DE102008005530A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Lebensdauer einer Brennstoffzelle bei Betriebsübergängen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Lebensdauer einer Brennstoffzelle bei Betriebsübergängen Download PDF

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Abstract

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schutzvorrichtung zur Reduzierung von Degradation von Brennstoffzellensystemen (1) bei Betriebsübergängen, insbesondere an Elektroden oder Katalysatoren in einem Brennraum eines Stacks (2) eines PEM-Brennstoffzellensystems bei An- und Abschaltvorgängen des Brennstoffzellensystems, umfassend: eine schaltbare Stoffzufuhreinrichtung zum Verändern einer Stoffzufuhr des Brennstoffzellensystems (1), so dass ein Übergang von einem ersten Zustand des Brennstoffzellensystems (1) in einen zweiten Zustand des Brennstoffzellensystems (1) einleitbar ist, wodurch ein Potenzialunterschied zwischen unterschiedlichen Elektroden bewirkbar ist, und mindestens ein Reduziermittel (11) zum Reduzieren des Potenzialunterschieds zwischen den unterschiedlichen Elektroden während des Übergangs, wobei das Reduziermittel (11) mindestens ein Mittel zum Ausgleichen einer Gasungleichverteilung durch Verringerung des Anteils an degradationsbewirkenden Mitteln umfasst, um eine Degradation zu verringern, wobei das Mittel zum Ausgleichen mindestens ein Kurzschlussmittel (12) umfasst, mit welchem die unterschiedlichen Elektroden kurzgeschlossen werden können, um den Potenzialunterschied zu verringern.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung einer Degradation von Brennstoffzellensystemen bei Betriebsübergängen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Weiter betrifft die Erfindung eine Schutzvorrichtung zur Reduzierung der Degradation von Brennstoffzellensystemen bei Betriebsübergängen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle und einem damit elektrisch verbundenen Elektronetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17.
  • Stand der Technik
  • Bei der Gewinnung von Energie mittels Brennstoffzellen, insbesondere PEM-Brennstoffzellen, kommt es insbesondere durch Übergänge von einem Betriebszustand in einen Stillstandszustand und umgekehrt zu vermehrten Verschleißerscheinungen an den Elektroden, insbesondere der Kathode. Aufgrund der gaspermeablen Membran der Brennstoffzelle diffundiert in einem Stillstandszustand Luft und damit Sauerstoff aufgrund fehlender hermetischer Abdichtung in den Anoden- und Kathodenraum. Beim Übergang in den Betriebsmodus, das heißt beim (Wieder-)Anfahren des Brennstoffzellensystems wird Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, in den luft- und damit sauerstoffhaltigen Anodenraum dosiert, wodurch sich eine Wasserstoff-Luft-Front ausbildet, die sich über die gesamte aktive Fläche ausbreitet und sich entlang der Fläche ausbreitet. An dieser Wasserstoff-Luft-Front entstehen Potentialverschiebungen, die zur Deaktivierung bis hin zur Zerstörung der gegenüberliegenden Kathode in diesem Bereich durch Oxidation eines Kohlenstoffträgers nach der im Folgenden aufgeführten Gleichung führen: C + 2H2O → CO2 + 4H+ + 4e– ,mit etwa φ 00 = 0,207 V
  • Dieser Mechanismus beruht darauf, dass an der Anode vorhandener Sauerstoff das Gleichgewichtspotential der Sauerstoffreaktion an der Phasengrenze von Elektrode und Elektrolyt einstellt. Da das Membranpotential das Bezugspotential der elektrochemischen Elektrodenpotentiale darstellt, erhöht sich das elektrochemische Potential von Anode und Kathode entsprechend. Die Potentialerhöhung ist insbesondere an der Kathode kritisch, da diese bereits ein höheres Potential aufweist. Somit können an der Kathode Potentiale erreicht werden, die wesentlich mehr als 1,2 Volt betragen können. Derartig hohe Potentiale können zur Oxidation des Kohlenstoffträgers und zur Auflösung des vorhandenen Platinenkatalysators führen. An der Anode werden Potentiale bis zu 1,0 Volt erreicht. Dieses Potential kann zur Auflösung von beispielsweise zur Erhöhung der CO-Toleranz vorhandenem Ruthenium führen. Aufgrund der geringen Querleitfähigkeit der üblicherweise dünnen Elektrolytmembrane, wie zum Beispiel einer Membran aus Nafion®, kann der Protonenmangel nicht ausgeglichen werden. Die Potentialerhöhung bzw. -überhöhung ist von außen, d. h. zwischen den Elektroden nicht messbar.
  • Nach einem Abstellen oder Herunterfahren des Brennstoffzellensystems kann (Umgebungs-)Luft von den Kathodenein- und -ausgängen und durch die Brennstoffzellenstackdichtung in den Anodenraum diffundieren und zu einer Potentialverschiebung aufgrund lokal unterschiedlicher Sauerstoffkonzentrationen führen.
  • Im Stand der Technik sind Ansätze zur Verringerung der Degradation beschreiben. So werden zum Beispiel Verfahren beschrieben, bei denen der Kathodenpfad luftdicht verschlossen wird oder bei denen das Brennstoffzellensystem galvanostatisch betrieben wird. Alternativ kann die Brennstoffdosierung mit anderen Geschwindigkeiten dosiert werden. All diese Lösungen verhindern nicht effizient eine Degradation, da trotz allem noch Potenzialunterschiede vorhanden sind.
  • Aufgabe und Vorteile der Erfindung
  • Ausgehend von dem zuvor aufgeführten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, welche einen wirksamen Degradationsschutz bieten und insbesondere das Auftreten von schädigenden Potentialunterschieden zwischen den Elektroden wirkungsvoll reduzieren oder verhindern. Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Schutz vor Degradation auf eine einfache und leicht zu realisierende Weise zu ermöglichen.
  • Die vorstehende und weitere Aufgaben werden gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Anspruch 1, eine erfindungsgemäße Schutzvorrichtung gemäß Anspruch 10 und ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 18. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einem Verfahren zur Reduzierung von Degradation von Brennstoffzellensystemen bei Betriebsübergängen, insbesondere an Elektroden oder Katalysatoren in einem Brennraum eines Stacks eines PEM-Brennstoffzellensystems bei An- und Abschaltvorgängen des Brennstoffzellensystems, die Schritte umfasst sind: Verändern einer Stoffzufuhr des Brennstoffzellensystems, so dass ein Übergang von einem ersten Zustand des Brennstoffzellensystems in einen zweiten Zustand des Brennstoffzellensystems eingeleitet wird, wobei ein Potenzialunterschied zwischen unterschiedlichen Elektroden bewirkt wird, Reduzieren des Potenzialunterschieds zwischen den unterschiedlichen Elektroden und Erreichen des zweiten Zustands, wobei der Schritt Reduzieren den Schritt Ausgleichen einer Gasungleichverteilung mittels Verringerung des Anteils an degradationsbewirkenden Mitteln umfasst, wobei der Schritt Ausgleichen den Schritt Kurzschließen der unterschiedlichen Elektroden umfasst, um den Potenzialunterschied während des Übergangs zu verringern.
  • Ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem umfasst mehrere Brennstoffzellen, die zu einem Stack oder Brennstoffzellenstack zusammengeschaltet sind. In den Brennstoffzellen sind die Elektroden (Anode, Kathode) in entsprechenden Räumen angeordnet. Die Elektroden können zur besseren Katalyse mit Katalysatoren beschichtet sein, der zum Beispiel ein Platinmaterial umfasst. Die Räume, in denen sich die Elektroden befinden, sind gegenüber der äußeren Umgebung nicht hermetisch abgedichtet, so dass insbesondere während eines Stillstandzustandes des Brennstoffzellensystems Umgebungsluft in diese Räume eindringen kann. Wird das Brennstoffzellensystem gestartet, so wird in die Räume, genauer in einen Anodenraum, Brennstoffdosiert. Folglich wird die Stoffzufuhr dahingehend verändert, dass Brennstoff zugeführt wird. Der Brennstoff kann jeder geeignete Brennstoff sein und ist bevorzugt Wasserstoff. Dadurch, dass bereits Luft und damit Sauerstoff in dem Anodenraum vorhanden ist, entsteht ein inhomogenes Luftgemisch, welches sich entlang der Anode als Front ausbildet. Hierdurch kommt es bei Inbetriebnahme des Brennstoffzellensystems zu einer Ungleichverteilung der Gase, insbesondere an der Anode und an der Kathode. Dies wiederum bewirkt einen Potentialunterschied zwischen der Kathode und der Anode. Der Potenzialunterschied bewirkt je nach Größe des Unterschiedes eine Degradation der Kathode, insbesondere des Katalysators der Kathode. Entsprechend wird nach dem Schalten des Brennstoffsystems, welche die Stoffzufuhr sowie alle relevanten Schritte zum Übergang von einem Betriebszustand in einen anderen umfasst, der Schritt Reduzieren des Potentialunterschieds zwischen der Kathode und. der Anode ausgeführt.
  • Nachdem der Potentialunterschied im Wesentlichen ausgeglichen ist, kann der nächste Schritt durchgeführt werden, nämlich das Erreichen des zweiten Zustands. Der erste Zustand kann ein Betriebszustand sein, in dem die Brennstoffzelle betrieben wird, oder ein Stillstandszustand sein, in welchem die Brennstoffzelle nicht betrieben wird. Entsprechend entgegengesetzt kann der zweite Zustand ein Stillstandszustand sein oder ein Betriebszustand. Der Schritt Reduzieren kann dabei bei jedem Betriebszustandsübergang durchgeführt werden, so dass stets eine Degradation vermieden oder zumindest starkreduziert wird. Der Schritt Reduzieren umfasst das Ausgleichen der Gasungleichverteilung. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass die degradationsbewirkenden Mittel oder degradationsbewirkenden Stoffe an den Elektroden entfernt oder vermieden werden. Erfindungsgemäß wird dies durch ein Kurzschließen der Anode und der Kathode bewirkt. Durch den Kurzschluss wird der an der Anode vorliegende Sauerstoff restlos durch eine fortgeführte Reaktion verbraucht. Dabei wird weiter Strom und damit ein Potenzialunterschied erzeugt, welche über die Kurzschlussschaltung von den Elektroden abgeführt werden und zur weiteren Nutzung zur Verfügung gestellt werden kann.
  • In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens ist weiter vorgesehen, dass der Schritt Reduzieren stets auf gleiche Weise durchgeführt wird, sowohl wenn der erste Zustand ein Betriebszustand als auch ein Stillstandszustand und entsprechend der zweite Zustand ein Stillstandszustand bzw. ein Betriebszustand ist, so dass beim Anschalten und beim Abschalten auf gleiche Weise eine Degradation vermieden wird. Das bedeutet, das Schalten eines Kurzschlusses wird sowohl bei einem Hochfahren wie auch bei einem Runterfahren des Brennstoffzellensystems durchgeführt. Auf diese Weise lässt sich das Reduziermittel auf einfache Weise ausführen und für jeden Betriebsübergang einsetzen.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Schritt Kurzschließen den Schritt Erfassen von Betriebsparametern zur Bestimmung des anliegenden Potenzialunterschieds umfasst, um das Kurzschließen in Abhängigkeit von den erfassten Betriebsparametern durchzuführen. Auf diese Weise erfolgt ein optimiertes Ausgleichen von Potenzialunterschieden in Abhängigkeit von vorliegenden Betriebsbedingungen. Insbesondere sieht deshalb eine weitere Ausführungsform vor, dass der Schritt Erfassen den Schritt Detektieren von elektrischen Betriebsparametern wie Stromgröße, Widerstands, Spannung und dergleichen umfasst. Zudem können auch weitere Parameter wie Sauerstoffkonzentration, Brennstoffkonzentration, Druck, Temperatur und dergleichen erfasst und verarbeitet werden, um das Kurzschließen zu optimieren.
  • Der potentiostatische Verbrauch des degradationsbewirkenden Brennstoffes, wie z. B. des Restsauerstoffs, hat eine Vielzahl von Vorteilen. Die Spannung der Brennstoffzelle kann von einer Betriebsspannung ausgehend kontrolliert bis auf 0,1 V/Zelle abgesenkt werden. Da die Versorgung mit dem Brennstoff– wie etwa Luft – zu diesem Zeitpunkt ausgestellt ist (d. h. der Luftkompressor nicht mehr fördert), wird der restliche Sauerstoff verbraucht, was in einem Absinken des elektrischen Stromes bis auf Null resultiert. Zu diesem Zeitpunkt ist der Brennstoffzellenstack vollständig sauerstofffrei und alle Sauerstoffadsorbate sind verbraucht. Die in dem Restsauerstoff gespeicherte Energie kann als elektrischer Strom genutzt werden und geht nicht verloren. Im Gegensatz zum galvanostatischen Verbrauch des degradationsbewirkenden Brennstoffes (d. h. der Vorgabe eines Stromes) wird kein zweite Brennstoff, wie z. B. Wasserstoff elektrochemisch von der Anode auf die Kathode gepumpt, was zur Wasserstoffemission über die Kathode führt. Vielmehr wird sogar Wasserstoff, der molekular über die leicht gaspermeable Membran von der Anode auf die Kathode diffundiert ist, wieder elektrochemisch auf die Anode zurückgepumpt. Auf diese Weise entstehen beim Startvorgang keine Wasserstoffemissionen, was die Betriebssicherheit erhöht. Sobald der Strom des Brennstoffzellenstacks nahezu auf Null gesunken ist, wird die potentiostatische Kontrolle des Brennstoffzellenstacks beendet und der Kurzschluss-Schütz geschlossen. Damit wird die Spannung auf Null Volt gesetzt und somit schädliche Elektrodenpotentiale während der An- und/oder Abfahrprozedur und während des Stillstandes verhindert.
  • Als vorteilhaft hat es sich erwiese, ein Widerstandsnetzwerk für die potentiostatische Kontrolle der Spannung im Brennstoffzellenstack zu nutzen. Bei einer potentiostatischer Einstellung der Spannung ist es wahrscheinlich, dass sich aufgrund leicht unterschiedlicher Innenwiderstände der Einzelzellen des Brennstoffzellenstacks ungleiche und ggf. sogar schädliche Einzelzellspannungen einstellen, die in Summe die gewünschte Spannung ergeben. Die Parallelschaltung von Ohmschen Widerständen zu jeder Zelle richten die Einzelzellspannungen gleich, so dass durch potentiostatische Einstellung der Spannung auch die Einzelzellspannungen definiert eingestellt werden. Die elektrische Verlustleistung über das Widerstandsnetzwerk entspricht der inneren Verlustleistung des Brennstoffzellenstacks und ist vernachlässigbar.
  • In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kurzschließen zeitgesteuert durchgeführt wird, wobei das Kurzschließen für ein vorbestimmbares Zeitintervall durchgeführt wird. So lässt sich beispielsweise anhand von Erfahrungs- oder Messwerten festlegen, wann und/oder wie lange das Kurzschließen erfolgen soll. Ebenso ist eine Regelung mittels einer Kombination von Zeitsteuerung und den erfassten Betriebsparametern möglich.
  • Zudem sieht eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens vor, dass der erste Zustand ein Betriebszustand ist und der Schritt Schalten ein Abschalten der Brennstoffzufuhr umfasst, wobei das Reduzieren solange durchgeführt wird, bis im Wesentlichen kein degradationsbewirkender Brennstoff an der Anode mehr vorliegt und somit der Potenzialunterschied im Wesentlichen ausgeglichen wird. Durch das Abschalten der Brennstoffzufuhr wird der im System noch vorhandene Restbrennstoff verbraucht, bis dieser nicht oder kaum noch vorhanden ist und somit eine „Brennstoffverarmung" durchgeführt wird. Der dadurch erzeugte Reststrom kann noch genutzt werden, zum Beispiel zum Betreiben weiterer Einrichtungen der Brennstoffzelle.
  • Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der erste Zustand ein Stillstandszustand ist und der Schritt Schalten ein Zuschalten der Brennstoffzufuhr umfasst, wobei das Reduzieren solange durchgeführt wird, bis im Wesentlichen kein degradationsbewirkendes Oxidationsmittel an der Kathode mehr vorliegt und somit der Potenzialunterschied im Wesentlichen ausgeglichen wird.
  • Weiter sieht ein Ausführungsbeispiel vor, dass der Schritt Kurzschließen das schaltbare Verbinden einer zwischen anodenseitigen und kathodenseitigen elektrischen Leitungen angeordneten Kurzschlussschütz umfasst. Über diesen Kurzschlussschütz ist ein einfaches und zuverlässiges Schalten realisierbar. Der Kurzschlussschütz ist kleinbauend und lässt sich in andere Einrichtungen, wie zum Beispiel einen Wandler wie einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler integrieren.
  • Weiter schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass bei einer Schutzvorrichtung zur Reduzierung einer Degradation von Brennstoffzellensystemen bei Betriebsübergängen, insbesondere an Elektroden oder Katalysatoren in einem Brennraum eines Stacks eines Brennstoffzellensystems bei An- und Abschaltvorgängen des Brennstoffzellensystems, umfasst sind: eine schaltbare Stoffzufuhreinrichtung zum Verändern einer Stoffzufuhr des Brennstoffzellensystems, so dass ein Übergang von einem ersten Zustand des Brennstoffzellensystems in einen zweiten Zustand des Brennstoffzellensystems einleitbar ist, wodurch ein Potenzialunterschied zwischen unterschiedlichen Elektroden bewirkbar ist, und mindestens ein Reduziermittel zum Reduzieren des Potenzialunterschieds zwischen den unterschiedlichen Elektroden während des Übergangs, wobei das Reduziermittel mindestens ein Mittel zum Ausgleichen einer Gasungleichverteilung durch Verringerung des Anteils an degradationsbewirkenden Mitteln umfasst, um eine Degradation zu verringern, wobei das Mittel zum Ausgleichen mindestens ein Kurzschlussmittel umfasst, mit welchem die unterschiedlichen Elektroden kurzgeschlossen werden können, um den Potenzialunterschied zu verringern. Das Kurzschlussmittel kann jedes beliebige Mittel sein, welches ein kontrolliertes Kurzschließen ermöglicht. Das Kurzschließen erfolgt zwischen unterschiedlichen Elektroden, das heißt einer Anode und einer Kathode. Diese werden beispielsweise über entsprechende Mittel miteinander elektrisch leitend verbunden.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Reduziermittel so ausgebildet ist, dass dieses stets auf gleiche Weise wirkt, sowohl wenn der erste Zustand ein Betriebszustand oder ein Stillstandszustand als auch entsprechend der zweite Zustand ein Stillstandszustand oder ein Betriebszustand ist und somit beim Anschalten und beim Abschalten auf gleiche Weise eine Degradation verhindert ist. Das heißt, es sind keine unterschiedlichen Reduziermittel für ein Hochfahren und ein Runterfahren des Brennstoffzellensystems erforderlich. Das grundlegende Prinzip ist für beide Betriebsübergangsarten gleich ausgeführt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung sieht vor, dass das Reduziermittel weiter mindestens eine Regeleinrichtung mit mindestens einer Sensoreinheit zum Erfassen von Betriebsparametern und zur anschließenden Bestimmung des anliegenden Potenzialunterschieds umfasst, um ein Betätigen des Kurzschlussmittels in Abhängigkeit von den erfassten Betriebsparametern durchzuführen. Hierdurch lässt sich der Potenzialausgleich optimieren.
  • Noch eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass mindestens eine der Sensoreinheiten ausgebildet ist zum Detektieren von elektrischen Betriebsparametern wie Stromgröße, Widerstands, Spannung und dergleichen. Es können zudem weitere Betriebsparameter wie Stoffkonzentration, Stoffverhältnis, Brennstoffanteil, Oxidationsmittelanteil, Temperatur, Druck und dergleichen erfasst werden.
  • Zudem ist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die Regeleinrichtung einen Zeitschalter umfasst, um das Kurzschließen zeitgesteuert durchzuführen, wobei der Zeitschalter ein Schalten für ein vorbestimmbares Zeitintervall durchführt. Das Zeitschalten kann starr nach einem festen, vorprogrammierten Schema, oder dynamisch, das heißt angepasst an die vorliegenden Bedingungen, durchgeführt werden. Das Zeitschalten lässt sich insbesondere in Abhängigkeit von den erfassten Betriebsparametern durchführen.
  • Darüber hinaus sieht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung vor, dass die Stoffzufuhr eine Brennstoffzufuhr umfasst und die Schaltvorrichtung mit einer Brennstoffzufuhr gekoppelt ist, um ein Abschalten der Brennstoffzufuhr zu bewirken, wenn der erste Zustand ein Betriebszustand ist, wobei das Reduziermittel solange ein Reduzieren durchführt, bis im Wesentlichen kein degradationsbewirkender Brennstoff an einer Anode des Brennstoffzellensystems vorliegt und somit der Potenzialunterschied im Wesentlichen ausgeglichen ist. Die Brennstoffzufuhr kann Schläuche, Kanäle, Einspritzdüsen und dergleichen umfassen, Diese sind über entsprechende Sperreinrichtungen wie Drosseln, Ventile, Klappen, Schieber und dergleichen absperrbar, so dass eine Zufuhr unterbrochen ist.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Schaltvorrichtung mit einer Brennstoffzufuhr gekoppelt ist, um ein Zuschalten der Brennstoffzufuhr zu bewirken, wenn der erste Zustand ein Stillstandszustand ist, wobei das Reduziermittel solange ein Reduzieren durchführt, bis im Wesentlichen kein degradationsbewirkendes Oxidationsmittel an einer Kathode des Brennstoffzellensystems vorliegt und somit der Potenzialunterschied im Wesentlichen ausgeglichen ist. Hierdurch wird eine „Stoffverarmung" durchgeführt, so dass der noch im System vorhandene Reststoff verbraucht wird, bevor ein nächster Betriebsübergang eingeleitet wird.
  • Zudem ist in einem anderen Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Kurzschlussmittel einen schaltbaren Kurzschlussschütz umfasst, die zwischen anodenseitigen und kathodenseitigen elektrischen Leitungen angeordnet ist. Es können auch mehrere Kurzschlussschütze vorgesehen werden, die entsprechend miteinander koppelbar sind.
  • Weiter schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass bei einem Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle und einem damit elektrisch verbundenen Elektronetz, vorgesehen ist, dass die Brennstoffzelle eine erfindungsgemäße Schutzvorrichtung aufweist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist vorgesehen, dass mindestens ein Kurzschlussmittel zwischen der Brennstoffzelle und dem Elektronetz angeordnet ist, um eine Anode der Brennstoffzelle mit einer Kathode der Brennstoffzelle schaltbar kurzzuschließen. Auf diese Weise wird sicher und zuverlässig eine Degradation der Elektroden vermieden, so dass die Lebensdauer eines Brennstoffzellensystems erhöht ist.
  • Ausführungsbeispiele
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches in der Figur schematisch dargestellt ist. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Die Figur zeigt:
  • 1 schematisch ein Systemschaltbild eines Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems.
  • Der in der 1 dargestellte Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1 umfasst einen schematisch dargestellten Brennstoffzellenstack 2, ein als Stromnetz oder Hochvoltkreis ausgebildetes Elektronetz 3 und eine Schutzvorrichtung 10, über welche der Brennstoffzellenstack 2 und das Elektronetz 3 miteinander verbunden sind. Der Brennstoffzellenstack 2 umfasst mehrere Brennstoffzellen, die zu dem Brennstoffzellenstack 2 zusammengeschaltet sind. Von dem Brennstoffzellenstack 2 aus führen in der 1 zwei elektrische Leitungen 4 heraus, eine Leitung, welche eine positive Spannung (+) führt, und eine Leitung, die eine negative Spannung (–) führt.
  • Das Elektronetz 3 weist in der abgebildeten 1 ebenfalls zwei elektrische Leitungen 5 auf, wobei eine entsptechende elektrische Leitung des Brennstoffzellenstacks 2 eine positive Spannung führt und die andere eine negative Spannung führt. In der dargestellten 1 ist weiter ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 6 zu erkennen, zu welchem die elektrischen Leitungen 5 führen und der vorliegend als Vierquadranten-DC/DC-Wandler ausgebildet ist. Von diesem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 6 führen zwei elektrische Leitungen den Strom oder die Spannungen weiter in den hier nicht mehr dargestellten Teil des Elektronetzes 3.
  • Die elektrischen Leitungen 4, 5 sind entsprechend mit der Schutzvorrichtung 10 verbunden. Die Schutzvorrichtung 10 umfasst ein Reduziermittel 11, welches Mittel zum Ausgleichen (hier nicht näher dargestellt) einer Gasungleichverteilung in den Elektrodenräumen durch Verringerung des Anteils an degradationsbewirkenden Mitteln umfasst. Die Mittel zum Ausgleichen umfassen dargestellt ein Kurzschlussmittel 12, mit welchem Elektroden des Brennstoffzellensystems 1 kurzgeschlossen werden können. Hierzu umfasst das Kurzschlussmittel 12 einen schaltbaren Kurzschlussschütz 13. Über den Kurzschlussschütz 13 lassen sich die elektrischen Leitungen 4 aus dem Brennstoffzellenstack 2 kurzschließen, so dass sich Potentialunterschiede an den unterschiedlichen Elektroden ausgleichen können. In der dargestellten 1 ist das Kurzschlussschütz 13 in einer geöffneten Position dargestellt, so dass vorliegend die Elektroden nicht kurzgeschlossen sind.
  • Weiter sind in der Figur zwei Schalter 14 dargestellt, über welche die Schutzvorrichtung 10 an das Elektronetz 3 zu- und abschaltbar ist. Vorliegend sind die Schalter 14 in einer geöffneten Position dargestellt, so dass die Schutzvorrichtung 10 und damit der Brennstoffzellenstack 2 nicht mit dem Elektronetz 3 verbunden sind. Die Schalter 14 sind vorliegend als Hauptschütze zum Hochvoltkreis ausgebildet. Das Schalten der Hauptschütze erfolgt über eine hier nicht dargestellte Regeleinrichtung. Wird über eine entsprechende, hier ebenfalls nicht dargestellte Schaltvorrichtung ein Übergang von einem Zustand des Brennstoffzellensystems 10 in einen anderen bewirkt, so wird über die Regeleinrichtung ein entsprechendes Schalten der Schütze geregelt.
  • Eine Beschreibung von Vorgängen bei Betriebsübergängen soll im Folgenden erfolgen. Als erstes wird ein Übergang von einem Betriebszustand in einen Stillstandszustand des Brennstoffzellensystems 1, ein sogenanntes Herunterfahren, Abschalten oder Shutdown, beschrieben. Zunächst wird das gesamte Brennstoffzellensystem 1 auf eine potentiostatische Betriebsweise, d. h. einen spannungskontrollierten Betrieb, umgeschaltet. Hierzu weist das Brennstoffzellensystem 1 Mittel zur Bestimmung einer minimalen Spannung der einzelnen Brennstoffzellen U_min und zur Bestimmung der Spannungs-Standardabweichung der einzelnen. Brennstoffzellen von einem Mittelwert U_Stabw auf, um eine Gleichverteilung der Zellspannungen über geeignete Regelungsmechanismen zu regeln. Dies kann zum Beispiel mittels einer Einzelüberwachung oder einer impedanzbasierten Systemüberwachung erfolgen. Die noch im Brennstoffzellenstack 2 vorhandene Luft reagiert noch und erzeugt einen Reststrom. Dieser wird beispielsweise genutzt, um eine Anodenzirkulation aufrecht zuhalten oder sonstige Systemverbraucher oder parasitäre Verbraucher, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, zu versorgen.
  • Nach dem Umschalten wird ein vorhandener Kompressor, über welchen ein Brennstoffzufuhr zu den Elektroden erfolgt, ausgeschaltet. Hierdurch erfolgt in dem Brennstoffzellenstack 2 eine sogenannte Sauerstoffverarmung, d. h. der restliche, vorhandene Sauerstoff wird reduziert. Dabei wird ein Wasserstoff-Rezirkulationsgebläse der Anode weiter betrieben, vorzugsweise mit einem leichten Überdruck, etwa im Bereich von 200 mbar. Die Stackspannung wird weiterhin aufrecht gehalten, wodurch ein schneller und restloser Sauerstoffverbrauch sichergestellt wird. Zudem ist durch das Aufrechthalten der Stackspannung ein weiterer Betrieb weiterer Komponenten, wie des Rezirkulationsgebläses, erst möglich. Aufgrund der geschalteten potentiostatischen Betriebsweise fließt nur der elektrische Strom durch den Brennstoffzellenstack 2, der zum Verbrauchen des restlichen Sauerstoffs in dem Elektrodenraum erforderlich ist. Nachdem der Restsauerstoff verbraucht ist, erreicht der Strom den Wert null, welches das Signal zum Öffnen der Schütze zwischen dem Brennstoffzellenstack 2 und dem als Hochvoltkreis ausgebildetem Elektronetz 3 ist, oder er kehrt sich bei gegebenen technischen Voraussetzungen, beispielsweise mit entsprechenden Mehrquadranten-DC/DC-Wandlern um und unterstützt ein Zurückpumpen des über die Membran zur Kathode diffundierten Wasserstoffs bzw. der dort entstandenen Protonen. Dies vermeidet zum Beispiel Wasserstoffemissionen, so dass der Brennstoffzellenstack 2 als Protonenpumpe betrieben wird. Dieser Vorteil wird durch die potentiostatische Abreicherung des Sauerstoffgehaltes erreicht. Diese Funktion ist erforderlich, falls kurzzeitig nach dem Shutdown erneut in den Betriebszustand geschaltet wird. Der aus dem restlichen Sauerstoff erzeugte Strom kann durch Aufrechthaltung der Spannung in dem Elektronetz zur Aufrechthaltung der Anodenrezirkulation und zum Betrieb sonstiger Systemverbraucher und parasitäre Verbraucher, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, genutzt werden. Für den Fall, dass niedrige Umgebungstemperaturen vorliegen, kann die erzeugte Leistung aus dem restlichen Sauerstoff beispielsweise für einen elektrischen Heizer, zum Beispiel in einem Kühlkreislauf, verwendet werden. Durch das Schalten wird die Stackspannung über den DC/DC-Wandler kontrolliert abgesenkt, wenn der Strom zum Verbrauch des Restsauerstoffs Null bzw. negative Werte erreicht hat und die Shutdown-Prozedur fortgesetzt werden soll. Dabei fließt bei der potentiostatischen Betriebsweise nur der tatsächlich benötigte Strom.
  • Ein luftdichtes Verschließen des Kathodenpfades, zum Beispiel durch Ventile oder Drosselklappen, zur Vermeidung von Sauerstoffeindiffundieren in das System ist nicht erforderlich. Jedoch können entsprechende Dichtungsmittel vorgesehen werden, um zum Beispiel im Stillstandszustand ein weiteres Eindiffundieren von Sauerstoff in den Brennstoffzellenstack zu vermeiden. Das Kurzschließen des Brennstoffzellenstacks 2 erfolgt mittels eines hart geschalteten Schützes 13 und Öffnen der Schütze 14. Wird eine erforderliche Mindestspannung, von zum Beispiel U = 100 mV, pro Zelle erreicht, werden das Anodenrezirkulationsgebläse und der Systemcontroller abgeschaltet. Wenn nun die Kathodenein- und -ausgänge verschlossen sind, diffundiert Sauerstoff nur sehr langsam über die Dichtungen in den Brennstoffzellenstack 2. Diese langsame Diffusionsrate und das Abstellen mit Wasserstoffüberschuss gewährleisten einen sauerstofffreien Brennstoffzellenstack für zumindest einen Großteil der Startvorgänge des Brennstoffzellensystems 1. Insbesondere ist dies für einen sogenannten Warmstart kurz nach einem Abschalten besonders relevant, da diese aufgrund der verbesserten Reaktionskinetiken besonders schädlich sind. Durch das Kurzschließen des Brennstoffzellenstacks wird eine eventuell auftretende Potentialerhöhung infolge einer Ungleichverteilung der Brennstoffe vermieden.
  • Im Folgenden werden nun Vorgänge beim Übergang von einem Stillstandszustand in einen Betriebszustand, einem sogenannten Start-up, Hochfahren, Anfahren oder Anschalten des Brennstoffzellensystems 1, beschrieben. Im optimalen Fall ist der Brennstoffzellenstack beim Anfahren sauerstofffrei und es kann ohne Gefahr einer Schädigung Brennstoff in den Brennstoffzellenstack dosiert werden. Nach längeren Stillstandszeiten kann nicht sichergestellt werden, dass der Brennstoffzellenstack, genauer die Elektrodenräume, sauerstofffrei sind. Da Sauerstoff in Verbindung mit Brennstoff beim Anfahren eine Potentialerhöhung an der Kathode bewirkt und dadurch eine Kathodendegradation erfolgen kann, soll das Kathodenpotential limitiert werden durch eine niedrige Zellspannung und es sollen Brennstoff/Luft-Fronten an der Anode durch eine Homogenisierung durch einen Vorlauf des Rezirkulationsgebläses verhindert werden.
  • Deshalb wird bzw. bleibt erfindungsgemäß der Brennstoffzellenstack 2 kurzgeschlossen, zum Beispiel mittels eines Schützes. Dann wird das Anoden-Rezirkulationsgebläse gestartet und mit einer hohen Drehzahl betrieben, um das Restgas im Anodenraum zu homogenisieren und um den Wassergehalt der Membran auszugleichen, sowie kondensiertes Wasser aus dem Anodenflowfield und der anodenseitigen Gasdiffusionslage auszublasen. Eventuell vorhandenes Wasser in der Flüssigphase wird auf diese Weise in einem Kondensatabscheider des Anodenloops abgeschieden. Bei optimalen Bedingungen befindet sich an der Anode ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff. In anderen Fällen ist zum Beispiel Sauerstoff in den Brennstoffzellenstack 2 diffundiert, in einem ungünstigen Fall soviel Sauerstoff, dass kein Wasserstoff mehr in dem Brennstoffzellenstack 2 vorhanden ist. Statt dessen befinden sich Stickstoff und Sauerstoff in einem Luftverhältnis auf der Anode und der Kathode. Das Rezirkulationsgehäuse bewirkt eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit, so dass Wasser aus den Kanälen des Flowfields bzw. der Porenstruktur der MEA ausgetragen wird, womit eine lokale Wasserstoffverarmung vermieden wird.
  • Es findet eine Dosierung von Brennstoff bzw. Wasserstoff in den Anodenloop statt, bis sich ein Überdruck, zum Beispiel von 200–500 mbar, aufgebaut hat. Der Anodenloop kann hierzu zusätzlich gespült werden, um Stickstoff und ggf. Sauerstoff auszutragen. Um die Gaskonzentration zu überwachen, kann eine entsprechende Gassensorik vorgesehen werden, welche eine Kontrolleinheit aufweist, über die eine Spülung eingeleitet werden kann. Weiter werden die Hochvoltkreis-Schütze geschlossen und die Kurzschlussschütze geöffnet. Damit werden der Brennstoffzellenstack 3 und das Elektronetz 3 verbunden. Die Stackspannung wird entsprechend einer mittleren Einzelspannung, zum Beispiel von etwa 80 mV, und einer minimalen Spannung U_min, zum Beispiel von mindestens 0 mV, über den DC/DC-Wandler eingestellt.
  • Dann wird der Kompressor angefahren und der Brennstoffzellenstack wird mit Luft versorgt. Aufgrund der nun zunehmenden Luftdosierung steigt der Laststrom des Brennstoffzellenstacks 2. Wird ein Grenzwert an elektrischem Strom erreicht, so wird die vorgegebene Stackspannung erhöht, bis der Strom und die Spannung den Sollwerten entsprechen. Gegebenenfalls folgt ein Umschalten von dem potentiostatischen Betrieb auf den galvanostatischen Betrieb in Abhängigkeit des zur Anwendung kommenden Betriebskonzepts.
  • Der durch den Restsauerstoffverbrauch generierte elektrische Strom kann in das Elektronetz 3 zur Vorladung beim Anfahren eingespeist werden oder bei einem entsprechenden Hybridisierungsgrad in einen Akku zur Erhöhung eines Ladezustands (SOC – state of charge).
  • Beim Shutdown-Betrieb können die Schritte bis zum kontrollierten Absenken der Brennstoffzellenstackspannung als sogenannter IDLE-Betriebszustand (Leerlauf) verwendet werden, Dadurch lassen sich die parasitären Leistungen im Leerlauf durch Abschalten des Kompressors reduzieren. Die Hauptstromverbraucher in diesem Zustand sind das Rezirkulationsgebläse mit geringerer Leistung und die Protonenpumpe, deren Leistung etwa 100 Watt betragen kann. Diese benötigten Leistungen können bereits mit relativ kleinen Batterien bereitgestellt werden. Eine derartige IDLE-Strategie erhöht die energetische Effizienz des Systems durch eine Reduzierung der parasitären Leistung.
  • Zusätzlich wird durch das Betreiben der Protonenpumpe eine Ansammlung von Brennstoff, hier Wasserstoff, an der Kathode vermieden, so dass beim erneuten Hochfahren des Kompressors keine Wasserstoffemissionen entstehen.
  • Zudem kann nach dem Schritt des kontrollierten Absenkens der Brennstoffzellenstackspannung bei Shutdown eine Luftspülung der Anode durchgeführt werden. Dies ist unter anderem dadurch möglich, da an der Kathode im Falle einer PEM-Brennstoffzelle nur Wasserstoff und Stickstoff vorliegen, das heißt ein elektrochemisch unkritischer Zustand realisiert ist. Die Luftspülung der Anode weist den Vorteil auf, dass im Stillstand des Systems, das heißt im Stillstandszustand, ein definierter, unkritischer Zustand realisiert ist, nämlich Luft an der Anode und der Kathode vorhanden ist. Das Anfahren des Brennstoffzellensystems gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ebenfalls unkritisch.

Claims (18)

  1. Verfahren zur Reduzierung einer Degradation von Brennstoffzellensystemen (1) bei Betriebsübergängen, insbesondere an Elektroden oder Katalysatoren in einem Brennraum eines Stacks (2) eines PEM-Brennstoffzellensystems bei An- und Abschaltvorgängen des Brennstoffzellensystems (1), umfassend die Schritte: Verändern einer Stoffzufuhr des Brennstoffzellensystems (1), so dass ein Übergang von einem ersten Zustand des Brennstoffzellensystems (1) in einen zweiten Zustand des Brennstoffzellensystems (1) eingeleitet wird, wobei ein Potenzialunterschied zwischen unterschiedlichen Elektroden bewirkt wird, Reduzieren des Potenzialunterschieds zwischen den unterschiedlichen Elektroden, und Erreichen des zweiten Zustands, wobei der Schritt Reduzieren den Schritt Ausgleichen einer Gasungleichverteilung mittels Verringerung des Anteils an degradationsbewirkenden Mitteln umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Ausgleichen den Schritt Kurzschließen der unterschiedlichen Elektroden umfasst, um den Potenzialunterschied während des Übergangs zu verringern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Reduzieren stets auf gleiche Weise durchgeführt wird, sowohl wenn der erste Zustand ein Betriebszustand als auch ein Stillstandszustand und entsprechend der zweite Zustand ein Stillstandszustand bzw. ein Betriebszustand ist, so dass beim Anschalten und beim Abschalten auf gleiche Weise eine Degradation vermieden wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Kurzschließen den Schritt Erfassen von Betriebsparametern zur Bestimmung des anliegenden Potenzialunterschieds umfasst, um das Kurzschließen in Abhängigkeit von den erfassten Betriebsparametern durchzuführen, insbesondere dass der Schritt Reduzieren und/oder der Schritt Erfassen mittels einer potentiostatischen Kontrolle des Brennstoffzellensystems (1) durchgeführt wird, bevor das Kurzschließen der unterschiedlichen Elektroden erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Erfassen den Schritt Detektieren von elektrischen Betriebsparametern wie Stromgröße, Widerstands, Spannung und dergleichen. umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzschließen zeitgesteuert durchgeführt wird, wobei das Kurzschließen für ein vorbestimmbares Zeitintervall durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zustand ein Betriebszustand ist und der Schritt Schalten ein Abschalten der Brennstoffzufuhr umfasst, wobei das Reduzieren solange durchgeführt wird, bis im Wesentlichen kein degradationsbewirkender Brennstoff an der Anode mehr vorliegt und somit der Potenzialunterschied im Wesentlichen ausgeglichen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zustand ein Stillstandszustand ist und der Schritt Schalten ein Zuschalten der Brennstoffzufuhr umfasst, wobei das Reduzieren solange durchgeführt wird, bis im Wesentlichen kein degradationsbewirkendes Oxidationsmittel an der Kathode mehr vorliegt und somit der Potenzialunterschied im Wesentlichen ausgeglichen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt das schaltbare Verbinden eines zwischen anodenseitigen und kathodenseitigen elektrischen Leitungen (4) angeordneten Kurzschlussschützes (13) umfasst.
  9. Schutzvorrichtung (10) zur Reduzierung von Degradation von Brennstoffzellensystemen (1) bei Betriebsübergängen, insbesondere an Elektroden oder Katalysatoren in einem Brennraum eines Stacks (2) eines PEM-Brennstoffzellensystems bei An- und Abschaltvorgängen des Brennstoffzellensystems, umfassend: eine schaltbare Stoffzufuhreinrichtung zum Verändern einer Stoffzufuhr des Brennstoffzellensystems (1), so dass ein Übergang von einem ersten Zustand des Brennstoffzellensystems (1) in einen zweiten Zustand des Brennstoffzellensystems (1) einleitbar ist, wodurch ein Potenzialunterschied zwischen unterschiedlichen Elektroden bewirkbar ist, und mindestens ein Reduziermittel (11) zum Reduzieren des Potenzialunterschieds zwischen den unterschiedlichen Elektroden während des Übergangs, wobei das Reduziermittel (11) mindestens ein Mittel zum Ausgleichen einer Gasungleichverteilung durch Verringerung des Anteils an degradationsbewirkenden Mitteln umfasst, um eine Degradation zu verringern; dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Ausgleichen mindestens ein Kurzschlussmittel (12) umfasst, mit welchem die unterschiedlichen Elektroden kurzgeschlossen werden können, um den Potenzialunterschied zu verringern.
  10. Schutzvorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduziermittel (11) so ausgebildet ist, dass dieses stets auf gleiche Weise wirkt, sowohl wenn der erste Zustand ein Betriebszustand oder ein Stillstandszustand als auch entsprechend der zweite Zustand ein Stillstandszustand oder ein Betriebszustand ist und somit beim Anschalten und beim Abschalten auf gleiche Weise eine Degradation verhindert ist.
  11. Schutzvorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduziermittel (11) weiter mindestens eine Regeleinrichtung mit mindestens einer Sensoreinheit zum Erfassen von Betriebsparametern und zur anschließenden Bestimmung des anliegenden Potenzialunterschieds umfasst, um ein Betätigen des Kurzschlussmittels (12) in Abhängigkeit von den erfassten Betriebsparametern durchzuführen.
  12. Schutzvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Sensoreinheiten ausgebildet ist zum Detektieren von elektrischen Betriebsparametern wie Stromgröße, Widerstands, Spannung und dergleichen.
  13. Schutzvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung einen Zeitschalter umfasst, um das Kurzschließen zeitgesteuert durchzuführen, wobei der Zeitschalter ein Schalten für ein vorbestimmbares Zeitintervall durchführt.
  14. Schutzvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffzufuhr eine Brennstoffzufuhr umfasst und die Schaltvorrichtung mit einer Brennstoffzufuhr gekoppelt ist, um ein Abschalten der Brennstoffzufuhr zu bewirken, wenn der erste Zustand ein Betriebszustand ist, wobei das Reduziermittel (11) solange ein Reduzieren durchführt, bis im Wesentlichen kein degradationsbewirkender Brennstoff an einer Anode des Brennstoffzellensystems (1) vorliegt und somit der Potenzialunterschied im Wesentlichen ausgeglichen ist.
  15. Schutzvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung mit einer Brennstoffzufuhr gekoppelt ist, um ein Zuschalten der Brennstoffzufuhr zu bewirken, wenn der erste Zustand ein Stillstandszustand ist, wobei das Reduziermittel (11) solange ein Reduzieren durchführt, bis im Wesentlichen kein degradationsbewirkendes Oxidationsmittel an einer Kathode des Brennstoffzellensystems (1) vorliegt und somit der Potenzialunterschied im Wesentlichen ausgeglichen ist.
  16. Schutzvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzschlussmittel (12) einen schaltbaren Kurzschlussschütz (13) umfasst, die zwischen anodenseitigen und kathodenseitigen elektrischen Leitungen (4) angeordnet ist.
  17. Brennstoffzellensystem (1) mit mindestens einer Brennstoffzelle und einem damit elektrisch verbundenen Elektronetz (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle eine Schutzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 16 aufweist.
  18. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kurzschlussmittel (12) zwischen der Brennstoffzelle und dem Elektronetz (3) angeordnet ist, um eine Anode der Brennstoffzelle mit einer Kathode der Brennstoffzelle schaltbar kurzzuschließen.
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