DE102009036197A1 - Method for operating fuel cell system in e.g. motor vehicle, involves measuring input electrical voltage applied to fuel cell, and controlling valve mechanism partially depending on measured electrical voltage - Google Patents

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Abstract

The method involves supplying hydrogen to an anode region (3) of a fuel cell (2). Water and/or gas are discharged into an area of an anode circuit (8) over a valve mechanism (12). The discharged water and/or gas are brought into a volumetric flow flowing to a cathode region (4) of the fuel cell. An input electrical voltage applied to the fuel cell is temporally measured. The valve mechanism is partially controlled depending on the measured electrical voltage. The valve mechanism is opened in dependence of a computed quantity of water in the anode circuit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The The invention relates to a method for operating a fuel cell system after further defined in the preamble of claim 1 Art.

Brennstoffzellensysteme umfassen bekanntermaßen wenigstens eine Brennstoffzelle die üblicherweise aus mehreren einzelnen Zellen besteht, die zu einem Brennstoffzellenstapel oder -stack zusammengefasst sind. Die Brennstoffzelle weist einen Anoderaum und einem Kathodenraum sowie eine dazwischen angeordnete Membran aufweisen, beispielsweise eine ionenleitende Membran aus einem Polymerelektrolyten (PEM-Membran), auf. So genannte PEM-Brennstoffzellen müssen mit Brennstoff betrieben werden, der eine gewisse Feuchte aufweist, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen und in den Brennstoffzellen vorhandenen Membranen feucht zu halten und hierdurch Schäden zu vermeiden, die mit nicht ausreichend befeuchteten Membranen auftreten können. Der Brennstoff ist üblicherweise Wasserstoffgas. Das bei der Brennstoffzellenreaktion entstehende Produktwasser wird beispielsweise in einem Wasserabscheider aufgefangen und kann zur Befeuchtung eingesetzt werden. Es ist außerdem bekannt, dass bei einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit reinem Wasserstoffgas mit Rückführung des unverbrauchten Wasserstoffs im Abgas in einem Anodenkreislauf zum Anodeneingang der Anteil von Stickstoff und Wasser im Anodenkreis allmählich steigt und zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades der Brennstoffzelleneinheit führt. Dies wird verhindert, indem entweder ein Teil der strömenden Gase kontinuierlich abgelassen oder ein Ablassventil diskontinuierlich geöffnet wird, um von Zeit zu Zeit den anodenseitigen Strömungskreis mit frischem Wasserstoff zu spülen und den Wirkungsgrad auf diese Weise auf einem Höhenniveau zu halten, indem die Wasserstoffkonzentration in dem Rückführkreis eingestellt und Inertgase aus dem Rückführkreis entfernt werden. Durch diesen Spülbetrieb (Purgen) gelingt es, die Leistung der Brennstoffzelleneinheit deutlich zu stabilisieren.Fuel cell systems As is known, at least one fuel cell which usually consists of several individual cells, the are combined into a fuel cell stack or stack. The fuel cell has an anode space and a cathode space and have a membrane disposed therebetween, for example an ion-conducting membrane made of a polymer electrolyte (PEM membrane), on. So-called PEM fuel cells must be fueled be, which has a certain moisture to high efficiency to reach and existing in the fuel cell membranes wet to keep and thereby avoid damage with not sufficiently humidified membranes can occur. Of the Fuel is usually hydrogen gas. That at the For example, product water resulting from fuel cell reaction collected in a water separator and can be used for humidification become. It is also known that in a supply the fuel cell unit with pure hydrogen gas with recirculation the unused hydrogen in the exhaust gas in an anode circuit to the anode inlet, the proportion of nitrogen and water in the anode circuit gradually increases and deteriorates the efficiency the fuel cell unit leads. This is prevented by either a portion of the flowing gases continuously drained or a bleed valve open discontinuously is from time to time with the anode-side flow circuit with to purge fresh hydrogen and increase the efficiency keep this way at a height level by the Hydrogen concentration in the feedback loop set and inert gases from the feedback loop be removed. Through this flushing operation (purges) succeed it to significantly stabilize the performance of the fuel cell unit.

Aus der DE 699 12 918 T2 ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem eine Rückführung des Wasserstoffs vorgesehen ist. Aus dem Anodenkreislauf zweigen eine erste und eine zweite Spülleitung ab, die beim Spülvorgang überwiegend zum Ableiten von Wasser aus einer Wasserabscheidevorrichtung und von Stickstoff vorgesehen sind. Üblicherweise werden bei bekannten Systemen je ein Ventil (Purgeventil und Drainventil) und eine Leitung, einschließlich eventuell notwendiger Filter, zum Spülen mit Wasserstoff (Purge) und zum Wasserentfernen (Drain) benötigt, wobei beim Wasserentfernen abgeschiedenes flüssiges Wasser aus dem Rückführkreis entfernt wird. Dabei wird das Öffnen und Schließen des Purgeventils entweder über eine Wasserstoffkonzentrationsmessung gesteuert oder es wird lastabhängig zeitgesteuert geöffnet und geschlossen. Die Spülleitung endet, je nach Konzept, im Kathodenausgang oder im Kathodeneingang. Das Öffnen und Schließen des Drainventils erfolgt in der Regel über einen Füllstandssensor, der einen oberen (Öffnen des Ventils) und einen unteren (Schließen des Ventils) Füllstand in der Wasserabscheidevorrichtung anzeigt. Die Drainleitung endet in der Regel am Kathodenausgang des Systems.From the DE 699 12 918 T2 a fuel cell system is known in which a return of the hydrogen is provided. From the anode circuit branch off a first and a second purge line, which are provided during the flushing process mainly for the discharge of water from a Wasserabscheidevorrichtung and nitrogen. Conventionally, in known systems, one valve (purge valve and drain valve) and one line, including any necessary filters, are required for flushing with hydrogen (purge) and for removing water (drain), with separated liquid water being removed from the recirculation circuit during water removal. The opening and closing of the purge valve is controlled either via a hydrogen concentration measurement or it is time-controlled opened and closed depending on the load. The purge line ends, depending on the concept, in the cathode output or in the cathode input. The opening and closing of the drain valve is usually via a level sensor, which indicates an upper (opening of the valve) and a lower (closing of the valve) level in the Wasserabscheidevorrichtung. The drain usually terminates at the cathode output of the system.

Neben dem Aufwand, diese Komponenten im System vorzusehen, verursachen die Komponenten weiteren Aufwand hinsichtlich ihrer Ansteuerung und einer dafür gegebenenfalls notwendigen Sensorik. Außerdem müssen entsprechende Leitungselemente von den Ventileinrichtungen in die jeweiligen Bereiche, in die die Medien ausgetragen werden, vorhanden sein. Dies erfordert entsprechende Bauteile und entsprechenden Bauraum. Um auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts einen sicheren Start und eine sichere Funktionalität des Systems gewährleisten zu können, müssen diese Leitungselemente außerdem entsprechend isoliert und/oder beheizbar ausgebildet werden. Auch dies erhöht den Aufwand hinsichtlich Kosten, Komplexität und Gewicht in dem oben dargestellten Brennstoffzellensystem.Next the effort to provide these components in the system cause the components further effort in terms of their control and a possibly necessary for this sensor. Furthermore have appropriate line elements of the valve devices into the respective areas in which the media are being broadcast, to be available. This requires corresponding components and corresponding Space. Even at temperatures below freezing a Safe start and secure functionality of the system to be able to guarantee these Conduit elements also isolated and / or accordingly be formed heated. This also increases the effort in terms of cost, complexity and weight in the above illustrated fuel cell system.

Aus der internationalen Anmeldung WO 2008/052578 A1 ist ebenfalls ein Brennstoffzellensystem mit einem Anodenkreislauf bekannt, welcher hierin als Brennstoffkreis bezeichnet wird. Die Besonderheit bei diesem Aufbau besteht nun darin, dass die Funktionalität des Wasserabscheiders mit einem Ablassventil zum Ablassen des Wassers und die Funktionalität des Abblasventils zum Abblasen des stickstoffhaltigen Gases kombiniert werden. Der Aufbau sieht dabei vor, dass ein Wasserabscheider mit einer entsprechenden Ventileinrichtung versehen ist. Immer, wenn sich eine entsprechend große Menge an Wasser angesammelt hat, wird diese über die Ventileinrichtung aus dem Wasserabscheider abgelassen. Nachdem das Wasser abgelassen ist, tritt außerdem Gas aus dem Anodenkreislauf über die Ventileinrichtung des Wasserabscheiders aus, ehe diese wieder geschlossen wird. Die Funktionalität, welche bei der oben genannten Schrift auf zwei eigene Bauteile verteilt war, wird dadurch in einem einzigen Bauteil integriert.From the international application WO 2008/052578 A1 Also known is a fuel cell system having an anode circuit, referred to herein as a fuel circuit. The special feature of this design is that the functionality of the water separator with a drain valve for discharging the water and the functionality of the blow-off valve for blowing off the nitrogen-containing gas are combined. The structure provides that a water separator is provided with a corresponding valve device. Whenever a correspondingly large amount of water has accumulated, it is drained from the water separator via the valve device. In addition, after the water is drained, gas exits the anode circuit via the valve means of the water separator before it is closed again. The functionality, which was distributed in the above-mentioned writing on two separate components, is thereby integrated into a single component.

Dieser Aufbau stellt bereits eine deutliche Verbesserung gegenüber dem oben genannten Aufbau dar. Allerdings ist auch hier weiterhin ein entsprechender Sensor zur Erfassung des Wasserstands in dem Abscheider notwendig. Die Erfahrung in der Praxis hat gezeigt, dass dieser Sensor extrem leicht mit Ablagerungen aus dem Brennstoffzellensystem verschmutzt wird, und dass dies sehr häufig zu einer Fehlfunktion des Sensors und damit zu einem zu häufigen oder auch zu seltenen Ablassen des anfallenden Wassers führt. Dies ist hinsichtlich der Betriebssicherheit eines solchen Systems entsprechend problematisch. Außerdem stellt die Verwendung eines derartigen Sensors immer auch einen gewissen Aufwand dar, da insbesondere ein Füllstandssensor im Wasserabscheider typischerweise in Form von zwei einzelnen Sensoren ausgebildet sein muss, was wiederum mit den entsprechenden Kosten verbunden ist.This structure already represents a significant improvement over the above-mentioned construction. However, a corresponding sensor for detecting the water level in the separator is also necessary here. Experience in practice has shown that this sensor is extremely easily contaminated with deposits from the fuel cell system, and that this very often leads to a malfunction of the sensor and thus to a frequent or too rare draining the accumulating water leads. This is correspondingly problematic in terms of the reliability of such a system. In addition, the use of such a sensor always also represents a certain expense, since in particular a level sensor in the water separator must be typically designed in the form of two individual sensors, which in turn is associated with the corresponding costs.

Aus dem weiteren allgemeinen Stand der Technik ist ferner die DE 699 20 279 T2 bekannt. Diese Schrift beschäftigt sich mit der „Entsorgung” von Anodenabgas in den Bereich der Kathode, ohne dabei einen Anodenkreislauf zu verwenden. Grundsätzlich ist aus dieser Schrift jedoch bekannt, dass, wie in Abschnitt 16 der genannten Schrift ausgeführt wird, die Dosierung von wasserstoffhaltigem Gas in den Bereich der Kathode nur eine minimale Änderung der Zellenspannung und der Zellentemperatur hervorruft.From the further general state of the art is also the DE 699 20 279 T2 known. This document deals with the "disposal" of anode exhaust gas in the area of the cathode, without using an anode circuit. In principle, however, it is known from this document that, as stated in Section 16 of the cited document, the metering of hydrogen-containing gas into the region of the cathode causes only a minimal change in the cell voltage and the cell temperature.

Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem Anodenkreislauf zu schaffen, welches einfach und effizient aufgebaut werden kann, und bei welchem ein sicherer und zuverlässiger Betrieb auch ohne den Einsatz aufwendiger Sensorik ermöglicht wird.task The present invention is now a method of operation to provide a fuel cell system with an anode circuit, which can be constructed easily and efficiently, and in which a safe and reliable operation even without the use complicated sensor technology is made possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.According to the invention this task by the method with the in the characterizing part solved by claim 1 mentioned features. The dependent ones Claims describe advantageous embodiments and Further developments of the method according to the invention.

Gegenüber den Ausführungen in der oben zum weiteren Stand der Technik genannten Schrift hat sich den Erfindern in unerwarteter und überraschender Weise gezeigt, dass der Eintrag von Wasserstoff in den Bereich der Kathode durchaus einen starken Einfluss auf die Zellspannung hat. Entsprechende Untersuchungen haben gezeigt, dass die Zellspannung selbst bei kleinen Mengen an Wasserstoff in der Kathodenzuluft, insbesondere Mengen unterhalb von 10%, mit einem Einbruch der Spannung in der Brennstoffzelle einhergeht. Dieser Effekt des Spannungseinbruchs, sobald Wasserstoff auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle auftaucht, ließ sich in den Untersuchungen nicht unmittelbar klären. Eine erste Vermutung, dass dies mit der verringerten Luftstöchiometrie zusammenhängen könnte, hat sich nicht bewahrheitet, da auch Versuche mit stark überstöchiometrischen Bedingungen den Spannungseinbruch gezeigt haben. Der mittlerweile vermutete Grund liegt in einer Absenkung der Spannung aufgrund einer Verringerung des Kathodenpotentials durch die Beimischung des Wasserstoffs.Across from the comments in the above to the further prior art mentioned writing has become more unexpected and surprising to the inventors Way shown that the entry of hydrogen in the range of Cathode has a strong influence on the cell voltage. Corresponding studies have shown that the cell voltage even with small amounts of hydrogen in the cathode, in particular, amounts below 10%, with a slump in tension in the fuel cell. This effect of the voltage dip, as soon as hydrogen appears on the cathode side of the fuel cell, was not directly clarified in the investigations. A first guess that this with the reduced air stoichiometry could not be true, as well as experiments with strongly superstoichiometric Conditions have shown the voltage dip. The meanwhile suspected reason lies in a lowering of tension due to a Reduction of the cathode potential by the addition of hydrogen.

In jedem Fall tritt dieser Spannungseinbruch in allen Betriebssituationen der Brennstoffzelle immer dann auf, wenn Wasserstoff in den Bereich der Kathode bzw. des Kathodenraums gelangt. Um nun bei einem üblichen Brennstoffzellensystem mit Anodenkreislauf das Ablassen von Wasser und Inertgasen aus dem Anodenkreislauf zu kontrollieren, ist es möglich, bei einer Einleitung dieser beiden Medien in den Bereich der Kathodenzuluft über den Spannungseinbruch zu detektieren, dass Wasserstoff in der Kathodenzuluft anlangt. Zu diesem Zeitpunkt sind also die Inertgase und/oder das Wasser entsprechend abgelassen und die Ventileinrichtung zum Ablassen dieser Medien kann wieder geschlossen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt diesen Spannungseinbruch also zur Steuerung des Drains und/oder des Purges, sodass auf weitere Sensoren, wie beispielsweise Wasserstandssensoren im Bereich eines Wasserabscheiders oder Wasserstoffsensoren im Bereich der Kathodenzuluft verzichtet werden kann. Das Verfahren ermöglicht es damit, ein entsprechendes Brennstoffzellensystem deutlich einfacher und kostengünstiger aufzubauen, da nun lediglich ein Einbruch in der ohnehin gemessenen Spannung detektiert werden muss, um festzustellen, dass der Drain bzw. der Purge entsprechend beendet werden kann. Dies ermöglicht einen sehr einfachen und kostengünstigen Aufbau, welcher außerdem unabhängig von gegebenenfalls störungsanfälligen Sensoren funktioniert und daher sicher und zuverlässig arbeitet.In In any case, this voltage drop occurs in all operating situations the fuel cell is always on when hydrogen enters the area the cathode or the cathode compartment passes. Order now at a usual Fuel cell system with anode circuit draining water and control inert gases from the anode cycle, it is possible in the introduction of these two media in the range of Kathodenzuluft about to detect the voltage dip that hydrogen is delivering in the cathode arrives. At this time, therefore, the inert gases and / or the Drained water accordingly and the valve device for draining This media can be closed again. The invention Procedure uses this voltage dip to control the Drains and / or Purges, so on more sensors, such as Water level sensors in the area of a water separator or hydrogen sensors can be dispensed with in the field of cathode supply. The procedure makes it possible, a corresponding fuel cell system much easier and cheaper to build, because now only detected a break in the already measured voltage must be to determine that the drain or the purge accordingly can be stopped. This allows for a very simple and inexpensive construction, which also independent possibly fault-prone sensors works and therefore works safely and reliably.

In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass nach dem öffnen der Ventileinrichtung für eine maximale vorgegebene Zeit auf einen Spannungseinbruch gewartet wird, und falls dieser nicht erfolgt, die Ventileinrichtung wieder geschlossen wird. Wenn bei geöffneter Ventileinrichtung kein Spannungseinbruch im Bereich der Brennstoffzelle selbst erfolgt, dann ist dies ein Zeichen dafür, dass kein Wasserstoff im Bereich der Anode ankommt. Dies kann im Prinzip, wie oben bereits dargelegt, bedeuten, dass der Purge, also der Austrag von Wasser und inerten Gas aus dem Anodenbereich, weiterhin erfolgt. Sofern eine entsprechende maximale Zeit abgewartet wird, sodass nicht mehr damit zu rechnen ist, dass noch Inertgas und Wasser aus dem Bereich der Anode über die Ventileinrichtung in der Kathode ankommt, dann spricht der immer noch nicht aufgetretene Spannungseinbruch für einen Fehler im Bereich der Ventileinrichtung. Ein solcher Fehler kann beispielsweise eine mangelnde Funktionalität der Ventileinrichtung sein. Insbesondere nach dem Start eines Brennstoffzellensystems bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts kann dies auch bedeuten, dass im Bereich der Ventileinrichtung oder der Leitungen Wasser vorhanden war, welches jetzt gefroren ist und die Verbindung zur Kathode entsprechend behindert. Das Ausbleiben des Spannungseinbruchs kann entsprechend der erfinderischen Grundidee also auch genutzt werden, um die Funktionalität der Ventileinrichtungen und der Leitungselemente zu überprüfen.In a particularly favorable and advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that after opening the valve device is waited for a maximum predetermined time to a voltage dip, and if this does not occur, the valve device is closed again. If no voltage drop occurs in the area of the fuel cell itself when the valve device is open, then this is a sign that no hydrogen arrives in the region of the anode. In principle, as already explained above, this can mean that the purge, ie the discharge of water and inert gas from the anode region, continues to take place. If a corresponding maximum time is waited for, so that it is no longer to be expected that inert gas and water from the region of the anode will arrive via the valve device in the cathode, then the voltage drop which has still not occurred speaks for an error in the area of the valve device. Such an error may be, for example, a lack of functionality of the valve device. In particular, after the start of a fuel cell system at temperatures below freezing, this may also mean that water was present in the region of the valve device or lines, which is now frozen and impeded the connection to the cathode accordingly. The absence of tension Burglary can also be used according to the inventive idea to check the functionality of the valve devices and the line elements.

In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung hiervon ist es daher vorgesehen, dass ein Schließen der Ventileinrichtung ohne Spannungseinbruch ein Fehlersignal generiert. Über dieses Fehlersignal kann dann erfasst werden, dass ein Problem vorliegt. Dies kann beispielsweise einen erneuten Versuch nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit oder auch eine Wartung des Systems auslösen.In a particularly favorable and advantageous development From this it is therefore envisaged that closing the Valve device without voltage drop generates an error signal. about This error signal can then be detected that there is a problem. This can for example be a retry after expiration of a predetermined time or even a maintenance of the system.

In einer besonders günstigen Weiterbildung hiervon ist es dann vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem während des Vorliegens eines Fehlersignals mit erhöhtem Anodendruck betrieben wird. Wenn ein solches Fehlersignal vorliegt, hat beispielsweise aufgrund einer gefrorenen Leitung, eines Defekts des Ventils oder dergleichen kein Purge aus dem Anodenbereich stattgefunden. Damit verringert sich die Wasserstoffkonzentration im Anodenbereich und die Performance des Brennstoffzellensystems lässt nach. Durch den erhöhten Anodendruck kann ein solcher Performanceeinbruch zumindest für eine gewisse Zeit ausgeglichen werden. Wenn ein Fehlersignal einen fehlenden Purge-Vorgang signalisiert, wird also durch den erhöhten Anodendruck einem Performanceeinbruch der Brennstoffzelle entgegengewirkt.In a particularly favorable development of this is it then provided that the fuel cell system during the presence of an error signal with increased anode pressure is operated. If such an error signal is present, for example due to a frozen pipe, a defect in the valve or Likewise no purge from the anode area occurred. In order to decreases the hydrogen concentration in the anode region and the performance of the fuel cell system decreases. Due to the increased anode pressure can such a performance hit be compensated for at least a period of time. If an error signal signals a missing purge event So by the increased anode pressure a performance slump the fuel cell counteracted.

Wie bereits eingangs erwähnt, ist eine Abhängigkeit der Brennstoffzellenspannung zu eventuell im Bereich der Kathode anlangendem Wasserstoff in sämtlichen Betriebssituationen der wenigstens einen Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems vorhanden. Je nach Betriebssituation kann der Einbruch der Spannung jedoch vergleichsweise schwer zu erfassen sein, da durch dynamischen Betrieb und entsprechende Lastsprünge ohnehin verschiedene Spannungswerte detektiert werden. Aus diesem gegebenenfalls stark schwankenden Spannungswerten denjenigen herauszufiltern, welcher zur Ansteuerung und/oder Überwachung der Ventileinrichtung genutzt werden soll, kann vergleichsweise aufwändig sein.As already mentioned above, is a dependency the fuel cell voltage to possibly in the region of the cathode incoming hydrogen in all operating situations the at least one fuel cell of the fuel cell system available. Depending on the operating situation may be the collapse of the voltage but comparatively difficult to grasp, because of dynamic Operation and corresponding load jumps anyway different voltage values be detected. For this, if necessary, strongly fluctuating Filter out voltage values to those who for driving and / or monitoring the valve device is to be used, can be comparatively be elaborate.

Daher ist es in einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Brennstoffzelle nach dem Öffnen der Ventileinrichtung zumindest zyklisch in einem Bereich geringerer Stromdichte betrieben wird. Damit wird eine Detektion des durch den Wasserstoff verursachten Spannungseinbruchs noch leichter und zuverlässiger möglich.Therefore It is in a particularly favorable and advantageous development the process of the invention provided that the fuel cell after opening the valve device operated at least cyclically in a region of lower current density becomes. This is a detection of the caused by the hydrogen Voltage drop even easier and more reliable possible.

In einer alternativen und/oder ergänzenden Ausgestaltung hiervon ist es vorgesehen, dass das Öffnen der Ventileinrichtung nur dann erfolgt, wenn ein stationärer Betriebszustand der Brennstoffzellen detektiert wurde. Ein solcher stationärer Betriebszustand kann insbesondere ein Leerlaufbetrieb der Brennstoffzellen sein. Aber auch im regulären Betrieb des Brennstoffzellensystems ergeben sich immer wieder für einen bestimmten Zeitabschnitt stationäre Betriebszustände der Brennstoffzelle, sodass auch während solcher stationärer Betriebszustände ein Öffnen der Ventileinrichtung erfolgen kann und anschließend eine sehr sichere und zuverlässige Detektion einer eventuellen Reaktion der Brennstoffzellenspannung auf den durch die geöffnete Ventileinrichtung im Bereich der Kathode ankommenden Wasserstoff gewährleistet ist.In an alternative and / or additional embodiment thereof it is envisaged that the opening of the valve device only occurs when a steady state operating condition the fuel cell was detected. Such a stationary Operating state, in particular, an idle operation of the fuel cell be. But also in the regular operation of the fuel cell system arise again and again for a certain period of time stationary operating states of the fuel cell, so even during such stationary operating conditions an opening of the valve device can take place and then a very safe and reliable detection of any eventuality Reaction of the fuel cell voltage to that through the open Valve device in the region of the cathode incoming hydrogen is guaranteed.

Da das erfindungsgemäße Verfahren die Anzahl der notwendigen Sensoren reduziert, und so kostengünstig einen sicheren und zuverlässigen Betrieb eines Brennstoffzellensystems ermöglicht, liegt seine bevorzugte Anwendung im Bereich von Brennstoffzellensystemen, wie sie in Transportmitteln auf dem Lande, im Wasser oder in der Luft eingesetzt werden. Insbesondere hier ist ein kompakter, einfacher und zuverlässiger Aufbau notwendig, da die Systeme im Vergleich zu stationären Anlagen weitaus höheren Belastungen wie Vibrationen, Temperaturschwankungen und dergleichen ausgesetzt sind, und eingesetzte Sensoren unter diesen Bedingungen schneller versagen könnten, als beispielsweise in stationären Systemen.There the inventive method, the number of necessary sensors are reduced, and so cost-effective safe and reliable operation of a fuel cell system its preferred application lies in the field of fuel cell systems, as used in means of transport on the Land, be used in the water or in the air. Especially Here is a compact, simple and reliable construction necessary, because the systems compared to stationary systems much higher loads such as vibrations, temperature fluctuations and the like are exposed, and sensors used could fail faster than for example in stationary systems.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert wird.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the remaining dependent claims and are based on the embodiment clearly, which will be described in more detail below with reference to the figures is explained.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 einen Ausschnitt aus einem Brennstoffzellensystem zum Betreiben mit dem erfindungsgemäßen Verfahren; 1 a section of a fuel cell system for operation with the inventive method;

2 ein Diagramm mit den zeitlichen Verläufen von Spannung U, Wasserstoffkonzentration c(H2) und Ventilstellung eines Ventils für den Purge; 2 a diagram with the time histories of voltage U, hydrogen concentration c (H2) and valve position of a valve for the purge;

3 ein mögliches Ablaufschema für das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Drain/Purge; und 3 a possible flowchart for the inventive method for controlling a drain / purge; and

4 ein mögliches Ablaufschema für das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung der Ventileinrichtung. 4 a possible flowchart for the inventive method for monitoring the valve device.

In der Darstellung gemäß 1 ist ein Brennstoffzellensystem 1 in einem für die hier vorliegende Erfindung relevanten Ausschnitt stark schematisiert angedeutet. Wichtigster Bestandteil des Brennstoffzellensystems 1 ist dabei eine Brennstoffzelle 2, welche typischerweise als Stapel von einzelnen Brennstoffzellen, als sogenannter Brennstoffzellenstack, ausgebildet ist. Die Brennstoffzelle 2 weist einen Anodenraum 3 und einen Kathodenraum 4 auf, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine protonenleitende Membran voneinander getrennt sein sollen. Bei der Brennstoffzelle 2 handelt es sich also um einen sogenannten PEM-Brennstoffzellenstack.In the illustration according to 1 is a fuel cell system 1 in a relevant to the present invention section highly schematized indicated. Most important component of the fuel cell system 1 is a fuel cell 2 which are typically as a stack of single NEN fuel cell, designed as a so-called fuel cell stack. The fuel cell 2 has an anode compartment 3 and a cathode compartment 4 which, in the embodiment shown here, should be separated from one another by a proton-conducting membrane. At the fuel cell 2 So it is a so-called PEM fuel cell stack.

Der Anodenraum 3 der Brennstoffzelle 2 wird aus einer Wasserstoffspeichereinrichtung 5 über ein Dosierventil 6 sowie ein Leitungselement mit Wasserstoff aus der Wasserstoffspeichereinrichtung 5 versorgt. Im Bereich des Anodenraums 3 nicht umgesetzter Wasserstoff gelangt über eine Rezirkulationsleitung 7 zurück in den Bereich, in dem der frische Wasserstoff über das Dosierventil 6 zu dem Anodenraum 3 strömt. Diese Kreislaufführung des Abgases aus der Anode wird insgesamt als Anodenkreislauf 8 oder Anodenloop bezeichnet. Die Rezirkulationsleitung 7 führt damit in an sich bekannter Weise unverbrauchtes Gas aus dem Bereich des Anodenraums 3 zurück in den Anodenraum 3, wobei sich das Gas mit frischem Wasserstoff aus der Wasserstoffspeichereinrichtung 5 vermischt. Um den Druckverlust im Anodenraum 3 und der Rezirkulationsleitung 7 auszugleichen, ist im Bereich der Rezirkulationsleitung 7 eine Rezirkulationsfördereinrichtung 9 angeordnet, welche für die Rückführung des unverbrauchten Gases aus dem Anodenraum 3 sorgt. Die Rezirkulationsfördereinrichtung 9 kann als Wasserstoffrezirkulationsgebläse ausgebildet sein, so wie dies in 1 angedeutet ist. Ergänzend oder alternativ hierzu wäre auch eine Gasstrahlpumpe denkbar, welche durch den Wasserstoff aus der Wasserstoffspeichereinrichtung 5 angetrieben wird, und das Gas aus dem Bereich der Rezirkulationsleitung 7 ansaugt und mit dem frischen Wasserstoff vermischt und dem Anodenraum 3 zuführt.The anode compartment 3 the fuel cell 2 becomes from a hydrogen storage device 5 via a metering valve 6 and a line member with hydrogen from the hydrogen storage device 5 provided. In the area of the anode compartment 3 unreacted hydrogen passes through a recirculation line 7 back to the area where the fresh hydrogen is via the metering valve 6 to the anode compartment 3 flows. This recirculation of the exhaust gas from the anode is total as an anode circuit 8th or anode loop. The recirculation line 7 thus leads in a conventional manner unused gas from the area of the anode compartment 3 back to the anode room 3 wherein the gas is fresh hydrogen from the hydrogen storage device 5 mixed. To the pressure loss in the anode compartment 3 and the recirculation line 7 is in the area of the recirculation line 7 a recirculation conveyor 9 arranged, which for the return of the unused gas from the anode compartment 3 provides. The recirculation conveyor 9 can be designed as a hydrogen circulation blower, as in 1 is indicated. Additionally or alternatively, a gas jet pump would be conceivable, which by the hydrogen from the hydrogen storage device 5 is driven, and the gas from the area of the recirculation line 7 sucks and mixed with the fresh hydrogen and the anode compartment 3 supplies.

Der Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle 2 wird im hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit Luft versorgt. Der in der Luft enthaltende Sauerstoff dient als Oxidationsmittel für die chemische Reaktion im Inneren der Brennstoffzelle 2 und bildet zusammen mit dem Wasserstoff in an sich bekannter Weise Wasser, wobei elektrische Leistung frei wird, welche an der Brennstoffzelle 2 entsprechend abgegriffen werden kann. Die Luft für den Kathodenraum 4 wird über eine Luftfördereinrichtung 10 verdichtet und dem Kathodenraum 4 zugeführt. Zur Aufbereitung der Luft können dabei weitere Komponenten, wie beispielsweise Luftfilter, Ladeluftkühler, Befeuchter oder dergleichen vorhanden sein, auf deren Darstellung hier zur Vereinfachung verzichtet wurde. Die Luftfördereinrichtung 10 kann beispielsweise als Schraubenkompressor oder als Strömungsverdichter ausgebildet sein. Im Bereich der Rezirkulationsleitung 7 ist außerdem ein Wasserabscheider 11 vorgesehen, in welchem sich während des Betriebs der Brennstoffzelle 2 flüssiges Wasser aus dem Anodenkreislauf 8 sammelt. Im Bereich des Wasserabscheiders 11 ist zum Ablassen dieses Wassers eine Ventileinrichtung 12 im Auslassbereich des Wasserabscheiders 11, typischerweise also in Richtung der Schwerkraft unten, vorgesehen. Über eine Leitung 13 ist die Ventileinrichtung 12 mit der Zuluft zum Kathodenraum 4 verbunden.The cathode compartment 4 the fuel cell 2 is supplied in the illustrated embodiment with air. The oxygen in the air serves as an oxidant for the chemical reaction inside the fuel cell 2 and forms together with the hydrogen in a conventional manner water, wherein electric power is released, which at the fuel cell 2 can be tapped accordingly. The air for the cathode compartment 4 is via an air conveyor 10 compacted and the cathode compartment 4 fed. For the preparation of the air while other components, such as air filters, intercooler, humidifier or the like may be present, their representation has been omitted here for simplicity. The air conveyor 10 For example, it can be designed as a screw compressor or as a flow compressor. In the area of the recirculation line 7 is also a water separator 11 provided in which during operation of the fuel cell 2 liquid water from the anode circuit 8th collects. In the area of the water separator 11 is to drain this water a valve device 12 in the outlet area of the water separator 11 , so typically in the direction of gravity below, provided. About a line 13 is the valve device 12 with the supply air to the cathode compartment 4 connected.

Das Brennstoffzellensystem 1 weist außerdem eine Steuerungselektronik 14 auf, welche in derartigen Systemen allgemein üblich und gebräuchlich ist. Durch diese Steuerungselektronik 14 werden eine Vielzahl von Funktionen in dem Brennstoffzellensystem überwacht und gesteuert. Da für die hier vorliegende Erfindung lediglich zwei Funktionen von Interesse sind, ist nur eine Verbindung der Steuerungselektronik 14 mit der Brennstoffzelle 2 angedeutet, welche zur Messung bzw. Überwachung der Spannung U der Brennstoffzelle 2 dienen soll. Eine andere Steuerungsleitung verbindet die Steuerungselektronik 14 mit der Ventileinrichtung 12, sodass die Ventileinrichtung 12, welche beispielsweise als Magnetventil ausgeführt ist, über einen Teil der Steuerungselektronik 14 entsprechend angesteuert werden kann.The fuel cell system 1 also has an electronic control system 14 which is common and common in such systems. Through this control electronics 14 A variety of functions in the fuel cell system are monitored and controlled. Since only two functions are of interest for the present invention, only one connection is the control electronics 14 with the fuel cell 2 indicated, which for measuring or monitoring the voltage U of the fuel cell 2 should serve. Another control line connects the control electronics 14 with the valve device 12 so that the valve device 12 , which is designed for example as a solenoid valve, over part of the control electronics 14 can be controlled accordingly.

Dieser Aufbau entspricht dabei dem entsprechenden Teil eines Brennstoffzellensystems 1, wie es auch aus dem Stand der Technik bekannt ist. Aufgrund der Tatsache, dass dem Kathodenraum 4 Luft zugeführt wird, und dass der Wasserstoff in dem Anodenkreislauf 8 um den Anodenraum 3 geführt wird, kommt es mit der Zeit zu einer Anreicherung von Stickstoff im Bereich des Anodenkreislaufs 8, da Stickstoff durch die Membran hindurch aus der Luft im Kathodenraum 4 in den Bereich des Anodenraums 3 diffundiert. Um dennoch eine ausreichende Menge an Wasserstoff bzw. eine ausreichend hohe Wasserstoffkonzentration im Anodenraum 3 der Brennstoffzelle 2 sicherstellen zu können, muss dieser Stickstoff in herkömmlichen Systemen von Zeit zu Zeit abgeblasen werden (Purge). Auch das anfallende Wasser muss von Zeit zu Zeit abgelassen werden (Drain). In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt sowohl der Drain als auch der Purge über den Wasserabscheider 11 und die Ventileinrichtung 12. Wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, wären auch alternative Aufbauten denkbar, insbesondere Aufbauten, bei denen für den Drain und für den Purge jeweils eine eigene Ventileinrichtung vorgesehen ist. Im Wesentlichen gilt hierfür das nachfolgend beschriebene Verfahren ebenso, wobei dann die Ansteuerung von zwei Ventileinrichtungen anstelle der Ansteuerung der einen Ventileinrichtung 12 entsprechend vorgenommen werden muss.This structure corresponds to the corresponding part of a fuel cell system 1 , as is known from the prior art. Due to the fact that the cathode compartment 4 Air is supplied, and that the hydrogen in the anode circuit 8th around the anode compartment 3 is led over time, it comes to an accumulation of nitrogen in the region of the anode circuit 8th since nitrogen passes through the membrane from the air in the cathode compartment 4 in the area of the anode compartment 3 diffused. Nevertheless, a sufficient amount of hydrogen or a sufficiently high concentration of hydrogen in the anode compartment 3 the fuel cell 2 To be able to ensure this nitrogen must be blown off in conventional systems from time to time (purge). Also, the accumulating water must be drained from time to time (drain). In the present embodiment, both the drain and purge are via the water separator 11 and the valve device 12 , As is known from the prior art, alternative structures would also be conceivable, in particular constructions in which a separate valve device is provided in each case for the drain and for the purge. Essentially, the method described below also applies to this, in which case the control of two valve devices instead of the control of the one valve device 12 must be made accordingly.

Nun ist es so, dass das Öffnen der Ventileinrichtung 12 beispielsweise zeitgesteuert erfolgen kann, da aufgrund entsprechender Erfahrungswerte bekannt ist, wann sich eine entsprechend große Menge an Stickstoff in dem Anodenkreislauf 8 angereichert hat, und wann in dem Wasserabscheider 11 so viel Wasser gesammelt wurde, dass dieses abgelassen werden muss, um ein Überlaufen bzw. insbesondere ein Überschwappen des Wasserabscheiders 11 bei Bewegungen, wie sie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug auftreten, zu vermeiden. Dadurch würde nämlich Wasser zurück in den Bereich des Anodenkreislaufs 8 gelangen und gegebenenfalls aktive Oberflächen im Bereich des Anodenraums 3 blockieren. Die Öffnung der Ventileinrichtung 12 kann also entsprechend zeitgesteuert erfolgen. Eine alternative Ausführungsform kann es auch vorsehen, dass in der Steuerungselektronik 14 die Menge an anfallendem Wasser durch eine Berechnung entsprechend abgeschätzt wird. Da weitgehend bekannt ist, wie viel Wasser bei welcher Leistung pro Zeiteinheit in dem Anodenkreislauf 8 anfällt, kann durch eine einfache Berechnung und ein Aufsummieren der Wassermenge in jeweils kurzen Zeitabschnitten einer bestimmten Leistung vergleichsweise einfach und effizient die Menge an anfallendem Wasser berechnet werden. Hierfür ist dabei keine ausgesprochen exakte Berechnung notwendig, da aufgrund des unweigerlich auftretenden Schwappens immer ein gewisser Sicherheitsabstand zwischen der Oberkante des Wasserabscheiders 11 und dem maximalen Wasserstand vorgesehen werden muss. Aufgrund dieser ohnehin notwendigen Sicherheit können die Berechnung und das Aufsummieren des anfallenden Volumens an Wasser eher grob und damit entsprechend einfach erfolgen.Now it is like that opening the valve device 12 For example, it can be time-controlled, since based on corresponding empirical values It is known when a correspondingly large amount of nitrogen in the anode cycle 8th has enriched, and when in the water separator 11 so much water has been collected that this must be drained to overflow or in particular a spilling over of the water separator 11 to avoid movements such as occur in a motor vehicle. This would cause water to return to the area of the anode circuit 8th and optionally active surfaces in the region of the anode compartment 3 To block. The opening of the valve device 12 can therefore be timed accordingly. An alternative embodiment may also provide that in the control electronics 14 the amount of accumulated water is estimated by a calculation accordingly. Since it is widely known how much water at which power per unit time in the anode circuit 8th accumulates, can be calculated by simply calculating and adding up the amount of water in each of short periods of a particular power comparatively simple and efficient, the amount of accumulating water. For this purpose, no extremely accurate calculation is necessary because due to the inevitable sloshing always a certain safety distance between the top of the water separator 11 and the maximum water level must be provided. Due to this security, which is necessary in any case, the calculation and accumulation of the accumulating volume of water can be rather rough and thus correspondingly simple.

Neben der alternativen Nutzung eines zeitgesteuerten Öffnens der Ventileinrichtung 12 oder dem Öffnen der Ventileinrichtung 12 anhand einer berechneten Wassermenge, und hier insbesondere beim Erreichen einer maximal zulässigen Wassermenge, kann auch eine Kombination dieser beiden Methoden angedacht werden. So kann beispielsweise die Wassermenge entsprechend berechnet werden. Wenn nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit noch keine ausreichend große Menge angefallen ist, sodass über diese Methode das Öffnen der Ventileinrichtung 12 ausgelöst werden würde, kann diese zeitgesteuert zwangsausgelöst werden, um beispielsweise den anfallenden Stickstoff abzuführen, um eine Verschlechterung der Performance der Brennstoffzelle 2 zu verhindern. Gleichzeitig wird dabei immer auch das Wasser mit abgeführt, da ja beide Medien über den Wasserabscheider 11 und die eine Ventileinrichtung 12 abgeführt werden. Ebenso wäre ein Aufbau denkbar, bei dem dies anders herum erfolgt, also regulär das zeitgesteuerte Öffnen der Ventileinrichtung 12 erfolgt, während die Steuerungselektronik 14 die Ventileinrichtung 12 nur dann anhand des errechneten Wasserwerts öffnet, wenn zu befürchten steht, dass der Wasserabscheider 11 überlaufen könnte, bevor ein zeitgesteuertes Öffnen der Ventileinrichtung 13 erfolgt.In addition to the alternative use of a time-controlled opening of the valve device 12 or opening the valve device 12 Based on a calculated amount of water, and in particular when reaching a maximum allowable amount of water, a combination of these two methods can be considered. For example, the amount of water can be calculated accordingly. If, after a certain time has elapsed, a sufficiently large amount has not yet accumulated, this method opens the valve device 12 be triggered, it can be time-triggered forcibly, for example, to dissipate the accumulating nitrogen to a deterioration of the performance of the fuel cell 2 to prevent. At the same time, the water is always removed with it, since both media via the water 11 and the one valve device 12 be dissipated. Likewise, a construction would be conceivable in which this is done the other way around, that is to say the time-controlled opening of the valve device 12 takes place while the control electronics 14 the valve device 12 only then opens on the basis of the calculated water value, if it is to be feared that the water separator 11 could overflow before a time-controlled opening of the valve device 13 he follows.

Nachdem die Ventileinrichtung 12 geöffnet ist, wird in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 zuerst das Wasser über das Leitungselement 13 abfließen und sich mit der heißen Zuluft zum Kathodenraum 4 entsprechend mischen und typischerweise in dieser verdampfen. Erst nachdem die gesamte Wassermenge abgelassen ist, wird aus dem Gaspolster in dem Wasserabscheider 11 über dem Wasser eine gewisse Menge an Gas aus dem Bereich des Anodenkreislaufs 8 über die Ventileinrichtung 12 und das Leitungselement 13 in den Bereich der Zuluft zum Kathodenraum 4 strömen. Dieses Gas wird typischerweise Stickstoff und eine geringe Menge an Wasserstoff enthalten.After the valve device 12 is open, is in the embodiment shown here the 1 first the water over the pipe element 13 drain and with the hot supply air to the cathode compartment 4 mix and typically evaporate in this. Only after the entire amount of water has been drained, is the gas cushion in the water separator 11 above the water a certain amount of gas from the region of the anode circuit 8th over the valve device 12 and the conduit element 13 in the area of the supply air to the cathode compartment 4 stream. This gas will typically contain nitrogen and a small amount of hydrogen.

Es hat sich nun gezeigt, dass beim Einbringen von Wasserstoff, auch bei bereits sehr geringen Mengen an Wasserstoff, ein Einbruch der Spannung U an der Brennstoffzelle 2 erfolgt. Dieser Einbruch der Spannung U kann nun genutzt werden, um festzustellen, ob und gegebenenfalls wie viel Wasserstoff über die Ventileinrichtung 12 in den Bereich des Kathodenraums 4 abgelassen wurde. Insbesondere kann der Spannungseinbruch dabei genutzt werden um festzustellen, dass jetzt kein Wasser mehr kommt, sondern ein Gas, welches aus dem Anodenkreislauf 8 stammt und immer eine gewisse Menge an Wasserstoff enthalten wird. Mit dem Einbruch des Spannungswerts weiß man also, dass der Wasserabscheider 11 zuverlässig entleert ist, und dass eine gewisse Menge an Gas aus dem Bereich des Anodenkreislaufs 8 abgelassen wurde. Dementsprechend kann das Erfassen des Spannungseinbruchs an der Brennstoffzelle 2 durch die Steuerungselektronik 14 dazu genutzt werden, die Ventileinrichtung 12 anzusteuern, hier also wieder zu schließen. Auf einen Wasserstoffkonzentrationssensor, beispielsweise im Bereich der Zuluft zum Kathodenraum 4 oder im Bereich des Leitungselements 13 oder auch im Bereich des Anodenkreislaufs 8 kann daher verzichtet werden. Ebenso kann auf aufwendige und störanfällig Wasserstandssensoren zur Erfassung des Wasserstands in dem Wasserabscheider 11 verzichtet werden. Dadurch wird der Aufbau einfacher, kompakter und kostengünstiger. Außerdem sind insbesondere die Wasserstandssensoren vergleichsweise anfällig gegen Verschmutzung und neigen daher zur Generierung fehlerhafter Signale. Durch den Verzicht auf derartige Sensoren kann das Brennstoffzellensystem 1 also sicherer betrieben werden.It has now been found that when hydrogen is introduced, even with already very small amounts of hydrogen, there is a drop in the voltage U across the fuel cell 2 he follows. This dip in the voltage U can now be used to determine if and how much hydrogen over the valve device 12 in the area of the cathode compartment 4 was drained. In particular, the voltage dip can be used to determine that now no more water comes, but a gas, which from the anode circuit 8th and always contains a certain amount of hydrogen. With the collapse of the voltage value, one knows that the water separator 11 is reliably emptied, and that a certain amount of gas from the region of the anode circuit 8th was drained. Accordingly, the detection of the voltage drop across the fuel cell 2 through the control electronics 14 be used to the valve device 12 to drive, so here again close. On a hydrogen concentration sensor, for example in the supply air to the cathode compartment 4 or in the region of the conduit element 13 or in the region of the anode circuit 8th can therefore be waived. Likewise, elaborate and susceptible to water level sensors for detecting the water level in the water 11 be waived. This makes the structure simpler, more compact and less expensive. In addition, the water level sensors in particular are relatively susceptible to contamination and therefore tend to generate faulty signals. By dispensing with such sensors, the fuel cell system 1 So be safer.

In der Darstellung der 2 ist der Verlauf einer Spannung U an der Brennstoffzelle 2 über der Zeit t dargestellt. Darunter findet sich der Verlauf der Wasserstoffkonzentration c(H2) im Bereich des Kathodeneingangs, welcher hier zu Versuchszwecken mittels eines extern angeschlossenen Wasserstoffsensors gemessen wurde. Darunter ist in einem dritten Diagramm die Stellung eines Ventils für den Purge dargestellt, wobei mit 1 die Geschlossenstellung und mit 0 die Offenstellung bezeichnet ist. Anders als im Aufbau gemäß 1 wurde zu Versuchszwecken lediglich ein Purgeventil verwendet, welches nach dem Öffnen unmittelbar Gase, insbesondere wasserstoffhaltige Gase, ablässt, da das abgelassene Wasser keinen Einfluss auf die Spannung und den Strom der Brennstoffzelle 2 hat, da das Wasser lediglich die Zuluft entsprechend befeuchtet. Das untere Diagramm zeigt nun zu einem Zeitpunkt t0, dass das Purgeventil zu diesem Zeitpunkt geöffnet wird. Damit erreicht ein wasserstoffhaltiges Gas den Bereich des Kathodenraums 4. Dies führt, wie in dem oberen Diagramm zu erkennen ist, unmittelbar zu einem Einbruch der Spannung U an der Brennstoffzelle 2. Im mittleren Diagramm ist zu Test- und Kontrollzwecken die Wasserstoffkonzentration C(H2) am Eingang des Kathodenraums 4 gemessen. Es ist zu erkennen, dass der Einbruch der Spannung U jeweils mit einem Ansteigen der Wasserstoffkonzentration c(H2) einhergeht.In the presentation of the 2 is the course of a voltage U at the fuel cell 2 shown over time t. Among them is the course of the hydrogen concentration c (H2) in the region of the cathode input, which was measured here for experimental purposes by means of an externally connected hydrogen sensor. Underneath is in a third The diagram shows the position of a valve for the Purge, where 1 is the closed position and 0 is the open position. Other than in construction according to 1 For experimental purposes, only a Purge valve was used, which immediately after opening gases, especially hydrogen-containing gases, discharges, since the drained water has no effect on the voltage and the current of the fuel cell 2 has, since the water only moistens the supply air accordingly. The lower diagram now shows at a time t 0 that the purge valve is opened at this time. Thus, a hydrogen-containing gas reaches the area of the cathode space 4 , This leads, as can be seen in the upper diagram, directly to a collapse of the voltage U at the fuel cell 2 , In the middle diagram, for test and control purposes, the hydrogen concentration C (H2) at the inlet of the cathode compartment 4 measured. It can be seen that the onset of the voltage U is accompanied by an increase in the hydrogen concentration c (H2).

Über den Spannungseinbruch der Spannung U an der Brennstoffzelle 2 kann also sehr einfach festgestellt werden, dass wasserstoffhaltiges Gas im Bereich des Kathodenraums 4 vorliegt, im oben dargestellten Aufbau also die Ventileinrichtung 12 geöffnet ist und das in dem Wasserabscheider 11 gesammelte Wasser bereits vollständig abgelassen wurde. Da die Spannung U der Brennstoffzelle 2 in der Steuerungselektronik 14 ohnehin erfasst und zum Zwecke der Leistungsregelung genutzt wird, stellt die Messung der Spannung U keinen zusätzlichen Aufwand dar. Damit kann mit minimalen Änderungen in der Software der Steuerungselektronik 14 ein entsprechendes Signal generiert werden, sobald der Spannungseinbruch erfasst wird, welches dann zum Schließen der Ventileinrichtung 12 wieder genutzt werden kann. Um neben dem Ablassen des Wassers auch ein sicheres Ablassen des stickstoffhaltigen Gases aus dem Anodenkreislauf 8 zu realisieren, muss entweder eine ausreichende Länge der Leitung 13 gewählt werden, sodass eine entsprechende Verzögerung zwischen dem Messwert des Spannungseinbruchs und dem Abströmen des Gases im Bereich der Ventileinrichtung 12 erreicht wird. Damit kann sichergestellt werden, dass nicht nur das Wasser abgelassen wird, sondern auch eine ausreichend große Gasmenge aus dem Anodenkreislauf 8 abgeblasen wird, um die Stickstoffkonzentration entsprechend abzubauen. Alternativ oder ergänzend zu einer entsprechenden Anpassung der Leitungslänge 13 kann außerdem eine Zeitverzögerung zwischen dem Erfassen des Spannungseinbruchs an der Brennstoffzelle 2 und dem Schließen der Ventileinrichtung 12 eingebaut werden. Insbesondere kann die Zeitverzögerung dabei so groß gewählt werden, wie die bisher übliche Öffnungszeit eines zeitgesteuerten reinen Purgeventils in einem Brennstoffzellensystem 1 vergleichbarer Leistung.About the voltage dip of the voltage U at the fuel cell 2 So it can be very easily determined that hydrogen-containing gas in the region of the cathode space 4 is present, in the structure shown above so the valve device 12 is open and that in the water separator 11 collected water has already been completely drained. Since the voltage U of the fuel cell 2 in the control electronics 14 detected anyway and used for the purpose of power control, the measurement of the voltage U is no additional effort. Thus, with minimal changes in the software of the control electronics 14 a corresponding signal can be generated as soon as the voltage dip is detected, which is then used to close the valve device 12 can be used again. In addition to the discharge of water and a safe discharge of the nitrogen-containing gas from the anode circuit 8th To realize either a sufficient length of the line must be realized 13 be selected so that a corresponding delay between the measured value of the voltage dip and the outflow of the gas in the region of the valve device 12 is reached. This can be ensured that not only the water is drained, but also a large enough amount of gas from the anode circuit 8th is blown off to reduce the nitrogen concentration accordingly. Alternatively or in addition to a corresponding adjustment of the cable length 13 may also have a time delay between the detection of the voltage drop across the fuel cell 2 and closing the valve device 12 to be built in. In particular, the time delay can be chosen to be as large as the hitherto customary opening time of a timed pure purge valve in a fuel cell system 1 comparable performance.

Die Versuche der Erfinder haben gezeigt, dass die Erfassung eines Spannungsabfalls an der Brennstoffzelle 2 grundsätzlich immer auftritt, wenn wasserstoffhaltiges Gas in den Bereich des Kathodenraums 4 gelangt. Dabei ist der Zusammenhang in etwa proportional, sodass anhand des Spannungswerts, um den die Spannung U einbricht, auch auf die Konzentration des Wasserstoffs im Bereich des Kathodenraums 4 zurückgeschlossen werden kann. Auch dies kann zur Ansteuerung der Ventileinrichtung 12 entsprechend genutzt werden, ist gegenüber den oben dargelegten Ausführungsbeispielen jedoch etwas komplizierter, da über entsprechende Kennfelder oder dergleichen dieser Zusammenhang abgelegt und mit berechnet werden muss. Es ist dabei jedoch möglich, die Ventileinrichtung 12 beim Erreichen einer bestimmten Wasserstoffkonzentration im Bereich des Kathodenraums zu schließen, also insbesondere beim Unterschreiten eines vorgegebenen Spannungswerts. Damit kann sichergestellt werden, dass zu 100 Prozent Wasserstoff durch das Leitungselement 13 im Bereich des Kathodenraums 4 ankommt, sodass in jedem Fall sämtlicher Stickstoff aus dem Bereich des Anodenkreislaufs 8 abgelassen wurde.The experiments of the inventors have shown that the detection of a voltage drop across the fuel cell 2 basically always occurs when hydrogen-containing gas in the area of the cathode compartment 4 arrives. In this case, the relationship is approximately proportional, so that on the basis of the voltage value by which the voltage U breaks down, also on the concentration of hydrogen in the region of the cathode space 4 can be concluded. This too can be used to control the valve device 12 be used according to, is compared to the embodiments set out above, however, a little more complicated, as stored on corresponding maps or the like, this relationship and must be calculated with. However, it is possible, the valve device 12 to close when reaching a certain hydrogen concentration in the region of the cathode space, ie in particular when falling below a predetermined voltage value. This can ensure that 100 percent of hydrogen passes through the conduit element 13 in the area of the cathode compartment 4 arrives, so that in any case all nitrogen from the region of the anode circuit 8th was drained.

Besonders günstig für das Erkennen eines Spannungseinbruchs ist der Betrieb der Brennstoffzelle bei geringer Stromdichte. Unter geringer Stromdichte im Sinne der Erfindung ist dabei eine Stromdichte in der Größenordnung von 10% oder weniger als der maximalen Stromdichte zu verstehen. Je geringer die Stromdichte ist, desto augenfälliger ist der Spannungseinbruch zu erkennen, und dementsprechend leichter zu detektieren. Um mit einem einfachen Aufbau dennoch sicher und zuverlässig arbeiten zu können, kann es daher vorgesehen werden, die Brennstoffzelle nach dem Öffnen der Ventileinrichtung 12 in einem Betriebszustand mit geringer Stromdichte zu betreiben. Damit kann die Brennstoffzelle 2 allerdings für den Zeitraum des Drains und des anschließenden Purge gegebenenfalls nicht die geforderte Leistung bereitstellen. Da in den meisten Systemen Pufferbatterien oder Supercaps eingesetzt werden, um parallel zur Brennstoffzelle 2 Leistungsspitzen abzufedern, dürfte dies in herkömmlichen Systemen jedoch kein Problem darstellen, da für diese kurzen Zeiträume die Leistung aus diesem Speicherelement entnommen werden kann. Anstelle des Betriebs der Brennstoffzelle 2 während der gesamten Öffnungszeit der Ventileinrichtung 12 im Bereich geringer Stromdichte, könnte es auch vorgesehen werden, den Bereich geringer Stromdichte jeweils zyklisch anzufahren. Allerdings müssen die Zyklen dann in jedem Fall so gewählt werden, dass ein Erkennen des recht dynamischen Spannungseinbruchs sicher erfolgen kann.Particularly advantageous for detecting a voltage dip is the operation of the fuel cell at low current density. Under low current density in the context of the invention is to be understood as a current density in the order of 10% or less than the maximum current density. The lower the current density, the more obvious the voltage dip can be seen, and accordingly easier to detect. In order to be able to work safely and reliably with a simple structure, it can therefore be provided that the fuel cell after opening the valve device 12 to operate in an operating state with low current density. This allows the fuel cell 2 however, may not provide the required performance for the duration of the drain and subsequent purge. Because in most systems backup batteries or supercaps are used to run parallel to the fuel cell 2 To mitigate power peaks, however, this should not be a problem in conventional systems, since for these short periods of time the power can be taken from this memory element. Instead of operating the fuel cell 2 during the entire opening time of the valve device 12 In the range of low current density, it could also be provided to cyclically approach the area of low current density. However, the cycles must then be selected in any case so that detection of the quite dynamic voltage dip can be made safely.

Alternativ hierzu wäre es auch möglich, die Brennstoffzelle 2 so auszubilden, dass sie einen entsprechenden Bereich geringerer Stromdichte aufweist, an welchem dann eine Messspannung abgegriffen werden kann, deren Einbruch an die Stelle des Spannungseinbruchs der Brennstoffzelle tritt. Ein solcher Aufbau könnte beispielsweise so realisiert werden, dass eine bestimmte Anzahl an Einzelzellen in der typischerweise als Brennstoffzellenstapel ausgebildeten Brennstoffzelle 2 über eine Variation im Bereich ihrer Gasdiffusionselektrode so ausgebildet sind, dass sie immer mit entsprechend geringer Stromdichte betrieben werden. Durch ein Abgreifen der Spannung dieser einzelnen „Sensorzellen” in der Brennstoffzelle 2 könnte dann das oben geschilderte Verfahren realisiert werden, ohne dass über entsprechende Speicherelemente Leistung bereitgestellt werden muss, während die Brennstoffzelle 2 selbst in einem „Messmodus” mit geringerer Stromdichte arbeitet.Alternatively, it would also be possible to use the fuel cell 2 in such a way that it has a corresponding region of lower current density, at which a measurement voltage can then be tapped, the break-in of which takes the place of the voltage drop of the fuel cell. Such a construction could, for example, be realized such that a certain number of individual cells in the fuel cell, which is typically designed as a fuel cell stack 2 are formed via a variation in the region of their gas diffusion electrode so that they are always operated with a correspondingly low current density. By tapping the voltage of these individual "sensor cells" in the fuel cell 2 Then, the above-described method could be realized without having to provide power through corresponding memory elements, while the fuel cell 2 even works in a "measuring mode" with a lower current density.

Alternativ oder ergänzend hierzu wäre es auch denkbar, jede der Einzelzellen so zu modifizieren, dass diese im Bereich ihres Lufteinlasses einen Bereich niedriger Stromdichte aufweist. Dann müsste allerdings die Spannung U entsprechend im Inneren der Zelle abgegriffen werden, was grundsätzlich möglich, hinsichtlich Aufwand und Dichtheit der Brennstoffzelle 2 jedoch vergleichsweise aufwändig ist.Alternatively or additionally, it would also be conceivable to modify each of the individual cells in such a way that they have a region of low current density in the region of their air inlet. Then, however, the voltage U would have to be tapped accordingly inside the cell, which is possible in principle, in terms of effort and tightness of the fuel cell 2 However, it is relatively expensive.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine eigens als Sensorzelle ausgebildete Einzelzelle, oder gegebenenfalls auch eine Gruppe von Einzelzellen bereitzustellen, welche parallel zur Brennstoffzelle 2 von derselben Zuluft angeströmt wird. Diese parallel Brennstoffzelle, welche dennoch in den Brennstoffzellenstapel der Brennstoffzelle 2 mit integriert und zusammen mit dieser gekühlt werden kann, würde dann als reine Sensorzelle genutzt, welche zur Detektion des Spannungseinbruchs beim Einströmen des wasserstoffhaltigen Purgegases in den Kathodenraum dieser Brennstoffzelle dient.Another possibility is to provide a single cell designed as a sensor cell, or optionally also a group of individual cells, which are parallel to the fuel cell 2 is supplied by the same supply air. This parallel fuel cell, which still in the fuel cell stack of the fuel cell 2 integrated with and can be cooled together with this, would then be used as a pure sensor cell, which serves to detect the voltage drop during the influx of the hydrogen-containing purge gas into the cathode compartment of this fuel cell.

Alternativ zu dem Aufbau mit der einen „echten” Brennstoffzelle 2 und einer reinen Sensorzelle kann der Aufbau auch so ausgebildet werden, dass die Brennstoffzelle 2 als modulare Brennstoffzelle aufgebaut ist. Die einzelnen Module der Brennstoffzelle 2 können dann parallel von der Zuluft angeströmt werden. Wenn nur eine der Brennstoffzellen 2 in den Betrieb mit geringer Stromdichte wechselt, kann über die andere Brennstoffzelle 2 ein entsprechender Ausgleich der benötigten Leistung bis zu einem gewissen Grad erfolgen, sodass aus den Speichereinrichtungen lediglich eine geringe Menge an Leistung zugespeist werden müsste, während sich das eine Modul der Brennstoffzelle 2 im Betrieb mit geringer Stromdichte befindet, um den Einbruch der Spannung U feststellen zu können.Alternatively to the construction with the one "real" fuel cell 2 and a pure sensor cell, the structure can also be formed so that the fuel cell 2 is constructed as a modular fuel cell. The individual modules of the fuel cell 2 can then be flowed parallel to the supply air. If only one of the fuel cells 2 in the operation with low current density changes, can over the other fuel cell 2 a corresponding compensation of the required power to a certain extent, so that only a small amount of power would have to be fed from the memory devices, while the one module of the fuel cell 2 is in operation with low current density to determine the onset of the voltage U.

Die einzelnen Verfahren können dabei beliebig untereinander kombiniert werden, wobei mit dem Verfahren insbesondere die Kombination aus Drain und Purge gemäß der Ausgestaltung nach 1 realisiert werden kann. Alternativ dazu ist selbstverständlich auch der Aufbau mit getrennten Drain- und Purgeventilen denkbar, wobei der Aufbau für das Purgeventil analog dem oben gesagten ist, wobei hier auf eine entsprechende Zeitverzögerung oder eine definierte Leitungslänge des Leitungselements 13 verzichtet werden kann. Bei einem reinen Purgeventil würde der Spannungseinbruch unmittelbar bzw. nach dem Durchströmen des Leitungselements 13 auftreten, sodass für diesen Fall eine Zeitverzögerung oder eine entsprechend lange Leitung des Leitungselements 13 notwendig wäre.The individual methods can be combined as desired with each other, with the method in particular the combination of drain and purge according to the embodiment according to 1 can be realized. Alternatively, of course, the construction with separate drain and purge valves is conceivable, wherein the structure for the purge valve is analogous to the above, in which case to a corresponding time delay or a defined length of the line element 13 can be waived. In the case of a pure purge valve, the voltage drop would occur directly or after flowing through the line element 13 occur, so in this case a time delay or a correspondingly long line of the line element 13 would be necessary.

Anhand eines Ablaufdiagramms in 3 soll beispielhaft eine mögliche Ausführungsform des Verfahrens näher erläutert werden, ohne die einzelnen Punkte des Verfahrens auf exakt diese Ablaufschritte einzuschränken.Based on a flowchart in 3 By way of example, a possible embodiment of the method will be explained in more detail, without limiting the individual points of the method to exactly these sequence steps.

Das Verfahren startet an der hier mit Start gekennzeichneten Box. Danach werden Werte zurückgesetzt, insbesondere die Werte eines Rechners bzw. Summierers, welcher das Volumen an anfallendem Wasser aufsummiert. Danach startet zusammen mit der Brennstoffzelle 2 die Berechnung des Volumens an anfallendem Wasser in einzelnen Zeitabschnitten jeweils in Abhängigkeit der mittleren Leistung der Brennstoffzelle 2 in diesem Zeitabschnitt. Die generierten Werte werden entsprechend aufsummiert. Sobald der aufsummierte Wert des Volumens ein maximales vorgegebenes Volumen erreicht hat, wird diese Schleife verlassen und die Ventileinrichtung 12 geöffnet. Gleichzeitig oder unmittelbar nach dem Öffnen der Ventileinrichtung 12 wird auf einen Betrieb der Brennstoffzelle 2 mit geringer Stromdichte gewechselt. Spätestens dann setzt die Messung der Spannung U der Brennstoffzelle 2 ein. Üblicherweise erfolgt die Messung der Spannung ohnehin kontinuierlich, sodass hier nur eine entsprechende Überwachung auf einen Spannungseinbruch einsetzt. Wenn die Spannung U eingebrochen ist, ist dies ein Zeichen dafür, dass wasserstoffhaltiges Gas im Bereich des Kathodenraums 4angekommen ist, das gesamte Wasser aus dem Wasserabscheider 11 also sicher abgelassen ist. Dann wird unmittelbar in den regulären Betrieb der Brennstoffzelle 2 mit normaler Stromdichte zurückgewechselt, um wieder die volle verfügbare Leistung zur Verfügung stellen zu können. Dann wird eine Zeitverzögerung abgewartet, bis sicher eine ausreichend große Menge an Gas die Ventileinrichtung 12 passiert hat, sodass kein Stickstoff im Anodenkreislauf 8 verbleibt. Die Ventileinrichtung 12 wird dann geschlossen und das Verfahren startet von Neuem, indem die Werte zur Berechnung des anfallenden Volumens an Wasser zurückgesetzt werden.The procedure starts at the box marked Start here. Thereafter, values are reset, in particular the values of a computer or summator, which adds up the volume of accumulating water. After that starts together with the fuel cell 2 the calculation of the volume of accumulating water in individual time periods depending on the average power of the fuel cell 2 in this period. The generated values are added up accordingly. Once the accumulated value of the volume has reached a maximum predetermined volume, this loop is exited and the valve device 12 open. Simultaneously or immediately after opening the valve device 12 is due to operation of the fuel cell 2 changed with low current density. At the latest then the measurement of the voltage U of the fuel cell is 2 one. Usually, the measurement of the voltage is carried out continuously anyway, so that here only uses a corresponding monitoring on a voltage dip. If the voltage U has collapsed, this is a sign that hydrogen-containing gas in the area of the cathode space 4 arrived, all the water from the water separator 11 So safely drained. Then it becomes immediately in the regular operation of the fuel cell 2 switched back to normal power density to restore the full available power. Then a time delay is waited until certainly a sufficiently large amount of gas, the valve device 12 has happened so that no nitrogen in the anode cycle 8th remains. The valve device 12 is then closed and the process starts anew by resetting the values used to calculate the volume of water produced.

Alternativ oder ergänzend zur bisher beschriebenen Nutzung des Spannungseinbruchs, um die Ventileinrichtung 12 entsprechend anzusteuern, lässt sich die erfindungsgemäße Erkenntnis, dass durch geringste Mengen an Wasserstoff auf der Kathodenseite 4 der Brennstoffzelle 2 ein Spannungseinbruch erfolgt, auch anderweitig nutzen. Eine weitere bevorzugte Nutzung kann beispielsweise in der Überwachung der Funktionalität der Ventileinrichtung 12 liegen. Hierzu wird gezielt ein Öffnen der Ventileinrichtung 12 durch die Steuerungselektronik 14 ausgelöst, dann ist zu erwarten, dass nach einer vorgegebenen Zeit Wasserstoff im Kathodenbereich 4 ankommt, sofern die Brennstoffzelle 2 betrieben wird und die Ventileinrichtung 12 sowie das Leitungselement 13 durchgängig sind. Sind sie dies nicht, so wird der erwartete Spannungseinbruch ausbleiben. Somit lässt sich also die Funktionalität der Ventileinrichtung 12 sowie die freie Durchströmbarkeit des Leitungselements 13 entsprechend überprüfen. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn das Brennstoffzellensystem 1 bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts gestartet wird. In dem Wasserabscheider 11 und gegebenenfalls auch im Bereich des Leitungselements 13 verbliebenes Wasser kann unter diesen Umständen eingefroren sein. Durch den sehr einfachen Aufbau mit einem Verzicht auf Wasserstandssensoren im Bereich des Wasserabscheiders 11 sowie Wasserstoffkonzentrationssensoren im Anodenbereich 3 lässt sich dieser Zustand so nicht ohne weiteres detektieren. Allerdings lässt sich durch den zuvor beschriebenen Aufbau beim Ausbleiben eines Spannungseinbruchs auf eine solche Fehlfunktion zurückschließen, sodass von einer fehlerhaften Ventileinrichtung 12 oder eingefrorenen Elementen 11, 12 oder 13 ausgegangen werden kann.Alternatively or in addition to the previously described use of the voltage drop around the valve device 12 to control accordingly, can the knowledge of the invention that by the smallest amounts of hydrogen on the cathode side 4 the fuel cell 2 a voltage dip occurs, also use otherwise. Another preferred use may be, for example, in monitoring the functionality of the valve device 12 lie. For this purpose, an opening of the valve device is targeted 12 through the control electronics 14 triggered, then it is expected that after a predetermined time hydrogen in the cathode region 4 arrives, provided the fuel cell 2 is operated and the valve device 12 and the conduit element 13 are consistent. If they are not, then the expected voltage drop will be absent. Thus, therefore, the functionality of the valve device can be 12 as well as the free flowability of the conduit element 13 check accordingly. This may be particularly advantageous if the fuel cell system 1 is started at temperatures below freezing. In the water separator 11 and optionally also in the region of the conduit element 13 remaining water can be frozen under these circumstances. Due to the very simple structure with a waiver of water level sensors in the water separator 11 and hydrogen concentration sensors in the anode region 3 This state can not be detected without further ado. However, can be inferred by the structure described above in the absence of a voltage dip on such a malfunction, so that a faulty valve device 12 or frozen items 11 . 12 or 13 can be assumed.

Im Detail wird dies nachfolgend anhand eines weiteren Ablaufschemas prinzipiell beschrieben. Das Ablaufschema der 4 umfasst dabei neben dieser Detektion außerdem eine alternative Möglichkeit, den Einbruch der Spannung U zu detektieren.In detail, this will be described below in principle with reference to another flowchart. The flow chart of the 4 In addition to this detection, it also includes an alternative possibility of detecting the breakdown of the voltage U.

Anders als beim zuvor beschriebenen Betrieb der Brennstoffzelle 2 mit geringer Stromdichte wird bei dem in 4 beispielhaft beschriebenen Betrieb die gezielte Überwachung der Ventileinrichtung 12 oder auch der Drain/Purge in einen stationären Betriebszustand der Brennstoffzelle 2 verlegt. Dementsprechend beginnt das Ablaufschema der 4 mit dem Prüfen auf einen stationären Zustand der Brennstoffzelle 2. Eine solche Überprüfung kann beispielsweise so erfolgen, dass fortlaufend sowohl die von der Brennstoffzelle 2 geforderten Stromwerte als auch die von der Brennstoffzelle 2 gelieferten Stromwerte erfasst werden. Für eine jeweils parametrierbare Laufzeit werden diese Werte dann entsprechend auf stationäre Zustände überwacht. Dies kann beispielsweise durch eine gleitende Mittelwertbildung erfolgen. Auch ein Vergleich der erfassten Werte mit tiefpassgefilterten Werten oder Ähnliches wäre denkbar. Sofern die Werte Abweichungsgradienten, welche zuvor anhand von geeigneten Messungen, Kennfeldern oder dergleichen festgelegt werden können, nicht überschreiten, dann kann von einem stationären Zustand ausgegangen werden. Sofern nun sowohl für die Vorgabewerte des geforderten Sollstroms von der Brennstoffzelle 2 als auch für die erfassten Werte des Iststroms von der Brennstoffzelle 2 diese Bedingungen für einen stationären Betrieb erfüllt sind, kann insgesamt von einem stationären Betrieb der Brennstoffzelle 2 ausgegangen werden.Unlike the previously described operation of the fuel cell 2 with low current density is at the in 4 Example described operation the targeted monitoring of the valve device 12 or also the drain / purge into a stationary operating state of the fuel cell 2 laid. Accordingly, the flowchart of the 4 with checking for a steady state of the fuel cell 2 , Such a check can for example be made so that continuously both the fuel cell 2 required current values as well as those of the fuel cell 2 supplied current values. For each configurable runtime, these values are then monitored for steady state conditions. This can be done for example by a moving averaging. A comparison of the detected values with low-pass filtered values or the like would also be conceivable. If the values do not exceed deviation gradients, which can previously be determined on the basis of suitable measurements, maps or the like, then a stationary state can be assumed. If now for both the default values of the required nominal current of the fuel cell 2 as well as for the detected values of the actual flow from the fuel cell 2 these conditions are met for a steady state operation, can total from a steady state operation of the fuel cell 2 be assumed.

Mit dieser Möglichkeit lassen sich vorübergehend anhaltende stationäre Betriebszustände nutzen, um beispielsweise das bisher beschriebene Verfahren zur Überwachung des Drain/Purge über den Spannungseinbruch an der Brennstoffzelle 2 zu ermöglichen.With this option, it is possible to temporarily use sustained stationary operating states, for example the previously described method for monitoring the drain / purge via the voltage drop across the fuel cell 2 to enable.

Damit lassen sich also sowohl in dem als stationären Betrieb bekannten Leerlaufbetrieb des Brennstoffzellensystems als auch während des regulären Betriebs in kurzfristig andauernden stationären Zuständen sehr einfach durch Wasserstoff auf der Kathodenseite 4 verursachte Spannungseinbrüche detektieren. Dies bedeutet, dass das Verfahren nicht auf den Betrieb der Brennstoffzelle 2 mit geringer Stromdichte eingeschränkt ist, wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel dargelegt.Thus, both in the known as stationary operation idling operation of the fuel cell system and during normal operation in short-term stationary states can be very easily by hydrogen on the cathode side 4 detect induced voltage dips. This means that the process does not affect the operation of the fuel cell 2 is limited with low current density, as set forth in the embodiment described above.

Im Ablaufdiagramm des Ausführungsbeispiels gemäß 4 wird nun, sobald ein solcher stationärer Zustand vorliegt, die Ventileinrichtung 12 entsprechend geöffnet, sodass der Drain/Purge startet. Gleichzeitig wird ein Zeitlauf für eine maximale vorgegebene Zeit gestartet. Sobald die Spannung eingebrochen ist, ist in bereits erläuterter Art und Weise der Drain/Purge soweit abgeschlossen, dass unmittelbar oder nach einer gewissen Zeitverzögerung die Ventileinrichtung wieder geschlossen werden kann. Bricht die Spannung nicht ein, so wird die Zeit weiterhin überwacht. Sobald die maximale Zeit erreicht ist, ohne dass die Spannung eingebrochen ist, kann auf einen Fehler beispielsweise der Ventileinrichtung 12, ein verstopftes Leitungselement 13 oder dergleichen zurückgeschlossen werden. Das System beziehungsweise die Steuereinrichtung 14 generiert dann ein Fehlersignal. Dieses kann gemäß der prinzipmäßigen Darstellung der 4 dann andersweitig weiter verwendet werden, was durch die mit X gekennzeichnete Box angedeutet ist und später noch näher beschrieben werden wird. Nachdem das Fehlersignal generiert ist, macht es Sinn auch hier die Ventileinrichtung 12 wieder zu schließen, um beispielsweise nach einem eventuellen Auftauen der Leitung 13 keine Fehlfunktion zu generieren. Gleichzeitig kann dann ein Zeitlauf für eine erneute Prüfung gestartet werden. Insbesondere, wenn die Ventileinrichtung 12 oder das Leitungselement 13 lediglich eingefroren sind, macht dies Sinn, da nach einer gewissen Zeit damit zu rechnen ist, dass die Elemente auftauen und dann wieder die gewünschte Funktionalität gegeben ist. Sobald der Zeitablauf erreicht ist, startet das System von neuem, indem es beispielsweise auf einen stationären Zustand der Brennstoffzelle 2 prüft.In the flowchart of the embodiment according to 4 Now, as soon as such a stationary state is present, the valve device 12 opened accordingly so that the drain / purge starts. At the same time, a timer is started for a maximum predetermined time. As soon as the voltage has broken in, the drain / purge has already been completed to such an extent that the valve device can be closed again immediately or after a certain time delay. If the voltage does not break, the time is still monitored. As soon as the maximum time has been reached without the voltage having collapsed, an error can occur, for example, the valve device 12 , a clogged conduit element 13 or the like can be deduced. The system or the control device 14 then generates an error signal. This can, according to the principle of the representation 4 then otherwise used, which is indicated by the X marked box and will be described later in more detail. After the error signal is generated, it makes sense here, too, the valve device 12 close again, for example, after a possible thawing of the line 13 to generate no malfunction. At the same time, a timer can then be started for a new test. In particular, when the valve device 12 or the conduit element 13 only frozen, this makes sense, because after a certain time it can be expected that thaw the elements and then given the desired functionality again. Once the timing is reached, the system restarts, for example, by a steady state of the fuel cell 2 reviewed.

Anders als in der 4 dargestellt wäre es natürlich auch denkbar, die Prüfung auf den stationären Zustand sowie die Zeitprüfung bis zu einer erneuten Prüfung ineinandergeschachtelt beziehungsweise parallel zueinander aufzubauen. Anstelle oder ergänzend zum Zeitablauf für eine neue Prüfung wäre auch hier der im Rahmen der 3 beschriebene Weg zur Erfassung einer möglichen Wassermenge denkbar. Neben der Prüfung auf einen stationären Zustand der Brennstoffzelle 2 wäre es alternativ oder ergänzend natürlich auch denkbar, bei dieser Art der Verfahrensführung die Brennstoffzelle 2 zumindest vorübergehend in einem Bereich geringerer Stromdichte zu betreiben, um die Qualität der Detektion des Spannungseinbruchs zu erhöhen.Unlike in the 4 Of course, it would also be conceivable to nest the test on the steady state and the time test until a new test or build parallel to each other. Instead of or in addition to the passage of time for a new examination would be here in the context of 3 described way to detect a possible amount of water conceivable. In addition to testing for a steady state of the fuel cell 2 of course, it would also be conceivable alternatively or additionally, in this type of process management, the fuel cell 2 at least temporarily operate in a region of lower current density to increase the quality of the detection of the voltage dip.

Neben der reinen Detektion und Überwachung der Funktionalität der Ventileinrichtung 12 kann ein Verfahren, wie es in der beispielhaften Darstellung der 4 beschrieben ist, selbstverständlich auch herangezogen werden, um einen Startvorgang, insbesondere einen Kaltstartvorgang des Brennstoffzellensystems 1 aus Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts zu verbessern. Im Allgemeinen ist es so, dass der Betrieb eines Brennstoffzellensystems nach dem Start davon ausgeht, dass beispielsweise aufgrund von eingefrorenen Leitungen oder dergleichen noch kein Drain/Purge möglich ist. Um dennoch eine Wasserstoffkonzentration auf der Anodenseite 3 der Brennstoffzelle 2 bereitzustellen, welche einen annähernd regulären Betrieb der Brennstoffzelle 2 ermöglicht, wird in diesen Situationen mit einem entsprechend erhöhten Anodendruck gefahren. Dies führt jedoch insgesamt zu einer Beeinträchtigung der Performance der Brennstoffzelle, wenn diese über einen längeren Zeitraum hinweg erfolgt. Erfolgt außerdem bei erhöhtem Anodendruck ein Drain/Purge, so wird aufgrund des höheren Drucks mehr Wasserstoff von der Anodenseite 3 entfernt, als eigentlich gewünscht ist. Dieser Wasserstoff gelangt dann auf die Kathodenseite 4 und kann dort aufgrund der Menge eventuell nicht vollständig umgesetzt werden. Dies führt zu entsprechenden Wasserstoffemissionen sowie insgesamt zu einem zu hohen Verbrauch an Wasserstoff in dem Brennstoffzellensystem 1.In addition to the pure detection and monitoring of the functionality of the valve device 12 can be a method as shown in the exemplary illustration of 4 is described, of course, also be used to a startup process, in particular a cold start operation of the fuel cell system 1 from temperatures below freezing point. In general, the operation of a fuel cell system after start-up assumes that, for example, due to frozen lines or the like, no drain / purge is still possible. Nevertheless, a hydrogen concentration on the anode side 3 the fuel cell 2 provide an approximately regular operation of the fuel cell 2 allows in these situations with a correspondingly increased anode pressure. However, this leads overall to a deterioration in the performance of the fuel cell, if this takes place over a longer period of time. Also, if a drain / purge occurs at elevated anode pressure, more hydrogen will be from the anode side due to the higher pressure 3 removed, as actually desired. This hydrogen then passes to the cathode side 4 and may not be fully implemented there due to the amount. This leads to corresponding hydrogen emissions and overall too high a consumption of hydrogen in the fuel cell system 1 ,

Nun besteht die Möglichkeit das Brennstoffzellensystem 1 ab dem Start mit dem erhöhten Anodendruck zu betreiben. Startet dann das in dem Ablaufdiagramm der 4 beschriebene System, so wird in regelmäßigen Zeiträumen immer wieder überprüft, ob die Ventileinrichtungen 12 sowie das Leitungselement 13 und der Wasserabscheider 11 frei durchgängig oder noch gefroren sind. Solange kein Spannungseinbruch detektiert wird, liegt eine derartige Situation vor. Es wird also immer dann, wenn ab dem Start noch kein erster Spannungseinbruch erfasst wurde und/oder wenn ein Fehlersignal vorliegt, ein Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 mit erhöhtem Anodendruck gewählt. Erst nachdem die Spannung U ein erstes Mal eingebrochen ist und also eine volle Funktionalität des Drain/Purge gewährleistet ist, wird der Anodendruck entsprechend abgesenkt und das Brennstoffzellensystem 1 kann in den regulären Betrieb wechseln. Sollte es während des Betriebs erneut zu Problemen kommen, so wird auch hier gemäß dem in 4 beschriebenen Ablauf wieder ein Fehlersignal generiert und der Anodendruck lässt sich entsprechend diesem Fehlersignal erhöhen.Now there is the possibility of the fuel cell system 1 to operate from the start with the increased anode pressure. Then start that in the flowchart of 4 described system, it is checked at regular intervals again and again, whether the valve devices 12 and the conduit element 13 and the water separator 11 freely continuous or still frozen. As long as no voltage dip is detected, such a situation exists. It is therefore always when, from the start, no first voltage dip was detected and / or if an error signal is present, an operation of the fuel cell system 1 selected with increased anode pressure. Only after the voltage U has collapsed a first time and thus a full functionality of the drain / purge is ensured, the anode pressure is lowered accordingly and the fuel cell system 1 can switch to regular operation. If problems occur again during operation, then again, according to the 4 described again generates an error signal and the anode pressure can be increased according to this error signal.

Insbesondere im Startzustand eines Brennstoffzellensystems 1, vor allem wenn dieses in einem Fahrzeug eingesetzt wird, kann sehr häufig mit stark dynamischen Betriebszuständen gerechnet werden. Ist deshalb außer dem Leerlauf kein stationärer Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 2 zu erkennen, so muss in diesen Situationen ein in einem solchen Fahrzeug typischerweise vorhandenes Start/Stopp-System, welches das Brennstoffzellensystem 1 während Stopp-Phasen des Fahrzeugs entweder abschaltet oder in einen Standby-Modus stellt, solange unterdrückt werden, bis das erste Mal ein Spannungseinbruch auf der Kathodenseite 4 der Brennstoffzelle 2detektiert worden ist. In diesen Situationen ist zur Detektion des Spannungseinbruchs dann nämlich der Leerlauf ein besonders geeigneter und günstiger Betrieb. Wenn im Leerlauf das System abgestellt wird, wird die oben beschriebene Funktionalität jedoch gestört. Daher ist in solchen Situationen nach dem Start des Brennstoffzellensystems 1 die Start/Stopp-Funktionalität so lange zu unterdrücken, bis sicher ist, dass die Ventileinrichtung 12 und das Leitungselement 13 sowie der Wasserabscheider 11 sicher funktionieren und frei von beispielsweise durch Eis verursachten Verstopfungen sind.Especially in the starting state of a fuel cell system 1 , especially when this is used in a vehicle, can be expected very often with very dynamic operating conditions. Therefore, except the idling is not a stationary operating state of the fuel cell system 2 In these situations, a start / stop system, which is typically present in such a vehicle, must recognize the fuel cell system 1 during stop phases of the vehicle either shuts off or puts into a standby mode, as long as suppressed, until the first time a voltage dip on the cathode side 4 the fuel cell 2 has been detected. In these situations, idling is a particularly suitable and favorable operation for detecting the voltage dip. However, if the system is shut down during idle, the functionality described above will be disturbed. Therefore, in such situations after the start of the fuel cell system 1 suppress the start / stop functionality until it is certain that the valve device 12 and the conduit element 13 as well as the water separator 11 work safely and are free from, for example, ice blockages.

Wie aus der Darstellung der 4 zu erkennen ist, hat das Verfahren dabei die Möglichkeit, selbsttätig nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit die Prüfung immer wieder durchzuführen. Nur wenn über einen sehr langen Zeitraum hinweg jeweils nur Fehlersignale generiert werden, was beispielsweise durch eine Zählung der einzelnen Fehlersignale erfolgen kann, dann liegt eine Störung beispielsweise der Ventileinrichtung 12 vor, welche durch einen längeren Betrieb, also beispielsweise ein Auftauen von gefrorenen Verstopfungen, nicht behoben werden kann. Dann kann über die generierten Fehlersignale beispielsweise eine Warnmeldung oder eine Wartungsempfehlung für das Brennstoffzellensystem 1 ausgegeben werden geben. Außerdem kann das Brennstoffzellensystem 1 über eine zu hohe Zahl an generierten Fehlersignalen auch abgeschaltet werden.As from the representation of 4 can be seen, the process has the ability to perform automatically after a predetermined time, the test again and again. Only if over a very long period of time only error signals are generated, which can be done for example by counting the individual error signals, then there is a fault, for example, the valve device 12 which can not be remedied by prolonged operation, ie, for example, thawing of frozen blockages. Then, via the generated error signals, for example, a warning message or a maintenance recommendation for the fuel cell system 1 be issued. In addition, the fuel cell system can 1 over a too high number generated error signals are also turned off.

Das Verfahren erlaubt es dabei mit geringfügiger Modifikation der Software in der Steuerungselektronik 14 ein herkömmliches Brennstoffzellensystem einfach und effizient zu betreiben. Aufgrund dieses Betriebsverfahrens kann in dem Brennstoffzellensystem 1 außerdem auf den Einsatz von Sensoren, insbesondere auf den Einsatz von Füllstandssensoren im Wasserabscheider 11 und Wasserstoffkonzentrationssensoren im Bereich der Zuluft zum Kathodenraum 4 und/oder im Bereich des Anodenkreislaufs 8 verzichtet werden. Der Aufbau kann daher vereinfacht werden und kann den sicheren und zuverlässigen Betrieb eines Brennstoffzellensystems 1 gewährleisten. Das Verfahren kann insbesondere in Brennstoffzellensystemen 1 angewandt werden, welche in Transportmitteln auf dem Land, im Wasser oder in der Luft elektrische Energie bereitstellen. Die elektrische Energie kann dabei insbesondere zu Vortriebszwecken, aber auch alternativ oder ergänzend für Hilfsaggregate, Unterhaltungselektronik oder dergleichen eingesetzt werden.The method allows it with slight modification of the software in the control electronics 14 to operate a conventional fuel cell system easily and efficiently. Due to this operating method, in the fuel cell system 1 in addition to the use of sensors, in particular the use of level sensors in the water separator 11 and hydrogen concentration sensors in the supply air to the cathode compartment 4 and / or in the region of the anode circuit 8th be waived. The structure can therefore be simplified and can ensure the safe and reliable operation of a fuel cell system 1 guarantee. The method can be used in particular in fuel cell systems 1 applied, which provide electrical energy in means of transport on land, in the water or in the air. The electrical energy can be used in particular for propulsion purposes, but also alternatively or additionally for auxiliary equipment, consumer electronics or the like.

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Claims (25)

Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit wenigstens einer Brennstoffzelle, wobei einem Anodenraum der Brennstoffzelle Wasserstoff zugeführt wird, wobei unverbrauchter Wasserstoff aus dem Bereich nach dem Anodenraum über einen Anodenkreislauf in den Bereich vor dem Anodenraum zurückgeführt wird, wobei im Bereich des Anodenkreislaufs über wenigstens eine Ventileinrichtung Wasser und/oder Gas aus dem Bereich des Anodenkreislaufs abgelassen wird, wobei das abgelassene Wasser und/oder Gas in einen zu einem Kathodenraum der Brennstoffzelle strömenden Volumenstrom eingebracht wird, und wobei die elektrische Spannung an der Brennstoffzelle zumindest zeitweise gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der wenigstens einen Ventileinrichtung (12) zumindest teilweise in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung (U) erfolgt.A method for operating a fuel cell system having at least one fuel cell, wherein an anode space of the fuel cell is supplied with hydrogen, wherein unused hydrogen is returned from the area to the anode space via an anode circuit in the area in front of the anode space, wherein in the region of the anode circuit via at least one valve means water and / or gas is discharged from the region of the anode circuit, wherein the discharged water and / or gas is introduced into a volume flow flowing to a cathode space of the fuel cell, and wherein the electrical voltage across the fuel cell is measured at least temporarily, characterized in that the Actuation of the at least one valve device ( 12 ) takes place at least partially as a function of the measured voltage (U). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (12) in Abhängigkeit der gemessenen Spannung (U) geschlossen wird.Method according to claim 1, characterized in that the valve device ( 12 ) is closed in dependence of the measured voltage (U). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließen der Ventileinrichtung (12) in Abhängigkeit eines Spannungseinbruchs an der Brennstoffzelle (2) erfolgt.Method according to claim 2, characterized in that the closing of the valve device ( 12 ) as a function of a voltage drop across the fuel cell ( 2 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließen der Ventileinrichtung (12) in Abhängigkeit des Unterschreitens eines vorgegebenen Spannungswerts erfolgt.Method according to claim 2 or 3, characterized in that the closing of the valve device ( 12 ) takes place in response to falling below a predetermined voltage value. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließen der Ventileinrichtung (12) zeitverzögert nach dem Spannungseinbruch oder dem Unterschreiten des vorgegebenen Spannungswerts erfolgt.Method according to claim 3 or 4, characterized in that the closing of the valve device ( 12 ) delayed after the voltage dip or falls below the predetermined voltage value. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (12) zeitgesteuert geöffnet wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the valve device ( 12 ) is time-controlled. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (12) in Abhängigkeit einer berechneten Wassermenge in dem Anodenkreislauf (8) geöffnet wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the valve device ( 12 ) as a function of a calculated amount of water in the anode circuit ( 8th ) is opened. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Öffnen der Ventileinrichtung (12) für eine maximale vorgegebene Zeit auf einen Spannungseinbruch an der Brennstoffzelle (2) gewartet wird, und falls dieser Spannungseinbruch an der Brennstoffzelle (2) nicht erfolgt, die Ventileinrichtung wieder geschlossen wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that after opening the valve device ( 12 ) for a maximum predetermined time to a voltage dip at the fuel cell ( 2 ) and if this voltage drop across the fuel cell ( 2 ) does not occur, the valve device is closed again. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließen der Ventileinrichtung (12) ohne vorherigen Spannungseinbruch ein Fehlersignal generiert.A method according to claim 8, characterized in that a closing of the valve device ( 12 ) generates an error signal without a previous voltage dip. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Schließen der Ventileinrichtung (12) ohne vorherigen Spannungseinbruch die Ventileinrichtung (12) nach einer vorgegebenen Zeit wieder geöffnet wird.A method according to claim 8 or 9, characterized in that after closing the valve device ( 12 ) without prior voltage dip the valve device ( 12 ) is opened again after a predetermined time. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (1) während des Vorliegens eines Fehlersignals mit erhöhtem Anodendruck betrieben wird.Method according to claim 9 or 10, characterized in that the fuel cell system ( 1 ) during the presence of an increased anode pressure error signal. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (1) nach dem Start bis zu einem ersten erfassten Spannungseinbruch mit erhöhtem Anodendruck betrieben wird.Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the fuel cell system ( 1 ) is operated after start up to a first detected voltage dip with increased anode pressure. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Start/Stopp-Funktionalität des Brennstoffzellensystems (1) unterdrückt wird, bis nach dem Start des Brennstoffzellensystems (1) ein erster Spannungseinbruch erfasst worden ist.Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that a start / stop functionality of the fuel cell system ( 1 ) is suppressed until after the start of the fuel cell system ( 1 ) a first voltage dip has been detected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine Ventileinrichtung (12) genutzt wird, wobei diese als Ablassventil in einem Wasserabscheider (11) angeordnet wird, welcher seinerseits in dem Anodenkreislauf (8) angeordnet wird.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that exactly one valve device ( 12 ) is used as a drain valve in a water separator ( 11 ), which in turn in the anode circuit ( 8th ) is arranged. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (2) nach dem Öffnen der Ventileinrichtung (12) zumindest zyklisch in einem Bereich geringer Stromdichte betrieben wird.Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the fuel cell ( 2 ) after opening the valve device ( 12 ) is operated at least cyclically in a region of low current density. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Brennstoffzelle (2) so ausgebildet wird, dass sie eine Stromdichteverteilung aufweist, welche so ausgebildet ist, dass die Stromdichte im Bereich des in den Kathodenraum (4) eintretenden Volumenstroms der Zuluft immer gering ist.Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the fuel cell used ( 2 ) is formed so that it has a current density distribution, which is formed so that the current density in the region of the in the cathode space ( 4 ) entering the volume flow of the supply air is always low. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom der Zuluft auf zwei parallele Brennstoffzellen (2) oder zwei parallel verschaltete Abschnitte einer Brennstoffzelle (2) aufgeteilt wird, wobei eine der Brennstoffzellen oder einer der Abschnitte so ausgebildet ist oder so betrieben wird, dass hierin zumindest zeitweise eine geringe Stromdichte vorliegt.Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the volume flow of the supply air to two parallel fuel cells ( 2 ) or two parallel connected sections of a fuel cell ( 2 ), wherein one of the fuel cells or one of the sections is configured or operated in such a way that at least at times there is a low current density. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen der Ventileinrichtung (12) nur dann erfolgt, wenn ein stationärer Betriebszustand der Brennstoffzelle (2) detektiert wurde.Method according to one of claims 1 to 17, characterized in that the opening of the Valve device ( 12 ) takes place only when a stationary operating state of the fuel cell ( 2 ) was detected. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion eines stationären Betriebszustandes der von der wenigstens einen Brennstoffzelle (2) geforderte Strom und der von der wenigstens einen Brennstoffzelle (2) gelieferte Strom fortlaufend erfasst wird, wobei die erfassten Werte durch eine Berechnung auf stationäre Zustände hin überprüft werden, und wobei ein stationärer Zustand der Brennstoffzelle (2) angezeigt wird, wenn für beide Werte ein stationärer Zustand erkannt wurde.A method according to claim 18, characterized in that for detecting a stationary operating state of the at least one fuel cell ( 2 ) and that of the at least one fuel cell ( 2 ) is continuously detected, wherein the detected values are checked by a calculation for steady state conditions, and wherein a stationary state of the fuel cell ( 2 ) is displayed if a stationary condition has been detected for both values. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung eine gleitende Mittelwertbildung umfasst.Method according to claim 19, characterized the calculation comprises a moving averaging. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung den Vergleich von erfassten Werten mit tiefpassgefilterten Werten umfasst.Method according to claim 19 or 20, characterized that the calculation compares detected values with low-pass filtered values includes. Verfahren nach Anspruch 19, 20, 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte als stationär angenommen werden, solange der Änderungsgradient unter einem vorgegebenen Wert liegt.Method according to claim 19, 20, 21, characterized that the values are assumed to be stationary, as long as the change gradient is below a predetermined value. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch seine Anwendung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Transportmittel auf dem Land, im Wasser oder in der Luft.Method according to one of claims 1 to 22, characterized by its application for operating a fuel cell system in a means of transport on land, in the water or in the air. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (1) elektrische Energie für den Vortrieb und/oder Hilfsaggregate und/oder elektronische Komponenten des Transportmittels liefert.A method according to claim 23, characterized in that the fuel cell system ( 1 ) provides electrical energy for the propulsion and / or auxiliary equipment and / or electronic components of the means of transport. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportmittel ein Kraftfahrzeug ist.Method according to claim 23 or 24, characterized that the means of transport is a motor vehicle.
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