DE102019215899A1 - Fuel cell stack for operation in at least two power ranges - Google Patents

Fuel cell stack for operation in at least two power ranges Download PDF

Info

Publication number
DE102019215899A1
DE102019215899A1 DE102019215899.4A DE102019215899A DE102019215899A1 DE 102019215899 A1 DE102019215899 A1 DE 102019215899A1 DE 102019215899 A DE102019215899 A DE 102019215899A DE 102019215899 A1 DE102019215899 A1 DE 102019215899A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
fuel
supply
cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019215899.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Sergei Hahn
Mark Hellmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102019215899.4A priority Critical patent/DE102019215899A1/en
Publication of DE102019215899A1 publication Critical patent/DE102019215899A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04791—Concentration; Density
    • H01M8/04798—Concentration; Density of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04932—Power, energy, capacity or load of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

Es wird ein Brennstoffzellen-Stack für einen Betrieb in zumindest zwei Leistungsbereichen vorgeschlagen, mit:einem ersten Teil des Brennstoffzellen-Stacks, der eine erste Mehrzahl von schichtartig nebeneinander angeordneten Brennstoffzellen aufweist;zumindest einem zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks, der eine zweite Mehrzahl von schichtartig nebeneinander angeordneten Brennstoffzellen aufweist;der erste und der zumindest zweite Teil des Brennstoffzellen-Stack angeordnet sind genau einen Stack zu bilden; und wobeider Brennstoffzellen-Stack eingerichtet ist, den zumindest zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks optional mit zumindest einem für den Betrieb notwendigen Medium zu versorgen, um den Brennstoffzellen-Stack in zumindest zwei Leistungsbereichen zu betreiben.A fuel cell stack is proposed for operation in at least two power ranges, with: a first part of the fuel cell stack which has a first plurality of fuel cells arranged in layers next to one another; at least a second part of the fuel cell stack which has a second plurality of has fuel cells arranged in layers next to one another; the first and the at least second part of the fuel cell stack are arranged to form exactly one stack; and wherein the fuel cell stack is set up to optionally supply the at least second part of the fuel cell stack with at least one medium necessary for operation in order to operate the fuel cell stack in at least two power ranges.

Description

Stand der TechnikState of the art

Wasserstoffbasierte Brennstoffzellen gelten als Basis für ein Mobilitätskonzept der Zukunft, da sie nur Wasser emittieren und schnelle Betankungszeiten ermöglichen. Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler, wobei eine Mehrzahl von solchen Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellen-Stack zusammengeschaltet werden, um eine entsprechend hohe Gesamtspannung bzw. Gesamtleistung bereitstellen zu können. Die Edukte Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) werden in elektrische Energie, Wasser (H2O) und Wärme gewandelt.Hydrogen-based fuel cells are considered the basis for a mobility concept of the future, as they only emit water and enable fast refueling times. Fuel cells are electrochemical energy converters, a plurality of such fuel cells being interconnected to form a fuel cell stack in order to be able to provide a correspondingly high total voltage or total power. The reactants hydrogen (H2) and oxygen (O2) are converted into electrical energy, water (H2O) and heat.

Beispielsweise PEM-Brennstoffzellen (PEM engl.:„proton-exchange-membran”; Protonen-Austausch-Membran) können mit der, der Kathode der Brennstoffzelle zugeführten, Luft mit Sauerstoff als Oxidationsmittel und dem, der Anode der Brennstoffzelle zugeführten, Wasserstoff als Brennstoff in einem elektrokatalytischen Elektrodenprozess betrieben werden, um elektrische Energie mit einem hohen Wirkungsgrad bereitzustellen. Brennstoffzellensysteme mit PEM-Brennstoffzellen sind bereits in ersten Serienanwendungen am Markt und haben ein großes Potential, eine maßgebliche Rolle bei der Energie- und Verkehrswende zu spielen.For example, PEM fuel cells (PEM: “proton exchange membrane”; proton exchange membrane) can use air with oxygen as the oxidizing agent and the hydrogen supplied to the anode of the fuel cell as fuel with the air supplied to the fuel cell's cathode operated in an electrocatalytic electrode process in order to provide electrical energy with a high degree of efficiency. Fuel cell systems with PEM fuel cells are already on the market in their first series applications and have great potential to play a decisive role in the energy and transport transition.

Die elektrochemischen Reaktionen solcher Brennstoffzellen werden typischerweise durch Platin katalysiert. Dazu können kleine Platinpartikel auf einem porösen Kohlenstoffträger aufgetragen werden. Unter lokaler Wasserstoffarmut in den Brennstoffzellen kann es im Betrieb der Brennstoffzellen zu unerwünschten Nebenreaktionen kommen. Beispielsweise sind während des Startvorgangs sowohl die Anode als auch die Kathode mit Luft befüllt (Luft/Luft-Startup). Zum Starten der Zelle wird dann Wasserstoff in die luftgefüllte Anode geleitet. Dadurch, dass kurzzeitig ein vorderer Teil einer Anode einer solchen Brennstoffzelle mit Wasserstoff befüllt ist, während ein hinterer Teil weiterhin mit Luft befüllt ist, kommt es zu hohen Potentialdifferenzen zwischen der Kathode und einem Elektrolyten der Brennstoffzelle. Dies kann zur Kohlenstoffkorrosion in der Kathoden-Katalysatorschicht führen. Dieser Degradationsvorgang dauert so lange an wie sich die H2/O2-Gasfront durch die Anode bewegt.The electrochemical reactions of such fuel cells are typically catalyzed by platinum. For this purpose, small platinum particles can be applied to a porous carbon support. If the fuel cells are locally poor in hydrogen, undesirable side reactions can occur during operation of the fuel cells. For example, both the anode and the cathode are filled with air during the start-up process (air / air startup). To start the cell, hydrogen is then fed into the air-filled anode. Because a front part of an anode of such a fuel cell is briefly filled with hydrogen, while a rear part is still filled with air, there are high potential differences between the cathode and an electrolyte of the fuel cell. This can lead to carbon corrosion in the cathode catalyst layer. This degradation process lasts as long as the H2 / O2 gas front moves through the anode.

Darüber hinaus wird der Betriebsbereich von Brennstoffzellen zu kleinen Stromdichten hin durch die immer zunehmende Zellspannung eingeschränkt. Zellspannung von 0,85 V - 0,95 V (je nach Ausführung der Zelle, z.B. verwendete MEA) dürfen zum Schutz der Brennstoffzelle im Betrieb nicht überschritten werden. Dies hat zur Folge, dass ein PEM-Stack immer mit einer Mindestleistung bzw. Mindestlast bzw. einer Mindeststromstärke zu betreiben ist. Diese Mindestleistung schränkt den Betriebsbereich des Stacks ein. Je leistungsfähiger bzw. größer ein Stack ist, desto größer fällt entsprechend die Mindestleistung aus.In addition, the operating range of fuel cells towards low current densities is restricted by the ever increasing cell voltage. Cell voltage of 0.85 V - 0.95 V (depending on the version of the cell, e.g. MEA used) must not be exceeded to protect the fuel cell during operation. As a result, a PEM stack must always be operated with a minimum power or minimum load or a minimum current strength. This minimum power limits the operating range of the stack. The more powerful or larger a stack is, the greater the minimum performance.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die oben beschriebene Mindestleistung und der Mechanismus der Kohlenstoffkorrosion schränken den möglichen Betrieb von Brennstoffzellensystemen ein, da das System abgeschaltet werden muss, wenn zum einen kein ausreichend großer Verbraucher die generierte Energie aufnehmen kann bzw. zum anderen der Start eines Brennstoffzellensystems mit Alterungsprozessen verbunden sein kann. Ein solcher daraus resultierender intermittierender Betrieb des Brennstoffzellensystems kann sich auch negativ auf die Lebensdauer bestimmter Systemkomponenten auswirken, wie beispielsweise einem luftgelagerten Verdichter.The minimum power described above and the mechanism of carbon corrosion limit the possible operation of fuel cell systems, since the system must be switched off if, on the one hand, a sufficiently large consumer cannot absorb the generated energy or, on the other hand, the start of a fuel cell system can be associated with aging processes. Such an intermittent operation of the fuel cell system resulting therefrom can also have a negative effect on the service life of certain system components, such as an air-bearing compressor.

Entsprechend einem Aspekt wird ein Brennstoffzellen-Stack für einen Betrieb in zumindest zwei Leistungsbereichen, ein Brennstoffzellen-Stack-System, ein Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellen-Stack-Systems, ein Verfahren zum Umschalten eines Brennstoffzellen-Stack-Systems und eine Verwendung des Brennstoffzellensystems, entsprechend den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, vorgeschlagen, die zumindest zum Teil die beschriebenen Aufgaben lösen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to one aspect, a fuel cell stack for operation in at least two power ranges, a fuel cell stack system, a method for starting a fuel cell stack system, a method for switching a fuel cell stack system and a use of the fuel cell system, according to the features of the independent claims, proposed which at least partially solve the tasks described. Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims and the following description.

Gemäß einem Aspekt wird ein Brennstoffzellen-Stack für einen Betrieb in zumindest zwei Leistungsbereichen vorgeschlagen, der einen ersten Teil mit einer ersten Mehrzahl von schichtartig nebeneinander angeordneten Brennstoffzellen und einen zweiten Teil mit einer zweiten Mehrzahl von schichtartig nebeneinander angeordneten Brennstoffzellen aufweist.According to one aspect, a fuel cell stack is proposed for operation in at least two power ranges, which has a first part with a first plurality of fuel cells arranged next to one another in layers and a second part with a second plurality of fuel cells arranged next to one another in layers.

Dabei sind der erste und der zumindest zweite Teil des Brennstoffzellen-Stacks angeordnet, genau einen Stack zu bilden. Weiterhin ist der Brennstoffzellen-Stack eingerichtet den zumindest zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks optional mit zumindest einem für den Betrieb notwendigen Medium zu versorgen, um den Brennstoffzellen-Stack in zumindest zwei Leistungsbereichen zu betreiben.The first and at least the second part of the fuel cell stack are arranged to form exactly one stack. Furthermore, the fuel cell stack is set up to optionally supply the at least second part of the fuel cell stack with at least one medium necessary for operation in order to operate the fuel cell stack in at least two power ranges.

Dadurch, dass der Brennstoffzellen-Stack einen ersten und einen zweiten Teil aufweisl und der zweite Teil des Brennstoffzellen-Stacks optional mit dem für den Betrieb notwendigen Medium versorgt werden kann, ergibt sich der Vorteil dieses Brennstoffzellen-Stacks, dass er in zwei Leistungsbereichen betrieben werden kann, da die Leistung abhängig von der Anzahl der Brennstoffzellen ist, die gleichzeitig betrieben werden. Denn die schichtartig nebeneinander angeordneten Brennstoffzeller generieren im Betrieb, d. h. wenn Sie mit den notwendigen Medien versorgt werden, jeweils eine Spannung und können einen gewissen Strom generieren. Das Produkt aus einer solchen Spannung bei dem entsprechenden Strom gibt eine Leistung, die durch eine unterschiedliche Anzahl von schichtartig nebeneinander angeordneten Brennstoffzellen einem Bedarf von elektrischer Leistung angepasst werden kann.Because the fuel cell stack has a first and a second part and the second part of the fuel cell stack can optionally be supplied with the medium necessary for operation, this fuel cell stack has the advantage that it can be operated in two power ranges can, as the performance depends on the number of fuel cells that operated simultaneously. This is because the fuel cells arranged next to one another in layers generate a voltage during operation, ie when they are supplied with the necessary media, and can generate a certain amount of current. The product of such a voltage with the corresponding current gives a power which can be adapted to a demand for electrical power by a different number of fuel cells arranged next to one another in layers.

Ein weiterer Vorteil einen Brennstoffzellen-Stack mit zumindest zwei Leistungsbereichen vorzusehen ist, dass im Falle eines Gefrierstartes dann erst einmal nur ein beispielsweise erster, und somit kleinerer Teil des Brennstoffzellen-Stacks erwärmt werden muss.Another advantage of providing a fuel cell stack with at least two power ranges is that, in the event of a freeze start, only a first, for example, and thus a smaller part of the fuel cell stack then has to be heated.

Wenn der Gefrierstart im Wesentlichen durch das Einbringen von Wärme durch eine Stack-externe Wärmequelle (z.B. Start-Up-Heater (SUH)) durchgeführt wird, dann ist die Aufheizrate durch ein Leistungsvermögen der externen Wärmequelle und die somit verkleinerte thermische Masse des Stacks bestimmt. Besonders vorteilhaft ist ein solches Betreiben eines Teils des Brennstoffzellen-Stacks, wenn nach dem Gefrierstart nur relativ kleine Leistungen vom Brennstoffzellen-Stack über eine kurze Zeitdauer angefordert wird, da in einem solchen Fall mit dem Inbetriebsetzen nur eines Teils des Brennstoffzellen-Stacks ein Verhältnis von Energieaufwand für das Aufheizen zur genutzten Energie verbessert wird.If the freezing start is essentially carried out by introducing heat from a heat source external to the stack (e.g. start-up heater (SUH)), then the heating rate is determined by the performance of the external heat source and the resulting reduced thermal mass of the stack. Operating part of the fuel cell stack in this way is particularly advantageous if, after the freezing start, only relatively small powers are required from the fuel cell stack over a short period of time, since in such a case only a part of the fuel cell stack is started up with a ratio of Energy expenditure for heating the used energy is improved.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich für eine zweite Verwendung des Brennstoffzellen-Stack: in beispielsweise einer stationären Anwendung nach einer mobilen Anwendung, bei der beispielsweise bei der Energieversorgung von Einfamilienhäusern der stationäre Energieverbrauch eher gering ist, aber eine hohe Anzahl von Betriebsstunden benötigt werden. Mit dem hier vorgeschlagenen Brennstoffzellen-Stack kann die abgegebene Leistung eines solchen Brennstoffzellen-Stacks einem Bedarf angepasst werden und somit über eine sukzessive Nutzung von unterschiedlichen Teilen des Brennstoffzellen Stacks eine Gesamtbetriebsdauer des Brennstoffzellen-Stacks erweitert werden.A further advantage arises for a second use of the fuel cell stack: for example in a stationary application after a mobile application, in which, for example, when supplying energy to single-family houses, the stationary energy consumption is rather low, but a high number of operating hours are required. With the fuel cell stack proposed here, the output power of such a fuel cell stack can be adapted to a requirement and thus a total operating time of the fuel cell stack can be extended through successive use of different parts of the fuel cell stack.

Bei einem solchen Brennstoffzellen-Stack können die einzelnen Brennstoffzellen eine elektrochemische Zelle aufweisen und beispielsweise als PEM-Brennstoffzelle (engl.: Polymer Elektrolyt Membran Brennstoffzelle) ausgebildet sein. Die einzelnen schichtartig nebeneinander angeordneten Brennstoffzellen sind jeweils elektrisch kontaktiert und werden beispielsweise über zumindest eine gemeinsame Medien-Versorgung mit den Medien: Brennstoff; Oxidationsmittel und/oder Kühlmittel versorgt. Als typischer Brennstoff für eine PEM-Brennstoffzelle kann Wasserstoff verwendet werden und als Oxidationsmittel kann der Sauerstoff, der in zugeführter Luft enthalten ist, verwendet werden. Notwendig für den Betrieb eines solchen Brennstoffzellen-Stacks bzw. den einzelnen Brennstoffzellen ist die Zufuhr von zumindest zwei Medien, dem Brennstoff, wie beispielsweise Wasserstoff, und dem Oxidationsmittel, wie beispielsweise Sauerstoff. Dabei kann die Versorgung mit den Medien für die einzelnen Brennstoffzellen mittels eines jeweils für jedes Medium vorgesehenen und sich innerhalb und durch den gesamten Brennstoffzellen-Stack erstreckenden Hohlraums für die einzelnen Brennstoffzellen bereitgestellt werden.In such a fuel cell stack, the individual fuel cells can have an electrochemical cell and can be designed, for example, as a PEM fuel cell (polymer electrolyte membrane fuel cell). The individual fuel cells arranged next to one another in layers are each electrically contacted and are, for example, connected to the media via at least one common media supply: fuel; Oxidizing agent and / or coolant supplied. Hydrogen can be used as a typical fuel for a PEM fuel cell, and the oxygen contained in supplied air can be used as the oxidizing agent. It is necessary for the operation of such a fuel cell stack or the individual fuel cells to supply at least two media, the fuel, such as hydrogen, and the oxidizing agent, such as oxygen. The supply with the media for the individual fuel cells can be provided for the individual fuel cells by means of a cavity provided for each medium and extending within and through the entire fuel cell stack.

Ein Brennstoffzellen-Stack weist typischerweise einen Kühlkreislauf auf, um die Reaktionswärme bei der elektrokatalytischen Reaktion von Brennstoff und Oxidationsmittel abzuführen. Dazu können in dem Brennstoffzellen-Stack zwischen den jeweiligen Brennstoffzellen Hohlräume vorgesehen sein, durch die ein Kühlmittel strömen kann, um die Prozesswärme, d. h. die Reaktionswärme, aufzunehmen und an einer anderen Stelle, beispielsweise über einen Kühler, an eine Außenatmosphäre abzugeben. Aneinandergrenzende Kathoden-Elektroden und Anoden-Elektroden können als Bipolarplatten ausgeführt sein, die einen solchen Hohlraum für die Abführung von Wärme mittels eines Kühlmittels aufweisen.A fuel cell stack typically has a cooling circuit in order to dissipate the heat of reaction during the electrocatalytic reaction of fuel and oxidizing agent. For this purpose, cavities can be provided in the fuel cell stack between the respective fuel cells, through which a coolant can flow in order to dissipate the process heat, ie. H. take up the heat of reaction and release it to an outside atmosphere at another point, for example via a cooler. Adjacent cathode electrodes and anode electrodes can be designed as bipolar plates which have such a cavity for the dissipation of heat by means of a coolant.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Brennstoffzellen-Stack eingerichtet ist, in zumindest einem ersten Leistungsbereich betrieben zu werden, indem eine Versorgung des zumindest zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks mit zumindest einem für einen Betrieb des zumindest zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks notwendigen Medium unterbrochen wird.According to one aspect, it is proposed that the fuel cell stack is set up to be operated in at least one first power range by supplying the at least second part of the fuel cell stack with at least one medium necessary for operating the at least second part of the fuel cell stack is interrupted.

Dadurch wird erreicht, dass nur noch der erste Teil des Brennstoffzellen-Stacks betrieben werden kann und sich somit, wie oben erläutert, eine geringere resultierende Leistung des Brennstoffzellen-Stacks, durch die reduzierte Anzahl an Leistung produzierender Brennstoffzellen ergibt.It is thereby achieved that only the first part of the fuel cell stack can be operated and thus, as explained above, a lower resulting power of the fuel cell stack results from the reduced number of power-producing fuel cells.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Brennstoffzellen-Stack eingerichtet ist, in zumindest einem zweiten Leistungsbereich betrieben zu werden, indem jeweils dem ersten und dem zumindest zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks die für den Betrieb des ersten und des zumindest zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks notwendigen Medien bereitgestellt werden.According to one aspect, it is proposed that the fuel cell stack is set up to be operated in at least one second power range, in that the first and the at least second part of the fuel cell stack is provided with the information required for operating the first and the at least second part of the fuel cell stack. Stacks necessary media are provided.

Durch den Betrieb der beiden Teile des Brennstoffzellen-Stacks erhöht sich die Anzahl der betriebenen Brennstoffzellen und somit die von den Brennstoffzellen-Stack insgesamt bereitgestellte Leistung.As a result of the operation of the two parts of the fuel cell stack, the number of operated fuel cells and thus the total power provided by the fuel cell stack increases.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Brennstoffzellen-Stack ein Versorgungselement aufweist, das zumindest teilweise zwischen dem ersten und dem zumindest zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks angeordnet ist. Dabei ist das Versorgungselement eingerichtet, optional eine Versorgung des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks mit zumindest einem für den Betrieb des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks notwendigen Medium bereitzustellen.According to a further aspect, it is proposed that the fuel cell stack has a supply element which is at least partially arranged between the first and the at least second part of the fuel cell stack. In this case, the supply element is set up to optionally provide a supply of the second part of the fuel cell stack with at least one medium necessary for the operation of the second part of the fuel cell stack.

Der Vorteil eines solchen Versorgungselementes ist, dass der Brennstoffzellen-Stack mit dem Versorgungselement eingerichtet werden kann, optional ein für den Betrieb notwendiges Medium für den zumindest zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks bereitzustellen. Das bedeutet also, dass das Versorgungselement eingerichtet ist gesteuert zu werden, um zumindest ein notwendiges Medium, wie beispielsweise den in der Luft enthalten Sauerstoff, für den Betrieb des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks optional bereitzustellen. Beispielsweise kann das durch einen Mechanismus, der innerhalb des Brennstoffzellen-Stacks angeordnet ist, oder durch einen Mechanismus, der außerhalb des Brennstoffzellen-Stacks angeordnet ist, erfolgen. Das Versorgungselement kann aber auch so ausgebildet sein, dass eine Mehrzahl von Medien optional für den zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks bereitgestellt wird. Wenn der Brennstoffzellen-Stack beispielsweise eine intern angeordnete Medienversorgung aufweist, kann das Versorgungselement eine Vorrichtung vorsehen, die entweder eines der notwendigen Medien oder zwei der notwendigen Medien oder auch drei der notwendigen Medien zum Betrieb des zweiten Teils des Brennstoffzellen Stacks optional für den zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks bereitzustellen. Dabei kann auch eine Versorgung mit einem Kühlmittel notwendig für den Betrieb des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks angesehen werden, da die Wärme, die bei der elektrochemischen Reaktion anfällt, abgeführt werden muss, um einen Betrieb der Brennstoffzellen ohne Schädigung der Brennstoffzellen aufrechtzuerhalten.The advantage of such a supply element is that the fuel cell stack can be set up with the supply element to optionally provide a medium necessary for operation for the at least second part of the fuel cell stack. This means that the supply element is set up to be controlled in order to optionally provide at least one necessary medium, such as, for example, the oxygen contained in the air, for the operation of the second part of the fuel cell stack. For example, this can be done by a mechanism that is arranged inside the fuel cell stack or by a mechanism that is arranged outside of the fuel cell stack. The supply element can, however, also be designed in such a way that a plurality of media is optionally provided for the second part of the fuel cell stack. If the fuel cell stack has, for example, an internally arranged media supply, the supply element can provide a device that either one of the necessary media or two of the necessary media or three of the media necessary to operate the second part of the fuel cell stack optionally for the second part of the Provide fuel cell stacks. A supply of a coolant can also be seen as necessary for the operation of the second part of the fuel cell stack, since the heat generated during the electrochemical reaction has to be dissipated in order to maintain operation of the fuel cells without damaging the fuel cells.

Insbesondere kann das Versorgungselement eingerichtet sein, optional eine Versorgung des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks mit einem Oxidationsmittel für den Betrieb des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks bereitzustellen. Vorteilhafterweise wird insbesondere eine Versorgung des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks mit dem Oxidationsmittel, wie der in der Luft enthaltene Sauerstoff, mittels des Versorgungselementes für einen ausschließlichen Betrieb des ersten Teils des Brennstoffzellen-Stacks unterbrochen, um eine Alterung und/oder Schädigung des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks zu vermeiden.In particular, the supply element can be set up to optionally provide a supply of the second part of the fuel cell stack with an oxidizing agent for the operation of the second part of the fuel cell stack. In particular, a supply of the second part of the fuel cell stack with the oxidizing agent, such as the oxygen contained in the air, is advantageously interrupted by means of the supply element for exclusive operation of the first part of the fuel cell stack in order to prevent aging and / or damage to the second part of the fuel cell stack.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Versorgungselement eingerichtet ist, mittels einer, zwischen dem ersten Teil des Brennstoffzellen-Stacks und dem zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks angeordneten, Ausleitung von zumindest einem für den Betrieb der Brennstoffzellen des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks notwendigen Mediums, den zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks optional mit zumindest dem für den Betrieb des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks notwendigen Medium zu versorgen.According to one aspect, it is proposed that the supply element is set up by means of a discharge of at least one necessary for the operation of the fuel cells of the second part of the fuel cell stack, arranged between the first part of the fuel cell stack and the second part of the fuel cell stack Medium to supply the second part of the fuel cell stack optionally with at least the medium necessary for the operation of the second part of the fuel cell stack.

Wenn beispielsweise die Medienversorgung des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks durch eine Medienversorgung erfolgt, die eingerichtet ist zuerst den ersten Teil des Brennstoffzellen-Stacks mit den für den Betrieb notwendigen Medien zu versorgen, wird durch das Ausleiten von zumindest einem notwendigen Medium aus dem Brennstoffzellen-Stack eine Versorgung des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks mit dem für den Betrieb notwendigen Medien unterbrochen.If, for example, the media supply to the second part of the fuel cell stack is provided by a media supply that is set up to supply the first part of the fuel cell stack with the media necessary for operation, at least one necessary medium is discharged from the fuel cell stack. Stack interrupted a supply of the second part of the fuel cell stack with the media necessary for operation.

Für eine Versorgung des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks kann das Versorgungselement eingerichtet sein, zumindest ein für den Betrieb des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks, notwendiges Medium in den zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks einzuleiten. Mittels einer Ausleitung und einer Einleitung von zumindest einem für den Betrieb des zweiten Brennstoffzellen-Stacks notwendigen Mediums kann der zumindest zweite Teil des Brennstoffzellen-Stacks optional versorgt werden, indem eine optionale fluidmäßige Verbindung der Ausleitung und der Einleitung einem Versorgungselement vorgesehen wird.To supply the second part of the fuel cell stack, the supply element can be set up to introduce at least one medium, which is necessary for the operation of the second part of the fuel cell stack, into the second part of the fuel cell stack. The at least second part of the fuel cell stack can optionally be supplied by means of a discharge and an introduction of at least one medium necessary for the operation of the second fuel cell stack by providing an optional fluid connection between the discharge and the introduction of a supply element.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Versorgungselement eingerichtet ist, zumindest ein Medium einer ersten internen Medien-Versorgung des Brennstoffzellen-Stacks für einen Betrieb des ersten Teils des Brennstoffzellen-Stacks aus dem Brennstoffzellen-Stack herauszuleiten und optional in eine zumindest zweite interne Medien-Versorgung des zumindest zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks einzuleiten.According to one aspect, it is proposed that the supply element is set up to conduct at least one medium of a first internal media supply of the fuel cell stack for operating the first part of the fuel cell stack out of the fuel cell stack and optionally into an at least second internal media. Initiate supply of the at least second part of the fuel cell stack.

Vorteilhafterweise kann dadurch der zumindest zweite Teil des Brennstoffzellen-Stack: optional mit zumindest einem für einen Betrieb notwendigen Medium versorgt werden, ohne dass ein Teil des Versorgungselementes, das zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks angeordnet ist, eine Vorrichtung aufweisen muss, die eine solche alternative Unterbrechung der Versorgung des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks bereitstellen kann. Durch das Ausleiten und optionale Einleiten des zumindest einen für einen Betrieb notwendigen Mediums kann diese Vorrichtung für die Unterbrechung der Versorgung außerhalb des Brennstoffzellen-Stacks angeordnet werden.The at least second part of the fuel cell stack can thereby advantageously be supplied with at least one medium necessary for operation, without a part of the supply element that is arranged between the first and second part of the fuel cell stack having to have a device , which can provide such an alternative interruption in the supply of the second part of the fuel cell stack. By diverting and optionally introducing the at least one medium necessary for operation, this device can be used for the Interruption of the supply outside of the fuel cell stack can be arranged.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Versorgungselement eingerichtet ist, den ersten Teil und den zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks elektrisch zu verbinden.According to one aspect, it is proposed that the supply element is set up to electrically connect the first part and the second part of the fuel cell stack.

Dadurch kann beim Betrieb des ersten und des zumindest zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks der Brennstoffzellen-Stack entsprechend einem nicht unterteilten Brennstoffzellen-Stack betrieben werden, ohne einen äußeren elektrischen Kontakt vom ersten Teil zum zweiten Teil des Brennstoffzellen-Stacks vorsehen zu müssen. Beispielsweise kann die elektrische Verbindung durch ein leitfähiges Gehäuse des Versorgungselementes erreicht werden.As a result, when the first and at least second parts of the fuel cell stack are in operation, the fuel cell stack can be operated in accordance with an undivided fuel cell stack without having to provide an external electrical contact from the first part to the second part of the fuel cell stack. For example, the electrical connection can be achieved through a conductive housing of the supply element.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Versorgungselement eingerichtet ist einen elektrischen Strom des ersten und/oder des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks aus dem Brennstoffzellen-Stack zu leiten.According to one aspect, it is proposed that the supply element is set up to conduct an electrical current of the first and / or the second part of the fuel cell stack out of the fuel cell stack.

Vorteilhafterweise wird dadurch ermöglicht, dass beim ausschließlichen Betrieb des ersten Teils oder des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks der Strom nicht durch den jeweils anderen Teil des Brennstoffzellen-Stacks geleitet werden muss, da ein solcher Strom den jeweils inaktiven Teil des Brennstoffzellen-Stacks schädigen könnte.This advantageously enables the current not to be passed through the other part of the fuel cell stack when the first part or the second part of the fuel cell stack is operated exclusively, since such a current could damage the respectively inactive part of the fuel cell stack .

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der erste und/oder mindestens zweite Teil des Brennstoffzellen-Stacks eine solche Anzahl von Brennstoffzellen aufweist, dass die Summenspannung über diese Anzahl von Brennstoffzellen direkt für eine Stromversorgung eines technischen 48 V-Bordnetz geeignet ist.According to one aspect, it is proposed that the first and / or at least second part of the fuel cell stack has such a number of fuel cells that the total voltage over this number of fuel cells is directly suitable for a power supply of a technical 48 V on-board network.

Eine solche Aufteilung des Brennstoffzellen-Stacks in einen ersten und zumindest einen zweiten Teil ergibt den Vorteil, dass mit diesem separaten Teil ohne weitere Wandlung der Spannung des entsprechenden Teils des Brennstoffzellen-Stacks geeignet ist, ein 48 V-Bordnetz, entsprechend einem Spannungsbereich der Richtlinie VDA320, bereitzustellen. D. h. mit anderen Worten, dass in diesem Zusammenhang das direkte Bereitstellen bedeutet, dass keine Wandlung der Spannung notwendig ist.Such a division of the fuel cell stack into a first and at least a second part results in the advantage that with this separate part, without further conversion of the voltage of the corresponding part of the fuel cell stack, a 48 V electrical system is suitable, corresponding to a voltage range of the guideline VDA320. I. E. in other words, that in this context the direct provision means that no conversion of the voltage is necessary.

Gemäß einem Aspekt wird ein Brennstoffzellen-Stack-System mit einem Brennstoffzellen-Stack gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer ersten und zumindest einer zweiten Mehrzahl von Brennstoffzellen vorgeschlagen, die jeweils eine Anoden-Elektrode und eine Kathoden-Elektrode aufweisen. Das Brennstoffzellen-Stack-System weist außerdem einen Vielfachschalter auf, der eingerichtet ist, zumindest einen Teil der jeweiligen Anoden-Elektroden und Kathoden-Elektroden der ersten und/oder der zweiten Mehrzahl der Brennstoffzellen des Brennstoffzellen-Stack: elektrisch zu verbinden.According to one aspect, a fuel cell stack system is proposed with a fuel cell stack according to one of the preceding claims, with a first and at least a second plurality of fuel cells, each of which has an anode electrode and a cathode electrode. The fuel cell stack system also has a multiple switch which is set up to electrically connect at least some of the respective anode electrodes and cathode electrodes of the first and / or the second plurality of fuel cells of the fuel cell stack.

Der schon weiter oben beschriebene Alterungs- bzw. Schädigungseinfluss tritt dann auf, wenn eine Katode mit Luft bzw. Sauerstoff gefüllt ist, während eine Anode derselben Brennstoffzelle sowohl mit Wasserstoff als auch zumindest zum Teil mit Luft bzw. Sauerstoff gefüllt ist (RCD-Mechanismus). Beispielsweise tritt dies bei einem Start- bzw. Shut-down-Vorgang des Brennstoffzellen-Stacks auf. Entsprechend gilt dies bei einem Abschalten der Wasserstoffversorgung der Brennstoffzelle, wobei der restliche Wasserstoff bei Kontakt mit Sauerstoff reagiert und weiterer Sauerstoff aus der Umgebungsluft in die Anode eindringen kann. Dies kann in den Elektrodenräumen ungleichmäßig erfolgen, sodass beispielsweise Bereiche nahe dem Ein- bzw. Ausgang eines Anodenraumes zuerst an Wasserstoff verarmen während mittlere Bereiche des Anodenraumes noch mit Wasserstoff gefüllt sind und zu Potentialüberhöhungen führt.The aging or damage effect already described above occurs when a cathode is filled with air or oxygen, while an anode of the same fuel cell is filled both with hydrogen and at least partially with air or oxygen (RCD mechanism) . For example, this occurs during a start or shutdown process of the fuel cell stack. This applies accordingly when the hydrogen supply to the fuel cell is switched off, the remaining hydrogen reacting on contact with oxygen and further oxygen from the ambient air being able to penetrate into the anode. This can take place unevenly in the electrode spaces, so that, for example, areas near the entrance or exit of an anode space initially become depleted of hydrogen while central areas of the anode space are still filled with hydrogen and lead to excessive potentials.

Ein weiterer Degradationsmechanismus, das sogenannte „cell reversal“, tritt auf, wenn eine Zelle nicht ausreichend mit Wasserstoff versorgt wird, um den Strombedarf zu decken. Wird ein Strom, z.B. durch andere Brennstoffzellen im Brennstoffzellen-Stack oder durch eine externe Spannungsquelle, durch die an Wasserstoff verarmte Zelle getrieben, treten unerwünschte Nebenreaktionen (Kohlenstoffkorrosion oder Wasserelektrolyte) in der Anodenkatalysatorschicht auf, um die geforderten Elektronen bereit zu stellen. Diese Nebenreaktionen führen zu irreversibler Schädigung der Zelle.Another degradation mechanism, the so-called "cell reversal", occurs when a cell is not supplied with sufficient hydrogen to cover the electricity demand. If a current is driven through the hydrogen-depleted cell, e.g. through other fuel cells in the fuel cell stack or through an external voltage source, undesired side reactions (carbon corrosion or water electrolytes) occur in the anode catalyst layer in order to provide the required electrons. These side reactions lead to irreversible damage to the cell.

Daher ist ein individueller Zellenkurzschluss, wie er durch den Vielfachschalter erreicht werden kann, eine effiziente Methode, um die Degradation während des Start- und Shutdown- Vorganges zu vermeiden. Eine solche Verbindung von der jeweiligen Anoden-Elektrode und Kathoden-Elektrode, die beispielsweise als Kurzschluss ausgeführt werden kann, bewirkt, dass das jeweilige Kathoden- und Anodenpotential aufeinander fallen. Dadurch wird die schädliche Potentialüberhöhung reduziert.Therefore, an individual cell short circuit, as can be achieved with the multiple switch, is an efficient method to avoid degradation during the start and shutdown process. Such a connection between the respective anode electrode and cathode electrode, which can be implemented as a short circuit, for example, has the effect that the respective cathode and anode potentials fall on one another. This reduces the harmful potential excess.

Diese vorteilhafte Wirkung wird aber nur erreicht, wenn die Elektroden der betroffenen Brennstoffzellen individuell elektrisch miteinander verbunden werden. Falls eine solche Verbindung über mehrere Brennstoffzellen hinweg geschaltet wird, kann die Einzel-Zellenspannung ungleich Null sein. Die dadurch resultierenden Spannungen zwischen den Elektroden der Brennstoffzellen, die sich zwar in der Summe zu Null summieren, können an den einzelnen Brennstoffzellen zur Schädigung führen, da aufgrund des Kurzschlusses über mehrere Zellen ein Strom durch die entsprechenden Brennstoffzellen fließt. Sind dabei einige Zellen unzureichend mit H2 versorgt kommt es zum „cell reversal”. Somit verhindert ein nicht zellindividueller Kurzschluss den reverse-current-decay-Mechanismus, allerdings kann das ebenfalls schädliche cell reversal auftreten. Die hier vorgeschlagene Lösung mit dem Vielfachschalter verhindert diese schädlichen Effekte.This advantageous effect is only achieved if the electrodes of the fuel cells concerned are individually electrically connected to one another. If such a connection is made across several fuel cells, the individual cell voltage can be unequal to zero. The resulting voltages between the electrodes of the fuel cells, which add up to zero in total, can lead to damage to the individual fuel cells because the short circuit across several cells causes damage Current flows through the corresponding fuel cells. If some cells are insufficiently supplied with H2, a “cell reversal” occurs. Thus, a non-cell-specific short circuit prevents the reverse current decay mechanism, but the cell, which is also harmful, can occur reversally. The solution proposed here with the multiple switch prevents these harmful effects.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Vielfachschalter eingerichtet ist, zum Betreiben des Brennstoffzellen-Stacks in zumindest zwei Leistungsbereichen, die jeweiligen Anoden-Elektroden und Kathoden-Elektroden der elektrochemischen Zellen eines nicht betriebenen Teils des Brennstoffzellen-Stacks elektrisch zu verbinden. Dadurch können die oben beschriebenen schädigenden Einflüsse in dem nicht betriebenen Teil des Brennstoffzellen-Stacks vermieden werden.According to one aspect, it is proposed that the multiple switch is set up to electrically connect the respective anode electrodes and cathode electrodes of the electrochemical cells of a non-operated part of the fuel cell stack in order to operate the fuel cell stack in at least two power ranges. As a result, the damaging influences described above in the non-operated part of the fuel cell stack can be avoided.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Teil der Anoden-Elektroden und zumindest ein Teil der Kathoden-Elektroden der ersten und der zumindest zweiten Mehrzahl der Brennstoffzellen eine elektrisch leitfähige Kontaktfläche aufweisen und der Vielfachschalter eingerichtet ist, mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Verbindungselementen mechanisch in die jeweiligen elektrisch leitfähigen Kontaktflächen einzugreifen, um die Anoden-Elektroden mit den entsprechenden Kathoden-Elektroden von zumindest einem Teil der Brennstoffzellen des Brennstoffzellen-Stacks elektrisch zu verbinden.According to one aspect, it is proposed that at least some of the anode electrodes and at least some of the cathode electrodes of the first and the at least second plurality of fuel cells have an electrically conductive contact surface and the multiple switch is set up mechanically with a plurality of electrically conductive connecting elements to intervene in the respective electrically conductive contact surfaces in order to electrically connect the anode electrodes to the corresponding cathode electrodes of at least some of the fuel cells of the fuel cell stack.

Durch eine solche Anordnung des Vielfachschalters in Bezug auf die Elektroden der Brennstoffzellen kann eine kompakte Bauweise des Brennstoffzellen-Stack-Systems erreicht werden und eine aufwändige Verkabelung in Bezug auf einen externen Schalter wird obsolet.Such an arrangement of the multiple switch in relation to the electrodes of the fuel cells allows a compact design of the fuel cell stack system to be achieved and complex cabling in relation to an external switch becomes obsolete.

Es wird ein Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellen-Stack-Systems, wie es oben beschrieben wurde, vorgeschlagen. In einem Schritt des Verfahrens wird ein erster Teil eines Brennstoffzellen-Stacks des Brennstoffzellen-Stack-Systems mit den für den Betrieb des ersten Brennstoffzellen-Stacks notwendigen Medien versorgt. In einem weiteren Schritt wird eine Versorgung mit zumindest einem für den Betrieb des zumindest zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks des Brennstoffzellen-Stack-Systems notwendigen Mediums unterbrochen. In einem weiteren Schritt werden eine jeweilige Anoden-Elektrode und eine Kathoden-Elektrode zumindest einer Vielzahl der Brennstoffzellen des ersten Teils des Brennstoffzellen-Stacks zur Erwärmung des ersten Teils des Brennstoffzellen-Stacks, mittels eines Vielfachschalters des Brennstoffzellen-Stack-Systems elektrisch verbunden. In einem weiteren Schritt wird eine Temperatur des ersten Teils des Brennstoffzellen-Stacks bestimmt. In einem weiteren Schritt wird die elektrische Verbindung der jeweiligen Anoden-Elektrode und eine Kathoden-Elektrode der Brennstoffzellen des ersten Teils des Brennstoffzellen-Stacks mittels des Vielfachschalters geöffnet, wenn die bestimmte Temperatur einen gewissen Wert überschritten hat.A method for starting a fuel cell stack system as described above is proposed. In one step of the method, a first part of a fuel cell stack of the fuel cell stack system is supplied with the media necessary for operating the first fuel cell stack. In a further step, a supply of at least one medium necessary for the operation of the at least second part of the fuel cell stack of the fuel cell stack system is interrupted. In a further step, a respective anode electrode and a cathode electrode of at least a plurality of the fuel cells of the first part of the fuel cell stack for heating the first part of the fuel cell stack are electrically connected by means of a multiple switch of the fuel cell stack system. In a further step, a temperature of the first part of the fuel cell stack is determined. In a further step, the electrical connection of the respective anode electrode and a cathode electrode of the fuel cells of the first part of the fuel cell stack is opened by means of the multiple switch when the specific temperature has exceeded a certain value.

D. h. mit anderen Worten, dass durch die Versorgung des ersten Teils des Brennstoffzellen-Stacks mit den für den Betrieb des Brennstoffzellen-Stacks notwendigen Medien so lange Wärme durch den Betrieb des ersten Teils des Brennstoffzellen-Stacks produziert wird, bis die Stacktemperatur sicher über einem vordefinierten Wert von beispielsweise 0°C liegt.I. E. In other words, by supplying the first part of the fuel cell stack with the media necessary for operating the fuel cell stack, heat is produced by operating the first part of the fuel cell stack until the stack temperature is safely above a predefined value of, for example, 0 ° C.

Die Höhe des Stroms kann dabei durch ein durch die Kathode fließendes Oxidationsmittel, wie beispielsweise der Sauerstoff in der Luft, eingestellt werden. Dieser Fluss des Oxidationsmittels kann durch einen Kathodenbypass und eine Steuerung einer Drehzahl eines Verdichters eingestellt werden. Eine typische Betriebstemperatur eines PEM-Brennstoffzellen-Stacks liegt dabei zwischen 60 und 90 Grad Celsius.The level of the current can be adjusted by an oxidizing agent flowing through the cathode, such as, for example, the oxygen in the air. This flow of the oxidizing agent can be adjusted by a cathode bypass and a control of a speed of a compressor. A typical operating temperature of a PEM fuel cell stack is between 60 and 90 degrees Celsius.

Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zum Umschalten eines Brennstoffzellen-Stack-Systems, wie es oben beschrieben wurde, von einem ersten Leistungsbereich in einen zweiten Leistungsbereich vorgeschlagen. Dabei ist im ersten Leistungsbereich eine Versorgung eines zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks des Brennstoffzellen-Stacks-Systems mit zumindest einem notwendigen Medium unterbrochen und ein Vielfachschalter verbindet elektrisch eine jeweilige Anoden-Elektrode und Kathoden-Elektrode einer zweiten Mehrzahl von Brennstoffzellen des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks. In einem Schritt des Verfahrens wird der Vielfachschalter betätigt, um die jeweilige elektrisch verbundene Anoden-Elektrode und Kathoden-Elektrode der Brennstoffzellen des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks zu öffnen. In einem weiteren Schritt wird der zumindest zweite Teil des Brennstoffzellen-Stacks mit den notwendigen Medien zum Betrieb des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks versorgt, um den zweiten Leistungsbereich bereitzustellen.According to one aspect, a method for switching a fuel cell stack system, as described above, from a first power range to a second power range is proposed. In the first power range, the supply of a second part of the fuel cell stack of the fuel cell stack system with at least one necessary medium is interrupted and a multiple switch electrically connects a respective anode electrode and cathode electrode of a second plurality of fuel cells of the second part of the fuel cell Stacks. In one step of the method, the multiple switch is actuated in order to open the respective electrically connected anode electrode and cathode electrode of the fuel cells of the second part of the fuel cell stack. In a further step, the at least second part of the fuel cell stack is supplied with the necessary media for operating the second part of the fuel cell stack in order to provide the second power range.

Gemäß einem Aspekt wird eine Verwendung des oben beschriebenen Brennstoffzellen-Stack-Systems zur elektrischen Energieversorgung einer zumindest teilautomatisierten mobilen Plattform vorgeschlagen.According to one aspect, a use of the fuel cell stack system described above for supplying electrical energy to an at least partially automated mobile platform is proposed.

Da eine zumindest teilautomatisierte mobile Plattform unterschiedlichen Leistungsbedarf für einen Betrieb der mobilen Plattform hat, kann durch die Möglichkeit des Umschaltens des Brennstoffzellen-Stack-Systems in unterschiedliche Leistungsbereiche die Lebensdauer dieses Stoffzellen-Stack-Systems verbessert werden, wie es schon oben ausgeführt wurde.Since an at least partially automated mobile platform has different power requirements for operating the mobile platform, the possibility of switching the fuel cell stack system into different Performance areas, the service life of this material cell stack system can be improved, as has already been explained above.

Eine mobile Plattform kann ein zumindest teilweise automatisiertes System sein, das mobil ist, und/oder ein Fahrerassistenzsystem. Ein Beispiel kann ein zumindest teilweise automatisiertes Fahrzeug bzw. ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem sein. Das heißt, in diesem Zusammenhang beinhaltet ein zumindest teilweise automatisiertes System eine mobile Plattform in Bezug auf eine zumindest teilweise automatisierte Funktionalität, aber eine mobile Plattform beinhaltet auch Fahrzeuge und andere mobile Maschinen einschließlich Fahrerassistenzsysteme Weitere Beispiele für mobile Plattformen können Fahrerassistenzsysteme mit mehreren Sensoren, mobile Multisensor-Roboter wie z.B. Roboterstaubsauger oder Rasenmäher, ein Multisensor-Überwachungssystem, eine Fertigungsmaschine, ein Flugzeug, ein Schiff, eine Drohne, ein persönlicher Assistent oder ein Zugangskontrollsystem sein. Jedes dieser Systeme kann ein vollständig oder teilweise autonomes System sein.A mobile platform can be an at least partially automated system that is mobile and / or a driver assistance system. An example can be an at least partially automated vehicle or a vehicle with a driver assistance system. That is, in this context an at least partially automated system includes a mobile platform with regard to an at least partially automated functionality, but a mobile platform also includes vehicles and other mobile machines including driver assistance systems.Further examples of mobile platforms can be driver assistance systems with multiple sensors, mobile multisensor -Robots such as robotic vacuum cleaners or lawn mowers, a multi-sensor monitoring system, a production machine, an airplane, a ship, a drone, a personal assistant or an access control system. Each of these systems can be a fully or partially autonomous system.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der 1 bis 6 näher erläutert. Hierbei zeigt die:

  • 1a eine Skizze eines Brennstoffzellen-Stacks für einen Betrieb in zwei Leistungsbereichen;
  • 1b eine Skizze eines Brennstoffzellen-Stacks für einen Betrieb in zwei Leistungsbereichen;
  • 2a eine Skizze eines Brennstoffzellen-Stacks für einen Betrieb in drei Leistungsbereichen;
  • 2b eine Skizze eines Brennstoffzellen-Stacks für einen Betrieb in drei Leistungsbereichen;
  • 2c eine Skizze eines Brennstoffzellen-Stacks für einen Betrieb in drei Leistungsbereichen;
  • 3 eine Skizze eines beispielhaften Verbindungselementes eines Vielfachschalters;
  • 4a eine Skizze eines beispielhaften Vielfachschalters in einer ersten Stellung; und
  • 4b eine Skizze eines beispielhaften Vielfachschalters in einer ersten Stellung.
In the following, embodiments of the invention are based on the 1 to 6th explained in more detail. Here the shows:
  • 1a a sketch of a fuel cell stack for operation in two power ranges;
  • 1b a sketch of a fuel cell stack for operation in two power ranges;
  • 2a a sketch of a fuel cell stack for operation in three power ranges;
  • 2 B a sketch of a fuel cell stack for operation in three power ranges;
  • 2c a sketch of a fuel cell stack for operation in three power ranges;
  • 3 a sketch of an exemplary connecting element of a multiple switch;
  • 4a a sketch of an exemplary multiple switch in a first position; and
  • 4b a sketch of an exemplary multiple switch in a first position.

Die 1a skizziert einen Brennstoffzellen-Stack 100 für einen Betrieb in zumindest zwei Leistungsbereichen, mit einem ersten Teil 120 des Brennstoffzellen-Stacks 100, der eine erste Mehrzahl von schichtartig nebeneinander angeordneten Brennstoffzellen aufweist, die hier durch die periodische Struktur angedeutet sind.The 1a outlines a fuel cell stack 100 for operation in at least two performance areas, with a first part 120 of the fuel cell stack 100 , which has a first plurality of fuel cells arranged in layers next to one another, which are indicated here by the periodic structure.

Der Brennstoffzellen-Stack 100 weist außerdem einen zweiten Teil 130 auf, der eine zweite Mehrzahl von schichtartig nebeneinander angeordneten Brennstoffzellen aufweist. Dabei sind der erste Teil 120 und der zweite Teil 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100 angeordnet, genau einen Brennstoffzellen-Stack 100 zu bilden. Außerdem ist der Brennstoffzellen-Stack 100 eingerichtet, den zumindest zweiten Teil 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100 optional mit zumindest einem für den Betrieb des zweiten Teils 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100 notwendigen Mediums zu versorgen, um den Brennstoffzellen-Stack 100 in zumindest zwei Leistungsbereichen zu betreiben.The fuel cell stack 100 also has a second part 130 which has a second plurality of fuel cells arranged in layers next to one another. Here are the first part 120 and the second part 130 of the fuel cell stack 100 arranged, exactly one fuel cell stack 100 to build. Also is the fuel cell stack 100 set up at least the second part 130 of the fuel cell stack 100 optionally with at least one for the operation of the second part 130 of the fuel cell stack 100 necessary medium to supply the fuel cell stack 100 operate in at least two performance areas.

Diese optionale Versorgung des zweiten Teils 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100 ist in der 1a durch das Ventil 131 in der Versorgungsleitung 132 für den zweiten Teil 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100 skizziert. Die 1a skizziert dabei den Betrieb von allen Brennstoffzellen, d. h. von dem Betrieb des ersten Teils 120 und des zweiten Teils 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100 gleichzeitig. Dabei teilt sich die Versorgung mit den Medien, die über die Versorgungsleitung 110 bereitgestellt wird, in einen ersten Zweig 122 zur Versorgung des ersten Teils 120 des Brennstoffzellen-Stacks 100, und einen zweiten Zweig 132 zur Versorgung des zweiten Teils 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100, auf. Da beide Teile des Brennstoffzellen-Stacks 100 versorgt werden, bedeutet das, dass das Ventil 131 im zweiten Zweig 132 der Medien-Versorgung geöffnet ist.This optional supply of the second part 130 of the fuel cell stack 100 is in the 1a through the valve 131 in the supply line 132 for the second part 130 of the fuel cell stack 100 outlined. The 1a outlines the operation of all fuel cells, ie of the operation of the first part 120 and the second part 130 of the fuel cell stack 100 at the same time. The supply is shared with the media coming via the supply line 110 is provided in a first branch 122 to supply the first part 120 of the fuel cell stack 100 , and a second branch 132 to supply the second part 130 of the fuel cell stack 100 , on. As both parts of the fuel cell stack 100 be supplied, it means that the valve 131 in the second branch 132 the media supply is open.

In dieser skizzenhaften Darstellung bedeutet die Medien-Versorgung 110, dass durch diese Versorgung 110 sowohl ein Brennstoff, als auch ein Oxidationsmittel, als auch ein Kühlkreislauf für den Betrieb des Brennstoffzellen-Stacks 100 dem Brennstoffzellen-Stack 100 jeweils separat bereitgestellt wird. Dabei kann sich die Funktion des skizzierten Ventils 131 sowohl auf jedes für den Betrieb des Stoffzellen-Stacks 100 notwendigen Mediums beziehen, als auch auf alle dem Brennstoffzellen-Stack 100 bereitgestellten Medien beziehen. Wie schon oben dargestellt wurde, ist insbesondere eine Unterbrechung der Versorgung eines Teils des Stoffzellen-Stacks 100 mit dem Oxidationsmittel vorteilhaft, um den Brennstoffzellen-Stack 100 nur zum Teil zu betreiben, bzw. um eine von zwei Leistungsbereichen des Brennstoffzellen-Stacks 100 abzurufen. Durch die Unterbrechung der Versorgung des Brennstoffzellen-Stacks 100 mit dem Oxidationsmittel kann der zweite Teil 130, so wie in der 1b dargestellt ist, keine Leistung mehr zur Verfügung stellen. Dadurch, dass der zweite Teil 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100 keine Leistung mehr zur Verfügung stellt, ergibt sich im Vergleich zu der Versorgung des ersten Teils 120 und des zweiten Teils 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100 eine geringere Leistung, die der Brennstoffzellen-Stack 100 bereitstellen kann.In this sketchy representation, the media means supply 110 that through this supply 110 both a fuel and an oxidizing agent, as well as a cooling circuit for operating the fuel cell stack 100 the fuel cell stack 100 is provided separately. The function of the outlined valve can thereby 131 both on each for the operation of the fabric cell stack 100 necessary medium, as well as all of the fuel cell stack 100 refer to provided media. As has already been shown above, there is in particular an interruption in the supply of part of the fabric cell stack 100 with the oxidizer beneficial to the fuel cell stack 100 to operate only partially, or to one of two performance ranges of the fuel cell stack 100 retrieve. By interrupting the supply to the fuel cell stack 100 with the oxidizing agent can the second part 130 , like in the 1b is shown, no longer provide any power. By doing that the second part 130 of the fuel cell stack 100 no longer provides any service, results compared to the supply of the first part 120 and the second part 130 of the fuel cell stack 100 a lower output that the fuel cell stack 100 can provide.

Zusätzlich ist in den 1a und 1b dargestellt, dass auch eine Ausleitung der durch die Brennstoffzellen geleiteten Medien in einen ersten Ausleitungsteil 124 und einen zweiten Ausleitungsteil 134 unterteilt werden kann.In addition, the 1a and 1b shown that there is also a discharge of the media conducted through the fuel cells into a first discharge part 124 and a second bypass part 134 can be divided.

In Bezug auf das Medium eines Kühlkreislaufes des Brennstoffzellen-Stacks 100 kann für einen Betrieb in zwei Leistungsstufen die Unterbrechung von entweder der Zuführung 132 oder der Ausleitung 134 des zweiten Teils 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100 ausreichend sein. Auch in Bezug auf das Medium Brennstoff, wie beispielsweise Wasserstoff, kann für einen Betrieb in zwei Leistungsstufen eine Unterbrechung der Zuleitung 132, beispielsweise durch das Ventil 131, ausreichen.With regard to the medium of a cooling circuit of the fuel cell stack 100 can interrupt either the feed for operation in two power levels 132 or the diversion 134 of the second part 130 of the fuel cell stack 100 be enough. With regard to the medium fuel, such as hydrogen, an interruption in the supply line can also be used for operation in two power levels 132 , for example through the valve 131 , sufficient.

In Bezug auf das Medium Oxidationsmittel ist es vorteilhaft, sowohl eine Zuleitung 132 des Oxidationsmittels für den Betrieb in zwei Leistungsstufen, als auch eine Ausleitung 134 des durch die Brennstoffzellen geführten Oxidationsmittels, beispielsweise mit dem Ventil 135, zu unterbrechen. Denn dadurch kann gewährleistet werden, dass nach einer gewissen Zeit, in der Reste des Oxidationsmittels verbraucht werden, kein Oxidationsmittel mehr im zweiten Teil 130 des Stoffzellen-Stacks 100 vorhanden ist, da das Oxidationsmittel, wie oben erläutert wurde, eine schädigende Wirkung auf die einzelnen Brennstoffzellen haben kann, wenn die entsprechenden Brennstoffzellen des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks 100 nicht betrieben werden.With regard to the medium oxidizing agent, it is advantageous to have both a supply line 132 of the oxidizing agent for operation in two power levels, as well as a discharge 134 of the oxidizing agent passed through the fuel cells, for example with the valve 135 , to interrupt. This is because it can be ensured that after a certain time in which the residues of the oxidizing agent are consumed, no oxidizing agent is left in the second part 130 of the fabric cell stack 100 is present, since the oxidizing agent, as explained above, can have a damaging effect on the individual fuel cells if the corresponding fuel cells of the second part of the fuel cell stack 100 not operated.

In den 2a bis 2c ist insbesondere durch die Schraffuren der entsprechenden Teile 210, 220, 230 des Brennstoffzellen-Stacks 200 skizziert, wie ein Brennstoffzellen-Stack 200, der drei Teile aufweist, entsprechend den Erläuterungen zu den 1a und 1b, in drei unterschiedlichen Leistungsstufen betrieben werden kann. Dabei werden die jeweils schraffierten Teile des Brennstoffzellen-Stacks 200 nicht mit allen für den Betrieb notwendigen Medien versorgt.In the 2a to 2c is in particular through the hatching of the corresponding parts 210 , 220 , 230 of the fuel cell stack 200 outlines how a fuel cell stack 200 , which has three parts, according to the explanations for 1a and 1b , can be operated in three different power levels. The hatched parts of the fuel cell stack 200 not supplied with all media necessary for operation.

Die Zuführung 212 der Medien für den Betrieb des dreiteiligen Stoffzellen-Stacks 200 kann in diesem Fall in drei Zweige aufgeteilt werden und jeweils für jedes Medium individuell mittels eines skizzierten Ventils unterbrochen werden.The feed 212 the media for the operation of the three-part fabric cell stack 200 can in this case be divided into three branches and interrupted individually for each medium by means of a sketched valve.

Das gleiche gilt für die Ausleitung der drei Medien aus den drei Teilen 210, 220, 230 des Brennstoffzellen-Stacks 200. Auch die Ausleitung der drei Medien kann individuell für jedes Medium aus jedem der Teile unterbrochen werden, um den Brennstoffzellen-Stack 200 in drei unterschiedlichen Leistungsbereichen zu betreiben. In der 2a sind alle Ventile für die Versorgung mit den Medien in der Zuführung und in der Ausleitung geöffnet, so dass alle drei Teile des Brennstoffzellen-Stacks 200 betrieben werden können. In der 2b wird nur der erste Teil des Brennstoffzellen-Stacks 200 betrieben, da in Medien-Zuführungen zu den anderen beiden Teilen des Brennstoffzellen-Stacks 200 die Ventile geschlossen sind und auch die Ventile in der Ausleitung der Medien von dem zweiten Teil und dem dritten Teil des Brennstoffzellen-Stacks 200 können, wie oben diskutiert, die Ventile geschlossen sein. In der 2c sind entsprechend den vorherigen Erläuterungen die Ventile so geschlossen, dass nur der zweite Teil des Brennstoffzellen-Stacks 200 betrieben wird.The same applies to the diversion of the three media from the three parts 210 , 220 , 230 of the fuel cell stack 200 . The discharge of the three media can also be interrupted individually for each medium from each of the parts to the fuel cell stack 200 to operate in three different performance areas. In the 2a all valves for the supply of the media in the inlet and outlet are open, so that all three parts of the fuel cell stack 200 can be operated. In the 2 B becomes only the first part of the fuel cell stack 200 operated because in media feeds to the other two parts of the fuel cell stack 200 the valves are closed and also the valves in the discharge of the media from the second part and the third part of the fuel cell stack 200 As discussed above, the valves can be closed. In the 2c the valves are closed in accordance with the previous explanations so that only the second part of the fuel cell stack 200 is operated.

Die 3 skizziert, wie ein Vielfachschalter mittels eines segmentierten Verbindungselementes 300 eingerichtet ist, eine Kontaktfläche 310 einer Anoden-Elektrode und eine Kontaktfläche 310 einer Kathoden-Elektrode einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellen-Stacks elektrisch zu verbinden.The 3 outlines how a multiple switch by means of a segmented connecting element 300 is set up, a contact surface 310 an anode electrode and a contact surface 310 to electrically connect a cathode electrode of a fuel cell of the fuel cell stack.

Dazu weist die zu verbindende Anoden-Elektrode und die zu verbindende Kathoden-Elektrode jeweils eine elektrisch leitfähige Kontaktfläche 310 auf, die beispielsweise aus dem Brennstoffzellen-Stack 100, 200 herausragt, bzw. die Außenfläche des Brennstoffzellen-Stacks 100, 200 elektrisch leitfähige Kontaktflächen 310 aufweist.For this purpose, the anode electrode to be connected and the cathode electrode to be connected each have an electrically conductive contact surface 310 on, for example from the fuel cell stack 100 , 200 protrudes, or the outer surface of the fuel cell stack 100 , 200 electrically conductive contact surfaces 310 having.

In der 3 ist in der Draufsicht nur eine der beiden Kontaktflächen 310 skizziert, da die entsprechenden Kontaktflächen in dieser Draufsicht übereinanderliegen. Der Vielfachschalter kann eingerichtet sein, mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Verbindungselementen, wie segmentierten Verbindungselementen 300, mechanisch in die jeweiligen elektrisch leitfähigen Kontaktflächen einzugreifen, um die Anoden- Elektroden mit den entsprechenden Kathoden-Elektroden von einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellen-Stacks 100, 200 elektrisch zu verbinden.In the 3 is only one of the two contact surfaces in the plan view 310 sketched, since the corresponding contact surfaces are superimposed in this plan view. The multiple switch can be set up with a multiplicity of electrically conductive connecting elements, such as segmented connecting elements 300 to mechanically intervene in the respective electrically conductive contact surfaces in order to connect the anode electrodes with the corresponding cathode electrodes of a fuel cell of the fuel cell stack 100 , 200 to connect electrically.

Das jeweilige Verbindungselement 300 des Vielfachschalters ist dazu eingerichtet in die entsprechenden Zwischenräume zwischen den Kontaktflächen 310 einer Anoden-Elektrode und einer Kontaktfläche 310 einer Kathoden-Elektrode einzugreifen, so dass zumindest ein Segment 320, 321, 322, 323, 324, 325 des Verbindungselementes 300 mit beiden Kontaktflächen 310 in mechanischen Kontakt kommen kann. Sofern eines der Segmente 320, 321, 322, 323, 324, 325 in mechanischem Kontakt mit den beiden Kontaktflächen 310 ist, entsteht ein elektrischer Kontakt abhängig von der Leitfähigkeit des in mechanischem Kontakt mit den beiden Kontaktflächen 310 stehenden Segmentes 320, 321, 322, 323, 324, 325.The respective connecting element 300 the multiple switch is set up in the corresponding spaces between the contact surfaces 310 an anode electrode and a contact surface 310 a cathode electrode to intervene so that at least one segment 320 , 321 , 322 , 323 , 324 , 325 of the connecting element 300 with both contact surfaces 310 come into mechanical contact. If one of the segments 320 , 321 , 322 , 323 , 324 , 325 in mechanical contact with the two contact surfaces 310 is, an electrical contact is created depending on the conductivity of the mechanical contact with the two contact surfaces 310 standing segment 320 , 321 , 322 , 323 , 324 , 325 .

Das Verbindungselement 300 kann auch so eingerichtet sein, dass die Segmente permanent im mechanischen Kontakt mit den beiden Kontaktflächen 310 stehen. Ein guter mechanischer Kontakt kann beispielsweise durch eine Federwirkung der Kontaktflächen 310 oder einer Federwirkung der Segmente 320, 321, 322, 323, 324, 325 eingerichtet werden. Weiterhin ist das Verbindungselement 300 des Vielfachschalters um ein Zentrum 326 drehbar eingerichtet, sodass bei einer Drehung um einen Winkel Phi unterschiedliche Segmente 320, 321, 322, 323, 324, 325 in mechanischen bzw. elektrischen Kontakt mit den beiden Kontaktflächen 310 der Elektroden gebracht werden können.The connecting element 300 can also be set up so that the segments are permanently in mechanical contact with the two contact surfaces 310 stand. Good mechanical contact can be achieved, for example, by the spring action of the contact surfaces 310 or a spring action of the segments 320 , 321 , 322 , 323 , 324 , 325 to be set up. Furthermore, the connecting element 300 of the multiple switch around a center 326 set up rotatable, so that when rotated by an angle Phi different segments 320 , 321 , 322 , 323 , 324 , 325 in mechanical or electrical contact with the two contact surfaces 310 the electrodes can be brought.

Der Vielfachschalter kann für die Mehrzahl der Brennstoffzellen mit den entsprechenden Kontaktflächen eine Mehrzahl von jeweiligen Verbindungselementen 300 vorsehen, die jeweils auf einer Drehachse liegen und gemeinsam in dem Sinne betätigt werden, dass ein Winkel Phi den das Verbindungselement 300 mit der Kontaktfläche 310 aufspannt bei einer Betätigung des Vielfachschalters für alle Verbindungselemente 300 gemeinsam verändert wird. Dabei kann jede der Mehrzahl der Verbindungselemente 300 an gleichen Winkel-Positionen unterschiedlich leitfähige Segmente aufweisen.The multiple switch can have a plurality of respective connecting elements for the plurality of fuel cells with the corresponding contact surfaces 300 provide that each lie on an axis of rotation and are actuated together in the sense that an angle Phi den the connecting element 300 with the contact surface 310 opens when the multiple switch is actuated for all connecting elements 300 is changed together. Each of the plurality of connecting elements can thereby 300 have different conductive segments at the same angular positions.

Je nach Anzahl von unabhängig zu betreibenden Teilen 120, 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100 kann das segmentierte Verbindungselement 300 eine unterschiedliche Anzahl von Segmenten 320, 321, 322, 323, 324, 325 mit unterschiedlichen Leitfähigkeiten der jeweiligen Segmente 320, 321, 322, 323, 324, 325 aufweisen.Depending on the number of parts to be operated independently 120 , 130 of the fuel cell stack 100 can the segmented connecting element 300 a different number of segments 320 , 321 , 322 , 323 , 324 , 325 with different conductivities of the respective segments 320 , 321 , 322 , 323 , 324 , 325 exhibit.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel für einen dreiteiligen Brennstoffzellen-Stack 200 kann das segmentierte Verbindungselement 300 ein Segment 320 aufweisen, das keinen elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktflächen 310 der Anoden-Elektroden und der entsprechenden Kathoden-Elektroden herstellt. Auch die Segmente 322 und 324 können eingerichtet sein keinen elektrischen Kontakt zwischen den beiden Kontaktflächen 310 herzustellen.According to an exemplary embodiment for a three-part fuel cell stack 200 can the segmented connecting element 300 a segment 320 have no electrical contact between the contact surfaces 310 the anode electrodes and the corresponding cathode electrodes. The segments too 322 and 324 can be set up no electrical contact between the two contact surfaces 310 to manufacture.

Wenn der Vielfachschalter in eine solche Stellung gebracht wird, dass das Segment 325 mechanischen und elektrischen Kontakt mit den jeweiligen Kontaktflächen 310 hat, kann der Vielfachschalter so eingerichtet sein, dass alle Verbindungselemente in dieser Position des Vielfachschalters einen Kurzschluss, d. h. eine gut leitende Verbindung, zwischen den Kontaktflächen 310 der Anoden-Elektroden und der entsprechenden Kathoden-Elektroden herstellt. Daraus resultiert, dass alle Brennstoffzellen des Brennstoffzellen-Stacks 100, 200 kurzgeschlossen sind. D. h., das Potential zwischen der Kathoden-Elektrode und der Anoden-Elektrode beträgt 0 Volt.When the multiple switch is put in such a position that the segment 325 mechanical and electrical contact with the respective contact surfaces 310 has, the multiple switch can be set up so that all connecting elements in this position of the multiple switch have a short circuit, ie a highly conductive connection, between the contact surfaces 310 the anode electrodes and the corresponding cathode electrodes. As a result, all of the fuel cells in the fuel cell stack 100 , 200 are short-circuited. That is to say, the potential between the cathode electrode and the anode electrode is 0 volts.

Weiterhin kann der Vielfachschalter in diesem Ausführungsbeispiel so eingerichtet sein, dass alle Verbindungselemente 300 des ersten Teils 210 ein Segment 323 aufweisen, das keinen elektrischen Kontakt zwischen den entsprechenden Kontaktflächen 310 des ersten Teils 210 des Brennstoffzellen-Stacks 200 aufweisen und die Verbindungselemente 300 des zweiten und des dritten Teils 220, 230 ein Segment 323 aufweisen, das einen Kurzschluss zwischen den entsprechenden Kontaktflächen 310 der Elektroden herstellt.Furthermore, the multiple switch in this exemplary embodiment can be set up in such a way that all connecting elements 300 of the first part 210 a segment 323 have no electrical contact between the corresponding contact surfaces 310 of the first part 210 of the fuel cell stack 200 have and the connecting elements 300 of the second and third part 220 , 230 a segment 323 have, which is a short circuit between the corresponding contact surfaces 310 who makes electrodes.

In einer weiteren Drehstellung des Vielfachschalters können mittels des Segmentes 321 die Kontaktflächen 310 des ersten Teils 210 und des zweiten Teils 230 des Brennstoffzellen-Stacks 200 kurzgeschlossen sein und nur im zweiten Teil 220 des Brennstoffzellen-Stacks 200 die Kontaktflächen 310 der Elektroden offen, d. h. ohne elektrische Verbindung sein.In a further rotary position of the multiple switch, by means of the segment 321 the contact surfaces 310 of the first part 210 and the second part 230 of the fuel cell stack 200 be short-circuited and only in the second part 220 of the fuel cell stack 200 the contact surfaces 310 of the electrodes open, ie without an electrical connection.

Dadurch wird erreicht, dass der Brennstoffzellen-Stack 200 in drei unterschiedlichen Leistungsbereichen betrieben werden kann, in dem die Medienversorgung mit zumindest einem für den Betrieb des entsprechenden Teils des Stoffzellen-Stacks 200 notwendigen Mediums optional unterbrochen bzw. bereitgestellt wird und die Elektroden der entsprechenden nicht betriebenen Teile des Brennstoffzellen-Stacks 200 kurzgeschlossen werden, um beispielsweise die Lebensdauer des Brennstoffzellen-Stacks 200 zu erhöhen.This ensures that the fuel cell stack 200 can be operated in three different power ranges, in which the media supply with at least one for the operation of the corresponding part of the material cell stack 200 necessary medium is optionally interrupted or provided and the electrodes of the corresponding non-operated parts of the fuel cell stack 200 short-circuited, for example to extend the life of the fuel cell stack 200 to increase.

In der 4a und 4b wird ein Brennstoffzellen-Stack-System 400 mit einem Vielfachschalter 420 skizziert, der zwei unterschiedliche Positionen aufweist, um zumindest einen Teil der Brennstoffzellen 410 optional kurzzuschließen.In the 4a and 4b becomes a fuel cell stack system 400 with a multiple switch 420 outlined, which has two different positions to at least part of the fuel cells 410 optionally short-circuit.

In der 4a sind dabei die Kontaktflächen 430 von aneinander angrenzenden Kathoden-Elektroden und Anoden-Elektroden entsprechend einer bipolaren Platte eines Brennstoffzellen-Stacks 100, 200 zusammengelegt, d. h. elektrisch miteinander verbunden und in einem Stück aus dem Brennstoffzellen-Stack 100, 200 herausgeführt.In the 4a are the contact areas 430 of adjoining cathode electrodes and anode electrodes corresponding to a bipolar plate of a fuel cell stack 100 , 200 put together, ie electrically connected to one another and in one piece from the fuel cell stack 100 , 200 led out.

Die 4a skizziert durch den Eingriff des Vielfachschalters 420, wie die im Eingriff befindlichen Brennstoffzellen 410 mit ihren Kontaktflächen 430 durch den Vielfachschalter 420 mechanisch und elektrisch verbunden sind.The 4a outlined by the action of the multiple switch 420 , like the engaged fuel cells 410 with their contact surfaces 430 through the multiple switch 420 are mechanically and electrically connected.

Die 4b skizziert, dadurch, dass die Kontaktflächen 420 offen sind, dass weder mechanischer noch elektrischer Kontakt der Kontaktflächen 420 der unterschiedlichen Elektroden miteinander besteht.The 4b outlined by the fact that the contact surfaces 420 are open that neither mechanical nor electrical contact of the contact surfaces 420 of the different electrodes with each other.

Mit der 5 wird ein Verfahren 500 zum Starten eines Brennstoffzellen-Stack-Systems 400, wie es oben beschrieben wurde, skizziert. In einem Schritt des Verfahrens wird ein erster Teil 120 eines Brennstoffzellen-Stacks 100, 410 des Brennstoffzellen-Stack-Systems 400 mit den für den Betrieb des ersten Brennstoffzellen-Stacks notwendigen Medien versorgt S1.With the 5 becomes a procedure 500 for starting a fuel cell stack system 400 as described above, outlined. In one step of the process, a first part 120 of a fuel cell stack 100 , 410 of the fuel cell stack system 400 supplied with the media necessary for the operation of the first fuel cell stack S1 .

In einem weiteren Schritt wird eine Versorgung mit zumindest einem für den Betrieb des zumindest zweiten Teils 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100, 410 des Brennstoffzellen-Stack-Systems 400 notwendigen Mediums unterbrochen S2.In a further step, there is a supply with at least one for the operation of the at least second part 130 of the fuel cell stack 100 , 410 of the fuel cell stack system 400 necessary medium interrupted S2 .

In einem weiteren Schritt werden eine jeweilige Anoden-Elektrode und eine Kathoden-Elektrode zumindest einer Vielzahl der Brennstoffzellen des ersten Teils 120 des Brennstoffzellen-Stacks 100, 410 zur Erwärmung des ersten Teils 120 des Brennstoffzellen-Stacks 100, 410, mittels eines Vielfachschalters 420 des Brennstoffzellen-Stack-Systems 400 elektrisch verbunden S3.In a further step, a respective anode electrode and a cathode electrode are at least a plurality of the fuel cells of the first part 120 of the fuel cell stack 100 , 410 to heat the first part 120 of the fuel cell stack 100 , 410 , by means of a multiple switch 420 of the fuel cell stack system 400 electrically connected S3 .

In einem weiteren Schritt wird eine Temperatur des ersten Teils 120 des Brennstoffzellen-Stacks 100, 410 bestimmt S4.In a further step, a temperature of the first part 120 of the fuel cell stack 100 , 410 certainly S4 .

In einem weiteren Schritt wird die elektrische Verbindung der jeweiligen Anoden-Elektrode und eine Kathoden-Elektrode der Brennstoffzellen des ersten Teils 120 des Brennstoffzellen-Stacks 100, 410 mittels des Vielfachschalters 420 geöffnet S5, wenn die bestimmte Temperatur einen gewissen Wert überschritten hat.In a further step, the electrical connection of the respective anode electrode and a cathode electrode of the fuel cells of the first part 120 of the fuel cell stack 100 , 410 by means of the multiple switch 420 open S5 when the specific temperature has exceeded a certain value.

Mit der 6 wird ein Verfahren 600 zum Umschalten eines Brennstoffzellen-Stack-Systems 400, wie es oben beschrieben wurde, von einem ersten Leistungsbereich in einen zweiten Leistungsbereich skizziert. Dabei ist im ersten Leistungsbereich eine Versorgung eines zweiten Teils 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100, 410 des Brennstoffzellen-Stacks-Systems 400 mit zumindest einem notwendigen Medium unterbrochen und ein Vielfachschalter 420 verbindet elektrisch eine jeweilige Anoden-Elektrode und Kathoden-Elektrode einer zweiten Mehrzahl von Brennstoffzellen des zweiten Teils 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100, 410.With the 6th becomes a procedure 600 for switching a fuel cell stack system 400 , as described above, outlined from a first power range to a second power range. In the first power range there is a supply of a second part 130 of the fuel cell stack 100 , 410 of the fuel cell stack system 400 interrupted with at least one necessary medium and a multiple switch 420 electrically connects a respective anode electrode and cathode electrode of a second plurality of fuel cells of the second part 130 of the fuel cell stack 100 , 410 .

In einem Schritt des Verfahrens wird der Vielfachschalter 420 betätigt S11, um die jeweilige elektrisch verbundene Anoden-Elektrode und Kathoden-Elektrode der Brennstoffzellen des zweiten Teils 130 des Brennstoffzellen-Stacks 100, 410 zu öffnen. In einem weiteren Schritt wird der zumindest zweite Teil 130 des Brennstoffzellen-Stacks mit den notwendigen Medien zum Betrieb des zweiten Teils des Brennstoffzellen-Stacks 100, 410 versorgt S12, um den zweiten Leistungsbereich bereitzustellen.In one step of the process, the multiple switch 420 actuated S11 to the respective electrically connected anode electrode and cathode electrode of the fuel cells of the second part 130 of the fuel cell stack 100 , 410 to open. In a further step, the at least second part 130 of the fuel cell stack with the media required to operate the second part of the fuel cell stack 100 , 410 provided S12 to provide the second performance range.

Claims (15)

Brennstoffzellen-Stack (100) für einen Betrieb in zumindest zwei Leistungsbereichen, mit: einem ersten Teil (120) des Brennstoffzellen-Stacks (100), der eine erste Mehrzahl von schichtartig nebeneinander angeordneten Brennstoffzellen aufweist; zumindest einem zweiten Teil (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100), der eine zweite Mehrzahl von schichtartig nebeneinander angeordneten Brennstoffzellen aufweist; der erste (120) und der zumindest zweite Teil (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) angeordnet sind, genau einen Brennstoffzellen-Stack (100) zu bilden; und wobei der Brennstoffzellen-Stack (100) eingerichtet ist den zumindest zweiten Teil (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) optional mit zumindest einem für den Betrieb notwendigen Medium zu versorgen, um den Brennstoffzellen-Stack (100) in zumindest zwei Leistungsbereichen zu betreiben.Fuel cell stack (100) for operation in at least two power ranges, with: a first part (120) of the fuel cell stack (100) which has a first plurality of fuel cells arranged in layers next to one another; at least one second part (130) of the fuel cell stack (100) which has a second plurality of fuel cells arranged in layers next to one another; the first (120) and the at least second part (130) of the fuel cell stack (100) are arranged to form exactly one fuel cell stack (100); and where the fuel cell stack (100) is set up to optionally supply the at least second part (130) of the fuel cell stack (100) with at least one medium necessary for operation in order to operate the fuel cell stack (100) in at least two power ranges. Brennstoffzellen-Stack (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Brennstoffzellen-Stack (100) eingerichtet ist in zumindest einem ersten Leistungsbereich betrieben zu werden, indem eine Versorgung (132) des zumindest zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) mit zumindest einem für einen Betrieb des zumindest zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) notwendigen Medium unterbrochen wird.Fuel cell stack (100) according to Claim 1 , wherein the fuel cell stack (100) is set up to be operated in at least one first power range by supplying (132) the at least second part (130) of the fuel cell stack (100) with at least one for operation of the at least second part (130) of the fuel cell stack (100) necessary medium is interrupted. Brennstoffzellen-Stack (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Brennstoffzellen-Stack (100) eingerichtet ist in zumindest einem zweiten Leistungsbereich betrieben zu werden, indem jeweils dem ersten (120) und dem zumindest zweiten Teil (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) die für den Betrieb des ersten (120) und des zumindest zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) notwendigen Medien bereitgestellt werden.Fuel cell stack (100) according to Claim 1 , wherein the fuel cell stack (100) is set up to be operated in at least one second power range by adding the first (120) and the at least second part (130) of the fuel cell stack (100) which are required for the operation of the first (120 ) and the at least second part (130) of the fuel cell stack (100) necessary media are provided. Brennstoffzellen-Stack (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Versorgungselement, das zumindest teilweise zwischen dem ersten (120) und dem zumindest zweiten Teil (130) des Brennstoffzellen-Stack (100) angeordnet ist, und das Versorgungselement eingerichtet ist, optional eine Versorgung des zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) mit zumindest einem für den Betrieb des zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) notwendigen Medium bereitzustellen.Fuel cell stack (100) according to one of the preceding claims, with a supply element which is at least partially arranged between the first (120) and the at least second part (130) of the fuel cell stack (100), and the supply element is set up, optionally to provide a supply of the second part (130) of the fuel cell stack (100) with at least one medium necessary for the operation of the second part (130) of the fuel cell stack (100). Brennstoffzellen-Stack (100) gemäß Anspruch 4, wobei das Versorgungselement eingerichtet ist, mittels einer, zwischen dem ersten Teil (120) des Brennstoffzellen-Stacks (100) und dem zweiten Teil (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) angeordneten, Ausleitung von zumindest einem für den Betrieb der Brennstoffzellen des zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) notwendigen Mediums, den zweiten Teil (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) optional mit zumindest dem für den Betrieb des zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks notwendigen Medium zu versorgen.Fuel cell stack (100) according to Claim 4 , wherein the supply element is set up by means of a, between the first part (120) of the fuel cell stack (100) and the second part (130) of the fuel cell stack (100) arranged, discharge of at least one for the Operation of the fuel cells of the second part (130) of the fuel cell stack (100) necessary medium, the second part (130) of the fuel cell stack (100) optionally with at least that necessary for the operation of the second part (130) of the fuel cell stack Supply medium. Brennstoffzellen-Stack (100) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei das Versorgungselement eingerichtet ist, zumindest ein Medium einer ersten internen Medien-Versorgung des Brennstoffzellen-Stacks (100) für einen Betrieb des ersten Teils (120) des Brennstoffzellen-Stacks (100) aus dem Brennstoffzellen-Stack (100) herauszuleiten und optional in eine zumindest zweite interne Medien-Versorgung des zumindest zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) einzuleiten.Fuel cell stack (100) according to Claim 4 or 5 , wherein the supply element is set up to conduct at least one medium of a first internal media supply of the fuel cell stack (100) for an operation of the first part (120) of the fuel cell stack (100) out of the fuel cell stack (100) and optionally to be introduced into an at least second internal media supply of the at least second part (130) of the fuel cell stack (100). Brennstoffzellen-Stack (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Versorgungselement eingerichtet ist, den ersten Teil (120) und den zweiten Teil (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) elektrisch zu verbinden.Fuel cell stack (100) according to one of the Claims 4 to 6th , wherein the supply element is set up to electrically connect the first part (120) and the second part (130) of the fuel cell stack (100). Brennstoffzellen-Stack (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Versorgungselement eingerichtet ist, einen elektrischen Strom des ersten (120) und/oder des zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) aus dem Brennstoffzellen-Stack (100) zu leiten.Fuel cell stack (100) according to one of the Claims 4 to 7th , wherein the supply element is set up to conduct an electrical current of the first (120) and / or the second part (130) of the fuel cell stack (100) from the fuel cell stack (100). Brennstoffzellen-Stack (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste (120) und/oder mindestens zweite Teil (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100) eine solche Anzahl von Brennstoffzellen aufweist, dass die Summenspannung über diese Anzahl von Brennstoffzellen direkt für eine Stromversorgung eines technischen 48 V-Bordnetzes geeignet ist.Fuel cell stack (100) according to one of the preceding claims, wherein the first (120) and / or at least second part (130) of the fuel cell stack (100) has such a number of fuel cells that the total voltage across this number of fuel cells directly is suitable for a power supply of a technical 48 V on-board network. Brennstoffzellen-Stack-System (400) mit einem Brennstoffzellen-Stack (100, 410) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer ersten und zumindest einer zweiten Mehrzahl von Brennstoffzellen, die jeweils eine Anoden-Elektrode und eine Kathoden-Elektrode aufweisen, und einem Vielfachschalter (420), der eingerichtet ist, zumindest einen Teil der jeweiligen Anoden-Elektroden und Kathoden-Elektroden der ersten und/oder der zweiten Mehrzahl der Brennstoffzellen des Brennstoffzellen-Stacks elektrisch zu verbinden.Fuel cell stack system (400) with a fuel cell stack (100, 410) according to one of the preceding claims, with a first and at least a second plurality of fuel cells, each having an anode electrode and a cathode electrode, and a Multiple switch (420) which is set up to electrically connect at least some of the respective anode electrodes and cathode electrodes of the first and / or the second plurality of fuel cells of the fuel cell stack. Brennstoffzellen-Stack-System (400) gemäß Anspruch 10, wobei der Vielfachschalter (420) eingerichtet ist, zum Betreiben des Brennstoffzellen-Stacks (100, 410) in zumindest zwei Leistungsbereichen, die jeweiligen Anoden-Elektroden und Kathoden-Elektroden der elektrochemischen Zellen eines nicht betriebenen Teils des Brennstoffzellen-Stacks (100, 410) elektrisch zu verbinden.Fuel cell stack system (400) according to Claim 10 , wherein the multiple switch (420) is set up to operate the fuel cell stack (100, 410) in at least two power ranges, the respective anode electrodes and cathode electrodes of the electrochemical cells of a non-operated part of the fuel cell stack (100, 410 ) to be connected electrically. Brennstoffzellen-Stack-System (400) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei zumindest ein Teil der Anoden-Elektroden und zumindest ein Teil der Kathoden-Elektroden der ersten und der zumindest zweiten Mehrzahl der Brennstoffzellen eine elektrisch leitfähige Kontaktfläche (430) aufweisen; und der Vielfachschalter (420) eingerichtet ist, mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Verbindungselementen mechanisch in die jeweiligen elektrisch leitfähigen Kontaktflächen (430) einzugreifen, um die Anoden-Elektroden mit den entsprechenden Kathoden-Elektroden von zumindest einem Teil der Brennstoffzellen des Brennstoffzellen-Stacks (100, 410) elektrisch zu verbinden.Fuel cell stack system (400) according to Claim 10 or 11 wherein at least some of the anode electrodes and at least some of the cathode electrodes of the first and the at least second plurality of fuel cells have an electrically conductive contact surface (430); and the multiple switch (420) is set up to engage mechanically with a plurality of electrically conductive connecting elements in the respective electrically conductive contact surfaces (430) in order to connect the anode electrodes to the corresponding cathode electrodes of at least some of the fuel cells of the fuel cell stack ( 100, 410) to be connected electrically. Verfahren (500) zum Starten eines Brennstoffzellen-Stack-Systems (400) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, mit den Schritten: Versorgen eines ersten Teils (120) eines Brennstoffzellen-Stacks (100, 410) (S1) des Brennstoffzellen-Stack-Systems (400) mit den für den Betrieb des ersten Teils (120) des Brennstoffzellen-Stacks (100, 410) notwendigen Medien; Unterbrechen einer Versorgung (S2) mit zumindest einem für den Betrieb des zumindest zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100, 410) des Brennstoffzellen-Stack-Systems (400) notwendigen Mediums; Elektrisches Verbinden (S3) von einer jeweiligen Anoden-Elektrode und eine Kathoden-Elektrode zumindest einer Vielzahl der Brennstoffzellen des ersten Teils (120) des Brennstoffzellen-Stacks (100, 410) zur Erwärmung des ersten Teils (120) des Brennstoffzellen-Stacks (100, 410), mittels eines Vielfachschalters (420) des Brennstoffzellen-Stack-Systems (400); Bestimmen einer Temperatur (S4) des ersten Teils (120) des Brennstoffzellen-Stacks (100, 410); Öffnen der elektrischen Verbindung (S5) der jeweiligen Anoden-Elektrode und eine Kathoden-Elektrode der Brennstoffzellen des ersten Teils (120) des Brennstoffzellen-Stacks (100, 410) mittels des Vielfachschalters (420), wenn die bestimmte Temperatur einen gewissen Wert überschritten hat.Method (500) for starting a fuel cell stack system (400) according to one of the Claims 10 to 12th , with the following steps: supplying a first part (120) of a fuel cell stack (100, 410) (S1) of the fuel cell stack system (400) with the components required to operate the first part (120) of the fuel cell stack (100 , 410) necessary media; Interrupting a supply (S2) with at least one for the operation of the at least second part (130) of the fuel cell stack (100, 410) of the fuel cell stack system (400) necessary medium; Electrical connection (S3) of a respective anode electrode and a cathode electrode of at least a plurality of the fuel cells of the first part (120) of the fuel cell stack (100, 410) for heating the first part (120) of the fuel cell stack (100 , 410), by means of a multiple switch (420) of the fuel cell stack system (400); Determining a temperature (S4) of the first part (120) of the fuel cell stack (100, 410); Opening the electrical connection (S5) of the respective anode electrode and a cathode electrode of the fuel cells of the first part (120) of the fuel cell stack (100, 410) by means of the multiple switch (420) when the specific temperature has exceeded a certain value . Verfahren (600) zum Umschalten eines Brennstoffzellen-Stack-Systems (400) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 von einem ersten Leistungsbereich in einen zweiten Leistungsbereich, wobei im ersten Leistungsbereich eine Versorgung eines zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100, 410) des Brennstoffzellen-Stack-Systems (400) mit zumindest einem notwendigen Medium unterbrochen ist und ein Vielfachschalter (420) eine jeweilige Anoden-Elektrode und Kathoden-Elektrode einer zweiten Mehrzahl von Brennstoffzellen des zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100, 410) elektrisch verbindet, mit den Schritten: Betätigen des Vielfachschalters (420) (S11), um die jeweiligen elektrisch verbundene Anoden-Elektrode und Kathoden-Elektrode der Brennstoffzellen des zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100, 410) zu öffnen; Versorgen des zumindest zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (S12) mit den notwendigen Medien zum Betrieb des zweiten Teils (130) des Brennstoffzellen-Stacks (100, 410) um den zweiten Leistungsbereich bereitzustellen.Method (600) for switching over a fuel cell stack system (400) according to one of the Claims 10 to 12th from a first power range to a second power range, wherein in the first power range a supply of a second part (130) of the fuel cell stack (100, 410) of the fuel cell stack system (400) with at least one necessary medium is interrupted and a multiple switch ( 420) electrically connects a respective anode electrode and cathode electrode of a second plurality of fuel cells of the second part (130) of the fuel cell stack (100, 410), with the steps of: pressing the multiple switch (420) (S11) to switch the opening the respective electrically connected anode electrode and cathode electrode of the fuel cells of the second part (130) of the fuel cell stack (100, 410); Supplying the at least second part (130) of the fuel cell stack (S12) with the necessary media for operating the second part (130) of the fuel cell stack (100, 410) in order to provide the second power range. Verwendung des Brennstoffzellen-Stack-Systems (400) gemäß Anspruch 11 oder 12, zur elektrischen Energieversorgung einer zumindest teilautomatisierten mobilen Plattform.Use of the fuel cell stack system (400) according to Claim 11 or 12th , for the electrical energy supply of an at least partially automated mobile platform.
DE102019215899.4A 2019-10-16 2019-10-16 Fuel cell stack for operation in at least two power ranges Pending DE102019215899A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019215899.4A DE102019215899A1 (en) 2019-10-16 2019-10-16 Fuel cell stack for operation in at least two power ranges

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019215899.4A DE102019215899A1 (en) 2019-10-16 2019-10-16 Fuel cell stack for operation in at least two power ranges

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019215899A1 true DE102019215899A1 (en) 2021-04-22

Family

ID=75268432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019215899.4A Pending DE102019215899A1 (en) 2019-10-16 2019-10-16 Fuel cell stack for operation in at least two power ranges

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019215899A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10307856A1 (en) * 2003-02-25 2004-09-02 Robert Bosch Gmbh fuel cell plant
DE10392591T5 (en) * 2002-05-01 2005-04-21 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Apparatus and method for extending the operating range of a fuel cell stack
JP2015176737A (en) * 2014-03-14 2015-10-05 大阪瓦斯株式会社 Solid polymer type fuel battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10392591T5 (en) * 2002-05-01 2005-04-21 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Apparatus and method for extending the operating range of a fuel cell stack
DE10307856A1 (en) * 2003-02-25 2004-09-02 Robert Bosch Gmbh fuel cell plant
JP2015176737A (en) * 2014-03-14 2015-10-05 大阪瓦斯株式会社 Solid polymer type fuel battery

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 2015- 176 737 A (Maschinenübersetzung), Espacenet [online] EPO [abgerufen am 18.06.2020] *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10295887B4 (en) A method of shutting down a fuel cell system having an anode exhaust gas recirculation loop
DE19857398B4 (en) Fuel cell system, in particular for electric motor driven vehicles
DE69836593T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN ELECTROCHEMICAL FUEL CELL WITH PERIODIC FUEL INTERRUPTION AT THE ANODE
DE102006019114B4 (en) Fuel cell system for improved hydrogen and oxygen use
DE102004017848B4 (en) Method for operating a fuel cell system and a fuel cell system
DE102006046104B4 (en) Fuel cell system and method for discharging nitrogen
DE102011007378A1 (en) Fuel cell stack with a water drainage arrangement
DE102015215790A1 (en) A fuel cell coolant cycle vent valve, fuel cell coolant loop, and method of filtering a coolant in a fuel cell cooling device
DE102014210511A1 (en) Fuel cells administrative procedures
DE102007056119A1 (en) Fuel cell activating device for use with zero-emission-vehicle i.e. motor vehicle, has thermostat for circulating cool water, which is supplied by fuel cell stack, and cable coupled to ends of stack for short circuiting cathode and anode
DE102007009897B4 (en) Freezable compact fuel cell system with improved humidification and removal of excess water and nitrogen trapped, as well as fuel cell system design
DE102006000705B4 (en) Fuel cell and fuel cell stack with integrated electric diode
DE102014210358A1 (en) FUEL CELL STACK WITH A DUMMY CELL
DE102013100398A1 (en) Operating procedure for a simplified fuel cell system
WO2021073881A1 (en) Method for commissioning a fuel cell stack
DE112004000156B4 (en) Fuel cell system for converting H2 exhaust gas from fuel cells and methods
DE102006048196A1 (en) Device for controlling the flow rate of media through a fuel cell stack
DE102019215899A1 (en) Fuel cell stack for operation in at least two power ranges
DE102017215574A1 (en) Method for operating a fuel cell and fuel cell system
DE102019215900A1 (en) Method for commissioning a fuel cell stack
WO2021001135A1 (en) Electrochemical system unit with sealing elements
DE102015218769A1 (en) Moisture transmitter and fuel cell system and vehicle with such
DE102019203474A1 (en) Bipolar plate, fuel cell stack and fuel cell system
DE102015220950A1 (en) Cathode supply for a multiple fuel cell and method for supplying partial fuel cells with a cathode operating medium
DE102023104295A1 (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified