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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Brennstoffzellensystems. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Brennstoffzellensystems.
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Brennstoffzellensysteme sind aus dem allgemeinen Stand der Technik wohlbekannt. Brennstoffzellensysteme, beispielsweise basierend auf einem sogenannten Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl von Einzelzellen in PEM-Technologie, können verwendet werden, um elektrische Leistung zum Antreiben von Fahrzeugen zu erzeugen. Insbesondere für derartige Brennstoffzellen ist es typisch, die Anodenseite mit Wasserstoff, beispielsweise aus einem Hochdrucktank, zu versorgen und die Kathodenseite mit Luft als Oxidationsmittel zu versorgen. Die Luftversorgung wird typischerweise über einen Kompressor, beispielsweise einen Strömungsverdichter oder ähnliches, bewerkstelligt.
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Eines der Probleme mit der Luftversorgung für ein solches Brennstoffzellensystem liegt im erreichbaren Druckverhältnis in Bezug auf den Luftmassenstrom. Dabei ist es typischerweise nicht möglich, den Kompressor bei hohem Druck und einem niedrigen Luftmassenstrom zu betreiben, beispielsweise in einem Niedrigleistungs- oder Leerlaufbetrieb. Typischerweise führt eine solche Operation des Kompressors zu einer Überschreitung der Pumpgrenze. Dies bedeutet, dass eine Luftversorgung eines Brennstoffzellensystems im Leerlauf- oder Niedrigleistungsbetrieb mit einem Kompressor nur so erfolgen kann, dass gleichzeitig zur Reduzierung des Luftmassenstroms auch der Druck reduziert wird.
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Um zu verhindern, dass der Druck für einen Niedrigleistungs- und Leerlaufbetrieb des Brennstoffzellensystems gesenkt werden muss, wird gelegentlich ein sogenannter Systembypass mit einem Systembypassventil eingebaut. Dies bedeutet, dass der druckseitige Luftausgang des Kompressors über die Bypassleitung mit dem Bypassventil direkt mit dem Abgasausgang des Brennstoffzellensystems verbunden ist. Der Kompressor kann dann bei dem benötigten Druck betrieben werden, was jedoch in einem höheren Luftmassenstrom als benötigt resultiert. Die zusätzliche unbenötigte Luft wird über das Systembypassventil abgeblasen. Letztlich führt dies zu dem Nachteil eines höheren Leistungsbedarfs für den Kompressor.
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Aus der
US 6,472,091 B1 ist ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zur Versorgung von elektrischen Einrichtungen mit elektrischer Energie in einem Fahrzeug bekannt. Teil dieses Brennstoffzellensystems ist ein Kompressor, welcher die Kathodenseite der Brennstoffzelle mit Luft versorgt. Zusätzlich zu dem Kompressor ist ein Speichertank als Teil des Brennstoffzellensystems vorgesehen. Über ein Ventil kann Luft aus dem Kompressor entweder zur Kathode oder in den Speichertank geleitet werden. Wenn der Speichertank ein ausreichendes Druckniveau erreicht hat, kann die Kathodenseite des Brennstoffzellensystems mit Luft aus dem Speichertank versorgt werden, ohne dass hierfür der Kompressor verwendet wird. Dies erlaubt es dem Brennstoffzellensystem, elektrische Energie für die elektrischen Einrichtungen des Fahrzeugs bereitzustellen, ohne dass der Kompressor läuft und typischerweise ohne dass zu diesem Zeitpunkt das Fahrzeug bewegt wird.
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Einer der Nachteile des Brennstoffzellensystems gemäß dem oben genannten US-Patent ist es, dass hier nur ein Wechsel der Luftversorgung von der Luftversorgung durch den Kompressor zur Luftversorgung durch den Speichertank möglich ist. Dies bedeutet, dass die Luft entweder durch den Kompressor oder aus dem Speichertank bereitgestellt wird. Ferner ist die Verwendung des Brennstoffzellensystems dessen Nutzung als Hilfsenergieeinrichtung in einem Fahrzeug. Die Luftversorgung aus dem Speichertank wird also nur dann benötigt, um die elektrischen Antriebe in dem Fahrzeug zu versorgen, wenn das Fahrzeug selbst nicht fährt. Hierfür reicht die Luft in dem Speichertank typischerweise aus.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Brennstoffzellensystem anzugeben, welches insbesondere in der Lage ist, die oben genannten Nachteile zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Brennstoffzellensystems ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Außerdem wird mit den Merkmalen im Anspruch 6 ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Brennstoffzellensystems beschrieben, welches die Aufgabe ebenfalls löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den von Anspruch 6 abhängigen Ansprüchen. Ferner ist eine bevorzugte Verwendung des Brennstoffzellensystems aus den Merkmalen im Anspruch 10 ersichtlich.
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Das Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung hat einen Speichertank und einen Kompressor, beides um den Kathodenraum der Brennstoffzelle mit Luft als Oxidationsmittel zu versorgen. Anders als bei dem Brennstoffzellensystem in dem oben genannten Stand der Technik ist der Speichertank parallel zur Lufteinlassleitung des Kathodenbereichs der Brennstoffzelle angeordnet. Der Speichertank selbst hat einen Tankeinlass und einen Tankauslass. Beide sind mit der Lufteinlassleitung so verbunden, dass ein Teil der Lufteinlassleitung zwischen den beiden Verbindungspunkten als eine Art Bypass zu dem Speichertank ausgebildet ist. Ferner ist bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung der Tankauslass des Speichertanks über ein Druckregelventil mit der Lufteinlassleitung verbunden. Ein solches Druckregelventil oder eine Druckregeleinrichtung stellt einen gewissen vorgegebenen Druck in dem Speichertank sicher, sodass die von dem Speichertank zu dem Kathodenbereich der Brennstoffzelle strömende Luft ein Druckniveau in der Größenordnung des vorgegebenen Druckniveaus des Druckregelventils aufweist.
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Die Verwendung des Brennstoffzellensystems führt nun zu einem direkten Luftstrom zu der Brennstoffzelle über die Lufteinlassleitung für einen Standardbetrieb, beispielsweise einen Betrieb mit mittleren oder hohen Leistungsanforderungen. Für niedrige Leistungsanforderungen für Leerlaufkonditionen im Betrieb der Brennstoffzelle und des Brennstoffzellensystems würde eine Reduzierung des Luftmassenstroms entweder zu einem sehr geringen Druck in der Lufteinlassleitung oder zum Überschreiten der Pumpgrenze des Kompressors führen. Um dies zu verhindern, kann Luft in dem Speichertank zwischengespeichert werden, insbesondere wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ein Ventil in dem Teil der Lufteinlassleitung angeordnet ist, welche den Speichertank umgeht. Wenn dieses Ventil geschlossen ist, wird die Luft in den Speichertank strömen und wird dort zumindest bis zu dem Druckniveau gespeichert, welches durch das Druckregelventil vorgegeben ist. Dann wird Luft von dem Speichertank zum Kathodenbereich strömen, mit dem benötigten Luftmassenstrom und mit dem Druck, welcher durch das Druckregelventil vorgegeben ist. Dies erlaubt es, einen höheren Druck in der Kathodenkammer für den gesamten Betriebsbereich aufrecht zu erhalten. Ein höherer Druck bedeutet dabei auch eine höhere Brennstoffzellensystem-Leistung und führt typischerweise auch zu einem effektiveren Gebrauch der Brennstoffzelle, vor allem bei niedrigen und mittleren Leistungsanforderungen.
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Zusätzliche Luft muss nicht abgeblasen werden, so wie es bei den Brennstoffzellensystemen gemäß dem Stand der Technik der Fall ist. Die zusätzliche Luft kann vielmehr in dem Speichertank gespeichert werden. Nach einer gewissen Zeit des Betriebs mit niedriger Leistung oder unter Leerlaufbedingungen wird der Speichertank voll mit Luft bei einem vergleichsweise hohen Druck sein. Der Kompressor kann dann ausgeschaltet werden. Das Brennstoffzellensystem kann nun mit der Luft aus dem Speichertank betrieben werden, bis der Druck unter den vorgegebenen Druck des Druckregelventils abfällt. Dann muss der Luftkompressor erneut gestartet werden, um den Druck so hoch wie notwendig zu halten und typischerweise um erneut Luft in den Speichertank einzuspeichern.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann ein weiteres Ventil vorgesehen sein, welches zwischen der Lufteinlassleitung und dem Tankeinlass angeordnet ist. Dieses weitere zusätzliche Ventil kann verwendet werden, um den Luftstrom in den Speichertank zu unterbrechen, beispielsweise in Situationen, in denen das Brennstoffzellensystem auf einem hohen Leistungsniveau betrieben wird und die gesamte Luft des Kompressors benötigt wird, um die Luftanforderungen der Brennstoffzelle zu erfüllen.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kompressor über eine Kupplung mit einem elektrischen Motor verbunden. Die Kupplung als schaltbare Kupplung zwischen dem Kompressor und seinem elektrischen Motor zum Antreiben des Kompressors erlaubt es so, den Kompressor durch ein Öffnen der Kupplung anzuhalten, beispielweise wenn der Druck in dem Speichertank sein oberes Niveau erreicht hat. Dies ist insbesondere dann sehr nützlich und vorteilhaft, wenn der elektrische Motor zum Antreiben des Kompressors außerdem mit einer Abgasturbine in der Abgasleitung des Brennstoffzellensystems verbunden ist. Solch eine Kombination aus Luftverdichter, elektrischer Maschine und Abgasturbine wird auch als elektrischer Turbolader oder motorunterstützter Turbolader bezeichnet. Die Idee dabei ist es, Energie aus dem Abgas über die Turbine zurückzugewinnen, solange der Kompressor nicht benötigt wird, weil ein hohes Druckniveau in dem Speichertank vorliegt und die Brennstoffzelle weiterhin in einem niedrigen Leistungsmodus oder einem Leerlaufmodus betrieben wird. Dennoch ist weiterhin Energie im Abgas der Brennstoffzelle. Das Öffnen der Kupplung in einer solchen Situation erlaubt es nun der Turbine die elektrische Maschine als Generator anzutreiben, um zusätzlich elektrische Energie zu erzeugen, welche beispielsweise in einer Batterie gespeichert werden kann, oder welche zusammen mit der elektrischen Energie aus dem Brennstoffzellensystem in der angedachten Art für das elektrische System, welches mit dem Brennstoffzellensystem verbunden ist, genutzt werden kann.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass kein Systembypassventil vorhanden ist, welches die Lufteinlassleitung mit der Kathodenauslassleitung verbindet. Der typische Nutzen eines solchen Systembypassventils ist es, ein höheres Druckniveau bei niedrigem Luftmassenstrom für Niedrigleistungs- und Leerlaufbedingungen der Brennstoffzelle zu gewährleisten. Dadurch, dass dieses Problem durch die erfindungsgemäße Nutzung des Speichertanks mit dem Druckregelventil gelöst wird, besteht kein weiterer Bedarf für ein Systembypassventil. Das Systembypassventil kann also eingespart werden.
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Gemäß des Verfahrens zum Betreiben eines solchen Brennstoffzellensystems wird der Massenstrom und der Druck druckseitig des Kompressors hoch gehalten, während bei niedrigen Anforderungen an den Luftmassenstrom zum Kathodenbereich die zusätzliche Luft in dem Speichertank gespeichert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt hierfür ein Brennstoffzellensystem gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der Kompressor abgekuppelt, wenn der Speichertank einen vorgegebenen Luftdruck erreicht hat. Dieser zusätzliche Aspekt des Verfahrens wurde zuvor bereits beschrieben mit Bezug auf den vorgegebenen Luftdruck als oberes Druckniveau.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Kathodenbereich mit Luft aus dem Kompressor versorgt, wenn ein hoher Luftmassenstrom angefordert ist, wobei der Luftstrom den Speichertank komplett umgeht. Dies erlaubt es, das Maximum des Luftmassenstroms vom Kompressor zum Kathodenbereich der Brennstoffzelle zu leiten, wenn dies benötigt wird.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann verdichtete Luft in dem Speichertank gespeichert werden, beispielsweise während des Betriebs oder insbesondere während einer Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems. Die Ventile am Tankeinlass und am Tankauslass können dann geschlossen werden, um die Luft in dem Speichertank zu halten. Bei einem Wiederstart des Brennstoffzellensystems kann Luft aus dem Speichertank genutzt werden, um die Brennstoffzelle zu betreiben. Dies erlaubt eine geringere Leistungsaufnahme während des Starts des Brennstoffzellensystems. Anders als bei Brennstoffzellensystemen gemäß dem Stand der Technik besteht keine Notwendigkeit, den Kompressor mit Leistung aus einer elektrischen Speicherbatterie zu betreiben. Dies ermöglicht einen sehr effizienten Start des Brennstoffzellensystems, insbesondere auch bei sehr niedrigen Temperaturverhältnissen.
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Eine bevorzugte Verwendung des Brennstoffzellensystems und/oder seines Betriebsverfahrens ist die Verwendung in einem Fahrzeug, welches zumindest teilweise elektrisch gefahren wird, und in welchem das Brennstoffzellensystem zumindest einen Teil der elektrischen Leistung zum Fahren des Fahrzeugs erzeugt. Vor allem bei Brennstoffzellensystemen, welche zum Fahren von Fahrzeugen verwendet werden, kommt es zu einem sehr dynamischen Betrieb. Dies bedeutet, dass über lange Zeitspannen das Brennstoffzellensystem unter mittleren oder niedrigen Leistungsanforderungen und im Leerlaufmodus betrieben wird. Ein Brennstoffzellensystem, welches eine besonders bevorzugte Betriebsstrategie für solche Niedrigleistungs- und Leerlaufbedingungen ermöglicht, ist deshalb sehr nützlich für Fahrzeuge. Die bevorzugte Verwendung des Brennstoffzellensystems und des Verfahrens gemäß der Erfindung ist deshalb die Verwendung des Brennstoffzellensystems und/oder des Verfahrens in einem Fahrzeug.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Brennstoffzellensystems und des Betriebsverfahrens sind außerdem in einer beispielhaften Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die Figuren, beschrieben.
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1 zeigt ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Stand der Technik;
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2 zeigt eine Prinzipskizze eines Kompressorkennfeldes; und
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3 zeigt ein Brennstoffzellensystem in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung.
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In 1 ist ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Das Brennstoffzellensystem 1 besteht aus einer sogenannten Brennstoffzelle 2, welche einen Anodenbereich 3 und einen Kathodenbereich 4 zeigt. Typischerweise ist die Brennstoffzelle 2 als sogenannter Brennstoffzellenstapel mit einer Vielzahl von Einzelzellen aufgebaut. Zwischen den Anodenbereichen 3 und den Kathodenbereichen 4 ist eine sogenannte MEA 5, welche als eine Membran-Elektroden-Anordnung die Kathodenseite jeder der Einzelzellen von ihrer Anodenseite trennt. Der Anodenbereich 3, welcher alle Anodenseiten der Einzelzellen in der Brennstoffzelle 2 symbolisiert, wird mit Wasserstoff H2 versorgt, beispielsweise aus einem Hochdrucktank, welcher in den Figuren nicht dargestellt ist. Der in der Brennstoffzelle 2 nicht verbrauchte Wasserstoff wird in an sich bekannter Art und Weise über eine Rezirkulationsleitung 6 zurückgeführt. Die Anodenseite der Brennstoffzelle 2 ist nicht näher beschrieben, sie ist jedoch einem Fachmann im Gebiet der Brennstoffzellensysteme 1 geläufig.
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Der Kathodenbereich 4 wird mit Luft von einem Kompressor 7, insbesondere einen Strömungsverdichter versorgt, welcher zusammen mit einer Abgasturbine 8 und einer elektrischen Maschine 9 auf einer gemeinsamen Welle 10 montiert ist. Diese Anordnung wird auch als elektrischer Turbolader oder motorunterstützter Turbolader bezeichnet. Typischerweise wird die elektrische Maschine 9 als elektrischer Motor zum Antreiben des Kompressors 7 genutzt. Die Abgasturbine 8 gewinnt Energie aus dem Abgas des Brennstoffzellensystems 1 zurück. Die Energie, welche durch die Abgasturbine zurückgewonnen wird, wird eingesetzt, um den elektrischen Motor 9 beim Antreiben des Kompressors 7 zu unterstützen. Wenn mehr Leistung an der Abgasturbine 8 anfällt, als benötigt wird, um den Kompressor 7 anzutreiben, kann die elektrische Maschine 9 auch als Generator betrieben werden, um Energie zurückzugewinnen, welche in Form von elektrischer Energie direkt genutzt oder in einer Batterie oder ähnlichem gespeichert werden kann.
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Die verdichtete Luft aus dem Kompressor 7 wird über eine Lufteinlassleitung zu einem Ladeluftkühler 12 und einem Befeuchter 13 geführt, welcher typischerweise als sogenannter Gas/Gas-Befeuchter 13 aufgebaut ist. Die Luft strömt dann in den Kathodenbereich 4. Abluft aus dem Kathodenbereich 4, welche typischerweise die meiste Feuchtigkeit, welche in der Brennstoffzelle entsteht, mit sich führt, wird der anderen Seite des Gas/Gas-Befeuchters 13 zugeführt, um die Einlassluft zu befeuchten. Die Abluft strömt dann in eine Abgasleitung 14, welche mit der Abgasturbine 8 verbunden ist. Abgegebener Wasserstoff, Stickstoff und Feuchtigkeit von der Anodenseite der Brennstoffzelle 2 strömt ebenfalls in die Abgasleitung 14. Außerdem hat ein solches Brennstoffzellensystem 1 gemäß dem Stand der Technik typischerweise einen sogenannten Systembypass, bestehend aus einer Systembypassleitung 15 und einem Systembypassventil 16. Typischerweise ist das Systembypassventil 16 geöffnet, wenn die Brennstoffzelle 2 bei mittleren oder niedrigen Leistungsbedingungen betrieben wird, um zusätzlicher Luft, welche durch den Kompressor 7 verdichtet worden ist, das Abströmen über die Abgasturbine 8 zu erlauben. Dies wird benötigt, um ein höheres Druckniveau in der dem Kathodenbereich 4 zugeführten Luft zu erlauben, bei einem gleichzeitig relativ geringen Luftmassenstrom, welcher entsprechend der Leistungsanforderungen der Brennstoffzelle benötigt wird. Wie man aus dem Kompressorkennfeld bzw. Kompressorleistungsdiagramm in 2 erkennen kann, welches den Luftmassenstrom auf der horizontalen und das Druckverhältnis des Kompressors 7 auf der vertikalen Achse zeigt, existiert eine sogenannte Pumpgrenze 17 und eine Schluckgrenze 18, welche die Betriebsfläche des Kompressors 7 begrenzen. Um das Überschreiten der sogenannten Pumpgrenze 17 zu verhindern, wird zusätzliche Luft durch den Kompressor 7 verdichtet und über das Systembypassventil 16 abgeblasen, um den oben beschriebenen Effekt zu erreichen.
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Die Idee der Erfindung ist es, ein solches Szenario zu verhindern, indem ein Speichertank 19 parallel zu der Lufteinlassleitung 11, wie in der Darstellung der 3 zu erkennen, eingeführt wird. Der Systembypass kann dann eingespart werden. Er kann als zusätzliche Option in das Brennstoffzellensystem eingebaut werden, insbesondere wenn er für weitere Gelegenheiten benötigt wird, beispielsweise um einen großen Luftmassenstrom in den Kathodenraum beim Abstellen des Brennstoffzellensystems zu verhindern oder ähnliches.
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Der Speichertank 19 hat einen Tankeinlass 20 und einen Tankauslass 21, welche beide mit der Lufteinlassleitung 11 verbunden sind. Der Luftauslass 21 muss mit der Lufteinlassleitung 11 über ein Druckregelventil 22 verbunden sein. Optional ist ein zusätzliches Ventil in dem Teil der Lufteinlassleitung 11, welche den Speichertank 19 umgeht. Dieses Ventil hat in 3 das Bezugszeichen 23. Ein weiteres zusätzliches Ventil kann in der Verbindung des Tankeinlass 20 und der Lufteinlassleitung 11 sein. Dieses Ventil hat in 3 das Bezugszeichen 24. Zusätzlich zu dem Aufbau des elektrischen Turboladers gemäß der Ausführung im Stand der Technik, wie sie in 1 gezeigt ist, hat der elektrische Turbolader gemäß 3 eine Kupplung 25 zwischen dem Kompressor 7 auf der einen Seite und der elektrischen Maschine 9 auf der anderen Seite.
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Das Brennstoffzellensystem gemäß 3 kann nun in zwei verschiedenen Modi betrieben werden, in Abhängigkeit der Anforderungen der Brennstoffzelle 2 an den Luftmassenstrom. Wenn ein hoher Luftmassenstrom von der Brennstoffzelle 2 benötigt wird, kann das Brennstoffzellensystem 1 so betrieben werden, wie das Brennstoffzellensystem 1 in 1 gemäß dem Stand der Technik. Dies bedeutet, dass das Ventil 23 geöffnet ist, während das Ventil 24 geschlossen ist. Zusätzlich kann das Druckregelventil 22 ebenfalls geschlossen sein, wenn eine zusätzliche Möglichkeit zum Schließen des Druckregelventils besteht, welche grundsätzlich nicht notwendig ist, welche jedoch dabei hilft, einen Luftstrom durch den Tankauslass 21 in den Speichertank 19 zu verhindern, und welches gemäß einer später noch näher beschriebenen Ausführung sowieso benötigt wird. In diesem Modus des Betriebs ist die Anforderung an den Luftmassenstrom hoch, wie erwähnt. Dementsprechend kann der Kompressor 7 den hohen Luftmassenstrom mit dem hohen von der Brennstoffzelle 2 benötigten Druck bereitstellen. Es besteht keine Gefahr, die Pumpgrenze 17 zu überschreiten.
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Wenn ein geringer Luftmassenstrom von der Brennstoffzelle 2 benötigt wird, besteht immer die Gefahr, dass die Pumpgrenze 17 überschritten wird, weil ein geringer Luftmassenstrom mit einem relativ hohen Druckverhältnis des Kompressors 7 kombiniert wird, um zu versuchen, die Anforderungen der Brennstoffzelle an den Druck zu erfüllen. In einem solchen Betriebsmodus kann das Ventil 23 in der Lufteinlassleitung 11 geschlossen werden und das Ventil 24 und, wenn vorhanden, eine Abstelleinrichtung im Druckregelventil 22 werden geöffnet. Der Kompressor 7 kann dann am Punkt seines maximalen Wirkungsgrads betrieben werden, um Luft in den Speichertank 19 zu verdichten. Durch die Hilfe des Speichertanks 19 kann ein hoher Druck, welcher durch das Druckregelventil 22 eingeregelt wird, im Luftmassenstrom zu dem Kathodenbereich 4 der Brennstoffzelle 2 über den Ladeluftkühler 12 und den Befeuchter 13 aufrechterhalten werden. Dies erlaubt nun einen relativ hohen Druck oder ein relativ hohes Druckverhältnis in Kombination mit einem relativ niedrigen Luftmassenstrom. Typischerweise würde dies zu einem Unterschreiten der Pumpgrenze 17 führen. In dem Brennstoffzellensystem 1 gemäß der Erfindung kann dieses Problem durch die Verwendung des Speichertanks 19 umgegangen werden. Wenn der Druck in dem Speichertank 19 ein oberes Druckniveau oder einen vorgegebenen Luftdruck erreicht, welcher anzeigt, dass der Speichertank 19 voll mit Luft ist, kann der Kompressor 7 abgeschaltet werden, insbesondere unter Verwendung der Kupplung 25, ohne eine Beeinflussung der Abgasturbine 8 und der elektrischen Maschine 9, welche dann typischerweise als Generator arbeitet. Wenn das Niveau des Drucks der Luft in dem Speichertank 19 unter einen anderen vorgegebenen Luftdruck fällt, ein sogenanntes unteres Druckniveau, wird der Kompressor 7 wieder angeschaltet, um den Speichertank 19 erneut mit Luft zu versorgen. Der Brennstoffzelle 2 wird kontinuierlich Luft aus dem Speichertank 19 mit dem benötigten Luftmassenstrom und Druckniveau zugeführt. Die benötigte Gesamtleistung des Kompressors 7 wird dabei gesenkt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann verdichtete Luft auch in dem Speichertank 19 während des Betriebs oder insbesondere während einer Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems 1 gespeichert werden. Die Ventile im Tankeinlass 20 und im Tankauslass 21 können dann geschlossen werden, um die Luft in dem Speichertank 19 zu halten. Bei einem Wiederstart des Brennstoffzellensystems kann Luft aus dem Speichertank 19 verwendet werden, um die Brennstoffzelle 2 anzutreiben. Dies erlaubt einen niedrigeren Leistungsverbrauch während des Startens des Brennstoffzellensystems 1.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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