DE102012000882A1 - Method for operating fuel cell system mounted in vehicle, involves supplying hydrogen as function of oxygen concentration in anode chamber or cathode chamber or in associated ducts elements or components - Google Patents

Method for operating fuel cell system mounted in vehicle, involves supplying hydrogen as function of oxygen concentration in anode chamber or cathode chamber or in associated ducts elements or components Download PDF

Info

Publication number
DE102012000882A1
DE102012000882A1 DE201210000882 DE102012000882A DE102012000882A1 DE 102012000882 A1 DE102012000882 A1 DE 102012000882A1 DE 201210000882 DE201210000882 DE 201210000882 DE 102012000882 A DE102012000882 A DE 102012000882A DE 102012000882 A1 DE102012000882 A1 DE 102012000882A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydrogen
fuel cell
oxygen concentration
anode
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201210000882
Other languages
German (de)
Inventor
Felix Blank
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to DE201210000882 priority Critical patent/DE102012000882A1/en
Publication of DE102012000882A1 publication Critical patent/DE102012000882A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

The method involves providing fuel cell (3) having an anode chamber (5) and a cathode chamber (4) with operation phase and stoppage phase. The hydrogen is supplied to the anode chamber or cathode chamber during the stoppage phases. The hydrogen is supplied as a function of oxygen concentration in the anode chamber or the cathode chamber or in the associated ducts elements (7,10) or components (11,12).

Description

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

Den gattungsgemäßen Stand der Technik bildet die DE 10 2010 053 628 A1 , welche ein Betriebsverfahren für eine Brennstoffzelle mit einem Wasserstoffzusatz nach der Abschaltung beschreibt.The generic state of the art forms the DE 10 2010 053 628 A1 , which describes a method of operating a fuel cell with a hydrogen additive after shutdown.

Die zugrundeliegende Problematik ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Wenn eine Brennstoffzelle abgeschaltet wird, dann wird der im Anodenraum der Brennstoffzelle befindliche Wasserstoff entweder aufgebraucht oder diffundiert durch den Aufbau der Brennstoffzelle nach außen. Nach einer gewissen Zeit ist daher im Anodenraum der Brennstoffzelle kein Wasserstoff mehr vorhanden. Zunächst bleibt dabei Stickstoff übrig, welcher während des Betriebs typischerweise durch die Membranen der Brennstoffzelle vom Kathodenraum in den Anodenraum diffundiert ist. Mit der Zeit wird sich auch Luftsauerstoff in dem Anodenraum der Brennstoffzelle sammele, welcher ebenfalls durch die Membranen diffundiert oder durch Undichtheiten im Aufbau der Brennstoffzelle, auch bei abgesperrtem Anodenraum, in diesen eindringt. Kommt es nun zu einem Start in der Brennstoffzelle, dann liegt in der Startphase sowohl im Kathodenraum als auch im Anodenraum Luft bzw. Sauerstoff vor. Der Vorgang wird daher auch als Air/Air-Start bezeichnet. Am Eingang des Anodenraums der Brennstoffzelle bildet sich mit bei Start einströmendem Wasserstoff eine Wasserstoff/Sauerstofffront aus. Die Brennstoffzelle, welche im korrespondierenden Bereich des Kathodenraums mit Luft bzw. Sauerstoff versorgt ist, beginnt zu arbeiten und bildet in dem Bereich, in dem der Wasserstoff vorhanden ist, das übliche Betriebspotenzial der Brennstoffzelle aus. Nun ist es aber so, dass innerhalb jeder einzelnen Zelle bzw. ihres Anodenraums im Eingangsbereich bereits ein entsprechend hohes elektrisches Potenzial vorliegt, während im Bereich in Strömungsrichtung vor der Wasserstoff/Luft-Front noch kein Potenzial vorliegt. Dieser Potenzialunterschied baut sich innerhalb des Anodenraums der Brennstoffzelle ab und sorgt so für eine Schädigung des Katalysators. Um dieser Degradation entgegenzuwirken, muss eine entsprechend große Menge an teurem Katalysator vorgehalten werden, da sich ansonsten durch die Schädigung des Katalysators die Lebensdauer der Brennstoffzelle drastisch verkürzt.The underlying problem is known from the general state of the art. When a fuel cell is turned off, the hydrogen in the anode compartment of the fuel cell is either consumed or diffused outwardly by the structure of the fuel cell. After a certain time, therefore, hydrogen is no longer present in the anode compartment of the fuel cell. First of all, nitrogen is left over which, during operation, is typically diffused by the membranes of the fuel cell from the cathode space into the anode space. Over time, atmospheric oxygen will collect in the anode compartment of the fuel cell, which also diffuses through the membranes or penetrates through leaks in the structure of the fuel cell, even with closed anode compartment in this. If there is a start in the fuel cell, then there is air or oxygen in the starting phase both in the cathode space and in the anode space. The process is therefore also referred to as Air / Air Start. At the entrance to the anode compartment of the fuel cell, a hydrogen / oxygen front is formed with hydrogen flowing in at startup. The fuel cell, which is supplied with air or oxygen in the corresponding region of the cathode space, begins to work and forms the usual operating potential of the fuel cell in the region in which the hydrogen is present. Now, however, there is already a correspondingly high electrical potential within each individual cell or its anode space in the entrance area, while there is still no potential in the area in the flow direction in front of the hydrogen / air front. This potential difference builds up within the anode compartment of the fuel cell, thus causing damage to the catalytic converter. In order to counteract this degradation, a correspondingly large amount of expensive catalyst must be kept, otherwise the life of the fuel cell is drastically shortened due to the damage to the catalyst.

Um nun das Vorhalten einer großen Menge an teurem Katalysator zu vermeiden, wird es im allgemeinen Stand der Technik auch vorgesehen, den Anodenraum der Brennstoffzelle während des Stillstands durchgehend mit Wasserstoff zu versorgen, umso den Sauerstoff am Eindringen zu hindern und gegebenenfalls eingedrungenen Sauerstoff durch eine Reaktion mit dem Wasserstoff zu Wasser aufzubrauchen. Die Problematik dieser „ständigen” Wasserstoffversorgung liegt darin, dass Wasserstoff sehr leicht flüchtig ist und durch den Aufbau der Brennstoffzelle hinausdiffundieren kann. Dadurch kommt es einerseits zu hohen Wasserstoffemissionen und andererseits zu einem unnötig hohen Verbrauch an Wasserstoff, insbesondere da bei abgesperrtem Anodenraum und Kathodenraum die Menge an Sauerstoff, welche in den Anodenraum diffundiert, zwar für den dortigen Katalysator sehr schädlich in ihrer Absolutmenge, jedoch sehr gering ist.In order to prevent the provision of a large amount of expensive catalyst, it is also provided in the general state of the art to provide the anode compartment of the fuel cell continuously during standstill with hydrogen, so as to prevent the oxygen from penetrating and possibly penetrating oxygen by a reaction to use up with the hydrogen to water. The problem of this "constant" hydrogen supply is that hydrogen is very volatile and can diffuse out through the structure of the fuel cell. This results on the one hand in high hydrogen emissions and on the other hand on an unnecessarily high consumption of hydrogen, in particular since the amount of oxygen which diffuses into the anode space when shut off anode space and cathode space, although very harmful for the local catalyst in their absolute amount, but very low ,

Aus dem eingangs genannten gattungsgemäßen Stand der Technik ist es nun bekannt, den in der Stillstandsphase dem Anodenraum der Brennstoffzelle zugeführten Wasserstoff in Abhängigkeit eines Drucks in einer Anodeneingangsleitung zu dosieren. Dadurch lässt sich, so die Überlegung in diesem Stand der Technik, die Menge an benötigtem Wasserstoff durch eine konkrete Dosierung des Wasserstoffs, wenn Bedarf an Wasserstoff besteht, entsprechend reduzieren. Die Problematik liegt darin, dass der Druck zwar leicht zu messen ist, aber eine für den Bedarf an Wasserstoff sehr unzureichende Größe darstellt.From the aforementioned prior art, it is now known to meter in the standstill phase the anode chamber of the fuel cell supplied hydrogen in response to a pressure in an anode input line. As a result, it is the consideration in this prior art, the amount of hydrogen required by a specific dosage of hydrogen, if there is a need for hydrogen, reduce accordingly. The problem is that although the pressure is easy to measure, it is a very inadequate quantity for hydrogen demand.

Aus der DE 10 2007 052 148 A1 ist ferner ein Verfahren zum Vermeiden von gasförmigen Verunreinigungseinflüssen im Gasraum einer Brennstoffzelle bekannt, welches den Wasserstoff nicht über einen Wasserstofftank zudosiert, sondern durch eine Elektrolyse bei Bedarf erzeugt. Die Elektrolyse kann dabei vorzugsweise durch eine Umkehr des Funktionsprinzips der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels selbst erfolgen. Als Ausgangsbasis für die Elektrolyse dient dabei Wasser. Genau dies ist eines der Probleme bei dem dort genannten Verfahren. Bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts friert dieses Wasser ein. Es lässt sich dann zwar immer noch durch Elektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff aufspalten, allerdings nur wenn es dort ist, wo es gebraucht wird. Eine eventuelle Bevorratung des Wassers außerhalb des Elektrolyseurs bzw. der Brennstoffzelle ist überaus schwierig und erfordert einen erheblichen Energieaufwand zum Aufheizen des Systems, falls dieses eingefroren ist. In einer Stillstandsphase des Brennstoffzellensystems ist dies mit erheblichem Energieaufwand und Nachteilen hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrads verbunden.From the DE 10 2007 052 148 A1 Furthermore, a method for avoiding gaseous impurity influences in the gas space of a fuel cell is known, which does not meter the hydrogen via a hydrogen tank, but generates it by an electrolysis as needed. The electrolysis can be carried out preferably by reversing the operating principle of the fuel cell or of the fuel cell stack itself. The starting point for the electrolysis is water. This is exactly one of the problems with the process mentioned there. At temperatures below freezing this water freezes. It can still be split by electrolysis into oxygen and hydrogen, but only if it is where it is needed. A possible storage of water outside the electrolyzer or the fuel cell is very difficult and requires a considerable amount of energy to heat the system, if this is frozen. In a standstill phase of the fuel cell system, this is associated with considerable energy expenditure and disadvantages in terms of the overall efficiency.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems anzugeben, welches die genannten Nachteile vermeidet und sehr einfach und energieeffizient eine Verminderung der Degradation des Katalysators der Brennstoffzelle bewirkt.The object of the present invention is now to provide a method for operating a fuel cell system, which avoids the disadvantages mentioned and very simple and energy efficient causes a reduction in the degradation of the catalyst of the fuel cell.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen. According to the invention this object is achieved by a method having the features in the characterizing part of claim 1. Further advantageous embodiments of the method will become apparent from the remaining dependent claims.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht es vor, dass die Zufuhr des Wasserstoffs in Abhängigkeit einer Sauerstoffkonzentration in dem Anodenraum und/oder Kathodenraum oder in damit verbundenen Leitungselementen oder Komponenten erfolgt. Die Systematik durch die Zugabe von Wasserstoff Sauerstoff aufzubrauchen funktioniert, wie im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben, ideal im Anodenraum, umso einen von Sauerstoff freien Anodenraum beim Wiederstart des Brennstoffzellensystems vorzuhalten. Im Prinzip funktioniert dies analog auch im Kathodenraum, da auch durch das Aufbrauchen des Sauerstoffs im Kathodenraum die geschilderte Problematik verhindert wird. Damit wandert zwar eine Wasserstoff/Luft- bzw. Wasserstoff/Sauerstoff-Front durch den Anodenraum, da auf der gegenüberliegenden Seite des Kathodenraums jedoch kein Sauerstoff zur Verfügung steht, bilden sich dennoch keine Bereiche mit arbeitender Brennstoffzelle und nichtarbeitender Brennstoffzelle innerhalb jeder einzelnen Brennstoffzelle aus. Es muss dann bei der Zufuhr des Sauerstoffs und des Wasserstoffs lediglich auf das sehr gleichmäßige Eindosieren dieser beiden Edukte in den Kathodenraum und Anodenraum der Brennstoffzelle geachtet werden, Ungeachtet der Verwendung entweder im Anodenraum oder im Kathodenraum oder gegebenenfalls auch in beiden, was prinzipiell zwar möglich, in der Praxis jedoch nicht notwendig ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Sauerstoffkonzentration gemessen. Der Sauerstoff ist dabei genau der Stoff, welcher über die Zufuhr von Wasserstoff eliminiert werden soll. Wird nun der Wasserstoff anhand der Sauerstoffkonzentration dosiert, so lässt sich eine Dosierung von Wasserstoff sehr gezielt so vornehmen, dass der Sauerstoff vollständig aufgebraucht wird, ohne dass ein Überschuss an Wasserstoff in die Brennstoffzelle dosiert werden muss. Dadurch wird der Mechanismus einer eventuellen Degradation des Katalysators beim Wiederstart erfolgreich durchbrochen, und zwar mit minimaler Menge an Wasserstoff und minimalem Risiko von Wasserstoffemissionen an die Umgebung.The solution according to the invention provides that the supply of hydrogen takes place as a function of an oxygen concentration in the anode space and / or cathode space or in line elements or components connected thereto. The systematic use of oxygen by the addition of hydrogen works, as described in the aforementioned prior art, ideally in the anode compartment, so vorzuhalten an oxygen-free anode compartment when restarting the fuel cell system. In principle, this also works analogously in the cathode compartment, since the described problem is also prevented by the consumption of oxygen in the cathode compartment. Although a hydrogen / air or hydrogen / oxygen front wanders through the anode compartment, since there is no oxygen available on the opposite side of the cathode compartment, no areas of working fuel cell and non-working fuel cell form within each individual fuel cell. Care must then be taken in the supply of oxygen and hydrogen only to the very uniform dosing of these two reactants in the cathode compartment and anode compartment of the fuel cell, regardless of the use either in the anode compartment or in the cathode compartment or possibly also in both, which in principle possible, in practice, however, is not necessary, the oxygen concentration is measured in the inventive method. The oxygen is exactly the substance that should be eliminated by the supply of hydrogen. If now the hydrogen is metered by means of the oxygen concentration, then a metering of hydrogen can be carried out in a very targeted manner so that the oxygen is completely used up without an excess of hydrogen having to be metered into the fuel cell. This effectively breaks the mechanism of eventual degradation of the catalyst upon re-start, with minimal amount of hydrogen and minimal risk of hydrogen emissions to the environment.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ferner vorgesehen, dass der Kathodenraum und/oder der Anodenraum in der Stillstandsphase über Ventileinrichtung abgesperrt wird, insbesondere kann auch eine Rezirkulationsschleife für Abgase vorgesehen sein, in welcher der Anodenraum und/oder der Kathodenraum jeweils Teil einer solchen Rezirkulationsschleife sind. In diesem Fall kann in der Stillstandsphase die jeweilige Rezirkulationsschleife abgesperrt werden. Insbesondere auf der Seite des Anodenraums sind Rezirkulationsschleifen zur Zurückführung von Abgasen und unverbrauchtem Wasserstoff aus dem Anodenraum in den Bereich des Eingangs des Anodenraums allgemein bekannt und üblich. Aber auch im Bereich der Kathode sind derartige Abgasrückführungen bekannt, insbesondere zur Verbesserung der Situation hinsichtlich der Befeuchtung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nun entweder diese Rezirkulationsschleifen oder der Anodenraum und der Kathodenraum selbst, und zwar vorzugsweise jeweils beide, auch wenn nur in einen der Räume Wasserstoff eindosiert wird, über Ventileinrichtungen abgesperrt. Dadurch entsteht eine Abdichtung des Anodenraums und des Kathodenraums bzw. der Anodenrezirkulationsschleife und/oder der Kathodenrezirkulationsschleife gegenüber der Umgebung. Das Eindringen von frischem Sauerstoff in einen der Räume bzw. eine der Schleifen wird so weitgehend verhindert. Lediglich die Diffusion von Sauerstoff durch Dichtungen und Membranen der Brennstoffzelle selbst in den Anodenraum bleibt so übrig. Die Menge an Wasserstoff, welche zum Aufbrauchen des Sauerstoffs benötigt wird, lässt sich dadurch noch weiter reduzieren.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is further provided that the cathode space and / or the anode space is shut off in the standstill phase via valve means, in particular, a recirculation loop for exhaust gases may be provided, in which the anode chamber and / or the cathode compartment each part of a such recirculation loop. In this case, the respective recirculation loop can be shut off in the standstill phase. Especially on the side of the anode compartment, recirculation loops for returning exhaust gases and unconsumed hydrogen from the anode compartment to the region of the anode compartment entrance are well known and commonplace. But also in the area of the cathode, such exhaust gas recirculations are known, in particular for improving the situation with regard to humidification. In the method according to the invention, either these recirculation loops or the anode compartment and the cathode compartment itself, and preferably both, even if hydrogen is metered into only one of the chambers, are shut off via valve devices. This creates a seal between the anode space and the cathode space or the anode recirculation loop and / or the cathode recirculation loop with respect to the environment. The penetration of fresh oxygen into one of the rooms or one of the loops is thus largely prevented. Only the diffusion of oxygen through seals and membranes of the fuel cell itself in the anode compartment remains so. The amount of hydrogen needed to consume the oxygen can be further reduced thereby.

In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ferner vorgesehen, dass der zeitliche Verlauf der Sauerstoffkonzentration und/oder der Dosiermenge an Wasserstoff überwacht wird. Eine solche Überwachung des zeitlichen Verlaufs der Sauerstoffkonzentration und/oder der Dosiermenge an Wasserstoff erlaubt Rückschlüsse auf eventuelle Abläufe während des Stillstands des Brennstoffzellensystems. Insbesondere kann dabei ein Gradient des zeitlichen Verlaufs überwacht werden, sodass ab einem vorgegebenen Grenzwert eines Gradienten der Sauerstoffkonzentration und/oder der Dosiermenge an Wasserstoff und/oder ab einem vorgegebenen Grenzwert der Konzentration und/oder der dosierten Menge eine Leckage angenommen wird. Kommt es zu einer Leckage der Brennstoffzelle selbst oder gegebenenfalls der die Brennstoffzelle absperrenden Ventileinrichtung, dann wird aus der Umgebung des Brennstoffzellensystems Sauerstoff in das System eindringen. Dadurch kommt es entweder direkt zu einer Erhöhung der Sauerstoffkonzentration und, bei einer in Abhängigkeit der Sauerstoffkonzentration erfolgenden Dosierung von Wasserstoff, einer Erhöhung der Dosiermenge. Je nachdem, welcher der Parameter einfacher in seinem zeitlichen Verlauf zu überwachen ist, kann nun einer oder aus Gründen der Redundanz gegebenenfalls auch beide überwacht werden. Im Falle einer solchen Leckage können dann bestimmte Maßnahmen ergriffen werden, beispielsweise kann eine Warnlampe eingeschaltet werden, um einen späteren Wiederstart des Brennstoffzellensystems zu verhindern.In a further very favorable embodiment of the method according to the invention, it is further provided that the time profile of the oxygen concentration and / or the metered amount of hydrogen is monitored. Such a monitoring of the time course of the oxygen concentration and / or the metered amount of hydrogen allows conclusions about possible processes during the standstill of the fuel cell system. In particular, a gradient of the time profile can be monitored, so that a leakage is assumed above a predetermined limit value of a gradient of the oxygen concentration and / or the metered amount of hydrogen and / or above a predetermined limit value of the concentration and / or the metered amount. If there is a leakage of the fuel cell itself or possibly the fuel cell shut-off valve device, then oxygen will penetrate into the system from the environment of the fuel cell system. This leads either directly to an increase in the oxygen concentration and, in the case of a dosage of hydrogen which occurs as a function of the oxygen concentration, an increase in the metered amount. Depending on which of the parameters is easier to monitor over time, one or, for reasons of redundancy, both may now be monitored. In the case of such a leak, certain measures can be taken, for example, a warning lamp can be turned on to prevent a later restart of the fuel cell system.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei insbesondere vorgesehen, dass im Falle einer Leckage die Wasserstoffdosierung gestoppt wird. In diesem Fall muss davon ausgegangen werden, dass durch diese Leckage gegebenenfalls auch der in den Anodenraum und/oder den Kathodenraum nachdosierte Wasserstoff an die Umgebung entweichen könnte. Um Wasserstoffemissionen und gegebenenfalls sicherheitskritische Konzentration von Wasserstoff und Sauerstoff in der Umgebung des Brennstoffzellensystems zu verhindern, kann es deshalb in dieser besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass die Wasserstoffdosierung gestoppt wird. In an advantageous development of the method according to the invention, provision is made in particular for the hydrogen metering to be stopped in the event of a leak. In this case, it must be assumed that, if appropriate, the hydrogen, which has been metered into the anode space and / or the cathode space, could escape to the environment as a result of this leakage. In order to prevent hydrogen emissions and possibly safety-critical concentration of hydrogen and oxygen in the environment of the fuel cell system, it may therefore be provided in this particularly favorable and advantageous development of the method according to the invention that the hydrogen metering is stopped.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the method according to the invention will become apparent from the remaining dependent claims and will be apparent from the embodiment, which is described below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 einen Ausschnitt aus einem Brennstoffzellensystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform; und 1 a detail of a fuel cell system for carrying out the method according to the invention in a first embodiment; and

2 einen Ausschnitt aus einem Brennstoffzellensystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten möglichen Ausführungsform. 2 a section of a fuel cell system for carrying out the method according to the invention in a second possible embodiment.

In der Darstellung der 1 ist ein Brennstoffzellensystem 1 in einem für die hier vorliegende Erfindung relevanten Ausschnitt dargestellt. Es soll in einem prinzipmäßig angedeuteten Fahrzeug 2 angeordnet sein und dient dort zur Bereitstellung von elektrischer Leistung, insbesondere von elektrischer Antriebsleistung. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst in dem hier dargestellten Ausschnitt eine Brennstoffzelle 3, welche typischerweise als sogenannter Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellenstack ausgebildet ist. Die Brennstoffzelle 3 weist einen Kathodenraum 4 und einen Anodenraum 5 auf. Dem Kathodenraum 4 wird über eine Luftversorgungseinrichtung 6 Luft als Sauerstofflieferant zugeführt. Abluft gelangt über eine Abluftleitung 7 aus dem System. Weitere Komponenten im Bereich der Zuluftstrecke und der Abluftleitung 7, wie beispielsweise Ladeluftkühler, Befeuchter und dergleichen, sind prinzipiell denkbar und aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie sind für die hier vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung und wurden deshalb nicht dargestellt.In the presentation of the 1 is a fuel cell system 1 represented in a relevant for the present invention section. It is intended in a vehicle indicated in principle 2 be arranged there and serves to provide electrical power, in particular of electrical drive power. The fuel cell system 1 includes in the section shown here a fuel cell 3 , which is typically designed as a so-called fuel cell stack or fuel cell stack. The fuel cell 3 has a cathode compartment 4 and an anode room 5 on. The cathode compartment 4 is via an air supply device 6 Air supplied as an oxygen supplier. Exhaust air passes through an exhaust air line 7 from the system. Other components in the area of the supply air duct and the exhaust air duct 7 , such as intercooler, humidifier and the like, are in principle conceivable and known from the general state of the art. They are for the present invention of minor importance and were therefore not shown.

Dem Anodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 wird Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 8 über ein Dosierventil 9 zugeführt. Der Wasserstoff gelangt dann in den Bereich des Anodenraums 5 und wird in diesem typischerweise zum Teil aufgebraucht. Unverbrauchter Wasserstoff gelangt zusammen mit entstandenem Produktwasser und durch die Membranen der Brennstoffzelle 3 hindurchdiffundiertem Stickstoff über eine Rezirkulationsleitung 10 einer sogenannten Anodenrezirkulationsschleife bzw. eines Anodenloops zurück in den Anodenraum 5 und wird diesem vermischt mit frischem Wasserstoff erneut zugeführt. Zum Ausgleich der Druckverluste ist eine Rezirkulationsfördereinrichtung 11 vorgesehen. Diese ist hier beispielhaft als Rezirkulationsgebläse angedeutet. Sie könnte genauso gut als Gasstrahlpumpe, welche von dem frischen Wasserstoffstrom angetrieben wird oder als Kombination dieser beiden ausgebildet sein. In der Anodenrezirkulationsschleife reichert sich mit der Zeit Wasser und Stickstoff an, sodass die Wasserstoffkonzentration aufgrund des konstanten Volumens der Rezirkulationsschleife sinkt. Über einen Wasserabscheider 12 wird deshalb das flüssige Wasser abgeschieden und über eine Ablassleitung 13 mit einem Ablassventil 14 entweder von Zeit zu Zeit, in Abhängigkeit des Wasserstands in dem Wasserabscheider 12, in Abhängigkeit der Wasserstoffkonzentration oder auch in Abhängigkeit eines simulierten Wasserstoffverbrauchs oder Produktwasseranfalls im Bereich des Anodenraums 5 abgelassen. Zusammen mit dem Wasser wird über den Wasserabscheider 12 dabei typischerweise auch ein Teil des Gases mit abgelassen, umso den Stickstoff aus dem System zu entfernen und die Wasserstoffkonzentration in der Anodenrezirkulationsschleife auf einem für die Funktionalität der Brennstoffzelle 3 ausreichenden Niveau zu halten.The anode compartment 5 the fuel cell 3 becomes hydrogen from a compressed gas storage 8th via a metering valve 9 fed. The hydrogen then enters the area of the anode compartment 5 and is typically used up in part. Unused hydrogen comes together with produced product water and through the membranes of the fuel cell 3 diffused nitrogen via a recirculation line 10 a so-called anode recirculation loop or an anode loop back into the anode compartment 5 and is added to this mixed with fresh hydrogen again. To compensate for the pressure losses is a recirculation conveyor 11 intended. This is exemplified here as Rezirkulationsgebläse. It might as well be a gas jet pump driven by the fresh hydrogen flow or a combination of both. In the anode recirculation loop, water and nitrogen accumulate over time, so that the hydrogen concentration decreases due to the constant volume of the recirculation loop. About a water separator 12 Therefore, the liquid water is separated and via a drain line 13 with a drain valve 14 either from time to time, depending on the water level in the water separator 12 , as a function of the hydrogen concentration or depending on a simulated hydrogen consumption or product water attack in the region of the anode compartment 5 drained. Along with the water is over the water separator 12 typically also venting some of the gas so as to remove the nitrogen from the system and the hydrogen concentration in the anode recirculation loop at one for the functionality of the fuel cell 3 to maintain sufficient level.

Das bisher beschriebene Brennstoffzellensystem 1 entspricht so den aus dem Stand der Technik bekannten Aufbauten. Es wird auch so wie die im Stand der Technik beschriebenen Aufbauten während einer Betriebsphase des Brennstoffzellensystems 1, in dem elektrische Leistung mit der Brennstoffzelle 3 erzeugt werden soll, betrieben. Nun ist es so, dass das Fahrzeug 2 natürlich nicht ständig in Betrieb ist, sondern von Zeit zu Zeit auch abgestellt wird. In einer solchen Stillstandsphase des Brennstoffzellensystems 1 ist es dann ideal, wenn im Anodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 kein Sauerstoff vorliegt, um bei einem Wiederstart des Systems zu verhindern, dass eine Wasserstoff/Sauerstoff-Front durch den Anodenraum 5 läuft und dadurch die eingangs ausführlich beschriebene Degradation des Katalysators des Anodenraums 5 auftritt.The fuel cell system described so far 1 corresponds to the known from the prior art structures. It also becomes like the structures described in the prior art during an operating phase of the fuel cell system 1 in which electrical power with the fuel cell 3 should be generated operated. Now it is like that the vehicle 2 Of course not constantly in operation, but from time to time also turned off. In such a stoppage phase of the fuel cell system 1 is it ideal if in the anode room 5 the fuel cell 3 There is no oxygen to prevent a hydrogen / oxygen front through the anode compartment when the system re-starts 5 runs and thereby the degradation of the catalyst of the anode compartment described in detail above 5 occurs.

Um in einer Stillstandsphase des Brennstoffzellensystems 1 dieser Degradation vorzubeugen, ist es insbesondere vorgesehen, dass beispielsweise direkt im Anodenraum 5 ein Sauerstoffkonzentrationssensor 15 angeordnet wird. Dieser Sauerstoffkonzentrationssensor 15 liefert ein Signal über die Sauerstoffkonzentration an ein Steuergerät 16. In der Stillstandsphase des Brennstoffzellensystems 1 wird über das Steuergerät 16 dann das Dosierventil 9 oder gegebenenfalls auch ein alternativ dazu vorhandenes Dosierventil für Wasserstoff geöffnet, um so Wasserstoff in den Bereich des Anodenraums 5 bzw. des Anodenraums 5 und/oder Rezirkulationsleitung 10 einzubringen. Die Menge an Wasserstoff wird dabei durch das Steuergerät 16 so bestimmt, dass der eingebrachte Wasserstoff ausreicht, um den über den Sauerstoffkonzentrationssensor 15 ermittelten Sauerstoff vollständig aufzubrauchen, ohne dass nennenswerte Mengen an Wasserstoff übrig bleiben, welche aus dem Brennstoffzellensystem 1 herausdiffundieren könnten. Dies erfolgt selbstverständlich bei geschlossenem Ablassventil 14. Da Sauerstoff nicht nur durch die Dichtungen des Brennstoffzellenstapels in den Anodenraum 5 eindringt, sondern häufig auch über die Membranen zwischen dem Kathodenraum 4 und dem Anodenraum 5 in den Anodenraum 5 diffundiert, können optionale Ventileinrichtungen 17, 18 vor und nach dem Kathodenraum 4 vorgesehen sein. Wenn in der Stillstandsphase der Kathodenraum abgesperrt wird, dann wird die Sauerstoffmenge in dem Kathodenraum 4 begrenzt und die Menge an Sauerstoff, welche durch die Membranen der Brennstoffzelle 3 vom Kathodenraum 4 in den Anodenraum 5 diffundieren kann, wird ebenfalls eingeschränkt. All dies führt dazu, dass während der gesamten Stillstandsphase der Anodenraum 5 von Sauerstoff freigehalten wird, da jeweils in Abhängigkeit der Sauerstoffkonzentration Wasserstoff nachdosiert wird, welcher dann mit dem Sauerstoff an dem Elektrokatalysator des Anodenraums 5 zu Wasser abreagiert. Zu jederzeit in der Stillstandsphase kann das Brennstoffzellensystem 1 daher unmittelbar und ohne vorbereitende Maßnahmen gestartet werden, ohne dass eine Degradation der Brennstoffzelle 3 zu befürchten ist.To be in a standstill phase of the fuel cell system 1 To prevent this degradation, it is provided in particular that, for example, directly in the anode compartment 5 an oxygen concentration sensor 15 is arranged. This oxygen concentration sensor 15 provides a signal about the oxygen concentration to a controller 16 , In the Standstill phase of the fuel cell system 1 is via the control unit 16 then the metering valve 9 or optionally also an alternatively existing dosing valve for hydrogen, so as to hydrogen in the region of the anode compartment 5 or the anode compartment 5 and / or recirculation line 10 contribute. The amount of hydrogen is thereby through the control unit 16 determined so that the introduced hydrogen is sufficient to the over the oxygen concentration sensor 15 completely exhausted oxygen without significant amounts of hydrogen remaining, which from the fuel cell system 1 could diffuse out. This is done, of course, with the drain valve closed 14 , Because oxygen is not only through the seals of the fuel cell stack in the anode compartment 5 penetrates, but often through the membranes between the cathode compartment 4 and the anode compartment 5 in the anode compartment 5 diffused, optional valve devices 17 . 18 before and after the cathode compartment 4 be provided. If the cathode space is shut off in the standstill phase, then the amount of oxygen in the cathode space 4 limited and the amount of oxygen passing through the membranes of the fuel cell 3 from the cathode compartment 4 in the anode compartment 5 is also limited. All this means that during the entire standstill phase, the anode compartment 5 is kept free of oxygen, since in each case depending on the oxygen concentration of hydrogen is metered, which then with the oxygen at the electrocatalyst of the anode compartment 5 reacted to water. At any time during the standstill phase, the fuel cell system 1 therefore be started immediately and without preparatory measures, without any degradation of the fuel cell 3 is to be feared.

Um sicher und zuverlässig den Sauerstoff in der gesamten Anodenrezirkulationsschleife einerseits über den Sauerstoffkonzentrationssensor 15 zu erfassen und andererseits über den eindosierten Wasserstoff im Bereich des Anodenraums 5 selbst aufzubrauchen, kann es vorgesehen sein, dass die Rezirkulationsfördereinrichtung 11 beispielsweise von Zeit zu Zeit, in Abhängigkeit der Sauerstoffkonzentration und/oder der Wasserstoffzufuhr oder auch anhand anderer Parameter wie beispielsweise aufgrund der Temperatur, um ein Festfrieren von Gebläseschaufeln eines Rezirkulationsgebläses zu verhindern, betrieben wird. Ein solcher Betrieb der Rezirkulationsfördereinrichtng 11 zur Vergleichmäßigung der Sauerstoffkonzentrationen in der Anodenrezirkulationsschleife oder aus anderen davon vollkommen unabhängigen Gründen, insbesondere wenn die Rezirkulationsfördereinrichtung 11 ein Rezirkulationsgebläse ist, führt in jedem Fall zu einem Ausgleich der Konzentrationen und zu einer Vergleichmäßigung der Abreaktion von unerwünschtem Sauerstoff mit zudosiertem Wasserstoff.To safely and reliably the oxygen in the entire anode recirculation loop on the one hand via the oxygen concentration sensor 15 and on the other hand via the metered hydrogen in the region of the anode space 5 itself consume, it may be provided that the recirculation conveyor 11 For example, from time to time, depending on the oxygen concentration and / or the hydrogen supply or on the basis of other parameters, such as due to the temperature to prevent freezing of fan blades of a recirculation blower is operated. Such operation of the recirculation conveyor 11 to even out the oxygen concentrations in the anode recirculation loop or for other entirely independent reasons, especially when the recirculation conveyor 11 is a recirculation blower, leads in any case to a balance of the concentrations and to make the Abreaktion of unwanted oxygen with hydrogen metered to equalize.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei nicht nur mit der bevorzugten Ausführungsform der 1 realisiert werden, sondern auch mit einer in 2 dargestellten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform ist der Aufbau im Wesentlichen derselbe, nur dass hier die Dosierung von Wasserstoff über eine zusätzliche Leitung 20 mit einer Ventileinrichtung 21 und dem Steuergerät 16 in Abhängigkeit einer von einem Sauerstoffkonzentrationssensor 15' gemessenen Sauerstoffkonzentration in dem Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle stattfindet. Alles andere kann vergleichbar aufgebaut sein, wobei bei diesem Aufbau die optionalen Ventileinrichtungen 18, 19 von besonderem Vorteil sind. Auch für diesen Aufbau kann mit minimalem Wasserstoffeinsatzeinsatz im Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 der dort befindliche Sauerstoff aufgebraucht werden. Auch dies führt dazu, dass zwischen Kathodenraum 4 und Anodenraum 5 beim Befüllen des Anodenraums 5 mit Wasserstoff bei einem Wiederstart keine schädlichen Mechanismen ausgelöst werden, da durch die Abwesenheit von Sauerstoff im Bereich des Kathodenraums die Zelle erst dann zu arbeiten beginnt, wenn Sauerstoff zudosiert wird. Im Gegensatz zu dem oben im Rahmen der 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel muss beim Wiederstart eines Aufbaus, wie er in der Darstellung der 2 beschrieben ist, darauf geachtet werden, dass der beim Wiederstart zudosierte Wasserstoff und die beim Wiederstart zugeführte Luft annähernd gleichmäßig in die Brennstoffzelle 3 eingebracht werden, um die erneute Ausbildung von die Brennstoffzelle 3 schädigenden Mechanismen zu vermeiden. Beide Ausführungsformen können außerdem untereinander kombiniert werden, also sodass sowohl im Bereich der Anode als auch im Bereich des Anodenraums 5 als auch im Bereich des Kathodenraums 4 durch die Zudosierung von Wasserstoff der dort in der Stillstandsphase eindringende Sauerstoff aufgebraucht wird.The inventive method can not only with the preferred embodiment of 1 be realized, but also with an in 2 illustrated embodiment. In this embodiment, the construction is essentially the same, except that here the metering of hydrogen via an additional line 20 with a valve device 21 and the controller 16 depending on one of an oxygen concentration sensor 15 ' measured oxygen concentration in the cathode compartment 4 the fuel cell takes place. Everything else can be constructed in a comparable manner, with this construction the optional valve devices 18 . 19 are of particular advantage. Also for this construction can with minimal hydrogen insert in the cathode compartment 4 the fuel cell 3 the oxygen contained there are used up. This too causes that between cathode space 4 and anode compartment 5 when filling the anode compartment 5 With hydrogen at re-start no harmful mechanisms are triggered, since the absence of oxygen in the area of the cathode space, the cell begins to work only when oxygen is added. In contrast to the above under the 1 described embodiment, when restarting a structure, as shown in the illustration of 2 Care must be taken to ensure that the hydrogen added at re-start and the air supplied during the restart are almost evenly distributed in the fuel cell 3 be introduced to the re-education of the fuel cell 3 to avoid damaging mechanisms. Both embodiments can also be combined with each other, so that both in the region of the anode and in the region of the anode space 5 as well as in the area of the cathode space 4 By the addition of hydrogen of the penetrating there in the standstill phase oxygen is consumed.

Die in den 1 und 2 gezeigten Brennstoffzellensysteme 1 haben dabei einen weiteren Vorteil. So ist es möglich, über das Steuergerät 16 den zeitlichen Verlauf beispielsweise der Sauerstoffkonzentration an wenigstens einem der Sauerstoffkonzentrationssensoren 15, 15' zu überwachen oder alternativ oder ergänzend dazu den zeitlichen Verlauf der Dosiermenge an Wasserstoff in der Stillstandsphase. Kommt es nun zu einer Leckage des Brennstoffzellensystems 1 bzw. der Brennstoffzelle 3 selbst, so wird typischerweise Luft in die Brennstoffzelle 3 eindringen und zumindest einer der Sauerstoffkonzentrationssensoren 15, 15' wird einen vergleichsweise schnellen Anstieg der Sauerstoffkonzentration feststellen. Es ist daher insbesondere sinnvoll, die erste zeitliche Ableitung, also den Gradienten der Sauerstoffkonzentration, zu überwachen. Dies führt dazu, dass ab einem vorgegebenen Grenzwert des Gradienten und/oder alternativ dazu auch beim überschreiten eines sehr großen absoluten Grenzwerts eine Leckage angenommen wird. Auf eine solche Leckage kann dann entsprechend reagiert werden, beispielsweise in dem angezeigt wird, dass eine Leckage vorliegt und dass ein Wiederstart des Brennstoffzellensystems 1 nicht oder nur ggf. unter Notlaufbedingungen möglich ist. Insbesondere kann beim Vorliegen einer Leckage jedoch die Dosierung an Wasserstoff zum Aufbrauchen des eingedrungenen Sauerstoffs ausgesetzt werden. Dies hat einerseits den Grund, dass bei einer Leckage und bei annähernd unbegrenzt nachströmendem Sauerstoff eine sehr große Menge an Wasserstoff benötigt werden würde, und hat andererseits den Vorteil, dass so durch die Leckage kein Wasserstoff an die Umgebung gelangen kann. Es ist daher von hoher Sicherheitsrelevanz in der Stillstandsphase des Brennstoffzellensystems 1 eine solche Leckageüberwachung mit minimalem Mehraufwand vorzunehmen und im Falle einer eventuellen Leckage, durch welche Wasserstoff austreten könnte, die Wasserstoffzufuhr konsequent zu stoppen.The in the 1 and 2 shown fuel cell systems 1 have another advantage. So it is possible via the control unit 16 the time course, for example, the oxygen concentration at least one of the oxygen concentration sensors 15 . 15 ' to monitor or alternatively or additionally to the time course of the metered amount of hydrogen in the standstill phase. Is it now a leak of the fuel cell system 1 or the fuel cell 3 itself, so is typically air in the fuel cell 3 penetrate and at least one of the oxygen concentration sensors 15 . 15 ' will notice a comparatively rapid increase in oxygen concentration. It is therefore particularly useful to monitor the first time derivative, ie the gradient of the oxygen concentration. This As a result, a leakage is assumed above a predetermined limit value of the gradient and / or alternatively also when exceeding a very large absolute limit value. Corresponding to such a leakage can then be reacted accordingly, for example by indicating that there is a leak and that a restart of the fuel cell system 1 not or only possibly under emergency conditions is possible. In particular, in the presence of a leak, however, the dosage of hydrogen can be exposed to the consumption of the penetrated oxygen. On the one hand, this has the reason that a very large amount of hydrogen would be required in the case of leakage and almost infinite inflowing oxygen, and on the other hand has the advantage that hydrogen can not reach the environment as a result of the leakage. It is therefore of high safety relevance in the stoppage phase of the fuel cell system 1 to carry out such leakage monitoring with minimal additional expenditure and to stop the supply of hydrogen consistently in the event of any leakage through which hydrogen could escape.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010053628 A1 [0002] DE 102010053628 A1 [0002]
  • DE 102007052148 A1 [0006] DE 102007052148 A1 [0006]

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1) mit wenigstens einer Brennstoffzelle (3), welche einen Anodenraum (5) und einen Kathodenraum (4) aufweist, mit Betriebsphasen und Stillstandsphasen, wobei dem Anodenraum (5) und/oder dem Kathodenraum (4) während der Stillstandsphasen Wasserstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffzufuhr in Abhängigkeit einer Sauerstoffkonzentration in dem Anodenraum (5) und/oder dem Kathodenraum (4) oder in damit verbundenen Leitungselementen (7, 10) oder Komponenten (11, 12) erfolgt.Method for operating a fuel cell system ( 1 ) with at least one fuel cell ( 3 ) containing an anode space ( 5 ) and a cathode compartment ( 4 ), with operating phases and stoppage phases, wherein the anode compartment ( 5 ) and / or the cathode compartment ( 4 ) during the standstill phases hydrogen is supplied, characterized in that the hydrogen supply in dependence of an oxygen concentration in the anode space ( 5 ) and / or the cathode compartment ( 4 ) or in associated line elements ( 7 . 10 ) or components ( 11 . 12 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich dem Anodenraum (5) in Abhängigkeit der Sauerstoffkonzentration im Anodenraum (5) oder in damit verbundenen Leitungselementen (10) oder Komponenten (11, 12) zugeführt wird.Method according to claim 1, characterized in that only the anode space ( 5 ) as a function of the oxygen concentration in the anode space ( 5 ) or in associated line elements ( 10 ) or components ( 11 . 12 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des zugeführten Wasserstoffs so bemessen wird, dass eine zumindest annähernd vollständige Reaktion des über die Sauerstoffkonzentration gemessenen Sauerstoffs mit dem zugeführten Wasserstoff an katalytisch aktiven Materialien im Bereich der Brennstoffzelle (3) erfolgt.The method of claim 1 or 2, characterized in that the amount of hydrogen supplied is so dimensioned that an at least approximately complete reaction of the oxygen measured over the oxygen concentration with the supplied hydrogen to catalytically active materials in the fuel cell ( 3 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathodenraum (4) und/oder der Anodenraum (5) in der Stillstandsphase über Ventileinrichtungen (18, 19) abgesperrt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cathode space ( 4 ) and / or the anode space ( 5 ) in the standstill phase via valve devices ( 18 . 19 ) is shut off. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathodenraum (4) und/oder der Anodenraum (5) jeweils Teil einer Rezirkulationsschleife für Abgase ist, wobei in der Stillstandsphase die jeweilige Rezirkulationsschleife abgesperrt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cathode space ( 4 ) and / or the anode space ( 5 ) is part of a recirculation loop for exhaust gases, wherein in the standstill phase, the respective recirculation loop is shut off. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezirkulationsschleife eine Rezirkulationsfördereinrichtung (11) aufweist, welche während der Stillstandsphase zeitweise betrieben wird.A method according to claim 5, characterized in that the recirculation loop a recirculation conveyor ( 11 ), which is operated temporarily during the standstill phase. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb der Rezirkulationsfördereinrichtung (11) in der Stillstandsphase in Abhängigkeit von Zeit, Wassermenge, Sauerstoffkonzentration, Temperatur und/oder Wasserstoffzufuhr gesteuert wird.A method according to claim 6, characterized in that the operation of the recirculation conveyor ( 11 ) is controlled in the standstill phase as a function of time, amount of water, oxygen concentration, temperature and / or hydrogen supply. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Verlauf der Sauerstoffkonzentration und/oder der Dosiermenge an Wasserstoff überwacht wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that a time course of the oxygen concentration and / or the metered amount of hydrogen is monitored. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ab einem vorgegebenen Grenzwert eines Gradienten des zeitlichen Verlaufs der Sauerstoffkonzentration und/oder der Dosiermenge an Wasserstoff und/oder ab einem vorgegebenen Grenzwert der aktuellen Sauerstoffkonzentration und/oder der aktuell dosierten Menge an Wasserstoff eine Leckage angenommen wird.A method according to claim 8, characterized in that from a predetermined limit of a gradient of the time course of the oxygen concentration and / or the metered amount of hydrogen and / or above a predetermined limit of the current oxygen concentration and / or the currently metered amount of hydrogen leakage is assumed , Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Leckage die Wasserstoffdosierung gestoppt wird.A method according to claim 9, characterized in that in the event of leakage, the hydrogen metering is stopped.
DE201210000882 2012-01-18 2012-01-18 Method for operating fuel cell system mounted in vehicle, involves supplying hydrogen as function of oxygen concentration in anode chamber or cathode chamber or in associated ducts elements or components Withdrawn DE102012000882A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210000882 DE102012000882A1 (en) 2012-01-18 2012-01-18 Method for operating fuel cell system mounted in vehicle, involves supplying hydrogen as function of oxygen concentration in anode chamber or cathode chamber or in associated ducts elements or components

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210000882 DE102012000882A1 (en) 2012-01-18 2012-01-18 Method for operating fuel cell system mounted in vehicle, involves supplying hydrogen as function of oxygen concentration in anode chamber or cathode chamber or in associated ducts elements or components

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012000882A1 true DE102012000882A1 (en) 2013-07-18

Family

ID=48693084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210000882 Withdrawn DE102012000882A1 (en) 2012-01-18 2012-01-18 Method for operating fuel cell system mounted in vehicle, involves supplying hydrogen as function of oxygen concentration in anode chamber or cathode chamber or in associated ducts elements or components

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012000882A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016001487A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-07 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Method and system for eliminating reverse current decay in fuel cells
DE102016208434A1 (en) 2016-05-17 2017-11-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Fuel cell system and method for monitoring a fuel cell system
DE102019132418A1 (en) * 2019-11-29 2021-06-02 Airbus Operations Gmbh Fuel cell system and a vehicle with at least one such fuel cell system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007052148A1 (en) 2007-10-31 2009-05-07 Robert Bosch Gmbh Method for avoiding gaseous impurity inclusions in at least one gas space of a fuel cell during a standstill time and fuel cell with means for carrying out the method
DE102010053628A1 (en) 2009-12-11 2011-06-30 GM Global Technology Operations LLC, Mich. Fuel cell operation process for hydrogen addition after shutdown

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007052148A1 (en) 2007-10-31 2009-05-07 Robert Bosch Gmbh Method for avoiding gaseous impurity inclusions in at least one gas space of a fuel cell during a standstill time and fuel cell with means for carrying out the method
DE102010053628A1 (en) 2009-12-11 2011-06-30 GM Global Technology Operations LLC, Mich. Fuel cell operation process for hydrogen addition after shutdown

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016001487A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-07 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Method and system for eliminating reverse current decay in fuel cells
US10483569B2 (en) 2014-06-30 2019-11-19 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Method and system for eliminating reverse current decay in fuel cells
DE102016208434A1 (en) 2016-05-17 2017-11-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Fuel cell system and method for monitoring a fuel cell system
DE102019132418A1 (en) * 2019-11-29 2021-06-02 Airbus Operations Gmbh Fuel cell system and a vehicle with at least one such fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007059737B4 (en) Method for determining the anode exhaust gas outlet and associated fuel cell system
DE112007000822B4 (en) A method of preventing freezing of a valve in a fuel cell system and fuel cell system for carrying out the method
DE102009036197B4 (en) Method for operating a fuel cell system
WO2015180746A1 (en) Fuel cell system
DE102018100106A1 (en) METHOD FOR DETECTING A GAS LEAK IN A FUEL CELL
DE102011015739A1 (en) Regulation of H2 injection when parking based on gas concentration model
DE102011101643A1 (en) DETECTION OF SMALL ANODE LEAKS IN FUEL CELL SYSTEMS
DE102016113280A1 (en) ELECTROCHEMICAL HYDROGEN SENSORS FOR THE GLOBAL / LOCAL HYDROGEN DISAGREASE DETECTION IN PEM FUEL CELLS
DE102012018873A1 (en) Method for detecting a critical hydrogen concentration
DE102012001602A1 (en) Anode circuit of fuel cell system mounted in vehicle, has recirculation conveying device for anode gas exhaust, which is provided in form of gas jet pump by which fuel flowing to fuel cell is driven as propellant gas stream
DE102016110250A1 (en) Shutdown method for a fuel cell stack and fuel cell system therefor
AT507763B1 (en) METHOD AND DEVICE FOR TRANSFERRING CONSUMPTION AND PARTICULARLY EXPLOSIVE OPERATING MEDIA OF A FUEL CELL
DE102012000882A1 (en) Method for operating fuel cell system mounted in vehicle, involves supplying hydrogen as function of oxygen concentration in anode chamber or cathode chamber or in associated ducts elements or components
DE102014220534A1 (en) FUEL CELL COOLING DEVICE AND FUEL CELL COOLING METHOD USING THE SAME
DE112015004619T5 (en) FUEL CELL SYSTEM
DE102014005127A1 (en) The fuel cell system
DE102013100400A1 (en) Reactant control method for a fuel cell system in idling stop operation
DE102012018513A1 (en) Fuel cell system for use in vehicle, has fuel cell provided with anode compartment and cathode compartment, where anode and cathode compartments are arranged in housing, and lead connected with output of cathode compartment of fuel cell
DE102011010606A1 (en) A feedforward fuel control algorithm for reducing the on-time of a fuel cell vehicle
DE102013001206A1 (en) Method for operating a fuel cell system
DE102013015025A1 (en) Method for starting a fuel cell system
DE102012000867A1 (en) Fuel cell system for providing electrical driving power in motor vehicle, has auxiliary cell connected to cathode chamber of fuel cell stack or to inside of housing, and anode chamber of auxiliary cell is connected with hydrogen supply
DE102013003470A1 (en) Fuel cell system for use in providing electrical driving power to vehicle, has housing that comprises vent connection having valves, which is connected to surroundings or balancing volume
DE102014007013A1 (en) Process for heating a catalyst
EP4123052A1 (en) Electrolysis system and method for operating an electrolysis system

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008040000

Ipc: H01M0008043000