DE102017204730A1 - Fuel cell system and a method for operating a fuel cell system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (100), mit einem Kathodenluft führenden Kathodenpfad (10) und einem Brennstoff führenden Anodenpfad (20). Hierzu ist ein Elektrolyseur (31) vorgesehen, der dazu ausgelegt ist, dem Brennstoff ein als Inhibitor wirkendes Mittel zuzuführen.The invention relates to a fuel cell system (100) having a cathode air-conducting cathode path (10) and a fuel-carrying anode path (20). For this purpose, an electrolyzer (31) is provided, which is designed to supply the fuel with an agent acting as an inhibitor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch.The present invention relates to a fuel cell system according to the independent device claim and a method for operating a fuel cell system according to the independent method claim.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellensysteme mit mehreren in Reihe geschalteten Brennstoffzellen (Stacks) sind als elektrische Energiequellen auch für Fahrzeuge grundsätzlich bekannt. Im Polymerelektrolyt-Brennstoffzellensystem findet eine kalte Verbrennung von Wasserstoff durch die Verbindung mit dem Sauerstoff der Kathodenluft statt. Dafür wird einer Anode der Brennstoffzelle Wasserstoff zugeführt, während einer Kathode Luft, beispielsweise Umgebungsluft, zugeführt wird. Für die Speicherung des Wasserstoffs wird ein Hochdrucktank verwendet. Nach dem Tank und i.d.R. nach drei Reduzierungsstufen wird der Wasserstoff in die Anode überstöchiometrisch hineindosiert. Der Überschuss an Wasserstoff wird durch eine Rezirkulationspumpe dem frischen Wasserstoff beigemischt. Dabei spricht man von einer Anodenleitung in einem Anodenpfad. Zudem befinden sich im Anodenpfad ein Purgeventil zum Freispülen der Anodenleitung und ein Drainventil zum Abführen von überschüssigem Wasser aus der Anodenleitung. Die Komponenten im Anodenpfad umfassen Metall, bspw. sind solche Komponenten mit einer metallischen Oberfläche ausgestattet. Wasserstoff hat jedoch die nachteilige Eigenschaft, dass er zur Versprödung von Metallen führen kann. Aus diesem Grund wird dem Wasserstoff in der Anodenleitung ein als Inhibitor wirkendes Mittel, bspw. Sauerstoff, beigemischt, welches bewirken kann, dass die schädliche Wirkung des Wasserstoffs auf das Metall der Komponenten des Anodenpfads herabgesetzt wird. Der Sauerstoff wir nur in geringen Maßen beigemischt, sodass der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems zumindest nicht wesentlich beeinflusst wird und die untere Zündgrenze des Wasserstoff/Sauerstoff-Gasgemisches nicht überschritten wird. Der Sauerstoff wird aus einem speziell dazu ausgebildeten Vorratstank entnommen.Fuel cell systems with a plurality of series-connected fuel cells (stacks) are generally known as electrical energy sources for vehicles. In the polymer electrolyte fuel cell system, cold combustion of hydrogen occurs through the compound with the oxygen of the cathode air. For this purpose, an anode of the fuel cell is supplied with hydrogen, while air is supplied to a cathode, for example ambient air. For storing the hydrogen, a high-pressure tank is used. After the tank and i.d.R. After three reduction stages, the hydrogen is metered into the anode more than stoichiometrically. The excess of hydrogen is added to the fresh hydrogen by a recirculation pump. This is called an anode conduction in an anode path. In addition, in the anode path, a purge valve for flushing the anode line and a drain valve for discharging excess water from the anode line. The components in the anode path comprise metal, for example. Such components are provided with a metallic surface. However, hydrogen has the disadvantageous property that it can lead to the embrittlement of metals. For this reason, the hydrogen in the anode conduit is admixed with an inhibitory agent, for example oxygen, which may cause the detrimental effect of the hydrogen on the metal of the components of the anode path to be reduced. The oxygen is admixed only to a small extent, so that the efficiency of the fuel cell system is at least not significantly affected and the lower ignition limit of the hydrogen / oxygen gas mixture is not exceeded. The oxygen is taken from a specially designed storage tank.

Der Sauerstoff-Vorratstank muss nach dem Verbrauch des Sauerstoffs wieder befüllt werden, was erhebliche Nachteile bei Fahrzeugen mit sich bringt. Hierzu müsste nicht nur eine Wasserstoff-Säule, sondern auch eine Sauerstoff-Säule an den Tankstellen für das Brennstoffzellensystem vorhanden sein. Bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen müsste eine entsprechende Betankungsvorrichtung in jedem Fahrzeug vorhanden sein, das ein Brennstoffzellensystem als eine Energiequelle nutzt. Um eine Sauerstoff-Tankstelle zu vermeiden, müsste zumindest in den Werkstätten eine Sauerstoff-Betankungsmöglichkeit vorhanden sein. In diesem Fall müsste der Sauerstoff-Tank so ausgelegt sein, dass die Sauerstoff-Menge darin für ein ganzes Wartungsintervall ausreicht. Diese Nachteile könnten dazu führen, dass die Sauerstoff-Beimischung gar nicht oder zumindest nicht optimal verläuft. Die Komponenten der Anodenleitung könnten daher schnell korrodieren, was zu ihrem Ausfall und zu Sicherheitsproblemen im Brennstoffzellensystem führen könnte.The oxygen storage tank must be refilled after the consumption of oxygen, which brings significant disadvantages in vehicles. For this purpose, not only a hydrogen column but also an oxygen column would have to be present at the filling stations for the fuel cell system. When used in automobiles, a corresponding refueling device would have to be present in each vehicle using a fuel cell system as an energy source. In order to avoid an oxygen filling station, at least in the workshops an oxygen refueling option would have to be available. In this case, the oxygen tank would have to be designed so that the amount of oxygen in it is sufficient for a whole maintenance interval. These disadvantages could lead to the fact that the oxygen admixture does not run at all or at least not optimally. The components of the anode lead could therefore quickly corrode, which could lead to their failure and safety problems in the fuel cell system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung sieht ein Brennstoffzellensystem, bspw. ein Polymerelektrolyt-Brennstoffzellensystem, nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch vor. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The present invention provides a fuel cell system, for example, a polymer electrolyte fuel cell system, according to the independent apparatus claim, and a method of operating a fuel cell system according to the independent method claim. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with the fuel cell system according to the invention apply, of course, also in connection with the method according to the invention and in each case vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention always reciprocal reference is or may be.

Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem ist mit einem Kathodenluft führenden Kathodenpfad und einem Brennstoff führenden Anodenpfad ausgebildet, wobei ein Elektrolyseur vorgesehen ist, der dazu ausgelegt ist, dem Brennstoff ein als Inhibitor wirkendes Mittel zuzuführen.The fuel cell system according to the invention is formed with a cathode air-conducting cathode path and a fuel-carrying anode path, wherein an electrolyzer is provided which is adapted to supply the fuel with an agent acting as an inhibitor.

Als Elektrolyseur wird eine Vorrichtung bezeichnet, die das als Inhibitor wirkende Mittel bereitstellt. Einerseits kann der Elektrolyseur, bspw. ein PEM-Elektrolyseur, das Mittel aus einer anderen chemischen Verbindung erzeugen, indem im Elektrolyseur mithilfe eines elektrischen Stroms eine chemische Reaktion (Elektrolyse) herbeigeführt wird. Andererseits kann der Elektrolyseur, bspw. ein SOEC-Elektrolyseur, das Mittel aus einem Gasgemisch herausfiltern, indem der Elektrolyseur als ein Filter für das Gasgemisch betrieben wird, um das Mittel herauszufiltern. Ein Inhibitor ist vorliegend insbesondere ein Stoff, der als Hemmstoff wirkt und Reaktionen, insbesondere chemische oder physikalische Reaktionen, derart beeinflusst, dass die Reaktionen verlangsamt, gehemmt oder verhindert werden. Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem kann Wasserstoff als Brennstoff verwendet werden. Dabei kann Sauerstoff als ein Inhibitor im Anodenpfad und als ein Reaktant für die Hauptfunktion im Brennstoffzellensystem verwendet werden. Der Elektrolyseur kann dabei Wasserelektrolyse zum Erzeugen des Sauerstoffs ausführen oder ein Gasgemisch, bspw. eine Kathodenabluft, reinigen, um den Sauerstoff herauszufiltern. Im Kathodenpfad wird meistens einfache Umgebungsluft eingesaugt, die Sauerstoff enthält und als Kathodenluft im Sinne der Erfindung bezeichnet wird. Im Anodenpfad wird Brennstoff von einem Hochdruck-Brennstofftank zum Brennstoffzellensystem transportiert. Hierzu umfasst der Anodenpfad mindestens eine Anodenleitung, insbesondere in Form einer Rohrleitung. Überdies umfasst der Anodenpfad mindestens ein, insbesondere drei Ventile, die als Druck-Reduzierungsstufen nach dem Brennstofftank dienen. Zudem umfasst der Kathodenpfad eine Rezirkulationspumpe zum Beimischen eines nicht verbrauchten Brennstoffs dem frischen Brennstoff, ein Purgeventil zum Freispülen der Anodenleitung und ein Drainventil zum Abführen von überschüssigem Wasser aus der Anodenleitung. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem (oder im Weiteren einfach System genannt) kann mehrere Brennstoffzellen umfassen, die in einem Stapel bzw.in einem sog. Stack in Reihe verschaltet werden können. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem kann dabei für mobile Anwendungen, wie bspw. in Kraftfahrzeugen, oder für stationäre Anwendungen, wie bspw. als Notstromversorgung und/oder als Generator, verwendet werden.An electrolyzer is a device which provides the agent acting as an inhibitor. On the one hand, the electrolyser, for example a PEM electrolyzer, can produce the agent from another chemical compound by inducing a chemical reaction (electrolysis) in the electrolyzer by means of an electric current. On the other hand, the electrolyzer, for example, an SOEC electrolyzer, can filter out the agent from a gas mixture by operating the electrolyzer as a filter for the gas mixture to filter out the agent. An inhibitor in the present case is in particular a substance which acts as an inhibitor and influences reactions, in particular chemical or physical reactions, in such a way that the reactions are slowed down, inhibited or prevented. In the fuel cell system of the present invention, hydrogen can be used as the fuel. In this case, oxygen can be used as an inhibitor in the anode path and as a reactant for the main function in the fuel cell system. The electrolyzer can perform water electrolysis to produce the oxygen or a gas mixture, eg. A cathode exhaust clean, to filter out the oxygen. In the cathode path usually simple ambient air is sucked in, which contains oxygen and is referred to as cathode air in the sense of the invention. In the anode path, fuel is transported from a high-pressure fuel tank to the fuel cell system. For this purpose, the anode path comprises at least one anode line, in particular in the form of a pipeline. Moreover, the anode path comprises at least one, in particular three valves, which serve as pressure reduction stages downstream of the fuel tank. In addition, the cathode path includes a recirculation pump for adding an unused fuel to the fresh fuel, a purge valve for purging the anode conduit, and a drain valve for removing excess water from the anode conduit. The fuel cell system according to the invention (or simply called a system hereinafter) can comprise a plurality of fuel cells, which can be connected in series in a stack or in a so-called stack. The fuel cell system according to the invention can be used for mobile applications, such as in motor vehicles, or for stationary applications, such as, for example, as an emergency power supply and / or as a generator.

Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass das als Inhibitor wirkende Mittel (oder im Weiteren einfach Mittel genannt) mithilfe des Elektrolyseurs direkt im Brennstoffzellensystem bereitgestellt bzw. erzeugt oder gewonnen wird, um dem Brennstoff im Anodenpfad, insbesondere direkt im Brennstofftank oder kurz nach dem Brennstofftank, vorzugsweise vor dem Stack, beigemischt zu werden. Das Mittel muss daher nicht extra von außerhalb des Brennstoffzellensystems und somit von außerhalb des Kraftfahrzeugs, bspw. an einer speziell dazu ausgebildeten Tankstelle, getankt werden. Somit müssen die Tankstellen nicht umgebaut werden, um eine Tankmöglichkeit für das Mittel bereitzustellen. Auch muss somit keine Betankungsvorrichtung im Kraftfahrzeug eingebaut werden. Im Betrieb des Brennstoffzellensystems sammelt sich genügend Wasser im Anodenpfad und im Kathodenpfad, welches mithilfe des Elektrolyseurs in Sauerstoff, also das als Inhibitor wirkende Mittel, umgewandelt werden kann. Das Wasser des Anodenpfads wird ab und zu mithilfe eines Drainventils abgeführt. Gemäß einem Erfindungsaspekt kann der Elektrolyseur hinter dem Drainventil des Anodenpfades geschaltet werden. Das Wasser des Kathodenpfades wird mit der Abluft abtransportiert. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Elektrolyseur am Ende einer Abluftleitung des Kathodenpfades hinter einem Wasserabscheider angeordnet werden. Da das durch den Stack erzeugte Wasser hoch rein ist, muss für die Elektrolyse keine weitere Reinigung erfolgen. Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung kann der Elektrolyseur als ein Sauerstofffilter betrieben werden, um den Sauerstoff direkt aus der Abluft am Ende der Abluftleitung des Kathodenpfades herauszufiltern. Der Elektrolyseur kann dabei relativ klein ausgestaltet sein, da der Bedarf an dem Mittel nicht zu groß ist (100 bis 4000 ppm bei einem vollen Brennstofftank). Aufgrund der geringen Mengen kann eine Versorgung mit 12V bereits ausreichend sein, was einer typischen Versorgung eines elektrischen Bordnetzes im Kraftfahrzeug entspricht und durch eine vorhandene LV-Batterie bereitgestellt werden kann. Der Elektrolyseur kann bspw. so betrieben werden, dass das Mittel mit einem Hochdruck (p>700 bar) erzeugt und in einem kleinen Vorratstank für das Mittel zwischengespeichert wird, bevor es dem Brennstoff beigemischt wird. Allerdings kann die Beimischung auch ohne einen separaten Vorratstank für das Mittel erfolgen. Hierzu kann der Elektrolyseur während des Betankungsvorgangs des Brennstofftanks betrieben werden, um das Mittel in einer ausreichenden Menge direkt an dem Anodenpfad bereitzustellen. Außerdem ist es denkbar, dass der Elektrolyseur das Mittel mit einem niedrigeren Druck (p-20 bar) bereitstellen und während des Normalbetriebs des Brennstoffsystems, mit oder ohne Vorratstank, dem Brennstoff zufügen kann.The idea of the invention lies in the fact that the agent acting as an inhibitor (or simply referred to below as means) is provided or generated or obtained directly in the fuel cell system with the aid of the electrolyzer in order to supply the fuel in the anode path, in particular directly in the fuel tank or shortly after the fuel tank. preferably before the stack, to be mixed. The agent therefore does not have to be fueled extra from outside the fuel cell system and thus from outside the motor vehicle, for example at a specially designed gas station. Thus, the refueling stations do not need to be rebuilt to provide a tank for the agent. Also, therefore no refueling device must be installed in the vehicle. During operation of the fuel cell system, sufficient water collects in the anode path and in the cathode path, which can be converted by means of the electrolyzer into oxygen, ie the agent acting as an inhibitor. The water of the anode path is occasionally removed by means of a drain valve. According to one aspect of the invention, the electrolyzer may be switched behind the drain valve of the anode path. The water of the cathode path is transported away with the exhaust air. According to a further aspect of the invention, the electrolyzer can be arranged at the end of an exhaust duct of the cathode path behind a water separator. Since the water generated by the stack is highly pure, there is no need for further purification for the electrolysis. According to yet another aspect of the invention, the electrolyzer may be operated as an oxygen filter to filter out the oxygen directly from the exhaust air at the end of the exhaust duct of the cathode path. The electrolyzer can be made relatively small, since the need for the agent is not too large (100 to 4000 ppm for a full fuel tank). Due to the small quantities, a supply of 12V may already be sufficient, which corresponds to a typical supply of an on-board electrical system in the motor vehicle and can be provided by an existing LV battery. The electrolyser can be operated, for example, so that the agent with a high pressure (p> 700 bar) is generated and stored in a small storage tank for the agent before it is added to the fuel. However, the admixture can also be done without a separate storage tank for the agent. For this purpose, the electrolyzer may be operated during the refueling operation of the fuel tank to provide the agent in a sufficient amount directly on the anode path. In addition, it is conceivable that the electrolyzer may provide the means at a lower pressure (p-20 bar) and add fuel to the fuel system during normal operation of the fuel system, with or without storage tank.

Mithilfe der Erfindung werden folglich ein verbessertes Brennstoffzellensystem sowie ein sicheres Verfahren zum Betrieb des Brennstoffzellensystems erzielt. Mithilfe des Elektrolyseurs kann sichergestellt werden, dass die Beimischung des als Inhibitor wirkenden Mittels zum Brennstoff sicher verläuft und die Komponenten des Anodenpfades zuverlässig vor Versprödung bzw. Korrosion geschützt werden. Bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen braucht mit dem Brennstoffzellensystem vorteilhafterweise keine spezielle Betankungsvorrichtung für das als Inhibitor wirkende Mittel bereitgestellt werden.The invention thus achieves an improved fuel cell system and a safe method of operating the fuel cell system. By means of the electrolyzer it can be ensured that the admixture of the agent acting as an inhibitor to the fuel runs reliably and the components of the anode path are reliably protected against embrittlement or corrosion. When used in motor vehicles, the fuel cell system advantageously does not need to provide a special refueling device for the agent acting as an inhibitor.

Ferner kann bei einem Brennstoffzellensystem im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass der Elektrolyseur als ein PEM-Elektrolyseur oder ein SOEC-Elektrolyseur ausgebildet sein kann. Vorteilhafterweise kann der PEM-Elektrolyseur das Mittel aus einem Anoden- oder Kathodenwasser erzeugen, indem im Elektrolyseur Wasserelektrolyse ausgeführt wird. Der Vorteil des SOEC-Elektrolyseurs liegt darin, dass er sowohl zur Wasserelektrolyse als auch zum Herausfiltern von Sauerstoff aus der Luft betrieben werden kann. Somit kann der SOEC-Elektrolyseur zum Reinigen und Pumpen des Sauerstoffs aus der Kathodenluft, insbesondere der Abluft aus dem Kathodenpfad benutzt werden.Furthermore, it can be provided in the context of the invention in a fuel cell system that the electrolyzer can be designed as a PEM electrolyzer or a SOEC electrolyzer. Advantageously, the PEM electrolyzer may produce the means from an anode or cathode water by conducting water electrolysis in the electrolyzer. The advantage of the SOEC electrolyzer is that it can be operated both for water electrolysis and for filtering out oxygen from the air. Thus, the SOEC electrolyzer can be used for purifying and pumping the oxygen from the cathode air, especially the exhaust air from the cathode path.

Weiterhin kann bei einem Brennstoffzellensystem im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass der Elektrolyseur derart an den Anodenpfad angeschlossen sein kann, um dem Anodenpfad Wasser zu entziehen, wobei insbesondere der Elektrolyseur mit einem Drainventil des Anodenpfades verbunden sein kann. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass der Elektrolyseur in der Nähe des Brennstofftanks angeordnet sein kann. Somit kann ein kompaktes System bereitgestellt werden. Unmittelbar nach dem Drainventil kann Wasser abgegriffen werden, welches vorteilhafterweise vom Elektrolyseur für die Elektrolyse und somit zum Herstellen des Mittels verwendet werden kann.Furthermore, it may be provided in the context of the invention in a fuel cell system that the electrolyzer may be connected to the anode path in order to withdraw water from the anode path, wherein in particular the electrolyzer may be connected to a drain valve of the anode path. As a result, the advantage can be achieved that the electrolyzer in the vicinity of Fuel tanks can be arranged. Thus, a compact system can be provided. Immediately after the drain valve water can be tapped, which can be used advantageously by the electrolyzer for electrolysis and thus for the production of the agent.

Des Weiteren kann bei einem Brennstoffzellensystem im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass der Elektrolyseur derart an den Kathodenpfad angeschlossen sein kann, um dem Kathodenpfad Abluft oder Wasser zu entziehen, wobei insbesondere der Elektrolyseur mit einer Abluftleitung oder mit einem Wasserabscheider des Kathodenpfades verbunden sein kann. Am Ende des Kathodenpfades wird Wasser als ein Ausgangsprodukt der Hauptreaktion im Stack mit der Abluftleitung abtransportiert. Somit kann in der Abluftleitung Wasser abgegriffen werden, welches vorteilhafterweise vom Elektrolyseur für die Elektrolyse und somit zum Herstellen des Mittels verwendet werden kann. In manchen Systemen wird ein Wasserabscheider eingesetzt, um das Wasser von Abluft zu trennen. Dieses Wasser kann vorteilhafterweise direkt vom Elektrolyseur für die Elektrolyse verwendet werden. Aber auch in Systemen ohne einen Wasserabscheider kann der Elektrolyseur, insbesondere ein SOEC-Elektrolyseur, in der Abluftleitung eingesetzt werden, um den Sauerstoff direkt aus der Abluft aus dem Kathodenpfad herauszufiltern.Furthermore, it can be provided in the context of the invention in a fuel cell system that the electrolyzer may be connected to the cathode path in order to extract exhaust air or water from the cathode path, wherein in particular the electrolyzer may be connected to an exhaust air line or to a water separator of the cathode path. At the end of the cathode path, water is transported away as a starting product of the main reaction in the stack with the exhaust air line. Thus, water can be tapped in the exhaust duct, which can be advantageously used by the electrolyzer for electrolysis and thus for the production of the agent. In some systems, a water separator is used to separate the water from exhaust air. This water can advantageously be used directly from the electrolyzer for electrolysis. But even in systems without a water separator, the electrolyzer, in particular a SOEC electrolyser, can be used in the exhaust air line to filter out the oxygen directly from the exhaust air from the cathode path.

Zudem kann die Erfindung bei einem Brennstoffzellensystem vorsehen, dass der Elektrolyseur mit einem Vorratstank und mit einer Dosiervorrichtung ausgebildet sein kann. Somit kann der Vorteil erreicht werden, dass das Mittel im Vorratstank zwischengespeichert und mithilfe der Dosiervorrichtung nach Bedarf dem Brennstoff beigemischt werden kann. Der Elektrolyseur kann dabei so betrieben werden, um den Vorratstank aufzufüllen, wenn der Druck im Vorratstank unter einen bestimmten Schwellenwert fällt.In addition, the invention may provide for a fuel cell system that the electrolyzer may be formed with a storage tank and with a metering device. Thus, the advantage can be achieved that the agent can be temporarily stored in the storage tank and mixed with the fuel as needed by means of the metering device. The electrolyzer can be operated so as to fill the storage tank when the pressure in the storage tank falls below a certain threshold.

Als Vorratstank kann bei einem Brennstoffzellensystem im Rahmen der Erfindung ein Hochdrucktank (p>700 bar) oder ein Niedrigdrucktank (p-20 bar) verwendet werden. Beim Hochdrucktank kann die Beimischung des Mittels dem Brennstoff vorzugsweise beim Betankungsvorgang erfolgen, um sicherzustellen, dass das Mittel in erforderlicher, wenn auch sehr kleiner Menge (100 bis 4000 ppm bei einem vollen Brennstofftank) dem Brennstoff beigemischt wird. Die erforderliche Menge kann zuvor berechnet werden. Bei einem Niedrigdrucktank kann die Beimischung des Mittels dem Brennstoff vorzugsweise während des Normalbetriebs des Stacks erfolgen, wenn bspw. der Druck im Brennstofftank unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, um sicherzustellen, dass eine erforderliche, wenn auch kleine Menge des Mittels dem Brennstoff beigemischt wird, die vorzugsweise den zulässigen Höchstwert von 4000 ppm relativ zum verbleibenden Brennstoff nicht übersteigt.As a storage tank can be used in a fuel cell system in the invention, a high-pressure tank (p> 700 bar) or a low-pressure tank (p-20 bar). In the high pressure tank, the admixture of the agent to the fuel may preferably be in the refueling operation to ensure that the agent is added to the fuel in a required, albeit very small amount (100 to 4000 ppm for a full fuel tank). The required amount can be calculated beforehand. In a low pressure tank, the agent may preferably be admixed with the fuel during normal operation of the stack, for example when the pressure in the fuel tank falls below a certain threshold to ensure that a required, albeit small amount of the agent is added to the fuel preferably does not exceed the maximum allowable value of 4000 ppm relative to the remaining fuel.

Die Dosiervorrichtung kann bei einem Brennstoffzellensystem im Rahmen der Erfindung als ein Absperrventil ausgebildet sein. Das Absperrventil kann derart angesteuert werden, um den Vorratstank zum Anodenpfad hin zu öffnen und das Mittel dem Brennstoff beizumischen, wenn die relativen Drücke vom Brennstoff und dem Mittel entsprechend eingestellt sind, vorzugsweise bei einem Betankungsvorgang des Brennstofftanks oder wenn der Druck im Brennstofftank unter einen bestimmten Schwellenwert fällt.The metering device may be formed in a fuel cell system in the context of the invention as a shut-off valve. The shut-off valve may be actuated to open the storage tank to the anode path and to mix the agent with the fuel when the relative pressures of the fuel and the agent are adjusted accordingly, preferably during a refueling operation of the fuel tank or when the pressure in the fuel tank is below a certain level Threshold drops.

Zudem ist bei einem Brennstoffzellensystem im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Dosiervorrichtung als ein Rückschlagventil ausgebildet sein kann. Dabei kann das Rückschlagventil nur dann selbstständig öffnen, wenn der Druck im Brennstofftank unter einen bestimmten Schwellenwert fällt. Dabei kann der Elektrolyseur immer dann eingeschaltet werden, wenn der Druck des Mittels im Vorratstank unter den bestimmten unteren Schwellenwert fällt, und solange betrieben werden, bis der Druck des Mittels im Vorratstank einen bestimmten oberen Schwellenwert übersteigt, der dem Schwellenwert zum Öffnen des Rückschlagventils in Richtung zum Anodenpfad entsprechen kann. Der Vorratstank kann dabei als ein Niedrigdrucktank, insbesondere ein Rail (ein einfacher Behälter mit einem Rückschlagventil) ausgebildet oder gar als ein Rohrabschnitt einer Verbildungsleitung zwischen dem Elektrolyseur und dem Anodenpfad an der Stelle realisiert sein, wo das Mittel dem Brennstoff beigemischt wird. Somit kann eine passive Zufügung des Mittels aus dem Vorratstank zu dem Brennstoff ermöglicht werden, die keiner speziellen Steuerung bedarf.In addition, in a fuel cell system within the scope of the invention, it is conceivable that the metering device can be designed as a check valve. In this case, the check valve can only open automatically when the pressure in the fuel tank falls below a certain threshold. In this case, the electrolyzer can always be turned on when the pressure of the agent in the storage tank falls below the certain lower threshold, and operated until the pressure of the agent in the storage tank exceeds a certain upper threshold, the threshold for opening the check valve in the direction can correspond to the anode path. The storage tank can be designed as a low-pressure tank, in particular a rail (a simple container with a check valve) or even realized as a pipe section of a Verbildungsleitung between the electrolyzer and the anode path at the point where the agent is mixed with the fuel. Thus, a passive addition of the agent from the storage tank to the fuel can be made possible, which requires no special control.

Allerdings kann bei einem Brennstoffzellensystem im Rahmen der Erfindung der Elektrolyseur auch ohne einen Vorratstank und ohne eine Dosiervorrichtung ausgebildet sein und betrieben werden. Hierzu kann der Elektrolyseur vorzugsweise beim Betankungsvorgang des Brennstofftanks betrieben werden, um eine erforderliche, zuvor berechnete Menge an Mittel dem Brennstoff beizumischen. Somit kann der Vorratstank für das Mittel vermieden werden und das System einfacher ausgebildet werden. Außerdem ist es möglich, dass der Elektrolyseur während des Normalbetriebs des Brennstoffzellensystems betrieben wird. Dabei kann der Elektrolyseur das Mittel an dem Anodenpfad bereitstellen, bspw. wenn der Druck im Brennstofftank unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, bspw. über einen Niedrigdrucktank oder gar über einen Rohrabschnitt einer Verbildungsleitung zwischen dem Elektrolyseur und dem Anodenpfad, der als einziger und ausreichender Speicher für das Mittel dienen kann.However, in the case of a fuel cell system within the scope of the invention, the electrolyzer can also be designed and operated without a storage tank and without a metering device. For this purpose, the electrolyzer may preferably be operated during the refueling operation of the fuel tank in order to mix a required, previously calculated amount of agent with the fuel. Thus, the storage tank for the agent can be avoided and the system can be made simpler. In addition, it is possible that the electrolyzer is operated during normal operation of the fuel cell system. In this case, the electrolyzer can provide the means on the anode path, for example. When the pressure in the fuel tank falls below a certain threshold, for example. Via a low-pressure tank or even a pipe section of a communication line between the electrolyzer and the anode path, which is the only and sufficient memory for which can serve the means.

Ferner wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems gelöst, welches oben beschrieben wurde, und welches mit einem Kathodenluft führenden Kathodenpfad und einem Brennstoff führenden Anodenpfad ausgeführt ist. Dabei wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dem Brennstoff ein als Inhibitor wirkendes Mittel mithilfe eines Elektrolyseurs zugeführt. Dabei werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem beschrieben wurden. Hierbei wird vollumfänglich darauf Bezug genommen. Furthermore, the object according to the invention is achieved by a method for operating a fuel cell system, which has been described above, and which is embodied with a cathode air-conducting cathode path and a fuel-carrying anode path. In this case, according to the method of the invention, the fuel is supplied with an agent acting as an inhibitor by means of an electrolyzer. In this case, the same advantages are achieved, which have been described above in connection with the fuel cell system according to the invention. This is fully referred to.

Weiterhin kann im Rahmen eines Verfahrens im Sinne der Erfindung vorgesehen sein, dass der Elektrolyseur betrieben wird, um einen Vorratstank für ein als Inhibitor wirkendes Mittel aufzutanken, wobei insbesondere der Vorratstank während eines Betankungsvorgangs des Brennstoffzellensystems mit Brennstoff den Anodenpfad mit dem als Inhibitor wirkenden Mittel, insbesondere über einen Vorratstank, versorgt. Somit kann der Vorteil erreicht werden, dass das Mittel im Vorratstank zwischengespeichert und nach Bedarf dem Brennstoff beigemischt werden kann. Der Elektrolyseur kann dabei so betrieben werden, um den Vorratstank aufzufüllen, wenn der Druck im Vorratstank unter einen bestimmten Schwellenwert fällt.Furthermore, it can be provided in the context of a method according to the invention that the electrolyzer is operated to refuel a storage tank for an agent acting as an inhibitor, wherein in particular the storage tank during a refueling operation of the fuel cell system with fuel the anode path with the inhibitor acting as an agent, in particular via a storage tank supplied. Thus, the advantage can be achieved that the agent can be cached in the storage tank and mixed with the fuel as needed. The electrolyzer can be operated so as to fill the storage tank when the pressure in the storage tank falls below a certain threshold.

Des Weiteren kann im Rahmen eines Verfahrens im Sinne der Erfindung vorgesehen sein, dass der Elektrolyseur während eines Betankungsvorgangs des Brennstoffzellensystems mit Brennstoff betrieben wird, um den Anodenpfad mit dem als Inhibitor wirkenden Mittel, insbesondere direkt, zu versorgen. Somit kann der Elektrolyseur auch ohne einen Vorratstank betrieben werden. Hierzu kann der Elektrolyseur vorzugsweise beim Betankungsvorgang des Brennstofftanks betrieben werden, um eine erforderliche, zuvor berechnete Menge an Mittel dem Brennstoff beizumischen. Somit kann der Vorratstank für das Mittel vermieden werden und ein einfaches System bereitgestellt werden.Furthermore, it can be provided in the context of a method according to the invention that the electrolyzer is operated during a refueling operation of the fuel cell system with fuel to supply the anode path with the agent acting as an inhibitor, in particular directly. Thus, the electrolyzer can be operated without a storage tank. For this purpose, the electrolyzer may preferably be operated during the refueling operation of the fuel tank in order to mix a required, previously calculated amount of agent with the fuel. Thus, the storage tank for the agent can be avoided and a simple system can be provided.

Zudem kann im Rahmen eines Verfahrens im Sinne der Erfindung vorgesehen sein, dass der Elektrolyseur betrieben wird, um einen Vorratstank, insbesondere einen Niedrigdrucktank, für ein als Inhibitor wirkendes Mittel aufzutanken, wobei insbesondere der Vorratstank während eines Normalbetriebes des Brennstoffzellensystems den Anodenpfad mit dem als Inhibitor wirkenden Mittel versorgt, vorzugsweise wenn der Druck in der Anodenleitung unter einen Schwellwert fällt. Somit kann der Vorteil erreicht werden, dass das Mittel während des Normalbetriebs des Brennstoffzellensystems bereitgestellt werden kann.In addition, can be provided in the context of a method according to the invention that the electrolyzer is operated to refuel a storage tank, in particular a low-pressure tank, acting as an inhibitor means, in particular the storage tank during normal operation of the fuel cell system, the anode path with the inhibitor acting means, preferably when the pressure in the anode line falls below a threshold. Thus, the advantage can be achieved that the means can be provided during normal operation of the fuel cell system.

Außerdem kann im Rahmen eines Verfahrens im Sinne der Erfindung vorgesehen sein, dass der Elektrolyseur nach einem Betankungsvorgang des Brennstoffzellensystems mit Brennstoff betrieben wird, um den Anodenpfad mit dem als Inhibitor wirkenden Mittel, insbesondere über einen Vorratstank, vorzugsweise einen Niedrigdrucktank, bevorzugt einen Rail, und ein Rückschlagventil, zu versorgen. Als ein Rail kann ein einfacher Speicher mit einem Rückschlagventil dienen. Zudem ist es denkbar, dass als Niedrigdrucktank einfach ein Rohrabschnitt einer Verbindungsleitung dienen kann. Die Verbindungsleitung kann den Elektrolyseur mit dem Anodenpfad, bspw. mit dem Brennstofftank oder mit einer Anodenleitung kurz nach dem Brennstofftank, verbinden und einen Inhibitorpfad bilden. Somit kann der Vorteil erreicht werden, dass der Vorratstank, vorzugsweise der Niedrigdrucktank, bevorzugt der Rail, passiv betrieben werden können.In addition, can be provided in the context of a method according to the invention that the electrolyzer is operated after a refueling operation of the fuel cell system with fuel to the anode path with acting as an inhibitor means, in particular via a storage tank, preferably a low-pressure tank, preferably a rail, and a check valve to supply. As a rail can serve a simple memory with a check valve. In addition, it is conceivable that as a low-pressure tank can easily serve a pipe section of a connecting line. The connecting line can connect the electrolyzer to the anode path, for example to the fuel tank or to an anode line shortly after the fuel tank, and form an inhibitor path. Thus, the advantage can be achieved that the storage tank, preferably the low-pressure tank, preferably the rail, can be operated passively.

Figurenlistelist of figures

Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile und das erfindungsgemäße Verfahren und seine Weiterbildungen sowie seine Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform,
  • 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform,
  • 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer dritten Ausführungsform,
  • 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer vierten Ausführungsform,
  • 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer fünften Ausführungsform,
  • 6 Verfahren zum Auffüllen eines Vorratstanks,
  • 7 ein mögliches Verfahren zum Beimischen eines Mittels zum Brennstoff,
  • 8 ein weiteres mögliches Verfahren zum Beimischen eines Mittels zum Brennstoff,
  • 9 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer sechsten Ausführungsform,
  • 10 ein mögliches Verfahren zum Beimischen eines Mittels zum Brennstoff in einem Brennstoffzellensystem gemäß der 9,
  • 11 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer siebten Ausführungsform, und
  • 12 ein weiteres mögliches Verfahren zum Beimischen eines Mittels zum Brennstoff in einem Brennstoffzellensystem gemäß der 11.
The fuel cell system according to the invention and its developments and their advantages and the method according to the invention and its developments and its advantages will be explained in more detail below with reference to drawings. Each show schematically:
  • 1 a schematic representation of a fuel cell system according to the invention according to a first embodiment,
  • 2 a schematic representation of a fuel cell system according to the invention according to a second embodiment,
  • 3 a schematic representation of a fuel cell system according to the invention according to a third embodiment,
  • 4 a schematic representation of a fuel cell system according to the invention according to a fourth embodiment,
  • 5 a schematic representation of a fuel cell system according to the invention according to a fifth embodiment,
  • 6 Method for filling a storage tank,
  • 7 a possible method of admixing an agent to the fuel,
  • 8th another possible method for admixing an agent to the fuel,
  • 9 a schematic representation of a fuel cell system according to the invention according to a sixth embodiment,
  • 10 a possible method for adding an agent to the fuel in a fuel cell system according to the 9 .
  • 11 a schematic representation of a fuel cell system according to the invention according to a seventh embodiment, and
  • 12 Another possible method for adding an agent to the fuel in a fuel cell system according to the 11 ,

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile des Brennstoffzellensystems 100 stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.In the different figures are the same parts of the fuel cell system 100 always provided with the same reference numerals, which is why they are usually described only once.

Die 1 bis 5, 9 und 11 zeigen dabei jeweils ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 100, welches als ein Polymerelektrolyt-Brennstoffzellensystem 100 ausgebildet sein kann. Das Brennstoffzellensystem 100 kann mehrere Brennstoffzellen umfassen, die in einem Stapel 1, einem sog. Stack 1 in Reihe verschaltet werden können. Im Stack 1 findet eine kalte Verbrennung von Wasserstoff durch die Verbindung mit dem Sauerstoff der Kathodenluft statt. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem 100 eignet sich vorteilhafterweise für mobile Anwendungen, d. h. für Anwendungen in Kraftfahrzeugen, sowie für stationäre Anwendungen, bspw. in Generatoren oder als Notstromversorgung. Dafür wird einer Anode im Stack 1 Wasserstoff mithilfe eines Anodenpfades 20 zugeführt, während einer Kathode Luft, bspw. Umgebungsluft, mithilfe eines Kathodenpfades 10 zugeführt wird. Die elektrische Leistung vom Stack 1 wird über einen elektrischen Kreislauf mit mindestens einem, bspw. zwei DC/DC-Wandlern 101, 102 abgegriffen und an ein elektrisches Bordnetzt des Kraftfahrzeuges mithilfe einer LV-Batterie 103 bereitgestellt.The 1 to 5 . 9 and 11 each show an embodiment of a fuel cell system according to the invention 100 used as a polymer electrolyte fuel cell system 100 can be trained. The fuel cell system 100 may include multiple fuel cells in a stack 1 , a so-called stack 1 can be connected in series. In the stack 1 There is a cold combustion of hydrogen through the compound with the oxygen of the cathode air instead. The fuel cell system according to the invention 100 is advantageously suitable for mobile applications, ie for applications in motor vehicles, as well as for stationary applications, for example. In generators or as an emergency power supply. This is an anode in the stack 1 Hydrogen using an anode path 20 supplied during a cathode air, for example. Ambient air, using a cathode path 10 is supplied. The electrical power from the stack 1 is via an electrical circuit with at least one, for example. Two DC / DC converters 101 . 102 tapped and to an electrical vehicle electrical system of the motor vehicle by means of a LV battery 103 provided.

Der Kathodenpfad 10 weist dabei am Eingang 10a einen Luftfilter 11 auf, um die Umgebungsluft entsprechend den Erfordernissen des Stacks 1 zu filtern. Ein Verdichter 12, bspw. in Form eines Saugers, sorgt dafür, dass ausreichend Luft zu einer Kathode 4 im Stack 1 gelangt. Ein Wärmetauscher 13 ist vorgesehen, um die verdichtete Luft bzw. Kathodenluft nach Durchgang des Verdichters 12 auf eine geeignete Temperatur abzukühlen. Ein Befeuchter 14 sorgt dafür, dass unverbrauchte Luft zurück an die Kathode geschickt wird. Am Ausgang 10b des Kathodenpfades 10 befindet sich eine Abluftleitung 10b.The cathode path 10 points at the entrance 10a an air filter 11 on to the ambient air according to the requirements of the stack 1 to filter. A compressor 12 For example, in the form of a nipple, ensures that sufficient air to a cathode 4 in the stack 1 arrives. A heat exchanger 13 is provided to the compressed air or cathode air after passage of the compressor 12 to cool to a suitable temperature. A humidifier 14 Ensures that unused air is sent back to the cathode. At the exit 10b of the cathode path 10 there is an exhaust duct 10b ,

Der Anodenpfad 20 umfasst eine geschlossene Anodenleitung zwischen einem Brennstoff- bzw. einem Wasserstofftank 21 und dem Stack 1. Nach dem Brennstofftank 21 ist im Anodenpfad 20 ein Absperrventil 22 zum Abschalten der Brennstoffversorgung, bspw. in einem Fehlerfall, und zwei Druckregler 23, 24 bspw. in Form von Ventilen, zum Einstellen eines geeigneten Drucks in der Anodenleitung vorgesehen. Ein unverbrauchter Brennstoff kann mittels einer Rezirkulationspumpe 25, bspw. in Form einer Strahlpumpe, dem frischen Brennstoff beigemischt werden. Ein Drainventil 26 ist zum Abführen überschüssigen Wassers aus dem Anodenpfad 20 vorgesehen. Ein Purgeventil 27, bspw. in Form einer Drosselklappe, sorgt zum Regeln eines Wasserstoffgehaltes in der Anodenleitung 20.The anode path 20 includes a closed anode conduit between a fuel or hydrogen tank 21 and the stack 1 , After the fuel tank 21 is in the anode path 20 a shut-off valve 22 for switching off the fuel supply, for example. In case of failure, and two pressure regulator 23 . 24 For example, in the form of valves, provided for setting a suitable pressure in the anode line. An unused fuel can by means of a recirculation pump 25 , For example, in the form of a jet pump, the fresh fuel are mixed. A drain valve 26 is for removing excess water from the anode path 20 intended. A purge valve 27 , For example, in the form of a throttle valve, ensures the regulation of a hydrogen content in the anode line 20 ,

Die Komponenten des Anodenpfades 20, wie die Anodenleitung, die Ventile 22, 23, 26, 27 und die Rezirkulationspumpe 25 umfassen Metall und sind der Einwirkung des Brennstoffs, hier Wasserstoff, ausgesetzt. Der Wasserstoff kann jedoch zur Versprödung des Metalls in den Komponenten des Anodenpfades 20 führen. Um dem Effekt entgegenzuwirken, wird dem Wasserstoff eine kleine Menge von Sauerstoff von 100 bis 4000 ppm im Vergleich zu der Menge von Brennstoff bei einem vollen Brennstofftank 21 beigemischt. Der Sauerstoff (oder im Weiteren einfach Mittel oder Inhibitor genannt) wirkt als ein Inhibitor und kann die schädliche Wirkung des Wasserstoffs auf die metallischen Komponenten des Anodenpfades 20, wie die Anodenleitung, sämtliche Ventile 22, 23, 26, 27 und die Rezirkulationspumpe 25, die Metall umfassen, herabsetzen bzw. mindern oder gar unterbinden. Die erlaubte Menge von Sauerstoff ist dabei derart berechnet, dass der Wirkungsgrad des Stacks 1 nicht wesentlich herabgesetzt wird und dass kein explosives Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch sich bildet. Vorzugsweise wird der Sauerstoff als ein Inhibitor direkt in den oder unmittelbar nach dem Brennstofftank 21, insbesondere vor dem Stack 1, dem Brennstoff beigemischt, um möglichst alle Komponenten des Anodenpfades 20 vor der schädlichen Wirkung des Wasserstoffs zu schützen.The components of the anode path 20 as the anode lead, the valves 22 . 23 . 26 . 27 and the recirculation pump 25 include metal and are exposed to the action of the fuel, here hydrogen. However, the hydrogen can embrittle the metal in the components of the anode path 20 to lead. To counteract the effect, the hydrogen is given a small amount of oxygen of 100 to 4000 ppm compared to the amount of fuel in a full fuel tank 21 added. The oxygen (or simply hereafter called agent or inhibitor) acts as an inhibitor and can reduce the detrimental effect of hydrogen on the metallic components of the anode path 20 as the anode lead, all valves 22 . 23 . 26 . 27 and the recirculation pump 25 that contain, reduce or even prevent metal. The permitted amount of oxygen is calculated in such a way that the efficiency of the stack 1 is not significantly reduced and that no explosive hydrogen-oxygen mixture is formed. Preferably, the oxygen is used as an inhibitor directly into or immediately after the fuel tank 21 especially in front of the stack 1 , mixed with the fuel to all possible components of the anode path 20 to protect against the harmful effects of hydrogen.

Die 1 zeigt dabei ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 100, bei welchem ein Elektrolyseur 31 unmittelbar nach dem Drainventil 26 des Anodenpfades 20 angeordnet ist. Der Elektrolyseur 31 kann dabei als ein beliebiger, bspw. ein PEM-Elektrolyseur 31 ausgebildet sein und das abschüssige Wasser aus dem Anodenpfad 20, sog. Anodenwasser, über das Drainventil 26 aufnehmen. Unter Zufügung eines elektrischen Stroms kann der Elektrolyseur 31 das Anodenwasser in Wasserstoff und Sauerstoff umwandeln. Dabei spricht man von einer Elektrolyse, insbesondere einer Wasserelektrolyse. Da das Anodenwasser hoch rein ist, braucht es für die Elektrolyse nicht extra gereinigt werden.The 1 shows a first embodiment of a fuel cell system according to the invention 100 in which an electrolyzer 31 immediately after the drain valve 26 of the anode path 20 is arranged. The electrolyzer 31 can be used as any, for example. A PEM electrolyzer 31 be formed and the sloping water from the anode path 20 , called anode water, via the drain valve 26 take up. With the addition of an electric current, the electrolyzer 31 convert the anode water into hydrogen and oxygen. This is called an electrolysis, in particular a water electrolysis. Since the anode water is highly pure, it does not need to be specially cleaned for electrolysis.

Der Elektrolyseur 31 aus den 1 bis 5, 9 und 11 dient erfindungsgemäß dazu, um den Sauerstoff unmittelbar innerhalb des Brennstoffzellensystems 100 zu generieren. Da die erforderliche Menge des Sauerstoffes bzw. des Mittels relativ klein ist, kann der Elektrolyseur 31 mithilfe der LV-Batterie 103 betrieben werden, die bspw. eine 12V-Spannung bereitstellen kann. Somit kann innerhalb des Brennstoffzellensystems 100 ein eigenes, autonomes System geschaffen werden, um das als ein Inhibitor wirkendes Mittel, hier den Sauerstoff, zu gewinnen. Eine Notwendigkeit, das Mittel von außerhalb des Brennstoffzellensystems 100 zu betanken, entfällt somit. Das Brennstoffzellensystem 100 kann somit einfacher, insbesondere ohne eine separate Betankungsvorrichtung für den Sauerstoff bzw. für das Mittel, ausgebildet werden.The electrolyzer 31 from the 1 to 5 . 9 and 11 serves according to the invention to the oxygen directly within the fuel cell system 100 to generate. Since the required amount of oxygen or agent is relatively small, the electrolyzer 31 using the LV battery 103 operated, for example, can provide a 12V voltage. Thus, within the fuel cell system 100 an own, autonomous system can be created to win the acting as an inhibitor agent, here the oxygen. A necessity, the means from outside the fuel cell system 100 to refuel, thus deleted. The fuel cell system 100 Thus, it can be made simpler, in particular without a separate refueling device for the oxygen or for the agent.

Im Ausführungsbeispiel der 1 ist nach dem Elektrolyseur 31 ein Vorratstank 32 vorgesehen, um das Mittel zu speichern. Der Elektrolyseur 31 kann dabei betrieben werden, um den Vorratstank 32 aufzufüllen, wie es bspw. in der 6 erklärt wird. Zudem ist der Vorratstank 32 mit einer Dosiervorrichtung 33 in Form eines Absperrventils ausgeführt, um das Mittel nach Bedarf dem Brennstoff im Anodenpfad 20 beizumischen, wie es bspw. in der 7 erklärt wird.In the embodiment of 1 is after the electrolyzer 31 a storage tank 32 provided to save the funds. The electrolyzer 31 can be operated to the storage tank 32 to refill, as it is, for example, in the 6 is explained. In addition, the storage tank 32 with a metering device 33 designed in the form of a shut-off valve to supply the agent as needed to the fuel in the anode path 20 to mix, as it is, for example, in the 7 is explained.

Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 100, bei welchem der Elektrolyseur 31 unmittelbar nach dem Drainventil 26 des Anodenpfades 20 angeordnet ist. Allerdings wird nach dem Elektrolyseur 31 kein Vorratstank 32 angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann das Brennstoffzellensystem 100 einfach, ohne einen Vorratstank 32 und ohne eine separate Betankungsvorrichtung für den Sauerstoff bzw. für das Mittel ausgebildet werden. Zum Beimischen des Sauerstoffes zum Brennstoff kann der Elektrolyseur 31 während eines Betankungsvorganges des Brennstofftanks 21 betrieben werden, wie es bspw. in der 8 erklärt wird.The 2 shows a further embodiment of a fuel cell system according to the invention 100 in which the electrolyzer 31 immediately after the drain valve 26 of the anode path 20 is arranged. However, after the electrolyzer 31 no storage tank 32 arranged. According to this embodiment, the fuel cell system 100 easy, without a storage tank 32 and without a separate refueling device for the oxygen or for the agent. For adding the oxygen to the fuel, the electrolyzer 31 during a refueling process of the fuel tank 21 be operated, as it is, for example, in the 8th is explained.

In den Beispielen der 1 und 2 wird eine geschlossene Verbindungsleitung, die einen sog. Inhibitorpfad 30 bildet, zwischen dem Anodenpfad 20, insbesondere dem Drainventil 26, und dem Brennstofftank 21 bzw. der Anodenleitung kurz nach dem Brennstofftank 21 gebildet. Der Elektrolyseur 31 ist in den 1 und 2 derart positioniert, um der Anodenleitung das Wasser für die Elektrolyse zu entziehen.In the examples of 1 and 2 becomes a closed connection line, which is a so-called inhibitor path 30 forms, between the anode path 20 , in particular the drain valve 26 , and the fuel tank 21 or the anode line just after the fuel tank 21 educated. The electrolyzer 31 is in the 1 and 2 positioned so as to withdraw the water for electrolysis from the anode conduit.

Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 100, bei welchem der Elektrolyseur 31 unmittelbar nach einem Wasserabscheider 15 am Ende des Kathodenpfades 10 in der Abluftleitung 10b angeordnet ist. Das Wasser in der Abluftleitung 10b, sog. Kathodenwasser, des Kathodenpfades 10 entsteht als natürliches Produkt der Hauptreaktion im Stack 1 und ist sehr rein. Das Kathodenabwasser kann direkt, insbesondere ohne Reinigung, von dem Elektrolyseur 31 verwendet werden, um das Mittel zu generieren. Im Ausführungsbeispiel der 3 ist nach dem Elektrolyseur 31 ein Vorratstank 32 vorgesehen, um das Mittel zu speichern. Der Elektrolyseur 31 kann dabei betrieben werden, um den Vorratstank 32 aufzufüllen, wie es bspw. in der 6 erklärt wird. Zudem ist der Vorratstank 32 mit einer Dosiervorrichtung 33 in Form eines Absperrventils ausgeführt, um das Mittel nach Bedarf dem Brennstoff im Anodenpfad 20 beizumischen, wie es bspw. in der 7 erklärt wird.The 3 shows a further embodiment of a fuel cell system according to the invention 100 in which the electrolyzer 31 immediately after a water separator 15 at the end of the cathode path 10 in the exhaust duct 10b is arranged. The water in the exhaust duct 10b , so-called cathode water, the cathode path 10 originates as a natural product of the main reaction in the stack 1 and is very pure. The cathode wastewater can directly, in particular without cleaning, from the electrolyzer 31 used to generate the agent. In the embodiment of 3 is after the electrolyzer 31 a storage tank 32 provided to save the funds. The electrolyzer 31 can be operated to the storage tank 32 to refill, as it is, for example, in the 6 is explained. In addition, the storage tank 32 with a metering device 33 designed in the form of a shut-off valve to supply the agent as needed to the fuel in the anode path 20 to mix, as it is, for example, in the 7 is explained.

Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 100, bei welchem der Elektrolyseur 31 am Ende des Kathodenpfades 10 in der Abluftleitung 10b angeordnet ist, in der kein Wasserabscheider 15 vorgesehen ist. Der Sauerstoff kann dabei aus der Abluft gewonnen werden. Hierzu kann ein SOEC-Elektrolyseur 31 verwendet werden, der als ein Sauerstofffilter betrieben werden kann. Nach dem Elektrolyseur 31 ist ein Vorratstank 32 vorgesehen, um das Mittel zu speichern. Der Elektrolyseur kann dabei betrieben werden, um den Vorratstank 32 aufzufüllen, wie es bspw. in der 6 erklärt wird. Zudem ist der Vorratstank 32 mit einer Dosiervorrichtung 33 in Form eines Absperrventils ausgeführt, um das Mittel nach Bedarf dem Brennstoff im Anodenpfad 20 beizumischen, wie es bspw. in der 7 erklärt wird.The 4 shows a further embodiment of a fuel cell system according to the invention 100 in which the electrolyzer 31 at the end of the cathode path 10 in the exhaust duct 10b is arranged, in which no water separator 15 is provided. The oxygen can be recovered from the exhaust air. For this purpose, a SOEC electrolyser 31 can be used, which can be operated as an oxygen filter. After the electrolyzer 31 is a storage tank 32 provided to save the funds. The electrolyzer can be operated to the storage tank 32 to refill, as it is, for example, in the 6 is explained. In addition, the storage tank 32 with a metering device 33 designed in the form of a shut-off valve to supply the agent as needed to the fuel in the anode path 20 to mix, as it is, for example, in the 7 is explained.

In den Ausführungsbeispielen der 1, 3 und 4 kann ein Hochdrucktank als Vorratstank 32 verwendet werden. Beim Hochdrucktank kann die Beimischung des Mittels zum Brennstoff vorzugsweise beim Betankungsvorgang erfolgen, um sicherzustellen, dass das Mittel in einer erforderlichen, wenn auch sehr kleinen Menge (100 bis 4000 ppm bei einem vollen Brennstofftank 21) dem Brennstoff beigemischt wird. Die erforderliche Menge kann zuvor berechnet werden, wie in der 7 erklärt wird.In the embodiments of the 1 . 3 and 4 can be a high pressure tank as a storage tank 32 be used. In the high-pressure tank, the admixture of the agent to the fuel may preferably take place during refueling to ensure that the agent is in a required, albeit very small amount ( 100 to 4000 ppm for a full fuel tank 21 ) is added to the fuel. The required amount can be calculated beforehand, as in the 7 is explained.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der 5 ist der Elektrolyseur 31 ebenfalls am Ende des Kathodenpfades 10 in der Abluftleitung 10b angeordnet, in der kein Wasserabscheider 15 vorgesehen ist. Allerdings wird nach dem Elektrolyseur 31 kein Vorratstank 32 angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann das Brennstoffzellensystem 100 einfach, ohne einen Vorratstank 32 und ohne eine separate Betankungsvorrichtung für den Sauerstoff bzw. für das Mittel ausgebildet werden. Zum Beimischen des Sauerstoffes zum Brennstoff kann der Elektrolyseur 31 während eines Betankungsvorganges des Brennstofftanks 21 betrieben werden, wie es bspw. in der 8 erklärt wird.In a further embodiment of the 5 is the electrolyzer 31 also at the end of the cathodic path 10 in the exhaust duct 10b arranged in which no water separator 15 is provided. However, after the electrolyzer 31 no storage tank 32 arranged. According to this embodiment, the fuel cell system 100 easy, without a storage tank 32 and without a separate refueling device for the oxygen or for the agent. For adding the oxygen to the fuel, the electrolyzer 31 during a refueling process of the fuel tank 21 be operated, as it is, for example, in the 8th is explained.

In den Beispielen der 3 bis 5 wird ebenfalls ein geschlossener Inhibitorpfad 30, allerdings zwischen dem Kathodenpfad 10, insbesondere der Abluftleitung 10b, mit oder ohne einen Wasserabscheider 15, und dem Brennstofftank 21 bzw. der Anodenleitung kurz nach dem Brennstofftank 21 gebildet. Der Elektrolyseur 31 ist in den 3 bis 5 derart positioniert, um der Abluftleitung 10b des Kathodenpfades 10 direkt die Abluft zur Reinigung und Herausfiltern von Sauerstoff oder über einen Wasserabscheider 15 das Wasser für die Elektrolyse zu entziehen.In the examples of 3 to 5 also becomes a closed inhibitor pathway 30 but between the cathode path 10 , in particular the exhaust duct 10b , with or without a water separator 15 , and the fuel tank 21 or the anode line just after the fuel tank 21 educated. The electrolyzer 31 is in the 3 to 5 positioned to the exhaust duct 10b of the cathode path 10 directly the exhaust air for cleaning and filtering out oxygen or over one water 15 to remove the water for electrolysis.

Die 6 zeigt eine Betriebsstrategie zur Befüllung des Vorratstanks 32, welches in den Ausführungsbeispielen der 1, 3 und 4 verwendet wird. Dabei wird im Schritt 200 überprüft, ob der Tankdruck P(O2) des Vorratstanks 32 einen unteren Schwellenwert P1 unterschreitet. Wenn ja, dann wird im Schritt 201 der Elektrolyseur 31 eingeschaltet. Im Schritt 202 wird überprüft, ob der Tankdruck P(O2) des Vorratstanks 32 einen oberen Schwellenwert P2 überschreitet. Wenn ja, dann wird im Schritt 203 der Elektrolyseur 31 ausgeschaltet.The 6 shows an operating strategy for filling the storage tank 32 , which in the embodiments of the 1 . 3 and 4 is used. It is in the step 200 Checks whether the tank pressure P (O2) of the storage tank 32 falls below a lower threshold P1. If yes, then it will be in step 201 the electrolyzer 31 switched on. In step 202 it is checked whether the tank pressure P (O2) of the storage tank 32 exceeds an upper threshold P2. If yes, then it will be in step 203 the electrolyzer 31 switched off.

Die 7 zeigt eine Betriebsstrategie zum Beimischen einer erforderlichen Menge des Mittels dem Brennstoff des Anodenpfades 20, wenn ein Vorratstank 32 und die Dosiervorrichtung 33 verwendet werden, wie dies in den Ausführungsbeispielen der 1, 3 und 4 vorgesehen ist. Hierzu wird im Schritt 300 überprüft, ob ein Betankungsvorgang initiiert wurde. Wenn ja, dann wird im Schritt 301 eine beizumischende Menge des Mittels, hier des Sauerstoffes, und somit die erforderliche Öffnungszeit Δt1 der Dosiervorrichtung 33 berechnet. Im Schritt 302 wird die Dosiervorrichtung 33 geöffnet. Im Schritt 303 wir überprüft, ob die erforderliche Öffnungszeit Δt1 der Dosiervorrichtung 33 abgelaufen ist. Wenn ja, dann wird im Schritt 304 die Dosiervorrichtung 33 geschlossen.The 7 shows an operating strategy for adding a required amount of the agent to the fuel of the anode path 20 if a storage tank 32 and the metering device 33 be used as in the embodiments of the 1 . 3 and 4 is provided. This is done in step 300 checks if a refueling process has been initiated. If yes, then it will be in step 301 a mixture to be admixed, in this case the oxygen, and thus the required opening time Δt1 of the metering device 33 calculated. In step 302 becomes the metering device 33 open. In step 303 We checked if the required opening time .DELTA.t1 of the metering device 33 has expired. If yes, then it will be in step 304 the metering device 33 closed.

Die 8 zeigt eine Betriebsstrategie zum Betreiben des Elektrolyseurs 31 ohne einen Vorratstank 32 für das Mittel, wie es in den Ausführungsbeispielen der 2 und 5 gezeigt ist. Auch hier kann mit dem Schritt 300 begonnen werden, in welchem überprüft wird, ob ein Betankungsvorgang initiiert wurde. Wenn ja, dann wird im Schritt 301' eine beizumischende Menge des Mittels, hier des Sauerstoffes, und somit die erforderliche Betriebszeit Δt2 des Elektrolyseurs 32 berechnet. Im Schritt 302' wird der Elektrolyseur 31 geöffnet. Im Schritt 303' wird überprüft, ob die erforderliche Betriebszeit Δt2 des Elektrolyseurs 31 abgelaufen ist. Wenn ja, dann wird im Schritt 304' der Elektrolyseur 31 ausgeschaltet.The 8th shows an operating strategy for operating the electrolyzer 31 without a storage tank 32 for the means, as it is in the embodiments of the 2 and 5 is shown. Again, with the step 300 in which it is checked whether a refueling process has been initiated. If yes, then it will be in step 301 ' an admixing amount of the agent, here the oxygen, and thus the required operating time .DELTA.t2 of the electrolyzer 32 calculated. In step 302 ' becomes the electrolyzer 31 open. In step 303 ' is checked whether the required operating time .DELTA.t2 of the electrolyzer 31 has expired. If yes, then it will be in step 304 ' the electrolyzer 31 switched off.

Die 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 100, bei welchem der Elektrolyseur 31 am Ende des Kathodenpfades 10 in der Abluftleitung 10b angeordnet ist, bspw. ohne einen Wasserabscheider 15. Als Alternative zu einem Hochdrucktank wird im Ausführungsbeispiel der 9 kein Hochdruck-, sondern ein Niedrigdrucktank als Vorratstank 32 für das Mittel verwendet. Dabei braucht der Sauerstoff nicht auf über 700 bar gebracht werden, was energetisch und für die Auslegung des Vorratstanks 32 sowie der Dosiervorrichtung 33 vom Vorteil ist. Bei einer Zielkonzentration des Sauerstoffs von 100 ppm, entspricht der Sauerstoffpartialdruck 70 mbar des Gesamttankdruckes im Brennstofftank 21 bei einem vollen Brennstofftank 21. Fällt der Druck des Brennstofftanks 21 aufgrund des Verbrauchs auf ca. 20 bar, ist der Sauerstoffpartialdruck 2 mbar. Wird in diesem Zustand ca. 70 mbar Sauerstoff dem Brennstofftank 21 beigemischt, entspricht die Sauerstoffkonzentration 3500 ppm, was immer noch akzeptabel ist (erlaubte Menge 100 ppm bis 4000 ppm). Damit muss der Sauerstoff nur auf 20,070 bar gedrückt werden. Die 9 zeigt schematisch ein entsprechendes Brennstoffzellensystem 100 mit dem Vorratstank 32 als ein Niedrigdrucktank.The 9 shows a further embodiment of a fuel cell system according to the invention 100 in which the electrolyzer 31 at the end of the cathode path 10 in the exhaust duct 10b is arranged, for example. Without a water separator 15 , As an alternative to a high-pressure tank is in the embodiment of the 9 no high-pressure tank, but a low-pressure tank as a storage tank 32 used for the remedy. The oxygen does not need to be brought to over 700 bar, which energetically and for the design of the storage tank 32 and the metering device 33 the advantage is. At a target concentration of oxygen of 100 ppm, the oxygen partial pressure corresponds to 70 mbar of the total tank pressure in the fuel tank 21 with a full fuel tank 21 , If the pressure of the fuel tank drops 21 Due to the consumption to approx. 20 bar, the oxygen partial pressure is 2 mbar. In this state, about 70 mbar of oxygen is the fuel tank 21 admixed, corresponds to the oxygen concentration 3500 ppm, which is still acceptable (allowed quantity 100 ppm to 4000 ppm). Thus, the oxygen must be pressed only to 20.070 bar. The 9 schematically shows a corresponding fuel cell system 100 with the storage tank 32 as a low-pressure tank.

Die 10 zeigt eine Betriebsstrategie zum Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 gemäß der 9. Ein Vorteil hierher ist, dass die Sauerstoff-Beimischung zum Brennstoff nicht mehr während der Brennstoff-Betankung erfolgen muss. Die Sauerstoff-Beimischung zum Brennstoff kann dabei vorteilhafterweise im Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems 100 erfolgen. Dabei wird im Schritt 400 überprüft, ob der Druck P(H2) im Brennstofftank 21 unter einen unteren Schwellenwert S1 gefallen ist. Wenn ja, dann wird im Schritt 401 die beizumischende Menge des Sauerstoffes und somit die erforderliche Öffnungszeit Δt3 für die Dosiervorrichtung 33 berechnet. Im Schritt 402 wird die Dosiervorrichtung 33 geöffnet. Im Schritt 403 wir überprüft, ob die erforderliche Öffnungszeit Δt3 der Dosiervorrichtung 33 abgelaufen ist. Wenn ja, dann wird im Schritt 404 die Dosiervorrichtung 33 geschlossen. Zum Aufrechterhalten des Sauerstoffdruckes im Vorratstank 32 kann auch hier die Betriebsstrategie gemäß der 6 mit angepassten Schwellenwerten P1` und P2' verwendet werden.The 10 shows an operating strategy for operating the fuel cell system 100 according to the 9 , An advantage here is that the oxygen addition to the fuel no longer needs to be done during refueling. The oxygen admixture with the fuel can advantageously during normal operation of the fuel cell system 100 respectively. It is in the step 400 Check if the pressure P (H2) in the fuel tank 21 has fallen below a lower threshold S1. If yes, then it will be in step 401 the amount of oxygen to be admixed and thus the required opening time Δt3 for the metering device 33 calculated. In step 402 becomes the metering device 33 open. In step 403 We checked if the required opening time .DELTA.t3 of the metering device 33 has expired. If yes, then it will be in step 404 the metering device 33 closed. To maintain the oxygen pressure in the storage tank 32 Here too, the operating strategy according to the 6 with adjusted thresholds P1 'and P2'.

Die 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 100, bei welchem der Elektrolyseur 31 am Ende des Kathodenpfades 10 in der Abluftleitung 10b angeordnet ist, bspw. ohne einen Wasserabscheider 15. Als Alternative zu einem Hochdrucktank wird im Ausführungsbeispiel der 9 kein Hochdruck-, sondern ein Niedrigdrucktank, insbesondere ein Rail (einfacher Behälter ohne ein Absperrventil, vorteilhafterweise lediglich mit einem Rückschlagventil), als Vorratsbehälter 32 verwendet. Alternativ kann als Vorratsbehälter 32 einfach die Verbindungsleitung zwischen dem Elektrolyseur 31 und der Stelle im Anodenpfad 20 mit ihrem Inhalt am Mittel dienen. Hier wird der Sauerstoff auf den Zieldruck von 20,070 bar gebracht, und im Rail gespeichert. Die Beimischung kann dabei vorteilhafterweise passiv durch die Überbrückung des Rückschlagventils erfolgen, sobald der Druck im Wasserstoff- bzw. Brennstofftank 21 darunter fällt.The 11 shows a further embodiment of a fuel cell system according to the invention 100 in which the electrolyzer 31 at the end of the cathode path 10 in the exhaust duct 10b is arranged, for example. Without a water separator 15 , As an alternative to a high-pressure tank is in the embodiment of the 9 no high-pressure, but a low-pressure tank, in particular a rail (simple container without a shut-off valve, advantageously only with a check valve), as a reservoir 32 used. Alternatively, as a reservoir 32 simply the connecting line between the electrolyzer 31 and the spot in the anode path 20 to serve with their contents on the middle. Here, the oxygen is brought to the target pressure of 20.070 bar, and stored in the rail. The admixture can advantageously be done passively by the bridging of the check valve, as soon as the pressure in the hydrogen or fuel tank 21 under it falls.

Die 12 zeigt eine Betriebsstrategie zum Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 gemäß der 11. In diesem Fall ergeben sich Änderungen bei der Betriebsstrategie des Aufrechterhaltens des SauerstoffDruckes im Rail, abweichend von der Betriebsstrategie der 6. Dabei wird im Schritt 500 überprüft, ob der Betankungsvorgang abgeschlossen wurde. Im Schritt 501 wird überprüft, ob der Raildruck P(O2) unter einen unteren Schwellenwert R1 gefallen ist. Wenn ja, dann wird im Schritt 502 der Elektrolyseur 502 eingeschaltet. Im Schritt 503 wird überprüft, ob der Raildruck P(O2) über einen oberen Schwellenwert R1 gestiegen ist. Wenn ja, dann wird im Schritt 502 der Elektrolyseur 504 ausgeschaltet. Der obere Schwellenwert R1 kann dabei dem Druckwert entsprechen, bei dem das Rückschlagventil 33 in Richtung zum Anodenpfad öffnet.The 12 shows an operating strategy for operating the fuel cell system 100 according to the 11 , In this case, changes in the operating strategy of maintaining the oxygen pressure in the rail, deviating from the operating strategy of the 6 , It is in the step 500 checks if the refueling process has been completed. In step 501 it is checked whether the rail pressure P (O2) has fallen below a lower threshold R1. If yes, then it will be in step 502 the electrolyzer 502 switched on. In step 503 it is checked whether the rail pressure P (O2) has risen above an upper threshold value R1. If yes, then it will be in step 502 the electrolyzer 504 switched off. The upper threshold R1 may correspond to the pressure value at which the check valve 33 towards the anode path opens.

Die voranstehende Beschreibung der 1 bis 12 beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The above description of 1 to 12 describes the present invention solely in the context of examples. Of course, individual features of the embodiments, insofar as it is technically feasible, can be freely combined with one another without departing from the scope of the invention.

Claims (10)

Brennstoffzellensystem (100), mit einem Kathodenluft führenden Kathodenpfad (10) und einem Brennstoff führenden Anodenpfad (20), dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektrolyseur (31) vorgesehen ist, der dazu ausgelegt ist, dem Brennstoff ein als Inhibitor wirkendes Mittel zuzuführen.A fuel cell system (100) having a cathode air conducting cathode path (10) and a fuel carrying anode path (20), characterized in that there is provided an electrolyzer (31) adapted to supply an inhibitory agent to the fuel. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur (31) als ein PEM-Elektrolyseur oder ein SOEC-Elektrolyseur ausgebildet ist.Fuel cell system (100) after Claim 1 , characterized in that the electrolyzer (31) is designed as a PEM electrolyzer or a SOEC electrolyzer. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur (31) derart an den Anodenpfad (20) angeschlossen ist, um dem Anodenpfad (20) Wasser zu entziehen, wobei insbesondere der Elektrolyseur (31) mit einem Drainventil (26) des Anodenpfades (20) verbunden ist.Fuel cell system (100) after Claim 1 or 2 , characterized in that the electrolyzer (31) is so connected to the anode path (20) to withdraw water from the anode path (20), wherein in particular the electrolyzer (31) is connected to a drain valve (26) of the anode path (20) , Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur (31) derart an den Kathodenpfad (10) angeschlossen ist, um dem Kathodenpfad (10) Abluft oder Wasser zu entziehen, wobei insbesondere der Elektrolyseur (31) mit einer Abluftleitung (10b) des Kathodenpfades (20), vorzugsweise über einen Wasserabscheider (15), verbunden ist.Fuel cell system (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrolyzer (31) is connected to the cathode path (10) in order to extract exhaust air or water from the cathode path (10), in particular the electrolyzer (31) having a Exhaust line (10b) of the cathode path (20), preferably via a water separator (15) is connected. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur (31) mit einem Vorratstank (32) und mit einer Dosiervorrichtung (33) ausgebildet ist, wobei insbesondere die Dosiervorrichtung (33) als ein Absperrventil oder ein Rückschlagventil ausgebildet ist.Fuel cell system (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrolyzer (31) with a storage tank (32) and with a metering device (33) is formed, wherein in particular the metering device (33) is designed as a shut-off valve or a check valve , Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (100), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches mit einem Kathodenluft führenden Kathodenpfad (10) und einem Brennstoff führenden Anodenpfad (20) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennstoff ein als Inhibitor wirkendes Mittel mithilfe eines Elektrolyseurs (31) zugeführt wird.Method for operating a fuel cell system (100), in particular according to one of the preceding claims, which is provided with a cathode air-carrying cathode path (10) and a fuel-carrying anode path (20), characterized in that the fuel acts as an inhibitor by means of an electrolyzer (31) is supplied. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur (31) betrieben wird, um einen Vorratstank (32) für ein als Inhibitor wirkendes Mittel aufzutanken, wobei insbesondere der Vorratstank (32) während eines Betankungsvorganges des Brennstoffzellensystems (100) mit Brennstoff den Anodenpfad (20) mit dem als Inhibitor wirkenden Mittel, insbesondere über einen Vorratstank (32), versorgt.Method according to Claim 6 , characterized in that the electrolyzer (31) is operated to recharge a storage tank (32) for acting as an inhibitor agent, wherein in particular the storage tank (32) during a refueling operation of the fuel cell system (100) with fuel the anode path (20) the agent acting as an inhibitor, in particular via a storage tank (32) supplied. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur (31) während eines Betankungsvorganges des Brennstoffzellensystems (100) mit Brennstoff betrieben wird, um den Anodenpfad (20) mit dem als Inhibitor wirkenden Mittel, insbesondere direkt, zu versorgen.Method according to Claim 6 or 7 characterized in that the electrolyzer (31) is fueled during a fueling operation of the fuel cell system (100) to provide the anode path (20) with the inhibitory agent, particularly directly. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur (31) betrieben wird, um einen Vorratstank (32), insbesondere einen Niedrigdrucktank (32), für ein als Inhibitor wirkendes Mittel aufzutanken, wobei insbesondere der Vorratstank (32) während eines Normalbetriebes des Brennstoffzellensystems (100) den Anodenpfad (20) mit dem als Inhibitor wirkenden Mittel versorgt, vorzugsweise wenn der Druck in der Anodenleitung (20) unter einen Schwellwert (S1) fällt.Method according to one of Claims 6 to 8th , characterized in that the electrolyzer (31) is operated to refill a storage tank (32), in particular a low-pressure tank (32), for an agent acting as an inhibitor, wherein in particular the storage tank (32) during normal operation of the fuel cell system (100) the anode path (20) is supplied with the agent acting as an inhibitor, preferably when the pressure in the anode line (20) falls below a threshold value (S1). Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur (31) nach einem Betankungsvorgang des Brennstoffzellensystems (100) mit Brennstoff betrieben wird, um den Anodenpfad (20) mit dem als Inhibitor wirkenden Mittel, insbesondere über einen Vorratstank (32), vorzugsweise einen Niedrigdrucktank (32), bevorzugt einen Rail (32), und ein Rückschlagventil, zu versorgen.Method according to one of Claims 6 to 9 characterized in that the electrolyzer (31) is fueled after refueling of the fuel cell system (100) to provide the anode path (20) with the inhibitor means, in particular a storage tank (32), preferably a low pressure tank (32). , preferably a rail (32), and a check valve to supply.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021212590A1 (en) 2021-11-09 2023-05-11 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Control device and method for operating a fuel cell system of an electricity consumer

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5277994A (en) * 1992-07-15 1994-01-11 Rockwell International Corporation Variable pressure passive regenerative fuel cell system
DE19646354C1 (en) * 1996-11-09 1998-06-18 Forschungszentrum Juelich Gmbh Fuel cell with oxygen supply in the fuel
DE10057384A1 (en) * 2000-11-18 2002-05-23 Man Nutzfahrzeuge Ag Oxygen feed for fuel cell in motor vehicle, feeds additional oxygen to fuel cell under pressure during vehicle starting phase and/or on receiving acceleration demand (kick down) for vehicle
ITMI20010459A1 (en) * 2001-03-06 2002-09-06 Nuvera Fuel Cells Europ Srl METHODS FOR THE OPERATION OF FUEL CELLS SUPPLIED WITH GAS CONTAINING HYDROGEN CARBON MONOXIDE AND DEVICES
DE102014223530A1 (en) * 2014-11-18 2016-05-19 Robert Bosch Gmbh Hydrogen recuperation for vehicles

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021212590A1 (en) 2021-11-09 2023-05-11 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Control device and method for operating a fuel cell system of an electricity consumer
WO2023083632A1 (en) 2021-11-09 2023-05-19 Robert Bosch Gmbh Controller and method for operating a fuel cell system of a current load

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