DE102020206896A1 - Method for reducing degradation when switching a fuel cell off and on, a fuel cell system and a fuel cell system - Google Patents

Method for reducing degradation when switching a fuel cell off and on, a fuel cell system and a fuel cell system Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Degradationsverminderung beim Aus- und Einschalten einer Brennstoffzelle (10) eines Brennstoffzellensystems (1), die einen Kathodenluft führenden Kathodenpfad aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:(a) Befüllen des Kathodenpfades mit Wasser beim oder nach einem Ausschalten der zuvor im Betrieb befindlichen Brennstoffzelle (10), und anschließend(b) Entleeren des mit Wasser befüllten Kathodenpfades vor oder bei einemEinschalten der außer Betrieb befindlichen Brennstoffzelle (10).Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle (10), einem Zuluftpfad (51), der fluidtechnisch mit einem Kathodenpfad der Brennstoffzelle (10) verbunden ist, sodass Kathodenluft dem Kathodenpfad zuführbar ist, einem Abluftpfad (52), der dazu eingerichtet ist, Abluft aus dem Kathodenpfad abzuführen, einem Wassertank (60), der mit dem Abluftpfad (52) fluidtechnisch verbunden ist und mittels eines von dem Zuluftpfad (51) und dem Abluftpfad (52) verschiedenen ersten Fluidpfades (61) fluidtechnisch mit dem Kathodenpfad verbunden ist, und einer Steuervorrichtung (100), die zur Ausführung eines Verfahrens gemäß einem der voranstehenden Ansprüche eingerichtet ist, sodass bei Ausführen des Schrittes (a) der Kathodenpfad mit Wasser aus dem Wassertank (60) befüllt wird, und bei Ausführen des Schrittes (b) Wasser aus dem Kathodenpfad in den Wassertank (60) entleert wird.Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem.The invention relates to a method for reducing degradation when switching a fuel cell (10) of a fuel cell system (1) on and off, which has a cathode path carrying cathode air, the method having the following steps: (a) Filling the cathode path with water during or after a Switching off the fuel cell (10) previously in operation, and then (b) emptying the water-filled cathode path before or when switching on the non-operational fuel cell (10). The invention also relates to a fuel cell system with a fuel cell (10), an air supply path (51), which is fluidly connected to a cathode path of the fuel cell (10) so that cathode air can be supplied to the cathode path, an exhaust air path (52) which is designed to remove exhaust air from the cathode path, a water tank (60) which is connected to the Exhaust air path (52) is fluidly connected and by means of one of the supply air path ( 51) and the exhaust air path (52) different first fluid path (61) is fluidly connected to the cathode path, and a control device (100) which is set up to carry out a method according to one of the preceding claims, so that when performing step (a) the Cathode path is filled with water from the water tank (60), and when step (b) is carried out, water is emptied from the cathode path into the water tank (60). The invention also relates to a motor vehicle with such a fuel cell system.

Description

Stand der TechnikState of the art

Im Stand der Technik hat das Ein- und Ausschalten, mit anderen Worten der Start-Stopp-Betrieb, von Brennstoffzellensystemen (in Englisch: Fuel Cell Systems, kurz: FCS) eine erhöhte Degradation zur Folge.In the prior art, the switching on and off, in other words the start-stop operation, of fuel cell systems (in English: Fuel Cell Systems, short: FCS) results in increased degradation.

Ursache hierfür sind vor allem Luft-Luft-Starts, bei denen Luft sowohl auf der Kathodenseite als auch auf der Anodenseite vorliegt. Beim Einschalten der Brennstoffzelle kommt es durch Einströmen von Wasserstoff auf der Anodenseite und durch die Ausbildung einer wandernden Wasserstoff-Sauerstoff-Grenzschicht in der Anode zu hohen Potenzialdifferenzen zwischen dem Elektrolyten und der Kathode. Dadurch wird die Katalysatorschicht durch Korrosion von Kohlenstoff korrodiert (im Englischen auch als der sog. Reverse Current Decay Mechanismus, kurz: RCD, bekannt).The main reason for this are air-to-air starts, in which air is present on both the cathode side and the anode side. When the fuel cell is switched on, the influx of hydrogen on the anode side and the formation of a migrating hydrogen-oxygen boundary layer in the anode lead to high potential differences between the electrolyte and the cathode. As a result, the catalyst layer is corroded by the corrosion of carbon (also known as the reverse current decay mechanism, or RCD for short).

Dieser Schädigungsmechanismus kann nicht nur beim Einschalten bzw. Start, sondern auch beim Abschalten des Brennstoffzellensystems auftreten. Dabei tritt Sauerstoff in die Anode über und führt dort zu Potenzialerhöhungen durch Ungleichverteilung der Konzentrationen.This damage mechanism can occur not only when the fuel cell system is switched on or started, but also when it is switched off. In the process, oxygen passes into the anode, where it leads to an increase in potential due to the uneven distribution of the concentrations.

Weitere Schädigungsmechanismen, die beim Ein- und Ausschalten des Brennstoffzellensystems auftreten, können bspw. bei nebeneinanderliegenden Brennstoffzellen, die ungleich mit Wasserstoff und Sauerstoff beaufschlagt sind, auftreten (im Englischen bspw. auch als der sog. Cell Reversals Mechanismus bekannt).Further damage mechanisms that occur when the fuel cell system is switched on and off can occur, for example, in adjacent fuel cells that are unequally charged with hydrogen and oxygen (also known as the so-called cell reversals mechanism).

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The invention relates to a method with the features of claim 1 and a fuel cell system with the features of claim 8 and a motor vehicle with the features of claim 15. Further features and details of the invention emerge from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the method according to the invention naturally also apply in connection with the fuel cell system according to the invention, the motor vehicle according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to the individual aspects of the invention.

Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Degradationsverminderung beim Aus- und Einschalten einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems, die einen Kathodenluft führenden Kathodenpfad aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (a) Befüllen des Kathodenpfades mit Wasser beim oder nach einem Ausschalten der zuvor im Betrieb befindlichen Brennstoffzelle, und anschließend (b) Entleeren des mit Wasser befüllten Kathodenpfades vor oder bei einem Einschalten der außer Betrieb befindlichen Brennstoffzelle.According to a first aspect, the invention relates to a method for reducing degradation when switching a fuel cell of a fuel cell system off and on, which has a cathode path carrying cathode air, the method having the following steps: (a) Filling the cathode path with water during or after switching off the fuel cell previously in operation, and then (b) emptying the water-filled cathode path before or when switching on the fuel cell which is not in operation.

Durch das erfindungsgemäße Befüllen des Kathodenpfades mit Wasser beim oder nach dem Ausschalten der Brennstoffzelle wird eine Degradation des Brennstoffzellensystems erheblich vermindert, da Luft-Luft-Starts vermieden werden und dadurch keine Sauerstoff-Wasserstoff-Gasfront beim Einschalten der Brennstoffzelle gebildet wird. Die Lebensdauer des Brennstoffzellensystems wird dadurch erhöht. Für das anschließende Einschalten der Brennstoffzelle wird das Wasser aus dem Kathodenpfad entleert.By filling the cathode path according to the invention with water when or after switching off the fuel cell, degradation of the fuel cell system is considerably reduced, since air-air starts are avoided and no oxygen-hydrogen gas front is formed when the fuel cell is switched on. This increases the service life of the fuel cell system. The water is drained from the cathode path for the subsequent switching on of the fuel cell.

Das Brennstoffzellensystem kann eine oder mehrere Brennstoffzellen, insbesondere einen Brennstoffzellenstack, umfassen. Das Brennstoffzellensystem kann in einer beliebigen mit Wasserstoff zu versorgender oder antreibender Vorrichtung verwendet werden. Insbesondere kann die Vorrichtung ein Kraftfahrzeug sein.The fuel cell system can include one or more fuel cells, in particular a fuel cell stack. The fuel cell system can be used in any hydrogen supplied or powered device. In particular, the device can be a motor vehicle.

Es kann vorgesehen sein, dass das Verfahren ferner den folgenden Schritt zur Vermeidung einer Vereisung des Kathodenpfades aufweist, der vor dem Durchführen des Schrittes (a) ausgeführt wird: Prüfen, ob Wasser in dem Kathodenpfad nach dem Ausschalten der Brennstoffzelle gefrieren würde, und Ausführen des Schrittes (a) ausschließlich dann, wenn die Prüfung ergibt, dass das in dem Kathodenpfad befindliche Wasser nicht gefrieren würde. Diese Erkennung einer Frostgefahr kann durchgeführt werden, um zu vermeiden, dass Komponenten des Brennstoffzellensystems durch den bei Eisbildung entstehenden Druck beschädigt werden. Die Prüfung erfolgt dabei vor dem Ausschalten des Brennstoffzellensystems und basiert daher auf einer Prognose.It can be provided that the method furthermore has the following step for avoiding icing of the cathode path, which is carried out before step (a) is carried out: checking whether water in the cathode path would freeze after the fuel cell is switched off, and carrying out the Step (a) only if the test shows that the water in the cathode path would not freeze. This detection of a risk of frost can be carried out in order to prevent components of the fuel cell system from being damaged by the pressure generated when ice forms. The check is carried out before the fuel cell system is switched off and is therefore based on a prognosis.

Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Verfahren ferner den folgenden Schritt zur Vermeidung einer Vereisung des Kathodenpfades aufweist, der nach dem Durchführen des Schrittes (a) ausgeführt wird: Prüfen, ob das in dem Kathodenpfad befindliche Wasser gefrieren wird, oder Detektieren einer Vereisung des in dem Kathodenpfad befindlichen Wassers, und Ausführen des Schrittes (b), wenn die Prüfung ergibt, dass das in dem Kathodenpfad befindliche Wasser gefrieren wird oder vereistes Wasser detektiert wird. Auch diese Erkennung einer Frostgefahr kann durchgeführt werden, um zu vermeiden, dass Komponenten des Brennstoffzellensystems durch den bei Eisbildung entstehenden Druck beschädigt werden. Anders als die Erkennung vor dem Ausschalten des Brennstoffzellensystems wird diese Erkennung nach dem Ausschalten, also in einem ausgeschalteten Zustand oder Stillstand des Brennstoffzellensystems, ausgeführt. Damit kann eine durchgehende Überwachung auf Frostgefahr gewährleistet sein, die bspw. notwendig ist, wenn das Brennstoffzellensystem länger nicht betrieben wird. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass das Prüfen oder Detektieren mehrmals, insbesondere in definierten Zeitabständen, durchgeführt wird.Additionally or alternatively, it can be provided that the method furthermore has the following step for avoiding icing of the cathode path, which is carried out after step (a) has been carried out: checking whether the water in the cathode path will freeze or detecting icing of the water in the cathode path, and carrying out step (b) if the check shows that the water in the cathode path will freeze or iced water is detected. This detection of a risk of frost can also be carried out in order to prevent components of the fuel cell system from being damaged by the formation of ice the resulting pressure. In contrast to the detection before the fuel cell system is switched off, this detection is carried out after the fuel cell system has been switched off, that is to say when the fuel cell system is switched off or at a standstill. Continuous monitoring of the risk of frost can thus be guaranteed, which is necessary, for example, if the fuel cell system is not operated for a longer period of time. Accordingly, it can be provided that the checking or detection is carried out several times, in particular at defined time intervals.

Dabei kann vorgesehen sein, dass für das Prüfen in dem Schritt zur Vermeidung einer Vereisung des Kathodenpfades die von zumindest einem Temperatursensor des Brennstoffzellensystems gemessene Temperatur herangezogen wird. Wenn der Temperatursensor bspw. die Umgebungstemperatur misst, kann bei einer gemessenen Temperatur knapp über dem Gefrierpunkt bzw. um den Gefrierpunkt einfach schlussgefolgert werden, dass eine Frostgefahr besteht. Ferner kann auch die Temperatur in dem Brennstoffzellensystem, insbesondere in dem Kathodenpfad, gemessen und für die Prüfung herangezogen werden.It can be provided that the temperature measured by at least one temperature sensor of the fuel cell system is used for the checking in the step of avoiding icing of the cathode path. If the temperature sensor measures the ambient temperature, for example, if the temperature measured is just above freezing point or around freezing point, it can simply be concluded that there is a risk of frost. Furthermore, the temperature in the fuel cell system, in particular in the cathode path, can also be measured and used for the test.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass für das Prüfen in dem Schritt zur Vermeidung einer Vereisung des Kathodenpfades die von zumindest einem externen Datenserver bereitgestellte Temperatur herangezogen wird. Der externe Datenserver kann mit dem Brennstoffzellensystem oder der Vorrichtung, die mittels des Brennstoffzellensystems angetrieben oder von dieser versorgt wird, drahtlos verbunden sein. Hierzu kann eine drahtlose Übertragungstechnologie beliebigen Standards, insbesondere Mobilfunkstandards, genutzt werden. Der externe Datenserver kann demnach auch als ein Cloud-Server bezeichnet werden. Dieser kann die Umgebungstemperatur in der Art einer Wettervorhersage liefern. Um den Standort des Brennstoffzellensystems zur Bereitstellung der prognostizierten Umgebungstemperatur zu lokalisieren, kann das Drahtlosnetzwerk oder ein Ortungsgerät in der Vorrichtung, insbesondere dem Kraftfahrzeug, etwa nach GPS-Standard, genutzt werden. Anhand der von dem externen Datenserver bereitgestellten prognostizierten Umgebungstemperatur kann demgemäß geschlussfolgert werden, ob eine Frostgefahr besteht, also das Wasser in dem Kathodenpfad vereisen wird.Alternatively or additionally, it can be provided that the temperature provided by at least one external data server is used for the checking in the step of avoiding icing of the cathode path. The external data server can be wirelessly connected to the fuel cell system or the device that is driven by means of the fuel cell system or is supplied by the latter. A wireless transmission technology of any standard, in particular cellular radio standards, can be used for this purpose. The external data server can therefore also be referred to as a cloud server. This can provide the ambient temperature in the manner of a weather forecast. In order to localize the location of the fuel cell system in order to provide the predicted ambient temperature, the wireless network or a locating device in the device, in particular the motor vehicle, for example according to the GPS standard, can be used. On the basis of the forecast ambient temperature provided by the external data server, it can accordingly be concluded whether there is a risk of frost, that is to say whether the water in the cathode path will freeze.

Auch kann vorgesehen sein, dass vor dem Ausführen des Schrittes (a) eine Sauerstoffverarmung innerhalb des Kathodenpfades herbeigeführt wird. Dieser im Englischen auch als sog. „Bleed Down“ bekannte Vorgang führt zur Reduktion von Sauerstoff in dem Kathodenpfad.It can also be provided that before step (a) is carried out, oxygen depletion is brought about within the cathode path. This process, also known as “bleed down”, leads to the reduction of oxygen in the cathode path.

Ferner kann vorgesehen sein, dass als Wasser systeminhärentes Produktwasser genutzt wird. Das systeminhärente Produktwasser ist ein Reaktionsprodukt in der Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems und steht daher systeminhärent zur Verfügung und wird demgemäß genutzt. Dadurch muss kein Wasser von außerhalb des Brennstoffzellensystems zugeführt werden. Das Produktwasser kann in einem Wassertank des Brennstoffzellensystems gesammelt werden, der fluidtechnisch mit dem Kathodenpfad verbunden ist.Furthermore, it can be provided that product water inherent in the system is used as the water. The product water inherent in the system is a reaction product in the fuel cell of the fuel cell system and is therefore inherently available in the system and is used accordingly. This means that no water has to be supplied from outside the fuel cell system. The product water can be collected in a water tank of the fuel cell system which is fluidly connected to the cathode path.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit: einer Brennstoffzelle, einem Zuluftpfad, der fluidtechnisch mit einem Kathodenpfad der Brennstoffzelle verbunden ist, sodass Kathodenluft dem Kathodenpfad zuführbar ist, einem Abluftpfad, der dazu eingerichtet ist, Abluft aus dem Kathodenpfad abzuführen, einem Wassertank, der mit dem Abluftpfad fluidtechnisch verbunden ist und mittels eines von dem Zuluftpfad und dem Abluftpfad verschiedenen ersten Fluidpfades fluidtechnisch mit dem Kathodenpfad verbunden ist, und einer Steuervorrichtung, die zur Ausführung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eingerichtet ist, sodass bei Ausführen des Schrittes (a) der Kathodenpfad mit Wasser aus dem Wassertank befüllt wird, und bei Ausführen des Schrittes (b) Wasser aus dem Kathodenpfad in den Wassertank entleert wird.According to a second aspect, the invention relates to a fuel cell system with: a fuel cell, a supply air path which is fluidically connected to a cathode path of the fuel cell so that cathode air can be supplied to the cathode path, an exhaust air path which is set up to remove exhaust air from the cathode path, a water tank , which is fluidly connected to the exhaust air path and is fluidically connected to the cathode path by means of a first fluid path different from the intake air path and the exhaust air path, and a control device which is set up to carry out the method according to the first aspect of the invention, so that when the step is carried out (a) the cathode path is filled with water from the water tank, and when step (b) is carried out, water is emptied from the cathode path into the water tank.

Damit werden mit dem Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung dieselben Vorteile mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erzielt. Ferner kann die Steuervorrichtung des Brennstoffzellensystems zur Ausführung des Verfahrens nach einem beliebigen der vorgenannten und ausgeführten Schritte und Merkmale ausgeführt sein.Thus, with the fuel cell system according to the second aspect of the invention, the same advantages are achieved with the method according to the first aspect of the invention. Furthermore, the control device of the fuel cell system for executing the method can be designed according to any of the aforementioned and executed steps and features.

Die nachstehend gewählte Bezeichnung von Komponenten, insbesondere Ventilen, des Brennstoffzellensystems anhand einer Nummerierung als „erstes“, „zweites“, usw. ist lediglich zur Unterscheidung der Komponenten voneinander in einer beliebigen Reihenfolge und nicht limitierend gewählt. Dass bspw. eine zweite Komponente vorhanden ist, bedeutet nicht, dass auch eine erste dieser Komponente vorhanden sein muss, es sei denn, dass einer der Hauptansprüche dies fordert.The designation chosen below for components, in particular valves, of the fuel cell system based on numbering as “first”, “second”, etc. is only chosen to distinguish the components from one another in any order and is not limiting. The fact that a second component is present, for example, does not mean that a first of these components must also be present, unless one of the main claims requires this.

Es kann vorgesehen sein, dass ein erstes Ventil in dem Zuluftpfad und zumindest ein zweites Ventil in dem Abluftpfad angeordnet sind, die jeweils steuerungstechnisch mit der Steuervorrichtung gekoppelt sind, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, das erste Ventil vor dem Ausführen des Schrittes (a) zu schließen und das zumindest eine zweite Ventil nach dem Ausführen des Schrittes (a) zu schließen. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ermöglicht, das Wasser in dem Kathodenpfad zu beinhalten.It can be provided that a first valve is arranged in the supply air path and at least one second valve is arranged in the exhaust air path, which are each coupled to the control device in terms of control technology, the control device being set up to open the first valve before performing step (a). to close and to close the at least one second valve after performing step (a). This enables the water to be contained in the cathode path in a simple manner.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, das erste Ventil und das zweite Ventil zum Ausführen des Schrittes (b) zu öffnen. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ermöglicht, das Wasser aus dem Kathodenpfad zu entfernen.It can be provided that the control device is set up to open the first valve and the second valve in order to carry out step (b). This enables the water to be removed from the cathode path in a simple manner.

Ferner kann vorgesehen sein, dass das Brennstoffzellensystem ferner eine Pumpe aufweist, die in dem ersten Fluidpfad angeordnet ist, und die mit der Steuervorrichtung steuerungstechnisch gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, bei Ausführen des Schrittes (a) Wasser aus dem Wassertank mittels der Pumpe in den Kathodenpfad zu pumpen. Die Pumpe stellt eine kostengünstige und zuverlässige Möglichkeit dar, den Kathodenpfad mit Wasser aus dem Wassertank zu befüllen.It can further be provided that the fuel cell system furthermore has a pump which is arranged in the first fluid path and which is coupled to the control device in terms of control technology, the control device being set up to take water from the water tank by means of the when performing step (a) Pump to pump into the cathode path. The pump is an inexpensive and reliable way of filling the cathode path with water from the water tank.

Dabei kann vorgesehen sein, dass ein drittes Ventil zwischen der Pumpe und dem Kathodenpfad angeordnet ist, und wobei das dritte Ventil mit der Steuervorrichtung steuerungstechnisch gekoppelt ist und die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, das dritte Ventil vor dem Ausführen des Schrittes (a) zu öffnen und das dritte Ventil nach dem Ausführen des Schrittes (a) zu schließen. Dies ermöglicht eine Steuerung des Befüllvorgangs mittels des dritten Ventils.It can be provided that a third valve is arranged between the pump and the cathode path, and the third valve is coupled to the control device in terms of control technology and the control device is set up to open the third valve before performing step (a) and to close the third valve after performing step (a). This enables the filling process to be controlled by means of the third valve.

Ferner kann vorgesehen sein, dass das Brennstoffzellensystem einen Luftverdichter, der in dem Zuluftpfad angeordnet ist, aufweist, und die Steuervorrichtung mit dem Luftverdichter steuerungstechnisch gekoppelt und dazu eingerichtet ist, das Entleeren des mit Wasser befüllten Kathodenpfades mittels des Luftverdichters auszuführen. Der Luftverdichter kann derjenige sein, der auch zum Bereitstellen von Sauerstoff in dem Kathodenpfad der Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems genutzt wird. Dadurch wird der bereits vorhandene Luftverdichter genutzt, um das Wasser zuverlässig, schnell und ohne großen Aufwand aus dem Kathodenpfad zu entfernen. Ferner kann der Luftverdichter dabei dazu eingerichtet sein, das Wasser aus dem Kathodenpfad in den Wassertank zurückzuleiten.Furthermore, it can be provided that the fuel cell system has an air compressor which is arranged in the supply air path, and the control device is coupled to the air compressor in terms of control technology and is set up to carry out the emptying of the water-filled cathode path by means of the air compressor. The air compressor can be that which is also used to provide oxygen in the cathode path of the fuel cell of the fuel cell system. As a result, the existing air compressor is used to remove the water from the cathode path reliably, quickly and without great effort. Furthermore, the air compressor can be set up to return the water from the cathode path to the water tank.

Zudem kann vorgesehen sein, dass das Brennstoffzellensystem eine Einspritzvorrichtung aufweist, die in dem Zuluftpfad angeordnet und fluidtechnisch mit dem Wassertank verbunden ist, wobei die Einspritzvorrichtung dazu eingerichtet ist, Wasser aus dem Wassertank in den Zuluftpfad einzuspritzen. Diese Kombination ist besonders vorteilhaft, als dass diese ein Einspritzen von Wasser aus demselben Wassertank, wie er für das Befüllen des Kathodenpfades genutzt wird, erlaubt. Dies erlaubt eine weitere Wassereinspritzung zur Befeuchtung der Kathodenzuluft im Betrieb.In addition, it can be provided that the fuel cell system has an injection device which is arranged in the supply air path and is fluidically connected to the water tank, the injection device being set up to inject water from the water tank into the supply air path. This combination is particularly advantageous because it allows water to be injected from the same water tank as is used to fill the cathode path. This allows a further water injection to humidify the cathode supply air during operation.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem nach dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das Kraftfahrzeug hat verkehrsbedingt, etwa aufgrund von Ampeln, Stopps und Staus, aber auch wegen Parken und Stillstand häufige Start- und Stoppphasen. Die Degradation seines Brennstoffzellensystems kann mittels der Erfindung somit effektiv vermindert werden.According to a third aspect, the invention relates to a motor vehicle with a fuel cell system according to the second aspect of the invention. The motor vehicle has frequent start and stop phases due to traffic, for example due to traffic lights, stops and traffic jams, but also due to parking and standstill. The degradation of his fuel cell system can thus be effectively reduced by means of the invention.

Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Figur hervorgehenden Merkmale, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, können sowohl für sich als auch in den beliebigen verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen jeweils schematisch:

  • 1 ein Blockschaltbild einer ersten Topologie eines erfindungsgemäßen Bren nstoffzel lensystems;
  • 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Topologie eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems;
  • 3 ein Blockschaltbild einer dritten Topologie eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems; und
  • 4 ein Blockschaltbild einer vierten Topologie eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems.
The invention is explained in more detail below with the aid of the accompanying drawing. All of the features emerging from the claims, the description or the figure, including structural details, can be essential to the invention both individually and in any various combinations. They each show schematically:
  • 1 a block diagram of a first topology of a fuel cell system according to the invention;
  • 2 a block diagram of a second topology of a fuel cell system according to the invention;
  • 3 a block diagram of a third topology of a fuel cell system according to the invention; and
  • 4th a block diagram of a fourth topology of a fuel cell system according to the invention.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are in the 1 until 4th each provided with the same reference numerals.

1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Topologie eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1. Das Brennstoffzellensystem 1 entspricht hinsichtlich dem Subsystem Luftversorgung einer EAC-Topologie, das heißt mit Luftverdichtung ohne Energierekuperation mittels Turbine. 1 shows a block diagram of a first topology of a fuel cell system according to the invention 1 . The fuel cell system 1 corresponds to an EAC topology with regard to the air supply subsystem, i.e. with air compression without energy recuperation by means of a turbine.

Das Brennstoffzellensystem 1 weist eine Brennstoffzelle 10 bzw. einen Brennstoffzellenstack auf. Die Brennstoffzelle 10 verfügt über einen Wasserstoff bzw.-Anodenkreislauf 20. Mittels eines Spülventils 22 und eines zweiten Fluidpfades 21 ist der Wasserstoff- bzw. Anodenkreislauf 20 der Brennstoffzelle 10 mit dem Abgaspfad der Kathode oder mit dem Wassertank 60 des Brennstoffzellensystems 1 zur Verdünnung des Spülgases mit Luft verbunden. Zusätzlich kann systeminhärentes Wasser aus dem Wasserstoff- bzw. - Anodenkreislauf 20 dem Wassertank 60 zugeführt werden.The fuel cell system 1 has a fuel cell 10 or a fuel cell stack. The fuel cell 10 has a hydrogen or anode circuit 20. By means of a flush valve 22nd and a second fluid path 21 is the hydrogen or anode cycle 20th the fuel cell 10 with the exhaust gas path of the cathode or with the water tank 60 of the fuel cell system 1 connected to air to dilute the purge gas. In addition, system-inherent water from the hydrogen or anode circuit 20 can enter the water tank 60 are fed.

Das Subsystem 20 stellt vorliegend den Anodenkreislauf mit dem Energieträger Wasserstoff dar. Der Anodenkreislauf enthält Wasserstoff, Stickstoff, Wasserdampf und ggf. flüssiges Wasser. Die verbrauchte Wasserstoffmenge wird von einem Tanksystem über eine Leitung und ein Ventil in den Anodenkreislauf eindosiert (dies ist nicht gezeigt). Das zirkulierende Anodengas reichert Stickstoff an, weshalb es zeitweise oder periodisch durch Spülen abgereichert werden muss. Das Spülgas enthält Wasserstoff und muss wegen Explosionsschutz durch das Luftsystem/den Abgaspfad verdünnt werden. Dies geschieht in dem Verfahren nach einer Variante im Wassertank 60, wo auch der zweite Fluidpfad 21 durchgeht. Jedoch ist dies auch an anderer Stelle möglich (vorteilhafterweise aber stromabwärts dem Bypasspfad 54, weil dort noch Bypass-Luft dazukommt). Das Wasser für den Wassertank 60 und die Anwendung kommt hauptsächlich aus einem Kathodenpfad, weil dort Wasser als Reaktionsprodukt anfällt. Der Anodenkreislauf ist auch feucht und auch dort kann Wasser durch ein entsprechendes Ventil entnommen werden. Dieses Wasser kann auch in den Wassertank 60 kommen.The subsystem 20th represents the anode circuit with the energy carrier hydrogen. The anode circuit contains hydrogen, Nitrogen, steam and, if necessary, liquid water. The amount of hydrogen consumed is metered into the anode circuit from a tank system via a line and a valve (this is not shown). The circulating anode gas enriches nitrogen, which is why it must be temporarily or periodically depleted by purging. The purge gas contains hydrogen and must be diluted through the air system / exhaust gas path to protect against explosion. In the method according to a variant, this takes place in the water tank 60 , where also the second fluid path 21 goes through. However, this is also possible elsewhere (but advantageously downstream of the bypass path 54 because there is also bypass air). The water for the water tank 60 and the application comes mainly from a cathode path, because there is water as a reaction product. The anode circuit is also damp and water can also be taken from there through a corresponding valve. This water can also be used in the water tank 60 come.

Ferner weist die Brennstoffzelle den Kathodenpfad mit einem Eingang und einem Ausgang auf. Der Kathodenpfad, um genauer zu sein der Ausgang des Kathodenpfades, ist mittels eines Abluftpfades 52 mit dem Wassertank 60 verbunden. Durch den Wassertank 60 ist eine Wasserabscheidung und eine Wassersammlung von Wasser aus dem Kathodenpfad und optional aus dem Anodenpfad möglich. In dem Abluftpfad 52 ist ein optionales zweites Ventil 56 in Form eines Absperrventils angeordnet. Ferner ist hinter dem zweiten Ventil 56 ein viertes Ventil 57 in Form eines Druckkontrollventils angeordnet. Der Wassertank 60 führt mittels eines ersten Fluidpfades 61, in dem eine Pumpe 63 angeordnet ist, zum Kathodenpfad der Brennstoffzelle 10, um genauer zu sein zu dem Eingang des Kathodenpfades. In dem ersten Fluidpfad 61 ist vor dem Kathodenpfadeingang der Brennstoffzelle 10 ein drittes Ventil 65 in Form eines Füll-Ventils angeordnet. Bei geöffnetem drittem Ventil 65 lässt sich der Kathodenpfad mittels aus dem Wassertank 60 gepumpten systeminhärenten Wasser befüllen. Dies erfolgt beim oder vor dem Ausschalten des Brennstoffzellensystems 1, damit sich durch Diffusion kein Sauerstoff in dem Kathodenpfad ansammelt, der beim Einschalten zu einem Luft-Luft-Start führen könnte. Um das Wasser in einem ausgeschalteten Zustand des Brennstoffzellensystems 1 in dem Kathodenpfad zu beinhalten, kann das zweite Ventil 56 geschlossen werden. Die Steuerung übernimmt eine Steuervorrichtung 100 des Brennstoffzellensystems 1.Furthermore, the fuel cell has the cathode path with an input and an output. The cathode path, to be more precise the exit of the cathode path, is by means of an exhaust air path 52 with the water tank 60 connected. Through the water tank 60 a water separation and a water collection of water from the cathode path and optionally from the anode path is possible. In the exhaust path 52 is an optional second valve 56 arranged in the form of a shut-off valve. It is also behind the second valve 56 a fourth valve 57 arranged in the form of a pressure control valve. The water tank 60 leads by means of a first fluid path 61 in which a pump 63 is arranged to the cathode path of the fuel cell 10 to be more precise to the entrance of the cathode path. In the first fluid path 61 is in front of the cathode path entrance of the fuel cell 10 a third valve 65 arranged in the form of a filling valve. With the third valve open 65 the cathode path can be removed from the water tank 60 fill the pumped system-inherent water. This takes place when or before the fuel cell system is switched off 1 so that oxygen does not collect in the cathode path through diffusion, which could lead to an air-to-air start when switched on. To keep the water in a switched off state of the fuel cell system 1 in the cathode path can include the second valve 56 getting closed. A control device takes over the control 100 of the fuel cell system 1 .

Der Einfachheit halber ist die Steuervorrichtung 100 lediglich mit einer Verbindung zur Brennstoffzelle 10 gezeigt, kann jedoch gleichwohl drahtlos oder drahtgebunden mit sämtlichen Ventilen und anderen Komponenten des Brennstoffzellensystems 1 steuerungstechnisch gekoppelt sein. Ein Temperatursensor 101 und/oder ein externer Datenserver stehen mit der Steuervorrichtung 100 in Verbindung, um eine Frostgefahrerkennung durchzuführen und den Kathodenpfad nur dann mit Wasser zu befüllen oder befüllt zu lassen, wenn keine Gefahr besteht, dass sich Eis in dem Kathodenpfad bildet, da dies ansonsten zu einer Beschädigung der Brennstoffzelle 10 führen könnte.For the sake of simplicity, the control device is 100 only with a connection to the fuel cell 10 shown, but can nonetheless be wireless or wired with all valves and other components of the fuel cell system 1 be coupled in terms of control technology. A temperature sensor 101 and / or an external data server are connected to the control device 100 in connection to carry out a risk of frost detection and to fill the cathode path with water or leave it filled only when there is no risk of ice forming in the cathode path, as this would otherwise damage the fuel cell 10 could lead.

Der Wassertank 60 ist ferner mittels eines dritten Fluidpfades 53 mit der Umgebung 46 verbunden. Aus der Umgebung 46 wird Luft bzw. Sauerstoff mittels eines Luftverdichters 40 angesaugt und verdichtet. Die Luft wird in einem Luftfilter 43 gefiltert. Der Luftverdichter 40 wird von einem Elektromotor 41 mit Wechselrichter 42 angetrieben. Die Luft passiert im Betrieb der Brennstoffzellensystems 1 eine Einspritzvorrichtung 44 zum Befeuchten der Kathodenluft. Die Einspritzvorrichtung 44 ist vorteilhaft aber nur optional. Sie ist in der zweiten Topologie gemäß 2 weggelassen. Der erste Fluidpfad 61 ist mittels eines Abzweigpfades 62 und einem vierten Ventil 64 auch mit der Einspritzvorrichtung 44 verbunden, um Wasser aus dem Wassertank 60 an der Einspritzvorrichtung 44 bereitzustellen. Schließlich ist der Luftverdichter 40 mittels eines Zuluftpfades 51 mit der Brennstoffzelle 10 verbunden. In dem Zuluftpfad 51 befindet sich vor der Brennstoffzelle 10 ein optionales erstes Ventil 55 in Form eines Absperrventils. Das erste Ventil 55 wird für das Befüllen des Kathodenpfades mit Wasser beim Ausschalten des Brennstoffzellensystems 1 geschlossen.The water tank 60 is also by means of a third fluid path 53 with the environment 46 connected. From the area 46 becomes air or oxygen by means of an air compressor 40 sucked in and compressed. The air is in an air filter 43 filtered. The air compressor 40 is powered by an electric motor 41 with inverter 42 driven. The air passes through the operation of the fuel cell system 1 an injector 44 to humidify the cathode air. The injector 44 is advantageous but only optional. It is in accordance with the second topology 2 omitted. The first fluid path 61 is by means of a branch path 62 and a fourth valve 64 also with the injector 44 connected to water from the water tank 60 on the injector 44 provide. Finally, there is the air compressor 40 by means of a supply air path 51 with the fuel cell 10 connected. In the supply air path 51 is located in front of the fuel cell 10 an optional first valve 55 in the form of a shut-off valve. The first valve 55 is used to fill the cathode path with water when the fuel cell system is switched off 1 closed.

Ferner ist ein Zwischenkühler 47 zwischen der Einspritzvorrichtung 44 und dem Kathodenpfadeingang an der Brennstoffzelle 10 angeordnet. Auch der Zwischenkühler 47 ist vorteilhaft, aber nur optional und wird in der zweiten Topologie gemäß 2 weggelassen. Ein Bypasspfad 54 mit einem fünften Ventil 45 ist hinter dem Luftverdichter 40 angeordnet und mit dem dritten Fluidpfad 53 verbunden.There is also an intercooler 47 between the injector 44 and the cathode path input on the fuel cell 10 arranged. Also the intercooler 47 is advantageous, but only optional and is used in the second topology according to 2 omitted. A bypass path 54 with a fifth valve 45 is behind the air compressor 40 arranged and with the third fluid path 53 connected.

Beim Einschalten wird das Wasser, mit dem der Kathodenpfad für das Ausschalten befüllt wurde, aus dem Kathodenpfad entfernt. Dazu werden das erste Ventil 55, das zweite Ventil 56 und das vierte Ventil 57 geöffnet. Optional können das zweite Ventil 56 und das vierte Ventil 57 in einem gemeinsamen Ventil zum Absperren und Regeln zusammengefasst werden. Das dritte Ventil 65 bleibt dabei geschlossen. Der Luftverdichter 40 wird angetrieben und der von diesem erzeugte Luftmassenstrom verdrängt das Wasser aus dem Kathodenpfad, das in den Wassertank 60 abgeschieden wird und dort zur weiteren Verwendung zur Verfügung steht.When switching on, the water with which the cathode path was filled for switching off is removed from the cathode path. This will be the first valve 55 , the second valve 56 and the fourth valve 57 open. Optionally, the second valve 56 and the fourth valve 57 can be combined in a common valve for shutting off and regulating. The third valve 65 remains closed. The air compressor 40 is driven and the air mass flow generated by this displaces the water from the cathode path, which is in the water tank 60 is deposited and is available there for further use.

2 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Topologie eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1. Diese zweite Topologie umfasst ein EACT-Luftverdichtungssystem, das eine Luftverdichtung mit Turbine 70 auf einer Welle aufweist. Die von dem Luftverdichter 40 verdichtete Kathodenzuluft in dem Zuluftpfad 51 wird, anders als in 1, nicht mit Wasser zugespritzt. Gleichwohl können diese natürlich vorgesehen werden. 2 shows a block diagram of a second topology of a fuel cell system according to the invention 1 . This second topology includes an EACT air compression system that uses turbine air compression 70 having on a shaft. The one from the air compressor 40 compressed cathode supply air in the supply air path 51 is different than in 1 , not sprayed with water. However, these can of course be provided.

Anders als in der ersten Topologie der 1 sind eine Turbine 70 und ein Wasserabscheider 71 in diesem Brennstoffzellensystem 1 vorgesehen. Entsprechende Fluidpfade 72, 73 verbinden den Wasserabscheider 71 mit der Turbine 70 und die Turbine 70 mit dem Wassertank 73. Ferner ist ein separater Fluidpfad 74 vorgesehen, der den Wasserabscheider 71 mit dem Wassertank 60 verbindet, um Wasser aus dem Kathodenpfad in dem Wassertank 60 bereitzustellen.Unlike in the first topology of the 1 are a turbine 70 and a water separator 71 in this fuel cell system 1 intended. Corresponding fluid paths 72 , 73 connect the water separator 71 with the turbine 70 and the turbine 70 with the water tank 73 . There is also a separate fluid path 74 provided that the water separator 71 with the water tank 60 connects to water from the cathode path in the water tank 60 provide.

3 zeigt ein Blockschaltbild einer dritten Topologie eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1. Anders als in der zweiten Topologie aus 2 ist hier ein Turbinenbypasspfad 80 mit einem sechsten Ventil 81 als Bypass-Ventil vorgesehen, dass zusätzlich zu dem Pfad aus der zweiten Topologie über den Wasserabscheider 71 zu dem Wassertank 60 führt. Dadurch kann Wasser, das zum Ausschalten benutzt wird, beim Einschalten des Brennstoffzellensystems 1 an der Turbine 70 vorbei in den Wassertank 60 geleitet werden. Dazu wird von der Steuervorrichtung 100 das sechste Ventil 81 geöffnet, während das zweite Ventil 56 and das vierte Ventil 57 geschlossen werden. Mittels des Luftverdichters 40 wird dann das Wasser aus dem Kathodenpfad der Brennstoffzelle 10 in den Wassertank 60 befördert. Alternativ zu dem sechsten Ventil 81 als Bypass-Ventil kann ein Entleer-Ventil genutzt werden, welches in einem von dem Ausgang des Kathodenpfads der Brennstoffzelle 10 abgezweigten Pfad angeordnet und in den Wassertank 60 geführt ist. 3 shows a block diagram of a third topology of a fuel cell system according to the invention 1 . Different from the second topology 2 here is a turbine bypass path 80 with a sixth valve 81 provided as a bypass valve that in addition to the path from the second topology via the water separator 71 to the water tank 60 leads. This allows water that is used to switch off when the fuel cell system is switched on 1 on the turbine 70 over in the water tank 60 be directed. This is done by the control device 100 the sixth valve 81 opened while the second valve 56 and the fourth valve 57 getting closed. By means of the air compressor 40 then the water is removed from the cathode path of the fuel cell 10 in the water tank 60 promoted. Alternative to the sixth valve 81 A drain valve can be used as a bypass valve, which is located in one of the exit of the cathode path of the fuel cell 10 arranged branched path and into the water tank 60 is led.

4 zeigt ein Blockschaltbild einer vierten Topologie eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1. Dieses Brennstoffzellensystem 1 weist ein EAC-TAC-Luftverdichtungssystem auf. Die Luftverdichtung erfolgt dabei zweistufig mit einer Turbine 70 und einem Zwei-Wellen-System. Zwei optionale Einspritzvorrichtungen 44.1, 44.2 sorgen für eine entsprechende Befeuchtung der von den Luftverdichtern 40.1, 40.2, 40.3 verdichteten Luft. Die Wasserversorgung der Einspritzvorrichtungen 44.1, 44.2 mit Wasser aus dem Wassertank 60 kann über entsprechende Ventile 64.1, 64.2 erfolgen. Alternativ zu den Einspritzvorrichtungen 44.1, 44.2 können bspw. Wärmeübertrager verwendet werden. 4th shows a block diagram of a fourth topology of a fuel cell system according to the invention 1 . This fuel cell system 1 has an EAC-TAC air compression system. The air compression takes place in two stages with a turbine 70 and a two-shaft system. Two optional injectors 44.1 , 44.2 ensure that the air compressors are appropriately humidified 40.1 , 40.2 , 40.3 compressed air. The water supply to the injectors 44.1 , 44.2 with water from the water tank 60 can via appropriate valves 64.1 , 64.2 respectively. As an alternative to the injectors 44.1 , 44.2 For example, heat exchangers can be used.

Ein Wärmetauscher 90 dient der Wärmeübertragung der Luft in dem Zuluftpfad 51 bzw. einem ersten Wärmeübertragungspfad 91 und dem Abluftpfad 52 bzw. einem zweiten Wärmeübertragungspfad 92. Die Wärmeübertragungspfade 91, 92, 93 sind dabei ebenfalls Fluidpfade. Dadurch wird die Turbineneinlasstemperatur signifikant erhöht und die Feuchtigkeit reduziert. Die Rekuperationsleistung der Turbine 70 steigt an, ein separater Wasserabscheider 71, wie er in der zweiten und dritten Topologie vorgesehen ist, entfällt.A heat exchanger 90 serves to transfer heat to the air in the supply air path 51 or a first heat transfer path 91 and the exhaust air path 52 or a second heat transfer path 92 . The heat transfer paths 91 , 92 , 93 are also fluid paths. This significantly increases the turbine inlet temperature and reduces humidity. The recuperation performance of the turbine 70 rises, a separate water separator 71 as provided in the second and third topology is not applicable.

Claims (15)

Verfahren zur Degradationsverminderung beim Aus- und Einschalten einer Brennstoffzelle (10) eines Brennstoffzellensystems (1), die einen Kathodenluft führenden Kathodenpfad aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (a) Befüllen des Kathodenpfades mit Wasser beim oder nach einem Ausschalten der zuvor im Betrieb befindlichen Brennstoffzelle (10), und anschließend (b) Entleeren des mit Wasser befüllten Kathodenpfades vor oder bei einem Einschalten der außer Betrieb befindlichen Brennstoffzelle (10).A method for reducing degradation when switching a fuel cell (10) of a fuel cell system (1) on and off, which has a cathode path carrying cathode air, the method having the following steps: (a) Filling the cathode path with water during or after switching off the fuel cell (10) previously in operation, and then (b) emptying the water-filled cathode path before or when the fuel cell (10) which is not in operation is switched on. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt zur Vermeidung einer Vereisung des Kathodenpfades aufweist, der vor dem Durchführen des Schrittes (a) ausgeführt wird: Prüfen, ob Wasser in dem Kathodenpfad nach dem Ausschalten der Brennstoffzelle (10) gefrieren würde, und Ausführen des Schrittes (a) ausschließlich dann, wenn die Prüfung ergibt, dass das in dem Kathodenpfad befindliche Wasser nicht gefrieren würde.Procedure according to Claim 1 wherein the method further comprises the following step of preventing the cathode path from icing up, which is carried out before the step (a) is carried out: checking whether water in the cathode path would freeze after the fuel cell (10) has been switched off, and carrying out the step (a) only if the test shows that the water in the cathode path would not freeze. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt zur Vermeidung einer Vereisung des Kathodenpfades aufweist, der nach dem Durchführen des Schrittes (a) ausgeführt wird: Prüfen, ob das in dem Kathodenpfad befindliche Wasser gefrieren wird, oder Detektieren einer Vereisung des in dem Kathodenpfad befindlichen Wassers, und Ausführen des Schrittes (b), wenn die Prüfung ergibt, dass das in dem Kathodenpfad befindliche Wasser gefrieren wird oder vereistes Wasser detektiert wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the method further comprises the following step of avoiding icing of the cathode path, which is carried out after performing step (a): checking whether the water located in the cathode path will freeze, or detecting an icing of the water located in the cathode path and carrying out step (b) if the check shows that the water in the cathode path will freeze or that iced water is detected. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei für das Prüfen in dem Schritt zur Vermeidung einer Vereisung des Kathodenpfades die von zumindest einem Temperatursensor (101) des Brennstoffzellensystems (1) gemessene Temperatur herangezogen wird.Procedure according to Claim 2 or 3 , wherein the temperature measured by at least one temperature sensor (101) of the fuel cell system (1) is used for checking in the step of avoiding icing of the cathode path. Verfahren nach einem der Ansprüche, wobei für das Prüfen in dem Schritt zur Vermeidung einer Vereisung des Kathodenpfades die von zumindest einem mit dem Brennstoffzellensystem (1) drahtlos verbundenen externen Datenserver bereitgestellte Temperatur herangezogen wird.Method according to one of the claims, wherein the temperature provided by at least one external data server wirelessly connected to the fuel cell system (1) is used for the checking in the step of avoiding icing of the cathode path. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei vor dem Ausführen des Schrittes (a) eine Sauerstoffverarmung innerhalb des Kathodenpfades herbeigeführt wird.The method according to any one of the preceding claims, wherein, before step (a) is carried out, oxygen depletion is brought about within the cathode path. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei als Wasser systeminhärentes Produktwasser genutzt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the water used is system-inherent product water. Brennstoffzellensystem (1) mit: - einer Brennstoffzelle (10), - einem Zuluftpfad (51), der fluidtechnisch mit einem Kathodenpfad der Brennstoffzelle (10) verbunden ist, sodass Kathodenluft dem Kathodenpfad zuführbar ist, - einem Abluftpfad (52), der dazu eingerichtet ist, Abluft aus dem Kathodenpfad abzuführen, - einem Wassertank (60), der mit dem Abluftpfad (52) fluidtechnisch verbunden ist und mittels eines von dem Zuluftpfad (51) und dem Abluftpfad (52) verschiedenen ersten Fluidpfades (61) fluidtechnisch mit dem Kathodenpfad verbunden ist, und - einer Steuervorrichtung (100), die zur Ausführung eines Verfahrens gemäß einem der voranstehenden Ansprüche eingerichtet ist, sodass bei Ausführen des Schrittes (a) der Kathodenpfad mit Wasser aus dem Wassertank (60) befüllt wird, und bei Ausführen des Schrittes (b) Wasser aus dem Kathodenpfad in den Wassertank (60) entleert wird.Fuel cell system (1) with: - a fuel cell (10), - A supply air path (51) which is fluidically connected to a cathode path of the fuel cell (10) so that cathode air can be supplied to the cathode path, - an exhaust air path (52) which is set up to remove exhaust air from the cathode path, - a water tank (60) which is fluidically connected to the exhaust air path (52) and is fluidically connected to the cathode path by means of a first fluid path (61) different from the intake air path (51) and the exhaust air path (52), and - A control device (100) which is set up to carry out a method according to one of the preceding claims, so that the cathode path is filled with water from the water tank (60) when step (a) is carried out, and water when step (b) is carried out is emptied from the cathode path into the water tank (60). Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 8, wobei ein erstes Ventil (55) in dem Zuluftpfad (51) und zumindest ein zweites Ventil (56) in dem Abluftpfad (52) angeordnet sind, die jeweils steuerungstechnisch mit der Steuervorrichtung (100) gekoppelt sind, wobei die Steuervorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, das erste Ventil (55) vor dem Ausführen des Schrittes (a) zu schließen und das zumindest eine zweite Ventil (56) nach dem Ausführen des Schrittes (a) zu schließen.Fuel cell system (1) according to Claim 8 , a first valve (55) being arranged in the supply air path (51) and at least one second valve (56) being arranged in the exhaust air path (52), which are each coupled to the control device (100) in terms of control technology, the control device (100) for this purpose is set up to close the first valve (55) before carrying out step (a) and to close the at least one second valve (56) after carrying out step (a). Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 9, wobei die Steuervorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, das erste Ventil (55) und das zweite Ventil (56) zum Ausführen des Schrittes (b) zu öffnen.Fuel cell system (1) according to Claim 9 , wherein the control device (100) is set up to open the first valve (55) and the second valve (56) for carrying out step (b). Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Brennstoffzellensystem (1) ferner eine Pumpe (63) aufweist, die in dem ersten Fluidpfad (61) angeordnet ist, und die mit der Steuervorrichtung (100) steuerungstechnisch gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, bei Ausführen des Schrittes (a) Wasser aus dem Wassertank (60) mittels der Pumpe (63) in den Kathodenpfad zu pumpen.Fuel cell system (1) according to one of the Claims 8 until 10 , wherein the fuel cell system (1) further comprises a pump (63) which is arranged in the first fluid path (61) and which is coupled to the control device (100) in terms of control technology, the control device (100) being set up to perform of step (a) to pump water from the water tank (60) into the cathode path by means of the pump (63). Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 11, wobei ein drittes Ventil (65) zwischen der Pumpe (63) und dem Kathodenpfad angeordnet ist, und wobei das dritte Ventil (65) mit der Steuervorrichtung (100) steuerungstechnisch gekoppelt ist und die Steuervorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, das dritte Ventil (65) vor dem Ausführen des Schrittes (a) zu öffnen und das dritte Ventil (65) nach dem Ausführen des Schrittes (a) zu schließen.Fuel cell system (1) according to Claim 11 , wherein a third valve (65) is arranged between the pump (63) and the cathode path, and wherein the third valve (65) is control-technically coupled to the control device (100) and the control device (100) is set up to control the third valve (65) to open before carrying out step (a) and to close the third valve (65) after carrying out step (a). Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Brennstoffzellensystem (1) einen Luftverdichter (40), der in dem Zuluftpfad (51) angeordnet ist, aufweist, und die Steuervorrichtung (100) mit dem Luftverdichter (40) steuerungstechnisch gekoppelt und dazu eingerichtet ist, das Entleeren des mit Wasser befüllten Kathodenpfades mittels des Luftverdichters (40) auszuführen.Fuel cell system (1) according to one of the Claims 8 until 12th , wherein the fuel cell system (1) has an air compressor (40) which is arranged in the supply air path (51), and the control device (100) is control-technically coupled to the air compressor (40) and is set up to discharge the water-filled Execute cathode path by means of the air compressor (40). Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Brennstoffzellensystem (1) eine Einspritzvorrichtung (44) aufweist, die in dem Zuluftpfad (51) angeordnet und fluidtechnisch mit dem Wassertank (60) verbunden ist, wobei die Einspritzvorrichtung (44) dazu eingerichtet ist, Wasser aus dem Wassertank (60) in den Zuluftpfad (51) einzuspritzen.Fuel cell system (1) according to one of the Claims 8 until 13th , wherein the fuel cell system (1) has an injection device (44) which is arranged in the supply air path (51) and is fluidically connected to the water tank (60), the injection device (44) being set up to supply water from the water tank (60) injected into the supply air path (51). Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14.Motor vehicle with a fuel cell system (1) according to one of the Claims 8 until 14th .
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