DE102021200695A1

DE102021200695A1 - Verfahren zum Verhindern einer Kondensierung und/oder Gefrierung von Wasser in einem Anodengas-Zuführstrom und Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102021200695A1
Application number: DE102021200695.7A
Authority: DE
Inventors: Mark Hellmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2022-07-28
Also published as: WO2022161723A1

Abstract

Verfahren zum Verhindern einer Kondensierung und/oder Gefrierung von Wasser in einem Anodengas-Zuführstrom eines Brennstoffzellensystems (100), wobei das Brennstoffzellensystem (100) aufweist:
- zumindest einen Brennstoffzellenstapel (20),
- eine Anodengasrezirkulationvorrichtung (40) mit einer Anodengasrezirkulationsleitung (41),
- eine Brennstoffvorrichtung (30) mit einer Brennstoffzuführleitung (31),
- eine Mischvorrichtung (50) zum Zusammenführen eines Anodengas-Rezirkulationsstromes und eines Brennstoff-Frischstromes zum Bilden des Anodengas-Zuführstromes,
- eine Anodengasvorrichtung (10) mit einer Anodengaszuführleitung (11),
- eine Kühlfluidvorrichtung (70) für ein Temperieren zumindest des Anodengas-Zuführstromes, wobei das Verfahren zumindest einen folgenden Schritt umfasst:
- Kontrollieren (200) zumindest einer Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes derart, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes zumindest in der Anodengaszuführleitung (11) höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist.

Description

Stand der Technik
Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, wobei diese zwei Elektroden, welche mittels eines ionenleitenden Elektrolyten voneinander separiert sind, aufweist. Die Brennstoffzelle wandelt die Energie einer chemischen Reaktion eines Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel direkt in Elektrizität um. Eine Brennstoffzelle weist eine Anode und eine Kathode auf. Es existieren verschiedene Typen von Brennstoffzellen.
Wasserstoffbasierte Brennstoffzellen gelten als Mobilitätskonzept der Zukunft, da sie Wasser als Abgas emittieren, und schnelle Betankungszeiten ermöglichen. In einem Brennstoffzellenfahrzeug wird der Wasserstoff in einem Brennstoffspeicher mit hohem Druck gespeichert. Der Brennstoffspeicher und der Wasserstoff können die Umgebungstemperatur aufweisen. Der Wasserstoff wird aus dem Brennstoffspeicher der Anode der Brennstoffzelle, insbesondere der Anode eines Brennstoffzellenstapels, zugeführt. Über eine Anodengasrezirkulationsvorrichtung kann ein Rezirkulat mit unverbrauchtem Wasserstoff der Anode der Brennstoffzelle, insbesondere der Anode des Brennstoffzellenstapels, wieder zugeführt werden. Das Rezirkulat kann Wasserstoff, Stickstoff und Wasser umfassen. Wenn Wasserstoff aus dem Brennstoffspeicher mit dem Rezirkulat gemischt wird, kann es zur Tropfenbildung und/oder sogar Vereisung des Wassers stromaufwärts der Anode kommen. Tropfenbildung und Vereisung können die Brennstoffzelle bzw. den Brennstoffzellenstapel schädigen und zu Fehlfunktionen führen. Bspw. wird daher für einen Kaltstart eines Brennstoffzellensystems eine elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen des Wasserstoffes in einer Brennstoffzuführleitung eingesetzt. Dies kann den Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems reduzieren, da die elektrische Energie für die elektrische Heizvorrichtung bspw. von dem Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems erzeugt wird, wobei zum Erzeugen der elektrischen Energie eine zusätzliche Menge an Wasserstoff verbraucht wird.
Die DE 10 2019 203 006 A1 zeigt beispielsweise ein Verfahren zum Vermeiden von Eisdruckschäden in wasserbefüllten Komponenten eines Brennstoffzel lensystems.
Es besteht ständiges Interesse daran ein Brennstoffzellensystem bzw. den Betrieb eines Brennstoffzellensystems zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung zeigt ein Verfahren zum Verhindern einer Kondensierung und/oder Gefrierung von Wasser in einem Anodengas-Zuführstrom eines Brennstoffzellensystems gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Brennstoffzellensystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verhindern einer Kondensierung und/oder Gefrierung von Wasser in einem Anodengas-Zuführstrom eines Brennstoffzellensystems. Das Brennstoffzellensystem weist zumindest einen Brennstoffzellenstapel mit einer Anode, wobei die Anode einen Anodeneingang und einen Anodenausgang umfasst, auf. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem eine Anodengasrezirkulationvorrichtung mit einer Anodengasrezirkulationsleitung zum fluidtechnischen Führen eines temperierten Anodengas-Rezirkulationsstromes von dem Anodenausgang zu einer Mischvorrichtung. Außerdem weist das Brennstoffzellensystem eine Brennstoffvorrichtung mit einer Brennstoffzuführleitung zum fluidtechnischen Führen eines Brennstoff-Frischstromes von einem Brennstoffspeicher zu der Mischvorrichtung sowie die Mischvorrichtung zum Zusammenführen des temperierten Anodengas-Rezirkulationsstromes und des Brennstoff-Frischstromes zum Bilden des Anodengas-Zuführstromes auf. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem eine Anodengasvorrichtung mit einer Anodengaszuführleitung zum fluidtechnischen Führen des Anodengas-Zuführstromes von der Mischvorrichtung zu dem Anodeneingang sowie eine Kühlfluidvorrichtung mit einem Kühlfluidkreislauf zum fluidtechnischen Führen eines Kühlfluids mit einer Kühlfluidtemperatur für ein Temperieren zumindest des Anodengas-Zuführstromes wenigstens tlw. zwischen dem Anodeneingang und dem Anodenausgang des Brennstoffzellenstapels. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst weiter zumindest als Schritt ein Kontrollieren zumindest einer Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes derart, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes zumindest in der Anodengaszuführleitung höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist.
Das Brennstoffzellensystem ist insbesondere für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug wie ein Automobil.
Das Verfahren ist insbesondere für einen Kaltlandbetrieb des Brennstoffzellensystems. Der Kaltlandbetrieb ist insbesondere ein Betrieb des Brennstoffzellensystems bei niedrigen Umgebungstemperaturen, insbesondere bei dauerhaft niedrigen Umgebungstemperaturen. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen, insbesondere dauerhaft niedrigen Umgebungstemperaturen, kann der Brennstoff in dem Brennstoffspeicher des Brennstoffzellensystems ebenfalls im Wesentlichen die Umgebungstemperatur annehmen. Eine niedrige Umgebungstemperatur ist insbesondere eine Temperatur, welche geringer als 0 °C, vorzugsweise eine Temperatur, welche geringer als 5 °C, ganz vorzugsweise eine Temperatur, welche geringer als 20 °C ist. Ferner ist das Verhindern der Kondensierung und/oder Gefrierung von Wasser in dem Anodengas-Zuführstrom insbesondere derart zu verstehen, dass das Risiko der Kondensierung und/oder Gefrierung von Wasser in dem Anodengas-Zuführstrom in der Anodengaszuführleitung geringgehalten, vorzugsweise minimiert wird.
Der Brennstoffzellenstapel ist insbesondere ein Polymerelektrolyt-Brennstoffzellenstapel, wobei der Polymerelektrolyt-Brennstoffzellenstapel Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen umfasst.
Das Wasser in dem Anodengas-Zuführstrom ist insbesondere Reaktionswasser des Brennstoffzellenstapels, wobei das Reaktionswasser mittels dem Anodengas-Rezirkulationsstrom beim Zusammenführen des Anodengas-Rezirkulationsstromes und des Brennstoff-Frischstromes zum Bilden des Anodengas-Zuführstroms durch die Mischvorrichtung mit dem Anodengas-Rezirkulationsstrom mitgeführt wird. Das Wasser in dem Anodengas-Rezirkulationsstrom ist insbesondere zumindest tlw. gasförmiges und/oder zumindest tlw. flüssiges Wasser.
Der Brennstoffzellenstapel ist insbesondere aus einer Vielzahl an abwechselnd übereinander gestapelten Bipolarplatten und Membran-Elektroden-Einheiten zu einer Vielzahl an übereinander gestapelten Brennstoffzellen aufgebaut. Der Brennstoffzellenstapel umfasst insbesondere die Anode, eine Kathode und eine Kühlung. Die Anode des Brennstoffzellenstapels ist insbesondere der Teil des Brennstoffzellenstapels, welcher den Brennstoff bzw. das Anodengas in dem Brennstoffzellenstapel führt. Die Kathode des Brennstoffzellenstapels ist insbesondere der Teil des Brennstoffzellenstapels, welcher das Oxidationsmittel bzw. das Kathodengas in dem Brennstoffzellenstapel führt. Die Kühlung des Brennstoffzellenstapels ist insbesondere der Teil des Brennstoffzellenstapels, welcher ein Kühlfluid mit einer Kühlfluidtemperatur für ein Temperieren des Brennstoffzellenstapels in dem Brennstoffzellenstapel führt. Weiter kann eine Bipolarplattenhälfte einer Bipolarplatte an einer Anodenseite der Bipolarplattenhälfte Brennstoffstrukturen zum Führen des Brennstoffes, wie bspw. Wasserstoff, aufweisen und an einer der Anodenseite der Bipolarplattenhälfte abgewandten zweiten Seite der Bipolarplattenhälfte Kühlmittelstrukturen zum Führen des Kühlfluids aufweisen. Weiter kann die zweite Bipolarplattenhälfte der Bipolarplatte an einer Kathodenseite der zweiten Bipolarplattenhälfte Oxidationsmittelstrukturen zum Führen des Oxidationsmittels, wie bspw. Luft, aufweisen und an einer der Kathodenseite der zweiten Bipolarplattenhälfte abgewandten zweiten Seite der zweiten Bipolarplattenhälfte Kühlmittelstrukturen zum Führen eines Kühlfluids aufweisen. Insbesondere sind beide Bipolarplattenhälften mit den Kühlmittelstrukturen derart aneinander angeordnet, dass sich Kühlmittelkanäle zum Führen des Kühlfluids ausbilden, wobei die Kühlung des Brennstoffzellenstapels insbesondere die Kühlmittelkanäle umfasst.
Die Anodengasrezirkulationsvorrichtung weist insbesondere ferner eine Vorrichtung zum Kontrollieren eines Volumenstromes und/oder eine Vorrichtung zum Kontrollieren eines Druckes und/oder eine Vorrichtung zum Kontrollieren einer Fluidzusammensetzung des Anodengas-Rezirkulationsstromes in der Anodengasrezirkulationsleitung auf. Der Anodengas-Rezirkulationsstrom kann insbesondere Brennstoff und Wasser und zusätzlich Bestandteile eines Oxidationsmittels für den Brennstoffzellenstapel, wie Stickstoff, als Fluidzusammensetzung umfassen. Die Vorrichtung zum Kontrollieren der Fluidzusammensetzung des Anodengas-Rezirkulationsstromes ist insbesondere derart ausgestaltet, dass Wasser und/oder Bestandteile des Oxidationsmittels des Brennstoffzellenstapels, wie Stickstoff, zumindest tlw. aus dem Anodengas-Rezirkulationsstrom ausgeschieden werden können. Vorzugsweise kann die Anodengasrezirkulationsvorrichtung ein Anodengasrezirkulationsgebläse zum Kontrollieren des Volumenstromes und/oder zum Kontrollieren des Druckes des Anodengas-Rezirkulationsstromes aufweisen. Mittels dem Anodengasrezirkulationsgebläse kann unverbrauchter Brennstoff, wie Wasserstoff, aus dem Brennstoffzellenstapel erneut dem Brennstoff-Frischstrom aktiv zugeführt werden. Ferner ist das Anodengasrezirkulationsgebläse zwischen dem Anodenausgang der Anodengasvorrichtung und der Mischvorrichtung in der Anodengasrezirkulationsleitung angeordnet. Außerdem kann das Anodengasrezirkulationsgebläse zusätzlich Wasser aus dem Anodengas-Rezirkulationsstrom und/oder Stickstoff über ein Anbauventil des Anodengasrezirkulationsgebläses aus dem Anodengas-Rezirkulationsstrom abscheiden.
Die Brennstoffvorrichtung des Brennstoffzellensystems kann insbesondere den Brennstoffspeicher aufweisen. Die Brennstoffvorrichtung kann auch mehrere Brennstoffspeicher, insbesondere zumindest zwei Brennstoffspeicher, aufweisen. Die mehreren Brennstoffspeicher können außerdem fluidtechnisch miteinander verbunden sein. Der Brennstoffspeicher ist insbesondere ein Brennstoffspeicher eines Fahrzeuges, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges wie einem Automobil. Die Brennstoffvorrichtung umfasst außerdem insbesondere eine Vorrichtung zum Kontrollieren eines Volumenstromes des Brennstoff-Frischstromes und/oder eine Vorrichtung zum Kontrollieren eines Druckes des Brennstoff-Frischstromes in der Brennstoffzuführleitung. Die Vorrichtung zum Kontrollieren des Volumenstromes des Brennstoff-Frischstromes kann ein Brennstoffdosierventil sein. Die Vorrichtung zum Kontrollieren des Druckes des Brennstoff-Frischstromes kann ein Druckregulierungsventil sein. Somit kann die für den Brennstoffzellenstapel benötigte Brennstoffmenge eingestellt werden. Das Brennstoffdosierventil ist insbesondere in Stromrichtung des Brennstoff-Frischstromes nach dem Druckregulierungsventil und vor der Mischvorrichtung angeordnet.
Die Mischvorrichtung kann insbesondere eine Strahlpumpe (JetPump) sein. Der Brennstoff-Frischstrom kann als Treibmedium und der Anodengas-Rezirkulationsstrom als Saugmedium wirken. Mittels der Strahlpumpe kann der Anodengas-Rezirkulationsstrom mit dem unverbrauchten Brennstoff, wie Wasserstoff, aus dem Brennstoffzellenstapel erneut dem Brennstoff-Frischstrom passiv zugeführt werden. Ein Anodengasrezirkulationsgebläse in der AnodengasRezirkulationsleitung kann somit insbesondere entfallen.
Die Kühlfluidvorrichtung umfasst insbesondere eine Vorrichtung zum Kontrollieren eines Volumenstromes des Kühlfluids und/oder eine Vorrichtung zum Kontrollieren eines Druckes des Kühlfluids. Die Kühlfluidvorrichtung umfasst ferner insbesondere eine Kühleinheit zum Kontrollieren der Kühlfluidtemperatur des Kühlfluids für ein Temperieren zumindest des Anodengas-Zuführstromes zwischen dem Anodeneingang und dem Anodenausgang des Brennstoffzellenstapels. Durch das Temperieren des Anodengas-Zuführstromes zwischen dem Anodeneingang und dem Anodenausgang des Brennstoffzellenstapels strömt aus dem Anodenausgang insbesondere der temperierte Anodengas-Rezirkulationsstrom aus. Der Kühlkreislauf der Kühlfluidvorrichtung verläuft insbesondere zumindest tlw. in dem Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems und zumindest tlw. außerhalb des Brennstoffzellenstapels. Der zumindest tlw. in dem Brennstoffzellenstapel verlaufende Kühlkreislauf ist insbesondere die Kühlung des Brennstoffzellenstapels, wobei die Kühlung des Brennstoffzellenstapels vorzugsweise einen Kühlfluideingang und einen Kühlfluidausgang umfasst. Vorzugsweise umfasst der zumindest tlw. außerhalb des Brennstoffzellenstapels verlaufende Kühlkreislauf die Kühleinheit zum Kontrollieren der Kühlfluidtemperatur des Kühlfluids für ein Temperieren zumindest des Anodengas-Zuführstromes wenigstens tlw. zwischen dem Anodeneingang und dem Anodenausgang und/oder die Vorrichtung zum Kontrollieren eines Volumenstromes des Kühlfluids und/oder die Vorrichtung zum Kontrollieren eines Druckes des Kühlfluids. Insbesondere kontrolliert die Kühleinheit die Kühlfluidtemperatur des Kühlfluids für den Bereich des Kühlfluideingangs, insbesondere für den Kühlfluideingang, der Kühlung des Brennstoffzellenstapels. Somit kann das Temperieren zumindest des Anodengas-Zuführstromes zwischen dem Anodeneingang und dem Anodenausgang des Brennstoffzellenstapels besonders vorteilhaft sein. Der Anodengas-Zuführstrom zwischen dem Anodeneingang und dem Anodenausgang des Brennstoffzellenstapels ist insbesondere als das in der Anode des Brennstoffzellenstapels zwischen dem Anodeneingang und dem Anodenausgang strömende Anodengas zu verstehen. Während des Strömens des Anodengas-Zuführstromes zwischen dem Anodeneingang und dem Anodenausgang kann sich aufgrund chemischer Reaktionen der Anteil des Brennstoffes des Anodengas-Zuführstromes reduzieren und der Anteil von Wasser, insbesondere Reaktionswasser, erhöhen und/oder der Anteil zumindest eines Bestandteils des Oxidationsmittels, wie Stickstoff, erhöhen. Weiter wird während des Strömens des Anodengas-Zuführstromes zwischen dem Anodeneingang und dem Anodenausgang der Anode des Brennstoffzellenstapels die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes mittels der Kühlfluidvorrichtung temperiert. Das aus dem Anodenausgang strömende Anodengas ist insbesondere als der temperierte Anodengas-Rezirkulationsstrom zu verstehen.
Die Vorrichtung zum Kontrollieren des Volumenstromes und/oder die Vorrichtung zum Kontrollieren des Druckes und/oder die Vorrichtung zum Kontrollieren der Fluidzusammensetzung des Anodengas-Rezirkulationsstromes kann mittels einer Kontrollvorrichtung des Brennstoffzellensystems kontrolliert werden. Auch kann die Vorrichtung zum Kontrollieren des Volumenstromes des Brennstoff-Frischstromes und/oder die Vorrichtung zum Kontrollieren des Druckes des Brennstoff-Frischstromes mittels einer Kontrollvorrichtung des Brennstoffzellensystems kontrolliert werden. Weiter kann die Kühlfluidvorrichtung, insbesondere die Kühleinheit zum Kontrollieren der Kühlfluidtemperatur des Kühlfluids und/oder die Vorrichtung zum Kontrollieren des Volumenstromes des Kühlfluids und/oder die Vorrichtung zum Kontrollieren des Druckes des Kühlfluids, mittels einer Kontrollvorrichtung des Brennstoffzellensystems kontrolliert werden.
Das Brennstoffzellensystem kann Sensoren zum Erfassen von Zustandsgrößen des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder Sensoren zum Erfassen von Zustandsgrößen des Brennstoff-Frischstromes und/oder Sensoren zum Erfassen von Zustandsgrößen des Anodengas-Zuführstromes und/oder Sensoren zum Erfassen von Zustandsgrößen des Kühlfluids aufweisen. Eine Kontrollvorrichtung des Brennstoffzellensystems kann die Zustandsgrößen des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder des Brennstoff-Frischstromes und/oder des Anodengas-Zuführstromes und/oder des Kühlfluids verarbeiten. Die Zustandsgrößen sind insbesondere ein Volumenstrom und/oder ein Druck und/oder eine Temperatur, insbesondere eine Taupunkttemperatur, und/oder eine Fluidzusammensetzung. Die Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes kann insbesondere direkt mittels eines Taupunktsensors ermittelt werden und/oder indirekt aus den Zustandsgrößen des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder des Brennstoff-Frischstromes und/oder des Anodengas-Zuführstromes und/oder des Kühlfluids durch die Kontrollvorrichtung ermittelt werden.
Vorzugsweise wird die Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes derart kontrolliert, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes zumindest in der Anodengaszuführleitung wenigstens 2 Kelvin höher als die Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist. Somit kann besonders vorteilhaft die Kondensierung und/oder die Gefrierung von Wasser in dem Anodengas-Zuführstrom bspw. auch dynamischen Leistungsschwankungen des Brennstoffzellensystems verhindert werden.
Die Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes wird insbesondere zumindest durch die Kühlfluidvorrichtung des Brennstoffzellensystems mittels dem Kühlfluid kontrolliert. Insbesondere prägt das Kühlfluid dem Anodengas-Zuführstrom zwischen dem Anodeneingang und dem Anodenausgang eine Temperatur ein. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem kann somit auf besonders einfache und kostengünstige Weise verhindert werden, dass das zumindest tlw. gasförmige und/oder flüssige Wasser in dem Anodengas-Zuführstrom zumindest in der Anodengaszuführleitung durch Kondensierung bzw. Gefrierung in den flüssigen und/oder festen Aggregatszustand übergeht, da die Abwärme, insbesondere die Reaktionswärme, des Brennstoffzellenstapels verwendet wird. Ferner kann somit die Leistung einer zusätzlichen Heizvorrichtung des Brennstoffzellensystems, insbesondere eine Leistung einer elektrischen Heizvorrichtung der Brennstoffvorrichtung zum Erwärmen des Brennstoff-Frischstromes und/oder eine Leistung einer Heizvorrichtung zum Erwärmen des Anodengas-Rezirkulationsstromes, reduziert, vorzugsweise minimiert, werden. Ganz vorzugsweise kann auf eine zusätzliche Heizvorrichtung, insbesondere auf eine elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen des Brennstoff-Frischstromes, komplett verzichtet werden.
Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Kühlfluidtemperatur des Kühlfluids in einem Bereich zwischen 50 und 90 °C, insbesondere in einem Bereich zwischen 60 und 70 °C, ganz vorzugsweise in einem Bereich zwischen 65 und 70 °C, kontrolliert wird zum Kontrollieren der Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes. Somit kann die Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes besonders vorteilhaft durch die Kühlfluidvorrichtung, insbesondere einer Kühleinheit der Kühlfluidvorrichtung, des Brennstoffzellensystems kontrolliert werden. Insbesondere ist die Kühlfluidtemperatur des Kühlfluids bei einem Eintritt in den Kühlfluideingang der Kühlung des Brennstoffzellenstapels in dem Bereich zwischen 50 und 90 °C, insbesondere in dem Bereich zwischen 60 und 70 °C, ganz vorzugsweise in dem Bereich zwischen 65 und 70 °C, kontrolliert. Vorzugsweise weist das Kühlfluid des Brennstoffzellensystems eine Mindestbetriebstemperatur, insbesondere im Wesentlichen 60 °C, auf. Diese Mindestbetriebstemperatur weist das Brennstoffzellensystem insbesondere in einem Normalbetrieb auf. Der Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems stellt sich insbesondere nach einem Start des Brennstoffzellensystems ein. Insbesondere wird das Kühlfluid auf eine Kühlfluidtemperatur größer als eine Mindestbetriebstemperatur des Kühlfluids kontrolliert, um eine Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes derart zu kontrollieren, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes zumindest in der Anodengaszuführleitung höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist. Somit kann insbesondere für einen Kaltlandbetrieb des Brennstoffzellensystems sichergestellt werden, dass eine Kondensierung und/oder Gefrierung von Wasser in einem Anodengas-Zuführstrom eines Brennstoffzellensystems verhindert wird und/oder dass die Leistung einer zusätzlichen Heizvorrichtung des Brennstoffzellensystems, insbesondere eine Leistung einer elektrischen Heizvorrichtung der Brennstoffvorrichtung zum Erwärmen des Brennstoff-Frischstromes und/oder eine Leistung einer Heizvorrichtung zum Erwärmen des Anodengas-Rezirkulationsstromes, reduziert, vorzugsweise minimiert, wird.
Vorteilhafterweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Kühlfluidkreislauf zumindest zwei Kreisläufe für das Temperieren zumindest des Anodengas-Zuführstromes wenigstens tlw. zwischen dem Anodeneingang und dem Anodenausgang des Brennstoffzellenstapels aufweisen, wobei die zumindest zwei Kreisläufe mittels einem Mischventil zum Kontrollieren des Volumenstromes des Kühlfluids in den beiden Kreisläufen fluidtechnisch verbunden sind. Somit kann das Temperieren des Anodengas-Zuführstromes zwischen dem Anodeneingang und dem Anodenausgang besonders vorteilhaft sein, insbesondere für einen Kaltstart und/oder einen Kaltlandbetrieb des Brennstoffzellensystems. Insbesondere strömt das Kühlfluid in nur einem der beiden Kreisläufe, solange eine gewünschte Kühlfluidtemperatur, insbesondere eine Mindestbetriebstemperatur, des Kühlfluides nicht erreicht ist, wie bspw. bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems. Das Mischventil als eine Vorrichtung zum Kontrollieren des Volumenstromes des Kühlfluids ist insbesondere ein 3-Wege-Ventil, vorzugsweise ein Thermostatventil. Ferner kann zumindest einer der beiden Kreisläufe einen Kühler oder einen Kühler mit Kühlerlüfter aufweisen zum Kontrollieren der Kühlfluidtemperatur des Kühlfluids.
Mit besonderem Vorteil kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes in Abhängigkeit eines Volumenstromes und/oder eines Druckes und/oder einer Fluidzusammensetzung und/oder der Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder kann die Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes in Abhängigkeit eines Volumenstromes und/oder eines Druckes und/oder einer Temperatur des Brennstoff-Frischstromes kontrolliert werden. Diese Zustandsgrößen werden insbesondere durch Sensoren des Brennstoffzellensystems erfasst und von einer Kontrollvorrichtung des Brennstoffzellensystems verarbeitet zum Kontrollieren der Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes. Bspw. wird in einem Betriebspunkt des Brennstoffzellensystems bzw. des Brennstoffzellenstapels bei einer sich verringernden Temperatur des Brennstoff-Frischstromes die Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes mittels der Kühlfluidvorrichtung des Brennstoffzellensystems erhöht, um die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes zumindest in der Anodengaszuführleitung höher als die Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes zu halten und somit die Kondensierung und/oder Gefrierung von Wasser in dem Anodengas-Zuführstrom zu verhindern. Auch kann bspw. bei einem sich erhöhenden Volumenstrom des Brennstoff-Frischstroms der Brennstoff-Frischstroms mit seiner Temperatur beim Bilden des Anodengas-Zuführstroms an der Mischvorrichtung stärker ins Gewicht fallen, sodass eine Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes mittels der Kühlfluidvorrichtung des Brennstoffzellensystems erhöht werden kann, um die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes zumindest in der Anodengaszuführleitung höher als die Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes zu halten und somit die Kondensierung und/oder Gefrierung von Wasser in dem Anodengas-Zuführstrom zu verhindern.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Brennstoffvorrichtung zumindest eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des Brennstoff-Frischstromes aufweisen, wobei eine Temperatur des Brennstoff-Frischstromes derart kontrolliert wird und die Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes derart kontrolliert wird, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist. Die Temperatur des Brennstoff-Frischstromes wird insbesondere mittels der Heizvorrichtung kontrolliert, wobei die Heizvorrichtung insbesondere mittels einer Kontrollvorrichtung des Brennstoffzellensystems kontrolliert wird. Die Heizvorrichtung ist insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung. Mit der Heizvorrichtung kann besonders vorteilhaft die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes derart kontrolliert werden, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist. Das derartige Kontrollieren der Temperatur des Anodengas-Zuführstromes, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes zumindest in der Anodengaszuführleitung höher als die Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist, erfolgt insbesondere primär über das Kontrollieren der Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes und sekundär über das Kontrollieren der Temperatur des Brennstoff-Frischstromes. Somit kann die Leistung der zusätzlichen Heizvorrichtung, insbesondere einer elektrischen Heizvorrichtung der Brennstoffvorrichtung zum Erwärmen des Brennstoff-Frischstromes, des Brennstoffzellensystems zum Erwärmen des Anodengas-Rezirkulationsstromes reduziert, vorzugsweise minimiert, werden. Ferner ist mit der Heizvorrichtung im Kaltlandbetrieb und/oder Kaltstart des Brennstoffzellensystems insbesondere eine zusätzliche Beheizung mittels der Heizvorrichtung möglich. Bspw. kann bei einem Kaltstart in einem Kaltlandbetrieb des Brennstoffzellensystems entgegen einer Mindestbetriebstemperatur des Kühlfluids von bspw. ca. 60 °C das Kühlfluid auf eine erhöhte Kühlfluidtemperatur von bspw. ca. 70 °C kontrolliert werden, wobei beim Erreichen der erhöhten Kühlfluidtemperatur die Heizvorrichtung, vorzugsweise die elektrische Heizvorrichtung, abgeschaltet oder zumindest in der Leistung reduziert wird.
Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Temperatur des Brennstoff-Frischstromes in Abhängigkeit eines Volumenstromes und/oder eines Druckes und/oder einer Fluidzusammensetzung und/oder einer Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder dass die Temperatur des Brennstoff-Frischstromes in Abhängigkeit eines Volumenstromes und/oder eines Druckes und/oder der Temperatur des Brennstoff-Frischstromes kontrolliert wird. Diese Zustandsgrößen werden insbesondere durch Sensoren des Brennstoffzellensystems erfasst und von einer Kontrollvorrichtung des Brennstoffzellensystems verarbeitet zum Kontrollieren der Temperatur des Brennstoff-Frischstromes.
Vorteilhafterweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Heizvorrichtung den Brennstoff-Frischstrom erwärmen, wenn das Kühlfluid eine Maximalbetriebstemperatur erreicht. Die Maximalbetriebstemperatur ist insbesondere 90 °C, vorzugsweise 80 °C, ganz vorzugsweise 70 °C. Wenn die Maximalbetriebstemperatur des Kühlfluids erreicht ist, soll die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes zumindest in der Anodengaszuführleitung nicht mehr über die Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes kontrolliert, insbesondere erhöht, werden, da ansonsten eine Degeneration des Brennstoffzellenstapels bzw. der Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels, insbesondere eines Polymerelektrolyt-Brennstoffzellenstapels, auftreten kann. Beim Erreichen der Maximalbetriebstemperatur kann nun vorteilhafterweise der Brennstoff-Frischstrom mittels der Heizvorrichtung erwärmt werden, sodass gewährleistet werden kann, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes zumindest in der Anodengaszuführleitung höher als die Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist. Somit kann einerseits eine Degeneration des Brennstoffzellenstapels bzw. der Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels vermieden werden und andererseits die Kondensierung und/oder Gefrierung von Wasser in dem Anodengas-Zuführstrom verhindert werden.
Mit besonderem Vorteil kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder die Temperatur des Brennstoff-Frischstromes in Abhängigkeit einer Temperatur des Brennstoffzellensystems und/oder in Abhängigkeit einer Leistungsanfrage an den Brennstoffzellenstapel und/oder in Abhängigkeit einer Leistungsumsetzung des Brennstoffzellenstapels kontrolliert werden. Diese Zustandsgrößen werden insbesondere durch Sensoren des Brennstoffzellensystems erfasst und von einer Kontrollvorrichtung des Brennstoffzellensystems verarbeitet zum Kontrollieren der Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder zum Kontrollieren der Temperatur des Brennstoff-Frischstromes. Die Temperatur des Brennstoffzellensystems ist insbesondere eine Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems. Ferner kann die Temperatur des Brennstoffzellensystems insbesondere eine Temperatur des Brennstoff-Frischstromes bzw. des Brennstoffes in einem Brennstoffspeicher des Brennstoffzellensystems sein. Die Temperatur des Brennstoffes in dem Brennstoffspeicher kann die Temperatur des Brennstoffes bzw. des Brennstoff-Frischstroms besonders zuverlässig wiedergeben. Durch das Kontrollieren der Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder durch das Kontrollieren der Temperatur des Brennstoff-Frischstromes in Abhängigkeit der Leistungsanfrage an den Brennstoffzellenstapel und/oder in Abhängigkeit einer Leistungsumsetzung des Brennstoffzellenstapels kann vorteilhafterweise besonders schnell auf sich ändernde Zustandsgrößen des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder auf sich ändernde Zustandsgrößen des Brennstoff-Frischstromes reagiert werden.
Die zuvor und die im Nachfolgenden beschrieben Verfahrensschritte können einzeln, zusammen, einfach, mehrfach, zeitlich parallel und/oder nacheinander in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug, wobei das Brennstoffzellensystem dazu ausgebildet ist ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, und wobei das Brennstoffzellensystem eine Kontrollvorrichtung aufweist, wobei die Kontrollvorrichtung dazu eingerichtet ist, zumindest eine Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes mittels wengistens der Kühlfluidvorrichtung derart zu kontrollieren, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes in der Anodengaszuführleitung höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist.
Vorteilhafterweise kann bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Kontrollvorrichtung dazu eingerichtet sein, zusätzlich eine Temperatur des Brennstoff-Frischstromes mittels zumindest einer Heizvorrichtung der Brennstoffvorrichtung des Brennstoffzellensystems zum Erwärmen des Brennstoff-Frischstromes derart zu kontrollieren, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes in der Anodengaszuführleitung höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist.
Das Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
Es zeigen schematisch:

1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzel lensystems,
2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzel lensystems,
3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen identische Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 100, wobei das Brennstoffzellensystem 100 einen Brennstoffzellenstapel 20 mit einer Anode 21, wobei die Anode 21 einen Anodeneingang 22 und einen Anodenausgang 23 umfasst, aufweist. Weiter weist das Brennstoffzellensystem 100 eine Anodengasrezirkulationvorrichtung 40 mit einer Anodengasrezirkulationsleitung 41 zum fluidtechnischen Führen eines temperierten Anodengas-Rezirkulationsstromes von dem Anodenausgang 23 zu einer Mischvorrichtung 50 sowie eine Brennstoffvorrichtung 30 mit einer Brennstoffzuführleitung 31 zum fluidtechnischen Führen eines Brennstoff-Frischstromes von einem Brennstoffspeicher 39 zu der Mischvorrichtung 50 auf, wobei die Mischvorrichtung 50 zum Zusammenführen des temperierten Anodengas-Rezirkulationsstromes und des Brennstoff-Frischstromes zum Bilden des Anodengas-Zuführstromes dient. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem 100 eine Anodengasvorrichtung 10 mit einer Anodengaszuführleitung 11 zum fluidtechnischen Führen des Anodengas-Zuführstromes von der Mischvorrichtung 50 zu dem Anodeneingang 22 sowie eine Kühlfluidvorrichtung 70 mit einem Kühlfluidkreislauf 71 zum fluidtechnischen Führen eines Kühlfluids mit einer Kühlfluidtemperatur für ein Temperieren zumindest des Anodengas-Zuführstromes wenigstens tlw. zwischen dem Anodeneingang 22 und dem Anodenausgang 23 des Brennstoffzellenstapels 100. Außerdem weist das Brennstoffzellensystem 100 eine Kontrollvorrichtung 80 auf, wobei die Kontrollvorrichtung 80 dazu eingerichtet ist, zumindest eine Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes mittels wengistens der Kühlfluidvorrichtung 70 derart zu kontrollieren 200, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes in der Anodengaszuführleitung höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist.
2 stellt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 100. Zusätzlich zu 1 weist diese Ausführungsform zum Kontrollieren des Druckes des Brennstoff-Frischstromes ein Druckregulierungsventil 35 und zum Kontrollieren des Volumenstromes des Brennstoff-Frischstromes ein Brennstoffdosierventil 37 auf. Somit kann die für den Brennstoffzellenstapel 20 benötigte Brennstoffmenge eingestellt werden. Das Brennstoffdosierventil 37 ist insbesondere in Stromrichtung des Brennstoff-Frischstromes nach dem Druckregulierungsventil 35 und vor der Mischvorrichtung 50 angeordnet. Die Mischvorrichtung 50 ist bspw. eine Strahlpumpe. Weiter weist die Brennstoffvorrichtung 30 eine Heizvorrichtung 35 zum Erwärmen des Brennstoff-Frischstromes auf. Die Kontrollvorrichtung 80 des Brennstoffzellensystems ist ferner dazu eingerichtet ist, zusätzlich eine Temperatur des Brennstoff-Frischstromes mittels zumindest der Heizvorrichtung 35 der Brennstoffvorrichtung 30 des Brennstoffzellensystems 100 zum Erwärmen des Brennstoff-Frischstromes derart zu kontrollieren 300, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes in der Anodengaszuführleitung 11 höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist. Außerdem weist die Anodengasrezirkulationsvorrichtung 40 zusätzlich ein Anodengasrezirkulationsgebläse 43 zum Kontrollieren des Volumenstromes und/oder zum Kontrollieren des Druckes des Anodengas-Rezirkulationsstromes auf. Ferner umfasst hier der Kühlfluidkreislauf 71 zumindest zwei Kreisläufe 73, 74 für das Temperieren des Anodengas-Zuführstromes wenigstens teilweise zwischen dem Anodeneingang 22 und dem Anodenausgang 23 des Brennstoffzellenstapels 100 auf, wobei die zumindest zwei Kreisläufe 73, 74 mittels einem Mischventil 75 zum Kontrollieren des Volumenstromes des Kühlfluids in den beiden Kreisläufen 73, 74 fluidtechnisch verbunden sind. Insbesondere strömt das Kühlfluid nur in dem Kreislauf 73 solange eine gewünschte Kühlfluidtemperatur des Kühlfluides, wie bspw. bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems 100, nicht erreicht ist. Das Mischventil 75 als eine Vorrichtung zum Kontrollieren des Volumenstromes des Kühlfluids ist insbesondere ein 3-Wege-Ventil. Ferner weist der Kreislauf 73 zusätzlich eine Kühlfluidpumpe 77 auf zum zusätzlichen Kontrollieren der Kühlfluidtemperatur des Kühlfluids. Der Kreislauf 74 weist zusätzlich einen Kühler 78 mit Kühlerlüfter auf zum zusätzlichen Kontrollieren der Kühlfluidtemperatur des Kühlfluids. Das Mischventil 75, der Kühler 78 mit dem Kühlerlüfter und die Kühlfluidpumpe 77 werden insbesondere von der Kontrollvorrichtung 80 kontrolliert. Ferner kann das Brennstoffzellensystem 100 Sensoren (nicht dargestellt) zum Erfassen von Zustandsgrößen des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder Sensoren zum Erfassen von Zustandsgrößen des Brennstoff-Frischstromes und/oder Sensoren zum Erfassen von Zustandsgrößen des Anodengas-Zuführstromes und/oder Sensoren zum Erfassen von Zustandsgrößen des Kühlfluids aufweisen, wobei die Zustandsgrößen von der Kontrollvorrichtung 80 verarbeitet werden zum Kontrollieren der Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder zum Kontrollieren der Temperatur des Brennstoff-Frischstromes. Zusätzlich können noch eine Temperatur des Brennstoffzellensystems 100, insbesondere eine Umgebungstemperatur, und/oder eine Leistungsanfrage an den Brennstoffzellenstapel 20 und/oder eine Leistungsumsetzung des Brennstoffzellenstapels 20 von der Kontrollvorrichtung 80 bzw. berücksichtigt werden zum Kontrollieren der Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder zum Kontrollieren der Temperatur des Brennstoff-Frischstromes.
3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verhindern einer Kondensierung und/oder Gefrierung von Wasser in einem Anodengas-Zuführstrom eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, wobei das Verfahren als einen Schritt ein Kontrollieren 200 zumindest einer Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes derart, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes zumindest in der Anodengaszuführleitung 11 höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist, aufweist.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verhindern einer Kondensierung und/oder Gefrierung von Wasser in einem Anodengas-Zuführstrom eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, wobei das Verfahren zusätzlich zu dem Verfahren in 3 als einen Schritt ein Kontrollieren 300 einer Temperatur des Brennstoff-Frischstromes derart, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist, aufweist. Insbesondere können in den Verfahren in 3 bzw. 4 ferner in weiteren Verfahrenschritten zusätzlich Zustandsgrößen des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder Zustandsgrößen des Brennstoff-Frischstromes und/oder Zustandsgrößen des Anodengas-Zuführstromes und/oder Zustandsgrößen des Kühlfluids und/oder eine Temperatur des Brennstoffzellensystems 100, insbesondere eine Umgebungstemperatur, und/oder eine Leistungsanfrage an den Brennstoffzellenstapel 20 und/oder eine Leistungsumsetzung des Brennstoffzellenstapels 20 erfasst und von einer Kontrollvorrichtung 80 des Brennstoffzellensystems verarbeitet zum Kontrollieren der Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder zum Kontrollieren der Temperatur des Brennstoff-Frischstromes.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019203006 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Verhindern einer Kondensierung und/oder Gefrierung von Wasser in einem Anodengas-Zuführstrom eines Brennstoffzellensystems (100), wobei das Brennstoffzellensystem (100) aufweist: - zumindest einen Brennstoffzellenstapel (20) mit einer Anode (21), wobei die Anode (21) einen Anodeneingang (22) und einen Anodenausgang (23) umfasst, - eine Anodengasrezirkulationvorrichtung (40) mit einer Anodengasrezirkulationsleitung (41) zum fluidtechnischen Führen eines temperierten Anodengas-Rezirkulationsstromes von dem Anodenausgang (23) zu einer Mischvorrichtung (50), - eine Brennstoffvorrichtung (30) mit einer Brennstoffzuführleitung (31) zum fluidtechnischen Führen eines Brennstoff-Frischstromes von einem Brennstoffspeicher (39) zu der Mischvorrichtung (50), - die Mischvorrichtung (50) zum Zusammenführen des temperierten Anodengas-Rezirkulationsstromes und des Brennstoff-Frischstromes zum Bilden des Anodengas-Zuführstromes, - eine Anodengasvorrichtung (10) mit einer Anodengaszuführleitung (11) zum fluidtechnischen Führen des Anodengas-Zuführstromes von der Mischvorrichtung (50) zu dem Anodeneingang (22), - eine Kühlfluidvorrichtung (70) mit einem Kühlfluidkreislauf (71) zum fluidtechnischen Führen eines Kühlfluids mit einer Kühlfluidtemperatur für ein Temperieren zumindest des Anodengas-Zuführstromes wenigstens teilweise zwischen dem Anodeneingang (22) und dem Anodenausgang (23) des Brennstoffzellenstapels (100), wobei das Verfahren zumindest einen folgenden Schritt umfasst: - Kontrollieren (200) zumindest einer Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes derart, dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes zumindest in der Anodengaszuführleitung (11) höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidtemperatur des Kühlfluids in einem Bereich zwischen 50 und 90 °C, insbesondere in einem Bereich zwischen 60 und 70 °C, ganz vorzugsweise in einem Bereich zwischen 65 und 70 °C, kontrolliert wird zum Kontrollieren (200) der Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlfluidkreislauf (71) zumindest zwei Kreisläufe (73, 74) für das Temperieren zumindest des Anodengas-Zuführstromes wenigstens teilweise zwischen dem Anodeneingang (22) und dem Anodenausgang (23) des Brennstoffzellenstapels (100) aufweist, wobei die zumindest zwei Kreisläufe (73, 74) mittels einem Mischventil (75) zum Kontrollieren des Volumenstromes des Kühlfluids in den beiden Kreisläufen (73, 74) fluidtechnisch verbunden sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes in Abhängigkeit eines Volumenstromes und/oder eines Druckes und/oder einer Fluidzusammensetzung und/oder der Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder dass die Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes in Abhängigkeit eines Volumenstromes und/oder eines Druckes und/oder einer Temperatur des Brennstoff-Frischstromes kontrolliert wird (200).
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffvorrichtung (30) zumindest eine Heizvorrichtung (35) zum Erwärmen des Brennstoff-Frischstromes aufweist, wobei eine Temperatur des Brennstoff-Frischstromes derart kontrolliert wird (300) und die Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes derart kontrolliert wird (200), dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Brennstoff-Frischstromes in Abhängigkeit eines Volumenstromes und/oder eines Druckes und/oder einer Fluidzusammensetzung und/oder einer Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder dass die Temperatur des Brennstoff-Frischstromes in Abhängigkeit eines Volumenstromes und/oder eines Druckes und/oder einer Temperatur des Brennstoff-Frischstromes kontrolliert wird (300).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (35) den Brennstoff-Frischstrom erwärmt, wenn das Kühlfluid eine Maximalbetriebstemperatur erreicht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes und/oder die Temperatur des Brennstoff-Frischstromes in Abhängigkeit einer Temperatur des Brennstoffzellensystems und/oder in Abhängigkeit einer Leistungsanfrage an den Brennstoffzellenstapel und/oder in Abhängigkeit einer Leistungsumsetzung des Brennstoffzellenstapels kontrolliert wird (200, 300).
Brennstoffzellensystem (100) für ein Fahrzeug, wobei das Brennstoffzellensystem (100) dazu ausgebildet ist ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, und wobei das Brennstoffzellensystem (100) eine Kontrollvorrichtung (80) aufweist, wobei die Kontrollvorrichtung (80) dazu eingerichtet ist, zumindest eine Temperatur des Anodengas-Rezirkulationsstromes mittels wengistens der Kühlfluidvorrichtung (70) derart zu kontrollieren (200), dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes in der Anodengaszuführleitung (11) höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist.
Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollvorrichtung (80) dazu eingerichtet ist, zusätzlich eine Temperatur des Brennstoff-Frischstromes mittels zumindest einer Heizvorrichtung (35) der Brennstoffvorrichtung (30) des Brennstoffzellensystems (100) zum Erwärmen des Brennstoff-Frischstromes derart zu kontrollieren (300), dass die Temperatur des Anodengas-Zuführstromes in der Anodengaszuführleitung (11) höher als eine Taupunkttemperatur des Anodengas-Zuführstromes ist.