DE102020212158A1 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1), aufweisend einen Brennstoffzellenstapel (3) in einem Gehäuse (2), einen Kompressor (11), der dazu ausgebildet ist, Umgebungsluft anzusaugen, zu komprimieren und über eine erste Druckleitung (20) dem Brennstoffzellenstapel (3) zuzuführen, eine an den Brennstoffzellenstapel (3) angeschlossene Spannungsüberwachungseinheit (4) sowie ein Lüftungssystem (30), das dazu ausgebildet ist, Umgebungsluft zum Wärmeaustausch an der Spannungsüberwachungseinheit (4) entlang sowie durch das Gehäuse (2) hindurch zu führen. Um eine effiziente Belüftung und Kühlung eines Brennstoffzellensystems zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Saugseite des Kompressors (11) wenigstens indirekt mit dem Lüftungssystem (30) verbunden ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Als Ersatz für konventionelle Verbrennungsmotoren wie Otto- oder Dieselmotoren werden in Kraftfahrzeugen zunehmend Elektromotoren eingesetzt. Als Energiequelle für den Elektromotor können dabei neben wiederaufladbaren Batterien auch Brennstoffzellen dienen, bei denen die Reaktionsenergie eines Brennstoffs (bspw. Wasserstoff) und eines Oxidationsmittels (bspw. Sauerstoff) in elektrische Energie umgewandelt wird. Ein gebräuchlicher Typ von Brennstoffzellen sind sogenannte Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen oder PEM-Brennstoffzellen. Die Brennstoffzelle weist dabei zwei Kammern auf, die durch eine Membran getrennt sind. In eine Kammer wird Wasserstoff gleitet, der dort an einer Anode in Elektronen sowie Protonen aufgeteilt wird, wobei letztere die Membran durchdringen können. Die Elektronen werden von der Anode aufgenommen und wandern zur Kathode, die in der anderen Kammer angeordnet ist. Dieser Kammer wird Sauerstoff zugeführt, der die Elektronen aufnimmt und mit den Protonen zu Wassermolekülen kombiniert. Dementsprechend bildet Wasser das einzige Reaktionsprodukt der Brennstoffzelle.
• Da die Spannung einer einzelnen Brennstoffzelle nur ca. 1,2 V beträgt und sich mit ihr auch nur eine begrenzte Leistung realisieren lässt, werden für einen Kraftfahrzeugantrieb eine Mehrzahl von Brennstoffzellen (z.B. mehrere Hundert oder mehrere Tausend) zu einem Stapel oder Stack kombiniert. Dabei kann die Anode einer Zelle durch eine sogenannte Bipolarplatte mit der Kathode der nächsten Zelle verbunden sein. Der Sauerstoff für die Kathode wird durch Umgebungsluft zur Verfügung gestellt, wobei es für einen effizienten Betrieb der Brennstoffzellen u.U. notwendig ist, die Umgebungsluft unter erhöhtem Druck zuzuführen, d.h. nach einer Verdichtung durch einen Kompressor. Dieser Kompressor kann auch Teil eines Turboladers sein, dessen Turbine durch Abgase der Brennstoffzellen, d.h. normalerweise feuchte Luft mit erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, angetrieben wird.
• Der Brennstoffzellenstapel ist im Kraftfahrzeug normalerweise von einem Gehäuse umgeben. Es kann sein, dass Wasserstoff innerhalb des Gehäuses austritt und dort mit Sauerstoff bzw. Umgebungsluft ein unter Umständen explosionsfähiges Gemisch bildet. Aus diesem Grund muss das Gehäuse belüftet werden und ein Wasserstoff-Sensor kann vorgesehen sein, um ein Auslaufen von Wasserstoff zu erkennen. Ein weiterer Grund für die Belüftung kann die Einhaltung eines für die Funktionsfähigkeit der Brennstoffzellen geeigneten Temperaturbereichs sein, der z.B. im Bereich zwischen 20°C und 80°C liegen kann. Zudem ist eine Zellspannungs-Überwachungseinheit bzw. CVM-Einheit (Cell Voltage Monitoring) notwendig, welche die Zellspannung der einzelnen Brennstoffzellen überwacht (z.B. durch Kontaktieren der o.g. Bipolarplatten) und entsprechende Informationen an eine Steuereinheit weitergeben kann. Die CVM-Einheit kann z.B. einen Alarm oder eine Abschaltung auslösen, wenn eine signifikante Änderung der Zellspannungsverteilung gemessen wird oder die Zellspannungen unter einem bestimmten Schwellenwert liegen. Die CVM-Einheit ist am oder im Gehäuse montiert. Auch sie muss gekühlt werden, z.B. durch einen Luftstrom. Um die entsprechende Kühlung zu gewährleisten und zudem für die o.g. Lüftung des Gehäuses zu sorgen, wird normalerweise ein elektrischer Lüfter eingesetzt, der am bzw. im Gehäuse montiert wird. Dieser nimmt Bauraum ein, erhöht die Kosten des Gesamtsystems und verbraucht beim Betrieb Energie.
• Die JP 2011-014400 A offenbart ein Gerät zum Überwachen der Spannung einer Brennstoffzelle. Dieses umfasst ein Spannungsüberwachungsteil zur Überwachung der Spannung der Brennstoffzelle und ein Trägerelement, auf dem das Spannungsüberwachungsteil installiert ist. Das Trägerelement dient auch zum Kühlen des Spannungsüberwachungsteils. Dabei kann eine Kühlwasserleitung durch das Trägerelement geführt sein. Statt einer Wasserkühlung ist auch eine ÖI- oder Luftkühlung möglich.
• Die US 2008/0156549 A1 offenbart ein Brennstoffzellensystem mit einem Gehäuse sowie einem hierin angeordneten ersten Teilsystem, das nicht für den Betrieb in einer brennbaren Umgebung zugelassen ist. Ein Sensor ist in dem Gehäuse angeordnet, um ein brennbares Gas zu erfassen. Eine Komponente, die ein brennbares Gas emittieren kann, ist in dem Gehäuse angeordnet. Innerhalb des Gehäuses ist ein Auftriebsweg definiert, um das im Gehäuse emittierte brennbare Gas durch Auftrieb so zu führen, dass es aus dem Gehäuse entweichen kann. Der Sensor befindet sich in dem Auftriebspfad. Zusätzlich kann ein aktives Belüftungssystem vorgesehen sein, wobei ein Lüftungskanal unterhalb eines Wasserstofftanks und oberhalb der elektrischen Komponenten ausgebildet ist. Für die eigentliche Brennstoffzelle ist eine Wasserkühlung vorgesehen.
• Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Belüftung und Kühlung eines Brennstoffzellensystems noch Raum für Verbesserungen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effiziente Belüftung und Kühlung eines Brennstoffzellensystems zu ermöglichen.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
• Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
• Durch die Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt. Wenngleich eine stationäre Anwendung des Brennstoffzellensystems möglich ist, handelt es sich bevorzugt um ein Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug. Hierbei ist neben einer Anwendung für Luft- oder Wasserfahrzeuge eine Anwendung für Landfahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge wie PKWs, Busse oder LKWs, bevorzugt, wobei die genannte Auswahl an Kraftfahrzeugen nicht beschränkend sein soll.
• Das Brennstoffzellensystem weist einen Brennstoffzellenstapel auf, der in einem Gehäuse angeordnet ist. Der Brennstoffzellenstapel, der auch als Brennstoffzellen-Stack bezeichnet werden kann, weist eine Mehrzahl von Brennstoffzellen auf, die stapelähnlich angeordnet und dabei wenigstens teilweise oder überwiegend in Reihe zueinander geschaltet sind. In der jeweiligen Brennstoffzelle wird die Reaktionsenergie eines Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie umgewandelt. Wenngleich die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist, kann es sich bei den Brennstoffzellen insbesondere um Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (bzw. PEM-Brennstoffzellen) handeln. Als Brennstoff ist normalerweise Wasserstoff vorgesehen, während als Oxidationsmittel Sauerstoff vorgesehen ist. Wie nachfolgend noch deutlich wird, wird der Sauerstoff durch Umgebungsluft bereitgestellt. Der Brennstoffzellenstapel ist in einem Gehäuse angeordnet, dessen Funktion u.a. in einem mechanischen Schutz des Brennstoffzellenstapels liegt sowie in einer Kapselung desselben, wodurch z.B. Handhabung und Einbau erleichtert werden können. Das Gehäuse ist normalerweise überwiegend geschlossen, weist allerdings Anschlüsse für verschiedene Leitungen auf.
• Das Brennstoffzellensystem weist des Weiteren einen Kompressor auf, der Umgebungsluft ansaugt, komprimiert und über eine erste Druckleitung dem Brennstoffzellenstapel zuführt. Der Kompressor weist in bekannter Weise eine Saugseite oder Einlassseite sowie eine Druckseite oder Auslassseite auf. Die genaue Funktionsweise des Kompressors ist im Rahmen der Erfindung nicht beschränkt. In jedem Fall ist er dazu eingerichtet, an der Saugseite Umgebungsluft anzusaugen, diese zu komprimieren bzw. zu verdichten und an der Druckseite abzugeben und über eine erste Druckleitung dem Brennstoffzellenstapel zuzuführen. Hier und im Folgenden ist der Begriff „Leitung“ nicht einschränkend auszulegen, sondern bezieht sich auf eine Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein Gas aufzunehmen und zu führen. Dabei kann eine solche Leitung aus mehreren Abschnitten oder Teilen bestehen, einen nicht-konstanten Querschnitt aufweisen oder auch Elemente aufweisen, mit denen Menge oder Zusammensetzung des Gasstroms beeinflusst werden können, wie bspw. Ventile oder Filter. Der Begriff „Druckleitung“ weist auf den druckseitigen Anschluss an den Kompressor hin und ist ansonsten nicht einschränkend auszulegen. Die erste Druckleitung verbindet den Kompressor bzw. dessen Druckseite mit dem Brennstoffzellenstapel. Genauer gesagt dient sie dazu, den Brennstoffzellen komprimierte Luft mit dem darin enthaltenen Sauerstoff als Oxidationsmittel zuzuführen. Dieses Oxidationsmittel reagiert innerhalb der Brennstoffzellen mit einem Brennstoff, bei dem es sich wie bereits oben erwähnt, normalerweise um Wasserstoff handelt. Die Verdichtung der angesaugten Umgebungsluft dient dazu, im Bereich der Brennstoffzellen eine für deren Betrieb optimale Sauerstoffkonzentration herzustellen.
• Da es sich bei dem Produkt der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff um Wasser handelt, ist innerhalb des Brennstoffzellenstapels typischerweise eine hohe Luftfeuchtigkeit gegeben. Für die optimale Funktion der Brennstoffzellen ist es wünschenswert, die Luftfeuchtigkeit der komprimierten Luft zumindest hieran anzunähern oder sogar anzugleichen. Zu diesem Zweck kann die erste Druckleitung bevorzugt einen Luftbefeuchter aufweisen. Die Feuchtigkeit für dessen Betrieb kann bspw. aus einem Abgasstrom des Brennstoffzellenstapels entnommen werden.
• Außerdem weist das Brennstoffzellensystem eine an den Brennstoffzellenstapel angeschlossene Spannungsüberwachungseinheit auf. Die Spannungsüberwachungseinheit, die auch als Zellspannungs-Überwachungseinheit oder CVM-Einheit bezeichnet werden kann, überwacht die Zellspannung der einzelnen Brennstoffzellen und kann entsprechende Informationen an eine Steuereinheit weitergeben. Sie kann unter Umständen Warnmeldungen ausgeben oder auch selbstständig Notfallmaßnahmen einleiten, sofern die Zellspannung außerhalb eines vorgesehenen Bereichs liegt. Zur Messung der Zellspannung könnten zumindest Kontaktleitungen der Spannungsüberwachungseinheit innerhalb des Gehäuses verlaufen. Andere Teile der Spannungsüberwachungseinheit können außerhalb des Gehäuses angeordnet sein, sind aber in der Regel zumindest am Gehäuse bzw. benachbart zu diesem angeordnet.
• Des Weiteren weist das Brennstoffzellensystem ein Lüftungssystem auf, das dazu ausgebildet ist, Umgebungsluft zum Wärmeaustausch an der Spannungsüberwachungseinheit entlang sowie durch das Gehäuse hindurch zu führen. Wenngleich hier von „Umgebungsluft“ die Rede ist, versteht es sich, dass die entsprechende Umgebungsluft innerhalb des Lüftungssystems gereinigt, gefiltert oder in anderer Weise modifiziert werden könnte. In jedem Fall ist das Lüftungssystem, das eine oder mehrere Leitungen aufweist, dazu eingerichtet, die Umgebungsluft an der Spannungsüberwachungseinheit entlang zu führen, wodurch ein Wärmeaustausch zwischen der Umgebungsluft und der Spannungsüberwachungseinheit möglich ist. Normalerweise erfolgt hierbei ein Kühlen der Spannungsüberwachungseinheit durch den vorbeigeführten Luftstrom. Außerdem ist das Lüftungssystem dazu eingerichtet, die Umgebungsluft durch das Gehäuse hindurch zu führen. Letzteres erfüllt zwei Funktionen. Zum einen kann das Innere des Gehäuses mit dem darin befindlichen Brennstoffzellenstapel temperiert (z.B. gekühlt) werden. Zum anderen erfolgt ein Luftaustausch bzw. Gasaustausch innerhalb des Gehäuses. Wenn z.B. Wasserstoff innerhalb des Gehäuses freigesetzt wird, kann verhindert werden, dass sich dieser soweit anreichert, dass sich ein explosionsfähiges Gemisch bildet. Es versteht sich, dass das Gehäuse zu dem genannten Zweck wenigstens eine Eintrittsöffnung sowie eine Austrittsöffnung aufweisen muss, über welche die Umgebungsluft hinein- sowie wieder herausgeführt werden kann.
• Erfindungsgemäß ist eine Saugseite des Kompressors wenigstens indirekt mit dem Lüftungssystem verbunden. Man könnte auch sagen, dass das Lüftungssystem wenigstens indirekt an die Saugseite des Kompressors angeschlossen ist. Somit wird durch den Kompressor nicht nur Umgebungsluft von außen angesaugt, sondern es wird durch den Kompressor auch der Luftstrom durch das Lüftungssystem erzeugt. D.h., der ohnehin für den optimalen Betrieb der Brennstoffzellen notwendige Kompressor erhält erfindungsgemäß eine zweite Funktion, da er auch der Belüftung bzw. Kühlung wesentlicher Komponenten des Brennstoffzellensystems dient. Daher entfällt die Notwendigkeit für einen eigens vorgesehenen Lüfter, welcher Bauraum einnehmen und den Aufbau des Brennstoffzellensystems verkomplizieren würde. Somit lassen sich die Kosten für Material und Zusammenbau bei der erfindungsgemäßen Lösung reduzieren. Gleiches gilt für den Energieverbrauch.
• Vorteilhaft ist die das Gehäuse bezüglich des Lüftungssystems wenigstens überwiegend stromabwärts der Spannungsüberwachungseinheit angeordnet. Die Spannungsüberwachungseinheit kann dabei stromaufwärts des (gesamten) Gehäuses angeordnet sein. D.h., die Spannungsüberwachungseinheit und das Gehäuse sind bezüglich des Lüftungssystems hintereinander angeordnet, und zwar derart, dass die Luft zunächst an der Spannungsüberwachungseinheit entlang geführt wird und mit dieser Wärme austauscht (also diese normalerweise kühlt), während sie danach durch das Gehäuse hindurch geführt wird. Alternativ kann die Spannungsüberwachungseinheit innerhalb des Gehäuses angeordnet sein, allerdings derart, dass der überwiegende Teil des Gehäuses stromabwärts liegt, so dass die Luft innerhalb des Gehäuses zunächst an der Spannungsüberwachungseinheit entlang geführt wird und danach den überwiegenden Teil (bzw. den Rest) des Gehäuses durchströmt. Die Spannungsüberwachungseinheit kann bei jeder der zwei genannten Alternativen bspw. in der Nähe einer Eintrittsöffnung des Gehäuses angeordnet sein, durch welche die Luft in das Gehäuse eintritt, entweder (unmittelbar) stromaufwärts oder stromabwärts der Eintrittsöffnung. Durch diesen Aufbau wird im Allgemeinen die Kühlung der Spannungsüberwachungseinheit optimiert, da die Luft beim Erreichen derselben im Wesentlichen noch Umgebungstemperatur hat. Normalerweise ist die dabei erfolgende Erwärmung der Luft für den Betrieb des Brennstoffzellenstapels unkritisch. Würde bspw. stattdessen die Luft zunächst durch das Innere des Gehäuses geführt, wobei sie sich im Allgemeinen erwärmt, und danach an der Spannungsüberwachungseinheit entlang, könnte die effektive Kühlung der letzteren beeinträchtigt werden.
• Im Rahmen der Erfindung könnte der Kompressor bspw. rein elektrisch betrieben werden mithilfe von Energie, die aus dem Brennstoffzellenstapel entnommen wurde. Gemäß einer Ausführungsform weist ein Turbolader den Kompressor auf sowie eine Turbine, die mit einer Abgasleitung des Brennstoffzellenstapels verbunden ist. Normalerweise sind ein Rotor der Turbine sowie ein Rotor des Kompressors über eine gemeinsame Welle verbunden, so dass deren Rotation aneinander gekoppelt ist. Eine Abgasleitung, die vom Brennstoffzellenstapel kommt, ist mit der Turbine des Kompressors verbunden bzw. durch diese hindurch geführt. Bei einer auf Basis von Wasserstoff und Sauerstoff funktionierenden Brennstoffzelle handelt es sich bei dem Abgas, welches in der Abgasleitung geführt wird, im Wesentlichen um feuchte Luft. Diese hatte idealerweise einen erhöhten Druck sowie eine erhöhte Temperatur, so dass ihre erhöhte innere Energie zum Betrieb der Turbine genutzt werden kann. Der Kompressor kann u.U. ausschließlich durch die Turbine und somit durch im Abgas enthaltene Energie betrieben werden. Ergänzend wäre es allerdings auch möglich, dass die Wirkung der Turbine bspw. durch einen elektrischen Hilfsmotor ergänzt wird. Der Turbolader kann auch als Biturbolader mit zwei Kompressoren und zwei Turbinen ausgebildet sein. Unabhängig hiervon können zwei parallel arbeitende Kompressoren eingesetzt werden. Unter Umständen kann der Kompressor auch als zweistufiger Kompressor ausgebildet sein, so dass eine zweistufige Verdichtung der Umgebungsluft erfolgt. Auch wenn man streng genommen von zwei parallel bzw. sequenziell angeordneten Kompressoren sprechen könnte, sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auch diese Ausführungsformen vom Begriff „ein Kompressor“ abgedeckt.
• Normalerweise saugt der Kompressor die Umgebungsluft über eine Saugleitung an, die z.B. von einer geeigneten Stelle des Kraftfahrzeugs zum Kompressor geführt ist. Eine solche Saugleitung kann einen Luftfilter aufweisen, durch den Feststoffpartikel und Flüssigkeitströpfchen aus der Umgebungsluft entfernt werden können. Das Lüftungssystem könnte die Umgebungsluft über eine eigene, von der Saugleitung unabhängige Leitung ansaugen. Allerdings zweigt das Lüftungssystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform von einer saugseitig an den Kompressor angeschlossen Saugleitung ab und mündet im Bereich einer Venturi-Düse wieder in die Saugleitung ein. Insbesondere kann das Lüftungssystem von einem Luftfilter bzw. stromabwärts eines Luftfilters abzweigen. Der Teil des Lüftungssystems, der zur Spannungsüberwachungseinheit und zum Gehäuse führt, kann als Zuluftleitung bezeichnet werden, während der Teil, der stromabwärts der Spannungsüberwachungseinheit und des Gehäuses angeordnet ist, als Abluftleitung bezeichnet werden kann. In der Abluftleitung ist bevorzugt ein Sensor angeordnet, mit welchem die Zusammensetzung des Luftstroms in der Abluftleitung analysiert werden kann. Insbesondere kann es sich dabei um einen Wasserstoff-Sensor handeln, der die Wasserstoffkonzentration feststellen kann, womit eine mögliche Leckage innerhalb des Brennstoffzellenstapels erkannt werden kann. Bei der hier beschriebenen Ausgestaltung zweigt die Zuluftleitung von der Saugleitung ab, während die Abluftleitung wieder in die Saugleitung einmündet, allerdings im Bereich einer Venturi-Düse. Da das Venturi-Prinzip auf einer Querschnittsverengung beruht, kann man auch sagen, dass das Lüftungssystem (bzw. die Zuluftleitung) von einem ersten Bereich der Saugleitung mit weiterem Querschnitt abzweigt, während es (bzw. die Abluftleitung) in einen zweiten Bereich mit engerem Querschnitt einmündet. In dem zweiten Bereich bzw. im Bereich der Venturi-Düse herrscht eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit in der Saugleitung, was einen geringeren statischen Druck zur Folge hat, wodurch die Luft durch das Lüftungssystem gesaugt wird.
• Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist in einer Abluftleitung des Belüftungssystems stromabwärts des Gehäuses sowie der Spannungsüberwachungseinheit ein erstes Ventil angeordnet, welches dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom durch die Abluftleitung zu beeinflussen. Die Abluftleitung ist Teil des Belüftungssystems und innerhalb derselben stromabwärts des Gehäuses und stromabwärts der Spannungsüberwachungseinheit angeordnet. D.h., die Luft, die die Abluftleitung durchströmt, hat zuvor das Gehäuse und die Spannungsüberwachungseinheit durchlaufen bzw. ist an letzterer vorbeigeströmt. Das erste Ventil kann als passives Ventil ausgebildet sein oder als aktives Ventil, welches bspw. durch eine nachfolgend noch erläuterte Steuereinheit angesteuert werden kann. Es ist dazu ausgebildet, den Luftstrom durch die Abluftleitung zu beeinflussen, was bedeuten kann, dass der Luftstrom durch das Ventil wahlweise blockiert und freigegeben werden kann und/oder dass die Stärke des Luftstroms verändert werden kann. Insbesondere im letzteren Fall kann man auch von einem (ersten) Drosselventil sprechen.
• Die Umgebungsluft, die vom Lüftungssystem dem Gehäuse zugeführt wird, bewirkt in aller Regel eine Kühlung des Gehäuses. Je nach Umgebungstemperatur sowie aktuellem Zustand des Brennstoffzellenstapels kann eine solche Kühlung allerdings kontraproduktiv sein, da eine zu niedrige Temperatur die Funktion der Brennstoffzellen ebenfalls beeinträchtigt. Dies kann z.B. bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs der Fall sein. Dem könnte grundsätzlich dadurch begegnet werden, dass - bspw. über das oben erwähnte erste Ventil - der Luftstrom durch das Lüftungssystem weitgehend gedrosselt oder sogar völlig blockiert wird. Dies würde allerdings der Lüftungsfunktion, also dem normalerweise kontinuierlichen Luftaustausch innerhalb des Gehäuses, zuwiderlaufen. Es könnte sich hierbei eine schädliche Wasserstoffkonzentration bilden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Kompressor über eine zweite Druckleitung mit dem Gehäuse verbunden, wobei ein zweites Ventil dazu eingerichtet ist, den Luftstrom durch die zweite Druckleitung zu beeinflussen. Die zweite Druckleitung ist einerseits direkt oder indirekt mit der Druckseite des Kompressors verbunden und führt somit Luft, die unter erhöhtem Druck steht und in der Regel auch eine gegenüber der Umgebungsluft erhöhte Temperatur aufweist. Andererseits mündet die zweite Druckleitung in das Gehäuse. Insgesamt führen somit zwei Luftleitungen in das Gehäuse, nämlich eine Zuluftleitung des Lüftungssystems sowie die zweite Druckleitung (welche auch als Teil des Lüftungssystems angesehen werden kann). Über erstere kann dem Gehäuse tendenziell kühlere Luft zugeführt werden, während über letztere tendenziell wärmere Luft zugeführt werden kann. In jedem Fall kann die Luft durch die oben erwähnte Abluftleitung das Gehäuse wieder verlassen. Die wärmere Luft aus der zweiten Druckleitung ermöglicht eine Belüftung des Gehäuses, ohne eine funktionsbeeinträchtigende Unterkühlung des Brennstoffzellenstapels in Kauf nehmen zu müssen. Da wie oben erwähnt die Notwendigkeit zum Zuführen wärmerer Luft einerseits vom Betriebszustand des Brennstoffzellenstapels sowie andererseits von der Temperatur der Umgebungsluft abhängt, ist ein zweites Ventil dazu vorgesehen, den Luftstrom durch die zweite Druckleitung zu beeinflussen. Dies kann sich, wie bereits oben bezüglich des ersten Ventils erläutert, auf eine wahlweise Blockierung und Freigabe des Luftstroms beziehen und/oder auf eine Veränderung der Stärke desselben.
• Unter Umständen kann es sinnvoll sein, dass die erste Druckleitung einen Wärmetauscher aufweist und die zweite Druckleitung den Wärmetauscher umgeht. Der Wärmetauscher dient dazu, die im Kompressor erwärmte Luft zu kühlen, bevor sie dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird. Sofern vorhanden, ist ein oben erwähnter Luftbefeuchter bevorzugt stromabwärts eines solchen Wärmetauschers angeordnet. Eine Kühlung der Luft in der zweiten Druckleitung wäre allerdings normalerweise kontraproduktiv, weshalb sie den Wärmetauscher umgeht. Sie kann dabei stromaufwärts des Wärmetauschers von der ersten Druckleitung abzweigen oder aber völlig unabhängig von dieser geführt sein.
• Das Lüftungssystem kann stromaufwärts des Gehäuses sowie der Spannungsüberwachungseinheit eine Zuluftleitung aufweisen, wobei ein drittes Ventil dazu eingerichtet ist, den Luftstrom durch die Zuluftleitung zu beeinflussen. Über die Zuluftleitung wird die Umgebungsluft zum Gehäuse sowie zur Spannungsüberwachungseinheit hingeführt. Wie bereits erläutert, ist diese Umgebungsluft im Allgemeinen kühler als die in der zweiten Druckleitung geführte Luft. Insbesondere dann, wenn eine Kühlung des Gehäuses nicht notwendig oder sogar kontraproduktiv ist, kann durch das dritte Ventil der Luftstrom durch die Zuluftleitung reduziert oder sogar vollständig unterbrochen werden, während er bei notwendiger Kühlung verstärkt oder maximiert werden kann. Diese Ausführungsform kann vorteilhaft mit der o.g. kombiniert werden, in welcher eine zweite Druckleitung mit einem zweiten Ventil vorgesehen ist.
• Bevorzugt ist eine Steuereinheit dazu eingerichtet, wenigstens indirekt eine Temperatur innerhalb des Gehäuses zu ermitteln und in Abhängigkeit hiervon das zweite und dritte Ventil anzusteuern, um die Luftströme durch die Zuluftleitung sowie durch die zweite Druckleitung zu beeinflussen. Die Steuereinheit kann als Teil des Brennstoffzellensystems angesehen werden. Sie kann aber auch als gewissermaßen übergeordnete Steuereinheit zusätzlich für Steuerfunktionen eingerichtet sein, die nicht das Brennstoffzellensystem betreffen. Es versteht sich, dass die Steuereinheit wenigstens teilweise softwaremäßig realisiert sein kann. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, wenigstens indirekt eine Temperatur innerhalb des Gehäuses zu ermitteln. Zu diesem Zweck ist sie normalerweise mit wenigstens einem Temperatursensor verbunden, der typischerweise am Gehäuse bzw. innerhalb desselben angeordnet ist. Bspw. kann ein Temperatursensor im Bereich einer Eingangsöffnung des Gehäuses angeordnet sein, in welchem die aus der Zuluftleitung und/oder aus der zweiten Druckleitung stammende Luft einströmt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Temperatursensor im Bereich einer Ausgangsöffnung des Gehäuses angeordnet sein, in welchem die Luft in die Abluftleitung ausströmt. Zusätzlich kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, wenigstens indirekt eine Temperatur innerhalb der Zuluftleitung und/oder der zweiten Druckleitung zu ermitteln. Hierzu kann sie mit weiteren Temperatursensoren verbunden sein, welche bspw. in der Zuluftleitung und/oder in der zweiten Druckleitung angeordnet sein können. Durch die erhaltenen Messwerte kann die Steuereinheit bspw. ein optimales Mischungsverhältnis der Luftströme aus der Zuluftleitung und der zweiten Druckleitung ermitteln und entsprechend über das zweite und dritte Ventil einstellen.
• Unter bestimmten Umständen kann die Kühlung der Spannungsüberwachungseinheit durch das Lüftungssystem unzureichend sein. Dies kann bspw. der Fall sein, wenn die Spannungsüberwachungseinheit im Betrieb besonders viel elektrische Leistung in Wärme umsetzt, wenn die Umgebungstemperatur - und somit die Temperatur der Umgebungsluft - ungewöhnlich hoch ist oder wenn die Zufuhr von Umgebungsluft über das Lüftungssystem zwischenzeitlich gedrosselt wird, um ein Unterkühlen des Brennstoffzellenstapels zu verhindern. In diesen Fällen kann das Brennstoffzellensystem eine vom Lüftungssystem unabhängige Kühleinheit zum Kühlen der Spannungsüberwachungseinheit aufweisen. Die entsprechende Kühleinheit kann bspw. einen separaten Kühlkreislauf mit einem ersten Wärmetauscher an der Spannungsüberwachungseinheit sowie einem zweiten Wärmetauscher zur Wärmeabgabe an die Umgebung aufweisen. Innerhalb eines Kraftfahrzeugs könnten in diesen Kühlkreislauf auch weitere Fahrzeugkomponenten eingebunden sein. Alternativ könnte die Kühleinheit bspw. auch eines oder mehrere Peltier-Elemente aufweisen.
• Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
• 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems;
• 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems;
• 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems;
• 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems;
• 5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems; sowie
• 6 ein Flussdiagramm, welches ein Betriebsverfahren des Brennstoffzellensystems aus 3 illustriert.
• In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
• 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1, welches bspw. bei einem Kraftfahrzeug wie einen LKW oder PKW eingesetzt werden kann. Ein Brennstoffzellenstapel 3 ist in einem Gehäuse 2 angeordnet. Er kann bspw. mehrere Hundert oder mehrere Tausend PEM-Brennstoffzellen aufweisen, die zur Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff ausgebildet sind. Um die Zellspannungen zu überwachen, ist im Gehäuse 2 eine Spannungsüberwachungseinheit 4 angeordnet, welche auch als CVM-Einheit bezeichnet werden kann. Sie kontaktiert über hier nicht dargestellte Verbindungsleitungen die einzelnen Brennstoffzellen, um deren Spannung zu messen. Falls eine Abweichung der Zellspannungen von einem vorgesehenen Sollwertbereich festgestellt wird, kann die Spannungsüberwachungseinheit 4 einen Hinweis bzw. Alarm erzeugen, der bspw. an eine übergeordnete Fahrzeugsteuerung gesendet wird. Während der Wasserstoff aus einem hier nicht dargestellten Tank des Kraftfahrzeugs entnommen wird, wird der Sauerstoff aus der Umgebungsluft gewonnen. Diese wird von einem zweistufigen Kompressor 11 über eine Ansaugleitung 15 angesaugt, in einer ersten Stufe komprimiert, über eine Hilfsleitung 27 einer zweiten Stufe zugeführt, erneut komprimiert und über eine erste Druckleitung 20 dem Brennstoffzellenstapel 3 zugeführt. Um die Luftfeuchtigkeit der derart komprimierten Luft an die Verhältnisse innerhalb des Brennstoffzellenstapels 3 anzugleichen, weist die erste Druckleitung 20 einen Luftbefeuchter 21 auf. Dieser reichert die Luft in der ersten Druckleitung 20 mit Feuchtigkeit an, die aus der in einer Abgasleitung 22 geführten Luft entnommen wird. Die Abgasleitung 22, welche ein Rückschlagventil 23 aufweist, ist an den Brennstoffzellenstapel 3 angeschlossen und führt Luft von den einzelnen Brennstoffzellen ab, die durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff mit Wasser angereichert ist.
• Um einerseits für eine Kühlung des Brennstoffzellenstapels 3 sowie der Spannungsüberwachungseinheit 4 zu sorgen und um andererseits das Innere des Gehäuses 2 zu belüfteten, ist ein Lüftungssystem 30 vorgesehen. Dieses weist eine Zuluftleitung 31 auf, die von einem Luftfilter 16 der Saugleitung 15 abzweigt und zur Spannungsüberwachungseinheit 4 führt. Das Lüftungssystem 30 führt in der Nähe der Spannungsüberwachungseinheit 4 in das Gehäuse 2 hinein. Die Luft erreicht innerhalb des Gehäuses 2 zunächst die Spannungsüberwachungseinheit 4, so dass das Gehäuse überwiegend stromabwärts der Spannungsüberwachungseinheit 4 liegt. Das Innere des Gehäuses 2 bildet dabei einen Teil des Lüftungssystems 30, welches außerdem eine Abluftleitung 32 aufweist, die vom Gehäuse 2 zu einer Venturi-Düse 17 innerhalb der Ansaugleitung 15 geführt ist. Die Venturi-Düse 17 kann auch als Abschnitt der Ansaugleitung 15 mit verengtem Querschnitt angesehen werden. Aufgrund der höheren Strömungsgeschwindigkeit in diesem verengten Abschnitt ist der statische Druck innerhalb der Saugleitung 15 hier geringer als bspw. am Luftfilter 16, weshalb insgesamt durch die Wirkung des Kompressors 11 Umgebungsluft durch das Lüftungssystem 30 gesaugt wird. Es ist somit kein zusätzlicher Lüfter notwendig, sondern es wird eine Komponente verwendet, die zur Erzeugung der Druckluft für den Brennstoffzellenstapel 3 ohnehin vorhanden ist. Die Durchlüftung des Gehäuses 2 verhindert im Falle eines Austretens von Wasserstoff die Entstehung eines explosionsfähigen Gemischs. Außerdem kann durch Analyse des in der Abluftleitung 32 geführten Luftstroms das Vorhandensein bzw. Ausmaß einer solchen Wasserstoff leckage festgestellt werden. Hierzu weist die Abluftleitung 32 einen Wasserstoff-Sensor 33 auf.
• Optional kann das Brennstoffzellensystem 1 eine Kühleinheit 5 aufweisen, mit welcher die Spannungsüberwachungseinheit 4 unabhängig vom Lüftungssystem 30 gekühlt werden kann. Diese kann bspw. als Wärmetauscher ausgebildet sein, der an einen Flüssigkeitskühlkreislauf angeschlossen ist.
• 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1, die weitgehend mit der ersten Ausführungsform identisch ist und insofern nicht nochmals erläutert wird. Allerdings ist in diesem Fall in der Abluftleitung 32 ein erstes Ventil 34 angeordnet, mittels dessen der Luftstrom durch die Abluftleitung 32 und somit der Luftstrom durch das gesamte Lüftungssystem 30 beeinflusst werden kann. Der Luftstrom kann gedrosselt oder sogar vollständig gestoppt werden, bspw. wenn die Temperatur innerhalb des Gehäuses 2 so niedrig ist, dass die Funktion der Brennstoffzellen beeinträchtigt werden könnte. Aus diesem Grund ist das erste Ventil 32 normalerweise als aktives Ventil ausgebildet, welches durch eine Steuereinheit 40 gesteuert wird. Die Steuereinheit 40 kann an Temperatursensoren 41 - 44 angeschlossen sein, um festzustellen, ob eine entsprechende Drosselung des Luftstroms notwendig ist. In diesem Beispiel ist ein erster Temperatursensor 41 innerhalb des Gehäuses 2 in der Nähe einer Eintrittsöffnung angeordnet, durch welche die Luft im Bereich der Spannungsüberwachungseinheit 4 in das Gehäuse 2 eintritt, während ein zweiter Temperatursensor 42 in der Nähe einer Austrittsöffnung angeordnet ist, an welcher die Luft aus dem Gehäuse in die Abluftleitung 32 eintritt. Diese Konfiguration ist selbstverständlich nur beispielhaft zu verstehen und es könnte einer der genannten Sensoren 41, 42 weggelassen oder auch anders platziert werden. Zusätzlich könnten weitere Temperatursensoren 41 - 44 vorgesehen sein.
• 3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1, die wiederum weitgehend mit der zweiten Ausführungsform übereinstimmt und insoweit nicht nochmals erläutert wird. In diesem Fall ist allerdings in der ersten Druckleitung 20 stromaufwärts des Luftbefeuchters 21 ein Wärmetauscher 24 vorgesehen, durch welchen die in der ersten Druckleitung 20 geführte Luft gekühlt wird, bevor sie den Luftbefeuchter 21 und im Weiteren den Brennstoffzellenstapel 3 erreicht. Von der ersten Druckleitung 20 zweigt eine zweite Druckleitung 25 ab, die wie die Zuluftleitung 31 in das Innere des Gehäuses 2 mündet. Während allerdings die in der Zuluftleitung 31 geführte Luft anfänglich Umgebungstemperatur hat und durch das Durchlaufen der Spannungsüberwachungseinheit 4 normalerweise nur geringfügig erwärmt ist, kann die Luft in der zweiten Druckleitung 25 durch den Energieeintrag seitens des Kompressors 11 eine deutlich höhere Temperatur aufweisen. Die zweite Druckleitung 25 weist ein zweites Ventil 26 auf und die Zuluftleitung 31 weist ein drittes Ventil 35 auf, die beide über die Steuereinheit 40 gesteuert werden. Die Steuereinheit 40 kann somit wahlweise den Luftstrom in jeder der beiden Leitungen 25, 31 unterbrechen oder auch dessen Stärke variieren. Während sämtliche Luft, die durch das Gehäuse 2 geleitet wird, dieses stets durch die Abluftleitung 32 verlässt, kann durch die Einstellung des zweiten Ventils 26 und des dritten Ventils 35 der Anteil an (im Allgemeinen kühlerer) Luft aus der Zuluftleitung 31 und (im Allgemeinen wärmerer) Luft aus der zweiten Druckleitung 25 variiert werden. Um die entsprechenden Anteile besser ermitteln zu können, ist die Steuereinheit 40 in diesem Fall mit einem dritten Temperatursensor 43 in der Zuluftleitung 31 und mit einem vierten Temperatursensor 44 in der zweiten Druckleitung 25 verbunden.
• 4 zeigt eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1, die weitgehend mit der in 1 dargestellten Ausführungsform übereinstimmt und insoweit nicht nochmals erläutert wird. Allerdings ist in diesem Fall der Kompressor 11 Teil eines Turboladers 10, welcher eine Turbine 12 aufweist, die bspw. über eine gemeinsame Welle mit dem Kompressor 11 verbunden sein kann. Die Abgasleitung 22 ist durch die Turbine 12 hindurchgeführt, so dass die vom Brennstoffzellenstapel 3 kommende Abluft verwendet werden kann, um die Turbine 12 anzutreiben. Im weiteren Verlauf ist die Abgasleitung 22 durch den Luftbefeuchter 21 geführt. Bei der hier gezeigten Ausführungsform durchläuft die erste Druckleitung 20 zunächst (wie bei der in 3 gezeigten Ausführungsform) einen Wärmetauscher 24 und danach den Luftbefeuchter 21, und ist von dort aus weiter zum Brennstoffzellenstapel 3 geführt. Unter Umständen kann der Druck der Abluft für einen effizienten Betrieb der Turbine 12 unzureichend sein. In diesem Fall kann der Turbolader 10 einen hier nicht dargestellten Elektromotor als Hilfsantrieb aufweisen.
• 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1, die weitgehend mit der in 3 dargestellten Ausführungsform übereinstimmt und insoweit nicht nochmals erläutert wird. Auch hier ist allerdings der Kompressor 11 Teil eines Turboladers 10, welcher eine Turbine 12 aufweist. Die Abgasleitung 22 ist wiederum durch die Turbine 12 hindurchgeführt, um die Turbine 12 anzutreiben, sowie durch den Luftbefeuchter 21. Des Weiteren durchläuft die erste Druckleitung 20 zunächst den Wärmetauscher 24 und danach den Luftbefeuchter 21 und ist von dort aus weiter zum Brennstoffzellenstapel 3 geführt. Wiederum kann der Turbolader 10 einen hier nicht dargestellten Elektromotor als Hilfsantrieb aufweisen.
• Bei den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Spannungsüberwachungseinheit 4 innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet. Alternativ könnte sie allerdings z.B. auch außerhalb des Gehäuses 2, stromaufwärts desselben, angeordnet sein. In diesem Fall wäre das gesamte Gehäuse 2 stromabwärts der Spannungsüberwachungseinheit 4 angeordnet.
• 6 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein mögliches Betriebsverfahren des in 3 dargestellten Brennstoffzellensystems 1 darstellt. Das Betriebsverfahren lässt sich auch auf das in 5 dargestellte Brennstoffzellensystem 1 anwenden. Nach dem Start bei Schritt 100 wird zunächst bei Schritt 110 überprüft, ob Kaltstartbedingungen vorliegen, bspw. kurz nach dem Start des Fahrzeugs bei niedriger Umgebungstemperatur. In diesem Fall ist die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 3 so niedrig, dass die optimale Funktion der Brennstoffzellen beeinträchtigt ist. Ob dies der Fall ist, kann bspw. anhand der Messwerte des ersten und/oder zweiten Temperatursensor 41, 42 ermittelt werden. Wenn die Steuereinheit 40 entscheidet, dass Kaltstartbedingungen vorliegen, öffnet sie bei Schritt 120 die zweite Druckleitung 25 mittels des zweiten Ventils 26 und schließt die Zuluftleitung 31 mittels des dritten Ventils 35. Hierdurch wird der Aufwärmvorgang des Brennstoffzellenstapels 3 beschleunigt, während weiterhin eine Durchlüftung des Gehäuses 2 gegeben ist, so dass bspw. über den Wasserstoff-Sensor 33 eine Wasserstoffkonzentration festgestellt werden kann.
• Wird bei einer erneuten Prüfung der Kaltstartbedingungen festgestellt, dass diese nicht mehr vorliegen, wird gewissermaßen der Normalbetrieb erreicht, in dem bei Schritt 130 geprüft wird, ob eine Kühlung des Gehäuses 2 (bzw. des darin aufgenommenen Brennstoffzellenstapels 3) sowie der Spannungsüberwachungseinheit 4 notwendig ist. Sofern dies der Fall ist, wird bei Schritt 140 die zweite Druckleitung 25 geschlossen, während die Zuluftleitung 31 geöffnet wird. Dies führt zu einer maximal möglichen Kühlwirkung. Falls keine Kühlung des Gehäuses 2 notwendig ist, wird versucht, dessen aktuelle Betriebstemperatur wenigstens annähernd aufrechtzuerhalten. Hierzu öffnet die Steuereinheit 40 bei Schritt 150 die zweite Druckleitung 25 und die Zuluftleitung 31 jeweils anteilig, wobei der Anteil u.a. anhand der Messwerte des dritten Temperatursensors 33 sowie des vierten Temperatursensors 34 ermittelt werden kann. In jedem Fall wird in einem zusätzlichen Schritt 160 überprüft, ob eine Zusatzkühlung der Spannungsüberwachungseinheit 4 notwendig ist. Falls ja, wird die Kühleinheit 5 bei Schritt 170 eingeschaltet, andernfalls wird sie bei Schritt 180 ausgeschaltet.
• Bezugszeichenliste

1

Brennstoffzellensystem

2

Gehäuse

3

Brennstoffzellenstapel

4

Spannungsüberwachungseinheit

5

Kühleinheit

10

Turbolader

11

Kompressor

12

Turbine

15

Saugleitung

16

Luftfilter

17

Venturi-Düse

20

erste Druckleitung

21

Luftbefeuchter

22

Abgasleitung

23

Rückschlagventil

24

Wärmetauscher

25

zweite Druckleitung

26, 34, 35

Ventil

27

Hilfsleitung

30

Lüftungssystem

31

Zuluftleitung

32

Abluftleitung

33

Wasserstoff-Sensor

40

Steuereinheit

41-44

Temperatursensor

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2011014400 A [0005]
• US 2008/0156549 A1 [0006]

Claims (10)

1. Brennstoffzellensystem (1), aufweisend einen Brennstoffzellenstapel (3) in einem Gehäuse (2), einen Kompressor (11), der dazu ausgebildet ist, Umgebungsluft anzusaugen, zu komprimieren und über eine erste Druckleitung (20) dem Brennstoffzellenstapel (3) zuzuführen, eine an den Brennstoffzellenstapel (3) angeschlossene Spannungsüberwachungseinheit (4) sowie ein Lüftungssystem (30), das dazu ausgebildet ist, Umgebungsluft zum Wärmeaustausch an der Spannungsüberwachungseinheit (4) entlang sowie durch das Gehäuse (2) hindurch zu führen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugseite des Kompressors (11) wenigstens indirekt mit dem Lüftungssystem (30) verbunden ist.
2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) bezüglich des Lüftungssystems (30) wenigstens überwiegend stromabwärts der Spannungsüberwachungseinheit (4) angeordnet ist.
3. Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Turbolader (10) den Kompressor (11) aufweist sowie eine Turbine (12), die mit einer Abgasleitung (22) des Brennstoffzellenstapels (3) verbunden ist.
4. Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftungssystem (30) von einer saugseitig an den Kompressor (11) angeschlossen Saugleitung (15) abzweigt und im Bereich einer Venturi-Düse (17) wieder in die Saugleitung (15) einmündet.
5. Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Abluftleitung (32) des Belüftungssystems (30) stromabwärts des Gehäuses (2) sowie der Spannungsüberwachungseinheit (4) ein erstes Ventil (34) angeordnet ist, welches dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom durch die Abluftleitung (32) zu beeinflussen.
6. Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (11) über eine zweite Druckleitung (25) mit dem Gehäuse (2) verbunden ist, wobei ein zweites Ventil (26) dazu eingerichtet ist, den Luftstrom durch die zweite Druckleitung (25) zu beeinflussen.
7. Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckleitung (20) einen Wärmetauscher (24) aufweist und die zweite Druckleitung (25) den Wärmetauscher (24) umgeht.
8. Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftungssystem (30) stromaufwärts des Gehäuses (2) sowie der Spannungsüberwachungseinheit (4) eine Zuluftleitung (31) aufweist, wobei ein drittes Ventil (35) dazu eingerichtet ist, den Luftstrom durch die Zuluftleitung (31) zu beeinflussen.
9. Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (40) dazu eingerichtet ist, wenigstens indirekt eine Temperatur innerhalb des Gehäuses (2) zu ermitteln und in Abhängigkeit hiervon das zweite Ventil (34) und das dritte Ventil (35) anzusteuern, um die Luftströme durch die Zuluftleitung (31) sowie durch die zweite Druckleitung (25) zu beeinflussen.
10. Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine vom Lüftungssystem (30) unabhängige Kühleinheit (5) zum Kühlen der Spannungsüberwachungseinheit (4) aufweist.

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