassleitung aufweist; einem Kompressor zur Lieferung von Kathodeneinlassluft an die Kathodeneinlassleitung; einem ersten Ladeluftkühler zur Reduzierung der Temperatur der Kathodeneinlassluft von dem Kompressor; einer Wasserdampfübertragungseinheit zur Befeuchtung der Kathodeneinlassluft, die durch die Kathodeneingangsleitung gelangt, wobei die Wasserdampfübertragungseinheit ein Kathodenabgas von der Kathodenabgasleitung aufnimmt, um die Feuchte für die Kathodeneinlassluft bereitzustellen; und einem Wärmetauscher zur Reduzierung der Temperatur einer Stapelkühlfluidströmung, die an den ersten Ladeluftkühler geliefert wird, um die Kathodeneinlassluft zu kühlen, wobei der Wärmetauscher Umgebungsluft zum Kühlen des Kühlfluides aufnimmt.
  2. System nach Anspruch 1, ferner mit einer Ventilanordnung, um das Kühlfluid auf einer Bypassleitung um den Wärmetauscher herumzuleiten, wobei die Ventilanordnung so gesteuert ist, dass der Wärmetauscher umgangen wird, wenn die relative Feuchte der Kathodeneinlassluft bei oder oberhalb eines vorbestimmten RF-Sollwertes liegt, und das Kühlfluid an den Wärmetauscher zu liefern, wenn die relative Feuchte der Kathodeneinlassluft unter dem RF-Sollwert liegt.
  3. System nach Anspruch 2, ferner mit einem Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Kathodeneinlassluft und einer Vorrichtung zum Messen der relativen Feuchte der Kathodeneinlassluft, wobei die Ventilanordnung unter Verwendung der Messungen der Temperatur und der relativen Feuchte gesteuert wird, um die relative Feuchte der Kathodeneinlassluft bei oder über der vorbestimmten relativen Feuchte zu halten.
  4. System nach Anspruch 2, wobei die Ventilanordnung selektiv gesteuert ist, so dass ein Anteil des Kühlfluides den Wärmetauscher umgeht und ein Anteil des Kühlfluides durch den Wärmetauscher strömt, um so die Temperatur des Kühlfluides selektiv zu steuern, das an den ersten Ladeluftkühler geliefert wird.
  5. System nach Anspruch 2, wobei die Ventilanordnung ein einzelnes Ventil ist, das in der Bypassleitung oder in einer Kühlfluidleitung positioniert ist, die mit dem Wärmetauscher gekoppelt ist, wobei das Ventil die Menge an Kühlfluid steuert, das den Wärmetauscher umgeht oder durch diesen gelangt.
  6. System nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher ein Radkastenwärmetauscher ist.
  7. System nach Anspruch 1, wobei das Kühlfluid ein Kühlfluid ist, das dazu verwendet wird, den Brennstoffzellenstapel zu kühlen.
  8. System nach Anspruch 1, wobei sich das Brennstoffzellensystem an einem Fahrzeug befindet.
  9. Brennstoffzellensystem, mit: einem Brennstoffzellenstapel mit einer Kathodeneinlassleitung und einer Kathodenauslassleitung; einem Kompressor zur Lieferung von Kathodeneinlassluft an die Kathodeneinlassleitung; einem ersten Ladeluftkühler zur Reduzierung der Temperatur der Kathodeneinlassluft von dem Kompressor, wobei der erste Ladeluftkühler ein Gas/Gas-Ladeluftkühler ist, der eine Einlassluftströmung verwendet, um die Kathodeneinlassluft zu kühlen; und einer Wasserdampfübertragungseinheit zur Befeuchtung der Kathodeneinlassluft, die durch die Kathodeneingangsleitung gelangt, wobei die Wasserdampfübertragungseinheit ein Kathodenabgas von der Kathodenabgasleitung aufnimmt, um die Feuchte für die Kathodeneinlassluft bereitzustellen.
  10. System nach Anspruch 9, wobei der erste Ladeluftkühler zumindest einen Dämpfer aufweist, der selektiv geöffnet und geschlossen wird, um den Betrag an Luftkühlung zu erhöhen oder zu verringern, der durch den ersten Ladeluftkühler vorgesehen wird.
  11. System nach Anspruch 10, ferner mit einem Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Kathodeneinlassluft und einer Vorrichtung zum Messen der relativen Feuchte der Kathodeneinlassluft, wobei der Dämpfer unter Verwendung der Messungen der Temperatur und der relativen Feuchte gesteuert wird, um die relative Feuchte der Kathodeneinlassluft bei oder über einer vorbestimmten relativen Feuchte zu halten.
  12. System nach Anspruch 9, ferner mit einem zweiten Ladeluftkühler zur Erhöhung der Temperatur der Kathodeneinlassluft von dem Kompressor, wobei der zweite Ladeluftkühler dazu verwendet wird, die Kathodeneinlassluft von dem Kompressor beim Kaltstart des Systems zu erwärmen.
  13. System nach Anspruch 12, wobei der zweite Ladeluftkühler ein Gas/Flüssigkeits-Ladeluftkühler ist, wobei die Flüssigkeit, die dazu verwendet wird, um die Temperatur der Kathodeneinlassluft zu erhöhen, ein Kühlfluid ist, das dazu verwendet wird, den Brennstoffzellenstapel zu kühlen.
  14. System nach Anspruch 13, ferner mit einem Ventil, das selektiv geöffnet und geschlossen wird, um das Kühlfluid an den zweiten Ladeluftkühler zu liefern, zu verhindern, dass ein Anteil des Kühlfluids an den zweiten Ladeluftkühler strömt, oder zu verhindern, dass das Kühlfluid an den zweiten Ladeluftkühler strömt.
  15. System nach Anspruch 9, wobei sich das Brennstoffzellensystem an einem Fahrzeug befindet.
  16. Brennstoffzellensystem, mit: einem Brennstoffzellenstapel mit einer Kathodeneinlassleitung und einer Kathodenauslassleitung; einem Kompressor zur Lieferung von Kathodeneinlassluft an die Kathodeneinlassleitung; und einem Ladeluftkühler zur Erhöhung der Temperatur der Kathodeneinlassluft von dem Kompressor bei Kaltsystemstarts.
  17. System nach Anspruch 16, wobei der Ladeluftkühler ein Gas/Flüssigkeits-Ladeluftkühler ist, wobei die Flüssigkeit, die dazu verwendet wird, die Temperatur der Kathodeneinlassluft zu erhöhen, ein Kühlfluid ist, das dazu verwendet wird, den Brennstoffzellenstapel zu kühlen.
  18. System nach Anspruch 17, ferner mit einem Ventil, das selektiv geöffnet und geschlossen wird, um das Kühlfluid an den Ladeluftkühler zu liefern, zu verhindern, dass ein Anteil des Kühlfluides an den Ladeluftkühler strömt, oder zu verhindern, dass das Kühlfluid an den Ladeluftkühler strömt.
  19. System nach Anspruch 16, wobei sich das Brennstoffzellensystem an einem Fahrzeug befindet.
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