DE102016201611A1 - Method for drying a fuel cell system, method for switching off a fuel cell system and fuel cell system for carrying out these methods - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Trocknen eines Brennstoffzellensystems (100), umfassend einen Brennstoffzellenstapel (10) mit Kathodenräumen (13), Anodenräumen (12) und Kühlmittelkanälen. Es ist vorgesehen, dass für bestimmte Zeiträume Δt1 und Δt2 der Volumenstrom von einem die Kühlmittelkanäle durchströmenden Kühlmittel vermindert und die Kathodenräume (13) mit einem bestimmten Massestrom eines Kathodenbetriebsmediums durchströmt werden. Während des bestimmten Zeitraums Δt1 wird in den Anodenräumen (12) ein Volumenstrom des Anodenbetriebsmediums unterbunden und in dem bestimmten Zeitraum Δt2 werden die Anodenräume (12) mit einem bestimmten Volumenstrom des Anodenbetriebsmediums durchströmt. Für die Zeiträume Δt1 und Δt2 wird ein bestimmter Überdruck in den Anodenräumen (12) gegenüber den Kathodenräumen (13) aufrechterhalten. Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abschalten eines Brennstoffzellensystems, aufweisend ein Trocknen des Brennstoffzellensystems sowie ein Brennstoffzellensystem zum Durchführen dieser Verfahren.The invention relates to a method for drying a fuel cell system (100), comprising a fuel cell stack (10) with cathode compartments (13), anode compartments (12) and coolant channels. It is provided that for certain periods .DELTA.t1 and .DELTA.t2, the volume flow of a coolant flowing through the coolant channels and the cathode chambers (13) are flowed through with a certain mass flow of a cathode operating medium. During the specific period .DELTA.t1, a volume flow of the anode operating medium is prevented in the anode chambers (12), and in the specific period .DELTA.t2 the anode chambers (12) are flowed through by a specific volume flow of the anode operating medium. For the periods .DELTA.t1 and .DELTA.t2 a certain overpressure in the anode spaces (12) with respect to the cathode spaces (13) is maintained. The invention likewise relates to a method for switching off a fuel cell system, comprising drying the fuel cell system and a fuel cell system for carrying out these methods.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen eines Brennstoffzellensystems, ein Verfahren zum Abschalten eines Brennstoffzellensystems sowie ein Brennstoffzellensystem zum DurchfĂĽhren dieser Verfahren.The invention relates to a method for drying a fuel cell system, a method for switching off a fuel cell system and a fuel cell system for carrying out these methods.

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 → 2H+ + 2e–). 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 → 2H + + 2e - ). 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).

Die Versorgung des Brennstoffzellenstapels mit seinen Betriebsmedien, also dem Anodenbetriebsgas (zum Beispiel Wasserstoff), dem Kathodenbetriebsgas (zum Beispiel Luft) und dem Kühlmittel, erfolgt über Hauptversorgungskanäle, die den Stapel in seiner gesamten Stapelrichtung durchsetzen und von denen die Betriebsmedien über die Bipolarplatten den Einzelzellen zugeführt werden. Für jedes Betriebsmedium sind mindestens zwei solcher Hauptversorgungskanäle vorhanden, nämlich einer zur Zuführung und einer zur Abführung des jeweiligen Betriebsmediums.The supply of the fuel cell stack with its operating media, ie the anode operating gas (for example hydrogen), the cathode operating gas (for example air) and the coolant, via main supply channels that enforce the stack in its entire stacking direction and of which the operating media on the bipolar plates, the single cells be supplied. For each operating medium at least two such main supply channels are present, namely one for feeding and one for discharging the respective operating medium.

Das bei der Umsetzung des Brennstoffs im Kathodenraum entstehende Wasser kann je nach Betriebszustand des Brennstoffzellensystems, insbesondere des Brennstoffzellenstapels, als Dampf oder in flüssiger Form vorliegen. Der Anteil an flüssigem Produktwasser hängt dabei von einer Vielzahl von Parametern ab und lässt sich nur schwer vorhersagen. Zudem kann Produktwasser aufgrund von Undichtigkeiten des Brennstoffzellensystems sowie der Wasserdurchlässigkeit der Membranen von der Kathodenseite auf die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels und in die Versorgungsabschnitte des Brennstoffzellensystems gelangen. Neben der Temperatur des Brennstoffzellenstapels spielen daher insbesondere auch die Drücke im Anoden- und Kathodenraum, die Betriebsdauer des Brennstoffzellenstapels und die Betriebsweise des Brennstoffzellensystems für die Menge und Verteilung von Flüssigwasser eine entscheidende Rolle. Beispielsweise wirkt sich der Bypass eines Befeuchters in der Kathodenversorgung unmittelbar auf den Anteil flüssigen Wassers im Kathodenabgaspfad aus.Depending on the operating state of the fuel cell system, in particular of the fuel cell stack, the water formed in the reaction of the fuel in the cathode compartment can be in the form of vapor or in liquid form. The proportion of liquid product water depends on a variety of parameters and is difficult to predict. In addition, due to leaks in the fuel cell system as well as water permeability of the membranes, product water may pass from the cathode side to the anode side of the fuel cell stack and into the service sections of the fuel cell system. In addition to the temperature of the fuel cell stack therefore play in particular the pressures in the anode and cathode space, the operating life of the fuel cell stack and the operation of the fuel cell system for the amount and distribution of liquid water a crucial role. For example, the bypass of a humidifier in the cathode supply directly affects the proportion of liquid water in the cathode exhaust gas path.

Ein Brennstoffzellensystem durchläuft während des Betriebs somit unterschiedliche Zustände hinsichtlich des Flüssigwassergehalts, wobei weder die konkrete Menge noch der Ort des anfallenden Flüssigwassers präzise vorhergesagt werden können. Im laufenden Betrieb resultiert daraus die Gefahr einer Blockade des anodenseitigen Gasstroms. Beim Abschalten des Brennstoffzellensystems ist dadurch der Zustand, in dem das abgeschaltete System vorliegt, insbesondere dessen Flüssigwassergehalt, weitgehend unbestimmt. Somit liegen nicht nur unbekannte Ausgangsbedingungen für einen erneuten Start des Systems vor, unter Frostbedingungen können aufgrund des Flüssigwassers auch Gefrierschäden auftreten.A fuel cell system thus undergoes different states during operation with respect to the liquid water content, wherein neither the specific amount nor the location of the resulting liquid water can be predicted accurately. During operation, this results in the risk of blockage of the anode-side gas flow. When switching off the fuel cell system thereby the state in which the shutdown system is present, in particular its liquid water content, largely indeterminate. Thus, not only are unknown starting conditions for a restart of the system, under freezing conditions due to the liquid water also freeze damage occur.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Verfahren zum Trocknen und Abschalten eines Brennstoffzellenstapels bekannt.Methods for drying and switching off a fuel cell stack are already known from the prior art.

Die DE 10 2011 007 615 A1 offenbart ein Verfahren zum Trocknen des Kathodenraums eines Brennstoffzellenstapels während des Betriebs eines Brennstoffzellensystems. Dabei wird der Druck im Kathodenraum über die Einstellung eines freien Strömungsquerschnitts im Kathodenabgaspfad variiert. Die US 8,318,364 B2 offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Trocknen der Kathodenseite eines Brennstoffzellensystems. Dabei erfolgt das Trocknen nur, wenn die Brennstoffzelle für mehr als eine vorgegebene Referenzzeit abgeschaltet bleiben soll. Eine Trocknung der Anodenseite und -versorgung findet in diesen Verfahren nicht statt.The DE 10 2011 007 615 A1 discloses a method of drying the cathode compartment of a fuel cell stack during operation of a fuel cell system. In this case, the pressure in the cathode chamber is varied via the setting of a free flow cross section in the cathode exhaust gas path. The US 8,318,364 B2 also discloses a method for drying the cathode side of a fuel cell system. The drying takes place only if the fuel cell is to remain switched off for more than a predetermined reference time. Drying of the anode side and supply does not take place in these processes.

Die WO 2006/030614 A2 offenbart ein Verfahren zum Trocknen eines Brennstoffzellensystems, wobei nach Abschalten des Brennstoffzellenstapels nur dessen Kathodenseite und erst einige Zeit später auch dessen Anodenseite mit trockener Luft gespült wird. Ein ähnliches Verfahren ist in der JP-2012-074385 A offenbart. Mittlerweile ist bekannt, dass bei einem Neustart eines Brennstoffzellenstapels bereits kleine Mengen Sauerstoff auf dessen Anodenseite zur Schädigung von dessen Kathoden führen können. Zudem erfordern diese Verfahren zusätzliche Leitungen beziehungsweise Fördermittel für die Trockenluftversorgung der Anodenseite.The WO 2006/030614 A2 discloses a method for drying a fuel cell system, wherein after switching off the fuel cell stack only the cathode side and only some time later also the anode side is rinsed with dry air. A similar procedure is in the JP-2012-074385 A disclosed. Meanwhile, it is known that when restarting a fuel cell stack even small amounts of oxygen on its anode side can lead to damage of the cathode. In addition, these methods require additional lines or funding for the dry air supply to the anode side.

Die US 8,192,885 B2 offenbart ein Verfahren zum Trocknen eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Strömungsrichtungen des Kathodenluftstroms und des Anodengasstroms umgekehrt werden, um Wasser aus der Kathoden- beziehungsweise Anodenversorgung auszutragen. Das Umkehren der Strömungsrichtungen ist nur mit konstruktivem Mehraufwand zu erreichen.The US 8,192,885 B2 discloses a method of drying a fuel cell stack wherein the flow directions of the cathode air stream and the anode gas stream are reversed to discharge water from the cathode or anode supply, respectively. The reversal of the flow directions can only be achieved with additional design effort.

Die DE 10 2012 023 799 A1 offenbart ein Verfahren zum Trocknen eines Brennstoffzellensystems, wobei flüssiges Wasser auf Anoden- und Kathodenseite eines Brennstoffzellenstapels jeweils durch Anlegen eines Unterdrucks verdampft und ausgetragen wird. Ähnliche Verfahren sind in der JP 2008103120 A und der DE 10061687 B4 offenbart. Die zur Erzeugung des Unterdrucks notwendigen Unterdruckpumpen bedeuten einen erhöhten Bauraumbedarf.The DE 10 2012 023 799 A1 discloses a method of drying a fuel cell system wherein liquid water on anode and cathode sides of a fuel cell stack is vaporized and discharged respectively by applying a negative pressure. Similar procedures are in the JP 2008103120 A and the DE 10061687 B4 disclosed. The vacuum pumps necessary for the generation of the negative pressure mean an increased space requirement.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Verfahren zum Trocknen und Abschalten eines Brennstoffzellensystems vorzuschlagen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden und das Einstellen eines definierten Flüssigwassergehalts in Brennstoffzellensystemen ermöglichen. Ferner soll das Verfahren eine lange Lebenszeit des Brennstoffzellenstapels gewährleisten und keine baulichen Veränderungen am einfachen Brennstoffzellensystem, insbesondere keinen erhöhten Bauraumbedarf, erfordern.The invention is based on the object to propose methods for drying and switching off a fuel cell system, which overcome the disadvantages of the prior art and allow the setting of a defined liquid water content in fuel cell systems. Furthermore, the method should ensure a long lifetime of the fuel cell stack and require no structural changes to the simple fuel cell system, in particular no increased space requirement.

Das erfindungsgemäße Verfahren richtet sich an ein Brennstoffzellensystem, das einen Brennstoffzellenstapel umfasst, der Kathodenräume, Anodenräume und Kühlmittelkanäle aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Trocknen eines Brennstoffzellensystems umfasst die Schritte:

  • (a) Vermindern eines Volumenstroms von einem die KĂĽhlmittelkanäle durchströmenden KĂĽhlmittel fĂĽr bestimmte Zeiträume Δt1 und Δt2;
  • (b) Durchströmen der Kathodenräume mit einem bestimmten Massestrom eines Kathodenbetriebsmediums fĂĽr die vorbestimmten Zeiträume Δt1 und Δt2;
  • (c) Unterbinden von einem Volumenstrom eines Anodenbetriebsmediums durch die Anodenräume fĂĽr den vorbestimmten Zeitraum Δt1;
  • (d) Durchströmen der Anodenräume mit einem bestimmten Volumenstrom des Anodenbetriebsmediums fĂĽr den bestimmten Zeitraum Δt2; und
  • (e) Aufrechterhalten eines bestimmten Ăśberdrucks in den Anodenräumen gegenĂĽber den Kathodenräumen fĂĽr die bestimmten Zeiträume Δt1 und Δt2.
The method according to the invention is directed to a fuel cell system comprising a fuel cell stack having cathode compartments, anode compartments and coolant channels. The method according to the invention for drying a fuel cell system comprises the steps:
  • (A) reducing a volume flow of a coolant flowing through the coolant channels for certain periods .DELTA.t1 and .DELTA.t2;
  • (b) flowing the cathode chambers with a certain mass flow of a cathode operating medium for the predetermined periods Δt1 and Δt2;
  • (c) prohibiting a volume flow of an anode operating medium through the anode spaces for the predetermined time period Δt1;
  • (d) flowing through the anode chambers with a specific volume flow of the anode operating medium for the specific period .DELTA.t2; and
  • (e) maintaining a certain overpressure in the anode spaces with respect to the cathode spaces for the particular periods Δt1 and Δt2.

Der Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein aktives Brennstoffzellensystem, wobei es keine Rolle spielt, ob der Brennstoffzellenstapel in einer Startphase hochgefahren wird oder sich bereits im kontinuierlichen Betrieb befindet. In beiden Fällen werden zu Beginn des Verfahrens die Anodenräume des Brennstoffzellenstapels bereits mit Anodenbetriebsmedium, die Kathodenräume des Brennstoffzellenstapels bereits mit Kathodenbetriebsmedium und die Kühlmittelkanäle des Brennstoffzellenstapels bereits mit Kühlmittel durchströmt.The starting point of the method according to the invention is an active fuel cell system, wherein it does not matter whether the fuel cell stack is started up in a startup phase or is already in continuous operation. In both cases, at the beginning of the process, the anode chambers of the fuel cell stack already with anode operating medium, the cathode chambers of the fuel cell stack already with cathode operating medium and the coolant channels of the fuel cell stack already flows through coolant.

Als ein erster Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst der Volumenstrom des Kühlmittels reduziert, der den Brennstoffzellenstapel durchströmt. Dies führt vorteilhaft zu einer verminderten Abkühlung des Stapels. Somit wird für die Dauer des Trocknungsverfahrens, das heißt für die vorbestimmten Zeiträume Δt1 und Δt2, energetisch günstig eine möglichst hohe Temperatur des Brennstoffzellenstapels erhalten. Dies unterstützt das Verdunsten des darin in flüssiger Form vorliegenden Wassers. Zusätzlich wird zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels des Anodenbetriebsmediums ein bestimmter Zieldruck in den Anodenräumen des Brennstoffzellenstapels eingestellt. Der Wert des Zieldrucks ist dabei so gewählt, dass für den bestimmten Zeitraum Δt1 in den Anodenräumen ein Überdruck gegenüber den Kathodenräumen realisiert wird.As a first step of the method according to the invention, first the volume flow of the coolant, which flows through the fuel cell stack, is reduced. This leads advantageously to a reduced cooling of the stack. Thus, for the duration of the drying process, that is, for the predetermined periods .DELTA.t1 and .DELTA.t2, energetically favorable, the highest possible temperature of the fuel cell stack is obtained. This helps to evaporate the water present in liquid form. In addition, at the beginning of the method according to the invention by means of the anode operating medium, a specific target pressure is set in the anode chambers of the fuel cell stack. The value of the target pressure is chosen so that over the given period .DELTA.t1 in the anode chambers, an overpressure compared to the cathode chambers is realized.

Unter Kühlmittel wird im Rahmen dieser Anmeldung eine Kühlflüssigkeit verstanden, deren Temperatur durch eine Kühlung reduziert ist. Die Kühlung erfolgt beispielsweise, indem die Kühlflüssigkeit durch einen Fahrzeugkühler strömt. In der Regel ist mittels eines Thermostatventils der Anteil der den Kühler durchströmenden Kühlflüssigkeit einstellbar. Wird das Thermostatventil geschlossen, strömt nur ein geringer oder kein Teil der Kühlflüssigkeit durch den Fahrzeugkühler. Somit wird kein oder nur ein geringer Teil der Kühlflüssigkeit zu Kühlmittel im Sinne dieser Anmeldung. Somit kann der Volumenstrom von einem die Kühlmittelkanäle durchströmenden Kühlmittel auch durch Verengen oder Schließen eines solchen Thermostatventils erfolgen. Der Kühlmittelstrom wird demnach vermindert, indem der Volumenstrom der den Brennstoffzellenstapel durchfließenden Kühlflüssigkeit oder indem der Volumenstrom der den Fahrzeugkühler durchfließenden Kühlflüssigkeit reduziert wird.Coolant is understood in the context of this application, a cooling liquid whose temperature is reduced by cooling. The cooling takes place, for example, by the cooling liquid flowing through a vehicle radiator. As a rule, the proportion of the coolant flowing through the cooling liquid can be adjusted by means of a thermostatic valve. If the thermostatic valve is closed, only a small or no part of the coolant flows through the vehicle radiator. Thus, no or only a small part of the coolant to coolant in the context of this application. Thus, the volume flow of a refrigerant flowing through the coolant channels can also be done by narrowing or closing of such a thermostatic valve. The coolant flow is accordingly reduced by reducing the volume flow of the coolant flowing through the fuel cell stack or by reducing the volume flow of the coolant flowing through the vehicle radiator.

Sind die Anodenräume mit einem Volumen des Anodenbetriebsmediums gefüllt, das bei der vorliegenden Temperatur in den Anodenräumen den Zieldruck einstellt, wird für den bestimmten Zeitraum Δt1 ein weiterer Volumenstrom des Anodenbetriebsmediums in den Anodenräumen unterbunden. Bevorzugt wird dies erreicht, indem Stellmittel geschlossen werden, die sich ohnehin in der Anodenversorgung befinden. Wird die Sequenz, in der die Stellmittel geschlossen werden, an den die Anodenräume durchströmenden Volumenstrom des Anodenbetriebsmediums angepasst, kann so auch der Zieldruck in den Anodenräumen eingestellt werden. Der Überdruck in den Anodenräumen reduziert die während des Zeitraums Δt1 von der Kathodenseite auf die Anodenseite übertretende Menge an flüssigem bzw. gasförmigem Wasser.If the anode chambers are filled with a volume of the anode operating medium which sets the target pressure in the anode chambers at the present temperature, a further volume flow of the anode operating medium in the anode chambers is prevented for the specific period .DELTA.t1. This is preferably achieved by closing actuating means, which are anyway in the anode supply. If the sequence in which the adjusting means are closed is adapted to the volume flow of the anode operating medium flowing through the anode chambers, then the target pressure in the anode chambers can also be adjusted. The overpressure in the anode chambers reduces the amount of liquid or gaseous water which has passed from the cathode side to the anode side during the period Δt1.

Die Kathodenräume des Brennstoffzellenstapels werden während der bestimmten Zeiträume Δt1 und Δt2 mit einem bestimmten Massestrom des Kathodenbetriebsmediums durchströmt. Zum Zeitpunkt Δt1 ist der Druck in den Kathodenräumen, insbesondere am Kathodeneintritt, der Brennstoffzelle vorzugsweise so gering wie möglich, bevorzugt liegt der Druck in den Kathodenräumen zum Zeitpunkt Δt1 zwischen Umgebungsdruck und einem Druck von 800 mbar über Umgebungsdruck und besonders bevorzugt bei einem Druck von 30 mbar über Umgebungsdruck. Der Massestrom des Kathodenbetriebsmediums bewirkt eine gleichmäßige Verteilung flüssigen Wassers und eine strömungsbedingte lokale Druckminderung in den Kathodenräumen und der Kathodenversorgung. Dadurch wird das flüssige Wasser schließlich verdunstet und als Dampf aus den Kathodenräumen des Brennstoffzellenstapels und der Kathodenversorgung ausgetragen. Durch Ablassen des feuchtigkeitsbeladenen Kathodenbetriebsmediums an die Umwelt, wird der Feuchtigkeitsgehalt der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems reduziert. Bei dem Kathodenbetriebsmedium handelt es sich bevorzugt um Außenluft, die dem Brennstoffzellensystem gereinigt und auf eine gewünschte Temperatur und relative Feuchte konditioniert zugeführt wird. Besonders bevorzugt beträgt der die Kathodenseite durchströmende Massestrom des Kathodenbetriebsmediums zwischen 0,003 g/Zelle/s und 0,3 g/Zelle/s, bevorzugt 0,04 g/Zelle/s.The cathode chambers of the fuel cell stack are traversed during the specific periods .DELTA.t1 and .DELTA.t2 with a certain mass flow of the cathode operating medium. At the time Δt1, the pressure in the cathode compartments, in particular at the cathode inlet, of the fuel cell is preferably as low as possible, preferably the pressure in the cathode compartments at time Δt1 is between ambient pressure and a pressure of 800 mbar above atmospheric pressure and particularly preferably at a pressure of 30 mbar above ambient pressure. The mass flow of the cathode operating medium causes a uniform distribution of liquid water and a flow-induced local pressure reduction in the cathode chambers and the cathode supply. As a result, the liquid water is finally evaporated and discharged as vapor from the cathode chambers of the fuel cell stack and the cathode supply. By discharging the moisture-laden cathode operating medium to the environment, the moisture content of the cathode side of the fuel cell system is reduced. The cathode operating medium is preferably outside air supplied to the fuel cell system and conditioned to a desired temperature and relative humidity. The mass flow of the cathode operating medium flowing through the cathode side is particularly preferably between 0.003 g / cell / s and 0.3 g / cell / s, preferably 0.04 g / cell / s.

Während des Zeitraums Δt2 wird das Durchströmen der Kühlmittelkanäle mit verminderter Kühlmittelmenge und das Durchströmen der Kathodenräume mit einem Massestrom des konditionierten, das heißt auf eine gewünschte Temperatur und eine gewünschte relative Feuchte eingestellten, Kathodenbetriebsmediums fortgesetzt. Zusätzlich werden die Anodenräume des Brennstoffzellenstapels getrocknet, indem sie von einem bestimmten Volumenstrom des Anodenbetriebsmediums durchströmt werden. Der Volumenstrom des Anodenbetriebsmediums bewirkt die gleichmäßige Verteilung flüssigen Produktwassers und eine strömungsbedingte lokale Druckminderung in den Anodenräumen und der Anodenversorgung. Dadurch wird das Wasser aus der Anodenseite des Brennstoffzellensystems ausgetragen. Dabei sind der Volumenstrom des Anodenbetriebsmediums und der Massestrom des Kathodenbetriebsmediums so gewählt, dass ein Überdruck der Anodenräume gegenüber den Kathodenräumen während des Zeitraums Δt2 aufrechterhalten bleibt. Bevorzugt werden der Volumenstrom des Kühlmittels und der Massestrom des Kathodenbetriebsmediums aus dem Zeitraum Δt1 auch im Zeitraum Δt2 beibehalten. Bevorzugt beträgt der im Zeitraum Δt1 die Anodenseite durchströmende Volumenstrom des Anodenbetriebsmediums zwischen 0,001 l/min/Zelle und 2,7 l/min/Zelle, besonders bevorzugt 1,45 l/min/Zelle. Weiterhin bevorzugt beträgt der Überdruck der Anodenräume gegenüber den Kathodenräumen in den Zeiträumen Δt1 und Δt2 zwischen 3 mbar und 780 mbar, bevorzugt 424 mbar.During the period Δt2, the passage of the coolant channels with reduced coolant quantity and the flow through the cathode chambers is continued with a mass flow of the conditioned, that is to say to a desired temperature and a desired relative humidity, cathode operating medium. In addition, the anode spaces of the fuel cell stack are dried by flowing through a certain volume flow of the anode operating medium. The volume flow of the anode operating medium causes the uniform distribution of liquid product water and a flow-induced local pressure reduction in the anode chambers and the anode supply. As a result, the water is discharged from the anode side of the fuel cell system. The volume flow of the anode operating medium and the mass flow of the cathode operating medium are selected so that an overpressure of the anode compartments with respect to the cathode compartments is maintained during the period .DELTA.t2. Preferably, the volume flow of the coolant and the mass flow of the cathode operating medium from the period .DELTA.t1 are also maintained in the period .DELTA.t2. The volume flow rate of the anode operating medium flowing through the anode side in the period Δt1 is preferably between 0.001 l / min / cell and 2.7 l / min / cell, more preferably 1.45 l / min / cell. Further preferably, the overpressure of the anode chambers with respect to the cathode chambers in the periods Δt1 and Δt2 is between 3 mbar and 780 mbar, preferably 424 mbar.

Erfindungswesentlich ist die vorteilhafte Kombination der Verfahrensschritte des Patentanspruchs 1, mit denen ein energetisch günstiges Trocknen eines Brennstoffzellensystems unter ausschließlicher Verwendung in gängigen Brennstoffzellensystemen ohnehin vorhandener Komponenten ermöglicht wird. Dabei ist der Trocknungsgrad des Brennstoffzellensystems beziehungsweise der verbleibende Flüssigwassergehalt des Brennstoffzellensystems anhand weniger Größen einfach und gezielt einstellbar. Zudem wird die Anodenseite während und bevorzugt auch nach der Trocknung frei von sauerstoffhaltigem Kathodenbetriebsmedium gehalten, was sich positiv auf die Lebensdauer der Elektroden auswirkt und Luft/Luft-Starts entgegenwirkt.Essential to the invention is the advantageous combination of the method steps of claim 1, with which an energetically favorable drying of a fuel cell system under exclusive use in common fuel cell systems already existing components is made possible. In this case, the degree of dryness of the fuel cell system or the remaining liquid water content of the fuel cell system is easily and selectively adjustable on the basis of a few variables. In addition, the anode side is kept free of oxygen-containing cathode operating medium during and preferably also after drying, which has a positive effect on the service life of the electrodes and counteracts air / air starts.

In einer bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens wird das Anodenbetriebsmedium während eines bestimmten Zeitraums Δt0 gezielt den Anodenräumen zugeführt, um diese mit dem Zieldruck zu beaufschlagen. Sobald den Anodenräumen das den Zieldruck einstellende Volumen Anodenbetriebsmedium zugeführt wurde, wird dieses besonders bevorzugt durch Schließen eines in einer Anodenversorgungsleitung angeordneten ersten Stellmittels und durch Schließen eines in einer Anodenabgasleitung angeordneten zweiten Stellmittels in den Anodenräumen eingeschlossen. Das Schließen dieser Stellmittel erfolgt bevorzugt ebenfalls im Zeitraum Δt0. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bleiben das erste und das zweite Stellmittel auch für die Zeiträume Δt1 und Δt2 geschlossen, sodass die Anodenräume während der Zeiträume Δt1 und Δt2 ein weitgehend fluiddicht abgeschlossenes Volumen, insbesondere hinsichtlich des Anodenbetriebsmediums bilden. Ebenfalls besonders bevorzugt wird das im Zeitraum Δt0 zugeführte Anodenbetriebsmedium mittels einer in der Anodenversorgung angeordneten Rezirkulationsfördereinrichtung für den Zeitraum Δt2 in diesem weitgehend abgeschlossenen Volumen umgewälzt. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren nahezu ausschließlich mit dem im Zeitraum Δt0 zugeführten Anodenbetriebsmedium durchgeführt werden. Vorteilhaft hält dies die zum Trocknen benötigte Brennstoffmenge möglichst gering.In a preferred embodiment of the method, the anode operating medium is selectively supplied to the anode chambers during a specific period .DELTA.t0 in order to supply them with the target pressure. Once the anode space operating medium has been supplied to the target pressure adjusting volume, it is particularly preferred to close it by closing a first actuating means disposed in an anode supply line and closing a second actuating means disposed in an anode exhaust gas line Anode spaces included. The closing of these actuating means preferably also takes place in the period .DELTA.t0. In a particularly preferred embodiment, the first and the second actuating means also remain closed for the periods .DELTA.t1 and .DELTA.t2, so that the anode spaces during the periods .DELTA.t1 and .DELTA.t2 form a largely fluid-tight closed volume, in particular with respect to the anode operating medium. Likewise particularly preferably, the anode operating medium supplied in the period Δt0 is circulated in this largely closed volume by means of a recirculation conveying device arranged in the anode supply for the period Δt2. Thus, the method according to the invention can be carried out almost exclusively with the anode operating medium fed in the period .DELTA.t0. Advantageously, this keeps the amount of fuel needed for drying as low as possible.

Im Detail sind zwei verschiedene Verfahrensführungen zum Trocknen des Anodenbetriebsmediums bevorzugt. In einer ersten bevorzugten Durchführungsform durchströmt das seit dem Zeitraum Δt0 in den Anodenräumen eingeschlossene Volumen des Anodenbetriebsmediums während des Umwälzens im Zeitraum Δt2 wiederholt einen in der Anodenversorgung angeordneten Wasserabscheider. Somit wird die Flüssigwasserbeladung des Anodenbetriebsmediums sukzessive reduziert. Das Flüssigwasser wird aus dem Wasserabscheider an die Umwelt abgegeben. In dieser Durchführungsform verbleiben das erste und zweite Stellmittel bevorzugt auch nach dem Zeitraum Δt2 geschlossen, um im abgeschalteten Zustand des Brennstoffzellenstapels den Überdruck auf Anodenseite aufrecht zu erhalten. Ferner bevorzugt wird das Fördern von Kühlmittel und Kathodenbetriebsmedium mit Ablauf des Zeitraums Δt2 eingestellt. Diese Durchführungsform ermöglicht das Trocknen des Brennstoffzellensystems und das Vermeiden eines Luft/Luft-Starts mit einer minimalen Menge Brennstoff.In detail, two different process routines for drying the anode operating medium are preferred. In a first preferred embodiment, the volume of the anode operating medium trapped in the anode compartments for the period .DELTA.t0 repeatedly flows through a water separator arranged in the anode supply during the circulation in the period .DELTA.t2. Thus, the liquid water loading of the anode operating medium is successively reduced. The liquid water is released from the water separator to the environment. In this embodiment, the first and second actuating means preferably remain closed even after the period Δt2 in order to maintain the overpressure on the anode side in the switched-off state of the fuel cell stack. Further preferably, the delivery of coolant and cathode operating medium is set at the expiration of the period Δt2. This embodiment allows drying of the fuel cell system and avoiding air / air start with a minimal amount of fuel.

Eine alternative Durchführungsform des Verfahrens ist insbesondere oberhalb eines bestimmten Grenzwerts des Flüssigwassergehalts im Brennstoffzellensystem bevorzugt. In diesem Fall kann die Abscheidung von Flüssigwasser in dem Wasserabscheider der Anodenversorgung nicht ausreichend sein. Bevorzugt wird dann für einen bestimmten Zeitraum Δt3 der Volumenstrom des Kathodenbetriebsmediums durch die Kathodenräume unterbunden. Somit kann während dieses Zeitraums Δt3 das umgewälzte und feuchtigkeitsbeladene Anodenbetriebsmedium aus den Anodenräumen abgelassen werden, ohne das in den Kathodenräumen ein Überdruck zu den Anodenräumen entsteht. Unmittelbar nach dem Ablassen wird erneut Anodenbetriebsmedium in die Anodenräume gefördert, um diese erneut mit einem bestimmten Überdruck zu den Kathodenräumen zu beaufschlagen. Bevorzugt werden anschließend ein in einer Anodenversorgungsleitung angeordnetes erstes Stellmittel und ein in der Anodenabgasleitung angeordnetes zweites Stellmittel geschlossen, um das neu zugeführte Anodenbetriebsmedium auch während des abgeschalteten Zustands des Stapels in den Anodenräumen einzuschließen. Das Fördern von Kühlmittel und Kathodenbetriebsmedium wird bevorzugt mit Ablauf des Zeitraums Δt2 eingestellt. Diese Durchführungsform ermöglicht eine zuverlässige Entwässerung der Anodenräume und ist insbesondere zum Trocknen eines Brennstoffzellensystems nach einem Startabbruch geeignet.An alternative embodiment of the method is particularly preferred above a certain limit of the liquid water content in the fuel cell system. In this case, the separation of liquid water in the water separator of the anode supply may not be sufficient. Preferably, the volume flow of the cathode operating medium is then prevented by the cathode compartments for a certain period .DELTA.t3. Thus, during this period .DELTA.t3, the recirculated and moisture-laden anode operating medium can be drained from the anode compartments without overpressurizing the anode compartments in the cathode compartments. Immediately after draining, anode operating medium is conveyed again into the anode chambers, in order to apply these again with a certain overpressure to the cathode chambers. Preferably, a first actuating means arranged in an anode supply line and a second actuating means arranged in the anode exhaust gas line are then closed in order to enclose the newly supplied anode operating medium in the anode chambers even during the switched-off state of the stack. The delivery of coolant and cathode operating medium is preferably set with expiration of the period Δt2. This embodiment allows a reliable drainage of the anode chambers and is particularly suitable for drying a fuel cell system after a start abort.

Während der Zeiträume Δt1 und Δt2 ist das Aufrechterhalten eines Überdrucks in den Anodenräumen gegenüber den Kathodenräumen wesentlich für das erfindungsgemäße Trocknungsverfahren. Um diesen Überdruck während der gesamten Verfahrensdauer sicherzustellen und Diffusionsverluste durch die Membranen sowie durch Undichtigkeiten des Stapels auszugleichen, wird in einer bevorzugten Durchführungsform auch in den Zeiträumen Δt1 und Δt2 zusätzliches Anodenbetriebsmedium in die Anodenversorgung eingespeist. Besonders bevorzugt sind dazu das erste und/oder das zweite Stellmittel als steuerbares Rückschlagventil ausgebildet. Ebenfalls bevorzugt kann die Aufrechterhaltung eines Überdrucks in den Anodenräumen gegenüber den Kathodenräumen durch eine Anpassung von dem Massestrom des Kathodenbetriebsmediums in der Kathodenversorgung erfolgen.During the periods .DELTA.t1 and .DELTA.t2, maintaining an overpressure in the anode compartments with respect to the cathode compartments is essential for the drying process of the present invention. In order to ensure this overpressure throughout the duration of the process and to compensate for diffusion losses through the membranes as well as through leaks in the stack, in a preferred embodiment additional anode operating medium is fed into the anode supply even in the periods Δt1 and Δt2. For this purpose, the first and / or the second adjusting means are particularly preferably designed as a controllable non-return valve. Also preferably, the maintenance of an overpressure in the anode compartments with respect to the cathode compartments can take place by an adaptation of the mass flow of the cathode operating medium in the cathode supply.

In einer ebenfalls bevorzugten Durchführungsform wird der mittlere freie Strömungsquerschnitt der Kathodenversorgung während der Zeiträume Δt1 und Δt2 vergrößert. Der freie Strömungsquerschnitt ist dabei die von dem Kathodenbetriebsmedium an einem beliebigen Querschnitt der Kathodenversorgung widerstandsfrei durchströmbare Querschnittsfläche. Der mittlere freie Strömungsquerschnitt ist dabei als das arithmetische Mittel über alle freien Strömungsquerschnitte der Kathodenversorgung zu verstehen. Besonders bevorzugt wird der mittlere freie Strömungsquerschnitt der Kathodenversorgung erhöht, indem alle darin enthaltenen einstellbaren Komponenten, wie beispielsweise Drosselklappen, Bypass-Ventile und Expander, möglichst weit geöffnet werden. Dadurch wird der zum Fördern von dem bestimmten Massestrom des Kathodenbetriebsmediums durch die Kathodenversorgung benötigte Druck so gering wie möglich eingestellt, wodurch die Aufrechterhaltung eines Überdrucks in den Anodenräumen gegenüber den Kathodenräumen erleichtert wird.In a likewise preferred embodiment, the mean free flow cross-section of the cathode supply is increased during the periods .DELTA.t1 and .DELTA.t2. The free flow cross-section is the cross-sectional area through which the cathode operating medium flows without resistance at any cross-section of the cathode supply. The mean free flow cross section is to be understood as the arithmetic mean over all free flow cross sections of the cathode supply. Particularly preferably, the mean free flow cross-section of the cathode supply is increased by all the adjustable components contained therein, such as throttle valves, bypass valves and expander, are opened as far as possible. Thereby, the pressure required to convey the particular mass flow of the cathode operating medium through the cathode supply is set as low as possible, thereby facilitating the maintenance of an overpressure in the anode compartments with respect to the cathode compartments.

Das Vermindern des Volumenstroms von dem die Kühlmittelkanäle durchströmenden Kühlmittel erfolgt bevorzugt durch die Reduktion der von einer Kühlmittelfördervorrichtung kontinuierlich geförderten Kühlflüssigkeitsmenge insgesamt oder durch Reduktion der eine Kühlvorrichtung durchströmenden Kühlflüssigkeitsmenge. Dabei wird der kontinuierlich geförderte Kühlmittelstrom besonders bevorzugt auf einen Wert zwischen 0 l/min/Zelle und 0,15 l/min/Zelle reduziert. Alternativ dazu wird diskontinuierlich ein definiertes Kühlmittelvolumen gepumpt, welches dem Volumen der Gesamtheit aller Kühlmittelkanäle entspricht. Eine Reduktion des Volumenstroms Kühlmittel wird dann durch Wartezeiten zwischen dem Pumpen der Kühlmittelvolumen erreicht. Die Wartezeit zwischen den diskontinuierlich gepumpten Volumen beträgt bevorzugt zwischen 1 s und 60 s, besonders bevorzugt 5 s. Das zyklische Pumpen des Kühlmittels ist energetisch günstiger als dessen kontinuierliche Förderung.The reduction of the volume flow from the coolant channels flowing through the coolant is preferably carried out continuously by the reduction of a coolant conveying device subsidized amount of cooling liquid in total or by reducing the amount of coolant flowing through a cooling device. In this case, the continuously conveyed coolant flow is particularly preferably reduced to a value between 0 l / min / cell and 0.15 l / min / cell. Alternatively, a defined volume of coolant is pumped discontinuously, which corresponds to the volume of the entirety of all coolant channels. A reduction in the volume flow of coolant is then achieved by waiting times between the pumping of the coolant volume. The waiting time between the discontinuously pumped volumes is preferably between 1 s and 60 s, more preferably 5 s. The cyclic pumping of the coolant is energetically cheaper than its continuous promotion.

Die wichtigsten Steuergrößen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Längen der Zeiträume Δt1 und Δt2. In einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Zeiträume Δt1 und Δt2 in Abhängigkeit eines messtechnisch ermittelten Flüssigwassergehalts des Brennstoffzellensystems bestimmt. Der Flüssigwassergehalt des Brennstoffzellensystems kann dabei direkt mittels eines oder mehrerer Flüssigkeitssensoren, indirekt über eine Impedanz-Messung an einer oder mehreren Zellen des Brennstoffzellenstapels bestimmt werden. Das Trocknungsverfahren wird umso länger durchgeführt, je mehr Flüssigwasser im Brennstoffzellensystem enthalten ist. Ebenfalls bevorzugt werden die Zeiträume Δt1 und Δt2 in Abhängigkeit einer ermittelten Temperatur des Brennstoffzellenstapels oder der Umgebung bestimmt. Dabei wird das Trocknungsverfahren umso länger durchgeführt, je tiefer die gemessenen Temperaturen sind. Das Bestimmen der Zeiträume Δt1 und Δt2 in Abhängigkeit zumindest eines aktuellen Zustands des Brennstoffzellensystems ermöglicht vorteilhaft das Einstellen eines definierten Trocknungsgrades. Nach dem erfindungsgemäßen Trocknungsverfahren liegt das Brennstoffzellensystem somit vorteilhaft in einem definierten Zustand vor, aus dem ein erneuter Start problemlos möglich ist.The most important control variables of the method according to the invention are the lengths of the periods .DELTA.t1 and .DELTA.t2. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the periods .DELTA.t1 and .DELTA.t2 are determined as a function of a metrologically determined liquid water content of the fuel cell system. The liquid water content of the fuel cell system can be determined directly by means of one or more liquid sensors, indirectly via an impedance measurement on one or more cells of the fuel cell stack. The drying process is carried out the longer the more liquid water is contained in the fuel cell system. Likewise preferably, the periods Δt1 and Δt2 are determined as a function of a determined temperature of the fuel cell stack or the environment. The drying process is carried out the longer the lower the measured temperatures are. The determination of the periods Δt1 and Δt2 as a function of at least one current state of the fuel cell system advantageously makes it possible to set a defined degree of dryness. After drying process according to the invention, the fuel cell system is thus advantageous in a defined state, from which a restart is easily possible.

Der Zeitraum Δt1 beträgt bevorzugt zwischen 1 s und 300 s, besonders bevorzugt 15 s. Der Zeitraum Δt2 wird in Abhängigkeit des Zeitraums Δt1 bestimmt und beträgt bevorzugt zwischen 1 s und 120 s, besonders bevorzugt 14 s. Die Zeiträume Δt0, Δt1, Δt2 und Δt3 folgen bevorzugt in dieser Reihenfolge unmittelbar oder mittelbar aufeinander. Insbesondere ist der Zeitraum Δt0 dem Zeitraum Δt1 vorgelagert und ist der Zeitpunkt Δt3 dem Zeitraum Δt2 nachgelagert, wobei diese Abschnitte ebenfalls mittelbar oder unmittelbar aufeinander folgen können. Besonders bevorzugt wird vor, nach oder zwischen den einzelnen Zeiträumen eine weitere Zeitspanne für mindestens eine weitere Funktionalität des Brennstoffzellensystems vorgehalten.The period Δt1 is preferably between 1 s and 300 s, more preferably 15 s. The period Δt2 is determined as a function of the time period Δt1 and is preferably between 1 s and 120 s, particularly preferably 14 s. The periods Δt0, Δt1, Δt2 and Δt3 preferably follow each other directly or indirectly in this order. In particular, the period .DELTA.t0 is upstream of the period .DELTA.t1 and the time .DELTA.t3 is downstream of the period .DELTA.t2, wherein these sections can also follow each other directly or indirectly. Particularly preferably, after or between the individual periods, a further period of time is reserved for at least one further functionality of the fuel cell system.

Diese Zeitspanne beträgt bevorzugt zwischen 0,01 s und 300 s und besonders bevorzugt zwischen 1 s und 10 s und schützt zusätzlich vor einer beschleunigten Degradation des Stapels, insbesondere der Elektroden, sowie zum Einstellen eines definierten Zustandes des Brennstoffzellensystems.This period is preferably between 0.01 s and 300 s and more preferably between 1 s and 10 s and additionally protects against accelerated degradation of the stack, in particular the electrodes, and for setting a defined state of the fuel cell system.

In einer ebenfalls bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Trocknungsverfahrens werden die Zeiträume Δt1 und Δt2 in Abhängigkeit einer Betriebszeit beziehungsweise eines Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems bestimmt. Für ein Brennstoffzellensystem werden in diesem Zusammenhang drei Betriebszustände unterschieden, nämlich Start/Hochfahren, kontinuierlicher Betrieb und Abschalten. Dabei kann eine Brennstoffzelle sowohl aus dem kontinuierlichen Betrieb als auch während des Starts/Hochfahrens abgeschaltet werden. Zumeist wird der Flüssigwassergehalt einer im Hochfahren befindlichen Brennstoffzelle höher sein, als der einer kontinuierlich betriebenen Brennstoffzelle. Die Betriebszeit korreliert in der Regel mit dem Betriebszustand beziehungsweise lässt Rückschlüsse auf diesen zu.In a likewise preferred embodiment of the drying method according to the invention, the periods Δt1 and Δt2 are determined as a function of an operating time or an operating state of the fuel cell system. For a fuel cell system, three operating states are distinguished in this context, namely startup / startup, continuous operation and shutdown. In this case, a fuel cell can be switched off both from continuous operation and during startup / startup. In most cases, the liquid water content of a fuel cell located at startup will be higher than that of a continuously operated fuel cell. The operating time usually correlates with the operating state or allows conclusions to be drawn about it.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abschalten eines Brennstoffzellensystems, umfassend die Verfahrensschritte: Initialisieren eines Abschaltvorgangs durch Trennen einer elektrischen Hauptlast von dem Brennstoffzellenstapel und Durchführen eines Verfahrens zum Trocknen des Brennstoffzellensystems, wie vorstehend beschrieben, bis zum Erreichen eines definierten Flüssigwassergehalts des Brennstoffzellensystems. Das Abschalten eines Brennstoffzellensystems wird regelmäßig durch das Trennen des Brennstoffzellenstapels von dessen elektrischer Hauptlast eingeleitet, beispielsweise beim Abstellen der Zündung eines Fahrzeugs. Durch die Trennung der elektrischen Hauptlast werden im Stapel weniger und bevorzugt kein Kathoden- und Anodenbetriebsmedium mehr verbraucht. Nach dem Trennen des Stapels von dessen Hauptlast wird das Brennstoffzellensystem wie vorstehend beschrieben getrocknet, bis ein definierter Flüssigwassergehalt des Brennstoffzellensystem erreicht ist. Bevorzugt wird der Brennstoffzellenstapel unmittelbar oder mittelbar zum Bereitstellen der für das Trocknungsverfahren notwendigen elektrischen Leistung, beispielsweise für den Betrieb elektrisch betriebener Fördereinrichtungen, Stellmittel und/oder Steuereinrichtungen, verwendet. Am Ende des Trocknungsverfahrens liegt das Brennstoffzellensystem vorteilhaft in einem definierten Trocknungszustand beziehungsweise mit einem definierten Flüssigwassergehalt vor. Dies ermöglicht somit vorteilhaft das Einstellen eines definierten Abschaltzustands des Brennstoffzellensystems und damit einen zuverlässigen Neustart desselben. The invention likewise provides a method for switching off a fuel cell system, comprising the method steps: initializing a switch-off process by disconnecting a main electrical load from the fuel cell stack and performing a method for drying the fuel cell system, as described above, until a defined liquid water content of the fuel cell system is reached. The shutdown of a fuel cell system is regularly initiated by disconnecting the fuel cell stack from its main electrical load, for example, when switching off the ignition of a vehicle. Due to the separation of the main electrical load less and preferably no cathode and anode operating medium are consumed in the stack more. After separating the stack from its main load, the fuel cell system is dried as described above until a defined liquid water content of the fuel cell system is reached. The fuel cell stack is preferably used directly or indirectly for providing the electrical power necessary for the drying process, for example for the operation of electrically operated conveyors, adjusting means and / or control devices. At the end of the drying process, the fuel cell system is advantageously present in a defined drying state or with a defined liquid water content. This thus advantageously allows the setting of a defined shutdown state of the fuel cell system and thus a reliable restart of the same.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem, umfassend einen Brennstoffzellenstapel mit Kathodenräumen, Anodenräumen und Kühlmittelkanälen; eine Kathodenversorgung, aufweisend einen Kathodenversorgungspfad mit einem darin angeordneten Verdichter und einen Kathodenabgaspfad; eine Anodenversorgung, aufweisend einen Anodenversorgungspfad mit einem ersten Stellmittel, einen Anodenabgaspfad mit einem zweiten Stellmittel und eine den Anodenabgaspfad mit dem Anodenversorgungspfad verbindende Rezirkulationsleitung mit einer darin angeordneten Rezirkulationsfördereinrichtung; eine Kühlmittelversorgung, aufweisend eine Kühlmittelfördereinrichtung zum Zuführen eines Kühlmittels in die Kühlmittelkanäle; und ein Steuergerät, das zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen eines Brennstoffzellensystems, wie obenstehend beschrieben, eingerichtet ist.Likewise provided by the invention is a fuel cell system comprising a fuel cell stack with cathode compartments, anode compartments and coolant channels; a cathode supply having a cathode supply path with a compressor disposed therein and a cathode exhaust path; an anode supply comprising an anode supply path having a first actuator, an anode exhaust path having a second actuator, and a recirculation line connecting the anode exhaust path to the anode supply path and having a recirculation conveyor disposed therein; a coolant supply, comprising a coolant delivery device for supplying a coolant into the coolant channels; and a controller configured to perform a method of drying a fuel cell system according to the invention as described above.

Das Brennstoffzellensystem weist bevorzugt Sensoren zum Bestimmen eines Flüssigwassergehalts des Brennstoffzellensystems, einer Temperatur des Brennstoffzellensystems, einer Temperatur der Umgebung, einer elektrischen Last, Leistung, Spannung oder Stromstärke des Brennstoffzellenstapels und/oder einer Betriebsdauer des Brennstoffzellenstapels auf. Die Rezirkulationsfördereinrichtung ist bevorzugt als Rezirkulationsgebläse ausgebildet. Das erste und oder zweite Stellmittel sind bevorzugt als Dosierventile oder steuerbare Rückschlagventile ausgestaltet, die ein Nachregeln des Drucks des Anodenbetriebsmediums in den Anodenräume ermöglichen.The fuel cell system preferably has sensors for determining a liquid water content of the fuel cell system, a temperature of the fuel cell system, a temperature of the environment, an electrical load, power, voltage or current strength of the fuel cell stack and / or an operating period of the fuel cell stack. The recirculation conveyor is preferably designed as a recirculation fan. The first and / or second adjusting means are preferably designed as metering valves or controllable non-return valves, which allow readjustment of the pressure of the anode operating medium in the anode chambers.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den ĂĽbrigen, in den UnteransprĂĽchen 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 AusfĂĽhrungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgefĂĽhrt, 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, ohne darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings, without being limited thereto. Show it:

1 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung; 1 a block diagram of a fuel cell system according to a preferred embodiment;

2 eine schematische Darstellung von Zustandsgrößen des Brennstoffzellensystems gemäß 1 während einer ersten Durchführungsform eines Verfahrens zum Trocknen desselben; 2 a schematic representation of state variables of the fuel cell system according to 1 during a first embodiment of a method of drying the same;

3 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung; und 3 a block diagram of a fuel cell system according to a second preferred embodiment; and

4 eine schematische Darstellung von Zustandsgrößen des Brennstoffzellensystems gemäß 3 während einer zweiten Durchführungsform eines Verfahrens zum desselben. 4 a schematic representation of state variables of the fuel cell system according to 3 during a second embodiment of a method for the same.

1 und 3 zeigen insgesamt mit 100 bezeichnete Brennstoffzellensysteme gemäß bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung. Die Brennstoffzellensysteme 100 sind jeweils Teil eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, das einen Elektrotraktionsmotor aufweist, der durch das jeweilige Brennstoffzellensystem 100 mit elektrischer Energie versorgt wird. 1 and 3 show a total of 100 designated fuel cell systems according to preferred embodiments of the present invention. The fuel cell systems 100 are each part of a vehicle, not shown in detail, in particular an electric vehicle having an electric traction motor by the respective fuel cell system 100 is supplied with electrical energy.

Die Brennstoffzellensysteme 100 umfassen als Kernkomponente einen Brennstoffzellenstapel 10, der eine Vielzahl von in Stapelform angeordneten Einzelzellen 11 aufweist, die durch abwechselnd gestapelte Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) 14 und Bipolarplatten 15 ausgebildet werden (siehe Detailausschnitt). Jede Einzelzelle 11 umfasst somit jeweils eine MEA 14, die eine hier nicht näher dargestellte ionenleitfähige Polymerelektrolytmembran aufweist, sowie beidseits daran angeordnete katalytische Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, welche die jeweilige Teilreaktion der Brennstoffzellenumsetzung katalysieren und insbesondere als Beschichtungen auf der Membran ausgebildet sein können. Die Anoden- und Kathodenelektrode weisen ein katalytisches Material auf, beispielsweise Platin, das auf einem elektrisch leitfähigen Trägermaterial großer spezifischer Oberfläche, beispielsweise einem kohlenstoffbasierten Material, geträgert vorliegt. Zwischen einer Bipolarplatte 15 und der Anode wird somit ein Anodenraum 12 ausgebildet und zwischen der Kathode und der nächsten Bipolarplatte 15 der Kathodenraum 13. Die Bipolarplatten 15 dienen der Zuführung der Betriebsmedien in die Anoden- und Kathodenräume 12, 13 und stellen ferner die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Brennstoffzellen 11 her. Optional können Gasdiffusionslagen zwischen den Membran-Elektroden-Anordnungen 14 und den Bipolarplatten 15 angeordnet sein.The fuel cell systems 100 comprise as a core component a fuel cell stack 10 containing a plurality of stacked single cells 11 having alternately stacked membrane-electrode assemblies (MEAs) 14 and bipolar plates 15 be formed (see detail). Every single cell 11 thus includes one MEA each 14 , which has an ion-conducting polymer electrolyte membrane, not shown here, as well as on both sides arranged thereon catalytic electrodes, namely an anode and a cathode, which catalyze the respective partial reaction of the fuel cell reaction and in particular can be formed as coatings on the membrane. The anode and cathode electrodes comprise a catalytic material, such as platinum, supported on an electrically conductive high surface area support material, such as a carbon based material. Between a bipolar plate 15 and the anode thus becomes an anode compartment 12 formed and between the cathode and the next bipolar plate 15 the cathode compartment 13 , The bipolar plates 15 serve to supply the operating media in the anode and cathode rooms 12 . 13 and further provide the electrical connection between the individual fuel cells 11 ago. Optionally, gas diffusion layers may be interposed between the membrane-electrode assemblies 14 and the bipolar plates 15 be arranged.

Um den Brennstoffzellenstapel 10 mit den Betriebsmedien zu versorgen, weisen die Brennstoffzellensysteme 100 einerseits eine Anodenversorgung 20 und andererseits eine Kathodenversorgung 30 auf.To the fuel cell stack 10 to supply the operating media, have the fuel cell systems 100 on the one hand, an anode supply 20 and on the other hand, a cathode supply 30 on.

Die Anodenversorgung 20 der in den 1 und 3 gezeigten Brennstoffzellensysteme 100 umfasst jeweils einen Anodenversorgungspfad 21, welcher der Zuführung eines Anodenbetriebsmediums (dem Brennstoff), beispielsweise Wasserstoff, in die Anodenräume 12 des jeweiligen Brennstoffzellenstapels 10 dient. Zu diesem Zweck verbinden die Anodenversorgungspfade 21 jeweils einen Brennstoffspeicher 23 mit einem Anodeneinlass des jeweiligen Brennstoffzellenstapels 10. Die Anodenversorgung 20 umfasst ferner einen Anodenabgaspfad 22, der das Anodenabgas aus den Anodenräumen 12 über einen Anodenauslass des jeweiligen Brennstoffzellenstapels 10 abführt. Der Anodenbetriebsdruck auf den Anodenseiten 12 des jeweiligen Brennstoffzellenstapels 10 ist über ein erstes Stellmittel 24 in dem Anodenversorgungspfad 21 einstellbar. Darüber hinaus weist die Anodenversorgung 20 der in den 1 und 3 gezeigten Brennstoffzellensysteme wie dargestellt eine Rezirkulationsleitung 25 auf, welche den Anodenabgaspfad 22 mit dem Anodenversorgungspfad 21 verbindet. Die Rezirkulation von Brennstoff ist üblich, um den zumeist überstöchiometrisch eingesetzten Brennstoff dem Stapel zurückzuführen und zu nutzen. In der Rezirkulationsleitung ist jeweils eine Rezirkulationsfördereinrichtung 27, vorzugsweise ein Rezirkulationsgebläse, angeordnet. Ferner ist in dem Anodenabgaspfad 22 jeweils ein Wasserabscheider 28 verbaut, um aus dem Brennstoffzellenstapel 10 ausgetragenes Flüssigwasser zu kondensieren und abzuleiten.The anode supply 20 in the 1 and 3 shown fuel cell systems 100 each includes an anode supply path 21 which feeds an anode operating medium (the fuel), for example hydrogen, into the anode spaces 12 of the respective fuel cell stack 10 serves. For this purpose, connect the anode supply paths 21 one each fuel storage 23 with an anode inlet of the respective fuel cell stack 10 , The anode supply 20 further includes an anode exhaust path 22 containing the anode exhaust gas from the anode chambers 12 via an anode outlet of the respective fuel cell stack 10 dissipates. The anode operating pressure on the anode sides 12 of the respective fuel cell stack 10 is about a first actuating means 24 in the anode supply path 21 adjustable. In addition, the anode supply points 20 in the 1 and 3 shown fuel cell systems as shown a recirculation line 25 on which the anode exhaust path 22 with the anode supply path 21 combines. The recirculation of fuel is common in order to return and utilize the fuel, which is mostly used in excess of stoichiometry, in the stack. In the recirculation line is in each case a recirculation conveyor 27 , preferably a recirculation blower, arranged. Further, in the anode exhaust path 22 one water separator each 28 Installed to get out of the fuel cell stack 10 Condensed liquid water to condense and dissipate.

In der Anodenabgasleitung 22 des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems 100 ist stromabwärts der Rezirkulationsleitung 25 ein zweites Stellmittel 26 angeordnet. Mit dem zweiten Stellmittel 26 kann ein Rezirkulationskreislauf von der Umgebung isoliert werden. Das erste und zweite Stellmittel 24, 26 können gemeinsam dazu genutzt werden, ein Ausströmen des Anodenbetriebsmediums aus den Anodenräumen 12 weitgehend zu unterbinden. Ferner ist stromabwärts des Brennstoffzellenstapels 10 und stromaufwärts des zweiten Stellmittels 26 ein Wasserabscheider 28 im Rezirkulationskreislauf der Kathodenabgasleitung 22 angeordnet.In the anode exhaust gas line 22 of in 1 shown fuel cell system 100 is downstream of the recirculation line 25 a second actuating means 26 arranged. With the second actuating means 26 a recirculation circuit can be isolated from the environment. The first and second actuating means 24 . 26 can be used in common, an outflow of the anode operating medium from the anode chambers 12 largely to prevent. Further, downstream of the fuel cell stack 10 and upstream of the second actuator 26 a water separator 28 in the recirculation circuit of the cathode exhaust gas line 22 arranged.

In dem in 3 gezeigten Brennstoffzellensystem 100 ist stromabwärts des Brennstoffzellenstapels 10 und stromaufwärts der Rezirkulationsleitung 25 ein Dreiwegeventil als zweites Stellmittel 26 angeordnet. Die Anodenabgasleitung 22 dieses Brennstoffzellensystems 100 ist als Purge-Leitung 22 zu dem Kathodenabgaspfad 32 ausgebildet. Das zweite Stellmittel 26 kann auch hier genutzt werden, um gemeinsam mit dem ersten Stellmittel 25 einen Rezirkulationskreislauf, aufweisend eine Rezirkulationsfördereinrichtung 27 und einen Wasserabscheider 28, von der Umgebung zu trennen. In einer anderen Stellung des Dreiwegeventils 26 kann das Anodenbetriebsmedium aus den Anodenräumen 12 über die Kathodenabgasleitung 32 an die Umwelt abgegeben werden.In the in 3 shown fuel cell system 100 is downstream of the fuel cell stack 10 and upstream of the recirculation line 25 a three-way valve as a second actuating means 26 arranged. The anode exhaust gas line 22 this fuel cell system 100 is as a purge line 22 to the cathode exhaust path 32 educated. The second adjusting agent 26 can also be used here, together with the first actuating means 25 a recirculation circuit comprising a recirculation conveyor 27 and a water separator 28 to separate from the environment. In another position of the three-way valve 26 For example, the anode operating medium may be removed from the anode compartments 12 via the cathode exhaust gas line 32 be released to the environment.

Die Kathodenversorgung 30 der in den 1 und 3 gezeigten Brennstoffzellensysteme 100 umfasst jeweils einen Kathodenversorgungspfad 31, welcher den Kathodenräumen 13 des jeweiligen Brennstoffzellenstapels 10 ein sauerstoffhaltiges Kathodenbetriebsmedium zuführt, insbesondere Luft, die aus der Umgebung angesaugt wird. Die Kathodenversorgung 30 umfasst ferner einen Kathodenabgaspfad 32, welcher das Kathodenabgas (insbesondere die Abluft) aus den Kathodenräumen 13 des jeweiligen Brennstoffzellenstapels 10 abführt und dieses gegebenenfalls einer nicht dargestellten Abgasanlage zuführt. Zur Förderung und Verdichtung des Kathodenbetriebsmediums ist in dem Kathodenversorgungspfad 31 ein Verdichter 33 angeordnet. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Verdichter 33 jeweils als ein hauptsächlich elektromotorisch angetriebener Verdichter 33 ausgestaltet, dessen Antrieb über einen mit einer entsprechenden Leistungselektronik 35 ausgestatteten Elektromotor 34 erfolgt. Der Verdichter 33 kann ferner durch eine im Kathodenabgaspfad 32 angeordnete Turbine 36 (gegebenenfalls mit variabler Turbinengeometrie) unterstützend über eine gemeinsame Welle (nicht dargestellt) angetrieben werden.The cathode supply 30 in the 1 and 3 shown fuel cell systems 100 each includes a cathode supply path 31 which is the cathode spaces 13 of the respective fuel cell stack 10 supplying an oxygen-containing cathode operating medium, in particular air which is drawn in from the environment. The cathode supply 30 further includes a cathode exhaust path 32 , which the cathode exhaust gas (in particular the exhaust air) from the cathode compartments 13 of the respective fuel cell stack 10 dissipates and optionally this feeds an exhaust system, not shown. For conveying and compressing the cathode operating medium is in the cathode supply path 31 a compressor 33 arranged. In the illustrated embodiments, the compressor 33 each as a mainly electric motor driven compressor 33 designed, the drive via a with a corresponding power electronics 35 equipped electric motor 34 he follows. The compressor 33 may also be through a in the cathode exhaust path 32 arranged turbine 36 (optionally with variable turbine geometry) are supported by a common shaft (not shown) driven.

Die in den 1 und 3 gezeigten Brennstoffzellensysteme 100 weisen ferner ein Befeuchtermodul 39 auf. Die Befeuchtermodule 39 sind einerseits jeweils so in dem Kathodenversorgungspfad 31 angeordnet, dass sie von dem Kathodenbetriebsgas durchströmbar sind. Andererseits sind sie so in dem Kathodenabgaspfad 32 angeordnet, dass sie von dem Kathodenabgas durchströmbar sind. Ein Befeuchter 39 weist typischerweise eine Mehrzahl von wasserdampfpermeablen Membranen auf, die entweder flächig oder in Form von Hohlfasern ausgebildet sind. Dabei wird eine Seite der Membranen von dem vergleichsweise trockenen Kathodenbetriebsgas (Luft) überströmt und die andere Seite von dem vergleichsweise feuchten Kathodenabgas (Abgas). Getrieben durch den höheren Partialdruck an Wasserdampf in dem Kathodenabgas kommt es zu einem Übertritt von Wasserdampf über die Membran in das Kathodenbetriebsgas, das auf diese Weise befeuchtet wird.The in the 1 and 3 shown fuel cell systems 100 also have a humidifier module 39 on. The humidifier modules 39 are on the one hand in each case in the cathode supply path 31 arranged to be flowed through by the cathode operating gas. On the other hand, they are so in the cathode exhaust path 32 arranged so that they can be flowed through by the cathode exhaust gas. A humidifier 39 typically has a plurality of water vapor permeable membranes formed either flat or in the form of hollow fibers. In this case, one side of the membranes is overflowed by the comparatively dry cathode operating gas (air) and the other side by the comparatively moist cathode exhaust gas (exhaust gas). Driven by the higher partial pressure of water vapor in the cathode exhaust gas, there is a transfer of water vapor across the membrane in the cathode operating gas, which is moistened in this way.

Die Kathodenversorgung 30 weist gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ferner eine Bypass-Leitung 37 auf, welche die Kathodenversorgungsleitung 31 mit der Kathodenversorgungsleitung 31 so verbindet, dass das Befeuchtermodul 39 stromaufwärts des Brennstoffzellenstapels 10 nicht durchströmt wird. Die Kathodenversorgung 30 weist gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ferner eine Bypass-Leitung 37 auf, welche die Kathodenabgasleitung 32 mit der Kathodenabgasleitung 32 so verbindet, dass das Befeuchtermodul 39 stromabwärts des Brennstoffzellenstapels 10 nicht durchströmt wird. Ein jeweils in der Bypass-Leitung 37 angeordnetes Stellmittel 38 dient der Steuerung der Menge des den Befeuchters 39 umgehenden Kathodenbetriebsmediums.The cathode supply 30 according to the in 1 illustrated embodiment further comprises a bypass line 37 on which the cathode supply line 31 with the cathode supply line 31 so that connects the humidifier module 39 upstream of the fuel cell stack 10 is not flowed through. The cathode supply 30 according to the in 3 illustrated embodiment further comprises a bypass line 37 on which the cathode exhaust gas line 32 with the cathode exhaust gas line 32 so that connects the humidifier module 39 downstream of the fuel cell stack 10 is not flowed through. One each in the bypass line 37 arranged adjusting means 38 is used to control the amount of the humidifier 39 immediate cathode operating medium.

Zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels 10 weisen die in den 1 und 3 gezeigten Brennstoffzellensysteme 100 zudem einen Kühlmittelkreislauf 40 auf. Dieser ist außerhalb des jeweiligen Brennstoffzellenstapels 10 durch eine ein Kühlmittel führende Leitung 42 gebildet, die mit Kühlmitteleinlassöffnungen und Kühlmittelauslassöffnungen des jeweiligen Brennstoffzellenstapels 10 verbunden ist. Im Brennstoffzellenstapel sind zwischen den Kühlmitteleinlassöffnungen und Kühlmittelauslassöffnungen Kühlmittelkanäle in den Bipolarplatten 15 angeordnet. Zum Fördern des Kühlmittels durch die Kühlmittelleitung 42 und die Kühlmittelkanäle des Brennstoffzellenstapels 10 ist im Kühlmittelkreislauf 40 eine Kühlmittelfördereinrichtung 41 angeordnet. Kühlmittel im Sinne dieser Anmeldung ist ein Kühlmittel dessen Temperatur durch eine Kühlung reduziert wird. Zum Kühlen ist hier ein nicht dargestellter Fahrzeugkühler als Kühlvorrichtung vorgesehen, wobei zwischen Brennstoffzellenstapel und Kühler stromaufwärts des Kühlers und stromabwärts des Brennstoffzellenstapels ein regelbares Thermostatventil angeordnet ist. For cooling the fuel cell stack 10 have the in the 1 and 3 shown fuel cell systems 100 also a coolant circuit 40 on. This is outside the respective fuel cell stack 10 through a conduit carrying a coolant 42 formed with the coolant inlet openings and coolant outlet openings of the respective fuel cell stack 10 connected is. In the fuel cell stack are between the coolant inlet openings and coolant outlet openings coolant channels in the bipolar plates 15 arranged. For conveying the coolant through the coolant line 42 and the coolant channels of the fuel cell stack 10 is in the coolant circuit 40 a coolant conveyor 41 arranged. Coolant in the context of this application is a coolant whose temperature is reduced by cooling. For cooling, an unillustrated vehicle radiator is provided here as a cooling device, wherein a controllable thermostatic valve is arranged between the fuel cell stack and the radiator upstream of the radiator and downstream of the fuel cell stack.

Sämtliche Stellmittel 24, 26, 38 der Brennstoffzellensysteme 100 können als regelbare oder nicht regelbare Ventile oder Klappen ausgebildet sein. Entsprechende weitere Stellmittel können in den Leitungen 21, 22, 31 und 32 angeordnet sein, um die Brennstoffzellenstapel 10 von der Umgebung isolieren zu können.All adjusting means 24 . 26 . 38 the fuel cell systems 100 can be designed as controllable or non-controllable valves or flaps. Corresponding further actuating means can be in the lines 21 . 22 . 31 and 32 be arranged to the fuel cell stack 10 isolate from the environment.

In der 2 sind Zustandsgrößen des Brennstoffzellensystems 100 gemäß 1 während einer ersten Durchführungsform eines Verfahrens zum Trocknen desselben dargestellt. Insbesondere sind die Temperatur T des Brennstoffzellestapels 10 und der Volumenstrom V .K des durch den Stapel 10 geförderten Kühlmittels gezeigt. Ferner sind der Druck pKa in den Kathodenräumen 13 und der Massestrom m .Ka des Kathodenbetriebsmediums durch die Kathodenräume 13 gezeigt. Ebenfalls dargestellt sind der Druck pA in den Anodenräumen 12 und der Volumenstrom V .A des Anodenbetriebsmediums durch die Anodenräume 12.In the 2 are state variables of the fuel cell system 100 according to 1 during a first embodiment of a method of drying the same. In particular, the temperature T of the fuel cell stack 10 and the volume flow V. K of the stack 10 promoted coolant shown. Furthermore, the pressure p Ka in the cathode compartments 13 and the mass flow m. Ka of the cathode operating medium through the cathode compartments 13 shown. Also shown are the pressure p A in the anode compartments 12 and the volume flow V. A of the anode operating medium through the anode chambers 12 ,

Wie in der 2 dargestellt, nehmen während einer Startphase des Brennstoffzellensystems 100 beziehungsweise beim Hochfahren des Brennstoffzellenstapels 10 der Massestrom m .Ka des Kathodenbetriebsmediums durch die Kathodenräume 13 und der Volumenstrom V .A des Anodenbetriebsmediums durch die Anodenräume 12 kontinuierlich zu. Dadurch steigen der Druck pKa in den Kathodenräumen 13 und der Druck pA in den Anodenräumen 12 global an. Aufgrund der einsetzenden Reaktionen in dem Stapel 10 nimmt dessen Temperatur T zu, was von einer Erhöhung des Kühlmittel-Volumenstroms V .K begleitet wird.Like in the 2 shown take during a startup phase of the fuel cell system 100 or at startup of the fuel cell stack 10 the mass flow m. Ka of the cathode operating medium through the cathode compartments 13 and the volume flow V. A of the anode operating medium through the anode chambers 12 continuously too. This increases the pressure p Ka in the cathode chambers 13 and the pressure p A in the anode compartments 12 globally. Due to the onset of reactions in the stack 10 its temperature T increases, which is due to an increase in the coolant volume flow V. K is accompanied.

Während des kontinuierlichen Betriebs des Brennstoffzellensystems 100 sind die Ströme m .Ka, V .A und V .K, die Drücke pKa und pA sowie die Temperatur T weitgehend konstant. Der Brennstoffzellenstapel 10 wird mit einem Überdruck der Anodenräume 12 gegenüber den Kathodenräumen 13 von 200 mbar betrieben. Während des kontinuierlichen Betriebs ist der Brennstoffzellenstapel 10 durcherhitzt und es fällt nur wenig Flüssigwasser darin an.During the continuous operation of the fuel cell system 100 are the currents m. Ka , V. A and V. K , the pressures p Ka and p A and the temperature T largely constant. The fuel cell stack 10 is with an overpressure of the anode chambers 12 opposite the cathode compartments 13 operated by 200 mbar. During continuous operation, the fuel cell stack is 10 heated and there is little liquid water in it.

Durch das Trennen des Brennstoffzellenstapels 10 von der elektrischen Hauptlast mittels Abstellen der Zündung des mit dem Brennstoffzellensystem 100 ausgestatteten Fahrzeugs kommen die Umsetzungsreaktionen von Anoden- und Kathodenbetriebsmedium weitgehend zum Erliegen und das erfindungsgemäße Verfahren zum Trocknen des Brennstoffzellensystems 100 wird eingeleitet. Anhand der Betriebsdauer des Brennstoffzellensystems 100 ermittelt ein Steuergerät (nicht dargestellt), dass sich der Stapel 10 im kontinuierlichen Betrieb befand. Anhand dieser Information und einer gemessenen Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 und der Umgebung, bestimmt das Steuergerät mittels einer Wertetabelle einen Zeitraum Δt1 von 15 s und davon abgeleitet einen Zeitraum Δt2 von 4 sBy disconnecting the fuel cell stack 10 from the main electric load by switching off ignition of the fuel cell system 100 equipped vehicle, the reaction reactions of anode and cathode operating medium come to a large halt and the inventive method for drying the fuel cell system 100 Is initiated. Based on the service life of the fuel cell system 100 determines a controller (not shown) that the stack 10 was in continuous operation. Based on this information and a measured temperature of the fuel cell stack 10 and the environment, the control unit determines by means of a value table a period Δt1 of 15 s and derived therefrom a period Δt2 of 4 s

Unmittelbar nach dem Einleiten des Trocknungsverfahrens, das heißt, zu Beginn des Zeitraums Δt1 wird der Volumenstrom V .K des kontinuierlich durch den Stapel 10 geförderten Kühlmittels auf ein Minimum von 0,018 l/min/Zelle reduziert, wobei dieser Wert so gewählt ist, dass eine Überhitzung der Membranen 14 gerade vermieden wird. Der verminderte Volumenstrom V .K wird für die Zeiträume Δt1 und Δt2 beibehalten, sodass die Temperatur T des Brennstoffzellenstapels 10 nur langsam abfällt, insbesondere im Vergleich zum Gradienten der Aufheizung des Stapels 10 während der Startphase. Das Vermindern des Kühlmittelvolumenstroms kann dabei erfolgen, indem der mittels der Kühlmittelfördervorrichtung der Volumenstrom der den Brennstoffzellenstapel durchströmenden Kühlflüssigkeit insgesamt reduziert wird oder indem mittels des Thermostatventils der Volumenstrom der den Fahrzeugkühler durchströmenden Kühlflüssigkeit reduziert wird.Immediately after the initiation of the drying process, that is, at the beginning of the period .DELTA.t1, the volume flow is V. K of continuously through the stack 10 reduced coolant to a minimum of 0.018 l / min / cell, this value being chosen so that overheating of the membranes 14 is just avoided. The reduced volume flow V. K is maintained for the periods .DELTA.t1 and .DELTA.t2, so that the temperature T of the fuel cell stack 10 only slowly decreases, especially in comparison to the gradient of heating of the stack 10 during the starting phase. The reduction of the coolant volume flow can take place in this case by reducing the volume flow of the fuel cell stack flowing through the cooling medium by means of the coolant conveying device or by reducing the volumetric flow of the coolant flowing through the vehicle radiator by means of the thermostatic valve.

Gleichzeitig zur Reduktion des Volumenstroms V .K des Kühlmittels wird zu Beginn des Zeitraums Δt1 in der Anodenversorgung 20 zuerst das zweite Stellmittel 26 und anschließend das erste Stellmittel 24 geschlossen und dadurch ein Überdruck pA – pKa von 424 mbar in den Anodenräumen 12 gegenüber den Kathodenräumen 13 eingestellt. Da den Anodenräumen 12 kein neues Anodenbetriebsmedium aus dem Speicher 23 zugeführt wird, sinkt der Volumenstrom V .A zu Beginn des Zeitraums Δt1 auf ein Minimum, im Wesentlichen auf Null, ab. Dieser Zustand der Anodenräume 12 wird für den gesamten Zeitraum Δt1 beibehalten.At the same time to reduce the volume flow V. K of the coolant is at the beginning of the period .DELTA.t1 in the anode supply 20 first the second actuating means 26 and then the first actuating means 24 closed and thereby an overpressure p A - p Ka of 424 mbar in the anode chambers 12 opposite the cathode compartments 13 set. As the anode chambers 12 no new anode operating medium from the memory 23 is supplied, the volume flow V decreases. A at the beginning of the period .DELTA.t1 to a minimum, substantially to zero, from. This condition of anode rooms 12 is maintained for the entire period Δt1.

In der Kathodenversorgung 30 werden zu Beginn des Zeitraums Δt1 alle Stellmittel so eingestellt, dass sich der mittlere freie Strömungsquerschnitt der Kathodenförderung 30 vergrößert. Insbesondere wird das Steuermittel 38 der Bypass-Leitung 37 geöffnet, um den Befeuchter 39 zu umgehen und somit den Strömungswiderstand für das Kathodenbetriebsmedium zu reduzieren und dessen Befeuchtung zu verhindern. Durch dieses Einstellen aller Stellmittel kann der Druck pKa in den Kathodenräumen 13 trotz der Förderung eines reduzierten Massestroms m .Ka des Kathodenbetriebsmediums von 0,042 g/s/Zelle durch die Kathodenräume 13 deutlich gesenkt werden, was das Aufrechterhalten des Überdrucks pA – pKa von 424 mbar in den Anodenräumen 12 sicherstellt. Der Massestrom m .Ka des Kathodenbetriebsmediums trocknet die Kathodenräume 13 des Stapels 10, während der Überdruck in den Anodenräumen 12 ein Übertritt von Flüssigwasser dorthinein stark reduziert bis verhindert. Das dampfbeladene Kathodenbetriebsmedium wird über die Abgasleitung 32 an die Umwelt abgegeben. Der Massestrom m .Ka und der Druck pKa werden für die gesamten Zeiträume Δt1 und Δt2 beibehalten.In the cathode supply 30 At the beginning of the period .DELTA.t1 all adjusting means are adjusted so that the mean free flow cross-section of the cathode support 30 increased. In particular, the control means becomes 38 the bypass line 37 opened to the humidifier 39 to circumvent and thus reduce the flow resistance for the cathode operating medium and to prevent its humidification. By setting all the actuating means, the pressure p Ka in the cathode chambers 13 despite the promotion of a reduced mass flow m. Ka of the cathode operating medium of 0.042 g / s / cell through the cathode compartments 13 can be significantly reduced, which is the maintenance of the overpressure p A - p Ka of 424 mbar in the anode chambers 12 ensures. The mass flow m. Ka of the cathode operating medium dries the cathode compartments 13 of the pile 10 while the overpressure in the anode chambers 12 a transfer of liquid water there greatly reduced or prevented. The vapor-loaded cathode operating medium is via the exhaust pipe 32 delivered to the environment. The mass flow m. Ka and the pressure p Ka are maintained for the entire periods Δt1 and Δt2.

Zu Beginn des Zeitraums Δt2 wird die Rezirkulationsfördereinrichtung 27 auf der Anodenseite 20 in Betrieb genommen, während die Stellmittel 24, 26 geschlossen bleiben. Dadurch wird das bereits in den Anodenräumen 12 befindliche Anodenbetriebsmedium mit einem Volumenstrom von 1,45 l/min/Zelle durch diese umgewälzt, was dort zu einem globalen Druckanstieg in den Anodenräumen 12 führt. Durch das umgewälzte Anodenbetriebsmedium wird Flüssigwasser aus den Anodenräumen 12 ausgetragen und in dem Wasserabscheider 28 abgeschieden. Somit erfolgt im Zeitraum Δt2 auch eine Trocknung der Anodenräume 12, wobei ein Überdruck pA – pKa der Anodenräume 12 630 mbar beträgt.At the beginning of the period Δt2, the recirculation conveyor 27 on the anode side 20 put into operation while the adjusting means 24 . 26 stay closed. This will already do so in the anode chambers 12 Anode operating medium with a volume flow of 1.45 l / min / cell circulated through it, resulting in a global increase in pressure in the anode chambers 12 leads. The circulated anode operating medium causes liquid water to escape from the anode compartments 12 discharged and in the water separator 28 deposited. Thus, in the period .DELTA.t2 also a drying of the anode chambers takes place 12 , wherein an overpressure p A - p Ka of the anode spaces 12 630 mbar.

Zum Ende des erfindungsgemäßen Trocknungsverfahrens am Ende des Zeitraums Δt2 liegt das Brennstoffzellensystem 100 mit einem definierten Flüssigwassergehalt vor. Der Verdichter 33, die Kühlmittelfördereinrichtung 41 und das Rezirkulationsgebläse 27 werden abgestellt und die Stellmittel 24, 26 geschlossen gehalten. Das System 100 liegt somit mit einem definierten Zustand und mit einem Überdruck in den Anodenräumen 12 im abgeschalteten Zustand vor.At the end of the drying process according to the invention at the end of the period .DELTA.t2 is the fuel cell system 100 with a defined liquid water content. The compressor 33 , the coolant conveyor 41 and the recirculation fan 27 are turned off and the adjusting means 24 . 26 kept closed. The system 100 thus lies with a defined state and with an overpressure in the anode chambers 12 in the off state before.

In der 4 sind Zustandsgrößen des Brennstoffzellensystems 100 gemäß 3 während einer zweiten Durchführungsform eines Verfahrens zum Trocknen desselben dargestellt. Die gezeigten Zustandsgrößen entsprechen dabei denen der 2 und zeigen während einer Startphase das mit Bezug auf 2 oben beschriebene Verhalten.In the 4 are state variables of the fuel cell system 100 according to 3 during a second embodiment of a method of drying the same. The state variables shown correspond to those of 2 and show during a starting phase with reference to 2 Behavior described above.

In der in 4 gezeigten Durchführungsform wird das erfindungsgemäße Trocknungsverfahren bereits während der Startphase des Brennstoffzellensystems 100 eingeleitet. Die Trennung des Stapels 10 von einer elektrischen Hauptlast erfolgt insbesondere zu Beginn eines Zeitraums Δt0.In the in 4 As shown embodiment, the drying method according to the invention already during the start-up phase of the fuel cell system 100 initiated. The separation of the pile 10 from an electric main load takes place in particular at the beginning of a period .DELTA.t0.

Während dieses Zeitraums Δt0 wird zudem der Volumenstrom V .K des durch den Stapel 10 geförderten Kühlmittels auf Null reduziert. Auch der Volumenstrom V .A des Anodenbetriebsmediums durch die Anodenräume 12 wird während des Zeitraums Δt0 auf Null reduziert, während zunächst das zweite Stellmittel 26 zur Purge-Leitung 22 und dann das erste Stellmittel 24 geschlossen werden, um einen bestimmten Druck pA in den mit Anodenbetriebsmedium gefüllten Anodenräumen 12 einzustellen. Ebenfalls während des Zeitraums Δt0 werden alle Stellmittel in der Kathodenversorgung 30 zur Erhöhung des mittleren freien Strömungsquerschnitts eingestellt, wie obenstehend beschrieben, und wird der Verdichter 33 so angesteuert, dass ein bestimmter Massestrom m .Ka des Kathodenbetriebsmediums durch die Kathodenräume 13 gefördert wird. Aufgrund aller dieser Schritte liegt zum Ende des Zeitraums Δt0 ein Überdruck pA – pKa von 215 mbar vor.During this period .DELTA.t0 is also the flow rate V. K of the stack 10 reduced coolant to zero. Also the volume flow V. A of the anode operating medium through the anode chambers 12 is reduced to zero during the period Δt0, while first the second actuating means 26 to the purge line 22 and then the first actuating means 24 be closed to a certain pressure p A in the Anodenbetriebsmedium filled anode spaces 12 adjust. Also during the period Δt0, all adjusting means in the cathode supply 30 set to increase the mean free flow area as described above, and becomes the compressor 33 so controlled that a certain mass flow m. Ka of the cathode operating medium through the cathode compartments 13 is encouraged. Because of all these steps, there is an overpressure p A -p Ka of 215 mbar at the end of the period Δt0.

Während des Zeitraums Δt1 werden alle Zustandsgrößen der Anodenräume 12 und der Kathodenräume 13 beibehalten. Das heißt, es erfolgt ein Trocknen der Kathodenräume 13, während der Volumenstrom in den Anodenräumen 12 weiterhin Null beträgt. Nach dem Ablauf einer Wartezeit von 3 s ab dem Ende des Zeitraums Δt0 wird ein Volumen des Kühlmittels, das der Summe der Volumina aller Kühlmittelkanäle entspricht, während eines Zeitraums von 5 s in den Brennstoffzellenstapel 10 gepumpt, wodurch ein Austausch des im Stapel 10 befindlichen Kühlmittels erfolgt.During the period Δt1, all state variables of the anode spaces become 12 and the cathode rooms 13 maintained. That is, there is a drying of the cathode compartments 13 while the volumetric flow in the anode compartments 12 continues to be zero. After the expiration of a waiting period of 3 s from the end of the period Δt0, a volume of the coolant, which corresponds to the sum of the volumes of all the coolant channels, is introduced into the fuel cell stack during a period of 5 s 10 pumped, causing an exchange of the in the stack 10 located coolant takes place.

Zu Beginn des Zeitraums Δt2 wird das Rezirkulationsgebläse 27 in der Anodenversorgung 20 aktiviert und durch Umwälzen des in den Anodenräumen 12 befindlichen Anodenbetriebsmediums ein Volumenstrom erzeugt, wie obenstehend beschrieben. Dadurch kommt es im Vergleich zum Zeitraum Δt1 zu einem globalen Druckanstieg in den Anodenräumen 12, zum Einstellen eines Überdrucks pA – pKa von 424 mbar und zu einer Trocknung der Anodenräume 12, wie obenstehend beschrieben. Zudem wird im Zeitraum Δt2 nach einer Wartezeit von 4 s nach dem Ende des letzten Betriebs der Kühlmittelfördereinrichtung 41 erneut Kühlmittel gepumpt.At the beginning of the period Δt2, the recirculation fan 27 in the anode supply 20 activated and by circulating the in the anode chambers 12 located anode flow medium generates a volume flow, as described above. This results in a global increase in pressure in the anode compartments compared to the period Δt1 12 , for setting an overpressure p A - p Ka of 424 mbar and for drying the anode chambers 12 as described above. In addition, in the period Δt2 after a waiting time of 4 s after the end of the last operation of the coolant conveyor 41 again pumped coolant.

Zum Ende des Zeitraums Δt2 beziehungsweise zu Beginn des Zeitraums Δt3 werden der Verdichter 33 und die Kühlmittelfördereinrichtung 41 deaktiviert und das in der Kathodenversorgung 30 befindliche Kathodenbetriebsmedium an die Umwelt abgelassen. Dadurch fällt der Druck in der Kathodenversorgung 30 auf Null ab. Ebenfalls zu Beginn des Zeitraums Δt3 wird in der Anodenversorgung das Stellmittel 26 so gestellt, dass das zuvor umgewälzte und feuchtigkeitsbeladene Anodenbetriebsmedium über die Purge-Leitung 22 und die Kathodenabgasleitung 32 an die Umwelt abgegeben wird. Damit fällt auch der Druck in den Anodenräumen 12 kurzzeitig auf Null ab. Anschließend wird das Stellmittel 26 vollständig geschlossen und wird das Stellmittel 24 kurzzeitig geöffnet, um neues Anodenbetriebsmedium in die Anodenräume 12 einzuspeisen, bis erneut ein Überdruck pA – pKa von 424 mbar eingestellt ist. Das System 100 wird somit zum Ende des Zeitraums Δt3 in einem definierten Zustand und mit einem Überdruck in den Anodenräumen 12 abgeschaltet.At the end of the period .DELTA.t2 or at the beginning of the period .DELTA.t3, the compressor 33 and the coolant delivery device 41 deactivated and that in the cathode supply 30 discharged cathode operating medium to the environment. As a result, the pressure in the cathode supply drops 30 to zero. Also at the beginning of the period .DELTA.t3 in the anode supply is the actuating means 26 placed so that the previously circulated and moisture-laden anode operating medium via the purge line 22 and the cathode exhaust gas line 32 delivered to the environment. This also drops the pressure in the anode chambers 12 briefly to zero. Subsequently, the adjusting agent 26 completely closed and becomes the actuating means 24 briefly open to new anode operating medium in the anode chambers 12 feed again until an overpressure p A - p Ka of 424 mbar is set again. The system 100 is thus at the end of the period .DELTA.t3 in a defined state and with an overpressure in the anode chambers 12 off.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
1010
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
1111
Einzelzellesingle cell
1212
Anodenraumanode chamber
1313
Kathodenraumcathode space
1414
Membran-Elektroden-Anordnung (MEA)Membrane electrode assembly (MEA)
1515
Bipolarplatte (Separatorplatte, Flussfeldplatte)Bipolar plate (separator plate, flow field plate)
2020
Anodenversorgunganode supply
2121
AnodenversorgungsleitungAnode supply line
2222
AnodenabgasleitungAnode exhaust gas line
2323
Brennstofftankfuel tank
2424
Erstes StellmittelFirst actuating means
2525
Rezirkulationsleitungrecirculation
2626
Zweites StellmittelSecond actuating means
2727
Rezirkulationsfördereinrichtungrecirculation conveyor
2828
Wasserabscheiderwater
3030
Kathodenversorgungcathode supply
3131
KathodenversorgungsleitungCathode supply line
3232
KathodenabgasleitungCathode exhaust gas line
3333
Verdichtercompressor
3434
Elektromotorelectric motor
3535
Leistungselektronikpower electronics
3636
Turbineturbine
3737
Bypass-LeitungBypass line
3838
Stellmittelactuating means
3939
Befeuchtermodulhumidifier
4040
KĂĽhlmittelkreislaufCoolant circuit
4141
KühlmittelfördervorrichtungCoolant delivery device
4242
KĂĽhlmittelleitungCoolant line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Verfahren zum Trocknen eines Brennstoffzellensystems (100), umfassend einen Brennstoffzellenstapel (10) mit Kathodenräumen (13), Anodenräumen (12) und Kühlmittelkanälen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Vermindern eines Volumenstroms von einem die Kühlmittelkanäle durchströmenden Kühlmittel für bestimmte Zeiträume Δt1 und Δt2; (b) Durchströmen der Kathodenräume (13) mit einem bestimmten Massenstrom eines Kathodenbetriebsmediums für die bestimmten Zeiträume Δt1 und Δt2; (c) Unterbinden von einem Volumenstrom eines Anodenbetriebsmediums durch die Anodenräume (12) für den bestimmten Zeitraum Δt1; (d) Durchströmen der Anodenräume (12) mit einem bestimmten Volumenstrom des Anodenbetriebsmediums für den bestimmten Zeitraum Δt2; und (e) Aufrechterhalten eines bestimmten Überdrucks in den Anodenräumen (12) gegenüber den Kathodenräumen (13) für die bestimmten Zeiträume Δt1 und Δt2.Method for drying a fuel cell system ( 100 ) comprising a fuel cell stack ( 10 ) with cathode spaces ( 13 ), Anode spaces ( 12 ) and coolant channels, the method comprising the steps of: (a) reducing a volume flow of a coolant flowing through the coolant channels for certain periods Δt1 and Δt2; (b) flow through the cathode compartments ( 13 ) with a certain mass flow of a cathode operating medium for the specific periods Δt1 and Δt2; (c) preventing a volume flow of an anode operating medium through the anode spaces ( 12 ) for the specific period Δt1; (d) flow through the anode chambers ( 12 ) with a certain volume flow of the anode operating medium for the specific period .DELTA.t2; and (e) maintaining a certain overpressure in the anode compartments ( 12 ) opposite the cathode compartments ( 13 ) for the specific periods Δt1 and Δt2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend die Verfahrensschritte: – Zuführen des Anodenbetriebsmediums in die Anodenräume (12) während eines bestimmten, dem Zeitraum Δt1 vorgelagerten Zeitraums Δt0 zum Beaufschlagen der Anodenräume (12) mit dem bestimmten Überdruck; und mindestens einen der folgenden Verfahrensschritte: – Schließen eines in einer Anodenversorgungsleitung (21) angeordneten ersten Stellmittels (24) und eines in einer Anodenabgasleitung (22) angeordneten zweiten Stellmittels (26) während des Zeitraums Δt0 und für die Zeiträume Δt1 und Δt2; und – Umwälzen des im Zeitraum Δt0 zugeführten Anodenbetriebsmediums mittels einer in der Anodenversorgung (20) angeordneten Rezirkulationsfördereinrichtung (27) für den bestimmten Zeitraum Δt2.The method of claim 1, further comprising the method steps: - supplying the anode operating medium into the anode chambers ( 12 ) during a certain time interval Δt0 preceding the period Δt1 for charging the anode compartments ( 12 ) with the specific overpressure; and at least one of the following method steps: closing one in an anode supply line ( 21 ) arranged first actuating means ( 24 ) and one in an anode exhaust line ( 22 ) arranged second actuating means ( 26 ) during the period Δt0 and for the periods Δt1 and Δt2; and - circulating the anode operating medium supplied in the period Δt0 by means of a in the anode supply ( 20 ) arranged recirculation conveyor ( 27 ) for the specific period Δt2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend die Verfahrensschritte: – Unterbinden von einem Volumenstrom des Kathodenbetriebsmediums durch die Kathodenräume (13) für einen bestimmten, dem Zeitraum Δt2 nachgelagerten Zeitraum Δt3; – Ablassen des umgewälzten Anodenbetriebsmediums aus den Anodenräumen (12) während des bestimmten Zeitraums Δt3; und – Zuführen von Anodenbetriebsmedium in die Anodenräume (12) zum Beaufschlagen der Anodenräume (12) mit einem bestimmten Überdruck zu den Kathodenräumen (13) während des bestimmten Zeitraums Δt3 und Schließen eines in einer Anodenversorgungsleitung (21) angeordneten ersten Stellmittels (24) und eines in einer Anodenabgasleitung (22) angeordneten zweiten Stellmittels (26).The method of claim 1 or 2, further comprising the method steps: - Preventing a volume flow of the cathode operating medium through the cathode chambers ( 13 ) for a certain period of time Δt3, which is subsequent to the period Δt2; - Draining the circulated anode operating medium from the anode chambers ( 12 ) during the determined period Δt3; and - supplying anode operating medium into the anode chambers ( 12 ) for charging the anode chambers ( 12 ) with a certain overpressure to the cathode spaces ( 13 ) during the determined period Δt3 and closing one in an anode supply line ( 21 ) arranged first actuating means ( 24 ) and one in an anode exhaust line ( 22 ) arranged second actuating means ( 26 ). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Volumenstrom des Anodenbetriebsmediums im Zeitraum Δt2 einen in der Anodenversorgung (20) angeordneten Wasserabscheider (28) durchströmt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determined volume flow of the anode operating medium in the period Δt2 one in the anode supply ( 20 ) arranged water separator ( 28 ) flows through. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck in den Anodenräumen (12) gegenüber den Kathodenräumen (13) während der bestimmten Zeiträume Δt1 und Δt2 durch Einspeisen zusätzlichen Anodenbetriebsmediums in die Anodenversorgung (20) und/oder durch Anpassung von dem Massestrom des Kathodenbetriebsmediums in der Kathodenversorgung (30) aufrechterhalten wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the overpressure in the anode spaces ( 12 ) opposite the cathode compartments ( 13 ) during the particular periods Δt1 and Δt2 by feeding additional anode operating medium into the anode supply ( 20 ) and / or by adaptation of the mass flow of the cathode operating medium in the cathode supply ( 30 ) is maintained. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere freie Strömungsquerschnitt der Kathodenversorgung (30) während der Zeiträume Δt1 und Δt2 vergrößert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mean free flow cross-section of the cathode supply ( 30 ) is increased during the periods Δt1 and Δt2. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Volumen aller Kühlmittelkanäle entsprechendes Volumen Kühlmittel während der Zeiträume Δt1 und Δt2 zyklisch in den Brennstoffzellenstapel (10) gepumpt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a volume of all coolant channels corresponding volume of coolant during the periods .DELTA.t1 and .DELTA.t2 cyclically into the fuel cell stack ( 10 ) is pumped. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeiträume Δt1 und Δt2 in Abhängigkeit eines ermittelten Flüssigwassergehalts des Brennstoffzellensystems (100), einer ermittelten Temperatur des Brennstoffzellenstapels (10), einer ermittelten Temperatur der Umgebung, einer Betriebszeit des Brennstoffzellensystems (100) und/oder eines Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems (100) bestimmt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the periods Δt1 and Δt2 in dependence of a determined liquid water content of the fuel cell system ( 100 ), a determined temperature of the fuel cell stack ( 10 ), a determined ambient temperature, an operating time of the fuel cell system ( 100 ) and / or an operating state of the fuel cell system ( 100 ). Verfahren zum Abschalten eines Brennstoffzellensystems (100), umfassend einen Brennstoffzellenstapel (10) mit Kathodenräumen (13), Anodenräumen (12) und Kühlmittelkanälen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Initialisieren eines Abschaltvorgangs durch Trennen einer elektrischen Hauptlast von dem Brennstoffzellenstapel; und – Durchführen des Verfahrens zum Trocknen des Brennstoffzellensystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bis zum Erreichen eines definierten Flüssigwassergehalts des Brennstoffzellensystems.Method for switching off a fuel cell system ( 100 ) comprising a fuel cell stack ( 10 ) with cathode spaces ( 13 ), Anode spaces ( 12 ) and coolant channels, the method comprising the steps of: - initializing a shutdown process by disconnecting a main electrical load from the fuel cell stack; and - performing the method for drying the fuel cell system according to one of claims 1 to 8 until reaching a defined liquid water content of the fuel cell system. Brennstoffzellensystem (100), umfassend – einen Brennstoffzellenstapel (10) mit Kathodenräumen (13), Anodenräumen (12) und Kühlmittelkanälen; – eine Kathodenversorgung (30), aufweisend einen Kathodenversorgungspfad (31) mit einem darin angeordneten Verdichter (33) und einen Kathodenabgaspfad (32); – eine Anodenversorgung (20), aufweisend einen Anodenversorgungspfad (21) mit einem ersten Stellmittel (24), einen Anodenabgaspfad (22) mit einem zweiten Stellmittel (26) und eine den Anodenabgaspfad (22) mit dem Anodenversorgungspfad (21) verbindende Rezirkulationsleitung (25) mit einer darin angeordneten Rezirkulationsfördereinrichtung (27); – eine Kühlmittelversorgung (40), aufweisend eine Kühlmittelfördereinrichtung (41) zum Zuführen eines Kühlmittels in die Kühlmittelkanäle; und – ein Steuergerät, das zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.Fuel cell system ( 100 ), comprising - a fuel cell stack ( 10 ) with cathode spaces ( 13 ), Anode spaces ( 12 ) and coolant channels; A cathode supply ( 30 ), comprising a cathode supply path ( 31 ) with a compressor arranged therein ( 33 ) and a cathode exhaust path ( 32 ); An anode supply ( 20 ), comprising an anode supply path ( 21 ) with a first actuating means ( 24 ), an anode exhaust path ( 22 ) with a second actuating means ( 26 ) and an anode exhaust path ( 22 ) with the anode supply path ( 21 ) connecting recirculation line ( 25 ) with a recirculation conveyor device ( 27 ); A coolant supply ( 40 ), comprising a coolant delivery device ( 41 ) for supplying a coolant into the coolant channels; and a controller adapted to perform a method according to any one of claims 1 to 8.
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