DE102015117055A1 - Stack case ventilation, fuel cell system and vehicle - Google Patents

Stack case ventilation, fuel cell system and vehicle Download PDF

Info

Publication number
DE102015117055A1
DE102015117055A1 DE102015117055.8A DE102015117055A DE102015117055A1 DE 102015117055 A1 DE102015117055 A1 DE 102015117055A1 DE 102015117055 A DE102015117055 A DE 102015117055A DE 102015117055 A1 DE102015117055 A1 DE 102015117055A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
stack
cathode
fan
ventilation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102015117055.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Daniel Grundei
Christian Lucas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102015117055.8A priority Critical patent/DE102015117055A1/en
Publication of DE102015117055A1 publication Critical patent/DE102015117055A1/en
Granted legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stapelgehäuse-Belüftung (50) für eine Brennstoffzelle (10) eines Brennstoffzellensystems (1) mit einer durch ein Stapelgehäuse (16) der Brennstoffzelle (10) hindurchführenden Belüftungsstrecke (51) und einem an/in der Belüftungsstrecke (51) angeordneten Stapelgehäuse-Lüfter (52) zum Belüften des Stapelgehäuses (16) der Brennstoffzelle (10), wobei der Stapelgehäuse-Lüfter (52) von einem Fluid (3, 4) in einer Anodenversorgung (20) für die Brennstoffzelle (10) und/oder von einem Fluid (5, 6) in einer Kathodenversorgung (30) für die Brennstoffzelle (10) fluidmechanisch antreibbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem (1) und ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, mit einem Brennstoffzellensystem (1), wobei das Brennstoffzellensystem eine erfindungsgemäße Stapelgehäuse-Belüftung (50) aufweist.The invention relates to a stacked housing ventilation system (50) for a fuel cell (10) of a fuel cell system (1) having a ventilation section (51) leading through a stack housing (16) of the fuel cell (10) and one on / in the ventilation section (51) A stack case fan (52) for ventilating the stack case (16) of the fuel cell (10), the stack case fan (52) being surrounded by a fluid (3, 4) in an anode supply (20) for the fuel cell (10) and / or from a fluid (5, 6) in a cathode supply (30) for the fuel cell (10) is fluid-mechanically driven. Furthermore, the invention relates to a fuel cell system (1) and a vehicle, in particular an electric vehicle, with a fuel cell system (1), wherein the fuel cell system has a stack housing ventilation (50) according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stapelgehäuse-Belüftung für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug. The invention relates to a stack housing ventilation for a fuel cell of a fuel cell system. Furthermore, the invention relates to a fuel cell system for a vehicle, in particular an electric vehicle, and a vehicle, in particular an electric vehicle.

Eine Brennstoffzelle nutzt eine elektrochemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser zur Erzeugung elektrischer Energie. Hierfür enthält die Brennstoffzelle als eine Kernkomponente wenigstens eine sogenannte Membran-Elektroden-Einheit (englisch MEA für Membrane Electrode Assembly), welche ein Gefüge aus einer ionenleitenden, oft protonenleitenden, Membran und beidseitig an der Membran angeordneten Elektroden, einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode, ist. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Einheit an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. A fuel cell uses an electrochemical conversion of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, the fuel cell contains as a core component at least one so-called membrane electrode assembly (MEA for Membrane Electrode Assembly), which is a structure of an ion-conducting, often proton-conducting, membrane and on both sides of the membrane arranged electrodes, an anode electrode and a cathode electrode , 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.

In der Regel ist die Brennstoffzelle mittels einer Vielzahl von in einem Stapel (englisch Stack) angeordneter Membran-Elektroden-Einheiten ausgebildet, wobei sich deren elektrische Leistungen in einem Betrieb der Brennstoffzelle addieren. Zwischen den einzelnen Membran-Elektroden-Einheiten sind meist Bipolarplatten, auch Flussfeldplatten oder Separatorplatten genannt, angeordnet, welche eine Versorgung der Membran-Elektroden-Einheiten, also einer Versorgung der Einzelzellen der Brennstoffzelle, mit den Betriebsmedien, den sogenannten Reaktanten, sicherstellen und üblicherweise auch einer Kühlung dienen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrischen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Einheiten. In general, the fuel cell is formed by means of a plurality of arranged in a stack (English stack) membrane electrode assemblies, wherein add their electrical power in an operation of the fuel cell. Bipolar plates, also called flux field plates or separator plates, are usually arranged between the individual membrane electrode units, which supply and usually also supply the membrane electrode units, ie a supply of the individual cells of the fuel cell, with the operating media, the so-called reactants to serve a cooling. In addition, the bipolar plates provide electrical contact to the membrane-electrode assemblies.

In einem Betrieb der Einzelzellen der Brennstoffzelle wird der Brennstoff, ein sogenanntes Anoden-Betriebsmedium, insbesondere Wasserstoff (H2) oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, über ein anodenseitig offenes Flussfeld der Bipolarplatten den Anodenelektroden zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter einer Abgabe von Elektronen (e–) stattfindet (H2 -> 2H+ + 2e–). Durch die Membranen beziehungsweise Elektrolyten der Membran-Elektroden-Einheiten hindurch, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennen und elektrisch isolieren, erfolgt ein wassergebundener oder wasserfreier Transport von Protonen (H+) von den Anodenelektroden (zusammengesetzte Anode der Brennstoffzelle) in den Anodenräumen der Einzelzellen zu den Kathodenelektroden (zusammengesetzte Kathode der Brennstoffzelle) in den Kathodenräumen der Einzelzellen. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung und einen elektrischen Verbraucher (Elektromotor) der Kathode zugeleitet. In an operation of the individual cells of the fuel cell, the fuel, a so-called anode operating medium, in particular hydrogen (H 2 ) or a hydrogen-containing gas mixture, fed to the anode electrodes via an anode side open flow field of the bipolar plates, where an electrochemical oxidation of H 2 to H + under a release of electrons (e - ) takes place (H 2 -> 2H + + 2e - ). Through the membranes or electrolytes of the membrane-electrode units, which gas-tightly separate and electrically isolate the reaction spaces, water-bound or anhydrous transport of protons (H + ) from the anode electrodes (composite anode of the fuel cell) takes place in the anode spaces of the individual cells the cathode electrodes (composite cathode of the fuel cell) in the cathode spaces of the single cells. The electrons provided at the anode are fed via an electrical line and an electrical load (electric motor) of the cathode.

Den Kathodenelektroden wird über ein kathodenseitig offenes Flussfeld der Bipolarplatten, ein sogenanntes Kathoden-Betriebsmedium, insbesondere Sauerstoff (O2) oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch, zum Beispiel Luft, zugeführt, wobei eine Reduktion von O2 zu O2– unter einer Aufnahme von Elektronen stattfindet (½O2 + 2e– -> O2–). Gleichzeitig reagieren an den Kathodenelektroden gebildete Sauerstoffanionen (O2–) mit den durch die Membranen beziehungsweise Elektrolyten hindurch transportierten Protonen unter einer Bildung von Wasser (O2– + 2H+ -> H2O). The cathode electrodes are supplied via a cathode field open flow field of the bipolar plates, a so-called cathode operating medium, in particular oxygen (O 2 ) or an oxygen-containing gas mixture, for example air, with a reduction of O 2 to O 2- takes place under a recording of electrons (½O 2 + 2e - -> O 2- ). At the same time, oxygen anions (O 2- ) formed on the cathode electrodes react with the protons transported through the membranes or electrolytes to form water (O 2- + 2H + -> H 2 O).

Um einen Brennstoffzellenstapel, nachfolgend hauptsächlich als Brennstoffzelle bezeichnet, mit Betriebsmedien zu versorgen, weist dieser beziehungsweise diese einerseits eine Anodenversorgung und andererseits eine Kathodenversorgung auf. Die Anodenversorgung weist einen Anoden-Versorgungspfad für ein Zuführen des Anoden-Betriebsmediums in die Anodenräume der Brennstoffzelle hinein und einen Anoden-Abgaspfad für ein Abführen eines Anoden-Abgases aus den Anodenräumen heraus auf. Analog dazu weist die Kathodenversorgung einen Kathoden-Versorgungspfad für ein Zuführen des Kathoden-Betriebsmediums in die Kathodenräume der Brennstoffzelle hinein und einen Kathoden-Abgaspfad für ein Abführen eines Kathoden-Abgases aus den Kathodenräumen heraus auf. In order to supply a fuel cell stack, hereinafter referred to mainly as a fuel cell, with operating media, this or these has, on the one hand, an anode supply and, on the other hand, a cathode supply. The anode supply includes an anode supply path for supplying the anode operating medium into the anode spaces of the fuel cell and an anode exhaust path for discharging an anode off-gas from the anode spaces. Similarly, the cathode supply includes a cathode supply path for supplying the cathode operating medium into the cathode chambers of the fuel cell and a cathode exhaust path for discharging a cathode exhaust gas out of the cathode compartments.

In einem Brennstoffzellensystem kann nicht verhindert werden, dass Wasserstoff aus der Brennstoffzelle oder anderen Wasserstoff führenden Bauteilen in die Umgebung diffundiert. Dies ist grundsätzlich nicht problematisch, solange sich der Wasserstoff nicht an bestimmten Stellen konzentriert und zusammen mit Sauerstoff ein zündfähiges Gemisch bilden könnte. Zum Schutz der Brennstoffzelle und gegebenenfalls weiterer Bauteile ist zusätzlich ein Stapelgehäuse für die Brennstoffzelle notwendig, wodurch sich gegebenenfalls Wasserstoff innerhalb des Stapelgehäuses aufkonzentrieren kann. Zur Vermeidung eines brennbaren Gemischs innerhalb des Stapelgehäuses, muss eine entsprechende Belüftung vorgesehen sein. In a fuel cell system, hydrogen can not be prevented from diffusing into the environment from the fuel cell or other hydrogen-carrying components. This is basically not problematic as long as the hydrogen does not concentrate in certain places and together with oxygen could form an ignitable mixture. To protect the fuel cell and optionally other components, a stack housing for the fuel cell is additionally necessary, which may optionally concentrate hydrogen within the stack housing. To avoid a combustible mixture inside the stacking housing, appropriate ventilation must be provided.

Es gibt bekannte Konzepte, bei welchen die Belüftung auf unterschiedliche Weisen erfolgt, wobei jedoch zusätzliche elektrische Energie benötigt wird. Ein weiteres Problem dabei ist, dass das Brennstoffzellensystem nach einem Abschalten abkühlt und sich Kondensat bilden kann, was insbesondere in geschlossenen Bereichen wie dem Stapelgehäuse zu Korrosion führen kann. Um dies zu verhindern, muss ebenfalls eine Belüftung vorgesehen sein oder das Stapelgehäuse muss derart ausgebildet sein, dass keine Korrosion auftreten kann. There are known concepts in which the ventilation takes place in different ways, but with additional electrical energy being required. Another problem is that the fuel cell system cools down after a shutdown and can form condensate, which can lead to corrosion especially in closed areas such as the stack housing. To prevent this, a ventilation must also be provided or the stack housing must be designed so that no corrosion can occur.

Für die eben genannten Probleme (Belüftung und Korrosion) gibt es im Stand der Technik folgende Lösungen. Eine Belüftung des Stapelgehäuses erfolgt im Stand der Technik mittels eines elektrisch angetriebenen Stapelgehäuse-Lüfters. Hierdurch ergibt sich ein zusätzlicher elektrischer Energieaufwand mit einer Notwendigkeit einer Regelung und Ansteuerung (Entwicklung aufwändiger Betriebsstrategien) einer zusätzlichen elektrischen Baugruppe (Elektromotor, Elektronik, elektrische Verkabelung et cetera), was letztendlich erhöhte (Betriebs-)Kosten und einen vergleichsweise großen Bauraumbedarf nach sich zieht. Eine weitere Lösung ist ein Einsatz einer Strahlpumpe, welche jedoch aufgrund ihrer passiven Eigenschaften abhängig von einem treibenden Volumenstrom nicht separat regelbar ist und immer eine weitere den Volumenstrom treibende Maschine benötigt. Ein Betrieb bei abgestelltem Brennstoffzellensystem ist somit nicht möglich. For the problems just mentioned (ventilation and corrosion) exist in the prior art following solutions. A ventilation of the stack housing is done in the prior art by means of an electrically driven stack housing fan. This results in an additional electrical energy consumption with a need for regulation and control (development of complex operating strategies) of an additional electrical assembly (electric motor, electronics, electrical cabling et cetera), which ultimately entails increased (operating) costs and a relatively large space requirement , Another solution is the use of a jet pump, which, however, is not separately controllable due to their passive properties depending on a driving volume flow and always requires another machine driving the volume flow. Operation with the fuel cell system turned off is therefore not possible.

Ferner kann dem Problem einer Korrosion durch einen natürlichen Austrag durch Konvektion, einer Kondensatfalle, einem entsprechenden Korrosionsschutz der betreffenden Bauteile (vergleichsweise kostenintensive entsprechende Werkstoffauswahl) und/oder einem offenen Stapelgehäuse, begegnet werden, sodass Kondensat und Korrosion vermieden werden können. Nachteilig ist hier ein unzureichender Bauteilschutz bei offenen Stapelgehäusen, zusätzliche Maßnahmen zur Korrosionsvermeidung (Werkstoffauswahl, zusätzliche Bauteile, höhere Kosten et cetera) et cetera. Furthermore, the problem of corrosion by a natural discharge by convection, a condensate trap, a corresponding corrosion protection of the relevant components (relatively expensive corresponding choice of materials) and / or an open stack housing, can be met, so that condensate and corrosion can be avoided. The disadvantage here is insufficient component protection in open stack housings, additional measures to prevent corrosion (choice of materials, additional components, higher costs et cetera) et cetera.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Belüftung und/oder einen Korrosionsschutz für ein Stapelgehäuse einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems vorzusehen. Hierbei soll eine erfindungsgemäße Stapelgehäuse-Belüftung wenig Bauraum beanspruchen, eine vergleichsweise einfache Betriebsstrategie besitzen und/oder ohne einen zusätzlichen Energieaufwand betreibbar sein. Ferner soll gegebenenfalls auf zusätzliche Maßnahmen zur Korrosionsvermeidung, wie eine Werkstoffauswahl, eine Kondensatfalle, et cetera verzichtet werden können, wobei ein geschlossenes Stapelgehäuse bei der Brennstoffzelle anwendbar sein soll. It is an object of the invention to provide a ventilation and / or corrosion protection for a stacked housing of a fuel cell of a fuel cell system. In this case, a stack housing ventilation according to the invention should take up little installation space, have a comparatively simple operating strategy and / or be operable without an additional expenditure of energy. Furthermore, it should optionally be possible to dispense with additional measures for corrosion prevention, such as a selection of materials, a condensate trap, et cetera, wherein a closed stack housing should be applicable to the fuel cell.

Die Aufgabe der Erfindung ist mittels einer Stapelgehäuse-Belüftung für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems, mittels eines Brennstoffzellensystems, und/oder mittels eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der folgenden Beschreibung. The object of the invention is achieved by means of a stacked housing ventilation for a fuel cell of a fuel cell system, by means of a fuel cell system, and / or by means of a vehicle, in particular an electric vehicle, according to the independent claims. Advantageous developments, additional features and / or advantages of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description.

Die erfindungsgemäße Stapelgehäuse-Belüftung weist eine durch die Brennstoffzelle beziehungsweise ein Stapelgehäuse der Brennstoffzelle hindurchführende Belüftungsstrecke und einen an und/oder in (nachfolgend: an/in) der Belüftungsstrecke angeordneten Stapelgehäuse-Lüfter zum Belüften des Stapelgehäuses der Brennstoffzelle auf, wobei der Stapelgehäuse-Lüfter von einem Fluid in einer Anodenversorgung für die Brennstoffzelle und/oder von einem Fluid in einer Kathodenversorgung für die Brennstoffzelle fluidmechanisch antreibbar ist. Das heißt ferner, dass der Stapelgehäuse-Lüfter nicht primär elektrisch antreibbar ist; es ist natürlich möglich, den Stapelgehäuse-Lüfter gegebenenfalls zusätzlich, also sekundär, mechanisch, fluidmechanisch oder elektrisch antreibbar vorzusehen (siehe unten). The stack housing ventilation according to the invention has a through the fuel cell or a stacked housing of the fuel cell passing ventilation section and on and / or in (hereinafter: on / in) the ventilation section arranged stack housing fan for ventilating the stacked housing of the fuel cell, wherein the stack housing fan is fluid-mechanically driven by a fluid in an anode supply for the fuel cell and / or by a fluid in a cathode supply for the fuel cell. This also means that the stack case fan is not primarily electrically driven; it is of course possible, if necessary, in addition, ie secondary, mechanical, fluid mechanical or electrically driven to provide the stack case fan (see below).

Gemäß der Erfindung wird für die Stapelgehäuse-Belüftung ein separater Stapelgehäuse-Lüfter angewendet, wobei dieser durch eine aus dem Brennstoffzellensystem zurückgewonnene Energie beziehungsweise Enthalpie (Druck, Temperatur) des Fluids antreibbar ist; der Stapelgehäuse-Lüfter kann daher auch als ein eigengetriebener Stapelgehäuse-Lüfter bezeichnet werden. Die Enthalpie des Fluids setzt sich additiv aus einer inneren Energie und einer Verschiebearbeit des Fluids (Gas oder Gasgemisch gegebenenfalls inklusive flüssigem Wasser) zusammen, welches in der Anodenversorgung und/oder der Kathodenversorgung vorhanden ist. According to the invention, a separate stack housing fan is used for the stack housing ventilation, wherein this is driven by a recovered from the fuel cell system energy or enthalpy (pressure, temperature) of the fluid; The stack case fan may therefore also be referred to as a self-powered stack case fan. The enthalpy of the fluid is composed additively of an internal energy and a displacement work of the fluid (gas or gas mixture optionally including liquid water), which is present in the anode supply and / or the cathode supply.

Da es bei einer Belüftung des Stapelgehäuses der Brennstoffzelle nicht darum geht, einen exakten Volumenstrom einzustellen, sondern lediglich darum, Wasserstoff und Feuchtigkeit aus dem Stapelgehäuse auszutragen, wird keine exakte Regelung des Stapelgehäuse-Lüfters benötigt. Da die Energie aus dem Brennstoffzellensystem immer dann zur Verfügung steht, wenn das Brennstoffzellensystem aktiviert ist, und auch während eines Betriebs des Brennstoffzellensystems immer zur Verfügung steht, wird keine zusätzliche Regelung oder Steuerung benötigt. Kabel für eine elektrische Stromversorgung und eine Steuerung können entfallen. Since it is not about adjusting an exact volume flow in a ventilation of the stacked housing of the fuel cell, but merely to discharge hydrogen and moisture from the stack housing, no exact control of the stack housing fan is needed. Since the energy from the fuel cell system is always available when the fuel cell system is activated, and is always available during operation of the fuel cell system, no additional control or regulation is needed. Cables for an electrical power supply and a controller can be omitted.

In Ausführungsbeispielen ist die Stapelgehäuse-Belüftung derart ausgebildet, dass der Stapelgehäuse-Lüfter mittels eines Anoden-Betriebsmediums, eines Anoden-Abgases, eines Kathoden-Betriebsmediums und/oder eines Kathoden-Abgases fluidmechanisch antreibbar ist. Eine Enthalpie zum Antrieb des Stapelgehäuse-Lüfters ist bevorzugt dem Anoden-Betriebsmedium, bevorzugt dem Kathoden-Abgas oder bevorzugt einem Purgegas (Ablassgas) entnehmbar. In exemplary embodiments, the stack housing ventilation is designed such that the stack housing fan can be driven in a fluid-mechanical manner by means of an anode operating medium, an anode exhaust gas, a cathode operating medium and / or a cathode exhaust gas. An enthalpy for driving the stack housing fan is preferably the anode operating medium, preferably the cathode exhaust or preferably a purge gas (exhaust gas) removable.

Da der Stapelgehäuse-Lüfter lediglich einen geringen Volumenstrom fördern muss und demensprechend nur eine geringe Menge an Energie benötigt, ist eine Energie an den entsprechenden Stellen des Brennstoffzellensystems ausreichend. Es ist natürlich möglich, die Enthalpie zum Antrieb des Stapelgehäuse-Lüfters einer Mehrzahl dieser Gase beziehungsweise Gasgemische zu entnehmen, was zum Beispiel bei einer gemeinsamen Abgaseinrichtung der Anodenversorgung und der Kathodenversorgung der Fall sein kann. Since the stack housing fan only has to promote a low volume flow and thus requires only a small amount of energy, an energy at the appropriate points of the fuel cell system is sufficient. It is of course possible to use the enthalpy to drive the stack case fan of a majority of these gases or to take gas mixtures, which may be the case, for example, with a common exhaust device of the anode supply and the cathode supply.

In Ausführungsbeispielen ist der Stapelgehäuse-Lüfter mittels einer Lüfterturbine an/in der Anodenversorgung, insbesondere an/in einem Anoden-Versorgungspfad, oder mittels einer Lüfterturbine an/in der Kathodenversorgung, insbesondere an/in einem Kathoden-Abgaspfad, fluidmechanisch antreibbar. Gemäß der Erfindung kann eine Einrichtung zur eigentlichen Belüftung des Stapelgehäuses als Stapelgehäuse-Lüfter mit Lüfterturbine ausgebildet sein, wobei der Stapelgehäuse-Lüfter von der Lüfterturbine mechanisch antreibbar ist, welche ihrerseits fluidmechanisch antreibbar ist. Es wird kein zusätzlicher Antrieb benötigt, kann jedoch zusätzlich vorgesehen sein (siehe unten). Bei einer geeigneten Positionierung kann die Lüfterturbine bauraumneutral angeordnet sein. In exemplary embodiments, the stacked-shell fan can be driven in a fluid-mechanical manner by means of a fan turbine at / in the anode supply, in particular at / in an anode supply path, or by means of a fan turbine at / in the cathode supply, in particular at / in a cathode exhaust path. According to the invention, a device for the actual ventilation of the stack housing can be designed as a stacked-fan with fan turbine, wherein the stack case fan is mechanically driven by the fan turbine, which in turn is fluid-mechanically driven. No additional drive is required, but can be additionally provided (see below). With a suitable positioning, the fan turbine can be arranged space neutral.

In Ausführungsbeispielen ist die Lüfterturbine stromaufwärts einer Brennstoff-Rezirkulationsleitung im Anoden-Versorgungspfad angeordnet, ist die Lüfterturbine im Kathoden-Abgaspfad fluidmechanisch in Reihe mit einer Kathodenturbine geschaltet, ist die Lüfterturbine am Kathoden-Abgaspfad fluidmechanisch parallel zur Kathodenturbine geschaltet, oder ist die Lüfterturbine in einem Fluidpfad zwischen einer Anode und einer Kathode der Brennstoffzelle angeordnet. In embodiments, the fan turbine is disposed upstream of a fuel recirculation line in the anode supply path, the fan turbine in the cathode exhaust path is fluidically coupled in series with a cathode turbine, the fan turbine is fluid mechanically coupled to the cathode turbine at the cathode exhaust path, or is the fan turbine in one Fluid path between an anode and a cathode of the fuel cell arranged.

In Ausführungsbeispielen wird eine Energie bei einer Druckminderung des Wasserstoffs aus einem Brennstoffspeicher (meistens etwa 700bar auf ca. 12bar) oder anschließend bei einer Entspannung auf einen Betriebsdruck (also dann von ca. 12bar) genutzt. Ferner wird in Ausführungsbeispielen eine Abgasenthalpie im Kathoden-Abgas stromabwärts oder auch stromaufwärts einer Kathodenturbine genutzt. Da das Kathoden-Abgas in allen Betriebszuständen eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als die Umgebung besitzt, lässt sich diese Energie nutzen. Des Weiteren wird in Ausführungsbeispielen eine Purgeenergie von der Anode auf die Kathode genutzt. In einem solchen Fall ist der Lüfter stoßweise betreibbar, was jedoch oft ausreichend sein kann. In embodiments, an energy at a pressure reduction of the hydrogen from a fuel storage (usually about 700bar to about 12bar) or subsequently with a relaxation to an operating pressure (ie then about 12bar) is used. Furthermore, in embodiments, an exhaust gas enthalpy in the cathode exhaust gas downstream or upstream of a cathode turbine is used. Since the cathode exhaust gas has a higher temperature and a higher pressure than the environment in all operating states, this energy can be used. Furthermore, in embodiments, a purge energy from the anode to the cathode is used. In such a case, the fan is intermittently operable, but this can often be sufficient.

Gemäß der Erfindung können der Stapelgehäuse-Lüfter und die Lüfterturbine zusammen oder voneinander getrennt vorgesehen sein. So ist in Ausführungsbeispielen die Lüfterturbine mit dem Stapelgehäuse-Lüfter auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Ferner ist eine mechanische Kopplung der Lüfterturbine mit dem Stapelgehäuse-Lüfter mittels eines Getriebes möglich. According to the invention, the stack case fan and the fan turbine may be provided together or separately. Thus, in embodiments, the fan turbine is arranged with the stack housing fan on a common shaft. Furthermore, a mechanical coupling of the fan turbine with the stack housing fan by means of a transmission is possible.

In Ausführungsbeispielen weist die Stapelgehäuse-Belüftung, der Stapelgehäuse-Lüfter oder die Lüfterturbine einen Energiespeicher für ein Antreiben des Stapelgehäuse-Lüfters auf. Dies ermöglicht einen Betrieb des Stapelgehäuse-Lüfters wenn das Brennstoffzellensystem ausgeschaltet ist, z. B. in einer Nachlaufzeit nach einem Ausschalten des Brennstoffzellensystems, im Fall eines Start-Stopp-Betriebs des Brennstoffzellensystems oder bei einem Systemstart, bevor das Brennstoffzellensystem vollständig hochgefahren ist. Der Energiespeicher kann dabei ein mechanischer, ein fluidmechanischer oder ein elektrischer Energiespeicher sein. In embodiments, the stack case ventilation, the stack case fan, or the fan turbine on an energy storage for driving the stack case fan on. This allows operation of the stack case fan when the fuel cell system is turned off, e.g. B. in a follow-up time after switching off the fuel cell system, in the case of start-stop operation of the fuel cell system or at system start, before the fuel cell system is fully powered up. The energy storage can be a mechanical, a fluid mechanical or an electrical energy storage.

In Ausführungsbeispielen ist der Stapelgehäuse-Lüfter ferner elektromechanisch antreibbar, wofür die Stapelgehäuse-Belüftung, der Stapelgehäuse-Lüfter oder die Lüfterturbine einen Elektromotor aufweist und gegebenenfalls eine Einrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie umfasst, mittels welcher der Elektromotor antreibbar ist. In embodiments, the stack case fan is further electromechanically driven, for which the stack case ventilation, the stack case fan or the fan turbine has an electric motor and optionally includes a device for storing electrical energy, by means of which the electric motor is driven.

In Ausführungsbeispielen ist die Stapelgehäuse-Belüftung zusätzlich mit der Einrichtung zur Speicherung von überschüssiger Energie versehen, da es voraussichtlich Betriebszustände gibt, in welchen eine aus dem Brennstoffzellensystem zurückgewonnene Energie größer ist als eine Energie, welche für einen Antrieb der Stapelgehäuse-Belüftung benötigt wird. Diese Speicherung kann beispielsweise mittels eines Akkumulators oder eines Kondensators erfolgen. Hierbei kann der Elektromotor generatorisch betrieben werden, wodurch die Einrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie aufladbar ist. In embodiments, the stack case ventilation is additionally provided with the excess energy storage device, as there are likely to be operating conditions in which energy recovered from the fuel cell system is greater than energy needed to drive the stack case ventilation. This storage can be done for example by means of a rechargeable battery or a capacitor. Here, the electric motor can be operated as a generator, whereby the means for storing electrical energy can be charged.

In Ausführungsbeispielen sind mittels der Stapelgehäuse-Belüftung ferner ein weiteres Bauteil und/oder eine weitere Baugruppe belüftbar oder kühlbar. Das weitere Bauteil oder die weitere Baugruppe ist bevorzugt ein eingehaustes Bauteil beziehungsweise eine eingehauste Baugruppe, welche erfindungsgemäß belüftbar oder kühlbar ist. Eine solche weitere Baugruppe ist zum Beispiel ein Turbolader, ein Elektromotor oder ein Antrieb für einen Kathodenverdichter et cetera. Ein solches weiteres Bauteil ist zum Beispiel ein Wasserstoff führendes Bauteil (abhängig vom System), eine Leistungselektronik et cetera. In embodiments, a further component and / or a further assembly can be ventilated or cooled by means of the stack housing ventilation. The further component or the further module is preferably a housed component or a cushioned assembly, which can be ventilated or cooled according to the invention. Such a further assembly is, for example, a turbocharger, an electric motor or a drive for a cathode compressor et cetera. Such a further component is, for example, a hydrogen-conducting component (depending on the system), a power electronics et cetera.

In Ausführungsbeispielen ist der Stapelgehäuse-Lüfter direkt am oder im Stapelgehäuse der Brennstoffzelle vorgesehen. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, oder das erfindungsgemäße Fahrzeug, insbesondere das Elektrofahrzeug, weist eine erfindungsgemäße Stapelgehäuse-Belüftung auf. In embodiments, the stack case fan is provided directly on or in the stack housing of the fuel cell. The fuel cell system according to the invention for a vehicle, in particular an electric vehicle, or the vehicle according to the invention, in particular the electric vehicle, has a stack housing ventilation according to the invention.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische Zeichnung näher erläutert. Elemente, Bauteile oder Komponenten, welche eine identische, univoke oder analoge Ausbildung und/oder Funktion besitzen, sind in der Figurenbeschreibung, der Bezugszeichenliste und den Patentansprüchen mit denselben Bezugszeichen versehen und/oder in den Figuren der Zeichnung mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Mögliche, in der Beschreibung nicht erläuterte, in der Zeichnung nicht dargestellte und/oder nicht abschließende Alternativen, statische und/oder kinematische Umkehrungen, Kombinationen et cetera zu den erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung beziehungsweise einzelnen Baugruppen, Teilen oder Abschnitten davon, können der Bezugszeichenliste entnommen werden. The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments with reference to the accompanying schematic drawing. Elements, components or components which have an identical, univocal or analogous design and / or function are provided with the same reference symbols in the description of the figures, the list of reference numerals and the claims and / or are identified by the same reference symbols in the figures of the drawing. Possible, not explained in the description, not shown in the drawing and / or non-exhaustive alternatives, static and / or kinematic reversals, combinations et cetera to the illustrated embodiments of the invention or individual assemblies, parts or portions thereof, the list of reference numerals can be found ,

Sämtliche erläuterten Merkmale, auch die der Bezugszeichenliste, sind nicht nur in der angegebenen Kombination beziehungsweise den angegebenen Kombinationen, sondern auch in einer anderen Kombination beziehungsweise anderen Kombinationen oder in Alleinstellung anwendbar. Insbesondere ist es möglich, anhand der Bezugszeichen und den diesen zugeordneten Merkmalen in der Beschreibung der Erfindung, der Figurenbeschreibung und/oder der Bezugszeichenliste, ein Merkmal oder eine Mehrzahl von Merkmalen in der Beschreibung der Erfindung und/oder der Figurenbeschreibung zu ersetzen. Ferner kann dadurch ein Merkmal oder können eine Mehrzahl von Merkmalen in den Patentansprüchen ausgelegt, näher spezifiziert und/oder substituiert werden. In den Figuren der Zeichnung zeigen: All explained features, including those of the list of reference numerals, are applicable not only in the specified combination or the specified combinations, but also in a different combination or other combinations or in isolation. In particular, it is possible on the basis of the reference symbols and their associated features in the description of the invention, the description of the figures and / or the list of reference numerals, to replace a feature or a plurality of features in the description of the invention and / or the description of the figures. Furthermore, a feature or a plurality of features in the patent claims can thereby be designed, specified and / or substituted. In the figures of the drawing show:

1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung; 1 a simplified block diagram of a preferred embodiment of a fuel cell system according to the invention;

2 ein Blockschaltbild einer separaten Belüftung gemäß dem Stand der Technik für ein Stapelgehäuse einer Brennstoffzelle sowie eine Kathodenversorgung für diese Brennstoffzelle; 2 a block diagram of a separate ventilation according to the prior art for a stacked housing of a fuel cell and a cathode supply for this fuel cell;

3 ein Blockschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Belüftung für ein Stapelgehäuse einer Brennstoffzelle, wobei eine Belüftungsstrecke an einer Kathodenversorgung der Brennstoffzelle angeschlossen ist; 3 a block diagram of a first embodiment according to the invention a ventilation for a stacked housing of a fuel cell, wherein a ventilation line is connected to a cathode supply of the fuel cell;

4 ein Blockschaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Belüftung für das Stapelgehäuse, wobei die Belüftungsstrecke wiederum an der Kathodenversorgung der Brennstoffzelle angeschlossen ist; und 4 a block diagram of a second embodiment of the invention ventilation for the stack housing, wherein the ventilation path is in turn connected to the cathode supply of the fuel cell; and

5 ein Blockschaltbild einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Belüftung für das Stapelgehäuse, wobei die Belüftungsstrecke an einer Anodenversorgung der Brennstoffzelle angeschlossen ist. 5 a block diagram of a third embodiment of the invention ventilation for the stack housing, wherein the ventilation path is connected to an anode supply of the fuel cell.

Die Erfindung ist anhand von drei Ausführungsformen einer Stapelgehäuse-Belüftung 50 einer Brennstoffzelle 10 eines Brennstoffzellensystems 1 für ein Fahrzeug näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen und/oder die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern ist von grundlegenderer Natur, sodass sie auf sämtliche Stapelgehäuse-Belüftungen 50, zum Beispiel für stationäre Brennstoffzellensysteme, angewendet werden kann. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher beschrieben und Ausführungsformen näher illustriert ist, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Andere Variationen können hieraus abgeleitet werden ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. The invention is based on three embodiments of a stacked housing ventilation 50 a fuel cell 10 a fuel cell system 1 explained in more detail for a vehicle. However, the invention is not limited to such embodiments and / or the embodiments explained below, but is of a more fundamental nature, so that they apply to all stacked housing vents 50 , for example, for stationary fuel cell systems, can be applied. Although the invention has been described in detail by way of preferred embodiments and embodiments are illustrated in detail, the invention is not limited by the disclosed embodiments. Other variations can be deduced therefrom without departing from the scope of the invention.

Die 1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das Brennstoffzellensystem 1 ist bevorzugt Teil eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs, welches bevorzugt einen Elektrotraktionsmotor aufweist, das beziehungsweise welcher durch das Brennstoffzellensystem 1 mit elektrischer Energie versorgbar ist. The 1 shows a fuel cell system 1 according to a preferred embodiment of the invention. The fuel cell system 1 is preferably part of a vehicle not shown in detail, in particular a motor vehicle or an electric vehicle, which preferably has an electric traction motor, which or by the fuel cell system 1 can be supplied with electrical energy.

Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst als eine Kernkomponente eine Brennstoffzelle 10 beziehungsweise einen Brennstoffzellenstapel 10, welche beziehungsweise welcher bevorzugt eine Vielzahl von in Stapelform angeordneten Einzel-Brennstoffzellen 11 – nachfolgend als Einzelzellen 11 bezeichnet – aufweist und in einem Stapelgehäuse 16 untergebracht ist. Jede Einzelzelle 11 umfasst einen Anodenraum 12 und einen Kathodenraum 13, wobei der Anodenraum 12 und der Kathodenraum 13 von einer Membran (Teil einer Membran-Elektroden-Einheit 14 siehe unten), bevorzugt einer ionenleitfähigen Polymerelektrolyt-Membran, räumlich und elektrisch voneinander getrennt sind (siehe Detailausschnitt). Der Brennstoffzellenstapel 10 wird auch einfach als Brennstoffzelle 10 bezeichnet. The fuel cell system 1 includes as a core component a fuel cell 10 or a fuel cell stack 10 , Which or which preferably a plurality of stacked individual fuel cells 11 - below as single cells 11 designated - has and in a stack housing 16 is housed. Every single cell 11 includes an anode compartment 12 and a cathode compartment 13 , wherein the anode compartment 12 and the cathode compartment 13 from a membrane (part of a membrane-electrode assembly 14 see below), preferably an ion-conducting polymer electrolyte membrane, spatially and electrically separated from each other (see detail). The fuel cell stack 10 is also easy as a fuel cell 10 designated.

Die Anodenräume 12 und die Kathodenräume 13 der Brennstoffzelle 10 weisen begrenzend jeweils eine katalytische Elektrode (Teil der Membran-Elektroden-Einheit 14 siehe im Folgenden), das heißt eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode, auf, welche jeweils eine Teilreaktion einer Brennstoffzellen-Umsetzung katalysieren. Die Anodenelektrode und die Kathodenelektrode weisen jeweils ein katalytisches Material, beispielsweise Platin, auf, welches auf einem elektrisch leitfähigen Trägermaterial mit einer großen spezifischen Oberfläche, beispielsweise einem kohlenstoffbasierten Material, geträgert vorliegt. The anode rooms 12 and the cathode rooms 13 the fuel cell 10 each have a limiting catalytic electrode (part of the membrane-electrode unit 14 see below), that is, an anode electrode and a cathode electrode, each of which catalyzes a partial reaction of a fuel cell reaction. The anode electrode and the cathode electrode each comprise a catalytic material, such as platinum, supported on an electrically conductive substrate having a large surface area, such as a carbon based material.

Ein Gefüge aus einer Membran und dazugehörigen Elektroden wird auch als Membran-Elektroden-Einheit 14 bezeichnet. Zwischen zwei solchen Membran-Elektroden-Einheiten 14 (in der 1 ist lediglich eine einzelne Membran-Elektroden-Einheit 14 angedeutet) ist in der 1 ferner eine Bipolarplatte 15 angedeutet, welche einer Zuführung von Betriebsmedien 3, 5 in einen betreffenden Anodenraum 12 einer ersten Einzelzelle 11 und einen betreffenden Kathodenraum 13 einer direkt dazu benachbarten zweiten Einzelzelle 11 dient und darüber hinaus eine elektrische Verbindung zwischen den zwei direkt zueinander benachbarten Einzelzellen 11 realisiert. A structure of a membrane and associated electrodes is also called a membrane-electrode unit 14 designated. Between two such membrane-electrode units 14 (in the 1 is only a single membrane electrode assembly 14 indicated) is in the 1 also a bipolar plate 15 indicated, which a supply of operating media 3 . 5 into a relevant anode compartment 12 a first single cell 11 and a respective cathode compartment 13 a directly adjacent second single cell 11 serves and beyond an electrical connection between the two directly adjacent individual cells 11 realized.

Zwischen einer Bipolarplatte 15 und einer direkt dazu benachbarten Anodenelektrode einer Membran-Elektroden-Einheit 14 ist ein Anodenraum 12 und zwischen einer Kathodenelektrode derselben Membran-Elektroden-Einheit 14 und einer direkt dazu benachbarten zweiten Bipolarplatte 15 ist ein Kathodenraum 13 ausgebildet. Optional können Gasdiffusionslagen zwischen den Membran-Elektroden-Einheiten 14 und den Bipolarplatten 15 angeordnet sein. Im Brennstoffzellenstapel 10 beziehungsweise in der Brennstoffzelle 10 sind also Membran-Elektroden-Einheiten 14 und Bipolarplatten 15 abwechselnd angeordnet beziehungsweise gestapelt (Brennstoffzellenstapel 10). Between a bipolar plate 15 and a directly adjacent anode electrode of a membrane-electrode assembly 14 is an anode room 12 and between a cathode electrode of the same membrane-electrode assembly 14 and a second bipolar plate directly adjacent thereto 15 is a cathode compartment 13 educated. Optionally, gas diffusion layers between the membrane-electrode assemblies 14 and the bipolar plates 15 be arranged. In the fuel cell stack 10 or in the fuel cell 10 So are membrane electrode units 14 and bipolar plates 15 alternately arranged or stacked (fuel cell stack 10 ).

Zur Versorgung des Brennstoffzellenstapels 10 beziehungsweise der Brennstoffzelle 10 mit den Betriebsmedien 3, 5 weist das Brennstoffzellensystem 1 einerseits eine Anodenversorgung 20 und andererseits eine Kathodenversorgung 30 auf. To supply the fuel cell stack 10 or the fuel cell 10 with the operating media 3 . 5 has the fuel cell system 1 on the one hand, an anode supply 20 and on the other hand, a cathode supply 30 on.

Die Anodenversorgung 20 umfasst einen Anoden-Versorgungspfad 21, welcher einer Zuführung eines Anoden-Betriebsmediums 3, einem Brennstoff 3, beispielsweise Wasserstoff 3 oder einem wasserstoffhaltigen Gasgemisch 3, in die Anodenräume 12 der Brennstoffzelle 10 dient. Zu diesem Zweck verbindet der Anoden-Versorgungspfad 21 einen Brennstoffspeicher 23 oder Brennstofftank 23 mit einem Anodeneingang der Brennstoffzelle 10. Die Anodenversorgung 20 umfasst ferner einen Anoden-Abgaspfad 22, welcher ein Anoden-Abgas 4 aus den Anodenräumen 12 durch einen Anodenausgang der Brennstoffzelle 10 hindurch abführt. Ein aufgebauter Anoden-Betriebsdruck auf einer Anodenseite der Brennstoffzelle 10 ist bevorzugt mittels eines Stellmittels 24 im Anoden-Versorgungspfad 21 einstellbar. The anode supply 20 includes an anode supply path 21 , which is a supply of an anode operating medium 3 , a fuel 3 , for example hydrogen 3 or a hydrogen-containing gas mixture 3 , in the anode rooms 12 the fuel cell 10 serves. For this purpose, the anode supply path connects 21 a fuel storage 23 or fuel tank 23 with an anode input of the fuel cell 10 , The anode supply 20 further includes an anode exhaust path 22 , which is an anode exhaust 4 from the anode chambers 12 through an anode output of the fuel cell 10 through. An established anode operating pressure on an anode side of the fuel cell 10 is preferably by means of an actuating means 24 in the anode supply path 21 adjustable.

Darüber hinaus weist die Anodenversorgung 20 bevorzugt eine Brennstoff-Rezirkulationsleitung 25 auf, welche den Anoden-Abgaspfad 22 mit dem Anoden-Versorgungspfad 21 fluidmechanisch verbindet. Eine Rezirkulation des Anoden-Betriebsmediums 3, also dem eigentlich bevorzugt zu tankenden Brennstoff 3, ist oft eingerichtet, um das zumeist überstöchiometrisch eingesetzte Anoden-Betriebsmedium 3 der Brennstoffzelle 10 zurückzuführen und zu nutzen. Ferner kann an/in der Brennstoff-Rezirkulationsleitung 25 ein Verdichter vorgesehen sein (nicht dargestellt). In addition, the anode supply points 20 preferably a fuel recirculation line 25 on which the anode exhaust path 22 with the anode supply path 21 fluid mechanically connects. A recirculation of the anode operating medium 3 , that is, the actually preferred to be fueled fuel 3 , is often set up, the most over-stoichiometric anode operating medium 3 the fuel cell 10 to be returned and used. Further, on / in the fuel recirculation line 25 a compressor may be provided (not shown).

Die Kathodenversorgung 30 umfasst einen Kathoden-Versorgungspfad 31, welcher den Kathodenräumen 13 der Brennstoffzelle 10 ein sauerstoffhaltiges Kathoden-Betriebsmedium 5, bevorzugt Luft 5, zuführt, welche insbesondere aus der Umgebung 2 angesaugt wird. Die Kathodenversorgung 30 umfasst ferner einen Kathoden-Abgaspfad 32, welcher ein Kathoden-Abgas 6, insbesondere eine Abluft 6, aus den Kathodenräumen 13 der Brennstoffzelle 10 abführt und dieses einer gegebenenfalls vorgesehenen Abgaseinrichtung (nicht dargestellt) zuführt. The cathode supply 30 includes a cathode supply path 31 which is the cathode spaces 13 the fuel cell 10 an oxygen-containing cathode operating medium 5 , preferably air 5 , feeds, which in particular from the environment 2 is sucked. The cathode supply 30 further includes a cathode exhaust path 32 , which is a cathode exhaust 6 , in particular an exhaust air 6 , from the cathode rooms 13 the fuel cell 10 dissipates and this provides an optionally provided exhaust device (not shown).

Für eine Förderung und Verdichtung des Kathoden-Betriebsmediums 5 ist am/im Kathoden-Versorgungspfad 31 bevorzugt ein Kathodenverdichter 33 angeordnet. In Ausführungsbeispielen ist der Kathodenverdichter 33 als ein ausschließlich oder auch ein elektromotorisch angetriebener Kathodenverdichter 33 ausgestaltet, dessen Antrieb mittels eines Elektromotors 34 oder eines Antriebs 34 erfolgt, welcher bevorzugt mit einer entsprechenden Leistungselektronik 35 ausgestattet ist. Bevorzugt ist der Kathodenverdichter 33 als ein wenigstens elektrischer Turbolader (englisch ETC für Electric Turbo Charger) ausgebildet. Der Kathodenverdichter 33 kann ferner durch eine im Kathoden-Abgaspfad 32 angeordnete Kathodenturbine 36 mit gegebenenfalls variabler Turbinengeometrie, unterstützend mittels einer gemeinsamen Welle (in 1 nicht dargestellt, siehe die 3 bis 5) antreibbar sein. Die Kathodenturbine 36 stellt einen Expander dar, welcher eine Expansion des Kathoden-Abgases 6 und somit eine Absenkung dessen Fluiddrucks bewirkt (Steigerung eines Wirkungsgrads der Brennstoffzelle 10). For a promotion and compression of the cathode operating medium 5 is at / in the cathode supply path 31 preferably a cathode compressor 33 arranged. In embodiments, the cathode compressor 33 as an exclusively or an electric motor driven cathode compressor 33 designed, the drive by means of an electric motor 34 or a drive 34 takes place, which preferably with a corresponding power electronics 35 Is provided. The cathode compressor is preferred 33 as an at least electric turbocharger (English ETC for Electric Turbo Charger) is formed. The cathode compressor 33 can also be characterized by a in the cathode exhaust path 32 arranged cathode turbine 36 optionally with variable turbine geometry, supported by a common shaft (in 1 not shown, see the 3 to 5 ) be drivable. The cathode turbine 36 represents an expander, which is an expansion of the cathode exhaust gas 6 and thus causes a reduction in the fluid pressure (increase in the efficiency of the fuel cell 10 ).

Die Kathodenversorgung 30 kann gemäß der dargestellten Ausführungsform ferner ein Wastegate 37 beziehungsweise eine Wastegate-Leitung 37 aufweisen, welches beziehungsweise welche den Kathoden-Versorgungspfad 31 beziehungsweise eine Kathoden-Versorgungsleitung mit dem Kathoden-Abgaspfad 32 beziehungsweise einer Kathoden-Abgasleitung verbindet, also einen Bypass für die Brennstoffzelle 10 darstellt. Das Wastegate 37 erlaubt es, einen Massenstrom des Kathoden-Betriebsmediums 5 kurzfristig in der Brennstoffzelle 10 zu reduzieren, ohne den Kathodenverdichter 33 herunterzufahren oder die Brennstoffzelle 10 mit einem entsprechenden Massenstrom des Kathoden-Betriebsmediums 5 zu versorgen, welcher außerhalb eines Betriebsbereichs des Kathodenverdichters 33 liegt. Ein im Wastegate 37 angeordnetes Stellmittel 38 erlaubt eine Einstellung eines Volumenstroms des die Brennstoffzelle 10 gegebenenfalls umgehenden Kathoden-Betriebsmediums 5. The cathode supply 30 may also according to the illustrated embodiment, a wastegate 37 or a wastegate line 37 which or which the cathode supply path 31 or a cathode supply line with the cathode exhaust path 32 or a cathode exhaust pipe connects, so a bypass for the fuel cell 10 represents. The wastegate 37 allows a mass flow of the cathode operating medium 5 short term in the fuel cell 10 reduce without the cathode compressor 33 shut down or the fuel cell 10 with a corresponding mass flow of the cathode operating medium 5 which is outside an operating range of the cathode compressor 33 lies. One in the wastegate 37 arranged adjusting means 38 allows adjustment of a volume flow of the fuel cell 10 optionally immediate cathode operating medium 5 ,

Sämtliche Stellmittel 24, 38, 55 (siehe auch unten) des Brennstoffzellensystems 1 können als regelbare, steuerbare oder nicht regelbare Ventile, Klappen, Drosseln et cetera ausgebildet sein. Zur weiteren Isolierung der Brennstoffzelle 10 von der Umgebung 2 kann wenigstens ein weiteres entsprechendes Stellmittel (nicht dargestellt) an/in einem Anoden-Pfad 21, 22 und/oder einem Kathoden-Pfad 31, 32 beziehungsweise an/in einer Leitung des Anoden-Pfads 21, 22 und/oder einer Leitung des Kathoden-Pfads 31, 32 angeordnet sein. All adjusting means 24 . 38 . 55 (see also below) of the fuel cell system 1 can be designed as controllable, controllable or non-controllable valves, flaps, throttles et cetera. For further insulation of the fuel cell 10 from the surroundings 2 at least one further corresponding adjusting means (not shown) on / in an anode path 21 . 22 and / or a cathode path 31 . 32 or on / in a line of the anode path 21 . 22 and / or a line of the cathode path 31 . 32 be arranged.

Das bevorzugte Brennstoffzellensystem 1 weist ferner einen Feuchteübertrager 39 auf. Der Feuchteübertrager 39 ist einerseits derart im Kathoden-Versorgungspfad 31 angeordnet, dass er vom Kathoden-Betriebsmedium 5 durchströmbar ist. Andererseits ist der Feuchteübertrager derart im Kathoden-Abgaspfad 32 angeordnet, dass er vom Kathoden-Abgas 6 durchströmbar ist. Der Feuchteübertrager 39 ist einerseits im Kathoden-Versorgungspfad 31 bevorzugt zwischen dem Kathodenverdichter 33 und einem Kathodeneingang der Brennstoffzelle 10 und andererseits im Kathoden-Abgaspfad 32 zwischen einem Kathodenausgang der Brennstoffzelle 10 und der gegebenenfalls vorgesehenen Kathodenturbine 36 angeordnet. Ein Feuchteüberträger (nicht dargestellt) des Feuchteübertragers 39 weist bevorzugt eine Mehrzahl von Membranen auf, die oft entweder flächig oder in Form von Hohlfasern ausgebildet sind. The preferred fuel cell system 1 also has a moisture transmitter 39 on. The moisture transmitter 39 On the one hand, this is the case in the cathode supply path 31 arranged it from the cathode operating medium 5 can be flowed through. On the other hand, the moisture transmitter is so in the cathode exhaust path 32 arranged it from the cathode exhaust 6 can be flowed through. The moisture transmitter 39 is on the one hand in the cathode supply path 31 preferably between the cathode compressor 33 and a cathode input of the fuel cell 10 and on the other hand in the cathode exhaust path 32 between a cathode output of the fuel cell 10 and the optionally provided cathode turbine 36 arranged. A moisture carrier (not shown) of the moisture 39 preferably has a plurality of membranes, which are often formed either flat or in the form of hollow fibers.

Verschiedene weitere Einzelheiten des Brennstoffzellensystems 1 beziehungsweise der Brennstoffzelle 10 / des Brennstoffzellenstapels 10, der Anodenversorgung 20 und der Kathodenversorgung 30 sind in der vereinfachten 1 aus Gründen einer Übersichtlichkeit nicht dargestellt. So kann der Feuchteübertrager 39 seitens des Kathoden-Versorgungspfads 31 (siehe einen Feuchteübertrager-Bypass 40 in den 3 bis 5) und/oder seitens des Kathoden-Abgaspfads 32 mittels einer Bypassleitung umgangen werden. Es kann ferner eine Turbinen-Bypassleitung seitens des Kathoden-Abgaspfads 32 vorgesehen sein, welche die Kathodenturbine 36 umgeht (vergleiche die 4). Various other details of the fuel cell system 1 or the fuel cell 10 / of the fuel cell stack 10 , the anode supply 20 and the cathode supply 30 are in the simplified 1 not shown for reasons of clarity. So can the moisture transmitter 39 from the cathode supply path 31 (See a moisture transmitter bypass 40 in the 3 to 5 ) and / or the cathode exhaust path 32 be bypassed by means of a bypass line. There may also be a turbine bypass line from the cathode exhaust path 32 be provided, which is the cathode turbine 36 bypasses (compare the 4 ).

Des Weiteren kann im Anoden-Abgaspfad 22 und/oder im Kathoden-Abgaspfad 32 ein Wasserabscheider verbaut sein, mittels welchem ein aus der betreffenden Teilreaktion der Brennstoffzelle 10 entstehendes Produktwasser kondensierbar und/oder abscheidebar und gegebenenfalls in einen Wassersammler ableitbar ist. Des Weiteren kann die Anodenversorgung 20 alternativ oder zusätzlich einen zur Kathodenversorgung 30 analogen Feuchteübertrager 39 aufweisen. Ferner kann der Anoden-Abgaspfad 22 in den Kathoden-Abgaspfad 32 beziehungsweise vice versa münden, wobei das Anoden-Abgas 4 und das Kathoden-Abgas 6 gegebenenfalls über die gemeinsame Abgaseinrichtung abgeführt werden können. Darüber hinaus kann in Ausführungsbeispielen das Kathoden-Betriebsmedium 5 einen am/im Kathoden-Versorgungspfad 31 vorgesehenen Ladeluftkühler 41 (siehe die 3 bis 5) durchströmen. Furthermore, in the anode exhaust path 22 and / or in the cathode exhaust path 32 a water separator be installed, by means of which a from the relevant partial reaction of the fuel cell 10 resulting product water is condensable and / or separable and optionally derivable into a water collector. Furthermore, the anode supply 20 alternatively or additionally to the cathode supply 30 analog humidity transmitter 39 exhibit. Furthermore, the anode exhaust path 22 in the cathode exhaust path 32 or vice versa, the anode exhaust gas 4 and the cathode off-gas 6 optionally can be removed via the common exhaust device. Moreover, in embodiments, the cathode operating medium 5 a on / in the cathode supply path 31 provided intercooler 41 (see the 3 to 5 ) flow through.

Für einen Schutz der Brennstoffzelle 10 beziehungsweise des Brennstoffzellenstapels 10 ist zusätzlich deren beziehungsweise dessen Stapelgehäuse 16 notwendig, wodurch sich gegebenenfalls Wasserstoff und/oder Kondensat innerhalb des Stapelgehäuses 16 ansammeln kann. Zur Vermeidung eines brennbaren Gasgemischs innerhalb des Stapelgehäuses 16, zum Vermeiden einer Bildung von Kondensat im Stapelgehäuse 16 und/oder für ein Austragen von Wasserstoff beziehungsweise Kondensat aus dem Stapelgehäuse 16 heraus ist eine Stapelgehäuse-Belüftung 50 mit einer durch das Stapelgehäuse 16 hindurchgehenden Belüftungsstrecke 51 vorgesehen. Die 2 zeigt solch eine Stapelgehäuse-Belüftung 50 gemäß dem Stand der Technik, mit einer Belüftungsstrecke 51 und einem an/in der Belüftungsstrecke 51 angeordneten Stapelgehäuse-Lüfter 52, welcher ausschließlich mittels eines Elektromotors antreibbar ist. For protection of the fuel cell 10 or the fuel cell stack 10 is additionally their or its stack case 16 necessary, whereby optionally hydrogen and / or condensate within the stack housing 16 can accumulate. To avoid a combustible gas mixture within the stack housing 16 to avoid formation of condensate in the stack housing 16 and / or for discharging hydrogen or condensate from the stack housing 16 out is a stack case ventilation 50 with one through the stack housing 16 passing ventilation route 51 intended. The 2 shows such a stack housing ventilation 50 according to the prior art, with a ventilation line 51 and one on / in the ventilation section 51 arranged stack housing fan 52 , which is drivable exclusively by means of an electric motor.

Gemäß der Erfindung (siehe die 3 bis 5) erfolgt ein Betrieb des Stapelgehäuse-Lüfters 52 durch eine aus dem Brennstoffzellensystem 1 zur Verfügung stehende Energie. Hierbei kann der Stapelgehäuse-Lüfter 52 ohne einen elektrischen Primärantrieb ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Stapelgehäuse-Lüfter 52 von einer Lüfterturbine 53 antreibbar. Hierbei kann insbesondere eine Enthalpie des Kathoden-Abgases 6 (3 oder 4), eine Energie bei einer Entspannung des Wasserstoffs (5) und/oder eine Energie für ein Purgen (Gasablassen, nicht dargestellt) für einen Antrieb der Lüfterturbine 53 und somit des Stapelgehäuse-Lüfters 52 genutzt werden. Ferner kann ein Energiespeicher in der Stapelgehäuse-Belüftung 50 für einen bevorzugt vergleichsweise kurzzeitigen Betrieb des Stapelgehäuse-Lüfters 52 bei bevorzugt inaktivem Brennstoffzellensystem 1 vorgesehen sein (Sekundärantrieb). According to the invention (see the 3 to 5 ) operation of the stack case fan 52 through one from the fuel cell system 1 available energy. This may be the stack case fan 52 be formed without an electric prime mover. Preferably, the stack case fan 52 from a fan turbine 53 drivable. In this case, in particular, an enthalpy of the cathode exhaust gas 6 ( 3 or 4 ), an energy at a relaxation of the hydrogen ( 5 ) and / or an energy for a purge (gas exhaust, not shown) for a drive of the fan turbine 53 and thus the stack case fan 52 be used. Furthermore, an energy storage in the stack housing ventilation 50 for a preferably comparatively short-term operation of the stack housing fan 52 in preferably inactive fuel cell system 1 be provided (secondary drive).

Bei sämtlichen dargestellten Ausführungsformen der Erfindung saugt der Stapelgehäuse-Lüfter 52 an einem Luftfilter 42 beziehungsweise an einem Luftfilterkasten 42 Luft aus der Umgebung 2 an und transportiert diese durch einen brennstoffzellen-aufwärtigen Abschnitt der Belüftungsstrecke 51, durch das Stapelgehäuse 16 und durch einen Brennstoffzellenabwärtigen Abschnitt der Belüftungsstrecke 51 hindurch, und spült die Brennstoffzelle 10 mit Luft. Hierbei können die Lüfterturbine 53 und der Stapelgehäuse-Lüfter 52 auf einer gemeinsamen Welle sitzen (siehe die 3 bis 5). Es ist natürlich möglich, zwischen der Lüfterturbine 53 und dem Stapelgehäuse-Lüfter 52 ein Getriebe vorzusehen (nicht dargestellt). In all illustrated embodiments of the invention, the stack case fan sucks 52 on an air filter 42 or on an air filter box 42 Air from the environment 2 and transports them through a fuel cell-upwards section of the ventilation section 51 through the stack case 16 and through a fuel cell downstream section of the ventilation section 51 through, and flushes the fuel cell 10 with air. This can be the fan turbine 53 and the stack case fan 52 sitting on a common wave (see the 3 to 5 ). It is of course possible between the fan turbine 53 and the stack case fan 52 to provide a transmission (not shown).

Bei der ersten Ausführungsform (3) der Erfindung ist die Lüfterturbine 53 durch das Kathoden-Abgas 6 antreibbar, wobei die Lüfterturbine 53 stromabwärts der Kathodenturbine 36 am/im Kathoden-Abgaspfad 32 angeordnet ist. Es ist natürlich möglich, die Lüfterturbine 53 stromaufwärts der Kathodenturbine 36 anzuordnen (nicht dargestellt). Das heißt, dass die Lüfterturbine 53 und die Kathodenturbine 36 fluidmechanisch in Reihe geschaltet sind. In the first embodiment ( 3 ) of the invention is the fan turbine 53 through the cathode exhaust 6 drivable, the fan turbine 53 downstream of the cathode turbine 36 on / in the cathode exhaust path 32 is arranged. It is of course possible, the fan turbine 53 upstream of the cathode turbine 36 to arrange (not shown). That means that the fan turbine 53 and the cathode turbine 36 fluid-mechanically connected in series.

Bei der zweiten Ausführungsform (4) der Erfindung ist die Lüfterturbine 53 ebenfalls durch das Kathoden-Abgas 6 antreibbar, wobei die Lüfterturbine 53 an/in einem Kathodenturbinen-Bypass 54 angeordnet ist, mittels welchem die Kathodenturbine 36 im Kathoden-Abgaspfad 32 umgehbar ist. Das heißt, dass die Lüfterturbine 53 und die Kathodenturbine 36 fluidmechanisch parallel geschaltet sind. Bevorzugt ist am/im Kathodenturbinen-Bypass 54 ein Stellmittel 55 zum Einstellen eines Volumenstroms eines Kathoden-Abgases 6 vorgesehen, welches durch den Kathodenturbinen-Bypass 54 hindurchströmbar ist. Hierbei ist das Stellmittel 55 bevorzugt stromaufwärts der Lüfterturbine 53 am/im Kathodenturbinen-Bypass 54 vorgesehen. In the second embodiment ( 4 ) of the invention is the fan turbine 53 also through the cathode exhaust 6 drivable, the fan turbine 53 on / in a cathode turbine bypass 54 is arranged, by means of which the cathode turbine 36 in the cathode exhaust path 32 is bypassable. That means that the fan turbine 53 and the cathode turbine 36 fluidmechanisch are connected in parallel. Preference is given to / in the cathode turbine bypass 54 an actuating agent 55 for adjusting a volume flow of a cathode exhaust gas 6 provided by the cathode turbine bypass 54 can be flowed through. Here is the actuating means 55 preferably upstream of the fan turbine 53 on / in the cathode turbine bypass 54 intended.

Bei der dritten Ausführungsform (5) der Erfindung ist die Lüfterturbine 53 durch das Anoden-Betriebsmedium 3 antreibbar, wobei die Lüfterturbine 53 stromaufwärts einer Gasstrahlpumpe 27 beziehungsweise stromaufwärts der Rezirkulationsleitung 25 am/im Anoden-Versorgungspfad 31 angeordnet ist. Es ist natürlich möglich, statt der Strahlpumpe 27 eine andere Einrichtung zur Versorgung der Brennstoffzelle 10 mit dem Anoden-Betriebsmedium 3 vorzusehen, wie z. B. ein Stellmittel, eine Druckregel- und Dosiereinrichtung et cetera (nicht dargestellt). Hierbei ist die Lüfterturbine 53 bevorzugt zwischen dem Brennstoffspeicher 23 und dem Stellmittel 24 vorgesehen. Auch ein stromabwärtiges Vorsehen der Lüfterturbine 53 hinter dem Stellmittel 24 ist möglich (nicht dargestellt). In the third embodiment ( 5 ) of the invention is the fan turbine 53 through the anode operating medium 3 drivable, the fan turbine 53 upstream of a gas jet pump 27 or upstream of the recirculation line 25 at the anode supply path 31 is arranged. It is of course possible, instead of the jet pump 27 another device for supplying the fuel cell 10 with the anode operating medium 3 to provide such. B. an actuating means, a pressure regulating and metering et cetera (not shown). Here is the fan turbine 53 preferably between the fuel storage 23 and the actuating means 24 intended. Also a downstream provision of the fan turbine 53 behind the actuating means 24 is possible (not shown).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Brennstoffzellensystem, Brennstoffzellenaggregat, bevorzugt für ein Fahrzeug mit einem Elektromotor, insbesondere einem ElektrotraktionsmotorFuel cell system, fuel cell assembly, preferably for a vehicle with an electric motor, in particular an electric traction motor
2 2
Umgebung Surroundings
3 3
Fluid, Betriebsmedium, Reaktant, insbesondere Anoden-Betriebsmedium, eigentlicher Brennstoff, bevorzugt Wasserstoff oder wasserstoffhaltiges GasgemischFluid, operating medium, reactant, in particular anode operating medium, actual fuel, preferably hydrogen or hydrogen-containing gas mixture
4 4
Fluid, Abgas gegebenenfalls inklusive flüssiges Wasser, insbesondere Anoden-Abgas Fluid, exhaust gas optionally including liquid water, in particular anode exhaust gas
5 5
Fluid, Betriebsmedium, Reaktant, insbesondere Kathoden-Betriebsmedium, bevorzugt LuftFluid, operating medium, reactant, in particular cathode operating medium, preferably air
6 6
Fluid, Abgas inklusive gegebenenfalls flüssiges Wasser, insbesondere Kathoden-Abgas, bevorzugt AbluftFluid, exhaust gas including, if appropriate, liquid water, in particular cathode exhaust gas, preferably exhaust air
10 10
Brennstoffzelle, Brennstoffzellenstapel Fuel cell, fuel cell stack
11 11
Einzelzelle mit einer Anodenelektrode der Anode der Brennstoffzelle 10 und einer Kathodenelektrode der Kathode der Brennstoffzelle 10, Einzel-Brennstoffzelle Single cell with an anode electrode of the anode of the fuel cell 10 and a cathode electrode of the cathode of the fuel cell 10 , Single fuel cell
12 12
Anodenraum einer Einzelzelle 11 Anode compartment of a single cell 11
13 13
Kathodenraum der Einzelzelle 11 Cathode space of the single cell 11
14 14
Membran-Elektroden-Einheit, mit bevorzugt einer Polymerelektrolyt-Membran sowie einer Anodenelektrode und einer KathodenelektrodeMembrane electrode unit, preferably with a polymer electrolyte membrane and an anode electrode and a cathode electrode
15 15
Bipolarplatte, Flussfeldplatte, Separatorplatte Bipolar plate, flow field plate, separator plate
16 16
Stapelgehäuse der Brennstoffzelle 10 Stack housing of the fuel cell 10
20 20
Brennstoffzellen-Versorgung, Anodenversorgung, Anodenkreislauf der Brennstoffzelle Fuel cell supply, anode supply, anode circuit of the fuel cell
1010
beziehungsweise des Brennstoffzellenstapels 10 or the fuel cell stack 10
21 21
Pfad, Versorgungspfad, Strömungspfad, Anoden-Versorgungspfad Path, supply path, flow path, anode supply path
22 22
Pfad, Abgaspfad, Strömungspfad, Anoden-Abgaspfad Path, exhaust path, flow path, anode exhaust path
23 23
Brennstoffspeicher, Brennstofftank mit Anoden-Betriebsmedium 3 Fuel storage, fuel tank with anode operating medium 3
24 24
Stellmittel, regelbar, (an)steuerbar, nicht regelbar, insbesondere Ventil, Klappe, Drossel et ceteraAdjusting means, controllable, (controllable), not adjustable, in particular valve, flap, throttle et cetera
25 25
Brennstoff-Rezirkulationsleitung Fuel recirculation line
27 27
Strahlpumpe jet pump
30 30
Brennstoffzellen-Versorgung, Kathodenversorgung, Kathodenkreislauf der Brennstoffzelle 10 beziehungsweise des Brennstoffzellenstapels 10 Fuel cell supply, cathode supply, cathode circuit of the fuel cell 10 or the fuel cell stack 10
31 31
Pfad, Versorgungspfad, Strömungspfad, Kathoden-Versorgungspfad Path, supply path, flow path, cathode supply path
32 32
Pfad, Abgaspfad, Strömungspfad, Kathoden-Abgaspfad Path, exhaust path, flow path, cathode exhaust path
33 33
Verdichter, Kathodenverdichter, Kompressor, Turbolader Compressor, cathode compressor, compressor, turbocharger
34 34
Motor, insbesondere Elektromotor oder Antrieb (gegebenenfalls inklusive Getriebe) Motor, in particular electric motor or drive (if necessary including gear)
35 35
Elektronik, insbesondere Leistungselektronik für den Motor 34 Electronics, in particular power electronics for the motor 34
36 36
Turbine mit gegebenenfalls variabler Turbinengeometrie, Kathodenturbine, Expander Turbine with optionally variable turbine geometry, cathode turbine, expander
37 37
Wastegate, Wastegate-Leitung Wastegate, Wastegate pipe
38 38
Stellmittel, regelbar, (an)steuerbar, nicht regelbar, insbesondere Ventil, Klappe, Drossel et ceteraAdjusting means, controllable, (controllable), not adjustable, in particular valve, flap, throttle et cetera
39 39
Feuchteübertrager, Befeuchter Humidity transformer, humidifier
40 40
Feuchteübertrager-Bypass Moisture exchanger bypass
41 41
Ladeluftkühler Intercooler
42 42
Luftfilter, Luftfilterkasten Air filter, air filter box
50 50
Stapelgehäuse-Belüftung der Brennstoffzelle 10 beziehungsweise des Brennstoffzellenstapels 10 Stacked housing ventilation of the fuel cell 10 or the fuel cell stack 10
51 51
Belüftungsstrecke ventilation path
52 52
Stapelgehäuse-Lüfter Stack Case Fan
53 53
Lüfterturbine fan turbine
54 54
Kathodenturbinen-Bypass Cathode turbine bypass
55 55
Stellmittel, regelbar, (an)steuerbar, nicht regelbar, insbesondere Ventil, Klappe, Drossel et ceteraAdjusting means, controllable, (controllable), not adjustable, in particular valve, flap, throttle et cetera

Claims (10)

Stapelgehäuse-Belüftung (50) für eine Brennstoffzelle (10) eines Brennstoffzellensystems (1) mit einer durch ein Stapelgehäuse (16) der Brennstoffzelle (10) hindurchführenden Belüftungsstrecke (51) und einem an/in der Belüftungsstrecke (51) angeordneten Stapelgehäuse-Lüfter (52) zum Belüften des Stapelgehäuses (16) der Brennstoffzelle (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Stapelgehäuse-Lüfter (52) von einem Fluid (3, 4) in einer Anodenversorgung (20) für die Brennstoffzelle (10) und/oder von einem Fluid (5, 6) in einer Kathodenversorgung (30) für die Brennstoffzelle (10) fluidmechanisch antreibbar ist. Stack case ventilation ( 50 ) for a fuel cell ( 10 ) of a fuel cell system ( 1 ) with a through a stack housing ( 16 ) of the fuel cell ( 10 ) passing through ventilation section ( 51 ) and one on / in the ventilation section ( 51 ) stacked stacker fans ( 52 ) for aerating the stack housing ( 16 ) of the fuel cell ( 10 ), characterized in that the stack case fan ( 52 ) of a fluid ( 3 . 4 ) in an anode supply ( 20 ) for the fuel cell ( 10 ) and / or of a fluid ( 5 . 6 ) in a cathode supply ( 30 ) for the fuel cell ( 10 ) is fluid-mechanically driven. Stapelgehäuse-Belüftung (50) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelgehäuse-Belüftung (50) derart ausgebildet ist, dass der Stapelgehäuse-Lüfter (52) mittels eines Anoden-Betriebsmediums (3), eines Anoden-Abgases (4), eines Kathoden-Betriebsmediums (5) und/oder eines Kathoden-Abgases (6) fluidmechanisch antreibbar ist, wobei eine Enthalpie zum Antrieb des Stapelgehäuse-Lüfters (52) dem Anoden-Betriebsmedium (3), dem Kathoden-Abgas (6) oder einem Purgegas entnehmbar ist. Stack case ventilation ( 50 ) according to claim 1, characterized in that the stack housing ventilation ( 50 ) is designed such that the stack housing fan ( 52 ) by means of an anode operating medium ( 3 ), an anode exhaust gas ( 4 ), a cathode operating medium ( 5 ) and / or a cathode exhaust gas ( 6 ) is fluid-mechanically driven, wherein an enthalpy for driving the stack housing fan ( 52 ) the anode operating medium ( 3 ), the cathode exhaust ( 6 ) or a purge gas can be removed. Stapelgehäuse-Belüftung (50) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapelgehäuse-Lüfter (52) mittels einer Lüfterturbine (53) an/in der Anodenversorgung (20), insbesondere an/in einem Anoden-Versorgungspfad (21), oder mittels einer Lüfterturbine (53) an/in der Kathodenversorgung (30), insbesondere an/in einem Kathoden-Abgaspfad (32), fluidmechanisch antreibbar ist. Stack case ventilation ( 50 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the stack case fan ( 52 ) by means of a fan turbine ( 53 ) at the anode supply ( 20 ), in particular on / in an anode supply path ( 21 ), or by means of a fan turbine ( 53 ) on / in the cathode supply ( 30 ), in particular on / in a cathode exhaust path ( 32 ), is fluid-mechanically driven. Stapelgehäuse-Belüftung (50) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterturbine (53) stromaufwärts einer Brennstoff-Rezirkulationsleitung (25) im Anoden-Versorgungspfad (21) angeordnet ist, die Lüfterturbine (53) im Kathoden-Abgaspfad (32) fluidmechanisch in Reihe mit einer Kathodenturbine (36) geschaltet ist, die Lüfterturbine (53) am Kathoden-Abgaspfad (32) fluidmechanisch parallel zur Kathodenturbine (36) geschaltet ist, oder die Lüfterturbine (53) in einem Fluidpfad zwischen einer Anode und einer Kathode der Brennstoffzelle (10) angeordnet ist. Stack case ventilation ( 50 ) according to claim 3, characterized in that the fan turbine ( 53 ) upstream of a fuel recirculation line ( 25 ) in the anode supply path ( 21 ), the fan turbine ( 53 ) in the cathode exhaust path ( 32 ) fluid-mechanically in series with a cathode turbine ( 36 ), the fan turbine ( 53 ) at the cathode exhaust path ( 32 ) fluid mechanically parallel to the cathode turbine ( 36 ), or the fan turbine ( 53 ) in a fluid path between an anode and a cathode of the fuel cell ( 10 ) is arranged. Stapelgehäuse-Belüftung (50) gemäß Anspruche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapelgehäuse-Lüfter (52) und die Lüfterturbine (53) zusammen oder voneinander getrennt vorgesehen sind. Stack case ventilation ( 50 ) according to claim 3 or 4, characterized in that the stack housing fan ( 52 ) and the fan turbine ( 53 ) are provided together or separately. Stapelgehäuse-Belüftung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelgehäuse-Belüftung (50), der Stapelgehäuse-Lüfter (52) oder die Lüfterturbine (53) einen Energiespeicher für ein Antreiben des Stapelgehäuse-Lüfters (52) aufweist. Stack case ventilation ( 50 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the stack housing ventilation ( 50 ), the stack case fan ( 52 ) or the fan turbine ( 53 ) an energy storage for driving the stack case fan ( 52 ) having. Stapelgehäuse-Belüftung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapelgehäuse-Lüfter (52) ferner elektromechanisch antreibbar ist, wofür die Stapelgehäuse-Belüftung (50), der Stapelgehäuse-Lüfter (52) oder die Lüfterturbine (53) einen Elektromotor aufweist und gegebenenfalls eine Einrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie umfasst, mittels welcher der Elektromotor antreibbar ist. Stack case ventilation ( 50 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the stack housing fan ( 52 ) is also electromechanically driven, for which the stack housing ventilation ( 50 ), the stack case fan ( 52 ) or the fan turbine ( 53 ) comprises an electric motor and optionally comprises a device for storing electrical energy, by means of which the electric motor is drivable. Stapelgehäuse-Belüftung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Stapelgehäuse-Belüftung (50) ferner ein weiteres Bauteil und/oder eine weitere Baugruppe belüftbar oder kühlbar ist. Stack case ventilation ( 50 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that by means of the stack housing ventilation ( 50 ) Furthermore, another component and / or a further module can be ventilated or cooled. Stapelgehäuse-Belüftung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapelgehäuse-Lüfter (52) direkt am oder im Stapelgehäuse (16) der Brennstoffzelle (10) vorgesehen ist. Stack case ventilation ( 50 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the stack housing fan ( 52 ) directly on or in the stack housing ( 16 ) of the fuel cell ( 10 ) is provided. Brennstoffzellensystem (1) oder Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug, mit einem Brennstoffzellensystem (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (1) eine Stapelgehäuse-Belüftung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist. Fuel cell system ( 1 ) or vehicle, in particular electric vehicle, with a fuel cell system ( 1 ), characterized in that the fuel cell system ( 1 ) a stack housing ventilation ( 50 ) according to one of claims 1 to 9.
DE102015117055.8A 2015-10-07 2015-10-07 Stack case ventilation, fuel cell system and vehicle Granted DE102015117055A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015117055.8A DE102015117055A1 (en) 2015-10-07 2015-10-07 Stack case ventilation, fuel cell system and vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015117055.8A DE102015117055A1 (en) 2015-10-07 2015-10-07 Stack case ventilation, fuel cell system and vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015117055A1 true DE102015117055A1 (en) 2017-04-13

Family

ID=58405418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015117055.8A Granted DE102015117055A1 (en) 2015-10-07 2015-10-07 Stack case ventilation, fuel cell system and vehicle

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015117055A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018209480A1 (en) * 2018-06-13 2019-12-19 Elringklinger Ag Fuel cell device, method for operating a fuel cell device and vehicle
WO2021083578A1 (en) * 2019-10-29 2021-05-06 Robert Bosch Gmbh Method for operating a fuel cell system
CN114342131A (en) * 2019-06-26 2022-04-12 罗伯特·博世有限公司 Fuel cell system having a ventilation line and/or a compressor ventilation line, method for ventilating a housing of a fuel cell system, and motor vehicle

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19956376A1 (en) * 1999-11-24 2001-06-13 Xcellsis Gmbh Arrangement with fuel cells and gas supply system and method for operating the arrangement
DE10024570A1 (en) * 2000-05-19 2002-04-18 Xcellsis Gmbh Fuel cell system and method for operating the fuel cell system
DE19955291B4 (en) * 1998-11-18 2005-03-03 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki, Kariya Fuel cell system with common scroll compressor and spiral regenerator
DE102007052831A1 (en) * 2006-11-09 2008-05-29 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Turbo Compressor shutdown
DE10306234B4 (en) * 2003-02-04 2009-09-17 Daimler Ag Method for supplying air to a fuel cell and apparatus for carrying out the method
DE102006049031B4 (en) * 2006-10-13 2009-10-22 Futuree Fuel Cell Solutions Gmbh Carrying container of a power supply unit with fuel cells, its use and method for risk reduction
DE102012001602A1 (en) * 2012-01-26 2013-08-01 Daimler Ag Anode circuit of fuel cell system mounted in vehicle, has recirculation conveying device for anode gas exhaust, which is provided in form of gas jet pump by which fuel flowing to fuel cell is driven as propellant gas stream

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19955291B4 (en) * 1998-11-18 2005-03-03 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki, Kariya Fuel cell system with common scroll compressor and spiral regenerator
DE19956376A1 (en) * 1999-11-24 2001-06-13 Xcellsis Gmbh Arrangement with fuel cells and gas supply system and method for operating the arrangement
DE10024570A1 (en) * 2000-05-19 2002-04-18 Xcellsis Gmbh Fuel cell system and method for operating the fuel cell system
DE10306234B4 (en) * 2003-02-04 2009-09-17 Daimler Ag Method for supplying air to a fuel cell and apparatus for carrying out the method
DE102006049031B4 (en) * 2006-10-13 2009-10-22 Futuree Fuel Cell Solutions Gmbh Carrying container of a power supply unit with fuel cells, its use and method for risk reduction
DE102007052831A1 (en) * 2006-11-09 2008-05-29 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Turbo Compressor shutdown
DE102012001602A1 (en) * 2012-01-26 2013-08-01 Daimler Ag Anode circuit of fuel cell system mounted in vehicle, has recirculation conveying device for anode gas exhaust, which is provided in form of gas jet pump by which fuel flowing to fuel cell is driven as propellant gas stream

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018209480A1 (en) * 2018-06-13 2019-12-19 Elringklinger Ag Fuel cell device, method for operating a fuel cell device and vehicle
CN114342131A (en) * 2019-06-26 2022-04-12 罗伯特·博世有限公司 Fuel cell system having a ventilation line and/or a compressor ventilation line, method for ventilating a housing of a fuel cell system, and motor vehicle
WO2021083578A1 (en) * 2019-10-29 2021-05-06 Robert Bosch Gmbh Method for operating a fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017067966A2 (en) Arrangement for a cathode recirculation in a fuel cell and method for cathode recirculation
DE102015202089A1 (en) Fuel cell system and vehicle with such
DE102011014969B4 (en) A method of operating a fuel cell system in a standby mode
DE102009009675A1 (en) Fuel cell system with at least one fuel cell
DE102015222635A1 (en) Fuel cell system and method for recycling water in a fuel cell system
DE102016200208A1 (en) Fuel cell system with a common rail system for connecting multiple fuel cell stack and vehicle with such a fuel cell system
DE102015207600A1 (en) Method for controlling an operating point change of a fuel cell stack and fuel cell system
DE102004017848B4 (en) Method for operating a fuel cell system and a fuel cell system
WO2016124575A1 (en) Fuel cell system and method for operating a fuel cell system
DE102007009897B4 (en) Freezable compact fuel cell system with improved humidification and removal of excess water and nitrogen trapped, as well as fuel cell system design
DE102014227014A1 (en) Fuel cell system and vehicle with such
DE102014224135B4 (en) Method for shutting down a fuel cell stack and fuel cell system
DE102015200473B4 (en) Method for transferring a fuel cell system to a standby mode and corresponding fuel cell system
DE102015221597A1 (en) Cathode supply for a fuel cell
DE102016116214A1 (en) Method for operating and ensuring a frost start capability of a fuel cell vehicle
DE102016115789A1 (en) Fuel cell and method for operating a fuel cell
DE102016118346A1 (en) Cathode supply for a fuel cell
DE102015117055A1 (en) Stack case ventilation, fuel cell system and vehicle
DE102011100839B4 (en) Fuel cell assembly
DE102015218751A1 (en) Heat-moisture transmission device for fuel cell, and fuel cell system and vehicle with such
DE102015214188A1 (en) Stack arrangement comprising two fuel cell stack and fuel cell system and vehicle with such
WO2017072000A1 (en) Cathode supply for a fuel cell group and method for supplying fuel cell units with a cathode operating medium
DE102015218769A1 (en) Moisture transmitter and fuel cell system and vehicle with such
DE102017214726A1 (en) Method for evaluating a coolant flow of a coolant circuit of a fuel cell system, fuel cell system and vehicle
DE102017107577A1 (en) power plant

Legal Events

Date Code Title Description
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008040000

Ipc: H01M0008041110

R163 Identified publications notified
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VOLKSWAGEN AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: VOLKSWAGEN AG, 38440 WOLFSBURG, DE

Owner name: AUDI AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: VOLKSWAGEN AG, 38440 WOLFSBURG, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: GULDE & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWALTSKANZL, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: HENTRICH PATENT- & RECHTSANWAELTE PARTG MBB, DE

Representative=s name: HENTRICH PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: HENTRICH PATENT- & RECHTSANWALTSPARTNERSCHAFT , DE

Representative=s name: HENTRICH PATENT- & RECHTSANWAELTE PARTG MBB, DE

Representative=s name: HENTRICH PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE

R012 Request for examination validly filed
R018 Grant decision by examination section/examining division