DE102020212178A1

DE102020212178A1 - Method for operating a fuel cell system

Info

Publication number: DE102020212178A1
Application number: DE102020212178.8A
Authority: DE
Inventors: Saskia Bostelmann; Tobias Falkenau
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2040-09-29
Also published as: DE102020212178B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1), insbesondere eines PEM-Brennstoffzellensystems, umfassend einen Brennstoffzellenstapel (2), dem im Betrieb des Brennstoffzellensystems (1) Wasserstoff als Anodengas zugeführt wird, wobei zur Senkung des Wasserstoffverbrauchs aus dem Brennstoffzellenstapel (2) austretendes abgereichertes Anodengas rezirkuliert wird und wobei die Zusammensetzung des Anodengases durch kontinuierliches oder diskontinuierliches Ablassen von Anodengas in einen Kathodenabluftpfad (3) sowie durch Ersetzen der abgelassenen Menge mit frischem Wasserstoff eingestellt wird. Erfindungsgemäß wird das Anodengas über ein Purgeventil (4) und/oder ein Drainventil (5) in den Kathodenabluftpfad (3) abgelassen und die Wasserstoffkonzentration in der Kathodenabluft wird über den maximalen Durchfluss durch das Purgeventil (4) und/oder das Drainventil (5) eingestellt, so dass in jedem Betriebszustand des Brennstoffzellensystems (1), vorzugsweise unabhängig von der Öffnungsdauer des Purgeventils (4) und/oder des Drainventils (5), eine vorgegebene maximale Wasserstoffkonzentration nicht überschritten wird.The invention relates to a method for operating a fuel cell system (1), in particular a PEM fuel cell system, comprising a fuel cell stack (2) to which hydrogen is supplied as anode gas during operation of the fuel cell system (1), with the reduction of hydrogen consumption from the fuel cell stack (2 ) exiting depleted anode gas is recirculated and the composition of the anode gas is adjusted by continuously or discontinuously venting anode gas into a cathode exhaust air path (3) and by replacing the vented amount with fresh hydrogen. According to the invention, the anode gas is discharged into the cathode exhaust path (3) via a purge valve (4) and/or a drain valve (5) and the hydrogen concentration in the cathode exhaust air is increased via the maximum flow through the purge valve (4) and/or the drain valve (5). adjusted so that in any operating state of the fuel cell system (1), preferably independently of the opening duration of the purge valve (4) and / or the drain valve (5), a predetermined maximum hydrogen concentration is not exceeded.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines PEM-Brennstoffzellensystems, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das vorgeschlagene Brennstoffzellensystem ist insbesondere für mobile Anwendungen geeignet.The invention relates to a method for operating a fuel cell system, in particular a PEM fuel cell system, having the features of the preamble of claim 1. The proposed fuel cell system is particularly suitable for mobile applications.

Stand der TechnikState of the art

Im Betrieb eines Brennstoffzellensystems wird einem Brennstoffzellenstapel anodenseitig Wasserstoff und kathodenseitig Sauerstoff zugeführt. In den einzelnen Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels werden dann Wasserstoff und Sauerstoff in elektrische Energie gewandelt. Als Sauerstofflieferant kann Umgebungsluft genutzt werden. Der ferner benötigte Wasserstoff wird in einem Tank bzw. Tanksystem bevorratet.During operation of a fuel cell system, hydrogen is supplied to a fuel cell stack on the anode side and oxygen is supplied on the cathode side. Hydrogen and oxygen are then converted into electrical energy in the individual fuel cells of the fuel cell stack. Ambient air can be used as an oxygen supplier. The hydrogen that is also required is stored in a tank or tank system.

Um den Wasserstoffverbrauch zu senken, kann aus dem Brennstoffzellenstapel austretendes Anodengas rezirkuliert werden, da dieses noch unverbrauchten Wasserstoff enthält. Durch Auskondensieren von Wasser und/oder Diffusion von Stickstoff von der Kathoden- auf die Anodenseite wird ein Gasgemisch rezirkuliert, dessen Zusammensetzung sich über die Zeit ständig ändert. In der Folge kann es daher zu einer Unterversorgung mit Wasserstoff kommen. Um dies zu verhindern, wird kontinuierlich oder diskontinuierlich Anodengas aus dem System abgelassen und durch frischen Wasserstoff aus dem Tank bzw. Tanksystem ersetzt. Dabei entweicht auch Wasserstoff in verschiedenen Konzentrationen. In Anwesenheit von Sauerstoff können sich dabei entzündliche Gasgemische bilden.In order to reduce hydrogen consumption, anode gas emerging from the fuel cell stack can be recirculated, since this still contains unused hydrogen. By condensing out water and/or diffusing nitrogen from the cathode to the anode side, a gas mixture is recirculated whose composition changes constantly over time. As a result, there may be a shortage of hydrogen. In order to prevent this, anode gas is continuously or discontinuously discharged from the system and replaced with fresh hydrogen from the tank or tank system. Hydrogen also escapes in various concentrations. Flammable gas mixtures can form in the presence of oxygen.

Um dem entgegenzuwirken, wird das abgelassene Gasgemisch in der Regel mit Kathodenabluft vermischt, so dass die Wasserstoffkonzentration sinkt. Dabei sind jedoch gesetzlich vorgeschriebene Höchstwerte einzuhalten, die insbesondere in der Global Technical Regulation No. 13: ECE-TRANS-180a13 geregelt sind. Diese gibt für die volumetrische Wasserstoffkonzentration in der Abluft einen gleitenden Mittelwert von maximal 4% über einen Zeitraum von drei Sekunden sowie einen Höchstwert von 8% zu jedem Zeitpunkt vor. Die Sicherstellung dieser Grenzwerte kann mit Hilfe von Konzentrationssensoren oder ähnlichen elektronischen Hilfsmitteln bewirkt werden. Diese sind jedoch teuer und zudem fehleranfällig.To counteract this, the discharged gas mixture is usually mixed with cathode exhaust air, so that the hydrogen concentration drops. However, legally prescribed maximum values must be observed, which are specified in particular in the Global Technical Regulation No. 13: ECE-TRANS-180a13. For the volumetric hydrogen concentration in the exhaust air, this specifies a moving average of a maximum of 4% over a period of three seconds and a maximum value of 8% at any time. These limit values can be ensured with the help of concentration sensors or similar electronic aids. However, these are expensive and also error-prone.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzwerte ohne teure Hilfsmittel sicherzustellen. Zugleich soll die Fehleranfälligkeit minimiert werden.The object of the present invention is to ensure compliance with the prescribed limit values without expensive aids. At the same time, the susceptibility to errors should be minimized.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.To solve the problem, the method with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines PEM-Brennstoffzellensystems, umfassend einen Brennstoffzellenstapel, dem im Betrieb des Brennstoffzellensystems Wasserstoff als Anodengas zugeführt wird. Zur Senkung des Wasserstoffverbrauchs wird aus dem Brennstoffzellenstapel austretendes abgereichertes Anodengas rezirkuliert. Die Zusammensetzung des Anodengases wird dabei durch kontinuierliches oder diskontinuierliches Ablassen von Anodengas in einen Kathodenabluftpfad sowie durch Ersetzen der abgelassenen Menge mit frischem Wasserstoff eingestellt. Erfindungsgemäß wird das Anodengas über ein Purgeventil und/oder ein Drainventil in den Kathodenabluftpfad abgelassen und die Wasserstoffkonzentration in der Kathodenabluft wird über den maximalen Durchfluss durch das Purgeventil und/oder das Drainventil eingestellt, so dass in jedem Betriebszustand des Brennstoffzellensystems, vorzugsweise unabhängig von der Öffnungsdauer des Purgeventils und/oder des Drainventils, eine vorgegebene maximale Wasserstoffkonzentration nicht überschritten wird.A method is proposed for operating a fuel cell system, in particular a PEM fuel cell system, comprising a fuel cell stack to which hydrogen is supplied as anode gas during operation of the fuel cell system. Depleted anode gas exiting the fuel cell stack is recirculated to reduce hydrogen consumption. The composition of the anode gas is adjusted by continuously or discontinuously venting anode gas into a cathode exhaust air path and by replacing the vented amount with fresh hydrogen. According to the invention, the anode gas is discharged into the cathode exhaust path via a purge valve and/or a drain valve and the hydrogen concentration in the cathode exhaust air is adjusted via the maximum flow through the purge valve and/or the drain valve, so that in every operating state of the fuel cell system, preferably independently of the opening duration of the purge valve and/or the drain valve, a predetermined maximum hydrogen concentration is not exceeded.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird allein durch mechanische Begrenzung des Durchflusses bei bekanntem Vordruck durch das Purge- und/oder Drainventil die Entstehung eines zündfähigen Gemischs im Kathodenabluftpfad vermieden. Das heißt, dass eine teure und oftmals fehleranfällige Sensorik zur Ermittlung der Wasserstoffkonzentration entbehrlich ist oder zumindest die Anforderungen an die Sensorik und deren Auswerteeinheiten weniger anspruchsvoll sind. Sofern der Durchfluss derart begrenzt ist, dass die maximale Wasserstoffkonzentration sogar unabhängig von der Öffnungsdauer des Purge- und/oder Drainventils nicht überschritten wird, bedarf es ferner keiner aufwändigen Überwachung der Ansteuerelektronik. Denn in diesem Fall wird die maximale Konzentration selbst dann nicht erreicht, wenn das Purge- und/oder Drainventil dauerhaft offenstehen würde bzw. würden.In the proposed method, the formation of an ignitable mixture in the cathode exhaust air path is avoided solely by mechanically limiting the flow through the purge and/or drain valve with a known admission pressure. This means that expensive and often error-prone sensors for determining the hydrogen concentration are not necessary, or at least the requirements for the sensors and their evaluation units are less demanding. If the flow is limited in such a way that the maximum hydrogen concentration is not exceeded, even independently of the opening duration of the purge and/or drain valve, there is also no need for complex monitoring of the control electronics. Because in this case the maximum concentration is not reached even if the purge and/or drain valve would be permanently open.

Der statische Durchfluss durch das Purge- oder Drainventil ist durch die Gaszusammensetzung, den Druck und die Temperatur (jeweils vor und nach dem Ventil) sowie durch den Öffnungsquerschnitt des Ventils bestimmt. Zusammen mit der systemspezifischen Menge an Abluft im Kathodenabluftpfad in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Brennstoffzellensystems ergibt sich somit ein maximaler Durchfluss und damit ein zu wählender maximaler Öffnungsquerschnitt des Purge- und/oder Drainventils. Dementsprechend ist bzw. sind das Purge- und/oder Drainventil auszulegen.The static flow through the purge or drain valve is determined by the gas composition, the pressure and the temperature (both upstream and downstream of the valve) and the opening cross-section of the valve. Together with the system-specific amount of exhaust air in the cathode exhaust air path depending on the operating state of the fuel cell system, this results in a maximum throughput and thus a maximum open to be selected cross-section of the purge and/or drain valve. The purge and/or drain valve should be designed accordingly.

Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird der maximale Durchfluss durch das Purgeventil und/oder das Drainventil über den maximal freigebbaren Öffnungsquerschnitt vorgegeben. Das heißt, durch den maximal freigebbaren Öffnungsquerschnitt des Purgeventils und/oder des Drainventils.According to the proposed method, the maximum throughflow through the purge valve and/or the drain valve is specified via the maximum opening cross section that can be released. That is, through the maximum releasable opening cross section of the purge valve and/or the drain valve.

Sofern zum Ablassen von Anodengas lediglich ein Ventil, beispielsweise das Purgeventil, geöffnet wird, bestimmt der maximale Durchfluss durch dieses eine Ventil den zu wählenden maximalen Öffnungsquerschnitt. Sofern zum Ablassen von Anodengas das Purgeventil und das Drainventil geöffnet werden, entspricht der zu wählende maximale Öffnungsquerschnitt dem GesamtÖffnungsquerschnitt, das heißt der Summe aus den Öffnungsquerschnitten der beiden Ventile. Der zu wählende maximale Öffnungsquerschnitt eines einzelnen Ventils fällt somit entsprechend kleiner aus. Dadurch ist sichergestellt, dass die maximal erlaubte Wasserstoffkonzentration im Kathodenabluftpfad auch bei gleichzeitiger Öffnung der beiden Ventile nicht überschritten wird.If only one valve, for example the purge valve, is opened to release anode gas, the maximum flow through this one valve determines the maximum opening cross section to be selected. If the purge valve and the drain valve are opened to release anode gas, the maximum opening cross section to be selected corresponds to the total opening cross section, ie the sum of the opening cross sections of the two valves. The maximum opening cross-section to be selected for an individual valve is therefore correspondingly smaller. This ensures that the maximum permissible hydrogen concentration in the cathode exhaust air path is not exceeded, even if both valves are opened at the same time.

Bevorzugt wird bei der Einstellung des maximalen Durchflusses durch das Purgeventil und/oder das Drainventil der systemspezifische Abluftmassenstrom im Kathodenabluftpfad berücksichtigt. In Abhängigkeit vom Abluftmassenstrom im Kathodenabluftpfad wird das in den Kathodenabluftpfad abgelassene Anodengas mehr oder weniger stark verdünnt. Vom Abluftmassenstrom im Kathodenabluftpfad hängt somit die Wasserstoffkonzentration ab. Je nach Betriebszustand des Brennstoffzellensystems kann diese variieren, so dass für jeden Betriebszustand der systemspezifische Abluftmassenstrom zu ermitteln und zu berücksichtigen ist.When setting the maximum flow through the purge valve and/or the drain valve, the system-specific exhaust air mass flow in the cathode exhaust air path is preferably taken into account. Depending on the exhaust air mass flow in the cathode exhaust air path, the anode gas discharged into the cathode exhaust air path is diluted to a greater or lesser extent. The hydrogen concentration therefore depends on the exhaust air mass flow in the cathode exhaust air path. This can vary depending on the operating state of the fuel cell system, so that the system-specific exhaust air mass flow must be determined and taken into account for each operating state.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zum Ablassen von Anodengas lediglich das Purgeventil oder das Drainventil geöffnet und die Wasserstoffkonzentration in der Kathodenabluft wird über den maximalen Durchfluss durch das Purgeventil bzw. durch das Drainventil eingestellt. Dies ermöglicht einen größeren Freiraum in der Auslegung des jeweils anderen Ventils, das nicht zum Ablassen von Anodengas genutzt wird. Denn der maximale Öffnungsquerschnitt des jeweils anderen Ventils kann unabhängig von einem zuvor ermittelten maximalen Durchfluss durch das Ventil gewählt werden. Das heißt, dass der maximale Durchfluss durch beide Ventile auch derart gewählt werden kann, dass bei gleichzeitigem Öffnen beider Ventile die maximal zulässige Wasserstoffkonzentration überschritten werden würde. In Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass in diesem Fall zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, die ein gleichzeitiges Öffnen beider Ventile verhindern.According to a preferred embodiment of the invention, to release anode gas, only the purge valve or the drain valve is opened and the hydrogen concentration in the cathode exhaust air is adjusted via the maximum flow rate through the purge valve or through the drain valve. This allows greater freedom in the design of the other valve that is not used to vent anode gas. This is because the maximum opening cross section of the respective other valve can be selected independently of a previously determined maximum flow through the valve. This means that the maximum flow through both valves can also be selected in such a way that the maximum permissible hydrogen concentration would be exceeded if both valves were opened at the same time. In a further development of the invention, it is therefore proposed that in this case additional measures be taken to prevent both valves from opening at the same time.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Öffnungsdauer des Purgeventils und/oder des Drainventils als weiterer Einstellparameter verwendet wird. Durch Begrenzen der Öffnungsdauer kann wiederum der zu wählende maximale Öffnungsquerschnitt eines Ventils größer ausgelegt werden.Furthermore, it is proposed that the opening duration of the purge valve and/or the drain valve be used as a further setting parameter. By limiting the opening duration, the maximum opening cross section to be selected for a valve can in turn be designed to be larger.

Gemäß den derzeit gültigen Normen, insbesondere der Global Technical Regulation No. 13: ECE-TRANS-180a13, werden der maximale Öffnungsquerschnitt und damit der maximale Durchfluss durch das Purge- und/oder Drainventil derart gewählt, dass in jedem Betriebspunkt des Brennstoffzellensystems die volumetrische Wasserstoffkonzentration in der Abluft einen gleitenden Mittelwert von 4% bezogen auf einen Zeitraum von drei Sekunden und/oder einen Höchstwert von 8% zu jedem Zeitpunkt nicht überschreitet. Die zur Erzielung dieser Ziele zu wählenden maximalen Öffnungsquerschnitte der Ventile lassen sich auf Basis der erwähnten bekannten Größen rechnerisch ermitteln. Dabei gilt es zu unterscheiden, ob Anodengas durch Öffnen lediglich eines Ventils, und wenn ja durch Öffnen welchen Ventils, oder durch Öffnen beider Ventile in den Kathodenabluftpfad abgelassen wird. Die Fallunterscheidung ist erforderlich, da sich mit der Anzahl und/oder der Art der Ventile die zu wählenden maximalen Öffnungsquerschnitte unterscheiden.According to the currently valid standards, in particular the Global Technical Regulation No. 13: ECE-TRANS-180a13, the maximum opening cross-section and thus the maximum flow through the purge and/or drain valve are selected in such a way that at each operating point of the fuel cell system the volumetric hydrogen concentration in the exhaust air has a moving average of 4% based on a period of time of three seconds and/or a maximum of 8% at any time. The maximum opening cross sections of the valves to be selected to achieve these goals can be determined by calculation on the basis of the known variables mentioned. It is important to distinguish whether anode gas is released into the cathode exhaust path by opening only one valve, and if so by opening which valve, or by opening both valves. The case distinction is necessary because the maximum opening cross-sections to be selected differ with the number and/or type of valves.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.A preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the attached drawing. This shows a schematic representation of a fuel cell system for carrying out the method according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

Das in der Figur schematisch dargestellte Brennstoffzellensystem 1 ist sowohl für mobile als auch für stationäre Anwendungen geeignet. Es umfasst einen Brennstoffzellenstapel 2 mit einer Vielzahl von Brennstoffzellen in gestapelter Anordnung (nicht dargestellt). Der Brennstoffzellenstapel 2 wird über einen Anodengaseintrittsbereich 6 mit Wasserstoff als Anodengas versorgt. Der Wasserstoff reagiert in den Brennstoffzellen mit Sauerstoff, wobei elektrische Energie erzeugt wird.The fuel cell system 1 shown schematically in the figure is suitable for both mobile and stationary applications. It comprises a fuel cell stack 2 with a multiplicity of fuel cells in a stacked arrangement (not shown). The fuel cell stack 2 is supplied with hydrogen as anode gas via an anode gas inlet area 6 . The hydrogen reacts with oxygen in the fuel cells, generating electrical energy.

Da aus dem Brennstoffzellenstapel 2 austretendes Anodengas noch Restwasserstoff enthält, wird dieses rezirkuliert und erneut dem Brennstoffzellenstapel 2 zugeführt. Da bei der Wandlung von Wasserstoff und Sauerstoff auch Wasser anfällt, wird das aus dem Brennstoffzellenstapel 2 austretende Anodengas zunächst einem im Anodengasaustrittsbereich 7 angeordneten Wasserabscheider 8 zugeführt. Das abgeschiedene Wasser wird im Wasserabscheider 8 gesammelt und von Zeit zu Zeit durch Öffnen eines Drainventils 5 aus dem Wasserabscheider 8 entfernt. Zur aktiven Rezirkulation des abgereicherten Anodengases ist ferner eine Gebläse 9 vorgesehen. Über eine Saugstrahlpumpe 10 wird das rezirkulierte Anodengas mit frischem Wasserstoff vermischt, der über ein Wasserstoffventil 11 eindosiert wird. Der frische Wasserstoff wird in einem Tank (nicht dargestellt) bevorratet, mit dem das Wasserstoffventil 11 über eine Tankanbindung 12 verbunden ist.Since anode gas exiting from the fuel cell stack 2 still contains residual hydrogen, this is recirculated and fed back to the fuel cell stack 2 . Since water is also produced during the conversion of hydrogen and oxygen, the anode gas emerging from the fuel cell stack 2 is first of all in the anode gas saustrittbereich 7 arranged water separator 8 supplied. The separated water is collected in the water separator 8 and removed from the water separator 8 from time to time by opening a drain valve 5 . A blower 9 is also provided for active recirculation of the depleted anode gas. The recirculated anode gas is mixed with fresh hydrogen via a suction jet pump 10 , which is metered in via a hydrogen valve 11 . The fresh hydrogen is stored in a tank (not shown) to which the hydrogen valve 11 is connected via a tank connection 12 .

Da sich im Wege der Diffusion das Anodengas im Brennstoffzellenstapel mit Inertgas anreichert, muss kontinuierlich oder diskontinuierlich der das Anodengas führende Bereich gespült werden. Hierzu wird ein Purgeventil 4 geöffnet, das stromabwärts des Wasserabscheiders 8 und stromaufwärts des Gebläses 9 angeordnet ist. Zugleich wird das Wasserstoffventil 11 geöffnet, um die mittels Spülen abgelassene Menge durch frischen Wasserstoff aus dem Tank zu ersetzen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass dem Brennstoffzellenstapel stets ausreichend Wasserstoff zur Verfügung steht bzw. der gewünschte Anodeninnendruck aufrechterhalten wird.Since the anode gas in the fuel cell stack is enriched with inert gas as a result of diffusion, the area carrying the anode gas must be purged continuously or discontinuously. For this purpose, a purge valve 4 is opened, which is arranged downstream of the water separator 8 and upstream of the blower 9 . At the same time, the hydrogen valve 11 is opened in order to replace the amount drained by flushing with fresh hydrogen from the tank. This ensures that the fuel cell stack always has sufficient hydrogen available and that the desired internal anode pressure is maintained.

In dem dargestellten Beispiel kann sowohl über das Purgeventil 4 als auch über das Drainventil 5 - je nach Füllstand des Wasserabscheiders - Anodengas abgelassen werden. Das Anodengas wird vorliegend in einen Kathodenabluftpfad 3 abgelassen, um über den Abluftstrom im Kathodenabluftpfad 3 den im Anodengas enthaltenen Restwasserstoff zu verdünnen. Auf diese Weise wird die Entstehung eines zündfähigen Gasgemischs verhindert. Nach ausreichender Verdünnung kann das Anodengas zusammen mit der Abluft an die Umgebung abgegeben werden.In the example shown, anode gas can be discharged both via the purge valve 4 and via the drain valve 5--depending on the filling level of the water separator. In the present case, the anode gas is discharged into a cathode exhaust air path 3 in order to dilute the residual hydrogen contained in the anode gas via the exhaust air flow in the cathode exhaust air path 3 . This prevents the formation of an ignitable gas mixture. After sufficient dilution, the anode gas can be released to the environment together with the exhaust air.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können nun „fallabhängig“ verschiedene Maßnahmen ergriffen werden.To carry out the method according to the invention, various measures can now be taken “depending on the case”.

Gesetzt den Fall, dass das Purgeventil 4 und das Drainventil 5 zum Ablassen von Anodengas gleichzeitig geöffnet werden, sind deren maximale Öffnungsquerschnitte in Summe derart gewählt, dass in jedem Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 1 der maximale Durchfluss durch die beiden Ventile auf einen Wert beschränkt ist, der - vorzugsweise unabhängig von der Öffnungsdauer der beiden Ventile - sicherstellt, dass eine maximal zulässige Wasserstoffkonzentration im Kathodenabluftpfad 3 nicht überschritten wird.Assuming that the purge valve 4 and the drain valve 5 are opened at the same time to release anode gas, their maximum opening cross sections are selected in total such that in every operating state of the fuel cell system 1 the maximum flow through the two valves is limited to a value that - preferably independent of the opening duration of the two valves - ensures that a maximum permissible hydrogen concentration in the cathode exhaust path 3 is not exceeded.

Gesetzt den Fall, dass nur ein Ventil, und zwar vorzugsweise das Purgeventil 4, zum Ablassen von Anodengas in den Kathodenabluftpfad 3 geöffnet wird, weist dieses einen maximalen Öffnungsquerschnitt auf, der den maximalen Durchfluss auf einen Wert beschränkt, der das Überschreiten einer maximal zulässigen Wasserstoffkonzentration im Kathodenabluftpfad 3 verhindert.Assuming that only one valve, preferably the purge valve 4, is opened to release anode gas into the cathode exhaust air path 3, this has a maximum opening cross section that limits the maximum flow to a value that exceeds a maximum permissible hydrogen concentration prevented in the cathode exhaust path 3.

Das Verfahren kann unabhängig von der jeweils aktuell gültigen Norm bezüglich der maximal zulässigen Wasserstoffkonzentration in der Kathodenabluft durchgeführt werden. Hierzu muss lediglich der maximale Durchfluss bzw. der maximale Öffnungsquerschnitt des Purgeventils 4 und/oder des Drainventils 5 angepasst werden.The process can be carried out independently of the currently valid standard with regard to the maximum permissible hydrogen concentration in the cathode exhaust air. For this purpose, only the maximum flow or the maximum opening cross section of the purge valve 4 and/or the drain valve 5 has to be adjusted.

Claims

Method for operating a fuel cell system (1), in particular a PEM fuel cell system, comprising a fuel cell stack (2) to which hydrogen is supplied as anode gas during operation of the fuel cell system (1), depleted anode gas emerging from the fuel cell stack (2) to reduce hydrogen consumption is recirculated and the composition of the anode gas is adjusted by continuously or discontinuously venting anode gas into a cathode exhaust air path (3) and by replacing the vented amount with fresh hydrogen, characterized in that the anode gas is vented via a purge valve (4) and/or a drain valve (5) is discharged into the cathode exhaust air path (3) and the hydrogen concentration in the cathode exhaust air is set above the maximum flow through the purge valve (4) and/or the drain valve (5), so that in every operating state of the fuel cell system (1), preferably independent ig of the opening duration of the purge valve (4) and / or the drain valve (5), a predetermined maximum hydrogen concentration is not exceeded.

procedure after claim 1 , characterized in that the maximum flow through the purge valve (4) and/or the drain valve (5) is specified via the maximum releasable opening cross section.

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that when setting the maximum flow through the purge valve (4) and/or the drain valve (5), the system-specific exhaust air mass flow in the cathode exhaust air path (3) is taken into account.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that only the purge valve (4) or the drain valve (5) is opened to discharge anode gas and the Hydrogen concentration in the cathode exhaust air is set via the maximum flow through the purge valve (4) or through the drain valve (5).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the duration of the opening of the purge valve (4) and/or the drain valve (5) is used as a further setting parameter.