DE102018212420A1

DE102018212420A1 - Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018212420A1
Application number: DE102018212420.5A
Authority: DE
Inventors: Marc Becker; Johannes Schmid
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-01-30

Abstract

Es wird ein Brennstoffzellensystem (10) für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei das Brennstoffzellensystem (10) eine Brennstoffzelle (30) und ein Luftzuführungssystem zum Zuführen von Luft zu der Brennstoffzelle (30), insbesondere einem Brennstoffzellenstapel der Brennstoffzelle (30), und zum Abführen von Luft von der Brennstoffzelle (30) umfasst, wobei das Luftzuführungssystem einen Zuluftkanal (40) zum Zuführen von Luft zu der Brennstoffzelle (30), einen Abluftkanal (45) zum Abführen von feuchter Luft von der Brennstoffzelle (30), eine Kühlvorrichtung (50) zum Kühlen von durch einen Kompressor (84) verdichteter Luft in dem Zuluftkanal (40), und eine Schutzvorrichtung (20) zum Schützen der Brennstoffzelle (30) vor Luft mit einer Temperatur oberhalb eines vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts, die von dem Kompressor (84) zu der Brennstoffzelle (30) strömt, umfasst, wobei die Schutzvorrichtung (20) im und/oder am Zuluftkanal (40) zwischen der Kühlvorrichtung (50) und der Brennstoffzelle (30) angeordnet ist, und wobei die Schutzvorrichtung (20) eine Verbindung (25) zwischen dem Zuluftkanal (40) und dem Abluftkanal (45) unter Umgehung der Brennstoffzelle (30) freigibt, wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung (20) den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahrzeug.
Bei Brennstoffzellensystemen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, wird üblicherweise mittels eines Luftzuführungssystems Luft zu einer Brennstoffzelle zugeführt, damit Sauerstoff zu der Brennstoffzelle gelangt, und feuchte Luft von der Brennstoffzelle abgeführt, um das beim Betreiben der Brennstoffzelle entstandene Wasser abzuführen.
Hierzu umfasst das Luftzuführungssystem einen Kompressor, der die Luft komprimiert bzw. verdichtet. Nach dem Durchlaufen des Kompressors wird die Luft, die durch das Verdichten erwärmt wurde, durch eine Kühlvorrichtung, einen sogenannten Luftladekühler, geführt, um die Luft abzukühlen.
Die Brennstoffzelle, insbesondere die Brennstoffzellenmembran bzw. der Brennstoffzellenseparator, kann durch hohe Temperaturen der zugeführten Luft, beispielsweise mehr als ca. 120 °C, beschädigt werden. Bei bisher bekannten Brennstoffzellensystemen kann unter ungünstigen Umständen, beispielsweise wenn die Kühlvorrichtung aufgrund einer Fehlfunktion die Luft vom Kompressor nicht oder nicht ausreichend kühlt und dies nicht rechtzeitig erkannt wird, Luft mit einer zu hohen Temperatur zu der Brennstoffzelle geführt werden, wodurch Beschädigungen der Brennstoffzelle auftreten können.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einige Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahrzeug gelöst, wobei das Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzelle und ein Luftzuführungssystem zum Zuführen von Luft zu der Brennstoffzelle, insbesondere einem Brennstoffzellenstapel der Brennstoffzelle, und zum Abführen von Luft von der Brennstoffzelle umfasst, wobei das Luftzuführungssystem einen Zuluftkanal zum Zuführen von Luft zu der Brennstoffzelle, einen Abluftkanal zum Abführen von feuchter Luft von der Brennstoffzelle, eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von durch einen Kompressor verdichteter Luft in dem Zuluftkanal, und eine Schutzvorrichtung zum Schützen der Brennstoffzelle vor Luft mit einer Temperatur oberhalb eines vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts, die von dem Kompressor zu der Brennstoffzelle strömt, umfasst, wobei die Schutzvorrichtung im und/oder am Zuluftkanal zwischen der Kühlvorrichtung und der Brennstoffzelle angeordnet ist, und wobei die Schutzvorrichtung eine Verbindung zwischen dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle freigibt, wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert überschreitet.
Ein Vorteil hiervon ist, dass bei einer Fehlfunktion der Kühlvorrichtung (z.B. des Ladeluftkühlers), d.h. wenn Luft mit einer Temperatur oberhalb des ersten Temperaturgrenzwerts zu der Schutzvorrichtung gelangt, zumindest teilweise verhindert wird, dass die Luft zu der Brennstoffzelle gelangt, und somit verhindert wird, dass die Brennstoffzelle hierdurch eine zu hohe Temperatur erlangt. Zumindest ein Teil der zu heißen Luft wird somit unter Umgehung bzw. Vermeidung der Brennstoffzelle in den Abluftkanal geführt (sogenannter Bypass), d.h. zumindest ein Teil der Luft gelangt nicht von der Schutzvorrichtung zu der Brennstoffzelle. Somit wird eine thermische Beschädigung der Brennstoffzelle sicher verhindert. Darüber hinaus kann ein Temperatursensor zwischen der Kühlvorrichtung und der Brennstoffzelle eingespart werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Schutzvorrichtung Teil eines Befeuchters zum Befeuchten der Luft in dem Zuluftkanal mit Flüssigkeit aus der Luft in dem Abluftkanal. Vorteilhaft hieran ist, dass Bauraum gespart wird. Zudem ist der Befeuchter typischerweise ohnehin mit dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal verbunden, so dass in der Regel im Wesentlichen keine zusätzlichen Leitungen bzw. Kanäle zum Führen der Luft aus dem Zuluftkanal in den Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle benötigt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Befeuchter eine Befeuchtermembran auf, die im Wesentlichen aus dem gleichen Material wie ein Brennstoffzellenseparator der Brennstoffzelle besteht, insbesondere die Befeuchtermembran im Wesentlichen baugleich zum Brennstoffzellenseparator der Brennstoffzelle ist, wobei die Befeuchtermembran die Verbindung zwischen dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle freigibt, wenn die Temperatur der Luft an der Befeuchtermembran den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert überschreitet. Hierdurch ist technisch einfach sichergestellt, dass die Befeuchtermembran thermisch geschädigt wird und den Weg vom Zuluftkanal in den Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle freigibt, bevor die Brennstoffzelle, insbesondere die Brennstoffzellmembran bzw. der Brennstoffzellenseparator der Brennstoffzelle, thermisch beschädigt wird. Da zwischen dem Befeuchter und der Brennstoffzelle ein weiterer Teil des Luftzuführungssystems bzw. Brennstoffzellensystems angeordnet ist und dieser Teil eine Wärmekapazität größer Null aufweist, wird bei Luft mit einer Temperatur oberhalb des vorgegeben ersten Temperaturgrenzwerts zunächst die Befeuchtermembran thermisch beschädigt und für Luft durchlässig, so dass die Luft mit zu hoher Temperatur (oberhalb des ersten Temperaturgrenzwerts) an der Brennstoffzelle vorbei bzw. unter Umgehung der Brennstoffzelle von dem Zuluftkanal in den Abluftkanal strömen kann. Die Befeuchtermembran kann aus der gleichen Produktionscharge stammen wie die Brennstoffzellmembran, so dass Fehlertoleranzen der beiden Membrane im Wesentlichen identisch sind.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Material der Brennstoffzelle und/oder des Brennstoffzellenseparators einen zweiten Temperaturgrenzwert auf, bei dem die Brennstoffzelle bzw. der Brennstoffzellenseparator geschädigt wird, wobei der zweite Temperaturgrenzwert oberhalb des ersten Temperaturgrenzwerts liegt. Hierdurch ist die Brennstoffzelle noch zuverlässiger vor zu heißer Luft geschützt, da die Verbindung zwischen Zuluftkanal und Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle bereits dann geöffnet wird, wenn die Temperatur der Luft noch unterhalb eines Werts liegt, der zu einer Schädigung der Brennstoffzelle führen könnte. Somit wird die Befeuchtermembran thermisch geschädigt und gibt den Weg vom Zuluftkanal in den Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle frei, bevor die Brennstoffzelle, insbesondere die Brennstoffzellmembran bzw. der Brennstoffzellenseparator der Brennstoffzelle, thermisch durch Luft mit einer Temperatur größer gleich dem zweiten Temperaturgrenzwert beschädigt werden könnte. Insbesondere kann die Befeuchtermembran bereits bei einem ersten Temperaturwert beschädigt werden, so dass die Luft mit einer Temperatur oberhalb des ersten Temperaturgrenzwerts an der Brennstoffzelle vorbei bzw. unter Umgehung der Brennstoffzelle von dem Zuluftkanal in den Abluftkanal strömen kann, wobei der erste Temperaturwert unterhalb des zweiten Temperaturwerts liegt.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Schutzvorrichtung eine Trennschicht auf, die die Verbindung zwischen dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle verschließt, wobei die Trennschicht schmilzt und hierdurch die Verbindung zwischen dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle freigibt, wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert überschreitet. Hierdurch wird technisch einfach, kostengünstig und schnell beim Überschreiten des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts eine Verbindung zwischen Zuluftkanal und Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle hergestellt bzw. freigegeben.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Schutzvorrichtung ein Schaltelement, insbesondere ein Bimetallelement und/oder einen Thermostat, zum reversiblen Freigeben der Verbindung zwischen dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle, wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert überschreitet, und zum reversiblen Sperren der Verbindung zwischen dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal, wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung gleich dem vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert ist oder unterhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts liegt. Vorteilhaft hieran ist, dass nach einem stattgefundenen Überschreiten des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts durch die Luft keine Reparaturarbeiten und/oder Wartungsarbeiten durchgeführt werden müssen, sondern, sobald die Temperatur der Luft an bzw. in der Schutzvorrichtung wieder bei oder unterhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts liegt, die Verbindung zwischen Zuluftkanal und Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle wieder verschlossen bzw. gesperrt wird. Dies verringert die Kosten und verringert den Aufwand.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Schutzvorrichtung ein Schaltelement, insbesondere ein Bimetallelement und/oder einen Thermostat, zum reversiblen Freigeben der Verbindung zwischen dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle, wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert überschreitet, und zum Sperren der Verbindung zwischen dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal, wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung gleich einem vorgegebenen zweiten Temperaturgrenzwert ist oder unterhalb des vorgegebenen zweiten Temperaturgrenzwerts liegt, wobei der vorgegebene zweite Temperaturgrenzwert unterhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts liegt. Ein Vorteil hiervon ist, dass eine zusätzliche Sicherheitsebene vorhanden ist. Falls die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung über den zweiten vorgegebenen Temperaturgrenzwert steigt, wird die Verbindung zwischen Zuluftkanal und Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle durch das Schaltelement reversibel geöffnet bzw. freigegeben. Falls das Schaltelement aufgrund einer Fehlfunktion des Schaltelements die Verbindung zwischen Zuluftkanal und Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle nicht öffnet bzw. freigibt, kann die Schutzvorrichtung die Verbindung beim Überschreiten des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts irreversibel öffnen, so dass eine Rückfallmöglichkeit vorhanden ist. Auf diese Weise ist die Brennstoffzelle noch zuverlässiger vor thermischen Beschädigungen geschützt. Der Unterschied zwischen dem vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert und dem vorgegebenen zweiten Temperaturgrenzwert kann z.B. ca. 10 °C, ca. 20 °C oder ca. 30 °C betragen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Brennstoffzellensystem derart ausgebildet, dass das Freigeben der Verbindung zwischen dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle das Aussenden eines Warnsignals an eine Steuervorrichtung des Brennstoffzellensystems auslöst. Vorteilhaft hieran ist, dass der Steuervorrichtung die Fehlfunktion bzw. Nichtfunktionalität der Kühlvorrichtung gemeldet wird. Die Steuervorrichtung kann dann entsprechende Maßnahmen oder Schutzmaßnahmen zum Schützen der Brennstoffzelle ergreifen. Beispielsweise kann in einem Kraftfahrzeug eine entsprechende optische und/oder akustische Warnmeldung ausgegeben werden. Zudem kann die Steuervorrichtung eine Werkstatt bzw. den Hersteller entsprechend informieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung derart ausgebildet, dass die Steuervorrichtung auf das Warnsignal hin ein Stoppsignal zum Unterbrechen des Betriebs des Kompressors sendet und/oder die Steuervorrichtung auf das Warnsignal hin eine Überströmleitung, die in Strömungsrichtung der Luft vor dem Befeuchter angeordnet ist, zwischen dem Zuluftkanal und Abluftkanal öffnet. Hierdurch wird ein thermische Beschädigung der Brennstoffzelle noch sicherer verhindert, da nach einer erkannten Fehlfunktion der Kühlvorrichtung, nämlich einer Temperatur der Luft in/an der Schutzvorrichtung oberhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts oder oberhalb des vorgegebenen zweiten Temperaturgrenzwerts, der Betrieb des Kompressor gestoppt wird, so dass keine weitere (zu heiße) Luft in Richtung der Brennstoffzelle geführt wird, und/oder die Luft durch die Überstromleitung vor Erreichen der Schutzvorrichtung bzw. der Befeuchtermembran direkt, d.h. unter Umgehung der Brennstoffzelle, von dem Zuluftkanal in den Abluftkanal strömt. Durch die letztere Alternative wird insbesondere sichergestellt, dass Luft mit einer Temperatur größer gleich dem ersten Temperaturgrenzwert nur kurzzeitig bzw. mit einem geringen Volumenstrom auf die Schutzvorrichtung und/oder die Befeuchtermembran einwirkt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Schutzvorrichtung derart ausgebildet, dass die Verbindung zwischen dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle, wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert oder den vorgegebenen zweiten Temperaturgrenzwert überschreitet, derart freigebbar ist, dass innerhalb von ca. 10 Sekunden, insbesondere innerhalb von ca. 5 Sekunden, nach dem Überschreiten des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts mindestens 20%, insbesondere mindestens 30%, des Luftmassenstroms, der bei gesperrter Verbindung zwischen dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle von der Kühlvorrichtung zu der Brennstoffzelle strömt, durch die freigegebene Verbindung zwischen dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle strömt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die zu heiße Luft, d.h. Luft mit einer Temperatur oberhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts, zügig bzw. schnell aus dem Zuluftkanal in den Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle geführt wird, so dass eine thermische Beschädigung der Brennstoffzelle besonders sicher und zuverlässig verhindert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Schutzvorrichtung derart in dem Zuluftkanal angeordnet, dass die Schutzvorrichtung entlang des Zuluftkanals eine geringere Entfernung zu der Kühlvorrichtung als zur Brennstoffzelle aufweist. Hierdurch ist sichergestellt, dass zwischen der Schutzvorrichtung ein Teil des Zuluftkanals vorhanden ist, der eine ausreichend hohe Wärmekapazität aufweist. Somit ist sichergestellt, dass die Schutzvorrichtung bei zu heißer Luft an der Schutzvorrichtung rechtzeitig auslöst und den Bypass bzw. die Verbindung zwischen Zuluftkanal und Abluftkanal freigibt, bevor eine thermische Schädigung der Brennstoffzelle eintreten kann.
Der Brennstoff für die Brennstoffzelle kann insbesondere ein Brennstoff sein, der bei Normalbedingungen (Druck von 1,013 bar und Temperatur von 0 °C) gasförmig ist.
Eine Verbindung zwischen Zuluftkanal und Abluftkanal freigeben kann insbesondere bedeuten, dass eine zuvor geschlossene physische Verbindung zwischen Zuluftkanal und Abluftkanal geöffnet wird, so dass ein Fluid, insbesondere ein Gas, durch die Verbindung aus dem Zuluftkanal in den Abluftkanal strömen kann.
Der vorgegebene erste Temperaturgrenzwert kann z.B. ca. 120 °C oder ca. 130 °C sein.
Die Angabe, dass die die Schutzvorrichtung „im Zuluftkanal angeordnet ist“ kann u.a. insbesondere bedeuten, dass die Schutzvorrichtung nur teilweise oder vollständig physisch innerhalb des Zuluftkanals angeordnet ist.
Die hier offenbarte Technologie betrifft u.a. ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die durch einen ionenselektiven bzw. ionenpermeablen Separator bzw. Membran getrennt sind. Die Anode weist eine Zufuhr für einen Brennstoff zur Anode auf. Bevorzugte Brennstoffe sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode weist beispielsweise eine Zufuhr für Oxidationsmittel auf. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Sauerstoff und Peroxide. Der ionenselektive Separator bzw. die ionenselektive Membran kann bspw. als Protonenaustauschmembran (proton exchange membrane, PEM) ausgebildet sein. Bevorzugt kommt eine kationenselektive Polymerelektrolytmembran zum Einsatz. Materialien für eine solche Membran sind beispielsweise: Nafion®, Flemion® und Aciplex®.
Ein Brennstoffzellensystem umfasst mindestens eine Brennstoffzelle sowie periphere Systemkomponenten (BOP-Komponenten), die beim Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst.
Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein Brennstoffzellensystem mit einer Schutzvorrichtung, die die Brennstoffzelle vor zu heißer Zuluft und somit vor thermischen Schädigungen schützt, indem die Schutzvorrichtung einen Bypass an der Brennstoffzelle vorbei freigibt, wenn die Temperatur der Luft bzw. Zuluft an der Schutzvorrichtung zu hoch ist. Nach Freigabe des Bypasses strömt die Luft zumindest teilweise nicht mehr zur Brennstoffzelle, sondern von dem Zuluftkanal in den Abluftkanal, ohne zur Brennstoffzelle zu gelangen.
Die Schutzvorrichtung kann zusammen mit dem Befeuchter und/oder der Kühlvorrichtung in einem Gehäuse bzw. Gehäusezusammenbau integriert sein.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand von einer Figur erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Brennstoffzellensystems.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Brennstoffzellensystems.
Das Brennstoffzellensystem 10 kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug, z.B. einem PWK, Motorrad, LKW, Bus, Schiff, Zug oder Flugzeug, eingebaut sein. Das Kraftfahrzeug weist eine Brennstoffzelle 30 auf, die das Kraftfahrzeug mit Energie versorgt bzw. antreibt.
Das Brennstoffzellensystem 10 weist eine Brennstoffzelle 30 und ein Luftzuführungssystem auf, welches der Brennstoffzelle 30 Luft über einen Zuluftkanal 40 zuführt und feuchte Luft, die in der Brennstoffzelle 30 erzeugtes Wasser aufweist, über einen Abluftkanal 45 abführt. Das Brennstoffzellensystem 10 bzw. das Luftzuführungssystem weist u.a. einen Ansauggeräuschdämpfer 87, einen Kompressor 84 und einen Turbine 85 auf. Die Zuluft 80 wird aus der Umgebung durch den Ansauggeräuschdämpfer 87 eingesogen. Der Ansauggeräuschdämpfer 87 weist üblicherweise einen Luftfilter auf, um Partikel etc. aufzufangen.
Der Kompressor 84 komprimiert bzw. verdichtet die aus der Umgebung durch den Ansauggeräuschdämpfer 87 angesaugte Luft und führt die komprimierte Luft einer Kühlvorrichtung 50 in Form eines Luftladekühlers zu, durch den sie strömt. Da die Luft durch das Komprimieren stark erwärmt wird, muss die Luft anschließend wieder durch die Kühlvorrichtung 50 gekühlt werden, bevor sie der Brennstoffzelle 30 zugeführt werden kann. Die Brennstoffzelle 30, insbesondere die Brennstoffzellenmembran bzw. der Brennstoffzellenseparator, die zwischen der Kathode und der Anode der Brennstoffzelle 30 angeordnet ist, ist temperaturempfindlich. Bei einer Fehlfunktion der Kühlvorrichtung 50 kann die Brennstoffzelle 30 oder die Brennstoffzellenmembran bzw. der Brennstoffzellenseparator dadurch geschädigt wird, dass die Kühlvorrichtung 50 die Luft von dem Kompressor 84 nicht ausreichend abkühlt, bevor die Luft zu der Brennstoffzelle 30 gelangt. Die Luft von dem Kompressor 84 kann vor dem Kühlen mit der Kühlvorrichtung 50 Temperaturen von beispielsweise ca. 180 °C aufweisen. Nach dem Kühlen der Luft mittels der Kühlvorrichtung 50 weist die Luft üblicherweise eine Temperatur von unter ca. 120 °C auf.
Ein Kühlmittel wird von dem Kühlmittelzufluss 90 der Kühlvorrichtung 50 bzw. dem Luftladekühler und der Brennstoffzelle 30 parallel durch zwei Kühlmittelleitungen 92, 93 zugeführt. Das Kühlmittel kühlt die Luft von dem Kompressor 84 in der Kühlvorrichtung 50 bzw. im Luftladekühler und kühlt die Brennstoffzelle 30. Nach dem Durchlauf der Kühlvorrichtung 50 der Brennstoffzelle 30 wird über den Kühlmittelabfluss 91 das Kühlmittel wieder abgeführt.
Zwischen dem Kompressor 84 und der Brennstoffzelle 30 ist ein Zuluftkanal 40 ausgebildet. In dem Zuluftkanal 40 sind die Kühlvorrichtung 50 und ein Befeuchter 23 angeordnet. Der Abluftkanal 45 führt feuchte Luft von der Brennstoffzelle 30 durch den Befeuchter 23 zu einer Turbine 85, die die Luft als Abluft 81 aus dem Luftzuführungssystem bzw. dem Brennstoffzellensystem 10 bewegt.
Der Befeuchter 23 transportiert Feuchtigkeit aus der Luft in dem Abluftkanal 45 in die Luft in dem Zuluftkanal 40. Auf diese Weise wird die Brennstoffzellenmembran bzw. der Brennstoffzellenseparator, die zwischen der Kathode und der Anode der Brennstoffzelle 30 angeordnet ist, feucht gehalten.
Zwischen dem Befeuchter 23 und der Brennstoffzelle 30 kann ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Luft in dem Zuluftkanal 40 angeordnet sein. Dieser Temperatursensor kann jedoch auch weggelassen werden.
Zwischen dem Zuluftkanal 40 und dem Abluftkanal 45 ist in Strömungsrichtung vor der Kühlvorrichtung 50 ein Ventil 72 angeordnet, das eine Überströmleitung 70 zwischen Zuluftkanal 40 und Abluftkanal 45 öffnen und schließen kann. Dieses Ventil 72 kann insbesondere ein Überdruckventil sein, das bei einem zu hohen Druck in dem Zuluftkanal 40 Luft in den Abluftkanal 45 strömen lässt.
Die Brennstoffzelle 30 kann einen Brennstoffzellenstapel mit einer Vielzahl von Anoden, Kathoden und Brennstoffzellenseparatoren bzw. Brennstoffzellenmembranen aufweisen.
Das Luftzuführungssystem weist eine Schutzvorrichtung 20 auf, die die Brennstoffzelle 30 vor Luft mit zu hohen Temperaturen schützt. Zu hohe Temperaturen, z.B. über ca. 120 °C, können die Brennstoffzelle 30 thermisch schädigen, z.B. indem die Brennstoffzellenmembran bzw. der Brennstoffzellenseparator beschädigt und dadurch für Gase durchlässig wird. Die Schutzvorrichtung 20 verhindert, dass Luft mit einer zu hohen Temperatur, d.h. Luft mit einer Temperatur oberhalb eines vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts, durch den Zuluftkanal 40 zu der Brennstoffzelle 30 gelangt und die Brennstoffzelle 30 zu stark erwärmt.
Die Schutzvorrichtung 20 ist zwischen der Kühlvorrichtung 50 der Brennstoffzelle 30 angeordnet, da erst nach dem Abkühlen der Luft durch die Kühlvorrichtung 50 eine Feststellung möglich ist, ob die Luft eine ausreichend niedrige Temperatur hat, nämlich eine Temperatur, die maximal dem vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert entspricht. Bei einer Temperatur der Luft, die maximal dem vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert entspricht, ist üblicherweise mit keiner thermischen Schädigung der Brennstoffzelle 30 zu rechnen.
Die Schutzvorrichtung 20 ist derart ausgebildet, dass, wenn Luft mit einer Temperatur oberhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts an oder in der Schutzvorrichtung 20 vorhanden ist, eine Verbindung zwischen dem Zuluftkanal 40 und dem Abluftkanal 45 unter Umgehung bzw. Vermeidung der Brennstoffzelle 30 freigegeben bzw. geöffnet wird. Dies bedeutet, dass bei einer offenen Verbindung 25 zwischen dem Zuluftkanal 40 und dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30, Luft vom Zuluftkanal 40 durch die Schutzvorrichtung 20 in den Abluftkanal 45 strömt, ohne dass die Luft bzw. ein Teil der Luft zu der Brennstoffzelle 30 gelangt. Somit kann die Brennstoffzelle 30 durch die Luft mit zu hoher Temperatur nicht bzw. nicht zu stark erwärmt und folglich nicht thermisch beschädigt werden. In 1 verläuft diese Verbindung zwischen Zuluftkanal 40 und Abluftkanal 45 von der Schutzvorrichtung 20 zu dem Abluftkanal 45 an einer Stelle des Abluftkanals 45, die von der Brennstoffzelle 30 aus gesehen hinter dem Befeuchter 23 liegt.
Die Schutzvorrichtung 20 kann Teil des Befeuchters 23 sein oder ein separates Bauteil.
Beispielsweise ist vorstellbar, dass die Befeuchtermembran des Befeuchters 23 aus dem gleichen Material oder einem sehr ähnlichen Material wie die Brennstoffzellenmembran bzw. der Brennstoffzellenseparator besteht. Da die Brennstoffzellenmembran bzw. der Brennstoffzellenseparator üblicherweise das temperaturempfindlichste Element der Brennstoffzelle 30 ist, wird hierdurch sichergestellt, dass bei einer Temperatur der Luft oberhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts die Befeuchtermembran im Befeuchter 23 beschädigt wird und Luft durch die Befeuchtermembran von dem Zuluftkanal 40 zu dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 strömen kann, d.h. eine Verbindung zwischen Zuluftkanal 40 und Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 hergestellt wird. Da zwischen dem Befeuchter 23 und der Brennstoffzelle 30 zumindest noch ein Teil des Zuluftkanals 40 vorhanden ist, der eine Wärmekapazität ungleich Null aufweist, ist sichergestellt, dass, wenn an der Befeuchtermembran eine Temperatur oberhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts vorliegt, die Brennstoffzellenmembran bzw. der Brennstoffzellenseparator (noch) nicht eine Temperatur oberhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts erreicht hat. Nach Überschreiten des vorgegeben ersten Temperaturgrenzwerts strömt die (zu heiße) Luft direkt von dem Zuluftkanal 40 in den Abluftkanal 45, so dass die Brennstoffzelle 30 bzw. die Brennstoffzellenmembran bzw. der Brennstoffzellenseparator nicht (weiter) durch die heiße Luft erwärmt wird.
Vorstellbar ist alternativ oder zusätzlich eine schmelzbare Trennschicht als Teil der Schutzvorrichtung 20, wobei die Trennschicht im Normalzustand bzw. Grundzustand eine Verbindung 25 zwischen dem Zuluftkanal 40 und dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 verschließt. Die Trennschicht weist eine derartige Schmelztemperatur auf, dass sie, wenn die Luft an der Trennschicht in dem Zuluftkanal 40 eine Temperatur oberhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts aufweist, schmilzt. Die Schmelztemperatur kann somit dem vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert entsprechen. Nach dem Schmelzen gibt die Trennschicht eine Verbindung von dem Zuluftkanal 40 zu dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 frei, so dass die Luft nicht bzw. kaum ein Teil der Luft von dem Kompressor 84 bzw. der Schutzvorrichtung 20 zu der Brennstoffzelle 30 gelangt.
Eine weitere zusätzliche oder alternative Möglichkeit ist, dass die Schutzvorrichtung 20 ein Schaltelement bzw. einen Thermoschalter aufweist, das bzw. der die Verbindung von dem Zuluftkanal 40 zu dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 reversibel öffnen/freigeben und schließen/sperren kann. Beispielsweise ist ein Bimetallelement mit einem Ventil hierfür denkbar. Bei einer Temperatur der Luft oberhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts in der Schutzvorrichtung 20 öffnet das Bimetallelement das Ventil und lässt Luft von dem Zuluftkanal 40 in den Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 strömen. Wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung 20 bei oder unterhalb oder wieder unterhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts liegt, ist bzw. wird das Ventil (wieder) geschlossen, wodurch keine Luft aus dem Zuluftkanal 40 zu dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 gelangt, sondern die Luft zu der Brennstoffzelle 30 strömt. Die Trennschicht kann insbesondere im Manifoldbereich des Befeuchters 23 angeordnet sein.
Auch ist ein Thermostat als Schaltelement denkbar. Der aktive oder passive Thermostat kann z.B. ein auf den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert angepasstes Wachselement aufweisen, so dass beim Überschreiten des vorgegeben ersten Temperaturgrenzwerts, das Schaltelement die Verbindung von dem Zuluftkanal 40 zu dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 öffnet, welche ansonsten geschlossen ist.
Vorstellbar ist auch eine Kombination der genannten Möglichkeiten. Beispielsweise kann die Schutzvorrichtung 20 ein Schaltelement bzw. einen reversiblen Thermoschalter und eine Trennschicht aufweisen. Zudem kann das Schaltelement bzw. der Thermoschalter eine Auslösetemperatur aufweisen, die einem vorgegeben zweiten Temperaturgrenzwert entspricht, wobei der vorgegebene zweite Temperaturgrenzwert unterhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts liegt. Wird der vorgegebene zweite Temperaturgrenzwert überschritten, so öffnet das Schaltelement die Verbindung von dem Zuluftkanal 40 zu dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30. Wenn das Schaltelement jedoch seine Funktion nicht erfüllt bzw. eine Fehlfunktion aufweist, steigt die Temperatur in der Schutzvorrichtung 20 durch die heiße Luft vom Kompressor 84 weiter an, bis der vorgegebene erste Temperaturgrenzwert überschritten wird. Nun schmilzt die Trennschicht, deren Schmelztemperatur z.B. im Wesentlichen dem ersten Temperaturgrenzwert entspricht, und gibt die Verbindung von dem Zuluftkanal 40 zu dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 frei. Auf diese Weise existiert es eine Rückfallmöglichkeit, wenn ein Element der Schutzvorrichtung 20 nicht wie vorgesehen funktioniert.
Somit kann beispielsweise zunächst versucht werden, die Verbindung von dem Zuluftkanal 40 zu dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 reversibel freizugeben, wenn dies nicht funktioniert, wird auf das nicht-reversible Öffnen (z.B. Schmelzen der Trennschicht und/oder thermisches Versagen der Befeuchtermembran) der Verbindung von dem Zuluftkanal 40 zu dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 zurückgegriffen. Auch bei einer Fehlfunktion eines Elements der Schutzvorrichtung 20 ist die Brennstoffzelle 30 somit noch immer vor thermischer Schädigung geschützt.
Die Schutzvorrichtung 20 kann die Verbindung von dem Zuluftkanal 40 zu dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 derart schnell freigeben, dass innerhalb von 10 Sekunden, insbesondere innerhalb von 5 Sekunden, nach dem Überschreiten des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts mindestens 30% des Luftmassenstroms, der bei geschlossener Verbindung 25 zwischen dem Zuluftkanal 40 und dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 von der Kühlvorrichtung 50 zu der Brennstoffzelle 30 strömen würde, durch die Verbindung 25 zwischen dem Zuluftkanal 40 und dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 strömt. Dies bedeutet, dass eine Verbindung zwischen dem Zuluftkanal 40 mit einem großen Volumenstrom schnell hergestellt wird. Somit wird besonders sicher verhindert, dass die Brennstoffzelle 30 zu stark erwärmt wird, da zu heiße Luft besonders schnell an der Brennstoffzelle 30 vorbei abgeführt wird.
Wenn ein Öffnen der Verbindung von dem Zuluftkanal 40 zu dem Abluftkanal 45 unter Umgehung der Brennstoffzelle 30 detektiert wird, z.B. durch eine erkannte Schädigung der Befeuchtermembran, einen Druckverlust in dem Zuluftkanal 40, eine Bewegung bzw. ein Schalten des Bimetallelements, ein Schmelzen einer Trennschicht etc., wird ein Warnsignal an eine Steuervorrichtung 99 des Brennstoffzellensystems gesandt. Die Steuervorrichtung 99 kann daraufhin ein Stoppsignal zum Stoppen des Betriebs des Kompressors 84 erzeugen und senden, so dass dafür gesorgt wird, dass keine zu heiße Luft in Richtung der Brennstoffzelle 30 transportiert wird.
Sobald die Verbindung 25 freigegeben bzw. geöffnet ist, strömt die Luft von dem Zuluftkanal in den Abluftkanal und (weitestgehend) nicht mehr zu der Brennstoffzelle, da der Druckunterschied zwischen Zuluftkanal und Abluftkanal hoch ist.
Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. das/ein Brennstoffzellensystem, das/ein Luftzuführungssystem, das/eine Schutzvorrichtung, die/eine Brennstoffzelle, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. die Brennstoffzellensysteme, die Luftzuführungssysteme, die Schutzvorrichtungen, die Brennstoffzellen, etc.).
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Brennstoffzellensystem
20: Schutzvorrichtung
23: Befeuchter
25: Verbindung zwischen Zuluftkanal und Abluftkanal unter Umgehung der Brennstoffzelle
30: Brennstoffzelle
40: Zuluftkanal
45: Abluftkanal
50: Kühlvorrichtung
70: Überströmleitung
72: Ventil
80: Zuluft
81: Abluft
84: Kompressor
85: Turbine
87: Ansauggeräuschdämpfer
90: Kühlmittelzufluss
91: Kühlmittelabfluss
92: Kühlmittelleitung durch die Kühlvorrichtung
93: Kühlmittelleitung durch den Zellstapel
99: Steuervorrichtung

Claims

Brennstoffzellensystem (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Brennstoffzellensystem (10) eine Brennstoffzelle (30) und ein Luftzuführungssystem zum Zuführen von Luft zu der Brennstoffzelle (30), insbesondere einem Brennstoffzellenstapel der Brennstoffzelle (30), und zum Abführen von Luft von der Brennstoffzelle (30) umfasst, wobei das Luftzuführungssystem einen Zuluftkanal (40) zum Zuführen von Luft zu der Brennstoffzelle (30), einen Abluftkanal (45) zum Abführen von feuchter Luft von der Brennstoffzelle (30), eine Kühlvorrichtung (50) zum Kühlen von durch einen Kompressor (84) verdichteter Luft in dem Zuluftkanal (40), und eine Schutzvorrichtung (20) zum Schützen der Brennstoffzelle (30) vor Luft mit einer Temperatur oberhalb eines vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts, die von dem Kompressor (84) zu der Brennstoffzelle (30) strömt, umfasst, wobei die Schutzvorrichtung (20) im und/oder am Zuluftkanal (40) zwischen der Kühlvorrichtung (50) und der Brennstoffzelle (30) angeordnet ist, und wobei die Schutzvorrichtung (20) eine Verbindung (25) zwischen dem Zuluftkanal (40) und dem Abluftkanal (45) unter Umgehung der Brennstoffzelle (30) freigibt, wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung (20) den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert überschreitet.
Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Schutzvorrichtung (20) Teil eines Befeuchters (23) zum Befeuchten der Luft in dem Zuluftkanal (40) mit Flüssigkeit aus der Luft in dem Abluftkanal (45) ist.
Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 2, wobei der Befeuchter (23) eine Befeuchtermembran aufweist, die im Wesentlichen aus dem gleichen Material wie ein Brennstoffzellenseparator der Brennstoffzelle (30) besteht, insbesondere die Befeuchtermembran im Wesentlichen baugleich zum Brennstoffzellenseparator der Brennstoffzelle (30) ist, wobei die Befeuchtermembran die Verbindung (25) zwischen dem Zuluftkanal (40) und dem Abluftkanal (45) unter Umgehung der Brennstoffzelle (30) freigibt, wenn die Temperatur der Luft an der Befeuchtermembran den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert überschreitet.
Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzvorrichtung (20) eine Trennschicht aufweist, die die Verbindung (25) zwischen dem Zuluftkanal (40) und dem Abluftkanal (45) unter Umgehung der Brennstoffzelle (30) verschließt, wobei die Trennschicht schmilzt und hierdurch die Verbindung (25) zwischen dem Zuluftkanal (40) und dem Abluftkanal (45) unter Umgehung der Brennstoffzelle freigibt, wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung (20) den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert überschreitet.
Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzvorrichtung (20) ein Schaltelement, insbesondere ein Bimetallelement und/oder einen Thermostat, zum reversiblen Freigeben der Verbindung (25) zwischen dem Zuluftkanal (40) und dem Abluftkanal (45) unter Umgehung der Brennstoffzelle, wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung (20) den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert überschreitet, und zum reversiblen Sperren der Verbindung zwischen dem Zuluftkanal (40) und dem Abluftkanal (45), wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung (20) gleich dem vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert ist oder unterhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts liegt, umfasst.
Brennstoffzellensystem (10) nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Schutzvorrichtung (20) ein Schaltelement, insbesondere ein Bimetallelement und/oder einen Thermostat, zum reversiblen Freigeben der Verbindung (25) zwischen dem Zuluftkanal (40) und dem Abluftkanal (45) unter Umgehung der Brennstoffzelle (30), wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung (20) den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert überschreitet, und zum Sperren der Verbindung zwischen dem Zuluftkanal (40) und dem Abluftkanal (45), wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung (20) gleich einem vorgegebenen zweiten Temperaturgrenzwert ist oder unterhalb des vorgegebenen zweiten Temperaturgrenzwerts liegt, umfasst, wobei der vorgegebene zweite Temperaturgrenzwert unterhalb des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts liegt.
Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Luftzuführungssystem derart ausgebildet ist, dass das Freigeben der Verbindung (25) zwischen dem Zuluftkanal (40) und dem Abluftkanal (45) unter Umgehung der Brennstoffzelle (30) das Aussenden eines Warnsignals an eine Steuervorrichtung (99) des Brennstoffzellensystems (10) auslöst.
Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 7, wobei die Steuervorrichtung (99) derart ausgebildet ist, dass die Steuervorrichtung (99) auf das Warnsignal hin ein Stoppsignal zum Unterbrechen des Betriebs des Kompressors (84) sendet und/oder die Steuervorrichtung (99) auf das Warnsignal hin eine Überströmleitung (70), die in Strömungsrichtung der Luft vor dem Befeuchter (23) angeordnet ist, zwischen dem Zuluftkanal (40) und Abluftkanal (45) öffnet.
Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzvorrichtung (20) derart ausgebildet ist, dass die Verbindung (25) zwischen dem Zuluftkanal (40) und dem Abluftkanal (45) unter Umgehung der Brennstoffzelle (30), wenn die Temperatur der Luft an der Schutzvorrichtung (20) den vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert oder den vorgegebenen zweiten Temperaturgrenzwert überschreitet, derart freigebbar ist, dass innerhalb von ca. 10 Sekunden, insbesondere innerhalb von ca. 5 Sekunden, nach dem Überschreiten des vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwerts mindestens 20%, insbesondere mindestens 30%, des Luftmassenstroms, der bei gesperrter Verbindung (25) zwischen dem Zuluftkanal (40) und dem Abluftkanal (45) unter Umgehung der Brennstoffzelle (30) von der Kühlvorrichtung (50) zu der Brennstoffzelle (30) strömt, durch die freigegebene Verbindung (25) zwischen dem Zuluftkanal (40) und dem Abluftkanal (45) unter Umgehung der Brennstoffzelle (30) strömt.
Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzvorrichtung (20) derart in dem Zuluftkanal (40) angeordnet ist, dass die Schutzvorrichtung (20) entlang des Zuluftkanals (40) eine geringere Entfernung zu der Kühlvorrichtung (50) als zur Brennstoffzelle (30) aufweist.