DE102020214689A1 - Method for operating a fuel cell system before and/or during a freeze start/cold start - Google Patents

Method for operating a fuel cell system before and/or during a freeze start/cold start Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (100) eines Fahrzeuges (F), um einen Kaltstart und/oder Gefrierstart des Brennstoffzellensystems (100) vorzubereiten und/oder durchzuführen, aufweisend folgende Schritte:1) Antreiben mindestens eines Verdichters (Comp1, Comp2) mit einer Drehzahl (D),um einen Zuluftstrom (mAirComp) durch eine Zuluftleitung (11) in einem Kathodensystem (10) des Brennstoffzellensystems (100) zu erhalten,2) Bereitstellen zumindest eines ersten Teils (mAirBypZusatz) des Zuluftstroms (mAirComp) durch eine Bypassleitung (13) von der Zuluftleitung (11) an eine Abluftleitung (12) im Kathodensystem (10),um Komponenten im Kathodensystem (10) vom Eis zu befreien und/oder vor Vereisung und/oder vom Tropfenschlag zu schützen.The invention relates to a method for operating a fuel cell system (100) of a vehicle (F) in order to prepare and/or carry out a cold start and/or freeze start of the fuel cell system (100), comprising the following steps: 1) driving at least one compressor (Comp1, Comp2 ) at a speed (D) to obtain a supply air flow (mAirComp) through a supply air line (11) in a cathode system (10) of the fuel cell system (100),2) providing at least a first part (mAirBypZusatz) of the supply air flow (mAirComp). a bypass line (13) from the supply air line (11) to an exhaust air line (12) in the cathode system (10) in order to free components in the cathode system (10) from ice and/or to protect them from icing and/or from drop impact.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeuges, um einen Kaltstart und/oder Gefrierstart des Brennstoffzellensystems vorzubereiten und/oder durchzuführen. Zudem betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vor dem, bei dem sowie während des Kaltstarts und/oder Gefrierstarts betrieben wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Brennstoffzellensystem.The invention relates to a method for operating a fuel cell system of a vehicle in order to prepare and/or carry out a cold start and/or freeze start of the fuel cell system. In addition, the invention relates to a fuel cell system which is operated according to the method according to the invention before, during and during the cold start and/or freeze start. Furthermore, the invention relates to a vehicle with a corresponding fuel cell system.

Stand der TechnikState of the art

Bei Fahrzeugen, bei denen Antriebsenergie u. a. auch durch ein (oder mehrere) Brennstoffzellensysteme bereitgestellt wird, wird in der Regel das Oxidationsmittel Sauerstoff aus der Umgebungsluft und als Reduktionsmittel bzw. Kraftstoff Wasserstoff benutzt, um in der Brennstoffzelle zu Wasser (bzw. Wasserdampf) zu reagieren und damit durch elektrochemische Wandlung eine elektrische Leistung zu liefern. Die Umgebungsluft wird zumeist mittels eines Luftfördersystems bzw. Luftverdichtungssystems einer Zuluftleitung in einem Kathodensystem des Brennstoffzellensystems zugeführt. Der Luftstrom im Kathodensystem des Brennstoffzellensystems transportiert zudem das durch Reaktion entstehende Wasser in Form von Wasserdampf und ggf. auch in flüssiger Tröpfchenform ab. Die sauerstoffverarmte und feuchte Kathodenabluft wird über eine Abluftleitung an die Umgebung abgeführt. Oft wird in die Abluftleitung noch der Purge/Drain aus einem Anodenpfad eingeleitet. Dabei enthält die Abluftleitung Aktoren (z.B. Druckregelventil, Drosselklappen, Turbine, Variable-Turbinengeometrie für die Turbine, Lager für die Welle bzw. den Rotor, Turbinenbypass und Sensoren, wie z. B. einen Drucksensor, Temperatursensor, Wasserstoffsensor), die mit der beschriebenen Kathodenabluft über den kompletten Betriebsbereich inkl. Start und Stopp des Brennstoffzellensystems funktionieren müssen. Herausfordernd ist beim mobilen Brennstoffzellensystem, den Start des Systems bei allen weltweit relevanten Bedingungen und bei unterschiedlich langen Stillstandzeiten des Fahrzeugs funktional zu realisieren und dabei noch die Lebenszeitanforderungen zu erreichen. Ein kritischer Startfall ist der Gefrierstart (bei tiefen Temperaturen unter 0°C), da bei diesem sowohl beim Start entstehendes Reaktionswasser einfrieren kann bzw. bereits beim Start aufgetautes Wasser im System an anderen Stellen wieder einfrieren kann als auch die zuvor in der Stillstandphase entstandene Feuchtigkeit auskondensieren und einfrieren und/oder Wasser im System einfrieren kann. Somit können die Komponenten im Kathodensystem mit Eisbildung belegt und blockiert werden.For vehicles in which drive energy u. is also provided by one (or more) fuel cell systems, the oxidizing agent oxygen from the ambient air and the reducing agent or fuel hydrogen are usually used to react in the fuel cell to form water (or water vapor) and thus an electrical one through electrochemical conversion to deliver performance. The ambient air is usually supplied to an air supply line in a cathode system of the fuel cell system by means of an air conveying system or air compression system. The air flow in the cathode system of the fuel cell system also transports away the water produced by the reaction in the form of water vapor and possibly also in the form of liquid droplets. The oxygen-depleted and moist cathode exhaust air is discharged to the environment via an exhaust air line. The purge/drain from an anode path is often introduced into the exhaust air line. The exhaust line contains actuators (e.g. pressure control valve, throttle valve, turbine, variable turbine geometry for the turbine, bearings for the shaft or rotor, turbine bypass and sensors, such as a pressure sensor, temperature sensor, hydrogen sensor) that are associated with the described Cathode exhaust air must function over the entire operating range including starting and stopping the fuel cell system. The challenge with the mobile fuel cell system is to functionally implement the start of the system under all globally relevant conditions and with different lengths of downtime of the vehicle while still meeting the lifetime requirements. A critical starting case is the freezing start (at low temperatures below 0°C), since in this case both the reaction water that occurs during the start can freeze or that water in the system that has already thawed at the start can freeze again at other points, as well as the moisture that previously occurred during the standstill phase condense out and freeze and/or freeze water in the system. As a result, the components in the cathode system can become covered with ice and become blocked.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die Erfindung stellt gemäß einem ersten Aspekt bereit: ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeuges, um einen Kaltstart und/oder Gefrierstart des Brennstoffzellensystems vorzubereiten und/oder durchzuführen; und/oder um Komponenten in einem Kathodensystem des Brennstoffzellensystems vor ungünstigen Kondensationseffekten und/oder einem Tropfenschlag zu schützen, auch wenn das Brennstoffzellensystem im Normalbetrieb betrieben wird. Die Erfindung stellt gemäß einem zweiten Aspekt bereit: ein Brennstoffzellensystem welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vor dem, bei dem sowie während des Kaltstarts und/oder Gefrierstarts betrieben wird. Die Erfindung stellt gemäß einem dritten Aspekt bereit: ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Brennstoffzellensystem, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vor dem, bei dem sowie während des Kaltstarts und/oder Gefrierstarts betrieben wird. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit den einzelnen erfindungsgemäßen Aspekten beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den anderen erfindungsgemäßen Aspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.According to a first aspect, the invention provides: a method for operating a fuel cell system of a vehicle in order to prepare and/or carry out a cold start and/or freeze start of the fuel cell system; and/or to protect components in a cathode system of the fuel cell system from unfavorable condensation effects and/or droplet impact, even when the fuel cell system is operated in normal operation. According to a second aspect, the invention provides: a fuel cell system which is operated according to the method according to the invention before, during and during the cold start and/or freeze start. According to a third aspect, the invention provides: a vehicle with a corresponding fuel cell system, which is operated according to the method according to the invention before, during and during the cold start and/or freeze start. Features and details that are described in connection with the individual aspects of the invention apply, of course, also in connection with the other aspects of the invention and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is or can always be referred to reciprocally.

Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem ersten Aspekt vor: ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeuges, um einen Kaltstart und/oder Gefrierstart des Brennstoffzellensystems vorzubereiten und/oder durchzuführen,
aufweisend folgende Schritte:

  1. 1) Antreiben mindestens eines Verdichters mit einer Drehzahl, um einen Zuluftstrom durch eine Zuluftleitung in einem Kathodensystem des Brennstoffzellensystems zu erhalten,
  2. 2) Bereitstellen zumindest eines ersten Teils des Zuluftstroms durch eine Bypassleitung von der Zuluftleitung an eine Abluftleitung im Kathodensystem,
um Komponenten im Kathodensystem vom Eis zu befreien und/oder vor Vereisung und/oder Tropfenschlag, insbesondere vor dem, bei dem sowie während des Kaltstarts und/oder Gefrierstarts, zu schützen.According to the first aspect, the present invention provides: a method for operating a fuel cell system of a vehicle in order to prepare and/or carry out a cold start and/or freeze start of the fuel cell system,
comprising the following steps:
  1. 1) driving at least one compressor at a speed to obtain a supply air flow through a supply air line in a cathode system of the fuel cell system,
  2. 2) providing at least a first part of the supply air flow through a bypass line from the supply air line to an exhaust air line in the cathode system,
to remove ice from components in the cathode system and/or to protect them from icing and/or drop impact, in particular before, during and during cold starts and/or freeze starts.

Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der vorgegebenen oder in einer abgeänderten Reihenfolge durchgeführt werden. Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können simultan und/oder zumindest tlw. nacheinander erfolgen.The steps of the method according to the invention can be carried out in the given order or in a modified order. The steps of the method according to the invention can be carried out simultaneously and/or at least partially one after the other.

Das Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung kann vorzugsweise für mobile Anwendungen, bspw. in Fahrzeugen, insbesondere brennstoffangetriebenen Fahrzeugen, verwendet werden. Das Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung kann als Hauptenergielieferant für ein Fahrzeug dienen. Zugleich ist es aber auch denkbar, dass das Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung als ein Nebenantrieb und/oder Hilfsantrieb eines Fahrzeuges, bspw. eines Hybridfahrzeugs sein kann. Das Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung kann zudem für statische Anwendungen, bspw. in Generatoren, verwendet werden.The fuel cell system according to the invention can preferably be used for mobile applications, for example in vehicles, in particular fuel-powered vehicles. The fuel cell system according to the invention can serve as the main energy supplier for a vehicle. At the same time, however, it is also conceivable that the fuel cell system within the meaning of the invention can be used as a secondary drive and/or auxiliary drive of a vehicle, for example a hybrid vehicle. The fuel cell system according to the invention can also be used for static applications, for example in generators.

Das Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung kann dabei einen Stack mit mehreren gestapelten Brennstoffzellen und den dazugehörigen Mediensystemen (Luft- bzw. Kathodensystem, Brennstoffzellen-System, Kühlsystem) und dem elektrischen System aufweisen. Außerdem kann das Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung mehrere Module in Form von Stacks mit mehreren gestapelten Brennstoffzellen beinhalten.The fuel cell system according to the invention can have a stack with several stacked fuel cells and the associated media systems (air or cathode system, fuel cell system, cooling system) and the electrical system. In addition, the fuel cell system within the meaning of the invention can contain a number of modules in the form of stacks with a number of stacked fuel cells.

Als Tropfenschlag bzw. Tropfenerosion im Sinne der Erfindung versteht man einen Erosionsverschleiß durch Flüssigkeitströpfchen. Davor kann insbesondere die Turbine in der Abluftleitung des Kathodensystems auf eine vorteilhafte Weise geschützt werden.Droplet impact or droplet erosion within the meaning of the invention is understood to mean erosive wear caused by liquid droplets. In particular, the turbine in the exhaust air line of the cathode system can be protected from this in an advantageous manner.

Die Erfindung stellt ein Verfahren vor, um vor dem, bei dem und/oder während des Kaltstarts und/oder Gefrierstarts des Brennstoffzellensystems durchgeführt zu werden. Zum einen kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu genutzt werden, um das Brennstoffzellensystem auf den Kaltstart und/oder Gefrierstart vorzubereiten, insbesondere um das bereits vor dem Start des Brennstoffzellensystems im Kathodensystem befindliche Eis aufzutauen und in Form von Wasser oder Wasserdampf aus der Abluftleitung abzutransportieren. Zum anderen kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu genutzt werden, den Kaltstart und/oder Gefrierstart durchzuführen, um insbesondere das Einfrieren und/oder Wiedereinfrieren von Wasser oder Wasserdampf (Resublimation) und Eisbildung an Komponenten im Kathodensystem zu verhindern.The invention presents a method to be performed prior to, at and/or during cold start and/or freeze start of the fuel cell system. On the one hand, the method according to the invention can be used to prepare the fuel cell system for a cold start and/or freeze start, in particular to thaw the ice that was already in the cathode system before the fuel cell system was started and to transport it out of the exhaust air line in the form of water or water vapor. On the other hand, the method according to the invention can be used to carry out the cold start and/or freeze start, in particular to prevent freezing and/or refreezing of water or water vapor (resublimation) and ice formation on components in the cathode system.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit anderen Worten zumindest vorbereitend für den Kaltstart und/oder Gefrierstart des Brennstoffzellensystems durchgeführt werden. Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren bei dem Kaltstart und/oder Gefrierstart des Brennstoffzellensystems durchgeführt werden. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren eine Zeit lang während und/oder nach dem Kaltstart und/oder Gefrierstart des Brennstoffzellensystems durchgeführt werden. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren während des Normalbetriebes des Brennstoffzellensystems durchgeführt werden, wenn ungünstige Kondensationseffekte und/oder Tropfenschlag an Komponenten im Kathodensystem vorliegen, bspw. bei Dynamiksprüngen und/oder Lastsprüngen sowie bei Unterlast und/oder Teillast im Betrieb des Brennstoffzellensystems.In other words, the method according to the invention can be carried out at least in preparation for the cold start and/or freeze start of the fuel cell system. The method according to the invention can advantageously be carried out during a cold start and/or freeze start of the fuel cell system. In addition, the method according to the invention can be carried out for a period of time during and/or after the cold start and/or freeze start of the fuel cell system. In addition, the method according to the invention can be carried out during normal operation of the fuel cell system if there are unfavorable condensation effects and/or droplet impact on components in the cathode system, e.g.

Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass der Luftmassen- bzw. Luftvolumenstrom im Kathodensystem über den Bypass zwischen der Zuluftleitung und der Abluftleitung geliefert und/oder über das ursprüngliche Maß hinaus erhöht wird. Dies geschieht, um trockene und erwärmte Zuluft über den Bypass in die Abluftleitung zu schicken. Wenn das Brennstoffzellensystem bereits gestartet ist, kann die trockene und erwärmte Zuluft über den Bypass zusätzlich zu der Abluft des Brennstoffzellenstapels dazu gemischt werden. Somit kann die Feuchtigkeit der Abluft aus dem Brennstoffzellensystem reduziert und die Temperatur der Abluft aus dem Brennstoffzellensystem erhöht werden. Auf diese Weise können die Komponenten in der Abluftleitung vom Eis befreit werden. Auch kann auf diese Weise verhindert werden, dass die Komponenten in der Abluftleitung durch einfrierende/wiedereinfrierende Feuchtigkeit (Kondensation, Resublimation) beschädigt oder funktional beeinträchtigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren dient somit zur Sicherstellung des Kaltstarts und/der Gefrierstarts des Brennstoffzellensystems.The idea of the invention is that the air mass or air volume flow in the cathode system is supplied via the bypass between the air inlet line and the air outlet line and/or is increased beyond the original level. This is done in order to send dry and heated supply air through the bypass into the exhaust air duct. If the fuel cell system has already started, the dry and heated supply air can be mixed via the bypass in addition to the exhaust air from the fuel cell stack. Thus, the humidity of the exhaust air from the fuel cell system can be reduced and the temperature of the exhaust air from the fuel cell system can be increased. In this way, the components in the exhaust air line can be freed from ice. In this way, it is also possible to prevent the components in the exhaust air line from being damaged or functionally impaired by freezing/refreezing moisture (condensation, re-sublimation). The method according to the invention thus serves to ensure cold starts and/or freeze starts of the fuel cell system.

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt mehrere wesentliche Vorteile mit sich:

  • - Enteisung von Komponenten im Kathodensystem,
  • - Vermeidung des Einfrierens bzw. Wiedereinfrierens der Komponenten im Kathodensystem,
  • - Vermeidung und Verminderung der Degradation der Komponenten im Kathodensystem,
  • - Schonung der Komponenten im Kathodensystem,
  • - Verminderung/Vermeidung von Tropfenschlag
  • - Sicherstellung der Funktionalität, Robustheitssteigerung der Komponenten im Kathodensystem, und damit
  • - Vermeidung der Degradation des Brennstoffzellensystems durch nicht optimal durgeführte und/oder fehlgeschlagene Kaltstarts und/oder Gefrierstarts.
The method according to the invention has several significant advantages:
  • - de-icing of components in the cathode system,
  • - avoidance of freezing or refreezing of the components in the cathode system,
  • - avoidance and reduction of the degradation of the components in the cathode system,
  • - protection of the components in the cathode system,
  • - Reduction/avoidance of drop impact
  • - Ensuring the functionality, increasing the robustness of the components in the cathode system, and thus
  • - Avoidance of degradation of the fuel cell system due to cold starts and/or freeze starts that have not been carried out optimally and/or have failed.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Brennstoffzellensystemen mit unterschiedlichen Topologien durchgeführt werden. Die Komponenten im Kathodensystem umfassen sämtliche Aktoren, Sensoren und Bauteile in der Abluftleitung, aber auch die Komponenten, die zwischen der Zuluftleitung und der Abluftleitung funktional verschaltet sind, wie z. B. turbinenangetriebener Verdichter, Wärmeübertrager usw.The method according to the invention can be carried out in fuel cell systems with different topologies. The components in the cathode system include all actuators, sensors and components in the exhaust air duct, but also the components between the supply air duct tion and the exhaust air duct are functionally interconnected, e.g. B. turbine-driven compressor, heat exchanger, etc.

Die Komponenten im Kathodensystem, die im Sinne der Erfindung auf den Kaltstart und/oder Gefrierstart des Brennstoffzellensystems vorbereitet werden können, können folgende sein:

  • - Ventile in der Abluftleitung und in der Bypassleitung, wie z.B. Druckregelventil, Turbinenbypassventil, Bypassventil usw.,
  • - Sensoren, die in der Abluftleitung und in der Bypassleitung eingebaut sind, wie z. B. Wasserstoffsensor, Feuchtigkeitssensor, Temperatursensor, Drucksensor usw.,
  • - Turbine, Rotor-Welle-System, Luftlager und damit die ganze Luftverdichtungseinheit,
  • - Einbauten, wie z.B. Wasserabscheider, Rohrleitungen, Wärmeübertrager, Schalldämpfer, usw.
The components in the cathode system, which can be prepared for the cold start and/or freeze start of the fuel cell system within the meaning of the invention, can be the following:
  • - Valves in the exhaust line and in the bypass line, such as pressure control valve, turbine bypass valve, bypass valve, etc.,
  • - Sensors installed in the exhaust air line and in the bypass line, e.g. B. Hydrogen Sensor, Humidity Sensor, Temperature Sensor, Pressure Sensor etc.,
  • - Turbine, rotor-shaft system, air bearings and thus the entire air compression unit,
  • - Internals such as water separators, pipes, heat exchangers, silencers, etc.

Da die Turbine auf gleicher Welle wie ein Verdichterrad angeordnet ist, kann bei Problemen an der Turbine das ganze Rotor-Welle-System inkl. Luftlagern bzw. die ganze Luftverdichtungseinheit betroffen werden.Since the turbine is arranged on the same shaft as a compressor wheel, problems with the turbine can affect the entire rotor-shaft system including air bearings or the entire air compression unit.

Vorteilhafterweise kann die Drehzahl des mindestens einen Verdichters im Schritt 1) derart eingestellt werden, um im Schritt 2) neben dem ersten Teil des Zuluftstroms zum Befreien vom Eis und/oder zum Schützen vor Vereisung und/oder vom Tropfenschlag der Komponenten im Kathodensystem mindestens einen von den folgenden Teilströmen bereitzustellen:

  • - einen zweiten Teil des Zuluftstroms durch die Zuluftleitung an den Brennstoffzellenstapel, um den Brennstoffzellenstapel zu betreiben,
  • - einen dritten Teil des Zuluftstroms durch die Bypassleitung von der Zuluftleitung an die Abluftleitung, um den Verdichter vor einem Strömungsabriss zu schützen, und/oder
  • - einen vierten Teil von der Zuluftleitung an mindestens eine Hilfskomponente im Kathodensystem, bspw. an eine Lagereinheit des mindestens einen Verdichters und/oder einer Turbine, um die Hilfskomponente bzw. die Lagereinheit mit Zuluft zu versorgen.
Advantageously, the speed of the at least one compressor in step 1) can be set in such a way that, in step 2), in addition to the first part of the supply air flow for freeing the ice and/or for protecting against icing and/or drop impact of the components in the cathode system, at least one of to provide the following sub-streams:
  • - a second part of the supply air flow through the supply air line to the fuel cell stack in order to operate the fuel cell stack,
  • - a third portion of the supply air flow through the bypass duct from the supply air duct to the exhaust air duct to protect the compressor from stalling, and/or
  • - A fourth part of the air supply line to at least one auxiliary component in the cathode system, e.g.

Ferner kann bei einem Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems vorgesehen sein, dass das Verfahren so lange ausgeführt wird, bis ein Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems eingestellt ist. Ein Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems ist dann erreicht, wenn eine erforderliche Betriebstemperatur und/oder Leistung des Brennstoffzellensystems erreicht ist. Auf diese Weise kann der Kaltstart und/oder Gefrierstart auf eine vorteilhafte Weise durchgeführt werden. Hierzu können die Betriebstemperatur und/oder Leistung des Brennstoffzellensystems überwacht werden.Furthermore, in a method for operating the fuel cell system, it can be provided that the method is carried out until normal operation of the fuel cell system is set. Normal operation of the fuel cell system is achieved when a required operating temperature and/or power of the fuel cell system is reached. In this way, the cold start and/or freeze start can be carried out in an advantageous manner. For this purpose, the operating temperature and/or power of the fuel cell system can be monitored.

Weiterhin kann bei einem Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems vorgesehen sein, dass das Verfahren für eine vorgegebene Zeit vor dem, bei dem und/oder während des Kaltstarts und/oder Gefrierstarts des Brennstoffzellensystems ausgeführt wird, und/oder dass das Verfahren für eine vorgegebene Strecke und/oder berechnete Trajektorie des Fahrzeuges ausgeführt wird. Auf diese Weise kann der Aufwand beim Durchführen des Verfahrens reduziert werden, wenn z. B. die Betriebstemperatur und/oder Leistung des Brennstoffzellensystems nicht überwacht werden müssen. Die vorgegebene Zeit und/oder die vorgegebene Strecke und/oder berechnete Trajektorie können aus den Erfahrungswerten und/oder Wetterdaten abgeleitet werden.Furthermore, in a method for operating the fuel cell system, it can be provided that the method is carried out for a specified time before, during and/or during the cold start and/or freeze start of the fuel cell system, and/or that the method is carried out for a specified distance and /or calculated trajectory of the vehicle is executed. In this way, the effort involved in performing the method can be reduced if z. B. the operating temperature and / or performance of the fuel cell system does not have to be monitored. The specified time and/or the specified route and/or the calculated trajectory can be derived from empirical values and/or weather data.

Des Weiteren kann bei einem Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems vorgesehen sein, dass der erste Teil des Zuluftstroms, der im Schritt 2) zum Befreien vom Eis und/oder zum Schützen vor Vereisung und/oder vom Tropfenschlag der Komponenten im Kathodensystem bereitgestellt wird, in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems und/oder mindestens einer thermodynamischen Größe im Betrieb des Brennstoffzellensystems eingestellt wird. Auf diese Weise kann der erste Teil des Zuluftstroms an die Gegebenheiten und Erfordernisse im System angepasst werden.Furthermore, in a method for operating the fuel cell system, it can be provided that the first part of the supply air flow, which is provided in step 2) to remove ice and/or to protect against icing and/or from droplet impact of the components in the cathode system, is provided as a function is set by at least one operating parameter of the fuel cell system and/or at least one thermodynamic variable during operation of the fuel cell system. In this way, the first part of the supply air flow can be adapted to the conditions and requirements in the system.

Zudem kann bei einem Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems vorgesehen sein, dass der mindestens eine Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems und/oder die mindestens eine thermodynamische Größe im Betrieb des Brennstoffzellensystems mindestens einen/eine der folgenden Parameter und/oder Größen umfassen/umfasst:

  • - einen Betriebspunkt (umfassend: Temperatur, Strom, Leistung usw.) des Brennstoffzellensystems,
  • - eine thermodynamische Größe einer Abluft von dem Brennstoffzellenstapel, vorzugsweise:
    • - Feuchtigkeit,
    • - Massenstrom,
    • - Temperatur,
    • - Druck,
  • - einen Betriebspunkt (umfassend Drehzahl D, Temperatur, Massenstrom, Volumenstrom, Leistung) des mindestens einen Verdichters,
  • - eine Limitierung (Pumpgrenze) des mindestens einen Verdichters,
  • - eine Ausgangsgröße eines Modells für die Einfriergefahr, und/oder
  • - eine Ausgangsgröße eines adaptiven und/oder lernenden Modells für die Einfriergefahr, welches vergangene Gefrierstarts berücksichtigt.
In addition, in a method for operating the fuel cell system, it can be provided that the at least one operating parameter of the fuel cell system and/or the at least one thermodynamic variable during operation of the fuel cell system include at least one/one of the following parameters and/or variables:
  • - an operating point (including: temperature, current, power, etc.) of the fuel cell system,
  • - a thermodynamic variable of an exhaust air from the fuel cell stack, preferably:
    • - Humidity,
    • - mass flow,
    • - temperature,
    • - Print,
  • - an operating point (including speed D, temperature, mass flow, volume flow, power) of at least one compressor,
  • - a limitation (surge limit) of at least one compressor,
  • - an output of a freezing risk model, and/or
  • - an output of an adaptive and/or learning model for the risk of freezing, which takes past freezing starts into account.

Auf diese Weise kann der erste Teil des Zuluftstroms an die Gegebenheiten und Erfordernisse im System flexibel und effektiv angepasst werden.In this way, the first part of the supply air flow can be flexibly and effectively adapted to the conditions and requirements in the system.

Außerdem kann bei einem Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems vorgesehen sein, dass zum Durchführen des Verfahrens ein Zuluftkühler abgeschaltet oder in einer Teilleistung betrieben wird. Somit kann sichergestellt werden, dass der erste Teil des Zuluftstroms, der über die Bypassleitung an die Abluftleitung bereitgestellt wird, nicht oder nicht zu sehr abgekühlt wird. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn beim Durchführen des Verfahrens eine zulässige Temperatur zum Betrieb des Brennstoffzellenstapels berücksichtigt wird.In addition, in a method for operating the fuel cell system, provision can be made for an intake air cooler to be switched off or operated at partial capacity in order to carry out the method. It can thus be ensured that the first part of the supply air flow, which is provided via the bypass line to the exhaust air line, is not cooled down or is not cooled down too much. It can be advantageous here if a permissible temperature for operating the fuel cell stack is taken into account when the method is carried out.

Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, dass das Verfahren neben dem Vorbereiten und/oder Durchführen eines Kaltstarts und/oder Gefrierstarts des Brennstoffzellensystems zumindest dann ausgeführt wird, wenn ungünstige Kondensationseffekte und/oder Tropfenschlag an den Komponenten im Kathodensystem detektiert, gemeldet und/oder prognostiziert wurden. Auf diese Weise kann das Verfahren auch während des Normalbetriebs des Brennstoffzellensystems bzw. des Fahrzeuges durchgeführt werden, um auch dort seine Vorteile zu entfalten, um z. B die Turbine vor Tropfenschlag zu schützen. Im Normalbetrieb des Fahrzeuges sind Situationen denkbar, wenn das Brennstoffzellensystem in Teillast und/oder mit Unterbrechungen betrieben wird, oder wenn das Brennstoffzellensystem Lastsprünge und/oder Dynamiksprünge bewältigen muss. Bei ungünstigen Wetterverhältnissen kann es auch in solchen Situationen im Normalbetrieb des Fahrzeuges zur Eisbildung und/oder zur Tröpfchenbildung an Komponenten im Kathodensystem kommen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auch während des Normalbetriebs des Fahrzeuges durchgeführt werden, um die Komponenten im Kathodensystem vom Eis zu befreien und/oder vor Vereisung und/oder vom Tropfenschlag zu schützen.In addition, it can be advantageous that the method, in addition to preparing and/or performing a cold start and/or freeze start of the fuel cell system, is carried out at least when unfavorable condensation effects and/or drop impact on the components in the cathode system have been detected, reported and/or predicted . In this way, the method can also be carried out during normal operation of the fuel cell system or the vehicle in order to develop its advantages there as well, e.g. B to protect the turbine from droplets. During normal operation of the vehicle, situations are conceivable when the fuel cell system is operated under partial load and/or with interruptions, or when the fuel cell system has to cope with load jumps and/or dynamic jumps. In unfavorable weather conditions, ice can form and/or droplets can form on components in the cathode system even in such situations during normal operation of the vehicle. The method according to the invention can thus also be carried out during normal operation of the vehicle in order to free the components in the cathode system from ice and/or to protect them from icing and/or from droplet impact.

Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem zweiten Aspekt vor: ein Brennstoffzellensystem mit einer Steuereinheit, aufweisend: eine Speichereinheit, in der ein Programcode hinterlegt ist, und eine Prozessoreinheit, die beim Ausführen des Programmcodes ein Verfahren durchführt, welches wie oben beschrieben ablaufen kann. Mithilfe des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.According to the second aspect, the present invention provides: a fuel cell system with a control unit, comprising: a memory unit in which a program code is stored, and a processor unit which, when executing the program code, carries out a method which can run as described above. With the aid of the fuel cell system according to the invention, the same advantages can be achieved that were described above in connection with the method according to the invention. Reference is made in full to these advantages here.

Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem dritten Aspekt vor: ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Brennstoffzellensystem, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vor dem, bei dem sowie während des Kaltstarts und/oder Gefrierstarts betrieben wird.According to the third aspect, the present invention provides: a vehicle with a corresponding fuel cell system, which is operated according to the method according to the invention before, during and during the cold start and/or freeze start.

Die Erfindung und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

  • 1 ein beispielhaftes Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung,
  • 2 ein beispielhaftes Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung,
  • 3 ein beispielhaftes Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung,
  • 4 ein beispielhaftes Kennfeld eines Verdichters im Sinne der Erfindung, und
  • 5 ein beispielhaftes Kennfeld eines Verdichters im Sinne der Erfindung.
The invention and its developments as well as its advantages are explained in more detail below with reference to drawings. They each show schematically:
  • 1 an exemplary fuel cell system within the meaning of the invention,
  • 2 an exemplary fuel cell system within the meaning of the invention,
  • 3 an exemplary fuel cell system within the meaning of the invention,
  • 4 an exemplary map of a compressor according to the invention, and
  • 5 an exemplary map of a compressor according to the invention.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same parts of the invention are always provided with the same reference symbols, which is why they are usually only described once.

Die 1 bis 3 zeigen jeweils unterschiedliche Topologien für ein Brennstoffzellensystem 100, welches mithilfe eines Verfahrens im Sinne der Erfindung betrieben werden kann, um einen Kaltstart und/oder Gefrierstart des Brennstoffzellensystems 100 vorzubereiten und/oder durchzuführen. Das Brennstoffzellensystem 100 im Sinne der Erfindung ist insbesondere für den Einsatz in einem, bspw. brennstoffangetriebenen, Fahrzeug F vorgesehen. Das Brennstoffzellensystem 100 im Sinne der Erfindung kann in Form eines Stacks 101 mit mehreren gestapelten Brennstoffzellen und den dazugehörigen Mediensystemen (Luft bzw. Kathodenluft, Brennstoff, bspw. H2, Kühlmittel) und elektrisches Subsystem ausgeführt sein. Außerdem kann das Brennstoffzellensystem 100 im Sinne der Erfindung mehrere Module in Form von einzelnen Stacks 101 mit mehreren gestapelten Brennstoffzellen beinhalten.the 1 until 3 each show different topologies for a fuel cell system 100, which can be operated using a method according to the invention in order to prepare and/or carry out a cold start and/or freeze start of the fuel cell system 100. The fuel cell system 100 within the meaning of the invention is intended in particular for use in a vehicle F, for example a fuel-powered vehicle. The fuel cell system 100 according to the invention can be designed in the form of a stack 101 with several stacked fuel cells and the associated media systems (air or cathode air, fuel, for example H2, coolant) and an electrical subsystem. In addition, the fuel cell system 100 within the meaning of the invention can contain a number of modules in the form of individual stacks 101 with a number of stacked fuel cells.

Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst ein Kathodensystem 10 mit einer Zuluftleitung 11 zum Brennstoffzellensystem 100 und einer Abluftleitung 12 vom Brennstoffzellensystem 100. Am Eingang der Zuluftleitung 11 wird zumeist ein Luftfilter AF angeordnet, um die Qualität und/oder die Zusammensetzung der Umgebungsluft zu untersuchen.The fuel cell system 100 includes a cathode system 10 with an air supply line 11 to the fuel cell system 100 and an exhaust air line 12 from the fuel cell system 100. At the entrance of the air supply line 11 is usually an air filter AF placed to study the quality and/or composition of the ambient air.

Mindestens ein Verdichter Comp1, Comp2 wird dazu benutzt, um die Luft aus der Umgebung U anzusaugen und in Form einer Zuluft L1 an das Brennstoffzellensystem 100 bereitzustellen.At least one compressor Comp1, Comp2 is used to suck in the air from the environment U and to make it available to the fuel cell system 100 in the form of supply air L1.

Wie es die 1 bis 3 andeuten, können in manchen Topologien stromabwärts nach dem Verdichter Comp1, Comp2 mindestens ein Zuluftkühler IC, ein Befeuchter BF und/oder ein Wärmetauscher HE vorgesehen sein.Like it the 1 until 3 indicate, in some topologies, at least one supply air cooler IC, a humidifier BF and/or a heat exchanger HE can be provided downstream after the compressor Comp1, Comp2.

Wie es die 1 zeigt, kann nur ein motorangetriebener Verdichter Comp1 in der Zuluftleitung 11 vorgesehen sein.Like it the 1 shows, only one motor-driven compressor Comp1 can be provided in the supply air line 11.

Wie es die 2 zeigt, kann der Verdichter Comp1 in der Zuluftleitung 11 an eine Turbine Turb in der Abluftleitung 12 über eine Welle W1 angeschlossen sein, um die Enthalpie der Abluft aus dem Brennstoffzellensystem 100 dazu zu nutzen, den Verdichter Comp1 zu entlasten.Like it the 2 shows, the compressor Comp1 in the supply air line 11 can be connected to a turbine Turb in the exhaust air line 12 via a shaft W1 in order to use the enthalpy of the exhaust air from the fuel cell system 100 to relieve the compressor Comp1.

Wie es die 3 zeigt, kann der motorangetriebene Verdichter Comp1 bspw. als ein doppelflutiger Verdichter Comp1.1, Comp1.2 ausgeführt sein. Ein zweiter Verdichter Comp2 kann mechanisch ausgebildet und an eine Turbine Turb in der Abluftleitung 12 angeschlossen sein.Like it the 3 shows, the motor-driven compressor Comp1 can be designed, for example, as a double-flow compressor Comp1.1, Comp1.2. A second compressor Comp2 can be designed mechanically and connected to a turbine Turb in the exhaust line 12 .

Die Erfindung soll aber nicht auf die gezeigten Topologien für ein Brennstoffzellensystem 100 begrenzt werden.However, the invention should not be limited to the topologies shown for a fuel cell system 100 .

Vor und nach dem Brennstoffzellenstapel 101 können Absperrventile SV1, SV2 vorgesehen sein. Zudem kann in der Abluftleitung 12 ein Ventil Cvexh als Druckregler vorgesehen sein. Am Ende der Abluftleitung 12 kann ein Wasserstoffsensor (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um die Präsenz von Wasserstoff in der Abluft L2 aus dem Brennstoffzellensystem 100 zu überwachen, der durch Purge- und/oder Drain-Vorgänge aus einem Anodenpfad in die Abluftleitung 12 gelangen kann. Am Ende der Abluftleitung 12 können auch weitere Sensoren vorgesehen sein, wie z. B. Feuchtigkeitssensor, Temperatursensor, Drucksensor usw. Die Sensoren sind in den Figuren lediglich aus Einfachheitsgründen nicht gezeigt.Shutoff valves SV1, SV2 can be provided before and after the fuel cell stack 101. In addition, a valve Cvexh can be provided in the exhaust air line 12 as a pressure regulator. A hydrogen sensor (not shown) may be provided at the end of the exhaust air line 12 to monitor the presence of hydrogen in the exhaust air L2 from the fuel cell system 100, which may enter the exhaust air line 12 from an anode path through purge and/or drain processes . At the end of the exhaust air line 12, additional sensors can also be provided, e.g. B. humidity sensor, temperature sensor, pressure sensor, etc. The sensors are not shown in the figures only for reasons of simplicity.

Zwischen der Zuluftleitung 11 und der Abluftleitung 12 ist eine Bypassleitung 13 mit einem Bypassventil ByCath vorgesehen. Die Bypassleitung 13 kann bspw. zur Massenstromsteuerung im Kathodensystem 10 und/oder zur Verdünnung der, ggf. wasserstoffhaltigen, Abluft von dem Brennstoffzellenstapel 101 genutzt werden.A bypass line 13 with a ByCath bypass valve is provided between the supply air line 11 and the exhaust air line 12 . The bypass line 13 can be used, for example, to control the mass flow in the cathode system 10 and/or to dilute the exhaust air from the fuel cell stack 101, which may contain hydrogen.

Die vorliegende Erfindung stellt bereit: ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems 100 für einen Einsatz in einem, bspw. brennstoffangetriebenen, Fahrzeug F, welches, wie oben in den 1 bis 3 gezeigt ist, ausgeführt sein kann, um einen Kaltstart und/oder Gefrierstart des Brennstoffzellensystems 100 vorzubereiten und/oder durchzuführen.The present invention provides: a method for operating a fuel cell system 100 for use in a fuel-powered vehicle F, for example, which, as described above in FIGS 1 until 3 is shown, may be designed to prepare for and/or perform a cold start and/or freeze start of the fuel cell system 100 .

Das Verfahren im Sinne der Erfindung kann mithilfe der 4 und 5 erklärt werden, die beispielhafte Kennfelder des mindestens einen Verdichters Comp1, Comp2 zeigen. Das Verfahren weist dabei folgende Schritte auf:

  1. 1) Antreiben mindestens eines Verdichters Comp1, Comp2 mit einer Drehzahl D, um einen Zuluftstrom mAirComp durch eine Zuluftleitung 11 in einem Kathodensystem 10 des Brennstoffzellensystems 100 zu erhalten,
  2. 2) Bereitstellen zumindest eines ersten Teils mAirBypZusatz des Zuluftstroms mAirComp durch eine Bypassleitung 13 von der Zuluftleitung 11 an eine Abluftleitung 12 im Kathodensystem 10, um Komponenten (vgl. die mit einer unterbrochenen Linie gekennzeichnete Bereich in den 1 bis 3) im Kathodensystem 10 vom Eis zu befreien und/oder vor Vereisung und/oder vom Tropfenschlag zu schützen.
The method according to the invention can use the 4 and 5 be explained, which show exemplary characteristic diagrams of at least one compressor Comp1, Comp2. The procedure has the following steps:
  1. 1) driving at least one compressor Comp1, Comp2 at a speed D in order to obtain a supply air flow mAirComp through a supply air line 11 in a cathode system 10 of the fuel cell system 100,
  2. 2) Provision of at least a first part mAirBypZusatz of the supply air flow mAirComp through a bypass line 13 from the supply air line 11 to an exhaust air line 12 in the cathode system 10 in order to remove components (cf. the area marked with a broken line in the 1 until 3 ) in the cathode system 10 from ice and/or to protect against icing and/or from drop impact.

Zum Durchführen des Schrittes 1) kann eine Steuereinheit S des Brennstoffzellensystems 100 die Drehzahl D des mindestens einen Verdichters Comp1, Comp2 und/oder die Drosselklappenstellungen (CVexh, ByCath, ByT) des Druckregelventils Cvexh, des Bypassventils ByCath, ggf. des Turbinenbypassventils ByT usw. verändern.To carry out step 1), a control unit S of the fuel cell system 100 can measure the rotational speed D of the at least one compressor Comp1, Comp2 and/or the throttle valve positions (CVexh, ByCath, ByT) of the pressure control valve Cvexh, the bypass valve ByCath, possibly the turbine bypass valve ByT, etc. change.

Mithilfe der Erfindung wird der Betriebspunkt des mindestens einen Verdichters Comp1, Comp2 vom Betriebspunkt B zum Betriebspunk C verschoben, wie es in den 4 und 5 gezeigt ist.With the help of the invention, the operating point of the at least one compressor Comp1, Comp2 is shifted from operating point B to operating point C, as is shown in FIGS 4 and 5 is shown.

Zum einen kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, um das bereits vor dem Start des Brennstoffzellensystems 100 im Kathodensystem 10 befindliche Eis aufzutauen und in Form von Wasser oder Wasserdampf aus der Abluftleitung 12 abzutransportieren. Zum anderen kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, um bei dem sowie während des Kaltstarts und/oder Gefrierstarts des Brennstoffzellensystems 100 das Einfrieren und/oder Wiedereinfrieren von Wasser oder Wasserdampf im Kathodensystem 10 zu verhindern.On the one hand, the method according to the invention can be carried out in order to thaw the ice already present in the cathode system 10 before the fuel cell system 100 is started and to transport it away from the exhaust air line 12 in the form of water or water vapor. On the other hand, the method according to the invention can be carried out in order to prevent the freezing and/or refreezing of water or water vapor in the cathode system 10 during and during the cold start and/or freeze start of the fuel cell system 100 .

Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit zumindest vorbereitend für den Kaltstart und/oder Gefrierstart, gezielt bei dem Kaltstart und/oder Gefrierstart und/oder eine Zeit lang während und/oder nach dem Kaltstart und/oder Gefrierstart des Brennstoffzellensystems 100 durchgeführt werden.The inventive method can thus at least in preparation for the cold start and / or freeze start, targeted at the cold start and / or Freeze start and/or be performed for a time during and/or after cold start and/or freeze start of the fuel cell system 100 .

Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass der Luftmassen- bzw. Luftvolumenstrom im Kathodensystem 10 über die Bypassleitung 13 zwischen der Zuluftleitung 11 und der Abluftleitung 12 geliefert und/oder über das ursprüngliche Maß, welcher für den Betrieb des Brennstoffzellenstapels 101 erforderlich wäre, hinaus erhöht wird. Somit kann trockene und erwärmte Zuluft L1 über die Bypassleitung 13 in die Abluftleitung 12 geschickt werden. Wenn das Brennstoffzellensystem 100 gestartet ist, kann die trockene und erwärmte Zuluft L1 zu einem Teil mAirBypZusatz zusätzlich zu der Abluft des Brennstoffzellenstapels 101 dazu gemischt werden. Somit kann die Feuchtigkeit der Abluft L2 aus dem Brennstoffzellensystem 100 reduziert und die Temperatur der Abluft L2 aus dem Brennstoffzellensystem 100 erhöht werden. Auf diese Weise können die Komponenten in der Abluftleitung 12 vom Eis befreit werden. Auch kann auf diese Weise verhindert werden, dass die Komponenten in der Abluftleitung 12 durch einfrierende/wiedereinfrierende Feuchtigkeit (Kondensation, Resublimation) beschädigt oder funktional beeinträchtigt werden. Auch kann auf diese Weise die Gefahr von Alterung/Schädigung der Komponenten in der Abluftleitung 12 durch Tropfenschlag vermindert oder eliminiert werden.The idea of the invention is that the air mass or air volume flow in the cathode system 10 is supplied via the bypass line 13 between the air supply line 11 and the exhaust air line 12 and/or is increased above the original level that would be required for the operation of the fuel cell stack 101 . Dry and heated supply air L1 can thus be sent into the exhaust air line 12 via the bypass line 13 . When the fuel cell system 100 is started, the dry and heated supply air L1 can be mixed to a part mAirBypZusatz in addition to the exhaust air of the fuel cell stack 101 thereto. Thus, the humidity of the exhaust air L2 from the fuel cell system 100 can be reduced and the temperature of the exhaust air L2 from the fuel cell system 100 can be increased. In this way, the components in the exhaust air line 12 can be freed from ice. In this way it is also possible to prevent the components in the exhaust air line 12 from being damaged or functionally impaired by freezing/refreezing moisture (condensation, re-sublimation). In this way, the risk of aging/damage to the components in the exhaust air line 12 as a result of drop impact can also be reduced or eliminated.

Vorteile der Erfindung sind:

  • - Enteisung von Komponenten im Kathodensystem 10,
  • - Vermeidung des Einfrierens bzw. Wiedereinfrierens der Komponenten im Kathodensystem 10,
  • - Vermeidung und Verminderung der Degradation der Komponenten im Kathodensystem 10,
  • - Schonung der Komponenten im Kathodensystem 10,
  • - Verminderung/Vermeidung von Tropfenschlag- Sicherstellung der Funktionalität, Robustheitssteigerung der Komponenten im Kathodensystem 10, und damit
  • - Vermeidung der Degradation des Brennstoffzellensystems 100 durch nicht optimal durgeführte und/oder fehlgeschlagene Kaltstarts und/oder Gefrierstarts.
Advantages of the invention are:
  • - de-icing of components in the cathode system 10,
  • - Avoiding the freezing or refreezing of the components in the cathode system 10,
  • - Avoiding and reducing the degradation of the components in the cathode system 10,
  • - Protection of the components in the cathode system 10,
  • - Reduction/avoidance of drop impact- ensuring the functionality, increasing the robustness of the components in the cathode system 10, and thus
  • - Avoidance of the degradation of the fuel cell system 100 due to cold starts and/or freeze starts that have not been carried out optimally and/or have failed.

Die Komponenten (vgl. die mit einer unterbrochenen Linie gekennzeichnete Bereich in den 1 bis 3) im Kathodensystem 10 umfassen sämtliche Aktoren, Sensoren und Bauteile in der Abluftleitung 12, aber auch die Komponenten, die zwischen der Zuluftleitung 11 und der Abluftleitung 12 funktional verschaltet sind, wie z. B. turbinenangetriebener Verdichter Comp2 in der 3, Wärmeübertrager HE in der 2 usw.The components (see the area marked with a broken line in the 1 until 3 ) in the cathode system 10 include all actuators, sensors and components in the exhaust air line 12, but also the components that are functionally connected between the air supply line 11 and the exhaust air line 12 such. B. turbine-driven compressor Comp2 in the 3 , heat exchanger HE in the 2 etc.

Das Verfahren kann vorteilhafterweise durchgeführt werden, um mindestens eine der folgenden Komponenten im Kathodensystem 10 vom Eis zu befreien und/oder vor Vereisung und/oder vom Tropfenschlag zu schützen:

  • - ein Druckregelventil CVexh in der Abluftleitung 12,
  • - ein Bypassventil ByCath,
  • - eine Turbine Turb,
  • - Rotor-Welle-System zwischen einer Turbine Turb und einem Verdichter Comp2,
  • - ein Luftlager einer Turbine Turb und/oder eines Verdichters Comp2,
  • - einen durch eine Turbine Turb angetriebenen Verdichter Comp2 (vgl. die 3),
  • - ein Turbinenbypassventil ByT,
  • - einen Wärmeübertrager HE (vgl. die 3),
  • - einen Wasserabscheider WT, und/oder
  • - mindestens einen Sensor, insbesondere einen Wasserstoffsensor, einen Feuchtigkeitssensor, einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor.
The method can advantageously be carried out in order to free at least one of the following components in the cathode system 10 from ice and/or to protect it from icing and/or from droplet impact:
  • - a pressure control valve CVexh in the exhaust line 12,
  • - a ByCath bypass valve,
  • - a turbine turbo,
  • - Rotor-shaft system between a turbine Turb and a compressor Comp2,
  • - an air bearing of a turbine Turb and/or a compressor Comp2,
  • - a compressor Comp2 driven by a turbine Turb (cf. the 3 ),
  • - a ByT turbine bypass valve,
  • - a heat exchanger HE (cf. the 3 ),
  • - a water separator WT, and/or
  • - At least one sensor, in particular a hydrogen sensor, a humidity sensor, a temperature sensor and/or a pressure sensor.

Da die Turbine Turb in der 3 auf gleicher Welle W2 wie ein Verdichterrad angeordnet ist, kann bei Problemen an der Turbine Turb das ganze Rotor-Welle-System inkl. Luftlagern bzw. die ganze Luftverdichtungseinheit betroffen werden. Because the turbine turb in the 3 is arranged on the same shaft W2 as a compressor wheel, problems with the turbine turb can affect the entire rotor-shaft system including air bearings or the entire air compression unit.

Mithilfe der Erfindung kann der Betriebspunkt des mindestens einen Verdichters Comp1, Comp2 nicht nur vom Betriebspunkt B zum Betriebspunk C verschoben werden, sondern auch vom Betriebspunkt A zum Betriebspunk C, wie es in den 4 und 5 gezeigt ist.With the help of the invention, the operating point of the at least one compressor Comp1, Comp2 can be shifted not only from operating point B to operating point C, but also from operating point A to operating point C, as is shown in FIGS 4 and 5 is shown.

Vorteilhafterweise kann die Drehzahl D des mindestens einen Verdichters Comp1, Comp2 im Schritt 1) derart eingestellt werden, um im Schritt 2 neben dem ersten Teil mAirBypZusatz des Zuluftstroms mAirComp zum Befreien vom Eis und/oder zum Schützen vor Vereisung und/oder vom Tropfenschlag der Komponenten im Kathodensystem 10 mindestens einen von den folgenden Teilströmen bereitzustellen:

  • - einen zweiten Teil mAirStackln des Zuluftstroms mAirComp durch die Zuluftleitung 11 an den Brennstoffzellenstapel 101, um den Brennstoffzellenstapel 101 zu betreiben (vgl. Betriebspunkt B in der 4 und den Betriebspunkt A in der 5),
  • - einen dritten Teil mAirBypAvoidSurge des Zuluftstroms mAirComp durch die Bypassleitung 13 von der Zuluftleitung 11 an die Abluftleitung 12, um den Verdichter Comp1, Comp2 vor einem Strömungsabriss zu schützen (vgl. den Pfeil vom Betriebspunkt A zum Betriebspunk B in der 5), und/oder
  • - einen vierten Teil (lediglich aus Einfachheitsgründen in den 4 und 5 nicht eingezeichnet) von der Zuluftleitung 11 an mindestens eine Hilfskomponente im Kathodensystem 10, bspw. an eine Lagereinheit des mindestens einen Verdichters Comp1, Comp2 und/oder einer Turbine Turb, um die Hilfskomponente bzw. die Lagereinheit mit Zuluft L1 zu versorgen.
Advantageously, the speed D of the at least one compressor Comp1, Comp2 in step 1) can be set in such a way that, in step 2, in addition to the first part mAirByp, the supply air flow mAirComp is added to remove ice and/or to protect against icing and/or to protect against the impact of drops on the components to provide at least one of the following partial flows in the cathode system 10:
  • - a second part mAirStackln of the supply air flow mAirComp through the supply air line 11 to the fuel cell stack 101 in order to operate the fuel cell stack 101 (cf. operating point B in 4 and the operating point A in the 5 ),
  • - a third part mAirBypAvoidSurge of the supply air flow mAirComp through the bypass line 13 from the supply air line 11 to the exhaust air line 12 in order to protect the compressor Comp1, Comp2 from a stall (cf. the arrow from operating point A to operating point B in the 5 ), and or
  • - a fourth part (only for reasons of simplicity in the 4 and 5 not shown) from the air supply line 11 to at least one auxiliary component in the cathode system 10, e.g.

In der 4 verändert das Verfahren den Betriebspunkt B nach Betriebspunkt C. Hierzu werden die Drehzahl D des mindestens einen Verdichters Comp1, Comp2 verändert und die entsprechenden Drosselklappenstellungen (CVexh, ByCath, ByT) angepasst, damit die erfindungsgemäße erhöhte Zumischung über den Bypass ByCath erfolgen kann und damit der angeforderte Druck P und der angeforderte Luftmassenstrom dm/dt bzw. Volumenstrom dV/dt am Brennstoffzellenstapel 101 bereitgestellt werden können.In the 4 the method changes operating point B to operating point C. For this purpose, the speed D of at least one compressor Comp1, Comp2 is changed and the corresponding throttle valve positions (CVexh, ByCath, ByT) are adjusted so that the increased admixing according to the invention can take place via the ByCath bypass and thus the requested pressure P and the requested air mass flow dm/dt or volume flow dV/dt at the fuel cell stack 101 can be provided.

In der 5 verändert das Verfahren den Betriebspunkt A über den Betriebspunkt B nach Betriebspunkt C. Hierzu werden die Drehzahl D des mindestens einen Verdichters Comp1, Comp2 verändert und die entsprechenden Drosselklappenstellungen (CVexh, ByCath, ByT) angepasst, damit die erfindungsgemäße erhöhte Zumischung über den Bypass ByCath erfolgen kann und der angeforderte Druck P und der angeforderte Luftmassenstrom dm/dt bzw. Volumenstrom dV/dt am Brennstoffzellenstapel 101 bereitgestellt werden können.In the 5 the method changes operating point A via operating point B to operating point C. For this purpose, the speed D of the at least one compressor Comp1, Comp2 is changed and the corresponding throttle valve positions (CVexh, ByCath, ByT) are adjusted so that the increased admixing according to the invention takes place via the ByCath bypass and the requested pressure P and the requested air mass flow dm/dt or volume flow dV/dt can be provided at the fuel cell stack 101 .

Das Verfahren kann so lange ausgeführt werden, bis ein Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems 100 eingestellt ist, z. B. bis eine erforderliche Betriebstemperatur und/oder Leistung des Brennstoffzellensystems 100 erreicht ist.The method can be carried out until normal operation of the fuel cell system 100 is set, e.g. B. until a required operating temperature and / or power of the fuel cell system 100 is reached.

Weiterhin kann das Verfahren für eine vorgegebene Zeit vor dem, bei dem und/oder während des Kaltstarts und/oder Gefrierstarts des Brennstoffzellensystems 100 und/oder für eine vorgegebene Strecke und/oder berechnete Trajektorie des Fahrzeuges F ausgeführt werden.Furthermore, the method can be executed for a specified time before, during and/or during the cold start and/or freeze start of fuel cell system 100 and/or for a specified route and/or calculated trajectory of vehicle F.

Der erste Teil mAirBypZusatz des Zuluftstroms mAirComp, der im Schritt 2) zum Befreien vom Eis und/oder zum Schützen vor Vereisung und/oder vom Tropfenschlag der Komponenten im Kathodensystem 10 bereitgestellt wird, kann in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter P des Brennstoffzellensystems 100 und/oder mindestens einer thermodynamischen Größe im Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 eingestellt werden.The first part mAirBypAddition of the supply air flow mAirComp, which is provided in step 2) to remove ice and/or to protect against icing and/or from drop impact of the components in the cathode system 10, can depend on at least one operating parameter P of the fuel cell system 100 and/or or at least one thermodynamic variable during operation of the fuel cell system 100 can be adjusted.

Der mindestens eine Betriebsparameter P des Brennstoffzellensystems 100 und/oder die mindestens eine thermodynamische Größe im Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 können/kann mindestens einen/eine der folgenden Parameter und/oder Größen umfassen:

  • - einen Betriebspunkt, umfassend: Druck P in der Zuluftleitung 11, Temperatur, Strom, Leistung usw., des Brennstoffzellensystems 100,
  • - eine thermodynamische Größe einer Abluft von dem Brennstoffzellenstapel 101, vorzugsweise:
    • - Feuchtigkeit,
    • - Massenstrom,
    • - Temperatur,
    • - Druck,
  • - einen Betriebspunkt, umfassend: Drehzahl D, Temperatur, Massenstrom, Volumenstrom, Leistung des mindestens einen Verdichters Comp1, Comp2,
  • - eine Limitierung bzw. die Pumpgrenze des mindestens einen Verdichters Comp1, Comp2,
  • - eine Ausgangsgröße eines Modells für die Einfriergefahr, und/oder
  • - eine Ausgangsgröße eines adaptiven und/oder lernenden Modells für die Einfriergefahr, welches vergangene Gefrierstarts berücksichtigt.
The at least one operating parameter P of the fuel cell system 100 and/or the at least one thermodynamic variable during operation of the fuel cell system 100 can/can include at least one/one of the following parameters and/or variables:
  • - an operating point, comprising: pressure P in the supply air line 11, temperature, current, power, etc., of the fuel cell system 100,
  • - A thermodynamic variable of an exhaust air from the fuel cell stack 101, preferably:
    • - Humidity,
    • - mass flow,
    • - temperature,
    • - Print,
  • - an operating point, comprising: speed D, temperature, mass flow, volume flow, power of the at least one compressor Comp1, Comp2,
  • - a limitation or the surge limit of the at least one compressor Comp1, Comp2,
  • - an output of a freezing risk model, and/or
  • - an output of an adaptive and/or learning model for the risk of freezing, which takes past freezing starts into account.

In Systemen mit einem Zuluftkühler IC vor der Bypassleitung 13 kann dieser Zuluftkühler IC zum Durchführen des Verfahrens abgeschaltet oder in einer Teilleistung betrieben werden, um den ersten Teil mAirBypZusatz des Zuluftstroms, der über die Bypassleitung 13 an die Abluftleitung 12 bereitgestellt wird, nicht oder nicht zu sehr abzukühlen. Dabei muss beachtet werden, dass eine zulässige Temperatur zum Betrieb des Brennstoffzellenstapels 101 nicht überschritten wird.In systems with an inlet air cooler IC upstream of the bypass line 13, this inlet air cooler IC can be switched off to carry out the method or operated at a partial capacity in order to not or not to the first part mAirBypZusatz of the inlet air flow, which is provided via the bypass line 13 to the exhaust air line 12 very cool. It must be ensured that a permissible temperature for operating the fuel cell stack 101 is not exceeded.

Vorteilhaft kann weiterhin sein, wenn das Verfahren nicht nur zum Vorbereiten und/oder Durchführen eines Kaltstarts und/oder Gefrierstarts des Brennstoffzellensystems 100, sondern zumindest auch dann ausgeführt wird, wenn ungünstige Kondensationseffekte und/oder Tropfenschlag an den Komponenten im Kathodensystem 10 zu erwarten sind, z. B. detektiert, gemeldet und/oder prognostiziert werden. Auf diese Weise kann das Verfahren auch während des Normalbetriebs des Fahrzeuges F durchgeführt werden, wenn bspw. das Brennstoffzellensystem 100 in Teillast und/oder mit Unterbrechungen betrieben wird und/oder ungünstige Wetterverhältnissen zur Eisbildung an Komponenten im Kathodensystem 10 vorliegen.It can also be advantageous if the method is not only carried out to prepare and/or carry out a cold start and/or freeze start of the fuel cell system 100, but also at least when unfavorable condensation effects and/or drop impact on the components in the cathode system 10 are to be expected, e.g. B. be detected, reported and / or predicted. In this way, the method can also be carried out during normal operation of the vehicle F, for example if the fuel cell system 100 is operated at partial load and/or with interruptions and/or unfavorable weather conditions for ice formation on components in the cathode system 10 are present.

Ein entsprechend betriebenes Brennstoffzellensystem 100, welches gemäß einem Verfahren betrieben wird, welches wie oben durchgeführt wird, stellt ebenfalls einen Aspekt der Erfindung dar. Ein solches Brennstoffzellensystem 100 ist beispielhaft in den 1 bis 3 gezeigt. Das Brennstoffzellensystem 100 kann dabei eine Steuereinheit S aufweisen, die mit einer Speichereinheit, in der ein Programcode hinterlegt ist, und einer Prozessoreinheit ausgeführt ist, die beim Ausführen des Programmcodes ein Verfahren durchführt, welches wie oben beschrieben ablaufen kann. Die Steuereinheit S steuert hierzu die Drehzahl D des mindestens einen Verdichters Comp1, Comp2 und verändert die Drosselklappenstellungen (CVexh, ByCath, ByT) des Druckregelventils Cvexh, des Bypassventils ByCath, ggf. des Turbinenbypassventils ByT usw.A correspondingly operated fuel cell system 100, which is operated according to a method which is carried out as above, also represents an aspect of the invention. Such a fuel cell system 100 is exemplary in the 1 until 3 shown. The fuel cell system 100 can have a control unit S, which is designed with a memory unit in which a program code is stored, and a processor unit, which carries out a method when executing the program code, which can run as described above. For this purpose, the control unit S controls the speed D of the at least one compressor Comp1, Comp2 and changes the throttle valve positions (CVexh, ByCath, ByT) of the pressure control valve Cvexh, the bypass valve ByCath, possibly the turbine bypass valve ByT, etc.

Ein Fahrzeug F mit einem entsprechenden Brennstoffzellensystem 100, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vor dem, bei dem sowie während des Kaltstarts und/oder Gefrierstarts betrieben wird, stellt ebenfalls einen Aspekt der Erfindung dar. Das Fahrzeug F im Ganzen ist in den Figuren lediglich aus Einfachheitsgründen nicht gezeigt.A vehicle F with a corresponding fuel cell system 100, which is operated according to the method according to the invention before, during and during the cold start and/or freeze start, also represents an aspect of the invention. The vehicle F as a whole is only shown in the figures for reasons of simplicity Not shown.

Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The above description of the figures describes the present invention exclusively within the framework of examples. It goes without saying that individual features of the embodiments can be freely combined with one another, insofar as this makes technical sense, without departing from the scope of the invention.

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (100) eines Fahrzeuges (F), um einen Kaltstart und/oder Gefrierstart des Brennstoffzellensystems (100) vorzubereiten und/oder durchzuführen, aufweisend folgende Schritte: 1) Antreiben mindestens eines Verdichters (Comp1, Comp2) mit einer Drehzahl (D), um einen Zuluftstrom (mAirComp) durch eine Zuluftleitung (11) in einem Kathodensystem (10) des Brennstoffzellensystems (100) zu erhalten, 2) Bereitstellen zumindest eines ersten Teils (mAirBypZusatz) des Zuluftstroms (mAirComp) durch eine Bypassleitung (13) von der Zuluftleitung (11) an eine Abluftleitung (12) im Kathodensystem (10), um Komponenten im Kathodensystem (10) vom Eis zu befreien und/oder vor Vereisung und/oder vom Tropfenschlag zu schützen.Method for operating a fuel cell system (100) of a vehicle (F) in order to prepare and/or carry out a cold start and/or freeze start of the fuel cell system (100), having the following steps: 1) Driving at least one compressor (Comp1, Comp2) at a speed (D) in order to obtain a supply air flow (mAirComp) through a supply air line (11) in a cathode system (10) of the fuel cell system (100), 2) Providing at least a first part (mAirBypZusatz) of the supply air flow (mAirComp) through a bypass line (13) from the supply air line (11) to an exhaust air line (12) in the cathode system (10) in order to free components in the cathode system (10) from ice and/or to protect against icing and/or drop impact. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt 1) die Drehzahl (D) des mindestens einen Verdichters (Comp1, Comp2) derart eingestellt wird, um im Schritt 2) neben dem ersten Teil (mAirBypZusatz) des Zuluftstroms (mAirComp) zum Befreien vom Eis und/oder zum Schützen vor Vereisung und/oder vom Tropfenschlag der Komponenten im Kathodensystem (10) mindestens einen von den folgenden Teilströmen bereitzustellen: - einen zweiten Teil (mAirStackln) des Zuluftstroms (mAirComp) durch die Zuluftleitung (11) an den Brennstoffzellenstapel (101), um den Brennstoffzellenstapel (101) zu betreiben, - einen dritten Teil (mAirBypAvoidSurge) des Zuluftstroms (mAirComp) durch die Bypassleitung (13) von der Zuluftleitung (11) an die Abluftleitung (12), um den Verdichter (Comp1, Comp2) vor einem Strömungsabriss zu schützen, und/oder - einen vierten Teil von der Zuluftleitung (11) an mindestens eine Hilfskomponente im Kathodensystem (10), bspw. an eine Lagereinheit des mindestens einen Verdichters (Comp1, Comp2) und/oder einer Turbine (Turb), um die Hilfskomponente mit Zuluft zu versorgen.procedure after claim 1 , characterized in that in step 1) the speed (D) of the at least one compressor (Comp1, Comp2) is set such that in step 2) in addition to the first part (mAirBypZusatz) of the supply air flow (mAirComp) for freeing from ice and/ or to provide at least one of the following partial flows to protect the components in the cathode system (10) from icing and/or droplets: - a second part (mAirStackln) of the supply air flow (mAirComp) through the supply air line (11) to the fuel cell stack (101), to operate the fuel cell stack (101), - a third part (mAirBypAvoidSurge) of the supply air flow (mAirComp) through the bypass line (13) from the supply air line (11) to the exhaust air line (12) to the compressor (Comp1, Comp2) before a to protect against stalling, and/or - a fourth part of the supply air line (11) to at least one auxiliary component in the cathode system (10), e.g. to a bearing unit of the at least one compressor (Comp1, Comp2) and/or a turbine (turb) to supply the auxiliary component with supply air. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren so lange ausgeführt wird, bis ein Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems (100) eingestellt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out until normal operation of the fuel cell system (100) is set. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für eine vorgegebene Zeit vor dem, bei dem und/oder während des Kaltstarts und/oder Gefrierstarts des Brennstoffzellensystems (100) ausgeführt wird, und/oder dass das Verfahren für eine vorgegebene Strecke und/oder berechnete Trajektorie des Fahrzeuges (F) ausgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out for a predetermined time before, during and/or during the cold start and/or freeze start of the fuel cell system (100), and/or that the method is carried out for a predetermined distance and/or the calculated trajectory of the vehicle (F) is executed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (mAirBypZusatz) des Zuluftstroms (mAirComp), der im Schritt 2) zum Befreien vom Eis und/oder zum Schützen vor Vereisung und/oder vom Tropfenschlag der Komponenten im Kathodensystem (10) bereitgestellt wird, in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter (P) des Brennstoffzellensystems (100) und/oder mindestens einer thermodynamischen Größe im Betrieb des Brennstoffzellensystems (100) eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first part (mAirBypZusatz) of the supply air flow (mAirComp) used in step 2) for freeing from ice and/or for protecting against icing and/or from droplet impact of the components in the cathode system (10 ) is provided, depending on at least one operating parameter (P) of the fuel cell system (100) and / or at least one thermodynamic variable in operation of the fuel cell system (100) is adjusted. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Betriebsparameter (P) des Brennstoffzellensystems (100) und/oder die mindestens eine thermodynamische Größe im Betrieb des Brennstoffzellensystems (100) mindestens einen/eine der folgenden Parameter und/oder Größen umfassen/umfasst: - einen Betriebspunkt des Brennstoffzellensystems (100), - eine thermodynamische Größe einer Abluft von dem Brennstoffzellenstapel (101), vorzugsweise: - Feuchtigkeit, - Massenstrom, - Temperatur, - Druck, - einen Betriebspunkt des mindestens einen Verdichters (Comp1, Comp2), - eine Limitierung des mindestens einen Verdichters (Comp1, Comp2), - eine Ausgangsgröße eines Modells für die Einfriergefahr, und/oder - eine Ausgangsgröße eines adaptiven und/oder lernenden Modells für die Einfriergefahr, welches vergangene Gefrierstarts berücksichtigt.Method according to the preceding claim, characterized in that the min at least one operating parameter (P) of the fuel cell system (100) and/or the at least one thermodynamic variable during operation of the fuel cell system (100) includes at least one/one of the following parameters and/or variables: - an operating point of the fuel cell system (100), - a thermodynamic variable of an exhaust air from the fuel cell stack (101), preferably: - humidity, - mass flow, - temperature, - pressure, - an operating point of the at least one compressor (Comp1, Comp2), - a limitation of the at least one compressor (Comp1, Comp2), - an output variable of a model for the risk of freezing, and/or - an output variable of an adaptive and/or learning model for the risk of freezing, which takes past freezing starts into account. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Durchführen des Verfahrens ein Zuluftkühler (IC) abgeschaltet oder in einer Teilleistung betrieben wird, und/oder dass beim Durchführen des Verfahrens eine zulässige Temperatur zum Betrieb des Brennstoffzellenstapels (101) berücksichtigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an inlet air cooler (IC) is switched off or operated at partial capacity to carry out the method, and/or that a permissible temperature for operating the fuel cell stack (101) is taken into account when carrying out the method. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren neben dem Vorbereiten und/oder Durchführen eines Kaltstarts und/oder Gefrierstarts des Brennstoffzellensystems (100) zudem im Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems (100), insbesondere zumindest dann, ausgeführt wird, wenn ungünstige Kondensationseffekte und/oder Tropfenschlag an den Komponenten im Kathodensystem (10) detektiert, gemeldet und/oder prognostiziert wurden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method in addition to preparing and / or performing a cold start and / or freeze start of the fuel cell system (100) is also carried out during normal operation of the fuel cell system (100), in particular at least when unfavorable condensation effects and/or drop impact on the components in the cathode system (10) were detected, reported and/or predicted. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren durchgeführt wird, um mindestens eine der folgenden Komponenten im Kathodensystem (10) vom Eis zu befreien und/oder vor Vereisung und/oder vom Tropfenschlag zu schützen: - ein Druckregelventil (CVexh) in der Abluftleitung (12), - ein Bypassventil (ByCath), - eine Turbine (Turb), - Rotor-Welle-System zwischen einer Turbine (Turb) und einem Verdichter (Comp2), - ein Luftlager einer Turbine (Turb) und/oder eines Verdichters (Comp2), - einen durch eine Turbine (Turb) angetriebenen Verdichter (Comp2), - ein Turbinenbypassventil (ByT), - einen Wärmeübertrager (HE), - einen Wasserabscheider (WT), und/oder - mindestens einen Sensor, insbesondere einen Wasserstoffsensor, einen Feuchtigkeitssensor, einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out in order to free at least one of the following components in the cathode system (10) from ice and/or to protect it from icing and/or from drop impact: - a pressure control valve (CVexh) in the exhaust line (12), - a bypass valve (ByCath), - a turbine (Turb), - rotor-shaft system between a turbine (Turb) and a compressor (Comp2), - an air bearing of a turbine (Turb) and/ or a compressor (Comp2), - a compressor (Comp2) driven by a turbine (Turb), - a turbine bypass valve (ByT), - a heat exchanger (HE), - a water separator (WT), and/or - at least one sensor, in particular a hydrogen sensor, a humidity sensor, a temperature sensor and/or a pressure sensor. Brennstoffzellensystem (100) mit einer Steuereinheit (S), aufweisend: eine Speichereinheit, in der ein Programcode hinterlegt ist, und eine Prozessoreinheit, die beim Ausführen des Programmcodes ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführt.Fuel cell system (100) with a control unit (S), comprising: a memory unit in which a program code is stored, and a processor unit which, when executing the program code, carries out a method according to one of the preceding claims.
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