DE102016200208A1 - Fuel cell system with a common rail system for connecting multiple fuel cell stack and vehicle with such a fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system with a common rail system for connecting multiple fuel cell stack and vehicle with such a fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
DE102016200208A1
DE102016200208A1 DE102016200208.2A DE102016200208A DE102016200208A1 DE 102016200208 A1 DE102016200208 A1 DE 102016200208A1 DE 102016200208 A DE102016200208 A DE 102016200208A DE 102016200208 A1 DE102016200208 A1 DE 102016200208A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
cell system
cathode
anode
path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102016200208.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Konstantin Jonas
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 DE102016200208.2A priority Critical patent/DE102016200208A1/en
Publication of DE102016200208A1 publication Critical patent/DE102016200208A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • 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

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

Abstract

Um ein Brennstoffzellensystem (100) mit mindestens zwei Brennstoffzellenstapeln (10), eine Anodenversorgung (20) mit einem Anodenversorgungspfad (21) und eine Kathodenversorgung (30) mit einem Kathodenversorgungspfad (31) aufweisend, bereitzustellen, dessen Leistung für spezifische Anforderungen technisch einfach angepasst werden kann und bei Defekten der Brennstoffzellen einfach und kostengünstig zu reparieren ist, wird vorgeschlagen, dass jeder der mindestens zwei Brennstoffzellenstapel (10) separat über ein Stellmittel mit dem Anodenversorgungspfad (21) und dem Kathodenversorgungspfad (31) verbunden ist. Zudem wird ein Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem offenbart.To provide a fuel cell system (100) having at least two fuel cell stacks (10), an anode supply (20) with an anode supply path (21) and a cathode supply (30) with a cathode supply path (31) whose performance is technically easily adapted to specific requirements can be easily and inexpensively repaired in case of defects of the fuel cells, it is proposed that each of the at least two fuel cell stacks (10) is separately connected via an adjusting means to the anode supply path (21) and the cathode supply path (31). In addition, a vehicle is disclosed with such a fuel cell system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit mindestens zwei Brennstoffzellenstapeln, eine Anodenversorgung mit einem Anodenversorgungspfad und eine Kathodenversorgung mit einem Kathodenversorgungspfad aufweisend. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, das ein solches Brennstoffzellensystem aufweist. The invention relates to a fuel cell system having at least two fuel cell stacks, an anode supply having an anode supply path and a cathode supply having a cathode supply path. The invention further relates to a vehicle having such a fuel cell system.

Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Anordnung (MEA für membrane electrode assembly), die ein Gefüge aus einer ionenleitenden (meist protonenleitenden) Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten katalytischen Elektrode (Anode und Kathode) ist. Letztere umfassen zumeist geträgerte Edelmetalle, insbesondere Platin. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Anordnung an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl im Stapel (stack) angeordneter MEA gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen den einzelnen Membran-Elektroden-Anordnungen sind in der Regel Bipolarplatten (auch Flussfeld- oder Separatorplatten genannt) angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten, sicherstellen und üblicherweise auch der Kühlung dienen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Anordnungen. Fuel cells use the chemical transformation of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells contain as a core component the so-called membrane electrode assembly (MEA for membrane electrode assembly), which is a microstructure of an ion-conducting (usually proton-conducting) membrane and in each case on both sides of the membrane arranged catalytic electrode (anode and cathode). The latter mostly comprise supported noble metals, in particular platinum. In addition, gas diffusion layers (GDL) can be arranged on both sides of the membrane-electrode arrangement on the sides of the electrodes facing away from the membrane. As a rule, the fuel cell is formed by a multiplicity of stacked MEAs whose electrical powers add up. As a rule, bipolar plates (also called flow field plates or separator plates) are arranged between the individual membrane electrode assemblies, which ensure that the individual cells are supplied with the operating media, ie the reactants, and are usually also used for cooling. In addition, the bipolar plates provide an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies.

Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff (Anodenbetriebsmedium), insbesondere Wasserstoff H2 oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, über ein anodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu Protonen H+ unter Abgabe von Elektronen stattfindet (H2 → 2 H+ + 2 e–). Über den Elektrolyten oder die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird über ein kathodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch (zum Beispiel Luft) als Kathodenbetriebsmedium zugeführt, sodass eine Reduktion von O2 zu O2– unter Aufnahme der Elektronen stattfindet (½O2 + 2e– → O2–). Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum die Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser (O2– + 2H+ → H2O). During operation of the fuel cell, the fuel (anode operating medium), in particular hydrogen H 2 or a hydrogen-containing gas mixture, is supplied to the anode via an anode-side open flow field of the bipolar plate, where an electrochemical oxidation of H 2 to protons H + takes place with release of electrons (H 2 → 2 H + + 2 e - ). Via the electrolyte or the membrane, which separates the reaction spaces gas-tight from each other and electrically isolated, takes place (water-bound or anhydrous) transport of the protons from the anode compartment into the cathode compartment. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line. The cathode is supplied via a cathode-side open flow field of the bipolar plate oxygen or an oxygen-containing gas mixture (for example air) as a cathode operating medium, so that a reduction of O 2 to O 2- with absorption of the electrons takes place (½O 2 + 2e - → O 2-) , At the same time, the oxygen anions in the cathode compartment react with the protons transported via the membrane to form water (O 2- + 2H + → H 2 O).

Bei dem Betrieb der Brennstoffzelle entsteht durch die Brennstoffzellenreaktion Wärme, weswegen der Brennstoffzellenstapel in einen Kühlkreis eingebunden ist, der die Abwärme über ein Kühlmittel abführt. Die Kühlung des Kühlmittels erfolgt beispielsweise durch einen Luftkühler, im Falle eines Fahrzeugs üblicherweise ein Fahrzeugkühler. In the operation of the fuel cell, heat is generated by the fuel cell reaction, which is why the fuel cell stack is integrated into a cooling circuit, which dissipates the waste heat via a coolant. The cooling of the coolant takes place for example by an air cooler, in the case of a vehicle usually a vehicle radiator.

Es werden für Brennstoffzellenantriebe je nach gewünschter Spannung beziehungsweise Leistung spezifische Brennstoffzellenstapel beziehungsweise Brennstoffzellensysteme bereitgestellt. Dazu wird eine entsprechende Anzahl von Brennstoffzellen zu Brennstoffzellenstapeln zusammengefügt beziehungsweise eine entsprechende Anzahl von Brennstoffzellenstapeln eingesetzt. Depending on the desired voltage or power, specific fuel cell stacks or fuel cell systems are provided for fuel cell drives. For this purpose, a corresponding number of fuel cells are assembled into fuel cell stacks or a corresponding number of fuel cell stacks are used.

Nachteilig dabei ist, dass aus mechanischen Gründen nur eine begrenzte Anzahl von Brennstoffzellen stapelbar ist und bei einer Verschaltung von mehreren Brennstoffzellenstapeln der technische Aufwand für die Verschaltung der Brennstoffzellenstapel relativ hoch und kostenintensiv ist. A disadvantage is that for mechanical reasons, only a limited number of fuel cells is stackable and the interconnection of several fuel cell stacks of the technical complexity of the interconnection of the fuel cell stack is relatively high and costly.

Um dieses Problem zu lösen, ist aus der DE 10 2004 060 526 A1 ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel bekannt, der auf beiden Seiten mit einer Endplatte versehen ist und dessen Versorgung mit flüssigen und gasförmigen Betriebsmitteln durch die Endplatten hindurch erfolgt. Zudem sind die Endplatten derart beschaffen, dass diese jeweils alle Anschlusselemente für die Zu-und Ableitung der Betriebsmittel aufweisen. Somit können derartige Brennstoffzellenstapel über ihre Endplatten zu größeren Einheiten verbunden werden. Bei Defekten von Brennstoffzellen oder -stapeln ist jedoch eine Demontage der Einheiten notwendig, um diese zu beheben. To solve this problem is out of the DE 10 2004 060 526 A1 a fuel cell system with a fuel cell stack is known, which is provided on both sides with an end plate and its supply of liquid and gaseous resources through the end plates through it. In addition, the end plates are such that they each have all connection elements for the supply and discharge of the resources. Thus, such fuel cell stacks can be connected via their end plates to larger units. However, in the event of fuel cell or stack failure, it is necessary to disassemble the units to correct them.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, dessen Leistung für spezifische Anforderungen technisch einfach angepasst werden kann. Zudem soll das Brennstoffzellensystem bei Defekten der Brennstoffzellen einfach und kostengünstig zu reparieren sein. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system whose performance can be technically easily adapted to specific requirements. In addition, the fuel cell system should be easy and inexpensive to repair in case of fuel cell defects.

Es wird ein Brennstoffzellensystem mit mindestens zwei Brennstoffzellenstapeln, eine Anodenversorgung mit einem Anodenversorgungspfad und eine Kathodenversorgung mit einem Kathodenversorgungspfad aufweisend vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäß jeder der mindestens zwei Brennstoffzellenstapel separat über ein Stellmittel mit dem Anodenversorgungspfad und dem Kathodenversorgungspfad verbunden ist. A fuel cell system having at least two fuel cell stacks, an anode supply having an anode supply path, and a cathode supply having a cathode supply path is proposed, in which, according to the invention, each of the at least two fuel cell stacks is connected separately to the anode supply path and the cathode supply path via an adjusting means.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Brennstoffzellensystems weisen Brennstoffzellenstapel auf, die jeweils 50 kW aufweisen, sodass bei den mindestens zwei Brennstoffzellenstapeln 100 kW gegeben sind. Andere Ausführungsformen können beispielsweise auch vier entsprechende Stapel aufweisen, sodass ein breites Leistungsspektrum gegeben ist. Doch in Abhängigkeit vom Einsatzbereich kann das Brennstoffzellensystem ohne Beschränkung mit einer entsprechenden Anzahl von Brennstoffzellenstapeln ausgestattet werden, deren Leistung von den genannten 50 kW unterschiedlich sein kann. Preferred embodiments of the fuel cell system have fuel cell stacks, each having 50 kW, so given the at least two fuel cell stacks 100 kW are. Other embodiments may for example also have four corresponding stacks, so that a broad power spectrum is given. However, depending on the field of application, the fuel cell system can be equipped without restriction with a corresponding number of fuel cell stacks, the performance of which may be different from the above 50 kW.

Vorzugsweise weist das Brennstoffzellensystem auch ein Kühlsystem mit einem Kühlmittelpfad auf, an das die mindestens zwei Brennstoffzellenstapel ebenfalls separat über ein Stellmittel eingebunden sind. Preferably, the fuel cell system also has a cooling system with a coolant path to which the at least two fuel cell stacks are also incorporated separately via an actuating means.

Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem stellt somit ein Common-Rail-System zur Anbindung von zumindest zwei Brennstoffzellenstapeln bereit. Die Ausgestaltung eines Brennstoffzellensystems ermöglicht es, die Brennstoffzellenstapel mit den dazugehörigen Stellmitteln als einzelne Einheiten bereitzustellen und miteinander zu dem Brennstoffzellensystem zu montieren. Als Basis des Brennstoffzellensystems stehen die sonstigen Komponenten, wie Kathodenversorgung und Anodenversorgung bereit, an die die Einheiten (Brennstoffzellenstapel mit dazugehörigen Komponenten) über die Stellmittel angeschlossen werden. The fuel cell system according to the invention thus provides a common rail system for connecting at least two fuel cell stacks. The configuration of a fuel cell system makes it possible to provide the fuel cell stacks with the associated adjusting means as individual units and to assemble them to the fuel cell system. As a basis of the fuel cell system are the other components, such as cathode supply and anode supply ready, to which the units (fuel cell stack with associated components) are connected via the actuating means.

Dies ermöglicht die Verwendung einer Vielzahl von Gleichteilen zur Ausbildung des Brennstoffzellensystems und zudem dessen Skalierbarkeit in Abhängigkeit der Anzahl der verwendeten Brennstoffzellenstapel (Einheiten). Die für die Bereitstellung von zumindest zwei Brennstoffzellenstapeln als Gleichteile ausgebildeten Komponenten sind vorzugsweise die Stellmittel für die Bereitstellung der Betriebsmedien (auch des Kühlmittels), aber auch Fördereinrichtungen für die Betriebsmedien, wie Gebläse oder Strahlpumpen, vorgesehen. Dies gilt auch für andere Pfade für die Betriebsmedien beziehungsweise Abgase, beispielsweise bei der Wasserstoffrezirkulation. Für Komponenten wie die Fördereinrichtungen können diese alternativ auch lediglich entsprechend der Anzahl der Brennstoffzellenstapel dimensioniert sein. This allows the use of a plurality of identical parts for forming the fuel cell system and also its scalability depending on the number of fuel cell stacks used (units). The components designed to provide at least two fuel cell stacks as equal parts are preferably the setting means for the provision of the operating media (also of the coolant), but also conveyors for the operating media, such as blowers or jet pumps, are provided. This also applies to other paths for the operating media or exhaust gases, for example in the hydrogen circulation. For components such as the delivery devices, these can alternatively also be dimensioned only according to the number of fuel cell stacks.

Vorzugsweise werden als Stellmittel zur Anbindung des Brennstoffzellenstapels an die Anoden- beziehungsweise Kathodenversorgung Druckregelventile eingesetzt, da somit über den vorgebbaren Ausgangsdruck der Druckregelventile die Anode beziehungsweise die Kathode konstant mit den erforderlichen Betriebsmedien versorgt werden können, unabhängig von Druckschwankungen beim Eingangsdruck, beispielsweise durch Abschalten oder Anschalten eines Brennstoffzellenstapels (Einheit) zur Leistungsanpassung des Brennstoffzellensystems während des Betriebes. Preferably, pressure regulating valves are used as adjusting means for connecting the fuel cell stack to the anode or cathode supply, since the anode or cathode can thus be constantly supplied with the required operating media via the predeterminable output pressure of the pressure regulating valves, regardless of pressure fluctuations at the inlet pressure, for example by switching off or switching on a fuel cell stack (unit) for power adjustment of the fuel cell system during operation.

Um den jeweiligen Brennstoffzellenstapel in den Kühlkreislauf einzubinden, werden vorzugsweise regelbare Dreiwege-Ventile als einfache und kostengünstige Stellmittel eingesetzt. Über diese kann bei Bedarf der Zulauf des Kühlmittels zum Brennstoffzellenstapel bei einer Leistungsanpassung vollkommen unterbunden und auch wieder ermöglicht werden. In order to integrate the respective fuel cell stack in the cooling circuit, preferably controllable three-way valves are used as simple and inexpensive actuating means. If necessary, the supply of the coolant to the fuel cell stack can be completely suppressed and also made possible again when the power is adjusted.

Die Brennstoffzellenstapel verfügen naturgemäß über einen Anodenabgaspfad und einen Kathodenabgaspfad, die wie nach dem Stand der Technik üblich vereinigt werden können. Entsprechende Ausgestaltungen sind in der Figurenbeschreibung erläutert. The fuel cell stacks naturally have an anode exhaust path and a cathode exhaust path, which can be combined as is conventional in the art. Corresponding embodiments are explained in the description of the figures.

Vorzugsweise verfügen Anodenabgaspfad und Kathodenabgaspfad jeweils über geeignete Stellmittel, vorzugsweise Dreiwegeventile zur Abtrennung vom jeweiligen Brennstoffzellenstapel, sodass auch in diesem Bereich eine Außerbetriebnahme von einzelnen Brennstoffzellenstapeln möglich ist. Preferably, the anode exhaust path and the cathode exhaust path each have suitable adjusting means, preferably three-way valves for separation from the respective fuel cell stack, so that in this area a decommissioning of individual fuel cell stacks is possible.

Bevorzugter Weise können die Brennstoffzellenstapel sowohl elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet werden. Auch eine Kombination von Reihen- oder Parallelschaltung ist vorzugsweise vorgesehen, um das Brennstoffzellensystem mit einer größtmöglichen Vielfalt skalieren zu können. Preferably, the fuel cell stacks may be electrically connected in series or in parallel. A combination of series or parallel connection is also preferably provided in order to be able to scale the fuel cell system with the greatest possible diversity.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, sind die Brennstoffzellen derart elektrisch verschaltet, dass für jeden Brennstoffzellenstapel die Eignung für Reihen- oder Parallelschaltung gegeben ist. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the fuel cells are electrically connected such that the suitability for series or parallel connection is given for each fuel cell stack.

Das Brennstoffzellensystem verfügt vorzugsweise über eine Steuereinrichtung, mit der beispielsweise Leistungsanpassungen vorgenommen werden können oder bei Fehlern einzelne Brennstoffzellenstapel abgeschaltet werden können, sodass nicht das gesamte Brennstoffzellensystem nicht mehr nutzbar ist. The fuel cell system preferably has a control device with which, for example, power adjustments can be made or, in the case of errors, individual fuel cell stacks can be switched off, so that the entire fuel cell system is no longer usable.

In Kombination mit der Steuereinrichtung weist das Brennstoffzellensystem vorzugsweise Sensoren zur Überwachung von Zustandsgrößen der zumindest zwei Brennstoffzellenstapel auf, deren Daten an die Steuereinrichtung übermittelbar sind, um beispielsweise Defekte von Brennstoffzellenstapeln zu erkennen und in Verbindung mit der Steuereinrichtung darauf reagieren zu können. Natürlich werden die ermittelten Zustandsgrößen auch für die Steuerung des Betriebs des Brennstoffzellensystems herangezogen, wie nachfolgend noch erläutert wird. In combination with the control device, the fuel cell system preferably has sensors for monitoring state variables of the at least two fuel cell stacks whose data can be transmitted to the control device in order, for example, to detect defects in fuel cell stacks and to be able to react to them in connection with the control device. Of course, the determined state variables are also used for the control of the operation of the fuel cell system, as will be explained below.

Durch das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem wird es vorteilhafterweise ermöglicht, bei Reparaturen auch nur einzelne Brennstoffzellenstapel zu ersetzen, sodass der Wartungsaufwand reduziert werden kann. Zudem kann bei Bedarf ein bestehendes Brennstoffzellensystem um ein oder mehrere Brennstoffzellenstapel erweitert werden. Daher ist es auch vorzugsweise vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem über den jeweiligen Bedarf hinaus Anschlussmöglichkeiten für weitere Brennstoffzellenstapel aufweist. The fuel cell system according to the invention advantageously makes it possible to replace only individual fuel cell stacks during repairs, so that the maintenance effort can be reduced. In addition, if necessary, a existing fuel cell system can be extended by one or more fuel cell stacks. Therefore, it is also preferably provided that the fuel cell system has connection possibilities for further fuel cell stacks beyond the respective requirement.

Derartige Anschlussmöglichkeiten können vom Fachmann in unterschiedlicher Art und Weise bereitgestellt werden. Wichtig dabei ist lediglich, dass diese bereits vorgesehen sind, zu einem späteren Zeitpunkt einzelne Einheiten in das Brennstoffzellensystem einzubinden. Such connection possibilities can be provided by the skilled person in different ways. The important thing is that they are already provided to integrate individual units in the fuel cell system at a later date.

Insgesamt bietet das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile:

  • – Skalierbares Brennstoffzellensystem, das aus Sätzen von Komponenten aus Gleichteilen Brennstoffzellenantriebe mehrerer Leistungsklassen kostengünstig bereitgestellt werden kann,
  • – partieller Betrieb des Brennstoffzellensystems ermöglicht einen einfach zu realisierenden Bestpunktbetrieb, beispielsweise durch Abschaltung einzelner Brennstoffzellenstapel im Teillastbetrieb, sodass insgesamt der Betrieb der verbleibenden Brennstoffzellenstapel im Effizienzmaximum realisiert wird,
  • – partieller Betrieb ermöglicht eine optimierte Leistungsverteilung beim Start des Brennstoffzellensystems je nach Erreichen des Betriebspunkts, beispielsweise durch verzögertes Zuschalten der einzelnen Brennstoffzellenstapel und damit schnelleres Aufwärmen des ersten in Betrieb genommenen Brennstoffzellenstapels,
  • – partieller Betrieb vermeidet lebensdauerkritische Zustände durch optimiertes Zu-/Abschalten einzelner Brennstoffzellenstapel,
  • – Erhöhung der Zuverlässigkeit des Brennstoffzellensystems, da durch Ausfall einer Komponente nur ein Brennstoffzellenstapel, aber nicht der gesamte Antrieb ausfällt.
Overall, the fuel cell system according to the invention offers the following advantages over the prior art:
  • Scalable fuel cell system, which can be cost-effectively provided from sets of components of common parts fuel cell drives of multiple power classes,
  • Partial operation of the fuel cell system enables an easy-to-implement Bestpunktbetrieb, for example, by switching off individual fuel cell stack in partial load operation, so that overall the operation of the remaining fuel cell stack is realized in the maximum efficiency,
  • Partial operation enables an optimized power distribution at the start of the fuel cell system depending on reaching the operating point, for example by delayed connection of the individual fuel cell stacks and thus faster warming up of the first fuel cell stack put into operation.
  • - partial operation avoids life-critical conditions by optimized switching on / off of individual fuel cell stacks,
  • Increasing the reliability of the fuel cell system, since failure of a component only one fuel cell stack, but not the entire drive fails.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem aufweist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug, bei dem eine von dem Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie vorzugsweise der Versorgung eines Elektrotraktionsmotors und/oder einer Traktionsbatterie dient. Another aspect of the invention relates to a vehicle having a fuel cell system according to the invention. The vehicle is preferably an electric vehicle, in which an electrical energy generated by the fuel cell system preferably serves to supply an electric traction motor and / or a traction battery.

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

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar. The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.

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

1 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems nach dem Stand der Technik, 1 a block diagram of a fuel cell system according to the prior art,

2 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems mit drei Brennstoffzellenstapeln, und 2 a simplified block diagram of a fuel cell system according to the invention with three fuel cell stacks, and

3 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems mit fünf Brennstoffzellenstapeln. 3 a simplified block diagram of a fuel cell system according to the invention with five fuel cell stacks.

1 zeigt ein insgesamt mit 100‘ bezeichnetes Brennstoffzellensystem gemäß Stand der Technik. Das Brennstoffzellensystem 100‘ umfasst als Kernkomponente einen Brennstoffzellenstapel 10. Der Brennstoffzellenstapel 10 weist einen Anodenraum 11 sowie einen Kathodenraum 12 auf, welche von einer ionenleitfähigen Polymerelektrolytmembran 13 voneinander getrennt sind. 1 shows a total of 100 ' designated fuel cell system according to the prior art. The fuel cell system 100 ' comprises as a core component a fuel cell stack 10 , The fuel cell stack 10 has an anode compartment 11 and a cathode compartment 12 which of an ion-conductive polymer electrolyte membrane 13 are separated from each other.

Wie in 1 nicht dargestellt, umfasst der Anoden- und Kathodenraum 11, 12 jeweils eine katalytische Elektrode, die Anode beziehungsweise die Kathode, welche die jeweilige Teilreaktion der Brennstoffzellenumsetzung katalysiert. In einem Brennstoffzellenstapel sind üblicherweise eine Vielzahl derartiger Einzelzellen in Stapelform angeordnet, wobei zwischen zwei Membranelektrodeneinheiten jeweils eine Bipolarplatte angeordnet ist, welche der Zuführung der Betriebsmedien in die Anoden- und Kathodenräume 11, 12 dient und ferner die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Brennstoffzellen herstellt. As in 1 not shown, includes the anode and cathode compartment 11 . 12 in each case a catalytic electrode, the anode or the cathode, which catalyzes the respective partial reaction of the fuel cell reaction. In a fuel cell stack usually a plurality of such individual cells are arranged in stack form, wherein between two membrane electrode units each have a bipolar plate is arranged, which the supply of the operating media in the anode and cathode spaces 11 . 12 serves and also produces the electrical connection between the individual fuel cells.

Um den Brennstoffzellenstapel 10 mit den Betriebsgasen zu versorgen, weist das Brennstoffzellensystem 100‘ einerseits eine Anodenversorgung 20 und andererseits eine Kathodenversorgung 30 auf. To the fuel cell stack 10 to supply with the operating gases, the fuel cell system 100 ' on the one hand, an anode supply 20 and on the other hand, a cathode supply 30 on.

Die Anodenversorgung 20 umfasst einen Anodenversorgungspfad 21, welcher der Zuführung eines Anodenbetriebsgases, beispielsweise Wasserstoff, in die Anodenräume 11 dient. Zu diesem Zweck verbindet der Anodenversorgungspfad 21 einen Brennstoffspeicher 23 mit dem Brennstoffzellenstapel 10. Ein in dem Anodenversorgungspfad 21 angeordnetes Stellmittel 24 dient der Regulierung des Brennstoffdrucks. Das Stellmittel 24 ist beispielsweise als Regelventil ausgebildet. The anode supply 20 includes an anode supply path 21 which feeds an anode operating gas, for example hydrogen, into the anode spaces 11 serves. For this purpose, the anode supply path connects 21 a fuel storage 23 with the fuel cell stack 10 , One in the anode supply path 21 arranged adjusting means 24 serves to regulate fuel pressure. The adjusting agent 24 is designed for example as a control valve.

Die Anodenversorgung 20 umfasst ferner einen Anodenabgaspfad 22, der das Anodenabgas aus den Anodenräumen 11 des Brennstoffzellenstapels 10 abführt. Optional kann in dem Anodenabgaspfad 22 ein Wasserabscheider 25 installiert sein, welcher Produktwasser der Brennstoffzellenreaktion abtrennt. Darüber hinaus kann die Anodenversorgung 20 eine Brennstoffrezirkulationsleitung aufweisen (nicht dargestellt), welche den Anodenabgaspfad 22 mit dem Anodenversorgungspfad 21 verbindet. Die Rezirkulation von Brennstoff ist üblich, um den zumeist überstöchiometrisch eingesetzten Brennstoff zurückzuführen und zu nutzen. The anode supply 20 further includes an anode exhaust path 22 containing the anode exhaust gas from the anode chambers 11 of the fuel cell stack 10 dissipates. Optionally, in the anode exhaust path 22 a water separator 25 installed, which product water of the fuel cell reaction separates. In addition, the anode supply can 20 a fuel recirculation line (not shown), which the anode exhaust path 22 with the anode supply path 21 combines. Recirculation of fuel is common in order to recycle and utilize the fuel, which is mostly used in excess of stoichiometry.

Die Kathodenversorgung 30 umfasst einen Kathodenversorgungspfad 31, welcher den Kathodenräumen 12 ein Kathodenbetriebsgas zuführt. Bei dem Kathodenbetriebsgas handelt es sich beispielsweise um Luft. Zur Förderung und Verdichtung der Luft ist in dem Kathodenversorgungspfad 31 ein Verdichter 33 angeordnet. The cathode supply 30 includes a cathode supply path 31 which is the cathode spaces 12 supplies a cathode operating gas. The cathode operating gas is, for example, air. To convey and compress the air is in the cathode supply path 31 a compressor 33 arranged.

Ein Kathodenabgaspfad 32 führt das Kathodenabgas (Abluft) aus den Kathodenräumen 12 ab und führt dieses gegebenenfalls einer nicht dargestellten Abgasanlage zu. Optional kann, wie hier dargestellt, der Verdichter 33 durch eine Turbine 34 angetrieben werden, welche in dem Kathodenabgaspfad 32 angeordnet ist. Dabei sind der Verdichter 33 und die Turbine 34 über eine gemeinsame Welle miteinander verbunden. Ein Elektromotor 35 bewirkt unterstützend einen Antrieb des Verdichters 33. A cathode exhaust path 32 leads the cathode exhaust gas (exhaust air) from the cathode compartments 12 from and leads this optionally to an exhaust system, not shown. Optionally, as shown here, the compressor 33 through a turbine 34 which are in the cathode exhaust path 32 is arranged. Here are the compressor 33 and the turbine 34 connected by a common wave. An electric motor 35 Supports a drive of the compressor 33 ,

Eine von dem Kathodenversorgungspfad 31 abzweigende Wastegate-Leitung 36 verbindet den Kathodenversorgungspfad 31 mit dem Kathodenabgaspfad 32. Die Wastegate-Leitung 36 dient der Umgehung des Brennstoffzellenstapels 10, wenn das verdichtete Kathodenbetriebsgas beispielsweise in Niedriglastphasen im Brennstoffzellenstapel 10 nicht benötigt wird, der Verdichter 33 andererseits jedoch nicht heruntergefahren werden soll. Optional kann ein Stellmittel 37 in der Wastegate-Leitung 36 angeordnet sein, welches beispielsweise als Klappe oder Regelventil ausgebildet ist. Durch das Stellmittel 37 wird ein die Wastegate-Leitung 36 durchströmender Massenstrom reguliert und somit eine Leistung des Brennstoffzellenstapels 10 geregelt. One from the cathode supply path 31 branching wastegate line 36 connects the cathode supply path 31 with the cathode exhaust path 32 , The wastegate pipe 36 serves to bypass the fuel cell stack 10 for example, when the compressed cathode operating gas is in low load phases in the fuel cell stack 10 not needed, the compressor 33 On the other hand, however, should not be shut down. Optionally, an actuating means 37 in the wastegate pipe 36 be arranged, which is designed for example as a flap or control valve. By the adjusting means 37 becomes a wastegate line 36 flowing mass flow regulated and thus a performance of the fuel cell stack 10 regulated.

Ein weiteres Stellmittel 38 ist in dem Kathodenversorgungspfad 31 stromab der Abzweigungsstelle der Wastegate-Leitung 36 angeordnet. Noch ein weiteres Stellmittel 39 ist in dem Kathodenabgaspfad 32 stromauf einer Einmündungsstelle der Wastegate-Leitung 36 vorhanden. Die Stellmittel 38, 39 sind ebenfalls als Klappen oder Ventile ausgebildet und ermöglichen die Abtrennung der Kathodenräume 12 des Brennstoffzellenstapels 10 von der Umgebung. Another adjusting agent 38 is in the cathode supply path 31 downstream of the branch point of the wastegate pipe 36 arranged. Yet another adjusting agent 39 is in the cathode exhaust path 32 upstream of a junction of the wastegate pipe 36 available. The adjusting means 38 . 39 are also designed as flaps or valves and allow the separation of the cathode compartments 12 of the fuel cell stack 10 from the surroundings.

Das Brennstoffzellensystem 100‘ umfasst ferner eine Spülleitung 26, die von dem Anodenabgaspfad 22 abzweigt und in den Kathodenabgaspfad 32 mündet. Ein in der Spülleitung 26 angeordnetes Stellmittel (Klappe oder Ventil) 27 dient der Regulierung des Durchflusses. Die Abführung des im Wasserabscheider 25 kondensierten Wassers erfolgt vorzugsweise über die Spülleitung 26 in den Kathodenabgaspfad 32. Alternativ kann die Spülleitung 26 direkt von dem Anodenabgaspfad 22 abzweigen statt von dem Wasserabscheider 25. The fuel cell system 100 ' further includes a purge line 26 coming from the anode exhaust path 22 branches off and into the cathode exhaust path 32 empties. One in the flushing line 26 arranged actuating means (flap or valve) 27 serves to regulate the flow. The removal of the water in the separator 25 condensed water is preferably via the purge line 26 in the cathode exhaust path 32 , Alternatively, the purge line 26 directly from the anode exhaust path 22 branch off instead of the water separator 25 ,

Verschiedene weitere Einzelheiten der Kathodenversorgung 30 sind in der vereinfachten 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. So kann die Kathodenversorgung 30 einen Wärmetauscher aufweisen, welcher der Vorerwärmung der durch den Verdichter 33 komprimierten Luft dient. Der Wärmetauscher wird üblicherweise durch die aus den Kathodenräumen 12 stammende warme Abluft als Wärmeträger durchströmt. Dabei kann der Wärmetauscher sowohl seitens des Kathodenversorgungspfads 31 als auch des Kathodenabgaspfads 32 durch eine entsprechende Bypassleitung umgangen werden. Es kann ferner eine Turbinenbypassleitung seitens des Kathodenabgaspfads 32 vorgesehen sein, welche die Turbine 34 umgeht. Zudem sind Systeme ohne Turbine 34 bekannt. Ferner kann in dem Kathodenabgaspfad 32 ein Wasserabscheider verbaut sein, um das aus der Brennstoffzellenreaktion entstehende Produktwasser zu kondensieren und abzuleiten. Various other details of the cathode supply 30 are in the simplified 1 not shown for reasons of clarity. So can the cathode supply 30 a heat exchanger, which preheating the through the compressor 33 compressed air is used. The heat exchanger is usually through the from the cathode compartments 12 originating warm air flows through as a heat transfer medium. In this case, the heat exchanger can be both the cathode supply path 31 and the cathode exhaust path 32 be bypassed by a corresponding bypass line. There may also be a turbine bypass line from the cathode exhaust path 32 be provided, which is the turbine 34 bypasses. In addition, systems without turbine 34 known. Further, in the cathode exhaust path 32 a water separator may be installed to condense and drain the product water resulting from the fuel cell reaction.

Ferner ist ein insgesamt mit 40 bezeichnetes Kühlsystem, welches einen Kühlmittelpfad 41 aufweist, in dem der Brennstoffzellenstapel 10 wärmeübertragend eingebunden ist, vorgesehen. Die Förderung eines in dem Kühlmittelpfad 41 zirkulierenden Kühlmittels erfolgt durch eine elektromotorisch betriebene Kühlmittelpumpe 42. Eine Temperierung des Kühlmittels, erfolgt unter anderem über einen Kühler 43, der im Falle der Anordnung in einem Fahrzeug üblicherweise ein Fahrzeugkühler mit einem Luftgebläse ist. Furthermore, a total of 40 designated cooling system, which is a coolant path 41 in which the fuel cell stack 10 heat transfer is involved provided. The promotion of a in the coolant path 41 circulating coolant takes place by an electric motor driven coolant pump 42 , A temperature of the coolant is, inter alia, a cooler 43 in the case of the arrangement in a vehicle is usually a vehicle radiator with an air blower.

In den 2 und 3 sind übereinstimmende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert. In the 2 and 3 are matching elements with the same reference numerals as in 1 and will not be explained again.

Zudem sind die erfindungsgemäßen Brennstoffzellensysteme 100 gegenüber der 1 vereinfacht dargestellt, um die erfindungswesentliche Skalierbarkeit des Brennstoffzellensystems 100 unter Verwendung von Gleichteilen besser darstellen zu können. In addition, the fuel cell systems according to the invention are 100 opposite the 1 shown simplified to the invention essential scalability of the fuel cell system 100 be able to better represent using common parts.

Die zu 1 beschriebenen Ausgestaltungen eines Brennstoffzellensystems 100 sind auch Gegenstand des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, auch über die in den 2 und 3 beschriebenen Ausführungsformen hinaus, und lassen sich dementsprechend bei dem erfindungsgemäß beschaffenen Brennstoffzellensystem 100 realisieren. The too 1 described embodiments of a fuel cell system 100 are also the subject of the fuel cell system according to the invention, also on in the 2 and 3 described embodiments, and can be accordingly in the inventively designed fuel cell system 100 realize.

Es ist lediglich zu beachten, ob die jeweilige Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems 100 unter Verwendung von Gleichteilen möglich ist. Der Bereich, in dem eine Anzahl von Brennstoffzellenstapeln 10 unter Verwendung von Gleichteilen in das Brennstoffzellensystem 100 eingebunden wird, ist durch eine Ellipse 50 symbolisiert. It is only important to note whether the respective configuration of the fuel cell system 100 using common parts is possible. The area where a number of fuel cell stacks 10 using common parts in the fuel cell system 100 is bound by an ellipse 50 symbolizes.

2 und 3 zeigen einen gleichen Aufbau des Brennstoffzellensystems 100, wobei in 2 drei Brennstoffzellenstapel 10 und in 3 fünf Brennstoffzellenstapel dargestellt sind. 2 and 3 show a same structure of the fuel cell system 100 , where in 2 three fuel cell stacks 10 and in 3 five fuel cell stacks are shown.

Um die Brennstoffzellenstapel 10 mit den Betriebsgasen zu versorgen, sind ein Anodenversorgungspfad 21 und ein Kathodenversorgungspfad 31 vorgesehen, von denen jeweils zu jedem Brennstoffzellenstapel 10 eine separate Versorgungsleitung 21a, 31a führt, wobei die Zuführung des jeweiligen Betriebsgases für jede Versorgungsleitung 21a, 31a mittels eines Druckregelventils 21b, 31b geregelt beziehungsweise ganz unterbunden werden kann. To the fuel cell stacks 10 to supply the operating gases are an anode supply path 21 and a cathode supply path 31 provided, each of which to each fuel cell stack 10 a separate supply line 21a . 31a leads, wherein the supply of the respective operating gas for each supply line 21a . 31a by means of a pressure regulating valve 21b . 31b regulated or can be completely prevented.

Ein Anodenabgaspfad 22, der das Anodenabgas aus den Anodenräumen 11 des Brennstoffzellenstapels 10 abführt sowie ein Kathodenabgaspfad 32 zur Abführung des Kathodenabgases (Abluft) aus den Kathodenräumen 12 sind nicht näher dargestellt, können jedoch, wie zu 1 beschrieben einer Abgasanlage zugeführt werden. Die Anbindung der Brennstoffzellenstapel 10 an einen Anodenabgaspfad 22 und einen Kathodenabgaspfad 32 würde auch über separate Abgasleitungen erfolgen, die mit einem geeigneten Stellmittel, wie einem Absperrventil oder dergleichen versehen sind, um einzelne Brennstoffzellenstapel außer Betrieb zu setzen. An anode exhaust path 22 containing the anode exhaust gas from the anode chambers 11 of the fuel cell stack 10 as well as a cathode exhaust path 32 for discharging the cathode exhaust gas (exhaust air) from the cathode compartments 12 are not shown in detail, however, how to 1 described be supplied to an exhaust system. The connection of the fuel cell stacks 10 to an anode exhaust path 22 and a cathode exhaust path 32 would also be done via separate exhaust pipes, which are provided with a suitable actuating means, such as a shut-off valve or the like to put individual fuel cell stack out of service.

Zudem ist ein Kühlsystem 40 in den 2 und 3 gezeigt, das einen Kühlmittelpfad 41 aufweist, in dem die Brennstoffzellenstapel 10 wärmeübertragend eingebunden sind. Der Kühlmittelpfad 41 bildet einen Kreislauf, von dem für jeden Brennstoffzellenstapel 10 eine Kühlleitung 41a einen separaten Kreislauf bildet, der über jeweils ein geeignetes Stellmittel, vorzugsweise ein regelbares Dreiwegeventil 41b zu dem Hauptkreislauf des Kühlmittelpfads 41 hinzugeschaltet werden kann. Jeder Brennstoffzellenstapel 10 kann dadurch allein oder in beliebiger Kombination mit Kühlmittel versorgt werden. Die Förderung eines in dem Kühlmittelpfad 41 zirkulierenden Kühlmittels erfolgt durch eine elektromotorisch betriebene Kühlmittelpumpe 42. Eine Temperierung des Kühlmittels, erfolgt über einen Kühler 43. There is also a cooling system 40 in the 2 and 3 shown having a coolant path 41 in which the fuel cell stacks 10 are integrated heat transfer. The coolant path 41 forms a cycle of which for each fuel cell stack 10 a cooling line 41a forms a separate circuit, each having a suitable actuating means, preferably a controllable three-way valve 41b to the main circuit of the coolant path 41 can be added. Every fuel cell stack 10 can be supplied by it alone or in any combination with coolant. The promotion of a in the coolant path 41 circulating coolant takes place by an electric motor driven coolant pump 42 , A temperature of the coolant, via a cooler 43 ,

Durch die erfindungsgemäße Einbindung von Brennstoffzellenstapel 10 in das Brennstoffzellensystem kann dessen Leistung vorteilhafterweise im Rahmen der Gegebenheiten beliebig eingestellt werden. By the integration of fuel cell stack according to the invention 10 in the fuel cell system, its performance can be advantageously set arbitrarily within the circumstances.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100, 100‘ 100, 100 '
Brennstoffzellensystem The fuel cell system
10 10
Brennstoffzellenstapel fuel cell stack
11 11
Einzelzelle single cell
12 12
Anodenraum anode chamber
13 13
Kathodenraum cathode space
14 14
Polymerelektrolytmembran Polymer electrolyte membrane
20 20
Anodenversorgung anode supply
21 21
Anodenversorgungspfad Anode supply path
22 22
Anodenabgaspfad Anode exhaust gas path
23 23
Brennstofftank fuel tank
20 20
Anodenversorgung anode supply
21 21
Anodenversorgungspfad Anode supply path
21a 21a
Versorgungsleitung supply line
21b 21b
Druckregelventil Pressure control valve
22 22
Anodenabgaspfad Anode exhaust gas path
23 23
Brennstofftank fuel tank
24 24
Stellmittel/Ventil Actuating means / valve
25 25
Wasserabscheider water
26 26
Spülleitung flushing line
27 27
Stellmittel/Ventil Actuating means / valve
30 30
Kathodenversorgung cathode supply
31 31
Kathodenversorgungspfad Cathode supply path
31a 31a
Versorgungsleitung supply line
31b 31b
Druckregelventil Pressure control valve
32 32
Kathodenabgaspfad Cathode exhaust path
30 30
Kathodenversorgung cathode supply
31 31
Kathodenversorgungspfad Cathode supply path
32 32
Kathodenabgaspfad Cathode exhaust path
33 33
Verdichter compressor
34 34
Turbine turbine
35 35
Elektromotor electric motor
36 36
Wastgate-Leitung Waste gate line
37 37
Wastegate-Stellmittel Wastegate actuator means
38 38
Stellmittel/Ventil Actuating means / valve
39 39
Stellmittel/Ventil Actuating means / valve
40 40
Brennstoffzellen-Kühlsystem A fuel cell cooling system
41 41
Kühlmittelpfad Coolant path
41a 41a
Kühlleitung cooling line
41b 41b
Dreiwegeventil Three-way valve
42 42
Kühlmittelpumpe Coolant pump
43 43
Kühler cooler
50 50
Ellipse ellipse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102004060526 A1 [0007] DE 102004060526 A1 [0007]

Claims (9)

Brennstoffzellensystem (100) mit mindestens zwei Brennstoffzellenstapeln (10), eine Anodenversorgung (20) mit einem Anodenversorgungspfad (21) und eine Kathodenversorgung (30) mit einem Kathodenversorgungspfad (31) aufweisend, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der mindestens zwei Brennstoffzellenstapel (10) separat über ein Stellmittel mit dem Anodenversorgungspfad (21) und dem Kathodenversorgungspfad (31) verbunden ist. Fuel cell system ( 100 ) with at least two fuel cell stacks ( 10 ), an anode supply ( 20 ) with an anode supply path ( 21 ) and a cathode supply ( 30 ) with a cathode supply path ( 31 ), characterized in that each of the at least two fuel cell stacks ( 10 ) separately via an adjusting means with the anode supply path ( 21 ) and the cathode supply path ( 31 ) connected is. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (100) ein Kühlsystem (40) mit einem Kühlmittelpfad 41 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der mindestens zwei Brennstoffzellenstapel (10) separat über ein Stellmittel mit dem Kühlmittelpfad (41) verbunden ist. Fuel cell system ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the fuel cell system ( 100 ) a cooling system ( 40 ) with a coolant path 41 characterized in that each of the at least two fuel cell stacks ( 10 ) separately via an adjusting means with the coolant path ( 41 ) connected is. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel zur Anbindung an den Anodenversorgungspfad (21) und den Kathodenversorgungspfad (31) Druckregelventile (21b, 31b) sind. Fuel cell system ( 100 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the adjusting means for connection to the anode supply path ( 21 ) and the cathode supply path ( 31 ) Pressure control valves ( 21b . 31b ) are. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel zur Anbindung an den Kühlmittelpfad (41) Dreiwegeventile (41b) sind. Fuel cell system ( 100 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the adjusting means for connection to the coolant path ( 41 ) Three-way valves ( 41b ) are. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenstapel (10) elektrisch verschaltet sind, eine Reihen- und/oder Parallelschaltung auszubilden. Fuel cell system ( 100 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fuel cell stacks ( 10 ) are electrically connected to form a series and / or parallel circuit. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (100) eine Steuereinrichtung aufweist. Fuel cell system ( 100 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the fuel cell system ( 100 ) has a control device. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (100) Sensoren zur Überwachung von Zustandsgrößen der zumindest zwei Brennstoffzellenstapel (10) aufweist. Fuel cell system ( 100 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the fuel cell system ( 100 ) Sensors for monitoring state variables of the at least two fuel cell stacks ( 10 ) having. Brennstoffzellensystem (100) einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (100) zur Anbindung von mindestens einem weiteren Brennstoffzellenstapel (10) ausgebildet ist. Fuel cell system ( 100 ) one of claims 1 to 7, characterized in that the fuel cell system ( 100 ) for connecting at least one further fuel cell stack ( 10 ) is trained. Fahrzeug ein Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisend. Vehicle a fuel cell system ( 100 ) according to one of the preceding claims.
DE102016200208.2A 2016-01-11 2016-01-11 Fuel cell system with a common rail system for connecting multiple fuel cell stack and vehicle with such a fuel cell system Withdrawn DE102016200208A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016200208.2A DE102016200208A1 (en) 2016-01-11 2016-01-11 Fuel cell system with a common rail system for connecting multiple fuel cell stack and vehicle with such a fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016200208.2A DE102016200208A1 (en) 2016-01-11 2016-01-11 Fuel cell system with a common rail system for connecting multiple fuel cell stack and vehicle with such a fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016200208A1 true DE102016200208A1 (en) 2017-07-13

Family

ID=59118755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016200208.2A Withdrawn DE102016200208A1 (en) 2016-01-11 2016-01-11 Fuel cell system with a common rail system for connecting multiple fuel cell stack and vehicle with such a fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016200208A1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108987767A (en) * 2018-08-07 2018-12-11 同济大学 A kind of fuel cell system and method for more manifold air supplies
CN109728327A (en) * 2019-02-26 2019-05-07 河北工业大学 Common-rail injection system and fuel cell system and vehicle with it
DE102019202620A1 (en) * 2019-02-27 2020-08-27 Robert Bosch Gmbh Topology and operating strategy of fuel cell systems with at least one stack without their own media supply
DE102020127469A1 (en) 2020-10-19 2022-04-21 Audi Aktiengesellschaft Fuel recirculation in a fuel cell device having a plurality of fuel cell stacks
FR3120163A1 (en) * 2021-02-23 2022-08-26 Liebherr-Aerospace Toulouse Sas DEVICE FOR SUPPLYING A PLURALITY OF CATHODES OF A FUEL CELL SYSTEM
WO2023057580A1 (en) * 2021-10-06 2023-04-13 Turbo Systems Switzerland Ltd. Modular fuel cell system
DE102022201769A1 (en) 2022-02-21 2023-08-24 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Fuel cell system and method for operating a fuel cell system
WO2023155996A1 (en) * 2022-02-17 2023-08-24 Wattanywhere A method and system to produce electrical power in an autonomous stationary situation using a chemical fuel obtained from organic source

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10332336A1 (en) * 2003-07-16 2005-02-17 Siemens Ag Fuel cell assembly for marine vehicle, has several cell modules and controller which switches additional modules on or off depending on efficiency of first power supply module
DE102004060526A1 (en) 2004-12-16 2006-06-22 Daimlerchrysler Ag Fuel cell stack for motor vehicles has number of individual fuel cells with liquid and gas as operating medium and fuel cell stack has end plates on both sides with connection elements whereby liquid or gas is supplied and discharged
EP1686643B1 (en) * 2005-01-28 2009-08-12 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for thermal, mechanical, and electrical optimization of a solid-oxide fuel cell stack
EP2692011B1 (en) * 2011-03-30 2015-09-02 AFC Energy PLC Cell stack system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10332336A1 (en) * 2003-07-16 2005-02-17 Siemens Ag Fuel cell assembly for marine vehicle, has several cell modules and controller which switches additional modules on or off depending on efficiency of first power supply module
DE102004060526A1 (en) 2004-12-16 2006-06-22 Daimlerchrysler Ag Fuel cell stack for motor vehicles has number of individual fuel cells with liquid and gas as operating medium and fuel cell stack has end plates on both sides with connection elements whereby liquid or gas is supplied and discharged
EP1686643B1 (en) * 2005-01-28 2009-08-12 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for thermal, mechanical, and electrical optimization of a solid-oxide fuel cell stack
EP2692011B1 (en) * 2011-03-30 2015-09-02 AFC Energy PLC Cell stack system

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108987767A (en) * 2018-08-07 2018-12-11 同济大学 A kind of fuel cell system and method for more manifold air supplies
CN108987767B (en) * 2018-08-07 2021-06-04 同济大学 Multi-manifold air supply fuel cell system and method
CN109728327A (en) * 2019-02-26 2019-05-07 河北工业大学 Common-rail injection system and fuel cell system and vehicle with it
DE102019202620A1 (en) * 2019-02-27 2020-08-27 Robert Bosch Gmbh Topology and operating strategy of fuel cell systems with at least one stack without their own media supply
DE102020127469A1 (en) 2020-10-19 2022-04-21 Audi Aktiengesellschaft Fuel recirculation in a fuel cell device having a plurality of fuel cell stacks
FR3120163A1 (en) * 2021-02-23 2022-08-26 Liebherr-Aerospace Toulouse Sas DEVICE FOR SUPPLYING A PLURALITY OF CATHODES OF A FUEL CELL SYSTEM
WO2022180057A1 (en) * 2021-02-23 2022-09-01 Liebherr-Aerospace Toulouse Sas Device for supplying a plurality of cathodes of a fuel cell system
WO2023057580A1 (en) * 2021-10-06 2023-04-13 Turbo Systems Switzerland Ltd. Modular fuel cell system
WO2023155996A1 (en) * 2022-02-17 2023-08-24 Wattanywhere A method and system to produce electrical power in an autonomous stationary situation using a chemical fuel obtained from organic source
DE102022201769A1 (en) 2022-02-21 2023-08-24 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Fuel cell system and method for operating a fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016200208A1 (en) Fuel cell system with a common rail system for connecting multiple fuel cell stack and vehicle with such a fuel cell system
DE102006019114A1 (en) Fuel cell operating method for improved hydrogen and oxygen utilization
DE102011014969B4 (en) A method of operating a fuel cell system in a standby mode
WO2017067966A2 (en) Arrangement for a cathode recirculation in a fuel cell and method for cathode recirculation
DE102016110964A1 (en) Fuel cell cooling system with two cooling circuits and method for switching off a fuel cell
DE102014221321A1 (en) Fuel cell system and method for switching off a fuel cell stack
DE102015202089A1 (en) Fuel cell system and vehicle with such
DE102014227014A1 (en) Fuel cell system and vehicle with such
DE102015222635A1 (en) Fuel cell system and method for recycling water in a fuel cell system
DE102014224135B4 (en) Method for shutting down a fuel cell stack and fuel cell system
DE102015221597A1 (en) Cathode supply for a fuel cell
WO2015155125A1 (en) Bipolar plate and fuel cell
DE102008015350A1 (en) Polymer-electrolyte-fuel cell stack, has component carrier comprising groove-spring system that is provided for accommodation of components in form of fuel cells, cooling cells and fuel cell-compartments
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
DE102015205508A1 (en) Method for starting a fuel cell system
DE102017214726A1 (en) Method for evaluating a coolant flow of a coolant circuit of a fuel cell system, fuel cell system and vehicle
DE102015200427A1 (en) Fuel cell system with multiple fuel cell stacks
DE102017215574A1 (en) Method for operating a fuel cell and fuel cell system
DE102015214188A1 (en) Stack arrangement comprising two fuel cell stack and fuel cell system and vehicle with such
DE102015218769A1 (en) Moisture transmitter and fuel cell system and vehicle with such
DE102015218751A1 (en) Heat-moisture transmission device for fuel cell, and fuel cell system and vehicle with such
DE102016208873A1 (en) Bipolar plate, fuel cell stack and fuel cell system with cascaded humidification
DE102015220950A1 (en) Cathode supply for a multiple fuel cell and method for supplying partial fuel cells with a cathode operating medium

Legal Events

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