DE102021108793A1 - Process for drying the anode gas in an anode circuit of a fuel cell system, control unit - Google Patents

Process for drying the anode gas in an anode circuit of a fuel cell system, control unit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung des Anodengases in einem Anodenkreis (3) eines Brennstoffzellensystems (1) mit mindestens einer Brennstoffzelle (2), die im Betrieb über den Anodenkreis (3) mit frischem Wasserstoff als Anodengas sowie mit rezirkuliertem Anodengas versorgt wird. Erfindungsgemäß wird im Abstellfall bei Umgebungstemperaturen, die unter einem vorgegebenen Grenzwert liegen, mindestens eine Komponente (4, 5) zur Rezirkulation von Anodengas im Anodenkreis (3) aktiviert, durch Öffnen mindestens eines Ventils (6, 7) wird eine Trocknungseinrichtung (8) zugeschaltet und das rezirkulierte Anodengas wird durch die Trocknungseinrichtung (8) geführt.Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens.The invention relates to a method for drying the anode gas in an anode circuit (3) of a fuel cell system (1) with at least one fuel cell (2) which, during operation, is supplied with fresh hydrogen as anode gas and with recirculated anode gas via the anode circuit (3). According to the invention, at least one component (4, 5) for the recirculation of anode gas in the anode circuit (3) is activated in the event of shutdown at ambient temperatures below a predetermined limit value, and a drying device (8) is switched on by opening at least one valve (6, 7). and the recirculated anode gas is conducted through the drying device (8). The invention also relates to a control device for carrying out the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung des Anodengases in einem Anodenkreis eines Brennstoffzellensystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, Schritte des Verfahrens auszuführen.The invention relates to a method for drying the anode gas in an anode circuit of a fuel cell system according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a control unit that is set up to carry out steps of the method.

Stand der TechnikState of the art

Wasserstoff basierte Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff und Sauerstoff in elektrische Energie, Wärme und Wasser. Der Wasserstoff wird hierzu einer Anode, der Sauerstoff einer Kathode der Brennstoffzelle zugeführt. Als Sauerstofflieferant kann Umgebungsluft dienen. Der Wasserstoff wird in einem geeigneten Tank vorgehalten. Da wasserstoffbasierte Brennstoffzellen lediglich Wasser als Abgas emittieren und darüber hinaus schnelle Betankungszeiten ermöglichen, gelten sie als Mobilitätskonzept der Zukunft.Hydrogen based fuel cells convert hydrogen and oxygen into electrical energy, heat and water. For this purpose, the hydrogen is fed to an anode and the oxygen to a cathode of the fuel cell. Ambient air can serve as the oxygen supplier. The hydrogen is kept in a suitable tank. Since hydrogen-based fuel cells only emit water as exhaust gas and also enable fast refueling times, they are considered the mobility concept of the future.

Aus einer Brennstoffzelle austretendes Anodengas enthält unverbrauchten Wasserstoff enthält, so dass dieses in der Regel rezirkuliert und erneut der Anode zugeführt wird. Die Rezirkulation kann passiv mit Hilfe einer Strahlpumpe und/oder aktiv mit Hilfe eines Rezirkulationsgebläses realisiert werden. Über die Zeit ändert sich die Zusammensetzung des Anodengases, da sich durch die Rezirkulation Stickstoff und Wasser im Anodengas anreichern können. Um die Versorgung der Brennstoffzelle mit ausreichend Wasserstoff sicherzustellen, wird daher von Zeit zu Zeit ein Ventil, das sogenannte Purgeventil, geöffnet und Anodengas aus dem Anodenkreis ausgeleitet. Die ausgeleitete Menge wird dann durch frischen Wasserstoff aus dem Tank ersetzt.Anode gas emerging from a fuel cell contains unused hydrogen, so that this is generally recirculated and fed back to the anode. The recirculation can be implemented passively using a jet pump and/or actively using a recirculation fan. The composition of the anode gas changes over time, since nitrogen and water can accumulate in the anode gas as a result of the recirculation. In order to ensure that the fuel cell is supplied with sufficient hydrogen, a valve, the so-called purge valve, is opened from time to time and anode gas is discharged from the anode circuit. The discharged amount is then replaced with fresh hydrogen from the tank.

Wird ein Brennstoffzellensystem der vorstehend beschriebenen Art bei tiefen Umgebungstemperaturen gestartet, besteht die Gefahr einer Vereisung im Anodenbereich. Dabei können insbesondere Ansammlungen von Wasser vereisen, die sich erst während des Abstellfalls bilden. Denn nach dem Abstellen kühlt das Anodengas ab, so dass im Anodengas enthaltener Wasserdampf kondensiert. Im Startfall wird dann weiteres Wasser produziert, das ebenfalls an den kritischen Stellen zu Vereisungen führen kann.If a fuel cell system of the type described above is started at low ambient temperatures, there is a risk of icing in the anode area. In particular, accumulations of water that only form when the vehicle is parked can freeze. This is because the anode gas cools down after it has been switched off, so that the water vapor contained in the anode gas condenses. In the event of a take-off, more water is then produced, which can also lead to icing at the critical points.

Im Stand der Technik ist daher bereits vorgeschlagen worden, im Abstellfall bei tiefen Umgebungstemperaturen das System von Zeit zu Zeit „aufzuwecken“, um den Anodenbereich mit frischem Wasserstoff trocken zu blasen. Das Wasser wird dann zusammen mit dem Anodengas über das geöffnete Purgeventil aus dem System entfernt. Dabei gelangt jedoch auch Wasserstoff in die Umgebung, was in geschlossenen Räumen, wie beispielsweise einer Garage, zu einer hohen und damit gefährlichen Wasserstoffkonzentration der Umgebungsluft führen kann. Um dies zu vermeiden, wird daher zusätzlich der Luftverdichter eingeschaltet, um den Wasserstoff mit Hilfe von Luft zu verdünnen. Hierzu muss jedoch das Hochvolt-Bordnetz des Fahrzeugs eingeschaltet werden. Ferner müssen die Hochvolt-Batterieschütze geschlossen werden. All dies kann zu weiteren Sicherheitsrisiken führen. Zudem entstehen unerwünschte Geräusche.It has therefore already been proposed in the prior art to “wake up” the system from time to time when the system is switched off at low ambient temperatures, in order to blow the anode area dry with fresh hydrogen. The water is then removed from the system together with the anode gas via the open purge valve. However, hydrogen also gets into the environment, which can lead to a high and therefore dangerous concentration of hydrogen in the ambient air in closed rooms, such as a garage. In order to avoid this, the air compressor is also switched on to dilute the hydrogen with the help of air. To do this, however, the vehicle's high-voltage electrical system must be switched on. Furthermore, the high-voltage battery contactors must be closed. All of this can lead to further security risks. In addition, unwanted noises are generated.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Trocknung des Anodengases in einem Anodenkreis eines Brennstoffzellensystems anzugeben, das nicht zu den vorstehend genannten Nachteilen führt. Im Ergebnis soll somit die Gefrierstartfähigkeit des Brennstoffzellensystems optimiert werden.The present invention is therefore based on the object of specifying a method for drying the anode gas in an anode circuit of a fuel cell system which does not lead to the disadvantages mentioned above. As a result, the freeze start capability of the fuel cell system should be optimized.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Darüber hinaus wird ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9 angegeben.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. In addition, a control unit with the features of claim 9 is specified.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Trocknung des Anodengases in einem Anodenkreis eines Brennstoffzellensystems mit mindestens einer Brennstoffzelle, die im Betrieb über den Anodenkreis mit frischem Wasserstoff als Anodengas sowie mit rezirkuliertem Anodengas versorgt wird. Erfindungsgemäß wird im Abstellfall bei Umgebungstemperaturen, die unter einem vorgegebenen Grenzwert liegen, mindestens eine Komponente zur Rezirkulation von Anodengas im Anodenkreis aktiviert. Ferner wird durch Öffnen mindestens eines Ventils eine Trocknungseinrichtung zugeschaltet und das rezirkulierte Anodengas wird durch die Trocknungseinrichtung geführt.A method is proposed for drying the anode gas in an anode circuit of a fuel cell system with at least one fuel cell which, during operation, is supplied with fresh hydrogen as anode gas and with recirculated anode gas via the anode circuit. According to the invention, at least one component for the recirculation of anode gas in the anode circuit is activated in the event of shutdown at ambient temperatures that are below a predetermined limit value. Furthermore, a drying device is switched on by opening at least one valve and the recirculated anode gas is conducted through the drying device.

Die Aktivierung der mindestens einen Komponente dient der Rezirkulation von Anodengas im Anodenkreis, wobei das Anodengas auch durch die Anode der mindestens einen Brennstoffzelle geführt wird. Allein die Rezirkulation führt jedoch nicht zu der gewünschten Trocknung des Anodengases, da auch der im Anodengas enthaltene Wasserdampf rezirkuliert wird. Daher wird in einem weiteren Verfahrensschritt eine Trocknungseinrichtung zugeschaltet, die den Anodenkreis erweitert, so dass das Anodengas durch die Trocknungseinrichtung geführt wird. Je nach Auslegung der Trocknungseinrichtung wird im Anodengas enthaltenes Wasser in der Trocknungseinrichtung absorbiert oder absorbiert, so dass hierüber die gewünschte Trocknung des Anodengases erzielt wird.The activation of the at least one component serves to recirculate anode gas in the anode circuit, with the anode gas also being routed through the anode of the at least one fuel cell. However, the recirculation alone does not lead to the desired drying of the anode gas, since the water vapor contained in the anode gas is also recirculated. Therefore, in a further method step, a drying device is switched on, which expands the anode circuit so that the anode gas is routed through the drying device. Depending on the design of the drying device, water contained in the anode gas is absorbed or absorbed in the drying device, so that the desired drying of the anode gas is achieved in this way.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird kein Anodengas und damit kein Wasserstoff an die Umgebung entlassen, so dass das Verfahren keine Sicherheitsrisiken in sich birgt. Zudem muss nicht das gesamte System, insbesondere kein Luftverdichter des Systems, „aufgeweckt“ werden, so dass die Geräuschemissionen - sofern überhaupt wahrnehmbar - minimal sind. Auf das Einschalten eines Hochvolt-Bordnetzes kann in Gänze verzichtet werden.In the proposed method, no anode gas and thus no hydrogen is released into the environment, so that the method does not involve any safety risks. In addition, the entire system, in particular no air compressor in the system, does not have to be "woken up", so that the noise emissions - if perceptible at all - are minimal. Switching on a high-voltage vehicle electrical system can be completely dispensed with.

Bei der Durchführung des Verfahrens wird vorzugsweise ein zeolithbasierter Adsorber als Trocknungseinrichtung verwendet. Dieser besitzt den Vorteil, dass bei der Absorption von Wasser Wärme freigegeben wird. Dadurch erwärmt sich das Anodengas, so dass es mehr Wasser in Form von Wasserdampf aufnehmen kann, was den Trocknungsvorgang begünstigt.When carrying out the method, a zeolite-based adsorber is preferably used as the drying device. This has the advantage that heat is released when water is absorbed. This heats up the anode gas so that it can absorb more water in the form of water vapour, which promotes the drying process.

Während der Trocknung des Anodengases wird vorzugsweise ein Purgeventil, über das der Anodenkreis mit einem Abgaspfad des Brennstoffzellensystems verbindbar ist, geschlossen gehalten. Das heißt, dass kein Anodengas über das Purgeventil in den Abgaspfad und damit nach außen gelangen kann. Denn das würde bedeuten, dass mit dem Anodengas auch Wasserstoff in die Umgebung geleitet wird. Dies soll jedoch mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens gerade verhindert werden. Das Purgeventil bleibt daher in jedem Fall geschlossen.During the drying of the anode gas, a purge valve, via which the anode circuit can be connected to an exhaust gas path of the fuel cell system, is preferably kept closed. This means that no anode gas can get into the exhaust gas path and thus out via the purge valve. This would mean that hydrogen would also be released into the environment with the anode gas. However, this is precisely to be prevented with the aid of the proposed method. The purge valve therefore always remains closed.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die zur Rezirkulation von Anodengas aktivierte Komponente ein Wasserstoffdosierventil ist. Mit Hilfe des aktivierten Wasserstoffdosierventils wird aus einem Tank entnommener frischer Wasserstoff einer in den Anodenkreis integrierten Strahlpumpe zugeführt. Dies führt dazu, dass die Strahlpumpe aktiviert wird und Anodengas mit Hilfe der Strahlpumpe passiv rezirkuliert wird. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Wasserstoffdosierventil pulsierend betrieben wird. Der pulsierende Betrieb unterstützt das Austragen von Wasser aus der Anode der Brennstoffzelle, so dass die Rezirkulation von Anodengas über den Anodenkreis gefördert wird.Furthermore, it is proposed that the component activated for the recirculation of anode gas is a hydrogen metering valve. With the help of the activated hydrogen metering valve, fresh hydrogen taken from a tank is fed to a jet pump integrated in the anode circuit. This results in the jet pump being activated and anode gas being passively recirculated with the aid of the jet pump. In a development of the invention, it is proposed that the hydrogen metering valve be operated in a pulsating manner. The pulsating operation supports the removal of water from the anode of the fuel cell, so that the recirculation of anode gas over the anode circuit is promoted.

Sollte die Strömung von frischem Wasserstoff allein nicht ausreichen, um die Rezirkulation in Gang zu setzen, kann - alternativ oder ergänzend - ein in den Anodenkreis integriertes Rezirkulationsgebläse als Komponente zur Rezirkulation von Anodengas aktiviert werden. Die Rezirkulation wird in diesem Fall aktiv mit Hilfe des Rezirkulationsgebläses bewirkt. Vorzugsweise wird ein 12 V-Rezirkulationsgebläse verwendet, so dass das Einschalten eines Hochvolt-Bordnetzes entbehrlich ist. Des Weiteren vorzugsweise wird die Drehzahl des Rezirkulationsgebläses variiert. Durch gezielte Variation der Drehzahl kann die die Abscheidung von Wasser und damit die Trocknung optimiert werden.If the flow of fresh hydrogen alone is not sufficient to start the recirculation, a recirculation fan integrated into the anode circuit can be activated as a component for the recirculation of anode gas - alternatively or additionally. In this case, the recirculation is actively effected with the aid of the recirculation fan. A 12 V recirculation fan is preferably used, so that switching on a high-voltage vehicle electrical system is not necessary. Furthermore, the speed of the recirculation fan is preferably varied. By varying the speed in a targeted manner, the separation of water and thus drying can be optimized.

Bevorzugt wird bei der Durchführung des Verfahrens die Umgebungstemperatur in vorgegebenen zeitlichen Abständen gemessen. Unterschreitet die gemessene Temperatur den vorgegebenen Grenzwert, kann das Verfahren zur Trocknung des Anodengases eingeleitet werden. Das Verfahren wird in diesem Fall durch die gemessene Temperatur getriggert. Als Grenzwert eignet sich ein Wert, der geringfügig oberhalb von 0°C liegt, beispielsweise 5 °C. Zum Messen der Temperatur kann das System in vorgegebenen zeitlichen Abständen partiell „aufgeweckt“ werden.When carrying out the method, the ambient temperature is preferably measured at predetermined time intervals. If the measured temperature falls below the specified limit value, the process for drying the anode gas can be initiated. In this case, the process is triggered by the measured temperature. A value slightly above 0°C, for example 5°C, is suitable as a limit value. To measure the temperature, the system can be partially “woken up” at specified time intervals.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Umgebungstemperatur von extern, beispielsweise mittels einer Cloud-Funktion, zur Verfügung gestellt wird. Die Durchführung des Verfahrens kann somit ebenfalls von extern getriggert werden.Alternatively or additionally, it is proposed that the ambient temperature be made available externally, for example by means of a cloud function. The implementation of the method can thus also be triggered externally.

Vorteilhafterweise wird während der Trocknung der Feuchtegehalt des Anodengases ermittelt. Anhand des Feuchtegehalts des Anodengases kann dann entschieden werden, ob die Trocknung fortgesetzt oder beendet wird. Zur Ermittlung des Feuchtegehalts kann beispielsweise ein in den Anodenkreis integrierter Feuchte-Sensor verwendet werden. Alternativ oder ergänzend kann der Druck im Anodenkreis ermittelt werden. Auf diese Weise können Druckdifferenzen erfasst werden, die Rückschlüsse auf den Feuchtegehalt des Anodengases zu lassen.The moisture content of the anode gas is advantageously determined during drying. Based on the moisture content of the anode gas, a decision can then be made as to whether drying should be continued or ended. For example, a moisture sensor integrated in the anode circuit can be used to determine the moisture content. Alternatively or additionally, the pressure in the anode circuit can be determined. In this way, pressure differences can be recorded, which allow conclusions to be drawn about the moisture content of the anode gas.

Alternativ kann das Verfahren zeitgesteuert durchgeführt werden. Die Trocknung des Anodengases wird dann in vorgegebenen zeitlichen Abständen durchgeführt und/oder nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit beendet. Im Rahmen der Zeitsteuerung kann bzw. können die Jahreszeit und/oder der Standort des Fahrzeugs berücksichtigt werden.Alternatively, the method can be time-controlled. The drying of the anode gas is then carried out at predetermined time intervals and/or terminated after a predetermined time has elapsed. The time of year and/or the location of the vehicle can be taken into account as part of the time control.

Darüber hinaus wird ein Steuergerät vorgeschlagen, das dazu eingerichtet ist, Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Insbesondere kann mit Hilfe des Steuergeräts das System partiell „aufgeweckt“ werden, um das Verfahren einzuleiten und auch wieder zu beenden. Dem Steuergerät werden hierzu bevorzugt Messdaten zur Verfügung gestellt, welche die Umgebungstemperatur, den Feuchtegehaltes Anodengases und/oder den Druck im Anodenkreis betreffen. Das Steuergerät kann hierzu in datenübertragener Weise mit einer entsprechenden Sensorik verbunden sein. Alternativ oder ergänzend können die Daten dem Steuergerät über eine Cloud-Funktion zur Verfügung gestellt werden. Soll das Verfahren eingeleitet werden, kann bzw. können mit Hilfe des Steuergeräts das Wasserstoffdosierventil und/oder das Rezirkulationsgebläse angesteuert werden. Ferner kann mit Hilfe des Steuergeräts die Trocknungseinrichtung zugeschaltet werden.In addition, a control unit is proposed which is set up to carry out steps of the method according to the invention. In particular, the system can be partially “woken up” with the help of the control unit in order to initiate and also end the process again. For this purpose, the control device is preferably provided with measurement data relating to the ambient temperature, the moisture content of the anode gas and/or the pressure in the anode circuit. For this purpose, the control device can be connected to a corresponding sensor system in a data-transmitted manner. Alternatively or additionally, the data can be made available to the control device via a cloud function. If the method is to be initiated, the hydrogen metering valve and/or the recirculation fan can be used with the aid of the control unit be controlled. Furthermore, the drying device can be switched on with the aid of the control device.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs und
  • 3 eine schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs.
Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. These show:
  • 1 a schematic representation of a fuel cell system for carrying out the method according to the invention,
  • 2 a schematic representation of a first process sequence according to the invention and
  • 3 a schematic representation of a second process flow according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Das in der 1 dargestellte Brennstoffzellensystem 1 umfasst mindestens eine Brennstoffzelle 2, die über einen Anodenkreis 3 mit einem Anodengas versorgbar ist. Als Anodengas dient Wasserstoff, der in einem Tank 11 bevorratet und mit Hilfe eines Wasserstoffdosierventils 4 in den Anodenkreis 3 eindosiert wird. Darüber hinaus wird aus der Brennstoffzelle 2 austretendes Anodengas rezirkuliert und der Brennstoffzelle 2 erneut zugeführt. Die Rezirkulation wird passiv mit Hilfe einer Strahlpumpe 12 sowie aktiv mit Hilfe eines Rezirkulationsgebläses 5 realisiert. Zur passiven Rezirkulation wird Wasserstoff aus dem Tank 11 entnommen und über eine Wasserstoffleitung 14, in die ein Druckminderer 13 integriert ist, dem Wasserstoffdosierventil 4 zugeführt. Der mittels des Wasserstoffdosierventils 4 eindosierte Wasserstoff dient in der nachgeschalteten Strahlpumpe 12 als Treibmedium, mit dessen Hilfe der zur passiven Rezirkulation erforderliche Treibeffekt erzeugt wird.That in the 1 The fuel cell system 1 shown comprises at least one fuel cell 2 which can be supplied with an anode gas via an anode circuit 3 . The anode gas used is hydrogen, which is stored in a tank 11 and metered into the anode circuit 3 with the aid of a hydrogen metering valve 4 . In addition, anode gas exiting the fuel cell 2 is recirculated and supplied to the fuel cell 2 again. The recirculation is implemented passively with the aid of a jet pump 12 and actively with the aid of a recirculation fan 5 . For passive recirculation, hydrogen is removed from the tank 11 and fed to the hydrogen metering valve 4 via a hydrogen line 14 into which a pressure reducer 13 is integrated. The hydrogen metered in by means of the hydrogen metering valve 4 serves as a driving medium in the downstream jet pump 12, with the aid of which the driving effect required for passive recirculation is generated.

Da sich rezirkuliertes Anodengas über die Zeit mit Stickstoff und Wasser anreichert, wird der Anodenkreis 3 von Zeit zu Zeit gespült. Hierzu wird ein Purgeventil 9 geöffnet und Anodengas aus dem Anodenkreis 3 in einen Abgaspfad 10 eingeleitet. Zugleich wird das Wasserstoffdosierventil 4 geöffnet, um die ausgeleitete Menge durch frischen Wasserstoff aus dem Tank 11 zu ersetzen. Im rezirkulierten Anodengas enthaltenes flüssiges Wasser wird mit Hilfe eines in den Anodenkreis 3 integrierten Wasserabscheiders 15 separiert. Darüber hinaus kann im Anodengas enthaltenes Wasser bzw. Wasserdampf mit Hilfe einer zuschaltbaren Trocknungseinrichtung 8 separiert werden. Zum Zuschalten werden ein erstes und ein zweites Abschaltventil 6, 7 geöffnet. Bei der Trocknungseinrichtung 8 kann es sich insbesondere um einen zeolithbasierten Adsorber handeln, der im Anodengas enthaltenen Wasserdampf adsorbiert und auf diese Weise das Anodengas trocknet. Die bei der Adsorption freigesetzte Wärme unterstützt dabei den Trocknungsvorgang.Since recirculated anode gas is enriched with nitrogen and water over time, the anode circuit 3 is purged from time to time. For this purpose, a purge valve 9 is opened and anode gas is introduced from the anode circuit 3 into an exhaust gas path 10 . At the same time, the hydrogen metering valve 4 is opened in order to replace the discharged quantity with fresh hydrogen from the tank 11. Liquid water contained in the recirculated anode gas is separated with the aid of a water separator 15 integrated into the anode circuit 3 . In addition, the water or water vapor contained in the anode gas can be separated with the aid of a drying device 8 that can be switched on. To switch on, a first and a second shut-off valve 6, 7 are opened. The drying device 8 can in particular be a zeolite-based adsorber which adsorbs the water vapor contained in the anode gas and in this way dries the anode gas. The heat released during adsorption supports the drying process.

Anhand des in der 1 dargestellten Brennstoffzellensystems 1 wird nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren erläutert, und zwar gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform (2) sowie einer zweiten bevorzugten Ausführungsform (3) der Erfindung.Using the in the 1 illustrated fuel cell system 1, the method according to the invention is explained below, namely according to a first preferred embodiment ( 2 ) and a second preferred embodiment ( 3 ) the invention.

Wie beispielhaft in der 2 dargestellt wird im Abstellfall bei tiefen Umgebungstemperaturen in einem ersten Schritt 100 das Brennstoffzellensystem 1 partiell „aufgeweckt“, um die Trocknung des Anodengases nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen. In einem Schritt 110 wird hierzu zunächst das Rezirkulationsgebläse 5 aktiviert. In einem weiteren Schritt 120 werden dann die Ventile 6, 7 geöffnet, um die Trocknungseinrichtung 8 zu zuschalten. Die Trocknung des Anodengas wird beendet, wenn der Feuchtegehalt des Anodengases unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt. Hierzu wird in Schritt 130 der Feuchtegehalt des Anodengases gemessen. Liegt der Feuchtegehalt noch oberhalb des Grenzwerts, wird die Trocknung fortgesetzt. Andernfalls werden in Schritt 140 die Ventile 6, 7 wieder geschlossen, so dass die Trocknungseinrichtung 8 abgeschaltet wird. Ferner wird in Schritt 150 das Rezirkulationsgebläse 5 deaktiviert. Mit Schritt 160 endet das Verfahren.As exemplified in the 2 shown, the fuel cell system 1 is partially “woken up” in a first step 100 in the case of shutdown at low ambient temperatures in order to carry out the drying of the anode gas according to the method according to the invention. In a step 110, the recirculation fan 5 is first activated for this purpose. In a further step 120, the valves 6, 7 are then opened in order to switch on the drying device 8. The drying of the anode gas is terminated when the moisture content of the anode gas falls below a specified limit value. For this purpose, in step 130 the moisture content of the anode gas is measured. If the moisture content is still above the limit value, drying is continued. Otherwise, in step 140, the valves 6, 7 are closed again, so that the drying device 8 is switched off. Furthermore, in step 150 the recirculation fan 5 is deactivated. The method ends with step 160 .

Ein weiteres Verfahren wird anhand der 3 erläutert. Auch hier wird zunächst in einem ersten Schritt 200 das Brennstoffzellensystem 1 partiell „aufgeweckt“. In dem darauffolgenden Schritt 210 wird ein Tankventil des Tanks 11 geöffnet. Ferner wird in Schritt 220 das Wasserstoffdosierventil 4 aktiviert. Das Wasserstoffdosierventil 4 kann dabei pulsierend angesteuert werden, um den Treibeffekt in den nachfolgenden Strahlpumpe 12 zu erhöhen. Sollten diese Maßnahmen allein nicht ausreichen, um Anodengas passiv zu rezirkulieren, kann in Schritt 230 das Rezirkulationsgebläse 15 eingeschaltet werden. Des Weiteren werden in Schritt 240 die Ventile 6, 7 zum Zuschalten der Trocknungseinrichtung 8 geöffnet. Die Trocknung des Anodengas es wird solange fortgesetzt, bis der Feuchtegehalt unterhalb des vorgegebenen Grenzwerts liegt. Hierzu wird in Schritt 250 der Feuchtegehalt des Anodengases gemessen. Liegt der gemessene Wert unterhalb des Grenzwerts, kann die Trocknung beendet werden. Hierzu werden in Schritt 260 zunächst die Ventile 6, 7 wieder geschlossen, so dass die Trocknungseinrichtung 8 abgeschaltet wird. In Schritt 270 wird dann das Rezirkulationsgebläse 5 wieder ausgeschaltet. Durch Schließen des Wasserstoffdosierventils 4 in Schritt 280 sowie durch Schließen des Tankventils in Schritt 290 wird dann die Trocknung beendet. In Schritt 300 ist das Brennstoffzellensystem 1 vollständig deaktiviert.Another method is based on the 3 explained. Here too, in a first step 200, the fuel cell system 1 is partially “woken up”. In the subsequent step 210, a tank valve of the tank 11 is opened. Furthermore, in step 220 the hydrogen metering valve 4 is activated. The hydrogen metering valve 4 can be activated in a pulsating manner in order to increase the driving effect in the downstream jet pump 12 . If these measures alone are not sufficient to passively recirculate anode gas, the recirculation fan 15 can be switched on in step 230 . Furthermore, in step 240, the valves 6, 7 for switching on the drying device 8 are opened. The drying of the anode gas is continued until the moisture content is below the specified limit value. For this purpose, in step 250 the moisture content of the anode gas is measured. If the measured value is below the limit value, drying can be stopped. For this purpose, the valves 6, 7 are first closed again in step 260, so that the drying device 8 is switched off. In step 270, the recirculation fan 5 is then switched off again. The drying is then ended by closing the hydrogen metering valve 4 in step 280 and by closing the tank valve in step 290 . In step 300 the fuel cell system 1 is completely deactivated.

Claims (9)

Verfahren zur Trocknung des Anodengases in einem Anodenkreis (3) eines Brennstoffzellensystems (1) mit mindestens einer Brennstoffzelle (2), die im Betrieb über den Anodenkreis (3) mit frischem Wasserstoff als Anodengas sowie mit rezirkuliertem Anodengas versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstellfall bei Umgebungstemperaturen, die unter einem vorgegebenen Grenzwert liegen, mindestens eine Komponente (4, 5) zur Rezirkulation von Anodengas im Anodenkreis (3) aktiviert wird, durch Öffnen mindestens eines Ventils (6, 7) eine Trocknungseinrichtung (8) zugeschaltet wird und das rezirkulierte Anodengas durch die Trocknungseinrichtung (8) geführt wird.Method for drying the anode gas in an anode circuit (3) of a fuel cell system (1) with at least one fuel cell (2) which, during operation, is supplied with fresh hydrogen as anode gas and with recirculated anode gas via the anode circuit (3), characterized in that in shutdown at ambient temperatures below a specified limit value, at least one component (4, 5) for recirculating anode gas in the anode circuit (3) is activated, a drying device (8) is switched on by opening at least one valve (6, 7) and that recirculated anode gas is passed through the drying device (8). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Trocknungseinrichtung (8) ein zeolithbasierter Adsorber verwendet wird, der vorzugsweise durch Öffnen eines ersten Absperrventils (6) und eines zweiten Absperrventils (7) zugeschaltet wird.procedure after claim 1 , characterized in that a zeolite-based adsorber is used as the drying device (8), which is preferably switched on by opening a first shut-off valve (6) and a second shut-off valve (7). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Trocknung des Anodengases ein Purgeventil (9), über das der Anodenkreis (3) mit einem Abgaspfad (10) des Brennstoffzellensystems (1) verbindbar ist, geschlossen gehalten wird.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that during the drying of the anode gas, a purge valve (9) via which the anode circuit (3) can be connected to an exhaust gas path (10) of the fuel cell system (1) is kept closed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente (4) ein Wasserstoffdosierventil aktiviert wird, mit dessen Hilfe aus einem Tank (11) entnommener frischer Wasserstoff einer in den Anodenkreis (3) integrierten Strahlpumpe (12) zugeführt wird, wobei vorzugsweise das Wasserstoffdosierventil pulsierend betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a hydrogen metering valve is activated as component (4), with the aid of which fresh hydrogen taken from a tank (11) is fed to a jet pump (12) integrated in the anode circuit (3), with preferably the hydrogen metering valve is operated in a pulsating manner. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente (5) ein in den Anodenkreis (3) integriertes Rezirkulationsgebläse aktiviert wird, wobei vorzugsweise die Drehzahl des Rezirkulationsgebläses variiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a recirculation fan integrated into the anode circuit (3) is activated as component (5), the speed of the recirculation fan preferably being varied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungstemperatur in vorgegebenen zeitlichen Abständen gemessen und/oder von extern, beispielsweise mittels einer Cloud-Funktion, zur Verfügung gestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ambient temperature is measured at predetermined time intervals and/or is made available externally, for example by means of a cloud function. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Trocknung der Feuchtegehalt des Anodengases und/oder der Druck im Anodenkreis (3) ermittelt wird bzw. werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the moisture content of the anode gas and/or the pressure in the anode circuit (3) is or are determined during the drying process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zeitgesteuert durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out in a time-controlled manner. Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, Schritte eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.Control unit set up to carry out steps of a method according to one of the preceding claims.
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