DE102017222010A1 - Processing device for connection to a fuel cell cooling system and for deionization of the coolant, compatible fuel cell system and use of the processing device - Google Patents

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Maren Ramona Kirchhoff
Oliver Berger
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufbereitungseinrichtung (50) zur Entionisierung eines Kühlmittels eines Brennstoffzellenkühlsystems (40) sowie ein Brennstoffzellensystem (50) mit hierzu kompatiblen Brennstoffzellenkühlsystem (40). Aufbereitungseinrichtung (50) und Brennstoffzellenkühlsystem (40) sind miteinander fluidführend verbindbar, so dass das Kühlmittel des Brennstoffzellenkühlsystems (40) mittels einer Entionisierungseinrichtung (53) der Aufbereitungseinrichtung (50) entionisiert werden kann. Der Verlauf wird mittels eines Sensors (54) der Aufbereitungseinrichtung (50) überwacht, der ein mit einer Ionenkonzentration des Kühlmittels korrelierendes Signal ausgibt.

Figure DE102017222010A1_0000
The invention relates to a treatment device (50) for deionizing a coolant of a fuel cell cooling system (40) and a fuel cell system (50) having a fuel cell cooling system (40) compatible therewith. Conditioning device (50) and fuel cell cooling system (40) can be connected to one another in a fluid-conducting manner so that the coolant of the fuel cell cooling system (40) can be deionized by means of a deionization device (53) of the treatment device (50). The course is monitored by means of a sensor (54) of the processing device (50), which outputs a signal correlated with an ion concentration of the coolant.
Figure DE102017222010A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufbereitungseinrichtung zur Entionisierung eines Kühlmittels eines Brennstoffzellenkühlsystems, das ausgebildet ist, an bestehendes Brennstoffzellenkühlsystem fluidisch angeschlossen zu werden, um dessen Kühlmittel zu entionisieren. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenkühlsystem, das ausgebildet ist, an die Aufbereitungseinrichtung fluidisch angeschlossen zu werden. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung der Aufbereitungseinrichtung zur Entionisierung eines Kühlmittels eines Brennstoffzellenkühlsystems.The invention relates to a treatment device for deionizing a coolant of a fuel cell cooling system that is designed to be fluidly connected to an existing fuel cell cooling system in order to deionize its coolant. The invention further relates to a fuel cell system with a fuel cell cooling system, which is designed to be fluidly connected to the treatment device. Finally, the invention relates to the use of the treatment device for deionizing a coolant of a fuel cell cooling system.

Brennstoffzellen benutzen die Reaktionsenergie eines Brennstoffs und eines Oxidationsmittels, um elektrische Energie zu erzeugen. Da die Brennstoffzellenreaktion exotherm ist, also Wärme freisetzt, weisen Brennstoffzellensysteme üblicherweise ein Kühlsystem zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels auf. Aus Sicherheitsgründen ist es wünschenswert, die lonenkonzentration des Kühlmittels und damit seine elektrische Leitfähigkeit niedrig zu halten, um die elektrische Isolationswirkung des Kühlmittels aufrecht zu erhalten. Bei der Inbetriebnahme von neuen Brennstoffzellensystemen kommt es jedoch zu einem erhöhten Eintrag von Ionen in das Kühlmittel und damit zu einer Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit desselben. Der Grund hierfür ist, dass neue Komponenten des Kühlkreises zunächst noch keine Passivierungsschicht aufweisen, welche die Freisetzung von Ionen verhindert, und zudem eine erhöhte Anfangsverschmutzung aufweisen können. Mit Ausbildung entsprechender Passivierungsschichten nimmt der loneneintrag in das Kühlmittel im Laufe der Zeit ab. Sobald eine Komponente im Kühlkreis ausgetauscht wird, kann der loneneintrag jedoch wieder steigen.Fuel cells use the reaction energy of a fuel and an oxidant to generate electrical energy. Since the fuel cell reaction is exothermic, ie releases heat, fuel cell systems usually have a cooling system for cooling the fuel cell stack. For safety reasons, it is desirable to keep the ion concentration of the coolant and thus its electrical conductivity low in order to maintain the electrical insulation effect of the coolant. When commissioning new fuel cell systems, however, there is an increased input of ions into the coolant and thus an increase in the electrical conductivity of the same. The reason for this is that new components of the cooling circuit initially have no passivation layer, which prevents the release of ions, and also may have an increased initial contamination. With the formation of appropriate passivation layers, the ion input into the coolant decreases over time. However, as soon as a component in the cooling circuit is replaced, the ion input can rise again.

Um den anfänglichen loneneintrag infolge von Verschmutzung in das Kühlmittel zu vermindern, ist bekannt, die verschiedenen Bauteile vor ihrer Montage intensiv zu reinigen, was mit einem erhöhten Aufwand einhergeht. Ferner ist bekannt, lonentauscher in dem Kühlmittelkreis oder einem Bypass desselben zu verbauen. lonentauscher führen jedoch zu einer erhöhten Systemkomplexität, Bauraumbedarf und Gewicht. Hinsichtlich der Dimensionierung des lonentauschers stehen sich zwei Ansätze gegenüber. Wird der Ionentauscher so groß dimensioniert, dass er über die gesamte Lebenszeit des Brennstoffzellensystems reicht, so führt dies zu einem noch größeren Bedarf an Bauraum und hohen Kosten. Kleiner ausgelegte lonentauscher führen andererseits zu vergleichsweise kurzen Wartungsintervallen, in denen der lonentauscher ausgetauscht werden muss, was wiederum die Kundenakzeptanz verringert und Wartungskosten erhöht.In order to reduce the initial ion entry due to contamination in the coolant, it is known to intensively clean the various components prior to their assembly, which is associated with an increased effort. Furthermore, it is known to install ion exchanger in the coolant circuit or a bypass of the same. However, ion exchangers lead to increased system complexity, space requirements and weight. With regard to the dimensioning of the ion exchanger, there are two approaches. If the ion exchanger is dimensioned so large that it extends over the entire lifetime of the fuel cell system, this leads to an even greater need for installation space and high costs. On the other hand, small-sized ion exchangers lead to comparatively short maintenance intervals in which the ion exchanger must be replaced, which in turn reduces customer acceptance and increases maintenance costs.

So beschreibt DE 10 2013 020 877A1 einen lonentauscher für einen Kühlkreis einer Brennstoffzelle, der über selbsttätig schließende Fluidports des Kühlkreises in diesen einkoppelbar ist und somit schnell und sicher ausgetauscht werden kann.So describes DE 10 2013 020 877A1 an ion exchanger for a cooling circuit of a fuel cell, which is coupled via automatically closing fluid ports of the cooling circuit in this and thus can be replaced quickly and safely.

Aus JP 2001-35519 A ist ebenfalls ein lonentauscher für einen Kühlkreis einer Brennstoffzelle bekannt, der über eine Bypass-Leitung überrückt und ausgetauscht werden kann.Out JP 2001-35519 A is also an ion exchanger for a cooling circuit of a fuel cell is known, which can be bypassed and replaced via a bypass line.

Auch DE 10 2009 037 080 A1 offenbart einen Kühlkreis einer Brennstoffzelle, der in einer Bypass-Leitung einen Ausgleichsbehälter für das Kühlfluid aufweist, in welchem ein lonentauscher angeordnet ist.Also DE 10 2009 037 080 A1 discloses a refrigeration cycle of a fuel cell having in a bypass line an expansion tank for the cooling fluid, in which an ion exchanger is arranged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere soll die Komplexität des Brennstoffzellenkühlsystems verringert werden, ohne Sicherheitseinbußen infolge von loneneintrag in das Kühlmittel in Kauf nehmen zu müssen.The invention has for its object to overcome the disadvantages of the prior art described. In particular, the complexity of the fuel cell cooling system is to be reduced without having to accept security losses as a result of ion introduction into the coolant.

Diese Aufgaben werden durch eine Aufbereitungseinrichtung, ein Brennstoffzellensystem sowie eine Verwendung der Aufbereitungseinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These objects are achieved by a treatment device, a fuel cell system and a use of the treatment device with the features of the independent claims. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Aufbereitungseinrichtung zur Entionisierung eines Kühlmittels eines Brennstoffzellenkühlsystems umfasst eine Kühlmittelleitung, die ausgebildet ist, an das Brennstoffzellenkühlsystem fluidisch gekoppelt zu werden; eine mit der Kühlmittelleitung fluidisch verbundene Entionisierungseinrichtung sowie einen Sensor zur Ausgabe eines mit der Ionenkonzentration des Kühlmittels korrelierenden Signals.The processing device according to the invention for deionizing a coolant of a fuel cell cooling system comprises a coolant line which is designed to be fluidically coupled to the fuel cell cooling system; a deionization device fluidly connected to the coolant line and a sensor for outputting a correlated with the ion concentration of the coolant signal.

Die erfindungsgemäße Aufbereitungseinrichtung ist somit bestimmt und ausgelegt, mit einem bestehenden Kühlsystem einer Brennstoffzelle fluidführend gekoppelt zu werden, um das Kühlmittel über die Entionisierungseinrichtung zu führen und zu entionisieren und um anschließend wieder von dem Brennstoffzellenkühlsystem getrennt zu werden. Der Sensor erlaubt dabei die Detektion der lonenkonzentration des Kühlmittels und dient der Bestimmung des Endes der Wartungsdauer. Somit ist die Aufbereitungseinrichtung nicht Teil des Brennstoffzellenkühlsystems, sondern eine eigenständige Einrichtung, die beispielsweise seitens des Herstellers oder einer Werkstatt vorgehalten wird. Durch die Auslagerung der Entionisierungseinrichtung wird eine Reduzierung der Systemkomplexität des Brennstoffzellenkühlsystems, seines Bauraums und Gewichts erzielt. Da der loneneintrag in das Kühlmittel hauptsächlich in der Phase nach Inbetriebnahme eines neuen Kühlmittelsystems oder nach Austausch einzelner Komponenten desselben stattfindet, reicht es aus, die Kühlmittelaufbereitung durch Einsatz der Aufbereitungseinrichtung herstellerseitig bei Neusystemen oder werkstattseitig nach Austausch einzelner Komponenten des Brennstoffzellenkühlsystems einzusetzen. Dies schließt jedoch den Einsatz der Aufbereitungseinrichtung auch in anderen Bedarfsfällen nicht aus, beispielsweise bei standardisierten Wartungen des Systems ohne Austausch einzelner Komponenten des Kühlsystems. The treatment device according to the invention is thus determined and designed to be fluid-conductively coupled to an existing cooling system of a fuel cell in order to lead and deionize the coolant via the deionization device and subsequently to be separated again from the fuel cell cooling system. The sensor allows the detection of the ion concentration of the coolant and serves to determine the end of the maintenance period. Thus, the treatment device is not part of the fuel cell cooling system, but a stand-alone device, which is kept for example by the manufacturer or a workshop. By outsourcing the deionization device, a reduction of the system complexity of the fuel cell cooling system, its space and weight is achieved. Since the ion entry into the coolant mainly in the phase after commissioning of a new coolant system or after replacement of individual components of the same, it is sufficient to use the coolant treatment by using the treatment device manufacturer side in new systems or workshop after replacing individual components of the fuel cell cooling system. However, this does not exclude the use of the treatment device in other cases of need, for example, in standardized maintenance of the system without replacing individual components of the cooling system.

In Ausführungsbeispielen umfasst die Aufbereitungseinrichtung eine in der Kühlmittelleitung angeordnete Fördereinrichtung für das Kühlmittel. Diese Ausgestaltung erlaubt den Einsatz der Aufbereitungseinrichtung unabhängig von einer Kühlmittelpumpe des Brennstoffzellenkühlsystems. Sie ist dann erforderlich, wenn die fluidtechnische Schaltung des Kühlmittelflusses in der Aufbereitungsvorrichtung parallel zu der Kühlmittelpumpe des Brennstoffzellenkühlsystems erfolgt, wenn diese also durch die Aufbereitungsvorrichtung überbrückt wird. Sofern andererseits das Brennstoffzellenkühlsystem so ausgebildet ist, dass die fluidtechnische Schaltung der Aufbereitungseinrichtung seriell mit der Kühlmittelpumpe des Brennstoffzellenkühlsystems erfolgt, ist eine Fördereinrichtung der Aufbereitungseinrichtung entbehrlich. Bei der Fördereinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Pumpe, insbesondere Wasserpumpe im Falle eines wässriges Kühlmittels handeln.In exemplary embodiments, the processing device comprises a conveying device for the coolant arranged in the coolant line. This embodiment allows the use of the treatment device independently of a coolant pump of the fuel cell cooling system. It is required when the fluidic circuit of the coolant flow in the treatment device takes place parallel to the coolant pump of the fuel cell cooling system, if it is thus bridged by the treatment device. If, on the other hand, the fuel cell cooling system is designed so that the fluid-technical circuit of the treatment device takes place serially with the coolant pump of the fuel cell cooling system, a delivery device of the treatment device is dispensable. The conveying device can be, for example, a pump, in particular a water pump, in the case of an aqueous coolant.

Der Sensor der Aufbereitungseinrichtung kann mit Vorteil als Leitfähigkeitssensor ausgebildet sein. Einerseits stellt die Leitfähigkeit des Kühlmittels eine zuverlässig messbare Größe dar, die zudem mit der lonenkonzentration sehr gut korreliert. Andererseits ist die Leitfähigkeit eine Größe, die im Sinne der gewünschten isolierenden Eigenschaften des Kühlmittels an sich von Interesse ist. Leitfähigkeitssensoren sind zudem robust und preisgünstig.The sensor of the processing device can be advantageously designed as a conductivity sensor. On the one hand, the conductivity of the coolant is a reliably measurable quantity, which also correlates very well with the ion concentration. On the other hand, the conductivity is a quantity of interest in terms of the desired insulating properties of the coolant per se. Conductive sensors are also robust and inexpensive.

Die Kühlmittelleitung der Aufbereitungseinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, mittels Schnellanschlüssen an das Brennstoffzellenkühlsystem gekoppelt zu werden. Hierzu weisen beide Enden der Kühlmittelleitung der Aufbereitungseinrichtung Anschlussteile auf, die mit entsprechenden Anschlussteilen des Brennstoffzellenkühlsystems kompatibel sind. Auf diese Weise kann die mechanische und fluid führende Verbindung in schneller, einfacher und sicherer Weise hergestellt und gelöst werden. Die Schnellanschlüsse können ferner ausgebildet sein, selbsttätig zu öffnen, sobald eine fluidische Verbindung zwischen den Kühlmittelleitungen des Brennstoffzellenkühlsystems und der Aufbereitungseinrichtung hergestellt ist, und/oder selbsttätig zu schließen, sobald die Verbindung getrennt wurde.The coolant line of the treatment device is preferably designed to be coupled by means of quick connections to the fuel cell cooling system. For this purpose, both ends of the cooling medium line of the treatment device have connection parts that are compatible with corresponding connection parts of the fuel cell cooling system. In this way, the mechanical and fluid-conducting connection can be made and released in a faster, easier and safer way. The quick connections can also be designed to open automatically as soon as a fluid connection between the coolant lines of the fuel cell cooling system and the treatment device is established, and / or to close automatically once the connection has been disconnected.

In bevorzugter Ausführung umfasst die Aufbereitungseinrichtung ferner eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, das Signal des Sensors zu empfangen und in Abhängigkeit von dem Signal ein Ende der Entionisierung des Kühlmittels zu bestimmen. Somit empfängt die Steuereinrichtung das Sensorsignal und wertet es aus. Dabei vergleicht die Steuereinrichtung das Signal mit einem unteren Schwellenwert für die lonenkonzentration beziehungsweise der Leitfähigkeit und zeigt bei Erreichen des Schwellenwerts ein Ende der Entionisierungsdauer an. Ferner kann die Steuereinrichtung über eine externe Datenausgabeschnittstelle verfügen, über welche beispielsweise Anfangs- und Endwert der vom Sensor gemessenen Größe oder weitere Daten ausgegeben werden können.In a preferred embodiment, the processing device further comprises a control device, which is configured to receive the signal of the sensor and to determine an end of the deionization of the coolant in dependence on the signal. Thus, the controller receives the sensor signal and evaluates it. In this case, the control device compares the signal with a lower threshold value for the ion concentration or the conductivity and indicates an end of the deionization duration when the threshold value is reached. Furthermore, the control device can have an external data output interface, via which, for example, the start and end values of the quantity measured by the sensor or further data can be output.

Die Aufbereitungseinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, unabhängig von einem individuellen Brennstoffzellensystem mobil verwendet zu werden. Mit anderen Worten kann somit die Aufbereitungseinrichtung für eine Vielzahl von Brennstoffzellensystemen verwendet werden, um deren Kühlmittel zu entionisieren. Wie bereits erwähnt, kann eine solche Aufbereitungseinrichtung somit herstellerseitig und/oder werkstattseitig vorgehalten werden, um nach Inbetriebnahme eines neuen Brennstoffzellensystems beziehungsweise nach Auswechseln einzelner Komponenten des Kühlsystems die anfänglich eingetragenen Ionen aus dem Kühlmittel zu entfernen. Beispielsweise kann die Aufbereitungseinrichtung ein Gehäuse aufweisen, in dem verschiedene Komponenten, etwa die Entionisierungseinrichtung, der Sensor, Teile der Kühlmittelleitung und ggfs. die Fördereinrichtung und Steuereinrichtung untergebracht sind.The processing device is preferably designed to be used mobile independently of an individual fuel cell system. In other words, thus, the processing means for a variety of fuel cell systems can be used to deionize their refrigerant. As already mentioned, such a treatment device can thus be provided by the manufacturer and / or the workshop to remove the initially introduced ions from the coolant after the startup of a new fuel cell system or after replacement of individual components of the cooling system. For example, the processing device may have a housing in which various components, such as the deionization device, the sensor, parts of the coolant line and optionally the conveying device and control device are accommodated.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, umfassend einen Brennstoffzellenstapel und ein Brennstoffzellenkühlsystem für den Brennstoffzellenstapel. Wobei das Brennstoffzellenkühlsystem eine Kühlmittelleitung und zwei Anschlussstellen zum fluidischen Anschluss der Kühlmittelleitung an eine externe Kühlmittelleitung, und zumindest ein zwischen den beiden Anschlussstellen angeordnetes Absperrelement aufweist. Another aspect of the invention relates to a fuel cell system comprising a fuel cell stack and a fuel cell cooling system for the fuel cell stack. Wherein the fuel cell cooling system has a coolant line and two connection points for the fluidic connection of the coolant line to an external coolant line, and at least one shut-off element arranged between the two connection points.

Insbesondere handelt es sich bei der externen Kühlmittelleitung um die Kühlmittelleitung der erfindungsgemäßen Aufbereitungseinrichtung. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem ist somit ausgebildet, zusammen mit der erfindungsgemäßen Aufbereitungseinrichtung verwendet zu werden. Somit verfügt das Brennstoffzellenkühlsystem bevorzugt über keine eigene Entionisierungseinrichtung, sondern wird im Bedarfsfall mit der Entionisierungseinrichtung der Aufbereitungseinrichtung verschaltet, um das Kühlmittel aufzubereiten. Somit weist das Brennstoffzellenkühlsystem eine geringe Systemkomplexität und einen geringen Bauraumbedarf auf.In particular, the external coolant line is the coolant line of the treatment device according to the invention. The fuel cell system according to the invention is thus designed to be used together with the treatment device according to the invention. Thus, the fuel cell cooling system preferably does not have its own deionization device, but if necessary it is connected to the deionization device of the reprocessing device in order to prepare the coolant. Thus, the fuel cell cooling system has a low System complexity and a small space requirement.

Die Anschlussstellen des Brennstoffzellenkühlsystems sind bevorzugt ausgebildet, selbsttätig zu öffnen, sofern eine Verbindung zur externen Kühlmittelleitung hergestellt ist, und/oder selbsttätig zu schließen, sofern die Verbindung getrennt ist. Insbesondere können sie als Schnellverschluss ausgebildet sein. Durch die selbsttätige Ausbildung der Anschlussstellen wird gewährleistet, dass es nicht zu einem unerwünschten Austritt von Kühlmittel kommt. Die Anschlussstellen des Brennstoffzellenkühlsystems sind kompatibel zu Anschlüssen der Kühlmittelleitung der Aufbereitungseinrichtung ausgebildet.The connection points of the fuel cell cooling system are preferably designed to open automatically, provided that a connection to the external coolant line is made, and / or to close automatically, if the connection is disconnected. In particular, they can be designed as a quick release. The automatic formation of the connection points ensures that there is no undesired escape of coolant. The connection points of the fuel cell cooling system are designed to be compatible with connections of the coolant line of the treatment device.

Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen Aufbereitungseinrichtung zur Entionisierung eines Kühlmittels eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenkühlsystems. Die Verwendung umfasst die Schritte: Verbinden der Kühlleitung der Aufbereitungseinrichtung mit der Kühlleitung des Brennstoffzellenkühlsystems; Leiten des Kühlmittels des Brennstoffzellenkühlsystems durch die Entionisierungseinrichtung der Aufbereitungseinrichtung; Erfassen der lonenkonzentration des Kühlmittels und Trennen der Kühlmittelleitung der Aufbereitungseinrichtung von der Kühlmittelleitung des Brennstoffzellenkühlsystems, wenn die lonenkonzentration des Kühlmittels eine vorbestimmte Schwelle unterschreitet.A further aspect relates to the use of the treatment device according to the invention for deionizing a coolant of a fuel cell cooling system according to the invention. The use comprises the steps of: connecting the cooling line of the treatment device to the cooling line of the fuel cell cooling system; Passing the coolant of the fuel cell cooling system through the deionizer of the conditioner; Detecting the ion concentration of the coolant and separating the coolant line of the treatment device from the coolant line of the fuel cell cooling system, when the ion concentration of the coolant falls below a predetermined threshold.

Dieses Verfahren wird bevorzugt seitens des Herstellers nach einer Entmontage des Brennstoffzellensystems nach einer Phase der Inbetriebnahme desselben angewendet, um die anfänglich in das Kühlmittel eingetragenen Ionen zu entfernen. Zudem kann das Verfahren werkstattseitig angewendet werden, nachdem einzelne Komponenten aus dem Brennstoffzellenkühlsystem ersetzt wurden.This method is preferably used by the manufacturer after dismantling the fuel cell system after a start-up phase thereof to remove the ions initially introduced into the coolant. In addition, the method can be applied to the workshop after individual components have been replaced from the fuel cell cooling system.

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

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems gemäß Stand der Technik;
  • 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems mit Kühlsystem und mit einer angeschlossenen Aufbereitungseinrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung; und
  • 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems mit Kühlsystem und mit einer angeschlossenen Aufbereitungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
The invention will be explained in more detail in embodiments with reference to the figures. Show it:
  • 1 a block diagram of a fuel cell system according to the prior art;
  • 2 a simplified block diagram of a fuel cell system with cooling system and with a connected conditioning device according to a first embodiment of the invention; and
  • 3 a simplified block diagram of a fuel cell system with cooling system and with a connected conditioning device according to a second embodiment of the invention.

1 zeigt ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem 1 ist Teil eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, das einen Elektrotraktionsmotor aufweist, der durch das Brennstoffzellensystem 1 mit elektrischer Energie versorgt wird. 1 shows a total of 1 designated fuel cell system. The fuel cell system 1 is part of a not further illustrated vehicle, in particular an electric vehicle having an electric traction motor, by the fuel cell system 1 is supplied with electrical energy.

Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst als Kernkomponente einen Brennstoffzellenstapel 10, der eine Vielzahl von in Stapelform angeordneten Einzelzellen 11 aufweist, die durch abwechselnd gestapelte Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) und Bipolarplatten 15 ausgebildet werden (siehe Detailausschnitt). Jede Einzelzelle 11 umfasst somit jeweils eine MEA, die eine ionenleitfähige Polymerelektrolytmembran 14 oder einen anderen Festelektrolyten aufweist sowie beidseits daran angeordnete katalytische Elektroden, nämlich eine Anode 12 und eine Kathode 13, welche die jeweilige Teilreaktion der Brennstoffzellenumsetzung katalysieren. Die Anoden- und Kathodenelektrode 12, 13 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 12 wird somit ein Anodenraum ausgebildet und zwischen der Kathode 13 und der nächsten Bipolarplatte 15 der Kathodenraum. Die Bipolarplatten 15 dienen der Zuführung der Betriebsmedien in die Anoden- und Kathodenräume und stellen ferner die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Brennstoffzellen 11 her. Optional können Gasdiffusionslagen zwischen den Membran-Elektroden-Anordnungen und Bipolarplatten 15 angeordnet sein.The fuel cell system 1 comprises as a core component a fuel cell stack 10 containing a plurality of stacked single cells 11 By alternately stacked membrane-electrode assemblies (MEA) and bipolar plates 15 be formed (see detail). Every single cell 11 Thus, each comprises an MEA, which is an ion-conductive polymer electrolyte membrane 14 or another solid electrolyte and on both sides arranged thereon catalytic electrodes, namely an anode 12 and a cathode 13 which catalyze the respective partial reaction of the fuel cell reaction. The anode and cathode electrodes 12 . 13 comprise a catalytic material, for example platinum, which is supported on an electrically conductive carrier material of high specific surface area, for example a carbon-based material. Between a bipolar plate 15 and the anode 12 Thus, an anode space is formed and between the cathode 13 and the next bipolar plate 15 the cathode compartment. The bipolar plates 15 serve to supply the operating media in the anode and cathode compartments and also provide the electrical connection between the individual fuel cells 11 ago. Optionally, gas diffusion layers between the membrane-electrode assemblies and bipolar plates 15 be arranged.

Um den Brennstoffzellenstapel 10 mit den reaktiven Betriebsmedien zu versorgen, weist das Brennstoffzellensystem 1 einerseits eine Anodenversorgung 20 und andererseits eine Kathodenversorgung 30 auf.To the fuel cell stack 10 to supply with the reactive operating media, the fuel cell system 1 on the one hand, an anode supply 20 and on the other hand, a cathode supply 30 on.

Die Anodenversorgung 20 umfasst einen Anodenversorgungspfad 21, welcher der Zuführung eines Anodenbetriebsmediums, beispielsweise Wasserstoff, zu den Anoden 12 des Brennstoffzellenstapels 10 dient. Zu diesem Zweck verbindet der Anodenversorgungspfad 21 einen Druckspeicher 23 mit einem Anodeneinlass des Brennstoffzellenstapels 10. Der Anodenbetriebsdruck auf den Anodenseiten 12 des Brennstoffzellenstapels 10 ist über ein Druckregelventil 212 in dem Anodenversorgungspfad 21 einstellbar. Ein zwischen Druckspeicher 23 und dem Druckregelventil 212 angeordnetes Absperrventil 211 erlaubt die Einstellung eines Vordrucks bzw. die Absperrung des Pfads 21. Die Anodenversorgung 20 umfasst ferner einen Anodenabgaspfad 22, der das Anodenabgas aus den Anodenräumen 12 über einen Anodenauslass des Brennstoffzellenstapels 10 abführt. Darüber hinaus weist die Anodenversorgung 20 eine Rezirkulationsleitung 24 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 24 ist eine Fördereinrichtung 25, beispielsweise ein Gebläse oder eine Pumpe, angeordnet, mit welcher ein rezirkulierter Volumenstrom einstellbar ist. An einer Einmündungsstelle der Rezirkulationsleitung 24 in den Anodenversorgungspfad 21 ist im vorliegenden Beispiel ferner eine Strahlpumpe 26 angeordnet. Diese ist druckseitig mit dem Druckspeicher 23, saugseitig mit der Rezirkulationsleitung 24 und auslassseitig mit dem Brennstoffzellenstapel 10 verbunden. In dem Anodenabgaspfad 22 ist zudem ein Wasserabscheider 27 angeordnet, welcher die Abscheidung kondensierten Wassers erlaubt. Ferner ist der Anodenabgaspfad 22 mit einer Spülleitung 28 verbunden, die im dargestellten Beispiel in einen Kathodenabgaspfad 32 mündet, sodass das Anodenabgas und das Kathodenabgas über eine gemeinsame Abgasanlage abgeführt werden können. In alternativer Ausführung kann die Spülleitung 28 auch in die Umgebung münden. Ein Spülventil 29, das alternativ mit dem Wasserabscheider 27 kombiniert sein kann, ermöglicht den Ablass des Anodenabgases über die Spülleitung 28.The anode supply 20 includes an anode supply path 21 which supplies an anode operating medium, for example hydrogen, to the anodes 12 of the fuel cell stack 10 serves. For this purpose, the anode supply path connects 21 a pressure accumulator 23 with an anode inlet of the fuel cell stack 10 , The anode operating pressure on the anode sides 12 of the fuel cell stack 10 is via a pressure control valve 212 in the anode supply path 21 adjustable. An between pressure accumulator 23 and the pressure control valve 212 arranged shut-off valve 211 allows the setting of a form or the blocking of the path 21 , 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 fuel cell stack 10 dissipates. In addition, the anode supply points 20 a recirculation line 24 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 24 is a conveyor 25 , For example, a blower or a pump arranged, with which a recirculated volume flow is adjustable. At a junction of the recirculation line 24 in the anode supply path 21 is in the present example also a jet pump 26 arranged. This is the pressure side with the accumulator 23 , on the suction side with the recirculation line 24 and exhaust side with the fuel cell stack 10 connected. In the anode exhaust path 22 is also a water separator 27 arranged, which allows the deposition of condensed water. Further, the anode exhaust path 22 with a flushing line 28 connected in the example shown in a cathode exhaust path 32 opens, so that the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas can be discharged via a common exhaust system. In an alternative embodiment, the purge line 28 also lead into the environment. A flush valve 29 Alternatively with the water separator 27 can be combined, allows the discharge of the anode exhaust gas via the purge line 28 ,

Die Kathodenversorgung 30 umfasst einen Kathodenversorgungspfad 31, welcher den Kathoden 13 des 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 des 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 dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verdichter 33 als ein hauptsächlich elektromotorisch angetriebener Verdichter ausgestaltet, dessen Antrieb über einen Elektromotor erfolgt. Der Verdichter 33 kann ferner durch eine im Kathodenabgaspfad 32 angeordnete Turbine 34 (gegebenenfalls mit variabler Turbinengeometrie) unterstützend über eine gemeinsame Welle, angetrieben werden.The cathode supply 30 includes a cathode supply path 31 which is the cathode 13 of the 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 of the 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 embodiment, the compressor 33 designed as a mainly electric motor driven compressor, which is driven by an electric motor. The compressor 33 may also be through a in the cathode exhaust path 32 arranged turbine 34 (optionally with variable turbine geometry) supportive on a common shaft driven.

Die Kathodenversorgung 30 weist gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ferner eine Wastegate-Leitung 35 auf, welche die Kathodenversorgungsleitung 31 mit der Kathodenabgasleitung 32 verbindet, also einen Bypass des Brennstoffzellenstapels 10 darstellt. Die Wastegate-Leitung 35 erlaubt, überschüssigen Luftmassenstrom an dem Brennstoffzellenstapel 10 vorbeizuführen, ohne den Verdichter 33 herunterzufahren. Ein in der Wastegate-Leitung 35 angeordnetes Regelventil 36 dient der Steuerung der Menge des den Brennstoffzellenstapel 10 umgehenden Kathodenbetriebsmediums. Entsprechende weitere Stellmittel können in den Leitungen 21, 22, 31 und 32 angeordnet sein, um den Brennstoffzellenstapel 10 von der Umgebung isolieren zu können.The cathode supply 30 also has a wastegate line according to the illustrated embodiment 35 on which the cathode supply line 31 with the cathode exhaust gas line 32 connects, so a bypass of the fuel cell stack 10 represents. The wastegate pipe 35 allows excess air mass flow at the fuel cell stack 10 to pass without the compressor 33 shut down. One in the wastegate pipe 35 arranged control valve 36 serves to control the amount of the fuel cell stack 10 immediate cathode operating medium. 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.

Das Brennstoffzellensystem 1 kann ferner einen Befeuchter 37 aufweisen. Der Befeuchter 37 ist so in dem Kathodenversorgungspfad 31 angeordnet, dass er einerseits von dem Kathodenbetriebsgas und andererseits von dem Kathodenabgas durchströmbar ist, wobei das Kathodenbetriebsgas und das Kathodenabgas durch wasserdampfpermeable Membranen voneinander getrennt sind. Über die wasserdampfpermeablen Membranen wird eine Übertragung von Wasserdampf von dem vergleichsweise feuchten Kathodenabgas (Abluft) auf das vergleichsweise trockene Kathodenbetriebsgas (Luft) bewirkt.The fuel cell system 1 may also have a humidifier 37 respectively. The humidifier 37 is so in the cathode supply path 31 arranged to be permeable on the one hand by the cathode operating gas and on the other hand by the cathode exhaust gas, the cathode operating gas and the cathode exhaust gas being separated from one another by water vapor permeable membranes. Via the water-vapor-permeable membranes, a transfer of water vapor from the comparatively moist cathode exhaust gas (exhaust air) to the comparatively dry cathode operating gas (air) is effected.

Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst ferner ein Brennstoffzellenkühlsystem 40, um die Reaktionsenergie der Brennstoffzellenreaktion aus dem Brennstoffzellenstapel 10 abzuführen oder, beispielsweise nach einem Kaltstart, den Stapel aufzuheizen. Hierzu wird ein Kühlmittel über eine Kühlmittelleitung 41 mittels einer Pumpe 42 gefördert und in einem Kühler 43 gekühlt. Eine Bypassleitung 44 erlaubt die Umgehung des Kühlers 43, beispielsweise in Aufwärmphasen des Brennstoffzellenstapels 10. Dabei kann ein Kühlmittelmassenstrom in der Bypassleitung 44 bzw. durch den Kühler 43 mittels eines Bypassregelventils 45 eingestellt werden. Optional kann im Kühlkreis eine Heizeinrichtung angeordnet sein.The fuel cell system 1 further includes a fuel cell cooling system 40 to the reaction energy of the fuel cell reaction from the fuel cell stack 10 dissipate or, for example, after a cold start to heat the stack. For this purpose, a coolant via a coolant line 41 by means of a pump 42 promoted and in a cooler 43 cooled. A bypass line 44 allows the bypass of the radiator 43 , for example, in warm-up phases of the fuel cell stack 10 , In this case, a coolant mass flow in the bypass line 44 or through the radiator 43 by means of a bypass control valve 45 be set. Optionally, a heating device can be arranged in the cooling circuit.

Schließlich weist das in 1 gezeigte Brennstoffzellenkühlsystem 40 gemäß Stand der Technik eine in der Kühlleitung 41 angeordnete Entionisierungseinrichtung 46, beispielsweise einen lonentauscher, auf. Der lonentauscher 46 entfernt Ionen aus dem Kühlmittel, welche durch die verschiedenen Komponenten des Kühlsystems 40 in das Kühlmittel eingetragen werden. Wie einleitend bereits ausgeführt wurde, findet dieser loneneintrag hauptsächlich nach Inbetriebnahme des Brennstoffzellensystems 1 sowie nach Austausch einzelner Komponenten des Kühlsystems 40 statt. Da durch den loneneintrag auch die Leitfähigkeit des Kühlmittels steigt, auf der anderen Seite aber in dem Hochvoltsystem isolierende Eigenschaften des Kühlmittels gewünscht sind, ist eine Entionisierung des Kühlmittels wünschenswert. Der gemäß Stand der Technik innerhalb des brennstoffeigenen Kühlsystems 40 verbaute lonentauscher 46 muss entweder so groß dimensioniert werden, dass seine lonentauschkapazität über die Lebensdauer des Systems reicht. Alternativ wird er kleiner dimensioniert, muss dann aber in vergleichsweise häufigen Wartungsintervallen ausgetauscht werden. Beide Lösungen sind wenig zufriedenstellend. Zudem führt der lonentauscher 46 zu einer Erhöhung der Komplexität des Systems und des Bauraumbedarfs.Finally, that points in 1 shown fuel cell cooling system 40 according to the prior art one in the cooling line 41 arranged deionization 46 , For example, an ion exchanger on. The ion exchanger 46 removes ions from the coolant passing through the various components of the cooling system 40 be entered in the coolant. As has already been stated in the introduction, this ion entry takes place mainly after commissioning of the fuel cell system 1 as well as after replacement of individual components of the cooling system 40 instead of. Since the conductivity of the coolant increases as a result of the ion introduction, but insulating properties of the coolant are desired on the other hand in the high-voltage system, it is desirable to deionize the coolant. The according to the prior art within the fuel's own cooling system 40 installed ion exchanger 46 must either be dimensioned so large that its ion exchange capacity extends over the life of the system. Alternatively, it is smaller in size, but then has to be replaced in comparatively frequent maintenance intervals. Both solutions are not very satisfactory. In addition, the ion exchanger 46 leads to an increase in the complexity of the system and the space requirement.

Die 2 und 3 zeigen Ausgestaltungen des Brennstoffzellenkühlsystems 40 in zwei Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung sowie an das Brennstoffzellenkühlsystem 40 gekoppelte Aufbereitungseinrichtungen 50 gemäß zwei Ausführungsformen der Erfindung. In diesen Figuren ist das Brennstoffzellensystem 1, insbesondere seine Anoden- und Kathodenversorgung nur stark vereinfacht wiedergegeben. Die im Zusammenhang mit 1 gemachten Ausführungen gelten hier aber entsprechend. Insbesondere kann das Brennstoffzellenkühlsystem 40 eine den Kühler 43 umgehende Bypass-Leitung 44 aufweisen, die hier nicht dargestellt ist. Im Unterschied zu dem Brennstoffzellenkühlsystem 40 nach 1 weist das erfindungsgemäße Brennstoffzellenkühlsystem 40 keine Entionisierungseinrichtung auf, dafür aber Anschlussstellen an die externe Aufbereitungseinrichtungen 50.The 2 and 3 show embodiments of the fuel cell cooling system 40 in two embodiments according to the present invention and to the fuel cell cooling system 40 coupled processing facilities 50 according to two embodiments of the invention. In these figures, the fuel cell system 1 , in particular its anode and cathode supply reproduced only in greatly simplified form. The related to 1 made statements apply here but accordingly. In particular, the fuel cell cooling system 40 a the cooler 43 immediate bypass line 44 have, which is not shown here. Unlike the fuel cell cooling system 40 to 1 has the fuel cell cooling system according to the invention 40 no deionization facility, but connection points to the external treatment facilities 50 ,

In der in 2 gezeigten Ausführung ist das Brennstoffzellenkühlsystem 40 mit zwei Anschlussstellen 47 ausgestattet, die einen fluidischen Anschluss der Kühlmittelleitung 41 an eine externe Kühlmittelleitung 41 ermöglichen. Die Anschlussstellen 47 können die Gestalt eines T- oder Y-Stücks aufweisen, so dass ein Ausgang von der Kühlmittelleitung 41 abzweigt. Ferner weisen die Anschlussstellen 47 ein endständiges Kupplungsteil 48 auf, welches den mechanischen und fluidischen Anschluss an ein komplementäres Kopplungsteil 52 der externen Kühlmittelleitung 51 erlaubt. Zwischen den beiden Anschlussstellen 47 des Brennstoffzellenkühlsystems 40 ist ein Absperrmittel 49, beispielsweise ein Ventil oder eine Klappe, angeordnet, welches eine Unterbrechung der Kühlmittelströmung in der Kühlmittelleitung 41 erlaubt.In the in 2 The embodiment shown is the fuel cell cooling system 40 with two connection points 47 equipped with a fluidic connection of the coolant line 41 to an external coolant line 41 enable. The connection points 47 may have the shape of a tee or y-piece, so that an exit from the coolant line 41 branches. Furthermore, the connection points 47 a terminal coupling part 48 on which the mechanical and fluidic connection to a complementary coupling part 52 the external coolant line 51 allowed. Between the two connection points 47 of the fuel cell cooling system 40 is a barrier 49 , For example, a valve or a flap arranged, which is an interruption of the coolant flow in the coolant line 41 allowed.

Bei der in 2 gezeigten Ausführung des Brennstoffzellenkühlsystems 40 können die beiden Anschlussstellen 47 an einer beliebigen Stelle der Kühlmittelleitung 41 angeordnet sein, beispielsweise stromauf oder stromab des Kühlers 43 oder stromauf oder stromab der Kühlmittelpumpe 42.At the in 2 shown embodiment of the fuel cell cooling system 40 can the two connection points 47 at any point of the coolant line 41 be arranged, for example, upstream or downstream of the radiator 43 or upstream or downstream of the coolant pump 42 ,

Ferner ist in 2 eine insgesamt mit 50 bezeichnete Aufbereitungseinrichtung zur Entionisierung von Kühlmitteln eines Brennstoffzellenkühlsystems dargestellt. In dem dargestellten Zustand ist die Aufbereitungseinrichtung 50 mit dem Brennstoffzellenkühlsystem 40 fluidführend verbunden.Furthermore, in 2 a total with 50 designated processing device for deionization of coolant of a fuel cell cooling system shown. In the illustrated state, the processing device 50 with the fuel cell cooling system 40 fluid leading connected.

Die Aufbereitungsvorrichtung 50 umfasst eine Kühlmittelleitung 51, die an ihren beiden freien Enden jeweils ein Kopplungsteil 52 aufweist. Die Kühlmittelleitung 51 kann als Schlauchsystem oder Rohrsystem ausgebildet sein, vorzugsweise als Schlauchsystem. Ferner kann sie mehrteilig ausgebildet sein. Das Kopplungsteil 52 wirkt mit dem Kopplungsteil 48 des Brennstoffzellenkühlsystems 40 dergestalt zusammen, dass diese beiden Kopplungsteile 48 und 52 mechanisch und fluidisch miteinander gekoppelt werden können. Zusammen bilden die Kopplungsteile 48 und 52 einen Anschluss. Bevorzugt sind die Kopplungsteile 48 und 52 bzw. der Anschluss so ausgebildet, dass diese selbsttätig öffnen, wenn die mechanische Verbindung hergestellt ist, und selbsttätig schließen, wenn die Verbindung getrennt wird. Insbesondere sind sie als Schnellverschluss ausgebildet.The processing device 50 includes a coolant line 51 , Which at their two free ends in each case a coupling part 52 having. The coolant line 51 can be designed as a hose system or pipe system, preferably as a hose system. Furthermore, it can be designed in several parts. The coupling part 52 acts with the coupling part 48 of the fuel cell cooling system 40 in such a way that these two coupling parts 48 and 52 can be coupled together mechanically and fluidically. Together form the coupling parts 48 and 52 a connection. The coupling parts are preferred 48 and 52 or the terminal formed so that they open automatically when the mechanical connection is made, and close automatically when the connection is disconnected. In particular, they are designed as a quick release.

Die Aufbereitungseinrichtung 50 umfasst ferner eine Entionisierungseinrichtung 53, die in der Kühlmittelleitung 51 so eingebunden ist, dass ein diese durchströmendes Kühlmittel auch die Entionisierungseinrichtung 53 durchströmt. Die Entionisierungseinrichtung 53 ist insbesondere als ein lonentauscher ausgebildet, der mittels immobilisierter kationischer und/oder anionischer Gruppen, Anionen bzw. Kationen des Kühlmittels bindet. Ferner weist die Aufbereitungseinrichtung 50 einen Sensor 54 auf, der ausgebildet ist, ein mit einer lonenkonzentration des Kühlmittels korrelierendes Signal auszugeben. Insbesondere ist der Sensor 54 als ein Leitfähigkeitssensor ausgebildet.The processing device 50 further comprises a deionization device 53 that are in the coolant line 51 is integrated so that a coolant flowing through this also the deionization 53 flows through. The deionization device 53 is in particular designed as an ion exchanger which binds by means of immobilized cationic and / or anionic groups, anions or cations of the coolant. Furthermore, the processing device 50 a sensor 54 configured to output a correlated with an ion concentration of the coolant signal. In particular, the sensor 54 designed as a conductivity sensor.

Ferner umfasst die Aufbereitungseinrichtung 50 eine Steuerreinrichtung 56. Die Steuereinrichtung 56 empfängt den von dem Sensor 54 erfassten Leitfähigkeitsistwert σ_Ist. Ferner ist in der Steuereinrichtung 56 ein Sollwert oder Schwellenwert für die Leitfähigkeit σ_sw gespeichert. Ferner verfügt die Steuereinrichtung 56 über eine Datenausgabeschnittstelle, um die gemessenen Werte an ein externes System auszugeben und/oder anzuzeigen.Furthermore, the processing device comprises 50 a control device 56 , The control device 56 receives the from the sensor 54 detected actual conductivity value σ_Ist , Furthermore, in the control device 56 a setpoint or threshold for conductivity σ_sw saved. Furthermore, the control device has 56 via a data output interface to output and / or display the measured values to an external system.

In bevorzugter Ausführung weist die Aufbereitungseinrichtung 50 einen kompakten modularen Aufbau auf, wobei die Komponenten Entionisierungseinrichtung 52, Sensor 54, Steuereinrichtung 56 und gegebenenfalls die Fördereinrichtung 55 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Dabei sind lediglich die endständigen Abschnitte der Kühlmittelleitung 51 mit den Kopplungsteilen 52 aus dem Gehäuse herausgeführt. Optional können mehrere Leitungsabschnitte 51 unterschiedlicher Länge vorgehalten werden, die an entsprechende Fluidanschlüsse am Gehäuse anschließbar sind, um verschiedenen baulichen Gegebenheiten Rechnung zu tragen.In a preferred embodiment, the processing device 50 a compact modular design, wherein the components deionization 52 , Sensor 54 , Control device 56 and optionally the conveyor 55 housed in a common housing. In this case, only the terminal portions of the coolant line 51 with the coupling parts 52 led out of the case. Optionally, multiple line sections 51 different length are kept, which can be connected to corresponding fluid connections on the housing to accommodate various structural conditions.

Die in 3 gezeigten Ausführung des Brennstoffzellenkühlsystems 40 sowie der Aufbereitungseinrichtung 50 entspricht im Wesentlichen der Ausgestaltung gemäß 2. Es werden nachfolgend daher nur die Unterschiede beschrieben. In the 3 shown embodiment of the fuel cell cooling system 40 and the treatment device 50 corresponds essentially to the embodiment according to 2 , Therefore, only the differences will be described below.

Bei dem Brennstoffzellenkühlsystem 40 gemäß 3 ist eine erste der beiden Anschlussstellen 47 stromauf der Kühlmittelpumpe 42 und eine zweite der beiden Anschlussstellen 47 stromab der Kühlmittelpumpe 42 angeordnet. Zugleich sind zwischen den beiden Anschlussstellen 47 zwei Absperrmittel 49 in der Kühlmittelleitung 41 vorgesehen, wobei ein erstes Absperrmittel 49 stromauf der Kühlmittelpumpe 42 und ein zweites Absperrmittel 49 stromab der Kühlmittelpumpe 42 angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Aufbereitungseinrichtung 50 gemäß 2 eine eigene Fördereinrichtung 55, insbesondere eine Kühlmittelpumpe.In the fuel cell cooling system 40 according to 3 is a first of the two connection points 47 upstream of the coolant pump 42 and a second of the two connection points 47 downstream of the coolant pump 42 arranged. At the same time are between the two connection points 47 two shut-off devices 49 in the coolant line 41 provided, wherein a first shut-off 49 upstream of the coolant pump 42 and a second shut-off means 49 downstream of the coolant pump 42 is arranged. Furthermore, the processing device comprises 50 according to 2 its own conveyor 55 , in particular a coolant pump.

Die Funktionsweise beziehungsweise Anwendungsweise der Aufbereitungseinrichtungen 50 nach 2 und 3 ist nachfolgend dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 1 wird inklusive seines Kühlsystems 40 grundsätzlich unabhängig von der Aufbereitungseinrichtung 50 betrieben, also ohne dass diese Aufbereitungseinrichtung 50 fluidisch und mechanisch angekoppelt ist. Im Bedarfsfall, wenn eine Entionisierung des Kühlmittels des Brennstoffzellenkühlsystems 40 erwünscht oder erforderlich ist, wird herstellerseitig oder werkstattseitig die Aufbereitungseinrichtung 50 eingesetzt. Zu diesem Zweck werden bei abgestelltem Kühlsystem 40 zunächst die Kopplungsteile 48 und 52 der Anschlussstücke 47 und der Kühlmittelleitung 51 mechanisch miteinander verbunden. Bei korrekter Montage öffnet der Schnellanschluss 48, 52 selbsttätig, sodass die Kühlmittelleitung 41 des Brennstoffzellenkühlsystems 40 mit der Kühlmittelleitung 51 der Aufbereitungseinrichtung 50 fluidisch verbunden ist. Dabei sind das bzw. die Absperrmittel 49 geschlossen. Sobald der korrekte Anschluss erkannt ist, was gegebenenfalls automatisch durch die Steuereinrichtung 56 erfolgen kann, beginnt die Förderung des Kühlmittels durch die Kühlmittelleitungen 41 und 51 und somit durch den lonentauscher 53 der Aufbereitungseinrichtung 50. Die Förderung erfolgt gemäß der in 1 gezeigten Ausführung über die Kühlmittelpumpe 42 des Brennstoffzellenkühlsystems 40. Bei der in 2 gezeigten Ausführung wird die Kühlmittelpumpe 42 des Brennstoffzellenkühlsystems 40 überbrückt und die Kühlmittelförderung erfolgt über die Kühlmittelpumpe 55 der Aufbereitungseinrichtung 50.The mode of operation or mode of application of the treatment devices 50 to 2 and 3 is shown below. The fuel cell system 1 is including its cooling system 40 basically independent of the treatment facility 50 operated, so without this reprocessing device 50 is fluidically and mechanically coupled. If necessary, if a deionization of the coolant of the fuel cell cooling system 40 is desired or required, the processing facility is manufacturer or workshop side 50 used. For this purpose are turned off with the cooling system 40 first the coupling parts 48 and 52 the fittings 47 and the coolant line 51 mechanically interconnected. If correctly installed, the quick connection opens 48 . 52 automatically, so that the coolant line 41 of the fuel cell cooling system 40 with the coolant line 51 the processing device 50 is fluidically connected. Here are the or the shut-off 49 closed. Once the correct connection is detected, which may be automatic by the controller 56 can take place, the promotion of the coolant through the coolant lines begins 41 and 51 and thus through the ion exchanger 53 the processing device 50 , The funding will be in accordance with the in 1 shown embodiment on the coolant pump 42 of the fuel cell cooling system 40 , At the in 2 The embodiment shown, the coolant pump 42 of the fuel cell cooling system 40 bridged and the coolant is conveyed via the coolant pump 55 the processing device 50 ,

Während dessen misst der Leitfähigkeitssensor 54 kontinuierlich die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels. Das Signal des Sensors 54 σ_Ist wird von der Steuereinrichtung 56 eingelesen. Die Steuereinrichtung 56 führt einen Vergleich des Leitfähigkeitsistwertes σ_Ist mit dem Leitfähigkeitsschwellenwert σ_sw durch. Sobald der Leitfähigkeitsistwert σ_Ist unter den Schwellenwert σ_sw fällt, bestimmt die Steuereinrichtung 56 das Ende der Entionisierung. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 56 ein entsprechendes optisches und/oder akustisches Signal ausgeben. Die Förderung des Kühlmittels wird beendet, indem die Kühlmittelpumpe 42 beziehungsweise 55 gestoppt wird. Schließlich werden die Anschlussteile 48 und 52 mechanisch voneinander getrennt, wobei die Anschlussstellen 47 selbsttätig schließen. Optional kann die Steuereinrichtung 56 ein Testprotokoll ausgeben, welches insbesondere den Endzustand des gereinigten Kühlmittels enthält. Optional kann ferner auch eine Analyse der aus dem Kühlmittel entfernten Ionen hinsichtlich der Ionenart und -menge erfolgen, welche ebenfalls in dem Textprotokoll umfasst sein können.During this the conductivity sensor measures 54 continuously the electrical conductivity of the coolant. The signal of the sensor 54 σ_Ist is from the controller 56 read. The control device 56 performs a comparison of the conductivity actual value σ_Ist with the conductivity threshold σ_sw by. As soon as the conductivity actual value σ_Ist below the threshold σ_sw falls, determines the controller 56 the end of deionization. In this case, the control device 56 output a corresponding optical and / or acoustic signal. The promotion of the coolant is stopped by the coolant pump 42 respectively 55 is stopped. Finally, the connecting parts 48 and 52 mechanically separated, with the connection points 47 close automatically. Optionally, the control device 56 Issue a test protocol, which contains in particular the final state of the purified coolant. Optionally, an analysis of the ions removed from the coolant with respect to the ion type and amount can also be carried out, which can also be included in the text protocol.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Brennstoffzellensystem The fuel cell system
1010
Brennstoffzellenstapel / BrennstoffzelleFuel cell stack / fuel cell
1111
Einzelzellesingle cell
1212
katalytische Elektrode/Anodecatalytic electrode / anode
1313
katalytische Elektrode/Kathodecatalytic electrode / cathode
1414
PolymerelektrolytmembranPolymer electrolyte membrane
1515
Bipolarplatte (Separatorplatte, Flussfeldplatte) Bipolar plate (separator plate, flow field plate)
2020
Anodenversorgunganode supply
2121
AnodenversorgungspfadAnode supply path
211211
Absperrventilshut-off valve
212212
DruckregelventilPressure control valve
2222
AnodenabgaspfadAnode exhaust gas path
2323
Drucktankpressure tank
2424
Rezirkulationsleitungrecirculation
2525
Fördereinrichtung/StrömungsmaschineConveyor / turbomachine
2626
Strahlpumpejet pump
2727
Wasserabscheiderwater
2828
Spülleitungflushing line
2929
Spülventil flush valve
3030
Kathodenversorgungcathode supply
3131
KathodenversorgungspfadCathode supply path
3232
KathodenabgaspfadCathode exhaust path
3333
Verdichtercompressor
3434
Turbineturbine
3535
Wastegate-LeitungWaste gate line
36 36
Stellmittelactuating means
3737
Befeuchter humidifier
4040
BrennstoffzellenkühlsystemFuel cell cooling system
4141
KühlmittelleitungCoolant line
4242
KühlmittelpumpeCoolant pump
4343
Kühlercooler
4444
Bypassleitungbypass line
4545
BypassregelventilBypass control valve
4646
Entionisierungseinrichtung / IonentauscherDeionizer / ion exchanger
4747
Anschlussstellejunction
4848
Kopplungsteil, SchnellanschlussCoupling part, quick connection
4949
Absperrmittel / Ventil Shut-off valve
5050
Aufbereitungseinrichtungconditioning device
5151
KühlmittelleitungCoolant line
5252
Kopplungsteil, SchnellanschlussCoupling part, quick connection
5353
Entionisierungseinrichtung / IonentauscherDeionizer / ion exchanger
5454
Sensor / LeitfähigkeitssensorSensor / conductivity sensor
5555
Fördereinrichtung / PumpeConveyor / pump
5656
Steuereinrichtung control device
σ_Istσ_Ist
LeitfähigkeitsistwertLeitfähigkeitsistwert
σ_swσ_sw
LeitfähigkeitsschwellenwertConductivity threshold

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102009037080 A1 [0006]DE 102009037080 A1 [0006]

Claims (9)

Aufbereitungseinrichtung (50) zur Entionisierung eines Kühlmittels eines Brennstoffzellenkühlsystems (40), umfassend: eine Kühlmittelleitung (51), die ausgebildet ist, an das Brennstoffzellenkühlsystem (40) fluidisch gekoppelt zu werden; eine mit der Kühlmittelleitung (51) fluidisch verbundene Entionisierungseinrichtung (53) und einen Sensor (54) zur Ausgabe eines mit einer Ionenkonzentration des Kühlmittels korrelierenden Signals.Processing device (50) for deionizing a coolant of a fuel cell cooling system (40), comprising: a coolant line (51) configured to be fluidly coupled to the fuel cell cooling system (40); a deionization device (53) fluidically connected to the coolant line (51) and a sensor (54) for outputting a signal correlated with an ion concentration of the coolant. Aufbereitungseinrichtung (50) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine in der Kühlmittelleitung (51) angeordnete Fördereinrichtung (55) für das Kühlmittel.Processing device (50) according to Claim 1 further comprising a coolant conveyor (55) disposed in the coolant line (51). Aufbereitungseinrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Sensor (54) ein Leitfähigkeitssensor ist.Conditioning device (50) according to one of Claims 1 or 2 wherein the sensor (54) is a conductivity sensor. Aufbereitungseinrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kühlmittelleitung (51) ausgebildet ist, mittels Schnellanschlüssen (48, 52) an das Brennstoffzellenkühlsystem (40) gekoppelt zu werden.Conditioning device (50) according to one of Claims 1 to 3 wherein the coolant line (51) is adapted to be coupled by means of quick connections (48, 52) to the fuel cell cooling system (40). Aufbereitungseinrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend eine Steuereinrichtung (56), die eingerichtet ist, das Signal des Sensors (54) zu empfangen und in Abhängigkeit von dem Signal ein Ende der Entionisierung des Kühlmittels zu bestimmen.Conditioning device (50) according to one of Claims 1 to 4 and further comprising control means (56) arranged to receive the signal from the sensor (54) and to determine an end of deionization of the coolant in response to the signal. Aufbereitungseinrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Aufbereitungseinrichtung (50) ausgebildet ist, unabhängig von einem Brennstoffzellensystem (1) mobil verwendet zu werden.Conditioning device (50) according to one of Claims 1 to 5 wherein the processing device (50) is designed to be used independently of a fuel cell system (1) for mobile use. Brennstoffzellensystem (1), umfassend einen Brennstoffzellenstapel (10) und ein Brennstoffzellenkühlsystem (40) für den Brennstoffzellenstapel (10), wobei das Brennstoffzellenkühlsystem (40) eine Kühlmittelleitung (41) und zwei Anschlussstellen (47, 48) zum fluidischen Anschluss der Kühlmittelleitung (41) an eine externe Kühlmittelleitung (51) einer Aufbereitungseinrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, und zumindest ein zwischen den beiden Anschlussstellen (47, 48) angeordnetes Absperrelement (49) aufweist.A fuel cell system (1) comprising a fuel cell stack (10) and a fuel cell cooling system (40) for the fuel cell stack (10), wherein the fuel cell cooling system (40) comprises a coolant line (41) and two connection points (47, 48) for fluidly connecting the coolant line (41 ) to an external coolant line (51) of a treatment device (50) according to one of Claims 1 to 6 , And at least one between the two connection points (47, 48) arranged shut-off element (49). Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 7, wobei Anschlussstellen (47, 48) selbsttätig schließend und/oder selbsttätig öffnend ausgebildet sind.Fuel cell system (1) after Claim 7 , wherein connection points (47, 48) are formed automatically closing and / or automatically opening. Verwendung der Aufbereitungseinrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Entionisierung des Kühlmittels des Brennstoffzellenkühlsystems (40) des Brennstoffzellensystems (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, mit den Schritten: Verbinden der Kühlmittelleitung (51) der Aufbereitungseinrichtung (50) mit der Kühlmittelleitung (41) des Brennstoffzellenkühlsystems (40); Leiten des Kühlmittels des Brennstoffzellenkühlsystems (40) durch die Entionisierungseinrichtung (52) der Aufbereitungseinrichtung (50); Erfassen der Ionenkonzentration des Kühlmittels und Trennen der Kühlmittelleitung (51) der Aufbereitungseinrichtung (50) von der Kühlmittelleitung (41) des Brennstoffzellenkühlsystems (40), wenn die Ionenkonzentration des Kühlmittels eine vorbestimmte Schwelle unterschreitet.Use of the processing device (50) according to one of Claims 1 to 6 for deionizing the coolant of the fuel cell cooling system (40) of the fuel cell system (1) according to one of Claims 7 to 8th method comprising the steps of: connecting the coolant line (51) of the treatment device (50) to the coolant line (41) of the fuel cell cooling system (40); Passing the coolant of the fuel cell cooling system (40) through the deionizer (52) of the conditioner (50); Detecting the ion concentration of the coolant and separating the coolant line (51) of the treatment device (50) from the coolant line (41) of the fuel cell cooling system (40) when the ion concentration of the coolant falls below a predetermined threshold.
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