DE102013207105A1 - A fuel cell system for heating a fuel cell and method for operating a fuel cell system - Google Patents

A fuel cell system for heating a fuel cell and method for operating a fuel cell system Download PDF

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Oliver Berger
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (10) zum Erwärmen einer Brennstoffzelle (16), wobei das Brennstoffzellensystem (10) ein Gehäuse (12), eine in einem Innenraum (14) des Gehäuses (12) angeordnete Brennstoffzelle (16) und ein Kompressionsmittel (26), welches zur Kompression eines Luftmassenstroms (70) ausgebildet ist, umfasst, wobei das Kompressionsmittel (26) ausgangsseitig mit einer Betriebsmittelöffnung (28) der Brennstoffzelle (16) strömungstechnisch verbunden ist. Kennzeichnend ist vorgesehen, dass das Kompressionsmittel (26) ausgangsseitig zudem mit dem Innenraum (14) des Gehäuses (12) strömungstechnisch verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems (10).The invention relates to a fuel cell system (10) for heating a fuel cell (16), the fuel cell system (10) comprising a housing (12), a fuel cell (16) arranged in an interior (14) of the housing (12) and a compression means (26 ), which is designed to compress an air mass flow (70), the compression means (26) on the output side being connected in terms of flow technology to an operating means opening (28) of the fuel cell (16). A characteristic feature is that the compression means (26) is connected on the output side to the interior (14) of the housing (12) in terms of flow. The invention further relates to a method for operating the fuel cell system (10) according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem zum Erwärmen einer Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem umfasst ein Gehäuse, eine in einem Innenraum des Gehäuses angeordnete Brennstoffzelle und ein Kompressionsmittel, welches zur Kompression eines Luftmassenstroms ausgebildet ist, wobei das Kompressionsmittel ausgangsseitig mit einer Betriebsmittelöffnung der Brennstoffzelle strömungstechnisch verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems.The invention relates to a fuel cell system for heating a fuel cell. The fuel cell system comprises a housing, a fuel cell arranged in an interior of the housing and a compression means, which is designed for compressing an air mass flow, wherein the compression means is fluidly connected on the output side with an operating medium opening of the fuel cell. Furthermore, the invention relates to a method for operating the fuel cell system.

Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die so genannte Membran-Elektroden-Einheit (MEA für membrane electrode assembly), die ein Verbund aus einer protonenleitenden Membran und jeweils einer, beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ist. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Einheit an den, der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl, im Stapel (stack) angeordneter MEAs gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Anode der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff H2 oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen stattfindet. Über den Elektrolyten oder die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen H+ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt, sodass eine Reduktion von O2 zu O2– unter Aufnahme der Elektronen stattfindet. Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum diese Sauerstoffanionen mit den, über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser. Durch die direkte Umsetzung von chemischer in elektrische Energie erzielen Brennstoffzellen gegenüber anderen Elektrizitätsgeneratoren aufgrund der Umgehung des Carnot-Faktors einen verbesserten Wirkungsgrad.Fuel cells use the chemical transformation of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells contain as a core component, the so-called membrane electrode assembly (MEA for membrane electrode assembly), which is a composite of a proton-conducting membrane and one, both sides of the membrane arranged electrode (anode and cathode). In addition, gas diffusion layers (GDL) can be arranged on both sides of the membrane-electrode assembly on the sides of the electrodes facing away from the membrane. As a rule, the fuel cell is formed by a multiplicity of stacked MEAs whose electrical powers add up. During operation of the fuel cell, the anode is supplied with the fuel, in particular hydrogen H 2 or a hydrogen-containing gas mixture, where an electrochemical oxidation of H 2 to H + takes place with emission of electrons. Via the electrolyte or the membrane, which separates the reaction spaces gas-tight from each other and electrically isolated, takes place (water-bound or anhydrous) transport of protons H + from the anode compartment in the cathode compartment. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line. The cathode is supplied with oxygen or an oxygen-containing gas mixture, so that a reduction of O 2 to O 2- taking place of the electrons takes place. At the same time, these oxygen anions in the cathode compartment react with the protons transported via the membrane to form water. The direct conversion of chemical to electrical energy fuel cells achieve over other electricity generators due to the circumvention of the Carnot factor improved efficiency.

Die derzeit am weitesten entwickelte Brennstoffzellentechnologie basiert auf Polymerelektrolytmembranen (PEM), bei denen die Membran selbst aus einem Polymerelektrolyt besteht. Hierbei werden oft säuremodifizierte Polymere, insbesondere perfluorierte Polymere, eingesetzt. Der am weitesten verbreitete Vertreter dieser Klasse von Polymerelektrolyten ist eine Membran aus einem sulfonierten Polytetrafluorethylen-Copolymer (Handelsname: Nafion; Copolymer aus Tetrafluorethylen und einem Sulfonylsäurefluorid-Derivat eines Perfluoralkylvinylethers). Die elektrolytische Leitung findet dabei über hydratisierte Protonen statt, weshalb für die Protonenleitfähigkeit das Vorhandensein von Wasser Bedingung ist und im Betrieb der PEM-Brennstoffzelle ein Anfeuchten der Betriebsgase erforderlich ist. Aufgrund der Notwendigkeit des Wassers ist die maximale Betriebstemperatur dieser Brennstoffzellen bei Normdruck auf unter 100 °C beschränkt. In Abgrenzung von Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (HT-PEM-Brennstoffzellen), deren elektrolytische Leitfähigkeit auf einen durch elektrostatische Komplexbindung an ein Polymergerüst der Polymerelektrolytmembran gebundenen Elektrolyten beruht (beispielsweise Phosphorsäure-dotierte Polybenzimidazol(PBI)-Membrane) und die bei Temperaturen von 160 °C betrieben werden, wird dieser Brennstoffzellentyp auch als Niedertemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (NT-PEM-Brennstoffzelle) bezeichnet.Currently the most advanced fuel cell technology is based on polymer electrolyte membranes (PEMs), where the membrane itself consists of a polymer electrolyte. In this case, acid-modified polymers, in particular perfluorinated polymers, are often used. The most common representative of this class of polymer electrolytes is a membrane of a sulfonated polytetrafluoroethylene copolymer (trade name: Nafion; copolymer of tetrafluoroethylene and a sulfonyl fluoride derivative of a perfluoroalkyl vinyl ether). The electrolytic conduction takes place via hydrated protons, which is why the presence of water is a prerequisite for the proton conductivity and moistening of the operating gases is required during operation of the PEM fuel cell. Due to the necessity of the water, the maximum operating temperature of these fuel cells is limited to below 100 ° C at standard pressure. In contrast to high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells (HT-PEM fuel cells) whose electrolytic conductivity is based on an electrode bound by electrostatic complexation to a polymer backbone of the polymer electrolyte membrane electrolyte (for example, phosphoric acid-doped polybenzimidazole (PBI) membranes) and at temperatures of 160 ° C, this type of fuel cell is also referred to as a low-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (NT-PEM fuel cell).

Wie einleitend erwähnt, wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl, im Stapel angeordneter Einzelzellen gebildet, sodass auch von einem Brennstoffzellenstapel gesprochen werden kann. Zwischen den Membran-Elektroden-Einheiten sind in der Regel so genannte Bipolarplatten angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten und üblicherweise auch einer Kühlflüssigkeit sicherstellen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Einheiten.As mentioned in the introduction, the fuel cell is formed by a large number of individual cells arranged in the stack, so that it is also possible to speak of a fuel cell stack. As a rule, so-called bipolar plates are arranged between the membrane-electrode units, which ensure a supply of the individual cells with the operating media, ie the reactants and usually also a cooling liquid. In addition, the bipolar plates provide an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies.

Zwischen den Membran-Elektroden-Einheiten und den Bipolarplatten sind Dichtungen angeordnet, welche die Anoden- und Kathodenräume nach außen abdichten und ein Austreten der Betriebsmedien aus dem Brennstoffzellenstapel verhindern. Die Dichtungen können seitens der Membran-Elektroden-Einheiten und/oder der Bipolarplatten vorgesehen sein und insbesondere mit diesen Komponenten verbunden sein.Seals are arranged between the membrane-electrode assemblies and the bipolar plates, which seal the anode and cathode compartments to the outside and prevent leakage of the operating media from the fuel cell stack. The seals may be provided by the membrane-electrode units and / or the bipolar plates and in particular connected to these components.

Eine Brennstoffzelle, insbesondere ein Brennstoffzellenstapel (auch „Stack“ genannt) eines Brennstoffzellensystems ist von einem Gehäuse umschlossen. A fuel cell, in particular a fuel cell stack (also called "stack") of a fuel cell system is enclosed by a housing.

Bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems sind die Komponenten des Brennstoffzellensystems kalt. Ein in der Brennstoffzelle vorhandenes Wasser kann kondensieren und bei Temperaturen kleiner als 0 °C einfrieren. Dadurch besteht bei einem Start des Brennstoffzellensystems und im Besonderen bei einem Kaltstart die Notwendigkeit einer zeitnahen Erwärmung neuralgischer Stellen.During a cold start of the fuel cell system, the components of the fuel cell system are cold. A water present in the fuel cell can condense and freeze at temperatures lower than 0 ° C. As a result, when starting the fuel cell system, and in particular during a cold start, there is a need for timely heating of neuralgic points.

Eine Möglichkeit zur Abhilfe stellt eine Isolierung des Brennstoffzellenstapels dar. Jedoch benötigt diese Isolierung relativ viel Bauraum und hält die Temperatur im Brennstoffzellenstapel nur über eine begrenzte Zeitdauer auf einem ausreichend hohen Wert. One way to remedy this is to isolate the fuel cell stack. However, this insulation requires a relatively large amount of space and keeps the temperature in the fuel cell stack at a sufficiently high level only for a limited period of time.

Die DE 10 2007 003 502 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Luftversorgungseinheit für Brennstoffzellen. Zur Lagerschonung wird während eines Kaltstarts der Luftversorgungseinheit eine Elektromaschine mit einer erhöhten Statorverlustleistung betrieben. Dadurch ist unter anderem eine Erwärmung des Kühlwassers für eine Temperierung der Brennstoffzelle möglich.The DE 10 2007 003 502 A1 relates to a method for operating an air supply unit for fuel cells. To protect the storage, an electric machine with an increased stator power loss is operated during a cold start of the air supply unit. As a result, inter alia, a heating of the cooling water for a temperature control of the fuel cell is possible.

Die DE 102 03 311 A1 offenbart, dass bei einem Kaltstart eines Brennstoffzellensystems ein Kühlmittelstrom über eine Bypassleitung und nicht über einen Kühler geführt wird, wodurch ein schnelles Aufwärmen erreicht wird. Zudem wird der Kühlmittelstrom über einen Ladeluftkühler, welcher von dem Kühlmittelstrom und einem komprimierten Oxidationsmittelstrom durchströmt wird, erwärmt.The DE 102 03 311 A1 discloses that in a cold start of a fuel cell system, a flow of coolant through a bypass line and not via a radiator, whereby a rapid warm-up is achieved. In addition, the coolant flow is heated via a charge air cooler, which is flowed through by the coolant flow and a compressed oxidant flow.

Die DE 10 2007 033 429 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Aufwärmen einer Brennstoffzelle in einer Startphase. Die Vorrichtung umfasst eine zur Kathodenseite der Brennstoffzelle führende Zuführleitung, mit welcher ein Kompressor verbunden ist, der mittels der Brennstoffzelle mit Energie versorgbar ist. In einer Startphase der Brennstoffzelle wird der Kompressor bei einem erhöhten Gegendruck und mit erhöhter Leistung betrieben, um eine, einem Kathodenraum der Brennstoffzelle zugeführte Luft zu erwärmen. Durch die erwärmte Luft wird die Brennstoffzelle von innen erwärmt.The DE 10 2007 033 429 A1 discloses an apparatus for warming up a fuel cell in a starting phase. The device comprises a supply line leading to the cathode side of the fuel cell, to which a compressor is connected, which can be supplied with energy by means of the fuel cell. In a start-up phase of the fuel cell, the compressor is operated at an increased back pressure and increased power to heat a, a cathode space of the fuel cell supplied air. The heated air heats the fuel cell from the inside.

Auch die DE 102 50 355 A1 schlägt vor, eine Abwärme eines Verdichters zur Vorwärmung eines Brennstoffzellensystems über einen, in die Brennstoffzelle zugeführten Kathodenmassenstrom zu verwenden.Also the DE 102 50 355 A1 proposes to use waste heat from a compressor to preheat a fuel cell system via a cathode mass flow supplied into the fuel cell.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems zur Verfügung zu stellen, mittels welchen ein schnelles Aufwärmen einer Brennstoffzelle, insbesondere bei einem Kaltstart ermöglicht wird.The invention is based on the object of providing a fuel cell system and a method for operating the fuel cell system by means of which rapid warming up of a fuel cell, in particular during a cold start, is made possible.

Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem zum Erwärmen einer Brennstoffzelle umfasst ein Gehäuse, eine in einem Innenraum des Gehäuses angeordnete Brennstoffzelle und ein Kompressionsmittel, welches zur Kompression eines Luftmassenstroms ausgebildet ist, wobei das Kompressionsmittel ausgangsseitig mit einer Betriebsmittelöffnung der Brennstoffzelle strömungstechnisch verbunden ist. Kennzeichnend ist vorgesehen, dass das Kompressionsmittel ausgangsseitig zudem mit dem Innenraum des Gehäuses strömungstechnisch verbunden ist.The fuel cell system according to the invention for heating a fuel cell comprises a housing, a fuel cell arranged in an interior of the housing and a compression means, which is designed to compress an air mass flow, wherein the compression means is fluidly connected on the output side with an operating medium opening of the fuel cell. Characteristic is provided that the compression means on the output side is also fluidly connected to the interior of the housing.

Dadurch, dass das Kompressionsmittel ausgangsseitig mit dem Innenraum strömungstechnisch verbunden ist, kann eine Erwärmung des Innenraums erfolgen. Der von dem Kompressionsmittel geförderte Luftmassenstrom kann sich relativ schnell z. B. in Folge eines Druckaufbaus oder auch durch Verwirbelungen erwärmen. Zudem kann eine Erwärmung des Luftmassenstroms durch eine Erwärmung des Kompressionsmittels erfolgen, welches durch den erfindungsgemäßen Aufbau mit einer höheren Leistung (insbesondere mit einer höheren Drehzahl) betrieben werden kann, als dies alleine für eine Versorgung der Brennstoffzelle notwendig wäre. Wenigstens ein Teil des Luftmassenstroms wird dem Innenraum des Gehäuses zugeführt und erwärmt somit die Brennstoffzelle von außen. Der andere Teil des Luftmassenstroms wird bevorzugt zum Betreiben der Brennstoffzelle der Betriebsmittelöffnung (eine Oxidationsmittelöffnung) zugeführt. Somit kann die Brennstoffzelle innerhalb kürzester Zeit auf Betriebstemperatur kommen oder zumindest von außen so weit erwärmt werden, dass eine Kondensation und ein eventuell darauf folgendes Einfrieren unterbunden oder auf ein hinnehmbares Maß reduziert wird. Unter dem Innenraum des Gehäuses wird vorliegend ein freier (insbesondere luftgefüllter) Raum verstanden, welcher von dem Gehäuse umschlossen wird. Characterized in that the compression means on the output side is fluidically connected to the interior, a heating of the interior can take place. The funded by the compression means air mass flow can be relatively quickly z. B. as a result of pressure build-up or by turbulence. In addition, a heating of the air mass flow by a heating of the compression means take place, which can be operated by the inventive structure with a higher power (in particular at a higher speed) than would be necessary alone for a supply of the fuel cell. At least part of the air mass flow is supplied to the interior of the housing and thus heats the fuel cell from the outside. The other part of the air mass flow is preferably supplied to the operating medium opening (an oxidant opening) for operating the fuel cell. Thus, the fuel cell can come to operating temperature within a very short time or at least be heated from the outside so far that a condensation and any subsequent freezing is prevented or reduced to an acceptable level. In the present case, the interior of the housing means a free (in particular air-filled) space, which is enclosed by the housing.

Vorzugsweise ist die Brennstoffzelle ein Brennstoffzellenstapel. Innerhalb eines Brennstoffzellenstapels sind mehrere Einzelzellen gestapelt. Jede Einzelzelle kann eine Membran-Elektroden-Einheit umfassen. Die Membran-Elektroden-Einheiten können zwischen Bipolarplatten des Brennstoffzellenstapels angeordnet sein.Preferably, the fuel cell is a fuel cell stack. Within a fuel cell stack, multiple single cells are stacked. Each single cell may comprise a membrane-electrode assembly. The membrane-electrode assemblies may be disposed between bipolar plates of the fuel cell stack.

Das Kompressionsmittel kann beispielsweise ein Verdichter oder ein Gebläse sein. Die Betriebsmittelöffnung stellt einen Zugang zum Inneren der Brennstoffzelle, insbesondere zu Oxidationsmittelkanälen der Membran-Elektroden-Einheiten der Brennstoffzelle dar. The compression means may be, for example, a compressor or a fan. The resource opening provides access to the interior of the fuel cell, in particular to oxidant channels of the membrane electrode assemblies of the fuel cell.

Unter einer strömungstechnischen Verbindung kann vorliegend eine Verbindung (z. B. über Leitungen) verstanden werden, über welche eine Fluidströmung ermöglicht wird. In the present case, a fluidic connection can be understood as meaning a connection (for example via lines), via which a fluid flow is made possible.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem stromab des Kompressionsmittels eine Abzweigung aufweist, von welcher ausgehend stromab

  • – ein Betriebsmittelausgang in die Betriebsmittelöffnung führt und
  • – ein Innenraumausgang in den Innenraum führt.
According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the fuel cell system downstream of the compression means has a branch, starting from which downstream
  • - a resource outlet leads into the resource port and
  • - An interior exit leads into the interior.

Über die Abzweigung kann eine einfach aufgebaute Verteilung des Luftmassenstroms erfolgen. Über den Betriebsmittelausgang kann der Brennstoffzelle ein Teil des Luftmassenstrom zugeführt werden, wobei der in der Luft enthaltene Sauerstoff als Oxidationsmittel von der Brennstoffzelle genutzt wird. Über den Innenraumausgang kann ein weiterer Teil des Luftmassenstroms (insbesondere jener Rest des Luftmassenstroms, welcher nicht der Brennstoffzelle zugeführt wird) dem Innenraum des Gehäuses zugeführt werden. Der Betriebsmittelausgang kann über eine Betriebsmittelleitung des Brennstoffzellensystems in die Betriebsmittelöffnung führen. Ferner kann der Innenraumausgang über eine Innenraumleitung des Brennstoffzellensystems in den Innenraum des Gehäuses führen. About the branch can be made a simple distribution of the air mass flow. About the resource output, the fuel cell, a portion of the air mass flow can be supplied, wherein the oxygen contained in the air is used as the oxidant from the fuel cell. A further part of the air mass flow (in particular the remainder of the air mass flow which is not supplied to the fuel cell) can be supplied to the interior of the housing via the interior outlet. The resource output may lead into the resource port via a resource line of the fuel cell system. Furthermore, the interior output can lead into the interior of the housing via an interior conduit of the fuel cell system.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem zwischen dem Innenraumausgang und dem Innenraum ein insbesondere verstellbares Innenraum-Drosselelement aufweist. Durch das Innenraum-Drosselelement kann ein dem Innenraum zugeführter Teil des Luftmassenstrom reduziert werden. Je geringer eine Strömungsquerschnittsöffnung des Innenraum-Drosselelementes ist, desto geringer ist jener Teil des Luftmassenstroms, welcher dem Innenraum zugeführt wird.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the fuel cell system between the interior and the interior interior of a particular adjustable interior throttle element. Through the interior throttle element, a part of the air mass flow supplied to the interior can be reduced. The smaller a flow cross-sectional opening of the interior throttle element, the lower is that part of the air mass flow which is supplied to the interior space.

Gemäß einer ferner bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem zwischen dem Betriebsmittelausgang und der Betriebsmittelöffnung ein insbesondere verstellbares Betriebsmittel-Drosselelement aufweist. Durch das Betriebsmittel-Drosselelement kann ein, der Brennstoffzelle zugeführter Teil des Luftmassenstrom reduziert werden. Je geringer eine Strömungsquerschnittsöffnung des Betriebsmittel-Drosselelementes ist, desto geringer ist jener Teil des Luftmassenstroms, welcher der Brennstoffzelle zugeführt wird.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the fuel cell system between the resource outlet and the resource opening has a particular adjustable operating throttle element. By the resource throttle element, a, the fuel cell supplied part of the air mass flow can be reduced. The smaller a flow cross-sectional opening of the equipment throttle element, the lower is that part of the air mass flow which is supplied to the fuel cell.

Das Innenraum-Drosselelement, das Brennstoffzellen-Drosselelement und die Abzweigung können bevorzugt als integrale Einheit ausgebildet sein. Ferner bevorzugt können die Drosselelemente derart ausgebildet sein, dass eine Reduktion einer Strömungsquerschnittsöffnung des Innenraum-Drosselelements direkt eine Vergrößerung einer Strömungsquerschnittsöffnung des Brennstoffzellen-Drosselelements bewirken. Dadurch wird eine einfache Steuerung der Teile des Luftmassenstroms ermöglicht.The interior throttle element, the fuel cell throttle element and the branch may preferably be formed as an integral unit. Further preferably, the throttle elements may be configured such that a reduction of a flow cross-sectional opening of the interior throttle element directly cause an enlargement of a flow cross-sectional opening of the fuel cell throttle element. This allows easy control of the parts of the air mass flow.

Ferner bevorzugt kann die Abzweigung ein integraler Bestandteil eines Gehäuses des Kompressionsmittels sein. Somit kann eine platzsparende Realisierung erzielt werden.Further preferably, the branch may be an integral part of a housing of the compression means. Thus, a space-saving implementation can be achieved.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem eine aus dem Innenraum führende und mit diesem strömungstechnisch verbundene Austrittsöffnung umfasst, welche vorzugsweise mit einem insbesondere verstellbaren Austritts-Drosselelement strömungstechnisch verbunden ist. Durch die Austrittsöffnung kann ein, dem Innenraum zugeführter Teil des Luftmassenstroms den Innenraum wieder verlassen, sodass eine stationäre Durchströmung des Innenraums gewährleistet ist. Die Austrittsöffnung führt insbesondere in die Umgebung des Brennstoffzellensystems. Durch das Austritts-Drosselelement kann eine Druckerhöhung innerhalb des Innenraums des Gehäuses bewirkt werden. Durch die dazu durchgeführte Kompression des Luftmassenstroms mittels des Kompressionsmittels erwärmt sich der Luftmassenstrom. Dies kann auch bei einer bevorzugten stationären Durchströmung des Innenraums erfolgen. Je geringer eine Strömungsquerschnittsöffnung des Austritts-Drosselelementes ist, desto höher ist bei einem unveränderten Luftvolumenstrom durch den Innenraum ein Druck im Innenraum. Bis auf die Austrittsöffnung und eine Öffnung, welche mit dem Kompressionsmittel, insbesondere mit dem Innenraumausgang der Abzweigung strömungstechnisch verbunden ist, kann der Innenraum vom Gehäuse hermetisch verschlossen sein. Zudem kann der Innenraum noch über eine Öffnung des Gehäuses mit einem Gehäuselüfter strömungstechnisch verbunden sein.It is preferably provided that the fuel cell system includes a leading out of the interior and fluidly connected thereto outlet opening, which is preferably fluidically connected to a particular adjustable outlet throttle element. Through the outlet opening, a part of the air mass flow supplied to the interior can leave the interior again, so that a stationary flow through the interior is ensured. The outlet opening leads in particular into the environment of the fuel cell system. By the outlet throttle element, an increase in pressure within the interior of the housing can be effected. Due to the compression of the air mass flow by means of the compression means, the air mass flow heats up. This can also be done in a preferred stationary flow through the interior. The smaller a flow cross-sectional opening of the outlet throttle element, the higher is the pressure in the interior with an unchanged air volume flow through the interior. Except for the outlet opening and an opening which is fluidically connected to the compression means, in particular with the interior exit of the branch, the interior of the housing may be hermetically sealed. In addition, the interior can still be fluidly connected via an opening of the housing with a housing fan.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem eine mit einer Abgasöffnung der Brennstoffzelle strömungstechnisch verbundene Abgasleitung umfasst, welche ein insbesondere verstellbares Abgas-Drosselelement aufweist. Aus der Abgasöffnung strömt beim Betrieb der Brennstoffzelle ein Abgasstrom aus der Brennstoffzelle in die Abgasleitung. Die Abgasleitung führt bevorzugt in die Umgebung. Durch das Abgas-Drosselelement kann eine Druckerhöhung innerhalb der Brennstoffzelle bewirkt werden. Je geringer eine Strömungsquerschnittsöffnung des Abgas-Drosselelementes ist, desto höher ist bei einem unveränderten Luftvolumenstrom durch die Brennstoffzelle ein Druck in der Brennstoffzelle.Preferably, it is provided that the fuel cell system comprises an exhaust gas pipe connected in fluid communication with an exhaust gas opening of the fuel cell, which has an in particular adjustable exhaust gas throttle element. During operation of the fuel cell, an exhaust gas flow from the fuel cell flows out of the exhaust gas opening into the exhaust gas line. The exhaust pipe preferably leads into the environment. By the exhaust throttle element, an increase in pressure within the fuel cell can be effected. The smaller a flow cross-sectional opening of the exhaust gas throttle element, the higher is the pressure in the fuel cell with an unchanged air volume flow through the fuel cell.

Durch die bevorzugte Verstellbarkeit der beschriebenen Drosselelemente können die einzelnen Luftmassenströme variabel beeinflusst werden. Besonders bevorzugt kann eine Verstellung während des Betreibens des Brennstoffzellensystems erfolgen. Dadurch können die einzelnen Luftmassenströme optimal an einen momentanen Betriebszustand der Brennstoffzelle angepasst werden. Die verstellbaren Drosselelemente können einen ansonsten durch sie hindurchströmenden Massenstrom bevorzugt vollständig unterbinden. Dadurch kann beispielsweise nach einer Aufwärmphase der Brennstoffzelle das Innenraum-Drosselmittel die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Kompressionsmittel und dem Innenraum unterbinden.Due to the preferred adjustability of the throttle elements described, the individual air mass flows can be variably influenced. Particularly preferably, an adjustment can take place during the operation of the fuel cell system. As a result, the individual air mass flows can be optimally adapted to a current operating state of the fuel cell. The adjustable throttle elements can preferably completely prevent an otherwise otherwise flowing through them mass flow. As a result, for example, after a warm-up phase of the fuel cell, the interior throttle means the Prevent aerodynamic connection between the compression medium and the interior.

Die Drosselelemente können beispielsweise Drosseln, Ventile, oder Drosselklappen sein. Dadurch kann eine optimale Anpassung an den Einsatzzweck gewährleistet werden.The throttle elements may be, for example, throttles, valves, or throttle valves. This ensures optimal adaptation to the intended use.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem stromab des Kompressionsmittels, insbesondere zwischen dem Innenraumausgang und dem Innenraum ein Heizelement aufweist. Vorzugsweise ist das Heizelement ein elektrisches Heizelement, z. B. ein elektrisches Widerstandsheizelement (mit anderen Worten eine elektrische Heizung). Durch das Heizelement kann eine zusätzliche Erwärmung des Luftmassenstroms, insbesondere des dem Innenraum zugeführten Teils des Luftmassenstroms, erfolgen. Bevorzugt ist das Heizelement in der Innenraumleitung angeordnet, wodurch nur jener Teils des Luftmassenstroms erwärmt wird, welcher dem Innenraum zugeführt wird. Durch das Heizelement ergibt sich eine höhere Flexibilität hinsichtlich einer Regelung des Brennstoffzellensystems, insbesondere bei einem Start bei Temperaturen kleiner als 0 °C.It is preferably provided that the fuel cell system has a heating element downstream of the compression means, in particular between the interior exit and the interior. Preferably, the heating element is an electrical heating element, e.g. B. an electrical resistance heating element (in other words, an electric heater). By the heating element, an additional heating of the air mass flow, in particular of the interior of the supplied part of the air mass flow, take place. Preferably, the heating element is arranged in the inner pipe, whereby only that part of the air mass flow is heated, which is supplied to the inner space. By the heating element results in a higher flexibility with respect to a control of the fuel cell system, in particular at a start at temperatures less than 0 ° C.

Ferner wird ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, welches das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem, insbesondere zur Energieversorgung einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs umfasst. Das erfindungsgemäße Fahrzeug zeichnet sich aufgrund der erfindungsgemäßen Erwärmung der Brennstoffzelle durch eine erhöhte Ausfallssicherheit und eine höhere Einsatzfähigkeit bei Temperaturen von insbesondere kleiner als 0 °C aus.Furthermore, a vehicle is provided which comprises the fuel cell system according to the invention, in particular for supplying energy to an electric drive machine of the vehicle. Due to the heating of the fuel cell according to the invention, the vehicle according to the invention is characterized by an increased reliability against failure and a higher operational capability at temperatures of, in particular, less than 0 ° C.

Zudem ist ein Einsatz des Brennstoffzellensystems in Flurförderfahrzeugen, zur unterbrechungsfreien Stromversorgung bei einer Outdoor-Aufstellung und bei stationären Brennstoffzellensystemen denkbar.In addition, a use of the fuel cell system in industrial trucks, for uninterruptible power supply in an outdoor installation and stationary fuel cell systems is conceivable.

Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  • – Komprimieren des Luftmassenstroms mittels des Kompressionsmittels; und
  • – Zuführen wenigstens eines Teils des Luftmassenstroms in den Innenraum des Gehäuses.
Furthermore, a method for operating the fuel cell system according to the invention is provided. The method comprises the following steps:
  • - Compressing the air mass flow by means of the compression means; and
  • - Supplying at least a portion of the air mass flow into the interior of the housing.

Vorzugsweise beim Start des Brennstoffzellensystems, insbesondere bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems wird dem Innenraum des Gehäuses wenigstens ein Teil des (komprimierten und somit erwärmten) Luftmassenstroms zugeführt. Dadurch wird die Brennstoffzelle von außen erwärmt. Dies kann zusätzlich oder alternativ auch während einer, an den Start anschließenden Phase erfolgen. Bevorzugt entspricht der Teil des Luftmassenstroms, welcher dem Innenraum zugeführt wird dem Teil des Luftmassenstroms, welcher vom Kompressor gefördert (komprimiert) wird. Somit wird der gesamte Luftmassenstrom dem Innenraum zugeführt. Dies bewirkt eine Erwärmung der Brennstoffzelle vor dem Start der Brennstoffzelle.Preferably at the start of the fuel cell system, in particular during a cold start of the fuel cell system, at least part of the (compressed and thus heated) air mass flow is supplied to the interior of the housing. As a result, the fuel cell is heated from the outside. This may additionally or alternatively also take place during a subsequent phase to the start. The part of the air mass flow which is supplied to the interior preferably corresponds to the part of the air mass flow which is conveyed (compressed) by the compressor. Thus, the entire air mass flow is supplied to the interior. This causes a heating of the fuel cell before the start of the fuel cell.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Kompressionsmittel insbesondere unabhängig von einer Last der Brennstoffzelle mit im Wesentlichen maximaler Leistung betrieben wird. Dadurch wird eine maximal mögliche Erwärmung des Kompressionsmittels und ein maximal möglicher Luftmassenstrom durch den Innenraum ermöglicht.It is preferably provided that the compression means is operated in particular independently of a load of the fuel cell with substantially maximum power. This allows a maximum possible heating of the compression means and a maximum possible air mass flow through the interior.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Druck des dem Innenraum zugeführten Teils des Luftmassenstroms geringer als ein Druck eines der Brennstoffzelle zugeführten Brennstoffs ist. Als Drücke des Brennstoffs und des dem Innenraum zugeführten Luftmassenstroms können jene Drücke angesehen werden, welche auf eine den Luftmassenstrom und den Brennstoff trennende Trennwand wirken. Durch diese Ausgestaltung wird ein ansonsten unter Umständen mögliches Eindringen von Luft in brennstoffführende Bereiche des Brennstoffzellensystems verhindert.It is preferably provided that a pressure of the part of the air mass flow supplied to the interior is less than a pressure of a fuel supplied to the fuel cell. The pressures of the fuel and of the air mass flow supplied to the interior can be regarded as those pressures which act on a partition separating the air mass flow and the fuel. This embodiment prevents an otherwise possibly possible penetration of air into fuel-carrying areas of the fuel cell system.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Energieversorgung des Kompressionsmittels und/oder des Heizelements durch die Brennstoffzelle erfolgt. Durch diese Ausgestaltung wird die, von dem Kompressionsmittel und dem Heizelement verbrauchte elektrische Leistung direkt durch die Brennstoffzelle zur Verfügung gestellt. Dadurch wird die Brennstoffzelle stärker belastet, wodurch deren Verlustleistung erhöht und die Brennstoffzelle schneller erwärmt wird.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that a power supply of the compression means and / or the heating element is effected by the fuel cell. With this configuration, the electric power consumed by the compression means and the heating element is directly provided by the fuel cell. As a result, the fuel cell is more heavily loaded, which increases their power loss and the fuel cell is heated faster.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 ein Brennstoffzellensystem gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einer Übersichtsdarstellung, und 1 a fuel cell system according to a preferred embodiment of the invention in an overview, and

2 ein Brennstoffzellensystem gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. 2 a fuel cell system according to a preferred embodiment of the invention.

1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 10 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einer schematischen Übersichtsdarstellung. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst ein Gehäuse 12, in dessen Innenraum 14 eine Brennstoffzelle 16 angeordnet ist. Ferner kann das Brennstoffzellensystem 10 ein Systemmodul 18 umfassen, in welchem zum Betreiben der Brennstoffzelle 16 erforderliche Bauteile angeordnet sein können. Während des Betreibens der Brennstoffzelle 10 besteht die Möglichkeit, dass Betriebsmedien, insbesondere ein Brennstoff (z. B. Wasserstoff), aus der Brennstoffzelle 16 austreten. Um eine Anreicherung auf eine kritische Konzentration des Brennstoffs innerhalb des Innenraums 14 des Gehäuses 16 zu verhindern, kann das Brennstoffzellensystem 10 einen Gehäuselüfter 20 aufweisen, welcher Umgebungsluft dem Innenraum 14 zuführt. Die zugeführte Umgebungsluft kann über eine Austrittsöffnung 21 (bzw. eine Auslassöffnung), gegebenenfalls mitsamt dem entwichenen Betriebsmedium aus dem Gehäuse 12 austreten. 1 shows a fuel cell system 10 according to a preferred embodiment of the invention in a schematic overview representation. The fuel cell system 10 includes a housing 12 in whose interior 14 a fuel cell 16 is arranged. Furthermore, the fuel cell system 10 a system module 18 in which to operate the fuel cell 16 required components can be arranged. While operating the fuel cell 10 There is the possibility that operating media, in particular a fuel (eg hydrogen), from the fuel cell 16 escape. To enrich for a critical concentration of fuel within the interior 14 of the housing 16 To prevent the fuel cell system 10 a case fan 20 have, which ambient air to the interior 14 supplies. The supplied ambient air can via an outlet opening 21 (Or an outlet opening), possibly together with the escaped operating medium from the housing 12 escape.

2 zeigt ein Brennstoffzellensystem 10 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einer schematischen Darstellung. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst ein Gehäuse 12, in dessen Innenraum 14 eine Brennstoffzelle 16 angeordnet ist. Die Brennstoffzelle 16 kann ein Brennstoffzellenstapel sein, welcher mehrere Einzelzellen 25 aufweist. Die Einzelzellen 25 können alternierend mit Bipolarplatten 24 gestapelt sein. 2 shows a fuel cell system 10 according to a preferred embodiment of the invention in a schematic representation. The fuel cell system 10 includes a housing 12 in whose interior 14 a fuel cell 16 is arranged. The fuel cell 16 may be a fuel cell stack containing multiple single cells 25 having. The single cells 25 can alternate with bipolar plates 24 be stacked.

Zudem umfasst das Brennstoffzellensystem 10 ein Kompressionsmittel 26, welches zur Kompression eines Luftmassenstroms ausgebildet ist. Der Luftmassenstrom kann aus der Umgebung stammen, und das Kompressionsmittel 26 z. B. ein Verdichter (oft auch als Zuluftverdichter bezeichnet) sein. Das Kompressionsmittel 26 ist mit einer Betriebsmittelöffnung 28 der Brennstoffzelle 16 und mit dem Innenraum 14 strömungstechnisch verbunden. Dies kann wie gezeigt realisiert sein, indem das Brennstoffzellensystem 10 eine Abzweigung 31 aufweist. Die Abzweigung 31 weist einen Betriebsmittelausgang 32 auf, welcher mit der Betriebsmittelöffnung 28 strömungstechnisch verbunden ist. Stromab des Betriebsmittelausgangs 32 kann sich eine Betriebsmittelleitung 34 erstrecken, welche in der Betriebsmittelöffnung 28 mündet. Ferner weist die Abzweigung 31 einen Innenraumausgang 33 auf, welcher mit dem Innenraum 14 strömungstechnisch verbunden ist. Stromab des Innenraumausgangs 33 kann sich eine Innenraumleitung 36 erstrecken, welche in den Innenraum 14 mündet. Zudem kann die Abzweigung 31 über eine Hauptleitung 30 mit dem Kompressionsmittel 26 strömungstechnisch verbunden sein.In addition, the fuel cell system includes 10 a compression agent 26 , which is designed for compression of an air mass flow. The air mass flow can come from the environment, and the compression means 26 z. B. a compressor (often referred to as Zuluftverdichter) be. The compression agent 26 is with a resource opening 28 the fuel cell 16 and with the interior 14 fluidically connected. This can be realized as shown by the fuel cell system 10 a turnoff 31 having. The turnoff 31 has a resource output 32 on, which with the resource opening 28 fluidically connected. Downstream of the resource output 32 can become a resource line 34 which extend in the resource opening 28 empties. Further, the branch points 31 an interior exit 33 on which with the interior 14 fluidically connected. Downstream of the interior exit 33 can be an interior line 36 which extend into the interior 14 empties. In addition, the diversion 31 over a main line 30 with the compression agent 26 be fluidly connected.

In der Innenraumleitung 36 kann das Brennstoffzellensystem 10 ein Innenraum-Drosselelement 38 aufweisen. Zudem kann das Brennstoffzellensystem 10 in der Innenraumleitung 36 ein Heizelement 40, z. B. ein elektrisches Heizelement, umfassen.In the interior line 36 can the fuel cell system 10 an interior throttle element 38 exhibit. In addition, the fuel cell system 10 in the interior line 36 a heating element 40 , z. As an electrical heating element include.

Das Heizelement 40 und das Kompressionsmittel 26 können über eine elektrische Versorgungsleitung 42 mit der Brennstoffzelle 16 verbunden sein. Selbstverständlich können das Heizelement 40 und das Kompressionsmittel 26 auch über separate elektrische Versorgungsleitungen 42 mit der Brennstoffzelle 16 verbunden sein. Zudem kann das Brennstoffzellensystem (nicht dargestellte) Leistungssteller umfassen.The heating element 40 and the compression agent 26 can have an electrical supply line 42 with the fuel cell 16 be connected. Of course, the heating element 40 and the compression agent 26 also via separate electrical supply lines 42 with the fuel cell 16 be connected. In addition, the fuel cell system may include power controllers (not shown).

Das Brennstoffzellensystem 10 kann zudem eine Austrittsöffnung 21 aufweisen, welche aus dem Innenraum 14 z. B. in die Umgebung führt. Die Austrittsöffnung 21 kann mit einem Austritts-Drosselelement 22 strömungstechnisch verbunden sein.The fuel cell system 10 can also have an outlet opening 21 have, which from the interior 14 z. B. leads into the environment. The outlet opening 21 can with an outlet throttle element 22 be fluidly connected.

Um einen Rückfluss durch den Gehäuselüfter 20 zu vermeiden, kann zwischen dem Gehäuselüfters 20 und dem Gehäuse 12 ein Gehäuselüfter-Drosselelement 23 vorgesehen sein.For a return flow through the case fan 20 To avoid, between the case fans 20 and the housing 12 a case fan throttle element 23 be provided.

In der Betriebsmittelleitung 34 kann das Brennstoffzellensystem 10 ein Betriebsmittel-Drosselelement 44 aufweisen 31. In der Betriebsmittelleitung 34, können zudem noch ein Ladeluftwärmetauscher 46 (oft auch Ladeluftkühler genannt) und ein Feuchteübertrager 48 angeordnet sein.In the resource line 34 can the fuel cell system 10 a resource throttle element 44 exhibit 31 , In the resource line 34 , can also have a charge air heat exchanger 46 (often called intercooler) and a moisture transmitter 48 be arranged.

Durch den Ladeluftwärmetauscher 46 strömt im Betrieb einerseits ein der Brennstoffzelle 16 zugeführter Teil 72 des Luftmassenstroms 70, andererseits ein Kühlmedium, z. B. eine Kühlflüssigkeit, welche baulich von dem der Brennstoffzelle 16 zugeführten Teil 72 des Luftmassenstroms 70 getrennt ist. Das Kühlmedium zirkuliert in einem Kühlsystem 50, welches mit dem Ladeluftwärmetauscher 46 strömungstechnisch verbunden ist. Das Kühlsystem 50 kann je nach Betriebszustand der Brennstoffzelle 16 die Brennstoffzelle 16 kühlen oder erwärmen. Ferner kann das Kühlsystem 50 eine Kühlmittelpumpe 52 und einen Kühlmittelwärmetauscher 54 zum Wärmeaustausch des Kühlmediums mit der Umgebung umfassen. Zudem kann das Kühlsystem 50 einen Kühlmittelbypass 55 zur Umgehung des Kühlmittelwärmetauschers 54 aufweisen. Ferner kann die Brennstoffzelle 16 in ihrem Inneren nicht dargestellte Kühlkanäle aufweisen, durch welche im Betrieb der Brennstoffzelle 16 das Kühlmedium strömt. Through the charge air heat exchanger 46 during operation, on the one hand, the fuel cell flows 16 supplied part 72 of the air mass flow 70 on the other hand, a cooling medium, for. B. a cooling liquid, which structurally of the fuel cell 16 supplied part 72 of the air mass flow 70 is disconnected. The cooling medium circulates in a cooling system 50 , which with the charge air heat exchanger 46 fluidically connected. The cooling system 50 can depending on the operating condition of the fuel cell 16 the fuel cell 16 cool or heat. Furthermore, the cooling system 50 a coolant pump 52 and a coolant heat exchanger 54 for heat exchange of the cooling medium with the environment. In addition, the cooling system 50 a coolant bypass 55 to bypass the coolant heat exchanger 54 exhibit. Furthermore, the fuel cell 16 have cooling channels, not shown in their interior, through which during operation of the fuel cell 16 the cooling medium flows.

Der Feuchteübertrager 48 wird im Betrieb einerseits von dem der Brennstoffzelle 16 zugeführten Teil 72 des Luftmassenstroms 70 und andererseits von einem, aus der Brennstoffzelle 16 ausströmenden, und eine Abgasleitung 56 durchströmenden Massenstrom 76 durchströmt. Die Abgasleitung 56 führt ausgehend von einer Abgasöffnung 49 der Brennstoffzelle 16 über den Feuchteübertrager 48 z. B. in die Umgebung.The moisture transmitter 48 is in operation on the one hand of the fuel cell 16 supplied part 72 of the air mass flow 70 and on the other hand, one, from the fuel cell 16 outflowing, and an exhaust pipe 56 flowing mass flow 76 flows through. The exhaust pipe 56 leads starting from an exhaust port 49 the fuel cell 16 over the moisture transmitter 48 z. B. in the environment.

Zudem kann in der Abgasleitung ein Abgas-Drosselelement 57 angeordnet sein. Die Drosselelemente 22, 23, 38, 44, 57 können beispielsweise als Drosseln, Ventile oder Drosselklappen ausgebildet sein. Die Drosselelemente 22, 23, 38, 44, 57 können verstellbar ausgebildet sein, sodass sie während des Betreibens des Brennstoffzellensystems 10 einen Massenstrom 70, 72, 74, 76 durch sie hindurch auch vollständig unterbinden können. Dies kann speziell für das Gehäuselüfter-Drosselelement 23 sinnvoll sein, um ein Ausströmen durch den Gehäuselüfter 20 zu verhindern.In addition, in the exhaust pipe, an exhaust throttle element 57 be arranged. The throttle elements 22 . 23 . 38 . 44 . 57 for example, as Throttles, valves or throttle valves may be formed. The throttle elements 22 . 23 . 38 . 44 . 57 can be made adjustable, so that they during operation of the fuel cell system 10 a mass flow 70 . 72 . 74 . 76 through them completely can prevent. This may be specific to the case fan choke element 23 be useful to escape through the case fan 20 to prevent.

Das Brennstoffzellensystem 10 kann zudem ein Brennstoffsystem 58 aufweisen. Das Brennstoffsystem 58 kann als ein Zirkulationssystem ausgebildet sein, welches eine Brennstoffzuleitung 60 und eine Brennstoffableitung 62 zur Zu- und Ableitung eines Brennstoffs (z. B. Wasserstoff) in und aus der Brennstoffzelle 16 umfasst. The fuel cell system 10 Can also be a fuel system 58 exhibit. The fuel system 58 may be formed as a circulation system, which is a fuel supply 60 and a fuel discharge 62 for supplying and discharging a fuel (eg hydrogen) into and out of the fuel cell 16 includes.

Verglichen mit der 1 kann das Systemmodul 18 die in der 2 gezeigten Komponenten z. B. mit Ausnahme der Brennstoffzelle 16, des Gehäuses 12, des Kühlmittelwärmetauschers 54 und nicht dargestellter Brennstofftanks umfassen.Compared with the 1 can the system module 18 the in the 2 shown components z. B. with the exception of the fuel cell 16 , of the housing 12 , the coolant heat exchanger 54 and unrepresented fuel tanks.

Dem oben stehend beschriebenen Brennstoffzellensystem 10 und dem Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung liegt folgende Funktionsweise zugrunde:
Beim Start des Brennstoffzellensystems 10 (z. B. zum Zeitpunkt des Starts) wird das Kompressionsmittel 26 in Betrieb genommen. Dies erfolgt insbesondere bei Temperaturen kleiner als 0 °C und kann bereits vor einem Start der Brennstoffzelle 16 erfolgen. Zumindest ein Teil 74 eines von dem Kompressionsmittel 26 geförderten und komprimierten Luftmassenstroms 70 wird über die Innenraumleitung 36 dem Innenraum 14 des Gehäuses 12 zugeführt.The above-described fuel cell system 10 and the method according to a preferred embodiment is based on the following functionality:
At the start of the fuel cell system 10 (eg, at the time of launch) becomes the compression means 26 put into operation. This takes place in particular at temperatures less than 0 ° C and can already before a start of the fuel cell 16 respectively. At least a part 74 one of the compression means 26 promoted and compressed air mass flow 70 is via the interior line 36 the interior 14 of the housing 12 fed.

Ein Verhältnis des Teils 74 des Luftmassenstroms 70, welcher dem Innenraum 14 zugeführt wird zu einem Teil 72 des Luftmassenstroms 70, welcher der Brennstoffzelle 16 zugeführt wird, kann unter anderem über das Innenraum-Drosselelement 38 und das Betriebsmittel-Drosselelement 44 eingestellt werden.A ratio of the part 74 of the air mass flow 70 which is the interior 14 is fed to a part 72 of the air mass flow 70 , which of the fuel cell 16 can be supplied, inter alia, via the interior throttle element 38 and the resource throttle element 44 be set.

Im Innenraum 14 kann durch das Austritts-Drosselelement 22 ein Überdruck erzeugt werden. Durch die Kompression des Luftmassenstroms 70 erwärmt sich der Luftmassenstrom 70 und beaufschlagt in Folge die Außenseite der Brennstoffzelle 16. Für die Kompression des dem Innenraum 14 zugeführten Teils 74 des Luftmassenstroms 70 muss das Kompressionsmittel 26 zusätzliche Arbeit leisten. Die zusätzliche geleistete Arbeit wäre für einen alleinigen Betrieb der Brennstoffzelle 16 nicht notwendig. Das Kompressionsmittel 26 wird also mit erhöhter Leistung betrieben, wodurch sich dieses relativ schnell erwärmt. Die Erwärmung des Kompressionsmittels 26 ist auch an einer Erwärmung des Luftmassenstroms 70 beteiligt. Bei einer stationären Durchströmung des Innenraums 14 entspricht der dem Innenraum 14 zugeführte Teil 74 des Luftmassenstroms 70 dem Massenstrom 78 aus dem Innenraum 14, welcher den Innenraum 14 durch das Austritts-Drosselelement 22 verlässt.In the interior 14 can through the outlet throttle element 22 an overpressure are generated. By the compression of the air mass flow 70 the air mass flow heats up 70 and applied in sequence, the outside of the fuel cell 16 , For the compression of the interior 14 supplied part 74 of the air mass flow 70 must have the compression agent 26 to do extra work. The extra work done would be for sole operation of the fuel cell 16 unnecessary. The compression agent 26 So it is operated with increased power, which heats up relatively quickly. The heating of the compression medium 26 is also due to a warming of the air mass flow 70 involved. In a stationary flow through the interior 14 corresponds to the interior 14 supplied part 74 of the air mass flow 70 the mass flow 78 from the interior 14 which the interior 14 through the outlet throttle element 22 leaves.

Der Druck des Teils 74 des Luftmassenstroms 70, welcher dem Innenraum 14 zugeführt wird ist vorteilhafterweise geringer als ein Druck eines Brennstoffs im Brennstoffsystem 58. Durch das entstehende Druckgefälle wird ein Eindringen von Luft in das Brennstoffsystem 58 verhindert.The pressure of the part 74 of the air mass flow 70 which is the interior 14 is supplied is advantageously less than a pressure of a fuel in the fuel system 58 , Due to the resulting pressure gradient is an ingress of air into the fuel system 58 prevented.

Zudem kann der dem Innenraum 14 zugeführte Teil 74 des Luftmassenstroms 70 zusätzlich durch das Heizelement 40 elektrisch beheizt werden. Dadurch ergibt sich eine höhere Flexibilität hinsichtlich einer Regelung des Brennstoffzellensystems 10. Besonders bei Umgebungstemperaturen kleiner als 0 °C kann diese zusätzliche Erwärmung von Vorteil sein.In addition, the interior can 14 supplied part 74 of the air mass flow 70 additionally by the heating element 40 be electrically heated. This results in a higher flexibility with regard to a regulation of the fuel cell system 10 , Especially at ambient temperatures less than 0 ° C, this additional heating may be beneficial.

Ein weiterer Teil 72 des vom Kompressionsmittel 26 geförderten Luftmassenstroms 70 kann zudem der Betriebsmittelöffnung 28 der Brennstoffzelle 16 für ein Betreiben der Brennstoffzelle 16 zugeführt werden. Ebenso kann ein Brennstoff, z. B. Wasserstoff durch das Brennstoffsystem 58 der Brennstoffzelle 16 zur Verfügung gestellt werden. Durch das Betreiben der Brennstoffzelle 16 entsteht Wärme, welche eine Erwärmung der Brennstoffzelle 16 von innen ermöglicht. Zudem kann durch das Abgas-Drosselelement 57 auch innerhalb der Brennstoffzelle 16 eine Druckerhöhung erfolgen, was zu einer Erwärmung des der Brennstoffzelle 16 zugeführten Teils 72 des Luftmassenstroms 70 führt.Another part 72 of the compression agent 26 promoted air mass flow 70 Can also be the resource opening 28 the fuel cell 16 for operating the fuel cell 16 be supplied. Likewise, a fuel, for. B. hydrogen through the fuel system 58 the fuel cell 16 to provide. By operating the fuel cell 16 there is heat, which is a heating of the fuel cell 16 made possible from the inside. In addition, through the exhaust throttle element 57 also within the fuel cell 16 an increase in pressure occur, causing a warming of the fuel cell 16 supplied part 72 of the air mass flow 70 leads.

Versorgt die Brennstoffzelle 16 das Kompressionsmittel 26 und das Heizelement 40 direkt mit Energie (elektrischem Strom), so wird die Brennstoffzelle 16 durch den zusätzlichen Energieverbrauch des Kompressionsmittels 26 und den Energieverbrauch des Heizelements 40 mit erhöhter Leistung betrieben. Die erhöhte Leistung hat auch eine erhöhte Wärmeleistung der Brennstoffzelle 16 zur Folge, welche die Brennstoffzelle 16 zusätzlich von innen heizt. Durch die erhöhte Leistung der Brennstoffzelle 16 wird zudem eine Wasserproduktion in der Brennstoffzelle 16 begünstigt. Dies wirkt sich positiv auf eine Befeuchtung der Einzelzellen 25 der Brennstoffzelle 16 aus. Die Wasserproduktion ist aufgrund der chemischen Umsetzung des Brennstoffs mit Sauerstoff aus dem der Brennstoffzelle 16 zugeführten Teil 72 des Luftmassenstroms 70 zu Wasser gegeben. Damit nicht zu viel Feuchtigkeit aus der Brennstoffzelle 16 ausgetragen wird, wird aus der Brennstoffzelle 16 ausgetragenes Wasser zumindest teilweise durch den Feuchteübertrager 48 zur Brennstoffzelle 16 rückgeführt.Supplies the fuel cell 16 the compression agent 26 and the heating element 40 directly with energy (electric current), so does the fuel cell 16 by the additional energy consumption of the compression means 26 and the energy consumption of the heating element 40 operated with increased power. The increased power also has an increased heat output of the fuel cell 16 result, which the fuel cell 16 additionally heats from the inside. Due to the increased power of the fuel cell 16 is also a water production in the fuel cell 16 favored. This has a positive effect on moistening the individual cells 25 the fuel cell 16 out. The water production is due to the chemical conversion of the fuel with oxygen from the fuel cell 16 supplied part 72 of the air mass flow 70 added to water. So not too much moisture from the fuel cell 16 is discharged from the fuel cell 16 discharged water at least partially through the moisture transfer 48 to the fuel cell 16 recycled.

Von besonderem Vorteil kann es sein, das Kompressionsmittel 26 (unabhängig von einer Last der Brennstoffzelle 16) mit im Wesentlichen maximaler Leistung zu betreiben. Dies bringt bei einem Kaltstart mehrer Vorteile mit sich. So wird das Kompressionsmittel 26 schnellstmöglich erwärmt, die Brennstoffzelle 16 wird stärker belastet und erwärmt sich ebenfalls schneller. Zudem wird der dem Innenraum 14 zugeführte Teil 74 des Massenstroms 70 maximiert, was eine maximal mögliche Strömungsgeschwindigkeit des Teils 74 durch den Innenraum 14 ermöglicht. Dadurch wird ein konvektiver Wärmeübergang zur Brennstoffzelle 16 erhöht. Of particular advantage may be the compression agent 26 (regardless of a load of the fuel cell 16 ) operate at substantially maximum power. This brings several benefits with a cold start. This is how the compression agent works 26 heated as quickly as possible, the fuel cell 16 is more heavily loaded and also heats up faster. In addition, the interior is the 14 supplied part 74 of the mass flow 70 maximizes what a maximum possible flow rate of the part 74 through the interior 14 allows. This creates a convective heat transfer to the fuel cell 16 elevated.

Zur schnellen Erwärmung des Kühlsystems 50 kann das Kühlmittel den Kühlmittelwärmetauscher 54 über den Kühlmittelbypass 55 umgehen. Zudem findet im Ladeluftwärmetauscher 46 ein Wärmeaustausch zwischen dem der Brennstoffzelle 16 zugeführten Teil 72 des Luftmassenstroms 70 und dem Kühlmittel statt, wodurch in der Startphase auch das Kühlmittel erwärmt werden kann.For rapid heating of the cooling system 50 the coolant may be the coolant heat exchanger 54 over the coolant bypass 55 bypass. Also found in the charge air heat exchanger 46 a heat exchange between that of the fuel cell 16 supplied part 72 of the air mass flow 70 and the coolant instead, whereby in the startup phase, the coolant can be heated.

Um ein Austreten des dem Innenraum 14 zugeführten Teils 74 des Luftmassenstroms 70 durch den Gehäuselüfter 20 hindurch zu vermeiden, kann das Gehäuselüfter-Drosselelement 23 geschlossen werden. To escape the interior 14 supplied part 74 of the air mass flow 70 through the case fan 20 can be avoided by the housing fan throttle element 23 getting closed.

Folgend wird ein Berechnungsbeispiel bezüglich der äußeren Erwärmung der Brennstoffzelle 16 durch die Druckerhöhung angegeben.The following is a calculation example regarding the external heating of the fuel cell 16 indicated by the pressure increase.

Ein Start des Brennstoffzellensystems 10 erfolgt beispielsweise bei ca. –10 °C. Somit weisen das Brennstoffzellensystem 10 und die Luft aus der Umgebung diese Starttemperatur auf. Es folgt ein Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 bei einem elektrischen Leistungspunkt von 50 % (z. B. 50 kW) der Volllast (z. B. 100 kW) der Brennstoffzelle 16. Ein benötigter der Brennstoffzelle 16 zugeführter Teil 72 des Luftmassenstroms 70 kann mit ca. 50 g/s angegeben werden. Das Kompressionsmittel 26 (z. B. ein Turboverdichter) wird derart betrieben, dass es einen (gesamten) Luftmassenstrom 70 von 100 g/s liefert. Ein dem Innenraum 14 zugeführter Teil 74 des Luftmassenstroms 70 ist ein Differenzmassenstrom aus dem Luftmassenstrom 70 und dem Teil 72 des Luftmassenstroms 70 (100 – 50 = 50 g/s). Dabei kann im Innenraum 14 z. B. ein Druck von ca. 1,55 bar absolut erzeugt werden. Dies kann durch Drosselung mittels des Austritts-Drosselelements 22 erfolgen. Der Druck sollte unterhalb eines Drucks des Brennstoffs (z. B. Wasserstoff) liegen, wodurch ein Eindringen von Luft und somit von Sauerstoff in das Brennstoffsystem 58 verhindert wird. Ein Eindringen von Luft könnte ansonsten bei möglichen Undichtigkeiten erfolgen. Durch die Druckerhöhung erwärmt sich die geförderte Luft ausreichend zeitnah. Eine sich ergebende Temperaturerhöhung des dem Innenraum 14 zugeführten Teils 74 des Luftmassenstroms 70 beläuft sich auf mindesten 40 K, wobei Wärmeverluste über das Gehäuse 12, Leitungen 34, 30 (welche z. B. als Schläuche ausgeführt sein können) und sonstige durchströmte Komponenten abgeschätzt und abgezogen wurden. Somit wird die Brennstoffzelle 16 von außen nahezu sofort mit ca. 30 °C warmer Luft beaufschlagt.A start of the fuel cell system 10 takes place, for example, at about -10 ° C. Thus, the fuel cell system 10 and the ambient air has this starting temperature. This is followed by operation of the fuel cell system 10 at an electric power point of 50 % (eg 50 kW) of the full load (eg 100 kW) of the fuel cell 16 , A required of the fuel cell 16 supplied part 72 of the air mass flow 70 can be specified with approx. 50 g / s. The compression agent 26 (eg a turbocompressor) is operated such that it has a (total) air mass flow 70 of 100 g / s. A the interior 14 supplied part 74 of the air mass flow 70 is a differential mass flow from the air mass flow 70 and the part 72 of the air mass flow 70 (100 - 50 = 50 g / s). It can in the interior 14 z. B. a pressure of about 1.55 bar are generated absolutely. This can be done by throttling by means of the outlet throttle element 22 respectively. The pressure should be below a pressure of the fuel (eg, hydrogen), causing air and thus oxygen to enter the fuel system 58 is prevented. Air ingress could otherwise be due to possible leaks. Due to the pressure increase, the conveyed air heats up sufficiently quickly. A resulting increase in temperature of the interior 14 supplied part 74 of the air mass flow 70 amounts to at least 40 K, where heat losses through the housing 12 , Cables 34 . 30 (which may be designed as hoses, for example) and other components flowed through were estimated and subtracted. Thus, the fuel cell becomes 16 from the outside almost immediately with about 30 ° C warm air applied.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass bei einem Start des Brennstoffzellensystems 10 die Brennstoffzelle 16 zunächst kalt ist. Das in der Brennstoffzelle 16 produzierte Wasser kann gemäß dem Stand der Technik kondensieren und bei Temperaturen kleiner als 0 °C einfrieren. Durch das Brennstoffzellensystem 10 und das Verfahren wird eine schnelle Erwärmung des Brennstoffzellensystems 10 und insbesondere der Brennstoffzelle 16 ermöglicht, damit diese schnell eine vorgesehene Betriebstemperatur erreichen. In summary, it can be stated that at a start of the fuel cell system 10 the fuel cell 16 initially cold. That in the fuel cell 16 produced water can condense according to the prior art and freeze at temperatures below 0 ° C. Through the fuel cell system 10 and the process will be a rapid warming of the fuel cell system 10 and in particular the fuel cell 16 allows them to quickly reach an intended operating temperature.

Das Kompressionsmittel 26 und der geförderte Luftmassenstrom 70 erwärmen sich primär durch die Druckerhöhung des Luftmassenstroms 70, welche zu einer nahezu sofortigen Erwärmung des Luftmassenstroms 70 führt. Das Kompressionsmittel 26 kann mit hoher Leistung (auch Drehzahl) betrieben werden, wodurch sich dieses relativ schnell erwärmt. Zudem führt die relativ hohe Leistungsaufnahme des Kompressionsmittels 26 (Verdichters) zu einer schnellen Eigenerwärmung der Brennstoffzelle 16, wenn die Leistung direkt von der Brennstoffzelle 16 geliefert wird. Auch ein hoher geförderter Luftmassenstrom 70 kann eine zusätzlich Erwärmung des Kompressionsmittels 26 und eine Erwärmung durch Verwirbelungen bewirken, welche jedoch eher als sekundär anzusehen sind.The compression agent 26 and the conveyed air mass flow 70 heat up primarily by the pressure increase of the air mass flow 70 , which leads to an almost immediate warming of the air mass flow 70 leads. The compression agent 26 can be operated with high power (also speed), whereby it heats up relatively quickly. In addition, the relatively high power consumption of the compression means 26 (Compressor) to a rapid self-heating of the fuel cell 16 if the power is directly from the fuel cell 16 is delivered. Also a high supported air mass flow 70 may be an additional heating of the compression agent 26 and cause heating by turbulence, but which are rather secondary.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Brennstoffzellensystem The fuel cell system
1212
Gehäuse casing
1414
Innenraum inner space
1616
Brennstoffzelle fuel cell
1818
Systemmodul system module
2020
Gehäuselüfter case Fans
2121
Austrittsöffnung outlet opening
2222
Austritts-Drosselelement Outlet throttle element
2323
Gehäuselüfter-Drosselelement Case fan restrictor
2424
Bipolarplatte bipolar
2525
Einzelzelle single cell
2626
Kompressionsmittel compression means
2828
Betriebsmittelöffnung Utilities opening
3030
Hauptleitung main
3131
Abzweigung diversion
3232
Betriebsmittelausgang Utilities output
3333
Innenraumausgang Interior output
3434
Betriebsmittelleitung Resource management
3636
Innenraumleitung Interior line
3838
Innenraum-Drosselelement Interior restrictor
40 40
Heizelement heating element
4242
elektrische Versorgungsleitung electrical supply line
4444
Betriebsmittel-Drosselelement Resources throttle element
4646
Ladeluftwärmetauscher Charge-air heat exchanger
4848
Feuchteübertrager Moisture exchanger
4949
Abgasöffnung exhaust port
5050
Kühlsystem cooling system
5252
Kühlmittelpumpe Coolant pump
5454
Kühlmittelwärmetauscher Coolant heat exchanger
5555
Kühlmittelbypass Coolant bypass
5656
Abgasleitung exhaust pipe
5757
Abgas-Drosselelement Exhaust throttle element
5858
Brennstoffsystem fuel system
6060
Brennstoffzuleitung fuel supply line
6262
Brennstoffableitung fuel derivative
7070
Luftmassenstrom Air mass flow
7272
der Brennstoffzelle zugeführter Teil des Luftmassenstroms the fuel cell supplied part of the air mass flow
7474
dem Innenraum zugeführter Teil des Luftmassenstroms the interior of supplied part of the air mass flow
7676
Massenstrom aus der Brennstoffzelle Mass flow from the fuel cell
7878
Massenstrom aus dem Innenraum Mass flow from the interior

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 10250355 A1 [0012] DE 10250355 A1 [0012]

Claims (10)

Brennstoffzellensystem (10) zum Erwärmen einer Brennstoffzelle (16), wobei das Brennstoffzellensystem (10) ein Gehäuse (12), eine in einem Innenraum (14) des Gehäuses (12) angeordnete Brennstoffzelle (16) und ein Kompressionsmittel (26), welches zur Kompression eines Luftmassenstroms (70) ausgebildet ist, umfasst, wobei das Kompressionsmittel (26) ausgangsseitig mit einer Betriebsmittelöffnung (28) der Brennstoffzelle (16) strömungstechnisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompressionsmittel (26) ausgangsseitig zudem mit dem Innenraum (14) des Gehäuses (12) strömungstechnisch verbunden ist.Fuel cell system ( 10 ) for heating a fuel cell ( 16 ), wherein the fuel cell system ( 10 ) a housing ( 12 ), one in an interior ( 14 ) of the housing ( 12 ) arranged fuel cell ( 16 ) and a compression means ( 26 ), which is used to compress an air mass flow ( 70 ), wherein the compression means ( 26 ) on the output side with a resource opening ( 28 ) of the fuel cell ( 16 ) is fluidically connected, characterized in that the compression means ( 26 ) on the output side also with the interior ( 14 ) of the housing ( 12 ) is fluidically connected. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Brennstoffzellensystem (10) stromab des Kompressionsmittels (26) eine Abzweigung (31) aufweist, von welcher ausgehend stromab – ein Betriebsmittelausgang (32) der Abzweigung (31) in die Betriebsmittelöffnung (28) führt und – ein Innenraumausgang (33) der Abzweigung (31) in den Innenraum (14) führt.Fuel cell system ( 10 ) according to claim 1, wherein the fuel cell system ( 10 ) downstream of the compression means ( 26 ) a branch ( 31 ), from which starting downstream - a resource outlet ( 32 ) of the branch ( 31 ) into the resource opening ( 28 ) and - an interior exit ( 33 ) of the branch ( 31 ) in the interior ( 14 ) leads. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 2, wobei das Brennstoffzellensystem (10) zwischen dem Innenraumausgang (33) und dem Innenraum (14) ein insbesondere verstellbares Innenraum-Drosselelement (38) aufweist.Fuel cell system ( 10 ) according to claim 2, wherein the fuel cell system ( 10 ) between the interior exit ( 33 ) and the interior ( 14 ) a particular adjustable interior throttle element ( 38 ) having. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei das Brennstoffzellensystem (10) zwischen dem Betriebsmittelausgang (32) und der Betriebsmittelöffnung (28) ein insbesondere verstellbares Betriebsmittel-Drosselelement (44) aufweist.Fuel cell system ( 10 ) according to one of claims 2 to 3, wherein the fuel cell system ( 10 ) between the resource output ( 32 ) and the resource opening ( 28 ) a particularly adjustable operating throttle element ( 44 ) having. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Brennstoffzellensystem (10) stromab des Kompressionsmittels (26), insbesondere zwischen dem Innenraumausgang (33) und dem Innenraum (14) ein Heizelement (40) aufweist.Fuel cell system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the fuel cell system ( 10 ) downstream of the compression means ( 26 ), in particular between the interior exit ( 33 ) and the interior ( 14 ) a heating element ( 40 ) having. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Brennstoffzellensystem (10) eine aus dem Innenraum (14) führende Austrittsöffnung (21) umfasst, welche mit einem insbesondere verstellbaren Austritts-Drosselelement (22) strömungstechnisch verbunden ist.Fuel cell system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the fuel cell system ( 10 ) one from the interior ( 14 ) leading exit opening ( 21 ), which with a particular adjustable outlet throttle element ( 22 ) is fluidically connected. Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte: – Komprimieren eines Luftmassenstroms (70) mittels des Kompressionsmittels (26); und – Zuführen wenigstens eines Teils (74) des Luftmassenstroms (70) in den Innenraum (14) des Gehäuses (12);Method for operating the fuel cell system ( 10 ) according to one of the preceding claims, comprising the following steps: - Compressing a mass air flow ( 70 ) by means of the compression means ( 26 ); and - supplying at least one part ( 74 ) of the air mass flow ( 70 ) in the interior ( 14 ) of the housing ( 12 ); Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Kompressionsmittel (26) insbesondere unabhängig von einer Last der Brennstoffzelle (16) mit im Wesentlichen maximaler Leistung betrieben wird.Method according to claim 7, wherein the compression means ( 26 ), in particular independent of a load of the fuel cell ( 16 ) is operated at substantially maximum power. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei ein Druck des dem Innenraum (14) zugeführten Teils (74) des Luftmassenstroms (70) geringer als ein Druck eines der Brennstoffzelle (16) zugeführten Brennstoffs ist.Method according to one of claims 7 to 8, wherein a pressure of the interior ( 14 ) supplied part ( 74 ) of the air mass flow ( 70 ) lower than a pressure of a fuel cell ( 16 ) is supplied fuel. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine Energieversorgung des Kompressionsmittels (26) und/oder des Heizelements (40) durch die Brennstoffzelle (16) erfolgt.Method according to one of claims 7 to 9, wherein a power supply of the compression means ( 26 ) and / or the heating element ( 40 ) through the fuel cell ( 16 ) he follows.
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