DE102021118047A1

DE102021118047A1 - Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Austragen von Wasser aus einem Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102021118047A1
Application number: DE102021118047.3A
Authority: DE
Inventors: Wadim Kaiser; Stefan Hemmer; Jürgen Kraft
Original assignee: Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Current assignee: Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2023-01-19
Also published as: US20240145742A1; EP4371167A1; WO2023285372A1; CN117730439A

Abstract

Um ein Brennstoffzellensystem, umfassend mindestens einen Brennstoffzellenstapel und ein Kanalsystem zum Zuführen eines fluiden Mediums zu dem Brennstoffzellenstapel und/oder zum Abführen eines fluiden Mediums aus dem Brennstoffzellenstapel, einen ersten Wassersammelbereich, in dem sich Wasser in einem ersten Bereich von Betriebslagen des Brennstoffzellensystems sammelt, und einen ersten Wasseraustraganschluss, durch welchen Wasser aus dem ersten Wassersammelbereich austragbar ist, zu schaffen, bei welchem in jeder Betriebslage des Brennstoffzellensystems ein „Drain“-Vorgang durchführbar ist, durch welchen angesammeltes Wasser aus dem Brennstoffzellensystem austragbar ist, wird vorgeschlagen, dass das Brennstoffzellensystem mindestens einen zweiten Wassersammelbereich umfasst, in dem sich Wasser in einem zweiten Bereich von Betriebslagen des Brennstoffzellensystems sammelt, und mindestens einen zweiten Wasseraustraganschluss, durch welchen Wasser aus dem zweiten Wassersammelbereich austragbar ist, umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, welches mindestens einen Brennstoffzellenstapel und ein Kanalsystem zum Zuführen eines fluiden Mediums zu dem Brennstoffzellenstapel und/oder zum Abführen eines fluiden Mediums aus dem Brennstoffzellenstapel, einen ersten Wassersammelbereich, in dem sich Wasser in einem ersten Bereich von Betriebslagen des Brennstoffzellensystems sammelt, und einen ersten Wasseraustraganschluss, durch welchen Wasser aus dem ersten Wassersammelbereich austragbar ist, umfasst.
Das Brennstoffzellensystem kann insbesondere Polymerelektrolytmembran(PEM)-Brennstoffzellen umfassen.
Beim Betrieb solcher Brennstoffzellen ist das Wassermanagement ein entscheidender Faktor hinsichtlich der Leistung, der Betriebsstabilität und der Dauerhaltbarkeit der Brennstoffzellen. Das beim Betrieb von PEM-Brennstoffzellen auf der Kathodenseite anfallende Produktwasser diffundiert aufgrund von Konzentrationsgradienten durch die Polymermembran auf die Anodenseite. Um eine homogene und ausreichende Versorgung mit fluiden Medien in den elektrochemisch aktiven Bereichen der Brennstoffzellen zu ermöglichen, muss dieses Wasser im Betrieb der Brennstoffzellen abgeführt werden. Dieses Abführen von Wasser erfolgt durch einen sogenannten „Drain“-Vorgang.
Der Austrag von Wasser aus dem Kanalsystem des Brennstoffzellensystems erfolgt üblicherweise durch einen Abflusspunkt, der an der tiefsten Stelle des anodenseitigen Kanalsystems angeordnet ist. Wenn sich die Betriebslage des Brennstoffzellensystems ändert, insbesondere wenn das Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug angeordnet ist und das Fahrzeug einen Berg hinauffährt, kann sich dieser Abflusspunkt an eine höher gelegene Stelle des Kanalsystems verschieben. Das im Kanalsystem anfallende Wasser kann in einem solchen Betriebszustand dann nicht mehr vollständig abgeführt werden, was unter Umständen direkt oder bei einer spontanen Veränderung der Betriebslage zu einer ungewollten Flutung einzelner Brennstoffzellen oder ganzer Bereiche des Brennstoffzellenstapels führen kann. Ferner muss beim Abstellen eines Fahrzeugs, das ein Brennstoffzellensystem enthält, darauf geachtet werden, dass noch vorhandenes Produktwasser vollständig aus dem Brennstoffzellenstapel entfernt wird, da das Wasser bei Temperaturen unter 0°C und über eine hinreichend lange Stillstandsdauer hinweg gefriert. Wenn sich das so entstehende Eis an einer ungünstigen Stelle befindet, kann es die Versorgung des Brennstoffzellenstapels mit fluiden Medien beim Wiederstart einschränken, was einen erfolgreichen Froststart verhindern kann.
Eine Flutung von einzelnen Brennstoffzellen oder von ganzen Bereichen des Brennstoffzellenstapels wirkt sich unmittelbar negativ auf die Betriebsstabilität des Brennstoffzellensystems aus, da Bereiche desselben, die mit flüssigem Wasser belegt sind, nicht mehr ausreichend mit Anodengas oder Kathodengas versorgt werden.
Wenn der Abflusspunkt nicht an der tiefsten Stelle des Kanalsystems liegt, so kann auch eine Trocknungsprozedur im Hinblick auf einen potentiell folgenden Froststart nur zu einem eingeschränkten Trocknungsergebnis führen, da dann stets Restwasser im Brennstoffzellensystem verbleibt.
Ferner führt die Permeabilität der Polymermembran der Brennstoffzellen zu ungewollten Gasdiffusionsprozessen von der Kathode zur Anode. Durch vorhandene Konzentrationsgradienten steigt der Anteil an Inertgasen, wie beispielsweise Stickstoff, auf der Anodenseite des Brennstoffzellensystems über die Betriebsdauer desselben hin an, was den Oxidationsprozess hemmt und dadurch die elektrochemische Aktivität der Brennstoffzelle reduziert. Um diesen Aktivitätsverlust zu vermeiden, muss der Anodengasraum in regelmäßigen Betriebsintervallen gespült werden. Ein solcher Spülvorgang wird auch als „Purge“-Vorgang bezeichnet.
Für einen „Purge“-Vorgang muss der Anschluss, durch welchen das Gas durch das Kanalsystem des Brennstoffzellensystems gespült wird, stets im Gasraum liegen und darf nicht von Wasser bedeckt sein.
Neben den vorstehend beschriebenen, eher langsam ablaufenden Konzentrationsänderungsprozessen kann es im Betrieb des Brennstoffzellensystems unter bestimmten Randbedingungen zu einer spontanen Akkumulation von flüssigem Wasser in den Gasverteilerstrukturen des Brennstoffzellensystems kommen. Diese Wasseransammlungen reduzieren lokal die Versorgung mit dem Anodengas oder dem Kathodengas und müssen, um die Betriebsstabilität des Brennstoffzellensystems zu gewährleisten, sehr schnell durch einen Gasdruckstoß aus den betroffenen Bereichen entfernt werden. Üblicherweise wird hierzu ebenfalls ein Spülvorgang ausgeführt, der einen kurzzeitigen Druckgradienten über den Brennstoffzellenstapel hinweg erzeugt. Auch bei der Durchführung eines solchen Spülvorgangs darf der Anschluss, durch welchen das Gas durch das Kanalsystem des Brennstoffzellensystems gespült wird, nicht durch Wasser blockiert sein.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, bei welchem in jeder Betriebslage des Brennstoffzellensystems ein „Drain“-Vorgang durchführbar ist, durch welchen angesammeltes Wasser aus dem Brennstoffzellensystem austragbar ist, und vorzugsweise in jeder Betriebslage des Brennstoffzellensystems ein „Purge“-Vorgang durchführbar ist, bei welchem durch das Kanalsystem des Brennstoffzellensystems ein Gas gespült wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Brennstoffzellensystem mindestens einen zweiten Wassersammelbereich umfasst, in dem sich Wasser in einem zweiten Bereich von Betriebslagen des Brennstoffzellensystems sammelt, und mindestens einen zweiten Wasseraustraganschluss, durch welchen Wasser aus dem zweiten Wassersammelbereich austragbar ist, umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems ist vorgesehen, dass der zweite Betriebslagenbereich mindestens einen zweiten Betriebslagen-Teilbereich umfasst, in dem sich kein Wasser in dem ersten Wassersammelbereich sammelt. Hierdurch wird erreicht, dass durch den ersten Wasseraustraganschluss ein gasförmiges Medium aus dem Kanalsystem gespült werden kann, wenn das Brennstoffzellensystem sich in dem zweiten Betriebslagen-Teilbereich befindet.
Ferner ist bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der erste Betriebslagenbereich mindestens einen ersten Betriebslagen-Teilbereich umfasst, in dem sich kein Wasser in dem zweiten Wassersammelbereich sammelt. Hierdurch ist gewährleistet, dass durch den zweiten Wasseraustraganschluss Gas aus dem Kanalsystem gespült werden kann, wenn das Brennstoffzellensystem sich in dem ersten Betriebslagen-Teilbereich befindet.
Besonders günstig ist es, wenn der erste Betriebslagenbereich und der zweite Betriebslagenbereich zusammen alle Betriebslagen des Brennstoffzellensystems umfassen. Hierdurch ist gewährleistet, dass immer zumindest einer der Wasseraustraganschlüsse für das Spülen von gasförmigem Medium aus dem Kanalsystem des Brennstoffzellensystems verwendbar ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems ist vorgesehen, dass in dem ersten Betriebslagen-Teilbereich der tiefste Punkt des Kanalsystems in dem ersten Wassersammelbereich liegt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass in dem zweiten Betriebslagen-Teilbereich der tiefste Punkt des Kanalsystems in dem zweiten Wassersammelbereich liegt.
Der erste Wasseraustraganschluss ist vorzugsweise näher an einer Anodenrandplatte des Brennstoffzellenstapels als an einer Kathodenrandplatte des Brennstoffzellenstapels angeordnet.
Der zweite Wasseraustraganschluss ist vorzugsweise näher an einer Kathodenrandplatte des Brennstoffzellenstapels als an einer Anodenrandplatte des Brennstoffzellenstapels angeordnet.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Wasseraustraganschluss und/oder der zweite Wasseraustraganschluss an ein Kanalsystem zum Zuführen eines Anodengases aus dem Brennstoffzellenstapel oder an ein Kanalsystem zum Abführen eines Anodengases aus dem Brennstoffzellenstapel angeschlossen ist.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der erste Wasseraustraganschluss und/oder der zweite Wasseraustraganschluss an ein Kanalsystem zum Zuführen eines Kathodengases zu dem Brennstoffzellenstapel oder an ein Kanalsystem zum Abführen eines Kathodengases aus dem Brennstoffzellenstapel angeschlossen ist.
Besonders günstig ist es, wenn durch den ersten Wasseraustraganschluss und/oder durch den zweiten Wasseraustraganschluss ein gasförmiges Medium aus dem jeweils zugeordneten Kanalsystem abführbar ist und/oder dem jeweils zugeordneten Kanalsystem zuführbar ist. Auf diese Weise können der erste Wasseraustraganschluss beziehungsweise der zweite Wasseraustraganschluss für die Durchführung eines „Purge“-Vorgangs an dem Brennstoffzellensystem verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem eine Einrichtung zur Ermittlung einer Betriebslage des Brennstoffzellensystems umfasst und eine Steuerungsvorrichtung, welche ein erstes Ventil zum Verschließen des ersten Wasseraustraganschlusses und/oder ein zweites Ventil zum Verschließen des zweiten Wasseraustraganschlusses in Abhängigkeit von der ermittelten Betriebslage ansteuert, umfasst.
Eine solche Einrichtung zur Ermittlung einer Betriebslage des Brennstoffzellensystems kann beispielsweise einen Neigungssensor umfassen, welcher vorzugsweise eine Neigung einer Bezugsebene des Brennstoffzellensystems relativ zu der Horizontalen und/oder relativ zu der Vertikalen erfasst.
Ferner ist bei einer besonderen Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem eine Einrichtung zur Ermittlung eines Füllzustands des ersten Wassersammelbereichs und/oder des zweiten Wassersammelbereichs umfasst und eine Steuerungsvorrichtung, welche ein erstes Ventil zum Verschließen des ersten Wasseraustraganschlusses und/oder ein zweites Ventil zum Verschließen des zweiten Wasseraustraganschluss in Abhängigkeit von dem ermittelten Füllzustand des ersten Wassersammelbereichs und/oder in Abhängigkeit von dem ermittelten Füllzustand des zweiten Wassersammelbereichs ansteuert.
Hierdurch ist es möglich, Wasser aus dem ersten Wassersammelbereich beziehungsweise aus dem zweiten Wassersammelbereich auszutragen, wenn der betreffende Wassersammelbereich bis zu einem vorgegebenen Füllzustand mit angesammelten Wasser gefüllt ist.
Ferner kann mittels des ersten Wasseraustraganschlusses und/oder mittels des zweiten Wasseraustraganschlusses ein „Purge“-Vorgang an dem Brennstoffzellensystem durchgeführt werden, wenn der Füllzustand des ersten Wassersammelbereichs beziehungsweise der Füllzustand des zweiten Wassersammelbereichs so niedrig ist, dass die Zufuhr von Gas durch den betreffenden Wasseraustraganschluss nicht behindert wird.
Eine solche Einrichtung zur Ermittlung eines Füllzustands des ersten Wassersammelbereichs und/oder des zweiten Wassersammelbereichs kann insbesondere einen Drucksensor umfassen.
Aus dem Druckverlauf nach Öffnen des ersten Wasseraustraganschlusses oder des zweiten Wasseraustraganschlusses kann geschlossen werden, ob durch den jeweiligen Wasseraustraganschluss Wasser oder aber gasförmiges Medium ausgetragen wird.
Um zu erreichen, dass in einem der Wassersammelbereiche angesammeltes Wasser stets in den am tiefsten gelegenen Wassersammelbereich gelangt, ist bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der erste Wassersammelbereich und der zweite Wassersammelbereich durch mindestens einen Wasserausgleichskanal miteinander verbunden sind.
Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mindestens ein Wasserausgleichskanal als ein strömungsberuhigter Bereich eines Mediumkanals eines Kanalsystems des Brennstoffzellensystems ausgebildet ist.
Der Mediumkanal kann insbesondere zur Zufuhr von Anodengas zu dem Brennstoffzellenstapel oder zur Abfuhr von Anodengas aus dem Brennstoffzellenstapel ausgebildet sein.
Der Mediumkanal erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels.
Der Wasserausgleichskanal erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels.
Der Wasserausgleichskanal kann als eine Auswölbung an einer Begrenzungswand des Mediumkanals ausgebildet sein.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Wasserausgleichskanal zwei oder mehr strömungsberuhigte Bereiche eines Mediumkanals eines Kanalsystems des Brennstoffzellensystems umfasst.
Alternativ oder ergänzend zur Ausbildung eines Wasserausgleichskanals als ein strömungsberuhigter Bereich eines Mediumkanals eines Kanalsystems des Brennstoffzellensystems kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Wasserausgleichskanal als eine separat von einem Mediumkanal eines Kanalsystems des Brennstoffzellensystems ausgebildete Wasserausgleichsleitung ausgebildet ist.
Eine solche Wasserausgleichsleitung kann insbesondere ein Wasserausgleichsrohr umfassen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Austragen von Wasser aus einen Brennstoffzellensystem.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Austragen von Wasser aus einem Brennstoffzellensystem zu schaffen, welches ein zuverlässiges und möglichst vollständiges Austragen von Wasser aus dem Brennstoffzellensystem unabhängig von der jeweiligen Betriebslage des Brennstoffzellensystems ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Austragen von Wasser aus einem Brennstoffzellensystem gelöst, welches Folgendes umfasst:

- Sammeln von Wasser in einem ersten Wassersammelbereich, wenn das Brennstoffzellensystem sich in einem ersten Bereich von Betriebslagen befindet;
- Sammeln von Wasser in einem zweiten Wassersammelbereich, wenn das Brennstoffzellensystem sich in einem zweiten Bereich von Betriebslagen befindet;
- Austragen von Wasser aus dem ersten Wassersammelbereich durch einen ersten Wasseraustraganschluss;
- Austragen von Wasser aus dem zweiten Wassersammelbereich durch einen zweiten Wasseraustraganschluss.

Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem eignet sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Austragen von Wasser aus einem Brennstoffzellensystem.
Besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Austragen von Wasser aus einem Brennstoffzellensystem sind bereits vorstehend im Zusammenhang mit besonderen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems offenbart worden.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem umfasst vorzugsweise mindestens zwei Wasseraustraganschlüsse, die benachbart zu einander abgewandten Endbereichen des Brennstoffzellenstapels angeordnet sind.
Aufgrund des Umstands, dass der erste Wasseraustraganschluss und der zweite Wasseraustraganschluss auf unterschiedlichen Höhenpositionen liegen, ist auch in den ungünstigsten Betriebslagen des Brennstoffzellensystems stets gewährleistet, dass einer der Wasseraustraganschlüsse für den Austrag von Wasser („Drain“-Vorgang) und der jeweils andere Wasseraustraganschluss für das Spülen mit Gas („Purge“-Vorgang) verwendbar ist.
Unabhängig von der jeweiligen Betriebslage des Brennstoffzellensystems liegt immer einer der Wasseraustraganschlüsse am tiefsten Punkt des Brennstoffzellensystems. Die Abfuhr von Wasser aus dem Brennstoffzellensystem ist somit in jeder Betriebslage des Brennstoffzellensystems möglich.
Ist einer der beiden Wasseraustraganschlüsse mit angesammelten Wasser geflutet, so befindet sich der andere Wasseraustraganschluss zu diesem Zeitpunkt aufgrund der relativen geometrischen Anordnung der beiden Wasseraustraganschlüsse immer im Gasraum. Dadurch können sowohl ein „Drain“-Vorgang als auch ein „Purge“-Vorgang zu jedem Zeitpunkt und bei jeder Betriebslage des Brennstoffzellensystems erfolgreich ausgeführt werden. Der „Drain“-Vorgang und der „Purge“-Vorgang werden dabei nicht jeweils durch einen fest vorgegebenen Wasseraustraganschluss durchgeführt, sondern variabel, je nach Betriebslage, durch jeweils den Wasseraustraganschluss, welcher dafür gerade besser geeignet ist.
Die Detektion der aktuell vorliegenden Betriebslage des Brennstoffzellensystems und die damit verbundene Zuweisung des „Drain“-Vorgangs und des „Purge“-Vorgangs zu den Wasseraustraganschlüssen ist beispielsweise durch einen Neigungssensor möglich, der im Brennstoffzellensystem oder in dem Fahrzeug, in welchem das Brennstoffzellensystem angeordnet ist, vorgesehen ist.
Auch bei häufigen spontanen Wechseln der Betriebslagen des Brennstoffzellensystems ist eine zuverlässige und vollständige Abfuhr von Wasser aus dem Brennstoffzellensystem stets möglich, wenn die Wassersammelbereiche, an denen die Wasseraustraganschlüsse angeordnet sind, durch mindestens einen Wasserausgleichskanal miteinander verbunden sind. Durch einen solchen Wasserausgleichskanal kann dann ein Transfer des Wassers zwischen den Wassersammelbereichen erfolgen.
Der Transfer von Wasser zwischen dem ersten Wassersammelbereich und dem zweiten Wassersammelbereich kann durch einen Mediumkanal des Kanalsystems des Brennstoffzellensystems, durch einen oder mehrere in einem solchen Mediumkanal angeordnete strömungsberuhigte Bereiche oder durch eine separat von den Mediumkanälen des Kanalsystems des Brennstoffzellensystems ausgebildete Wasserausgleichsleitung erfolgen.
Da bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem stets das gesamte angesammelte Wasser aus dem Brennstoffzellensystem abgeführt werden kann, unabhängig von der jeweiligen Betriebslage des Brennstoffzellensystems, ist das Brennstoffzellensystem auch beim Abstellen des Fahrzeugs jederzeit für einen möglicherweise erforderlich werdenden Froststartfall vorbereitet.
Eine Abfuhr von Wasser aus dem Brennstoffzellensystem kann auch gegen den Gradienten des hydrostatischen Drucks erfolgen, wenn der anstehende Betriebsdruck größer ist als der hydrostatische Druck der Wassersäule.
Ferner ist es möglich, das Wasser aufgrund der Schwerkraft stets zu einem tieferliegenden Wasseraustraganschluss abzuleiten.
Ein erstes Ventil, welches den ersten Wasseraustraganschluss öffnet und verschließt, kann in Fluidverbindung mit der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels oder in Fluidverbindung mit der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels stehen.
Ein zweites Ventil, welches den zweiten Wasseraustraganschluss öffnet und verschließt, kann in Fluidverbindung mit der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels oder in Fluidverbindung mit der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels stehen.
Durch die vorliegende Erfindung wird das Problem eines zuverlässigen Austrags von kondensiertem Wasser aus dem Brennstoffzellensystem in allen möglichen Betriebslagen des Brennstoffzellensystems gelöst.
Der erste Wasseraustraganschluss und der zweite Wasseraustraganschluss sind so angeordnet, dass unabhängig von der Betriebslage des Brennstoffzellensystems immer einer dieser Wasseraustraganschlüsse am tiefsten Punkt im Gasraum des Brennstoffzellensystems liegt. Sowohl die Abfuhr von Wasser aus dem Brennstoffzellensystem als auch die Ausspülung von Inertgasen aus dem Brennstoffzellensystem ist somit in jeder Betriebslage des Brennstoffzellensystems zuverlässig möglich.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische ausschnittsweise Darstellung eines Brennstoffzellensystems, welches einen Brennstoffzellenstapel und ein Kanalsystem zum Zuführen eines fluiden Mediums zu dem Brennstoffzellenstapel und/oder zum Abführen eines fluiden Mediums aus dem Brennstoffzellenstapel, einen ersten Wassersammelbereich, in dem sich Wasser in einem ersten Bereich von Betriebslagen des Brennstoffzellensystems sammelt, einen ersten Wasseraustraganschluss, durch welchen Wasser aus dem ersten Wassersammelbereich austragbar ist, einen zweiten Wassersammelbereich, in dem sich Wasser in einem zweiten Bereich von Betriebslagen des Brennstoffzellensystems sammelt, und einen zweiten Wasseraustraganschluss, durch welchen Wasser aus dem zweiten Wassersammelbereich austragbar ist, umfasst;
2 einen senkrecht zu einer Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels aus 1 genommenen Querschnitt durch einen Mediumkanal des Kanalsystems des Brennstoffzellensystems, wobei der Mediumkanal einen strömungsberuhigten Bereich aufweist, welcher als ein Wasserausgleichskanal dient, der den ersten Wassersammelbereich und den zweiten Wassersammelbereich miteinander verbindet;
3 eine der 1 entsprechende schematische ausschnittsweise Darstellung des Brennstoffzellensystems aus den 1 und 2 in einer alternativen Betriebslage des Brennstoffzellensystems, in welcher der erste Wassersammelbereich tiefer liegt als der zweite Wassersammelbereich;
4 ein Schaubild, welches den von einem Drucksensor des Brennstoffzellensystems in dem Kanalsystem ermittelten Druckverlauf in Abhängigkeit von der Zeit t zeigt, wobei zugleich Öffnungsphasen eines ersten Ventils, durch welches Wasser aus dem ersten Wassersammelbereich austragbar ist, und eines zweiten Ventils, durch welches Wasser aus dem zweiten Wassersammelbereich austragbar ist, dargestellt sind und wobei ein Referenzwert p_r für den Druck p eingezeichnet ist, welcher aus dem Druckverlauf während einer Öffnungsphase des ersten Ventils ermittelt wird, und das zweite Ventil vor Erreichen einer vorgegebenen Öffnungszeit T geschlossen wird, wenn der nach dem Öffnen des zweiten Ventils ermittelte Druck den Referenzwert erreicht;
5 ein der 4 entsprechendes Schaubild, welches den mittels des Drucksensors ermittelten Druckverlauf in Abhängigkeit von der Zeit t zeigt, wobei gleichzeitig die Öffnungsphasen des ersten Ventils und des zweiten Ventils dargestellt sind und wobei der Druck-Referenzwert nach einer Änderung der Betriebsbedingungen des Brennstoffzellenstapels angepasst wird;
6 ein den 4 und 5 entsprechendes Schaubild, welches den mittels des Drucksensors ermittelten Druckverlauf in Abhängigkeit von der Zeit t zeigt, wobei gleichzeitig die Öffnungsphasen des ersten Ventils und des zweiten Ventils dargestellt sind und durch eine Veränderung der Betriebsbedingungen des Brennstoffzellensystems eine Veränderung des Druckniveaus bei geschlossenen Ventilen bewirkt wird, wobei der Druck-Referenzwert nach einer Änderung dieses Druckniveaus bei geschlossenen Ventilen angepasst wird;
7 eine den 4 bis 6 entsprechende Darstellung des mittels des Drucksensors ermittelten Druckverlaufs in Abhängigkeit von der Zeit t, wobei aus dem Druckverlauf während einer Öffnungsphase des ersten Ventils ermittelt wird, dass ein irregulärer Betriebszustand des ersten Ventils vorliegt, worauf dann das zweite Ventil anstelle des ersten Ventils geöffnet wird, so dass das zweite Ventil die Funktion des ersten Ventils übernimmt;
8 eine den 4 bis 7 entsprechende Darstellung des mittels des Drucksensors ermittelten Druckverlaufs in Abhängigkeit von der Zeit t, wobei der aus dem Druckverlauf während einer Öffnungsphase des ersten Ventils ermittelte Referenzwert p_r für den Druck höher liegt als bei dem in 4 dargestellten Steuerungsverfahren;
9 eine den 4 bis 8 entsprechende Darstellung des mittels des Drucksensors ermittelten Druckverlaufs in Abhängigkeit von der Zeit t, wobei der aus dem Druckverlauf während einer Öffnungsphase des ersten Ventils ermittelte Referenzwert p_r für den Druck tiefer liegt als der Referenzwert, welcher bei dem Steuerungsverfahren nach 4 ermittelt wird, und tiefer liegt als der minimale Druck während der Öffnungsphase des ersten Ventils;
10 einen der 2 entsprechenden schematischen Querschnitt durch einen Mediumkanal des Kanalsystems einer zweiten Ausführungsform des Brennstoffzellensystems, bei welcher der Mediumkanal zwei strömungsberuhigte Bereiche aufweist, die jeweils als ein Wasserausgleichskanal dienen, der den ersten Wassersammelbereich und den zweiten Wassersammelbereich miteinander verbindet; und
11 einen den 2 und 10 entsprechenden schematischen Querschnitt durch einen Mediumkanal des Kanalsystems einer dritten Ausführungsform des Brennstoffzellensystems und einen Wasserausgleichskanal, welcher den ersten Wassersammelbereich und den zweiten Wassersammelbereich miteinander verbindet und als eine separat von dem Mediumkanal ausgebildete Wasserausgleichsleitung ausgebildet ist.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein in den 1 bis 3 dargestelltes, als Ganzes mit 100 bezeichnetes Brennstoffzellensystem umfasst einen Brennstoffzellenstapel 102, welcher eine Mehrzahl von Brennstoffzellen 104 umfasst, die längs einer Stapelrichtung 106 aufeinanderfolgen.
In der in 1 dargestellten Betriebslage des Brennstoffzellensystems 100, welche einer Standardlage des Brennstoffzellensystems 100 entspricht, ist die Stapelrichtung 106 im Wesentlichen horizontal ausgerichtet.
Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst ferner ein Kanalsystem 108 zum Zuführen eines fluiden Mediums zu dem Brennstoffzellenstapel 102 und/oder zum Abführen eines fluiden Mediums aus dem Brennstoffzellenstapel 102.
Bei dem fluiden Medium kann es sich um ein Anodengas oder ein Kathodengas des Brennstoffzellensystems 100 handeln.
In 1 ist ein Mediumkanal 110 des Kanalsystems 108 dargestellt, durch welchen beispielsweise ein Anodengas des Brennstoffzellensystems 100 geführt wird.
Der Mediumkanal 110 erstreckt sich im Wesentlichen längs der Stapelrichtung 106.
Während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 100 sammelt sich in dem Mediumkanal 110 Wasser an.
Zum Sammeln dieses in dem Mediumkanal 110 anfallenden Wassers umfasst das Brennstoffzellensystem 100 mindestens einen ersten Wassersammelbereich 112, in dem sich Wasser in einem ersten Bereich von Betriebslagen des Brennstoffzellensystems 100 sammelt (siehe 3, in welcher das Brennstoffzellensystem 100 gegenüber der in 1 dargestellten Standard-Betriebslage geneigt ist), und einen zweiten Wassersammelbereich 114, in dem sich Wasser in einem zweiten Bereich von Betriebslagen des Brennstoffzellensystems 100 sammelt (siehe die in 1 dargestellte Standard-Betriebslage des Brennstoffzellensystems 100).
Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst ferner einen ersten Wasseraustraganschluss 116, durch welchen Wasser aus dem ersten Wassersammelbereich 112 austragbar ist, und einen zweiten Wasseraustraganschluss 118, durch welchen Wasser aus dem zweiten Wassersammelbereich 114 austragbar ist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der erste Wasseraustraganschluss 116 näher an einer Anodenrandplatte 120 als an einer Kathodenrandplatte 122 des Brennstoffzellenstapels 102 angeordnet ist und dass der zweite Wasseraustraganschluss 118 näher an der Kathodenrandplatte 122 als an der Anodenrandplatte 120 des Brennstoffzellenstapels 102 angeordnet ist.
Grundsätzlich könnten aber die Anordnung des ersten Wasseraustraganschlusses 116 und die Anordnung des zweiten Wasseraustraganschlusses 118 auch miteinander vertauscht sein, so dass dann der erste Wasseraustraganschluss 116 näher an der Kathodenrandplatte 122 des Brennstoffzellenstapels 102 als an der Anodenrandplatte 120 des Brennstoffzellenstapels 102 angeordnet wäre und der zweite Wasseraustraganschluss 118 näher an der Anodenrandplatte 120 des Brennstoffzellenstapels 102 als an der Kathodenrandplatte 122 des Brennstoffzellenstapels 102 angeordnet wäre.
Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst ferner ein erstes Ventil 124, mittels welchem der erste Wasseraustraganschluss 116 geöffnet oder geschlossen werden kann, und ein zweites Ventil 126, mittels welchem der zweite Wasseraustraganschluss 118 geöffnet oder geschlossen werden kann.
Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem 100 eine Steuerungsvorrichtung 128, welche über eine oder mehrere Steuerleitungen 130 mit dem ersten Ventil 124 und mit dem zweiten Ventil 126 verbunden ist, um das erste Ventil 124 und das zweite Ventil 126 ansteuern zu können.
Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem 100 einen Drucksensor 132, mittels welchem ein Verlauf eines Drucks p in dem Kanalsystem 108 ermittelbar ist. Auch der Drucksensor 132 ist über eine Steuerleitung 134 mit der Steuervorrichtung 128 verbunden.
Der erste Wassersammelbereich 112 und der zweite Wassersammelbereich 114 des Brennstoffzellensystems 100 sind durch mindestens einen Wasserausgleichskanal 136 miteinander verbunden, durch welchen Wasser - je nach der aktuellen Betriebslage des Brennstoffzellensystems 100 - von dem jeweils höher liegenden Wassersammelbereich in den jeweils tiefer liegenden Wassersammelbereich strömen kann.
In der Standard-Betriebslage des Brennstoffzellensystems 100, welche in 1 dargestellt ist, liegt der erste Wassersammelbereich 112 höher als der zweite Wassersammelbereich 114, so dass in dieser Betriebslage Wasser aus dem ersten Wassersammelbereich 112 durch den Wasserausgleichskanal 136 in den zweiten Wassersammelbereich 114 strömen würde.
In der in 3 dargestellten alternativen Betriebslage des Brennstoffzellensystems 100 liegt der zweite Wassersammelbereich 114 höher als der erste Wassersammelbereich 112, so dass in dieser Betriebslage Wasser aus dem zweiten Wassersammelbereich 114 durch den Wasserausgleichskanal 136 in den ersten Wassersammelbereich 112 strömen würde.
Wie aus dem Querschnitt durch den Mediumkanal 110 des Kanalsystems 108 des Brennstoffzellensystems 100 in 2 zu ersehen ist, kann der Wasserausgleichskanal 136 einen strömungsberuhigten Bereich 138 des Mediumkanals 110 umfassen.
Ein solcher strömungsberuhigte Bereich 138 kann beispielsweise als eine Ausbuchtung 140 ausgebildet sein, welche an einem in der Schwerkraftrichtung unten liegenden Bodenbereich 142 einer Begrenzung 144 des Mediumkanals 110 angeordnet ist.
Durch die Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems 100 mit den beiden Wassersammelbereichen 112 und 114 ist gewährleistet, dass in jeder Betriebslage des Brennstoffzellensystems 100 jeweils mindestens einer der Wasseraustraganschlüsse 116 und 118 an einem Wassersammelbereich 112 oder 114 mündet, welcher nicht mit Wasser gefüllt ist, so dass durch den betreffenden Wasseraustraganschluss 116 oder 118 ein gasförmiges Medium aus dem Kanalsystem abgeführt werden kann. Diese Funktion wird benötigt, um einen sogenannten „Purge“-Vorgang oder Spülvorgang an dem Brennstoffzellensystem 100 durchzuführen.
Wenn sich in dem Kanalsystem 108 flüssiges Wasser befindet, so sammelt sich dieses Wasser stets in dem ersten Wassersammelbereich 112 oder in dem zweiten Wassersammelbereich 114, so dass es stets möglich ist, das Wasser durch Öffnen des ersten Ventils 124 an dem ersten Wasseraustraganschluss 116 oder durch Öffnen des zweiten Ventils 126 an dem zweiten Wasseraustraganschluss 118 aus dem Kanalsystem 108 auszutragen (sogenannter „Drain“-Vorgang oder Wasseraustragvorgang).
Um zu ermitteln, welches der Ventile 124, 126 zur Durchführung eines „Drain“-Vorgangs von der Steuerungsvorrichtung 128 geöffnet werden muss, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Brennstoffzellensystem 100 eine (nicht dargestellte) Einrichtung zur Ermittlung einer Betriebslage des Brennstoffzellensystems 100 umfasst. Eine solche Einrichtung zur Ermittlung einer Betriebslage des Brennstoffzellensystems 100 kann beispielsweise einen Neigungssensor umfassen.
In Abhängigkeit von der durch die Einrichtung zur Ermittlung einer Betriebslage des Brennstoffzellensystems 100 ermittelten Betriebslage öffnet dann die Steuerungsvorrichtung 128 zur Durchführung eines „Drain“-Vorgangs entweder das erste Ventil 124, durch welches der erste Wasseraustraganschluss 116 verschließbar ist, oder das zweite Ventil 126, durch welches der zweite Wasseraustraganschluss 118 verschließbar ist.
Zur Durchführung eines „Purge“-Vorgangs öffnet die Steuerungsvorrichtung 128 dann jeweils das andere der beiden Ventile 124, 126.
Ein Verfahren zum Steuern des Betriebs des vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystems 100 mittels der Steuerungsvorrichtung 128 ist schematisch in 4 dargestellt.
4 gibt einen mittels des Drucksensors 132 ermittelten Verlauf 146 des Drucks p im Kanalsystem 108 in Abhängigkeit von der Zeit t wieder.
Ferner ist in 4 der jeweilige Zustand des ersten Ventils 124 und des zweiten Ventils 126 in Abhängigkeit von der Zeit t angegeben. Jedes der Ventile 124 und 126 kann mittels der Steuerungsvorrichtung 128 von einem geschlossenen Zustand („c“ in 4) in einen offenen Zustand („o“ in 4) geschaltet werden und bleibt für einen vorgegebenen Zeitraum T in dem offenen Zustand, in welchem ein flüssiges oder gasförmiges Medium durch das betreffende Ventil 124 beziehungsweise 126 hindurchtreten kann, bis es von der Steuerungsvorrichtung 128 wieder geschlossen wird.
Wenn im Druckverlauf 146 ein bestimmtes Ereignis eintritt, beispielsweise das Erreichen eines Druck-Referenzwerts 148, schließt die Steuerungsvorrichtung 128 das sich zum betreffenden Zeitpunkt in der Öffnungsphase befindliche Ventil 124 beziehungsweise 126 vor Ablauf der vorgegebenen Öffnungsdauer T.
Die vorgegebene Öffnungsdauer T kann für beide Ventile 124 und 126 dieselbe sein oder für die beiden Ventile 124 und 126 unterschiedlich sein.
Die Öffnungsphasen des ersten Ventils 124 sind in 4 durch eine erste Schraffur gekennzeichnet, welche von links unten nach rechts oben verlaufende Linien aufweist.
Die Öffnungsphasen des zweiten Ventils 126 sind in 4 durch eine zweite Schraffur markiert, welche von links oben nach rechts unten verlaufende Linien aufweist.
Wie aus 4 zu ersehen ist, liegt der in dem Kanalsystem 108 herrschende Druck vor dem Öffnen des ersten Ventils 124 bei einem Mittelwert p₀, mit kleinen zufälligen Schwankungen.
Durch das Öffnen des ersten Ventils 124 in einer ersten Öffnungsphase 150 des ersten Ventils 124 gelangt gasförmiges Medium aus dem ersten Wassersammelbereich 112, der zu diesem Zeitraum kein Wasser enthält, aus dem Kanalsystem 108 heraus, wodurch der mittels des Drucksensors 132 ermittelte Druck p deutlich abfällt, bis das erste Ventil 124 nach der vorgegebenen Öffnungszeit T wieder schließt. Daraufhin steigt der Druck p im Kanalsystems 108 wieder bis auf den Ausgangsdruck p₀ an.
Aus dem Druckverlauf 146 zwischen dem Öffnen und dem Schließen des ersten Ventils 124, mit welchem ein „Purge“-Vorgang durchgeführt worden ist, wird ein Druck-Referenzwert p_r ermittelt, welcher von der Steuerungsvorrichtung 128 für die Steuerung des Schließens des zweiten Ventils 126 im Zuge eines „Drain“-Vorgangs herangezogen wird.
Der „Drain“-Vorgang, durch welchen in dem zweiten Wassersammelbereich 114 angesammeltes Wasser aus dem Kanalsystem 108 ausgetragen wird, beginnt mit einer Folge von Öffnungsphasen 152 des zweiten Ventils 126, während welcher der Druck-Referenzwert p_r nicht erreicht wird.
Jede dieser Öffnungsphasen 152 endet daher nach der vorgegebenen Öffnungszeit T.
Diese Öffnungsphasen folgen in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand Δ aufeinander.
Der Abfall des Drucks p im Kanalsystem 108 ist während der Öffnungsphasen 152 des zweiten Ventils 126 deutlich geringer als der Druckabfall während der Öffnungsphase 150 des ersten Ventils 124, weil das während der Öffnungsphasen 152 des zweiten Ventils 126 ausgetragene Wasser eine deutlich höhere Viskosität aufweist als das während der Öffnungsphase 150 des ersten Ventils 124 ausgetragene gasförmige Medium.
Mit zunehmender Entleerung des zweiten Wassersammelbereichs 114 durch die aufeinanderfolgenden „Drain“-Phasen wird jedoch zusammen mit dem Wasser immer mehr gasförmiges Medium aus dem zweiten Wassersammelbereich 114 ausgetragen, so dass der Druckabfall während einer Öffnungsphase 152 immer weiter zunimmt.
Nach mehreren Öffnungsphasen 152, bei denen der Druck-Referenzwert p_r nicht erreicht wird, folgt dann eine Öffnungsphase 154 des zweiten Ventils 126, in deren Verlauf der Druck p den Druck-Referenzwert p_r erreicht, was ein Schließen des zweiten Ventils 126 durch die Steuerungsvorrichtung 128 auslöst, so dass die Öffnungsphase 154 vorzeitig, das heißt vor Ablauf der vorgegebenen Öffnungsdauer T, beendet wird.
Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das zweite Ventil 126 für die gesamte vorgegebene Öffnungsdauer T geöffnet bleibt und das Erreichen des Druck-Referenzwerts p_r lediglich bewirkt, dass keine weitere Öffnungsphase durchgeführt wird.
Der Druck-Referenzwert p_r wird aus dem Druckverlauf während der Öffnungsphase 150 des ersten Ventils 124 so bestimmt, dass aus dem Erreichen dieses Druck-Referenzwerts p_r mit hoher Wahrscheinlichkeit geschlossen werden kann, dass sich im Wesentlichen kein auszutragendes Wasser mehr im zweiten Wassersammelbereich 114 befindet.
Der Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 wird dann von der Steuerungsvorrichtung 128 mit einer weiteren Öffnungsphase 150' des ersten Ventils 124 fortgesetzt, durch welche ein „Purge“-Vorgang durchgeführt wird. Solange sich die Betriebsbedingungen des Brennstoffzellensystems 100 nicht maßgeblich ändern, wird der in der vorausgegangenen Öffnungsphase 150 des ersten Ventils 124 ermittelte Druck-Referenzwert p_r nicht neu aus dem Druckverlauf während der Öffnungsphase 150' des ersten Ventils 124 ermittelt, sondern unverändert beibehalten.
Auf die Öffnungsphase 150' des ersten Ventils 124 folgt dann wieder ein (nicht dargestellter) „Drain“-Vorgang, welcher mehrere vollständige Öffnungsphasen 152 des zweiten Ventils 126 und eine vorzeitig beendete Öffnungsphase 154 des zweiten Ventils 126 umfasst.
5 zeigt die Steuerung des Betriebs des Brennstoffzellensystems 100 in einem Fall, in welchem eine wesentliche Änderung der Betriebsbedingungen des Brennstoffzellensystems 100 zwischen zwei „Purge“-Vorgängen, nämlich zu einem Zeitpunkt t_ch, eintritt.
Zunächst läuft das Steuerungsverfahren so ab, wie in 4 dargestellt und unter Bezugnahme auf 4 bereits vorstehend erläutert.
Während einer ersten Öffnungsphase 150 des ersten Ventils 124 wird ein Druck-Referenzwert p_r ermittelt und anschließend für die Steuerung des zweiten Ventils 126 durch die Steuerungsvorrichtung 128 verwendet.
Ein „Drain“-Vorgang wird von der Steuerungsvorrichtung 128 durchgeführt, der in diesem Fall nur eine vollständige Öffnungsphase 152 und eine vorzeitig beendete Öffnungsphase 154 umfasst, wobei die vorzeitig beendete Öffnungsphase 154 beim Erreichen des Druck-Referenzwerts p_r beendet wird.
Anschließend wird von der Steuerungsvorrichtung 128 ein „Purge“-Vorgang durch Öffnen des ersten Ventils 124 während einer Öffnungsphase 150' durchgeführt, wobei während des „Purge“-Vorgangs der Druck p im Kanalsystems 108 unter den Druck-Referenzwert p_r abfällt, was anzeigt, dass keine Rekalibrierung des Druck-Referenzwerts p_r erforderlich ist.
Zu einem Zeitpung t_ch ändern sich die Betriebsbedingungen des Brennstoffzellensystems 100 so, dass bei einer darauffolgenden Öffnungsphase 150" des ersten Ventils 124 der Druck p in dem Kanalsystem 108 nicht mehr bis auf den Druck-Referenzwert p_r abfällt.
Dies zeigt der Steuerungsvorrichtung 128 an, dass der Druckreferenzwert neu aus dem Druckverlauf während der Öffnungsphase 150" ermittelt werden muss.
Wie aus 5 zu ersehen ist, wird der neue Druck-Referenzwert p_r' so ermittelt, dass er höher liegt als der vorausgegangene Druck-Referenzwert p_r, jedoch immer noch niedriger als der Ausgangsdruck p₀.
In einer darauffolgenden Öffnungsphase 150 während eines weiteren „Purge“-Vorgangs erreicht der Druck p im Kanalsystem 108 den angepassten Druck-Referenzwert p_r', was der Steuerungsvorrichtung 128 anzeigt, dass keine weitere Änderung des Druck-Referenzwerts p_r' erforderlich ist.
Dasselbe gilt für die nächste Öffnungsphase 150 des ersten Ventils 124 bei einem weiteren „Purge“-Vorgang.
Daraufhin führt die Steuerungsvorrichtung 128 mittels des zweiten Ventils 126 einen „Drain“-Vorgang durch, welcher mehrere vollständige Öffnungsphasen 152 des zweiten Ventils 126 und eine vorzeitig beendete Öffnungsphase 154 umfasst, welche durch Erreichen des angepassten Druck-Referenzwerts p_r' beendet wird.
6 zeigt die Steuerung des Betriebs des Brennstoffzellensystems 100 in einem Fall, in welchem durch eine Veränderung der Betriebsbedingungen des Brennstoffzellensystems eine Veränderung des Druckniveaus p₀ bei geschlossenen Ventilen bewirkt wird, wobei der Druck-Referenzwert p_r nach Detektion einer Änderung des Druckniveaus p₀ bei geschlossenen Ventilen angepasst wird.
Zunächst läuft das Steuerungsverfahren gemäß 6 so ab, wie bereits in 4 dargestellt und unter Bezugnahme auf 4 vorstehend erläutert.
Während einer ersten Öffnungsphase 150 des ersten Ventils 124 wird ein Druck-Referenzwert p_r ermittelt und anschließend für die Steuerung des zweiten Ventils 126 durch die Steuerungsvorrichtung 128 verwendet.
Ein „Drain“-Vorgang wird von der Steuerungsvorrichtung 128 durchgeführt, wobei in diesem Fall der „Drain“-Vorgang eine vollständige Öffnungsphase 152 und eine vorzeitig beendete Öffnungsphase 154 umfasst. Dabei wird die vorzeitig beendete Öffnungsphase 154 beim Erreichen des Druck-Referenzwerts p_r beendet.
Anschließend wird von der Steuerungsvorrichtung 128 ein „Purge“-Vorgang durch Öffnen des ersten Ventils 124 durchgeführt, wobei während des „Purge“-Vorgangs der Druck p im Kanalsystem 108 unter den Druck-Referenzwert p_r abfällt, was anzeigt, dass keine Rekalibrierung des Druck-Referenzwerts p_r erforderlich ist.
Nach diesem „Purge“-Vorgang ändern sich die Betriebsbedingungen des Brennstoffzellensystems 100 derart, dass bei einer darauffolgenden Öffnungsphase 150" des ersten Ventils 124 der Anfangsdruck p₀' tiefer liegt als der ursprüngliche Ausgangsdruck p₀ bei geschlossenen Ventilen 124 und 126 und auch tiefer liegt als der bisherige Druck-Referenzwert p_r.
Dies zeigt der Steuerungsvorrichtung 128 an, dass der Druck-Referenzwert neu aus dem Druckverlauf während der Öffnungsphase 150" ermittelt werden muss.
Wie aus 6 zu ersehen ist, wird der neue Druck-Referenzwert p_r' so ermittelt, dass er tiefer liegt als der neue Druck-Ausgangswert p₀' und tiefer liegt als der vorausgegangene Druck-Referenzwert p_r.
Anschließend wird von der Steuerungsvorrichtung 128 ein „Drain“-Vorgang durchgeführt, wobei der „Drain“-Vorgang beispielsweise eine vollständige Öffnungsphase 152 und eine vorzeitig beendete Öffnungsphase 154 umfasst. Dabei wird die vorzeitig beendete Öffnungsphase 154 beim Erreichen des neuen Druck-Referenzwerts p_r' beendet.
Nach diesem „Drain“-Vorgang ändern sich die Betriebsbedingungen des Brennstoffzellensystems 100 erneut, und zwar so, dass bei einer darauffolgenden Öffnungsphase 150''' des ersten Ventils 124 der Druck p in dem Kanalsystem 108 nicht abfällt, sondern während der Öffnungsphase 150''' weiter ansteigt.
Dies zeigt der Steuerungsvorrichtung 128 an, dass das Brennstoffzellensystem 100 sich aktuell in einer Änderungsphase befindet, in welcher sich die Betriebsbedingungen des Brennstoffzellensystems 100 so verändern, dass der Ausgangs-Druckwert p₀ sich gegenüber der vorausgegangenen Gleichgewichts-Betriebsphase verändert, und zwar insbesondere ansteigt.
Nach dem Zeitpunkt t_ch' ist ein neuer stabiler Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 100 erreicht, in welchem der Druck-Ausgangswert p₀" bei geschlossenen Ventilen 124 und 126 wieder im Wesentlichen konstant ist.
Der neue Druck-Ausgangswert p₀" kann beispielsweise zwischen dem ersten Druck-Ausgangswert p₀ und dem zweiten Druck-Ausgangswert p₀' liegen.
Wird nun von der Steuerungsvorrichtung 128 ein „Purge“-Vorgang durch Öffnen des ersten Ventils 124 durchgeführt, so sinkt der Druck p in dem Kanalsystem 108 von dem neuen Druck-Ausgangswert p₀" aus ab, was der Steuerungsvorrichtung 128 anzeigt, dass der Druck-Referenzwert neu aus dem Druckverlauf während dieser Öffnungsphase 150" ermittelt werden muss.
Wie aus 6 zu ersehen ist, wird der neue Druck-Referenzwert p_r''aus dem Druckverlauf während der Öffnungsphase 150" so ermittelt, dass er höher liegt als der vorausgegangene Druck-Referenzwert p_r' und höher liegt als der vorausgegangene Druck-Ausgangswert p₀'.
Dieser neu angepasste Druck-Referenzwert p_r''wird anschließend für die Steuerung des zweiten Ventils 126 in einem „Drain“-Vorgang durch die Steuerungsvorrichtung 128 verwendet.
7 zeigt die Steuerung des Betriebs des Brennstoffzellensystems 100 in einem Fall, in welchem aus dem Druckverlauf während einer Öffnungsphase des ersten Ventils 124 ermittelt wird, dass ein irregulärer Betriebszustand des ersten Ventils 124 vorliegt, worauf dann das zweite Ventil 126 anstelle des ersten Ventils 124 geöffnet wird, um unter Verwendung des zweiten Ventils 126 einen „Purge“-Vorgang durchzuführen.
Zunächst befindet sich das Brennstoffzellensystem 100 in einem regulären Betriebszustand, in welchem der erste Wassersammelbereich 112 mit gasförmigem Medium gefüllt ist, so dass ein „Purge“-Vorgang durch Öffnen des ersten Ventils 124 durchgeführt werden kann.
Während einer ersten Öffnungsphase 150 des ersten Ventils 124 wird ein Druck-Referenzwert p_r ermittelt.
Bei einer darauffolgenden zweiten Öffnungsphase 150' des ersten Ventils 124 fällt der Druck p im Kanalsystem 108 unter den Druck-Referenzwert p_r ab, was der Steuerungsvorrichtung 128 anzeigt, dass keine Rekalibrierung des Druck-Referenzwerts p_r erforderlich ist.
Bei einer weiteren Öffnungsphase 150" des ersten Ventils 124 sinkt der Druck p im Kanalsystem 108 nicht oder zumindest nicht wesentlich ab, was der Steuerungsvorrichtung 128 anzeigt, dass mittels des ersten Ventils 124 kein „Purge“-Vorgang durchführbar ist, weil das erste Ventil 124 verstopft ist oder vereist ist oder der erste Wassersammelbereich 112 mit Wasser gefüllt ist, so dass kein gasförmiges Medium mittels des ersten Ventils 124 aus dem Kanalsystem 108 abführbar ist.
Die Steuerungsvorrichtung 128 passt daraufhin den Druck-Referenzwert p_r auf einen höheren Wert p_r' an.
Daraufhin führt die Steuerungsvorrichtung 128 zunächst einen „Drain“-Vorgang durch Öffnen des zweiten Ventils 126 durch.
Dieser „Drain“-Vorgang umfasst in diesem beispielhaft durchgeführten Fall drei vollständige Öffnungsphasen 152 und eine vorzeitig beendete Öffnungsphase 154. Dabei wird die vorzeitig beendete Öffnungsphase 154 des zweiten Ventils 126 beim Erreichen des Druck-Referenzwerts p_r beendet.
Nach diesem ersten „Drain“-Vorgang wird von der Steuerungsvorrichtung 128 ein zweiter „Drain“-Vorgang unter Verwendung des zweiten Ventils 126 durchgeführt, welcher nur eine vorzeitig beendete Öffnungsphase 154 umfasst, da sich nur eine geringe Wassermenge in dem zweiten Wassersammelbereich 114 befindet, so dass der Druck-Referenzwert p_r bereits nach kurzer Zeit erreicht und dadurch die Öffnungsphase 154 vorzeitig beendet wird.
Daraufhin initiiert die Steuerungsvorrichtung 128 nochmals einen „Purge“-Vorgang durch Öffnen des ersten Ventils 124. Während der Öffnungsphase 150" des ersten Ventils 124 sinkt aber erneut der Druck p im Kanalsystem 108 nicht oder im Wesentlichen nicht ab, was der Steuerungsvorrichtung 128 anzeigt, dass immer noch kein „Purge“-Vorgang mittels des ersten Ventils 124 durchführbar ist, beispielsweise weil das erste Ventil 124 immer noch verstopft ist, immer noch vereist ist oder der erste Wassersammelbereich 112 immer noch mit Wasser angefüllt ist.
Daraufhin führt die Steuerungsvorrichtung 128 einen „Purge“-Vorgang, welcher mittels des ersten Ventils 124 nicht durchführbar ist, unter Verwendung des zweiten Ventils 126 durch.
Hierbei wird das zweite Ventil 126 geöffnet, wobei die Öffnungsphase 156 des zweiten Ventils 126 in diesem Fall nicht abgebrochen wird, wenn der Druck-Referenzwert p_r erreicht wird, sondern die Öffnungsphase 156 des zweiten Ventils 126 fortgesetzt wird, bis die vollständige vorgegebene Öffnungsdauer T abgelaufen ist.
Hierbei wird eine vergleichsweise große Menge von gasförmigem Fluid durch das als „Purge“-Ventil arbeitende zweite Ventil 126 aus dem Kanalsystem 108 abgeführt.
Zu einem späteren Zeitpunkt wird erneut von der Steuerungsvorrichtung 128 ein „Purge“-Vorgang durch Öffnen des zweiten Ventils 126 anstelle des ersten Ventils 124 durchgeführt. Dabei bleibt das zweite Ventil 126 erneut über den Zeitpunkt, zu welchem der Druck p in dem Kanalsystem 108 bis auf den Druck-Referenzwert p_r abgefallen ist, hinaus geöffnet, bis die vorgegebene Öffnungsdauer T vollständig abgelaufen ist.
Zu einem späteren (nicht mehr dargestellten) Zeitpunkt kann die Steuerungsvorrichtung 128 nochmals versuchen, einen „Purge“-Vorgang mittels des ersten Ventils 124 durchzuführen, um zu ermitteln, ob sich das erste Ventil 124 wieder in einem regulären Betriebszustand befindet.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Steuerungsvorrichtung 128 zu einem (nicht dargestellten) späteren Zeitpunkt einen „Drain“-Vorgang mittels des ersten Ventils 124 durchführen, um Wasser aus dem ersten Wassersammelbereich 112 auszutragen, wobei die Steuerungsvorrichtung 128 hierfür das erste Ventil 124 während des „Drain“-Vorgangs so ansteuert, wie sie normalerweise das zweite Ventil 126 zur Durchführung eines „Drain“-Vorgangs ansteuern würde.
Bei den Verfahren zur Steuerung des Betriebs des Brennstoffzellensystems 100, welche in den 4 bis 7 dargestellt worden sind, ist davon ausgegangen worden, dass das Kanalsystem 108 mit den beiden Ventilen 124 und 126 im Wesentlichen strömungssymmetrisch aufgebaut ist, was bedeutet, dass die Gaswege durch das erste Ventil 124 und durch das zweite Ventil 126 unter sonst gleichen Bedingungen im Wesentlichen denselben Druckverlust bei gleich langen Öffnungsphasen erzeugen. Dies bedeutet nicht zwingend, dass die beiden Ventile 124 und 126 streng geometriesymmetrisch sind.
Bei einer Variante des vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystems 100 kann vorgesehen sein, dass das erste Ventil 124 und das zweite Ventil 126 des Brennstoffzellensystems 100 nicht strömungssymmetrisch aufgebaut sind, was bedeutet, dass die Gaswege durch das erste Ventil 124 und das zweite Ventil 126 so ausgebildet sind, dass gleich lange Öffnungsphasen des ersten Ventils 124 und des zweiten Ventils 126 bei Durchströmung mit einem Gas unterschiedliche Druckverluste zur Folge haben.
In 8 ist der Fall dargestellt, dass die Öffnung des zweiten Ventils 126 bei Durchströmung mit Gas einen kleineren Druckverlust zur Folge hat als eine Öffnung des ersten Ventils 124.
Dies kann beispielsweise dadurch verursacht sein, dass das zweite Ventil 126 einen kleineren durchströmbaren Querschnitt aufweist, um bei der Durchführung eines „Drain“-Vorgangs die auftretenden Durchflussströme und Druckschwankungen zu reduzieren.
Wie bei dem in 4 dargestellten Steuerungsverfahren liegt auch bei dem Steuerungsverfahren gemäß 8 der in dem Kanalsystem 108 herrschende Druck vor dem Öffnen des ersten Ventils 124 bei einem Mittelwert p₀, mit kleinen betriebsbedingten Schwankungen.
Durch das Öffnen des ersten Ventils 124 in einer ersten Öffnungsphase 150 des ersten Ventils 124 gelangt gasförmiges Medium aus dem ersten Wassersammelbereich 112, der zu diesem Zeitraum kein Wasser enthält, aus dem Kanalsystem 108 heraus, wodurch der mittels des Drucksensors 132 ermittelte Druck p deutlich abfällt, bis das erste Ventil 124 nach der vorgegebenen Öffnungszeit T wieder schließt. Daraufhin steigt der Druck p im Kanalsystem 108 wieder bis auf den Ausgangsdruck p₀ an.
Aus dem Druckverlauf 146 zwischen dem Öffnen und dem Schließen des ersten Ventils 124, mit welchem ein „Purge“-Vorgang durchgeführt worden ist, wird ein Druck-Referenzwert p_r ermittelt, welcher von der Steuerungsvorrichtung 128 für die Steuerung des Schließens des zweiten Ventils 126 im Zuge eines „Drain“-Vorgangs herangezogen wird.
Aufgrund der Unsymmetrie der Gaswege durch das erste Ventil 124 und durch das zweite Ventil 126 liegt bei diesem Steuerungsverfahren der von der Steuerungsvorrichtung 128 ermittelte Druck-Referenzwert p_r jedoch näher an dem Ausgangsdruck p₀ als bei dem in 4 dargestellten Steuerungsverfahren, welches vorzugsweise bei Ventilen 124 und 126 mit einem strömungssymmetrischen Aufbau angewendet wird.
Anschließend wird von der Steuerungsvorrichtung 128 ein „Drain“-Vorgang durchgeführt, der in dem in 8 beispielhaft dargestellten Fall drei vollständige Öffnungsphasen 152 und eine vorzeitig beendete Öffnungsphase 154 umfasst, wobei die vorzeitig beendete Öffnungsphase 154 beim Erreichen des Druck-Referenzwerts p_r beendet wird.
Anschließend wird von der Steuerungsvorrichtung 128 ein „Purge“-Vorgang durch Öffnen des ersten Ventils 124 durchgeführt, wobei während des „Purge“-Vorgangs der Druck p im Kanalsystem 108 unter den Druck-Referenzwert p_r abfällt, was anzeigt, dass keine Rekalibrierung des Druck-Referenzwerts p_r erforderlich ist.
Ein in 9 dargestelltes Steuerungsverfahren zur Steuerung des Betriebs des Brennstoffzellensystems 100 unterscheidet sich von dem in 8 dargestellten Steuerungsverfahren dadurch, dass der aus dem Druckverlauf während der Öffnungsphase 150 des ersten Ventils 124 bestimmte Druck-Referenzwert p_r weiter von dem Druck-Ausgangswert p₀ entfernt liegt als der maximale Druckverlust während der Öffnungsphase 150.
Dies ist sinnvoll, wenn der Gasweg durch das zweite Ventil 126 so ausgestaltet ist, dass eine Öffnung des zweiten Ventils 126 bei Durchströmung mit Gas und sonst gleichen Bedingungen einen größeren Druckabfall im Kanalsystem 108 zur Folge hat als eine Öffnung des ersten Ventils 124.
Dies kann beispielsweise dadurch verursacht sein, dass das zweite Ventil 126 eine größere Nennweite als das erste Ventil 124 aufweist, bei ansonsten vergleichbaren Leitungselementen.
Der aus dem Druckverlauf während der ersten Öffnungsphase 150 des ersten Ventils 124 ermittelte Druck-Referenzwert p_r wird anschließend für die Steuerung des zweiten Ventils 126 durch die Steuerungsvorrichtung 128 verwendet.
Anschließend wird ein „Drain“-Vorgang von der Steuerungsvorrichtung 128 durchgeführt, der in dem in 9 beispielhaft dargestellten Fall drei vollständige Öffnungsphasen 152 und eine vorzeitig beendete Öffnungsphase 154 umfasst, wobei die Öffnungsphase 154 beim Erreichen des Druck-Referenzwerts p_r vorzeitig beendet wird.
Anschließend wird von der Steuerungsvorrichtung 128 ein „Purge“-Vorgang durch Öffnen des ersten Ventils 124 durchgeführt, wobei während des „Purge“-Vorgangs der Druck p im Kanalsystem 108 zwar nicht unter den Druck-Referenzwert p_r abfällt, aber doch im Wesentlichen den minimalen Druck während der ersten Öffnungsphase 150 des ersten Ventils 124 erreicht, was der Steuerungsvorrichtung 128 anzeigt, dass keine Rekalibrierung des Druck-Referenzwerts p_r erforderlich ist.
Bei dem Steuerungsverfahren aus 8 ist die Abweichung des Druck-Referenzwerts p_r von dem Druck-Ausgangswert p₀ somit um einen Übersetzungsfaktor, dessen Wert kleiner als 1 ist, kleiner als der Abstand des Druck-Referenzwerts p_r von dem Druck-Ausgangswert p₀ bei dem in 4 dargestellten Fall eines strömungssymmetrischen Aufbaus des Kanalsystems 108 und der beiden Ventile 124 und 126.
Bei dem in 9 dargestellten Steuerungsverfahren ist der Abstand des Druck-Referenzwerts p_r von dem Druckausgangswert p₀ hingegen um einen Übersetzungsfaktor, welcher größer ist als 1, größer als die Abweichung des Druck-Referenzwerts p_r von dem Druck-Ausgangswert p₀ in dem in 4 dargestellten Fall eines strömungssymmetrischen Aufbaus des Kanalsystems 108 und der beiden Ventile 124 und 126.
Der jeweilige Übersetzungsfaktor, der bei unsymmetrischem Aufbau des Kanalsystems 108 und/oder der beiden Ventile 124 und 126 von der Steuerungsvorrichtung 128 zu verwenden ist, kann durch eine Vorabkalibrierung ermittelt und während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 100 überprüft und erforderlichenfalls angepasst werden.
Im Übrigen stimmen die in 8 und 9 dargestellten Steuerungsverfahren, die für einen unsymmetrischen Aufbau des Kanalsystems 108 und/oder der Ventile 124 und 126 vorgesehen sind, mit dem in 4 dargestellten Steuerungsverfahren überein, welches für einen strömungssymmetrischen Aufbau des Kanalsystems 108 und der beiden Ventile 124 und 126 vorgesehen ist.
Eine zweite Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems, von welchem in 10 lediglich ein Querschnitt durch den Mediumkanal 110 des Kanalsystems 108 dargestellt ist, welcher dem Querschnitt aus 2 für die erste Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100 entspricht, unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100 dadurch, dass nicht nur ein Wasserausgleichskanal 136, welcher den ersten Wassersammelbereich 112 und den zweiten Wassersammelbereich 114 miteinander verbindet und einen strömungsberuhigten Bereich 138 umfasst, vorgesehen ist, sondern zwei oder mehr Wasserausgleichskanäle 136, welche jeweils einen strömungsberuhigten Bereich 138 umfassen, der beispielsweise jeweils als eine Ausbuchtung 140 im Bodenbereich 142 einer Begrenzung 144 des Mediumkanals 110 ausgebildet ist.
Im Übrigen stimmt die in 10 dargestellte zweite Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Auch mit der in 10 dargestellten zweiten Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems 100 kann jedes der Steuerungsverfahren für den Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 durchgeführt werden, welches unter Bezugnahme auf die 4 bis 9 vorstehend erläutert worden ist.
Eine dritte Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems, von der in 11 nur ein Querschnitt durch den Mediumkanal 110 des Kanalsystems 108 dargestellt ist, welcher dem Querschnitt aus 2 durch den Mediumkanal 110 der ersten Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100 entspricht, unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100 dadurch, dass der Wasserausgleichskanal 136, durch welchen der erste Wassersammelbereich 112 und der zweite Wassersammelbereich 114 miteinander verbunden sind, alternativ zu oder zusätzlich zu einem strömungsberuhigten Bereich 138 des Mediumkanals 110 eine separat von dem Mediumkanal 110 ausgebildete Wasserausgleichsleitung 158 umfasst.
Die Wasserausgleichsleitung 158 erstreckt sich vorzugsweise von dem ersten Wassersammelbereich 112 bis zu dem zweiten Wassersammelbereich 114.
Im Übrigen stimmt die in 11 dargestellte dritte Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Auch mit dieser dritten Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems 100 sind alle vorstehend erläuterten und in den 4 bis 9 dargestellten Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems 100 durchführbar.

Claims

Brennstoffzellensystem, umfassend mindestens einen Brennstoffzellenstapel (102) und ein Kanalsystem (108) zum Zuführen eines fluiden Mediums zu dem Brennstoffzellenstapel (102) und/oder zum Abführen eines fluiden Mediums aus dem Brennstoffzellenstapel (102), einen ersten Wassersammelbereich (112), in dem sich Wasser in einem ersten Bereich von Betriebslagen des Brennstoffzellensystems (100) sammelt, und einen ersten Wasseraustraganschluss (116), durch welchen Wasser aus dem ersten Wassersammelbereich (112) austragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (100) mindestens einen zweiten Wassersammelbereich (114) umfasst, in dem sich Wasser in einem zweiten Bereich von Betriebslagen des Brennstoffzellensystems (100) sammelt, und mindestens einen zweiten Wasseraustraganschluss (118), durch welchen Wasser aus dem zweiten Wassersammelbereich (114) austragbar ist, umfasst.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Betriebslagenbereich mindestens einen zweiten Betriebslagen-Teilbereich umfasst, in dem sich kein Wasser in dem ersten Wassersammelbereich (112) sammelt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Betriebslagen-Teilbereich der tiefste Punkt des Kanalsystems (108) in dem zweiten Wassersammelbereich (114) liegt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebslagenbereich mindestens einen ersten Betriebslagen-Teilbereich umfasst, in dem sich kein Wasser in dem zweiten Wassersammelbereich (118) sammelt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Betriebslagen-Teilbereich der tiefste Punkt des Kanalsystems (108) in dem ersten Wassersammelbereich (112) liegt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebslagenbereich und der zweite Betriebslagenbereich zusammen alle Betriebslagen des Brennstoffzellensystems (100) umfassen.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wasseraustraganschluss (116) näher an einer Anodenrandplatte (120) des Brennstoffzellenstapels (102) als an einer Kathodenrandplatte (122) des Brennstoffzellenstapels (102) angeordnet ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wasseraustraganschluss (118) näher an einer Kathodenrandplatte (122) des Brennstoffzellenstapels (102) als an einer Anodenrandplatte (120) des Brennstoffzellenstapels (102) angeordnet ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wasseraustraganschluss (116) und/oder der zweite Wasseraustraganschluss (118) an ein Kanalsystem (108) zum Zuführen eines Anodengases aus dem Brennstoffzellenstapel (102) oder an ein Kanalsystem (108) zum Abführen eines Anodengases aus dem Brennstoffzellenstapel (102) angeschlossen ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wasseraustraganschluss (116) und/oder der zweite Wasseraustraganschluss (118) an ein Kanalsystem (108) zum Zuführen eines Kathodengases zu dem Brennstoffzellenstapel (102) oder an ein Kanalsystem (108) zum Abführen eines Kathodengases aus dem Brennstoffzellenstapel (102) angeschlossen ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch den ersten Wasseraustraganschluss (116) und/oder durch den zweiten Wasseraustraganschluss (118) ein gasförmiges Medium aus dem jeweils zugeordneten Kanalsystem (108) abführbar ist und/oder dem jeweils zugeordneten Kanalsystem (108) zuführbar ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (100) eine Einrichtung zur Ermittlung einer Betriebslage des Brennstoffzellensystems (100) umfasst und eine Steuerungsvorrichtung (128), welche ein erstes Ventil (124) zum Verschließen des ersten Wasseraustraganschlusses (116) und/oder ein zweites Ventil (126) zum Verschließen des zweiten Wasseraustraganschlusses (118) in Abhängigkeit von der ermittelten Betriebslage ansteuert, umfasst.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (100) eine Einrichtung zur Ermittlung eines Füllzustands des ersten Wassersammelbereichs (112) und/oder des zweiten Wassersammelbereichs (114) umfasst und eine Steuerungsvorrichtung (128) umfasst, welche ein erstes Ventil (124) zum Verschließen des ersten Wasseraustraganschlusses (116) und/oder ein zweites Ventil (126) zum Verschließen des zweiten Wasseraustraganschlusses (118) in Abhängigkeit von dem ermittelten Füllzustand des ersten Wassersammelbereichs (112) und/oder in Abhängigkeit von dem ermittelten Füllzustand des zweiten Wassersammelbereichs (114) ansteuert.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wassersammelbereich (112) und der zweite Wassersammelbereich (114) durch mindestens einen Wasserausgleichskanal (136) miteinander verbunden sind.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wasserausgleichskanal (136) als ein strömungsberuhigter Bereich (138) eines Mediumkanals (110) eines Kanalsystems (108) des Brennstoffzellensystems (100) ausgebildet ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wasserausgleichskanal (136) als eine separat von einem Mediumkanal (110) eines Kanalsystems (108) des Brennstoffzellensystems (100) ausgebildete Wasserausgleichsleitung (158) ausgebildet ist.
Verfahren zum Austragen von Wasser aus einem Brennstoffzellensystem (100), umfassend Folgendes: - Sammeln von Wasser in einem ersten Wassersammelbereich (112), wenn das Brennstoffzellensystem (100) sich in einem ersten Bereich von Betriebslagen befindet; - Sammeln von Wasser in einem zweiten Wassersammelbereich (114), wenn das Brennstoffzellensystem (100) sich in einem zweiten Bereich von Betriebslagen befindet; - Austragen von Wasser aus dem ersten Wassersammelbereich (112) durch einen ersten Wasseraustraganschluss (116); - Austragen von Wasser aus dem zweiten Wassersammelbereich (114) durch einen zweiten Wasseraustraganschluss (118).