DE102021203438A1 - media merge device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Medienzusammenführungsvorrichtung (M) für ein Brennstoffzellensystem (100), mit einem Behälter (MB) zum Durchmischen und/oder Untersuchen von Medienströmen, an dem folgende Elemente angeordnet sind:ein Leitungsanschluss (M1) für eine Abluftleitung (12) zum Abführen einer Abluft von mindestens einer Brennstoffzelle (101) des Brennstoffzellensystems (100), mindestens ein Leitungsanschluss (MQ1) für mindestens eine Purge- und/oder Drainleitung (L1) eines Purge- und/oder Drainsystems (Q1) des Brennstoffzellensystems (100),- ein Leitungsauslass (M2) zum Abführen von Medienströmen aus dem Behälter (MB), undein Brennstoffsensor (S) zum Sensieren eines Brennstoffgehaltes in dem Behälter (MB).The invention relates to a media combining device (M) for a fuel cell system (100), with a container (MB) for mixing and/or examining media flows, on which the following elements are arranged: a line connection (M1) for an exhaust air line (12) for discharge an exhaust air from at least one fuel cell (101) of the fuel cell system (100), at least one line connection (MQ1) for at least one purge and/or drain line (L1) of a purge and/or drain system (Q1) of the fuel cell system (100), a line outlet (M2) for discharging media streams from the container (MB), and a fuel sensor (S) for sensing a fuel content in the container (MB).

Description

Die Erfindung betrifft eine Medienzusammenführungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch sowie ein korrespondierendes Brennstoffzellensystem, bspw. für ein Fahrzeug, mit einer entsprechenden Medienzusammenführungsvorrichtung nach dem nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch. Ferner betrifft die Erfindung vorteilhafte Verwendungen einer entsprechenden Medienzusammenführungsvorrichtung nach den unabhängigen Verwendungsansprüchen sowie ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Brennstoffzellensystem nach dem weiteren nebengeordneten Vorrichtungsanspruch.The invention relates to a media combining device for a fuel cell system according to the independent device claim and a corresponding fuel cell system, for example for a vehicle, with a corresponding media combining device according to the independent device claim. Furthermore, the invention relates to advantageous uses of a corresponding media combining device according to the independent claims as well as a vehicle with a corresponding fuel cell system according to the further independent device claim.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellensysteme sind grundsätzlich bekannt, auch als Energielieferanten bei Fahrzeugen. In Brennstoffzellensystemen wird i. d. R. das Oxidationsmittel Sauerstoff aus der Umgebungsluft und als Reduktionsmittel bzw. Kraftstoff Wasserstoff benutzt, um in dem Brennstoffzellenstapel des Systems zu Wasser (bzw. Wasserdampf) zu reagieren und damit durch elektrochemische Wandlung eine elektrische Leistung zu liefern. Die Umgebungsluft wird zumeist mittels eines Kathodensystems mit einem Luftverdichtungssystem dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellt. Der Wasserstoff wird i. d. R. in einem Hochdrucktank (bspw. 700bar) gespeichert und über Leitungen und Ventile dem Brennstoffzellenstapel zugeführt und in einem loopartigen Anodenpfad eines Anodensystems rezirkuliert. Der Anodenloop muss im Betrieb in periodischer Weise gespült („purg“) und entwässert („drain“) werden, um den zunehmenden Stickstoffgehalt (durch Diffusion über die Membran) und das anreichende Wasser in der Anode zu senken. Ein Teil des Purge-Gases ist dabei auch Wasserstoff, weshalb das Purge-Gas in den Luftsystem-Abgaskanal geleitet und dort durch den Luftmassenstrom soweit verdünnt wird, dass kein explosives Gemisch entstehen kann.Fuel cell systems are known in principle, also as energy suppliers in vehicles. In fuel cell systems i. i.e. R. uses oxygen from the ambient air as the oxidizing agent and hydrogen as the reducing agent or fuel in order to react to form water (or water vapor) in the fuel cell stack of the system and thus to supply electrical power by electrochemical conversion. The ambient air is usually provided to the fuel cell stack by means of a cathode system with an air compression system. The hydrogen is i. i.e. R. stored in a high-pressure tank (e.g. 700 bar) and fed to the fuel cell stack via lines and valves and recirculated in a loop-like anode path of an anode system. During operation, the anode loop must be purged and drained periodically during operation in order to reduce the increasing nitrogen content (through diffusion across the membrane) and the accumulation of water in the anode. Part of the purge gas is also hydrogen, which is why the purge gas is fed into the air system exhaust gas duct and is diluted there by the air mass flow to such an extent that no explosive mixture can form.

Der Brennstoffzellenstapel umfasst meistens mehrere Brennstoffzellen, die mit vielen Dichtungen gegenseitig abgedichtet werden. Diese Dichtungen unterliegen jedoch Temperaturwechsel, Druckwechsel, usw. und altern entsprechend. Deshalb sind die Brennstoffzellenstapel üblicherweise auch nicht dicht im absoluten Sinne. Zum anderen können die Hochdrucktanks zur Speicherung des Wasserstoffs bzw. deren Armaturen, Aktoren, Sensoren und/oder Rohrleitungen undicht werden.The fuel cell stack usually includes several fuel cells that are mutually sealed with many seals. However, these seals are subject to temperature changes, pressure changes, etc. and age accordingly. Therefore, the fuel cell stacks are usually not tight in the absolute sense. On the other hand, the high-pressure tanks for storing the hydrogen or their fittings, actuators, sensors and/or pipelines can leak.

Da Wasserstoff sehr flüchtig ist und mit Luft ein explosives Gemisch bilden kann, insbesondere in abgegrenzten oder geschlossenen Räumen, ist es sicherheitsrelevant evtl. Wasserstoffleckagen sicher zu erkennen. Zur Wasserstoff-Leckage-Erkennung werden üblicherweise mehrere Wasserstoffsensoren eingebaut. Diese Sensoren sind mit signifikanten Kosten verbunden. Bei einer Verwendung im Fahrzeug werden zumeist mehrere Wasserstoffsensoren an verschiedenen Stellen benötigt. Außerdem, wenn in begrenzten Räumen Wasserstoff-Leckagen nicht ausgeschlossen werden können, werden i. d. R. Belüftungssysteme eingesetzt, um einen ausreichend hohen Luftwechsel zu garantieren und Wasserstoff-Ansammlungen zu vermeiden, die zu explosionsfähigen Gemischen führen könnten.Since hydrogen is very volatile and can form an explosive mixture with air, especially in confined or closed rooms, it is safety-relevant to detect any hydrogen leaks with certainty. Several hydrogen sensors are usually installed to detect hydrogen leakage. These sensors have a significant cost associated with them. When used in the vehicle, several hydrogen sensors are usually required at different locations. In addition, if hydrogen leakage cannot be ruled out in confined spaces, i. i.e. R. Ventilation systems used to guarantee a sufficiently high air exchange and to avoid hydrogen accumulations that could lead to explosive mixtures.

Eine weitere systeminhärente Eigenschaft in Brennstoffzellensystemen ist die Entstehung von Produktwasser (Reaktionsprodukt aus Wasserstoff und Sauerstoff aus der Luft).Another system-inherent property in fuel cell systems is the formation of product water (reaction product of hydrogen and oxygen from the air).

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die Erfindung sieht gemäß einem ersten Aspekt eine Medienzusammenführungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches und gemäß einem zweiten Aspekt ein entsprechendes Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruches vor. Ferner sieht die Erfindung gemäß einem dritten und einem vierten Aspekt vorteilhafte Verwendungen einer entsprechenden Medienzusammenführungsvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Verwendungsansprüche sowie gemäß einem fünften Aspekt ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des weiteren nebengeordneten Vorrichtungsanspruches vor. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einzelnen erfindungsgemäßen Aspekten beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den anderen erfindungsgemäßen Aspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.According to a first aspect, the invention provides a media combining device for a fuel cell system with the features of the independent device claim and according to a second aspect a corresponding fuel cell system with the features of the independent device claim. Furthermore, according to a third and a fourth aspect, the invention provides advantageous uses of a corresponding media combining device with the features of the independent use claims and, according to a fifth aspect, a vehicle with a corresponding fuel cell system with the features of the additional, independent device claim. Further advantages, features and details of the invention result from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with individual aspects of the invention naturally also apply in connection with the other aspects of the invention and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is or can always be referred to reciprocally.

Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem ersten Aspekt eine Medienzusammenführungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem, mit einem Behälter oder mit anderen Worten ein Gehäuse zum Durchmischen und/oder Untersuchen von Medienströmen, an welchem folgende Elemente angeordnet, vorzugsweise befestigt, insbesondere integriert, sind: ein Leitungsanschluss für eine Abluftleitung zum Abführen einer Abluft von mindestens einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems, mindestens ein Leitungsanschluss für mindestens eine Purge- und/oder Drainleitung eines Purge- und/oder Drainsystems des Brennstoffzellensystems, ein Leitungsauslass zum Abführen von Medienströmen aus dem Behälter, und ein Brennstoffsensor zum Sensieren eines Brennstoffgehaltes in dem Behälter.According to the first aspect, the present invention provides a media combining device for a fuel cell system, with a container or in other words a housing for mixing and/or examining media flows, on which the following elements are arranged, preferably attached, in particular integrated: a line connection for a Exhaust air line for discharging an exhaust air from at least one fuel cell of the fuel cell system, at least one line connection for at least one purge and/or drain line of a purge and/or drain systems of the fuel cell system, a line outlet for discharging media streams from the container, and a fuel sensor for sensing a fuel content in the container.

Das Brennstoffzellensystem kann dabei für ein Fahrzeug ausgelegt sein. Das Brennstoffzellensystem kann mindestens eine Brennstoffzelle (vorzugsweise einen Brennstoffzellenstack) aufweisen, welche(r) mit einem Stack-Belüftungssystem für eine Belüftung der nahen bzw. direkten Umgebung des Stacks ausgeführt sein kann. Ferner kann das Brennstoffzellensystem ein Kathodensystem zum Bereitstellen eines sauerstoffhaltigen Reaktanten an die mindestens eine Brennstoffzelle aufweisen, wobei das Kathodensystem eine Zuluftleitung zum Bereitstellen einer Zuluft zu der mindestens einen Brennstoffzelle und eine Abluftleitung zum Abführen einer Abluft von der mindestens einen Brennstoffzelle aufweisen kann. Weiterhin kann das Brennstoffzellensystem ein Anodensystem zum Bereitstellen eines brennstoffhaltigen Reaktanten an die mindestens eine Brennstoffzelle aufweisen, wobei das Anodensystem ein Purge- und/oder Drainsystem zum Spülen des Anodenpfades und/oder zum Abführen von einem Produktwasser aus dem Anodenpfad aufweisen kann. Des Weiteren kann das Brennstoffzellensystem ein, vorzugsweise modular aufgebautes, Tanksystem mit mindestens einem Tank (vorzugsweise mehreren Tanks bzw. Flaschen pro Modul) für den brennstoffhaltigen Reaktanten aufweisen, welches mit einem Tank-Belüftungssystem für eine Belüftung der nahen bzw. direkt Umgebung des Tanksystems ausgeführt sein kann. Das Purge- und/oder Drainsystem kann wiederum mindestens eine (kombinierte oder doppelte) Purge- und/oder Drainleitung (die ebenfalls als eine Purge- und/oder Drain-Ablassleitung bezeichnet werden kann) aufweisen. Das Stack-Belüftungssystem kann eine Stack-Entlüftungsleitung (die wiederum je eine Stack-Entlüftungsleitung pro Stack in einem modularen Brennstoffzellensystem mit mehreren Stacks umfassen kann) aufweisen, um das Gas oder die Gasmischung, das bzw. die zur Belüftung der nahen bzw. direkten Umgebung des Stacks verwendet wurde, aus der Stack-Umgebung abzuführen. Das Tank-Belüftungssystem kann eine Tank-Entlüftungsleitung (die wiederum mehrere Tank-Entlüftungsleitungen pro Modul in einem modularen Tanksystem mit mehreren Modulen umfassen kann) aufweisen, um das Gas oder die Gasmischung, das bzw. die zur Belüftung der nahen oder direkten Umgebung des Tanksystems verwendet wurde, aus der Tanksystem-Umgebung abzuführen. Stromabwärts in der Abluftleitung des Kathodensystems ist mithilfe der erfindungsgemäßen Medienzusammenführungsvorrichtung ein, insbesondere ausschließlich ein im gesamten Brennstoffzellensystem sowie im gesamten Fahrzeug, Brennstoffsensor, bspw. in Form eines Wasserstoffsensors, bereitgestellt. Ferner kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Purge- und/oder Drainleitung, die Stack-Entlüftungsleitung und/oder die Tank-Entlüftungsleitung (vorzugsweise alle Entlüftungsleitungen und die mindestens eine Purge- und/oder Drainleitung) an die erfindungsgemäße Medienzusammenführungsvorrichtung, insbesondere fluidisch, angeschlossen sein können.The fuel cell system can be designed for a vehicle. The fuel cell system can have at least one fuel cell (preferably a fuel cell stack), which can be designed with a stack ventilation system for ventilation of the immediate or immediate vicinity of the stack. Furthermore, the fuel cell system can have a cathode system for providing an oxygen-containing reactant to the at least one fuel cell, wherein the cathode system can have a supply air line for providing supply air to the at least one fuel cell and an exhaust air line for removing exhaust air from the at least one fuel cell. Furthermore, the fuel cell system can have an anode system for providing a fuel-containing reactant to the at least one fuel cell, wherein the anode system can have a purge and/or drain system for flushing the anode path and/or for removing product water from the anode path. Furthermore, the fuel cell system can have a preferably modular tank system with at least one tank (preferably several tanks or bottles per module) for the fuel-containing reactants, which is designed with a tank ventilation system for ventilation of the immediate or immediate vicinity of the tank system can be. The purge and/or drain system may in turn include at least one (combined or dual) purge and/or drain line (which may also be referred to as a purge and/or drain vent line). The stack venting system may include a stack vent line (which in turn may include one stack vent line per stack in a multi-stack modular fuel cell system) to vent the gas or gas mixture used to vent the near or immediate environment of the stack was used from the stack environment. The tank venting system may include a tank vent line (which in turn may include multiple tank vent lines per module in a multi-module modular tank system) to vent the gas or gas mixture used to vent the near or immediate vicinity of the tank system was used to discharge from the tank system environment. Downstream in the exhaust air line of the cathode system, a fuel sensor, for example in the form of a hydrogen sensor, is provided with the aid of the media combining device according to the invention, in particular exclusively one in the entire fuel cell system and in the entire vehicle. Furthermore, it can be provided that the at least one purge and/or drain line, the stack ventilation line and/or the tank ventilation line (preferably all ventilation lines and the at least one purge and/or drain line) are connected to the media combining device according to the invention, in particular fluidly can be connected.

Die Medienzusammenführungsvorrichtung ist vorzugsweise stromabwärts in der Abluftleitung des Kathodensystems des Brennstoffzellensystems anordenbar. Dabei ist der Behälter der Medienzusammenführung fluidisch an die Abluftleitung anschließbar, sodass die Abluft von der mindestens einen Brennstoffzelle, ggf. durchmischt mit den anderen Medienströmen aus dem Brennstoffzellensystem, durch die Medienzusammenführungsvorrichtung strömt, vorzugsweise bevor sie an die Umgebung abgelassen wird.The media combining device can preferably be arranged downstream in the exhaust air line of the cathode system of the fuel cell system. The container of the media combination can be fluidically connected to the exhaust air line, so that the exhaust air from the at least one fuel cell, possibly mixed with the other media streams from the fuel cell system, flows through the media combination device, preferably before it is discharged to the environment.

Stromabwärts in der Abluftleitung kann ungefähr am Ende der Abluftleitung sein, wobei nach der erfindungsgemäßen Medienzusammenführungsvorrichtung mit dem einen, insbesondere ausschließlich einem im gesamten Brennstoffzellensystem sowie im gesamten Fahrzeug, Brennstoffsensor in der Abluftleitung nur noch ein Schalldämpfer angeordnet sein kann.Downstream in the exhaust air line can be approximately at the end of the exhaust air line, wherein according to the media combining device according to the invention with one, in particular only one in the entire fuel cell system and in the entire vehicle, fuel sensor in the exhaust air line only one silencer can be arranged.

Das Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung kann in Form eines Brennstoffzellenstapels, eines sog. Brennstoffzellenstacks, mit mehreren gestapelten Wiederholeinheiten in Form einzelner Brennstoffzellen, vorzugsweise PEM-Brennstoffzellen, ausgeführt sein. Zudem kann das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem modular ausgebildet sein und mehrere Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellenstacks aufweisen.The fuel cell system according to the invention can be designed in the form of a fuel cell stack, a so-called fuel cell stack, with a plurality of stacked repeating units in the form of individual fuel cells, preferably PEM fuel cells. In addition, the fuel cell system according to the invention can be of modular design and have a plurality of fuel cell stacks or fuel cell stacks.

Das Purge und Drainsystem im Sinne der Erfindung kann zusammengefasst sein (ein Ventil und eine Leitung) oder separat umgesetzt sein (ein Purge-Ventil mit einer Purge-Leitung und ein Drain-Ventil mit einer Drain-Leitung).The purge and drain system according to the invention can be combined (a valve and a line) or implemented separately (a purge valve with a purge line and a drain valve with a drain line).

Das Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung kann vorteilhafterweise für mobile Anwendungen, wie bspw. in Kraftfahrzeugen, oder für stationäre Anwendungen, wie bspw. in Generatoranlagen, verwendet werden.The fuel cell system according to the invention can advantageously be used for mobile applications, such as in motor vehicles, or for stationary applications, such as in generator systems.

Die Erfindung stellt mithilfe der Medienzusammenführungsvorrichtung ein optimiertes Brennstoffzellensystem und ein verbessertes Fahrzeug, einschließlich eines Diagnoseverfahrens, auf welches im Nachfolgenden im Detail eingegangen wird, mit einer minimalen Anzahl von Brennstoffsensoren, vorzugsweise mit nur einem Brennstoffsensor, im gesamten Brennstoffzellensystem sowie im gesamten Fahrzeug bereit.The invention provides an optimized fuel cell system and an improved vehicle, including a diagnostic method, which will be discussed in detail below, with a minimum number of fuel sensors, preferably with only one fuel sensor, by means of the media combining device entire fuel cell system and in the entire vehicle.

Der Kern der Erfindung liegt dabei darin, dass für das komplette Brennstoffzellensystem und entsprechend für das gesamte Fahrzeug nur ein Brennstoffsensor eingesetzt werden kann. Erfindungsgemäß wird der Brennstoffsensor an oder in der Medienzusammenführungsvorrichtung integriert, die an die Abluftleitung des Brennstoffzellensystems angeschlossen wird. Dabei können an der Medienzusammenführungsvorrichtung zumindest die mindestens eine Purge- und/oder Drainleitung (einschließlich einer gemischten oder zwei separaten Purge- und/oder Drainleitung(en)) und ggf. alle Entlüftungsleitungen zusammengeführt werden, die gewollt und/oder ungewollt Quellen von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, sein können. Als Quellen von Brennstoff zählen zumindest die mindestens eine Purge- und/oder Drainleitung (gewollte Quelle von Brennstoff-Massenstrom), ggf. die Stack-Entlüftungsleitung (ungewollte Quelle von Brennstoff-Leckagen, wobei die Stack-Entlüftungsleitung wiederum ebenfalls mehrere Stack-Entlüftungsleitungen in einem modularen Brennstoffzellensystem mit mehreren Stacks umfassen kann), ungeachtet dessen, ob die mindestens eine Brennstoffzelle oder der mindestens eine Brennstoffzellenstack ohne ein zusätzliches Gehäuse ist/sind oder zumindest zum Teil in einem zusätzlichen Gehäuse angeordnet ist/sind, optional die Tank-Entlüftungsleitung, ungeachtet dessen, ob das Tanksystem ohne ein zusätzliches Gehäuse ist oder zumindest zum Teil in einem zusätzlichen Gehäuse angeordnet ist oder modular mit mehreren Gehäusen sowie mit einer oder mehreren Brennstoff-Flaschen aufgebaut ist, wobei weitere Belüftungssysteme und/oder Quellen für mögliche Brennstoff-Leckagen sowie Brennstoff-Massenströme analog den genannten Entlüftungsleitungen an die Medienzusammenführungsvorrichtung fluidisch angeschlossen werden können.The essence of the invention lies in the fact that only one fuel sensor can be used for the complete fuel cell system and accordingly for the entire vehicle. According to the invention, the fuel sensor is integrated on or in the media combining device, which is connected to the exhaust line of the fuel cell system. In this case, at least the at least one purge and/or drain line (including a mixed or two separate purge and/or drain line(s)) and possibly all ventilation lines which intentionally and/or unintentionally sources of fuel, in particular hydrogen. Sources of fuel include at least the at least one purge and/or drain line (intended source of fuel mass flow), if applicable the stack vent line (unintended source of fuel leaks, with the stack vent line in turn also including several stack vent lines in a modular fuel cell system with multiple stacks), regardless of whether the at least one fuel cell or fuel cell stack is/are without an additional housing or is/are at least partially arranged in an additional housing, optionally the tank vent line, regardless of whether the tank system is without an additional housing or is at least partly arranged in an additional housing or is modular with several housings and with one or more fuel bottles, with further ventilation systems and/or sources of possible fuel leakage and fuel -Mass flows analogous the aforesaid ventilation lines can be fluidly connected to the media combining device.

Ein Vorteil der Erfindung liegt dabei darin, dass die Detektion und Verdünnungen für alle möglichen (ungewollten) Brennstoff-Leckagen und/oder alle möglichen (gewollten) Brennstoff-Massenströme an einer Stelle, nämlich in der Medienzusammenführungsvorrichtung, durchgeführt werden können. Vorteilhafterweise können die Brennstoff-Ansammlungen zumindest durch die Abluft des Kathodensystems (und/oder durch die Bypass-Luft des Kathodensystems) verdünnt werden. Mithilfe der erfindungsgemäßen Medienzusammenführungsvorrichtung kann auch ein Diagnose-Verfahren und/oder ein Überwachungsverfahren mit Pin-Pointing, d.h. Detektion aus welcher Quelle die Wasserstoff-Leckage bzw. der Wasserstoff-Massenstrom stammt, durchgeführt werden. Die Anbindung des Belüftungssystems für das Tanksystem und des Belüftungssystems für den(die) Stack(s) an die Medienzusammenführungsvorrichtung hilft den sich in den jeweiligen Systemen angesammelten Brennstoff zuverlässig zu verdünnen und abzuführen.An advantage of the invention is that the detection and dilution for all possible (unintended) fuel leaks and/or all possible (intended) fuel mass flows can be carried out at one point, namely in the media combining device. Advantageously, the fuel accumulations can be diluted at least by the exhaust air of the cathode system (and/or by the bypass air of the cathode system). With the aid of the media combining device according to the invention, a diagnostic method and/or a monitoring method with pin pointing, i.e. detection of the source from which the hydrogen leak or the hydrogen mass flow originates, can also be carried out. The connection of the ventilation system for the tank system and the ventilation system for the stack(s) to the media combining device helps to reliably dilute and discharge the fuel that has accumulated in the respective systems.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Medienzusammenführungsvorrichtung zur Wasserausleitung an die Umgebung bzw. an die Abluftleitung oder zur Wasserableitung an ein anderes Funktionssystem des Brennstoffzellensystems und/oder an einen Behälter zur weiteren Nutzung dienen kann.A further advantage of the invention is that the media combining device can be used to drain water to the environment or to the exhaust air line or to drain water to another functional system of the fuel cell system and/or to a container for further use.

Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, dass die Verdünnung des Drain- und/oder Purge- Gas- und/oder Fluidgemisches mittels eines sekundären Luftmassenstroms, z. B. eines Frischluftgebläses eines Fahrzeuginnenraums und/oder eines separaten Belüftungsgebläses, durchgeführt werden kann. Auf diese Weise kann eine Entkopplung vom Luftverdichter-Betrieb in der Zuluftleitung und/oder eine Redundanz zum Luftverdichter-Betrieb geschaffen werden. Aber auch für die Belüftungssysteme des Tanksystems und/oder des(r) Stacks kann eine Entkoppelung vom Kathodensystem und/oder eine Redundanz geschaffen werden. Vorteilhafterweise erfordern mithilfe der Erfindung auch sekundäre Luftsysteme im Fahrzeug, wie z. B. eines Fahrzeuginnenraums, eines Tanksystems, eines Kofferraumsystems usw. keine separate Brennstoffsensoren.Furthermore, it can be advantageous that the dilution of the drain and/or purge gas and/or fluid mixture is carried out by means of a secondary air mass flow, e.g. B. a fresh air fan of a vehicle interior and / or a separate ventilation fan can be carried out. In this way, decoupling from air compressor operation in the supply air line and/or redundancy for air compressor operation can be created. However, decoupling from the cathode system and/or redundancy can also be created for the ventilation systems of the tank system and/or the stack(s). Advantageously, using the invention also require secondary air systems in the vehicle, such. B. a vehicle interior, a tank system, a trunk system, etc. no separate fuel sensors.

Ferner kann bei einer Medienzusammenführungsvorrichtung vorgesehen sein, dass am Behälter ein Wasserauslass zum Abführen von Wasser angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Medienzusammenführungsvorrichtung als eine Wasserausscheidungsvorrichtung genutzt werden, die mit einem speziell dazu ausgeführten Wasserauslass ausgerüstet ist. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die Medienzusammenführungsvorrichtung ohne einen separaten Wasserauslass ausgeführt sein kann. Im letzteren Falle kann das Wasser durch die Abluftleitung aus dem Brennstoffzellensystem abgeführt werden.Furthermore, in a media combining device it can be provided that a water outlet for draining off water is arranged on the container. In this way, the media merging device can be used as a water elimination device equipped with a specially designed water outlet. In principle, however, it is also conceivable that the media combining device can be designed without a separate water outlet. In the latter case, the water can be discharged from the fuel cell system through the exhaust air line.

Weiterhin kann bei einer Medienzusammenführungsvorrichtung vorgesehen sein, dass in einer Gebrauchsposition des Behälters der Wasserauslass an der tiefsten Stelle des Behälters angeordnet ist. Somit kann die Wasserausscheidung begünstigt werden.Furthermore, in a media combining device it can be provided that the water outlet is arranged at the lowest point of the container in a usage position of the container. Thus, the water excretion can be promoted.

Des Weiteren kann bei einer Medienzusammenführungsvorrichtung vorgesehen sein, dass in einer Gebrauchsposition des Behälters der Wasserauslass tiefer als der Leitungsauslass zum Abführen von Medienströmen aus dem Behälter angeordnet ist. Somit kann eine Wasserausscheidung aus der Abluft des Brennstoffzellensystems begünstigt werden. Auf diese Weise kann der Leitungsauslass zum Abführen von Medienströmen aus dem Behälter mit einer vorteilhaften Überlaufunktion versehen werden.Furthermore, in a media combining device it can be provided that in a usage position of the container the water outlet is arranged lower than the line outlet for discharging media streams from the container. This can promote the elimination of water from the exhaust air from the fuel cell system. In this way, the line outlet for discharging media streams from the container be provided with an advantageous overflow function.

Wie oben bereits erwähnt, kann am Behälter mindestens eines der folgenden Elemente angeordnet sein:

  • - ein Leitungsanschluss für eine Stack-Entlüftungsleitung eines Stack-Belüftungssystems,
  • - ein Leitungsanschluss für eine Tank-Entlüftungsleitung eines Tank-Belüftungssystems, und/oder
  • - ein Leitungsanschluss für eine Entlüftungsleitung eines weiteren Belüftungssystems,

bspw. versorgt mittels eines Frischluftgebläses eines Fahrzeuginnenraums und/oder eines separaten Belüftungsgebläses.
Das weitere Belüftungssystem kann weitere Bereiche mit Gefahrpotential für Wasserstoff-Ansammlungen belüften, wie z. B. wenn H2-führenden Komponenten wie Leitungen, Ventile, usw. Somit kann die Medienzusammenführungsvorrichtung mit einer erweiterten Funktionalität bereitgestellt werden, um die erfindungsgemäßen Vorteile, wie. z. B. Diagnose einer Leckage, Pin-Pointing sowie Wasserabscheidung, Wasserausleitung und/oder Wasserbereitstellung, auch bei anderen möglichen Belüftungssystemen in einem Brennstoffzellensystem und/oder einem entsprechenden Fahrzeug zu entfalten.As already mentioned above, at least one of the following elements can be arranged on the container:
  • - a line connection for a stack ventilation line of a stack ventilation system,
  • - a line connection for a tank ventilation line of a tank ventilation system, and/or
  • - a line connection for a ventilation line of another ventilation system,

for example supplied by means of a fresh air fan of a vehicle interior and/or a separate ventilation fan.
The further ventilation system can ventilate other areas with a potential risk of hydrogen accumulation, such as e.g. B. when H2-carrying components such as lines, valves, etc. Thus, the media combining device can be provided with an extended functionality to the advantages of the invention, such as. e.g. B. diagnosis of a leak, pin-pointing and water separation, water discharge and / or water supply, also in other possible ventilation systems in a fuel cell system and / or a corresponding vehicle.

Vorteilhafterweise kann der Behälter mindestens eine Ablauffläche aufweisen. Durch die Ablauffläche kann der Abfluss des Wassers aus dem Behälter begünstigt werden. Denkbar ist dabei, dass in einer Gebrauchsposition des Behälters die Ablauffläche geneigt ist. Zudem ist es denkbar, dass die Ablauffläche frei von Anschlüssen und/oder Auslässen ist. Auf diese Weise kann die Ablauffläche das abgeschiedene Wasser direkt zum vorgesehenen Wasserauslass oder zum Leitungsauslass führen.Advantageously, the container can have at least one drainage surface. The drainage surface can facilitate the drainage of the water from the container. It is conceivable that the drainage surface is inclined when the container is in a position of use. In addition, it is conceivable that the drainage area is free of connections and/or outlets. In this way, the drainage surface can lead the separated water directly to the intended water outlet or to the line outlet.

Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn der Behälter eisdruckfest und/oder gefriersicher ausgeführt ist. Auf diese Weise kann die Medienzusammenführungsvorrichtung auch bei ungünstigen Witterungsverhältnissen, bspw. bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems, genutzt werden.Furthermore, it can be advantageous if the container is designed to withstand ice pressure and/or freeze-proof. In this way, the media combining device can also be used in unfavorable weather conditions, for example when the fuel cell system is started from cold.

Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn der Behälter explosionssicher ausgeführt ist. Auf diese Weise kann die Explosionsgefahr im Brennstoffzellensystem erheblich reduziert werden und sogar auf den Behälter lokalisiert werden, um dort gezielt zum Erliegen zu kommen.In addition, it can be advantageous if the container is designed to be explosion-proof. In this way, the risk of explosion in the fuel cell system can be significantly reduced and even localized to the container in order to come to a standstill there in a targeted manner.

Bei einer Medienzusammenführungsvorrichtung kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Leitungsanschlüsse und der Leitungsauslass derart am Behälter verteilt sind und/oder derartige Durchmesser aufweisen, dass mindestens ein Effekt zum Durchmischen der Medienströme bewirkt wird:

  • - Umlenkung,
  • - Verwirbelung,
  • - Drallströmung,
  • - Wärmeübertragung, und/oder
  • - Abkühlung.
In the case of a media combining device, it can also be advantageous if the line connections and the line outlet are distributed on the container in such a way and/or have such diameters that at least one effect of mixing the media flows is brought about:
  • - deflection,
  • - swirl,
  • - swirl flow,
  • - heat transfer, and/or
  • - Cooling.

Auf diese Weise kann die Durchmischung der Medienströme, die womöglich Wasserstoff enthalten, innerhalb des Behälters begünstigt werden.In this way, the mixing of the media streams, which may contain hydrogen, can be promoted within the container.

Die Leitungsanschlüsse am Behälter, die im Brennstoffzellensystem nicht genutzt werden, können wiederum einfachheitshalber durch jeweils einen Blindstopfen verschlossen sein. Mithilfe der Erfindung kann somit eine standardisierte Medienzusammenführungsvorrichtung für unterschiedliche Topologien unterschiedliche ausgestalteter Brennstoffzellensysteme bereitgestellt werden. The line connections on the container that are not used in the fuel cell system can in turn be closed by a blind plug for the sake of simplicity. With the aid of the invention, a standardized media combining device can thus be provided for different topologies of differently designed fuel cell systems.

Gemäß dem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer Medienzusammenführungsvorrichtung bereit, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann und die stromabwärts in einer Abluftleitung eines Kathodensystems angeordnet sein kann. Dabei kann die Abluftleitung fluidisch an den Behälter der Medienzusammenführungsvorrichtung angeschlossen werden. Die Medienzusammenführungsvorrichtung kann dabei vorzugsweise am Ende der Abluftleitung angeordnet sein, wobei nach der erfindungsgemäßen Medienzusammenführungsvorrichtung in der Abluftleitung nur noch ein Schalldämpfer angeordnet sein kann.According to the second aspect, the invention provides a fuel cell system with a media combining device, which can be embodied as described above and which can be arranged downstream in an exhaust air line of a cathode system. The exhaust air line can be fluidly connected to the container of the media combining device. In this case, the media combining device can preferably be arranged at the end of the exhaust air line, with only one muffler being able to be arranged in the exhaust air line according to the media combining device according to the invention.

Ferner kann es bei einem Brennstoffzellensystem vorgesehen sein, dass das Stack-Belüftungssystem und/oder das Tank-Belüftungssystem mindestens eine Belüftungsleitung (gemeint ist eine Belüftung-Zuleitung) aufweisen. Die mindestens eine Belüftungsleitung kann dabei von einer Frischluftquelle, bspw. Zuluft aus dem Kathodensystem, ein Frischluftgebläse eines Fahrzeuginnenraums und/oder ein separates Belüftungsgebläse, zu dem jeweiligen System, bspw. in das jeweilige Gehäuse, führen.Furthermore, it can be provided in a fuel cell system that the stack ventilation system and/or the tank ventilation system have at least one ventilation line (meaning a ventilation supply line). The at least one ventilation line can lead from a fresh air source, e.g. supply air from the cathode system, a fresh air fan of a vehicle interior and/or a separate ventilation fan, to the respective system, e.g. into the respective housing.

Weiterhin kann es bei einem Brennstoffzellensystem vorgesehen sein, dass die mindestens eine Belüftungsleitung an die Zuluftleitung des Kathodensystems angeschlossen ist, um die Zuluft aus der Zuluftleitung des Kathodensystems zum Belüften der mindestens einen Brennstoffzelle bzw. des(r) Stacks im Rahmen des Stack-Belüftungssystems, zum Verdünnen eines Purgegases aus dem Anodensystem und/oder zum Belüften des Tanksystems bereitzustellen. Dabei ist es denkbar, dass die mindestens eine Belüftungsleitung vor einem Befeuchter an die Zuluftleitung des Kathodensystems angeschlossen sein kann. Somit kann eine trockene Zuluft aus der Zuluftleitung zum Verdünnen des Purgegases aus dem Anodensystem des Brennstoffzellensystems und/oder zum Belüften des Stacks und/oder Tanksystems bereitgestellt werden. Ferner ist es denkbar, dass die mindestens eine Belüftungsleitung nach einem Befeuchter an die Zuluftleitung des Kathodensystems angeschlossen sein kann. Somit kann eine befeuchtete Zuluft aus der Zuluftleitung zum Verdünnen des Purgegases der Anode des Brennstoffzellensystems und/oder zum Belüften des Stacks und/oder Tanksystems bereitgestellt werden. Weiterhin ist es denkbar, dass die mindestens eine Belüftungsleitung vor einem Zuluftkühler an die Zuluftleitung des Kathodensystems angeschlossen ist. Somit kann eine erwärmte Zuluft aus der Zuluftleitung zum Verdünnen des Purgegases aus dem Anodensystem des Brennstoffzellensystems und/oder zum Belüften des Stacks und/oder Tanksystems bereitgestellt werden.Furthermore, it can be provided in a fuel cell system that the at least one ventilation line is connected to the air supply line of the cathode system in order to draw the air supply from the air supply line of the cathode system to ventilate the at least one fuel cell or the stack(s) as part of the stack ventilation system, to dilute a purge gas from the anode system and/or to ventilate the tank system. It is conceivable that the at least one ventilation line in front of a Humidifier can be connected to the supply air line of the cathode system. A dry supply air can thus be provided from the supply air line for diluting the purge gas from the anode system of the fuel cell system and/or for venting the stack and/or tank system. It is also conceivable that the at least one aeration line can be connected to the air supply line of the cathode system after a humidifier. A humidified supply air can thus be provided from the supply air line to dilute the purge gas of the anode of the fuel cell system and/or to ventilate the stack and/or tank system. It is also conceivable that the at least one ventilation line is connected to the air supply line of the cathode system upstream of an air supply cooler. A heated supply air can thus be provided from the supply air line for diluting the purge gas from the anode system of the fuel cell system and/or for venting the stack and/or tank system.

Des Weiteren kann es bei einem Brennstoffzellensystem vorgesehen sein, dass die mindestens eine Belüftungsleitung an ein Frischluftgebläse eines Fahrzeuginnenraums angeschlossen ist, um eine Frischluft und/oder eine Kabinenluft zum Belüften der mindestens einen Brennstoffzelle bzw. des(r) Stacks im Rahmen des Stack-Belüftungssystems, zum Verdünnen eines Purgegases aus dem Anodensystem und/oder zum Belüften des Tanksystems bereitzustellen. Somit kann eine zusätzliche Belüftungsquelle bereitgestellt werden. Dies kann vorteilhaft sein, wenn der Verdichter im Kathodensystem ausgeschaltet ist oder um den Verdichter bei Teillast weiterzubetreiben (falls angeforderter Stack-Luft-Massenstrom für die Verdünnung nicht ausreichen würde).Furthermore, it can be provided in a fuel cell system that the at least one ventilation line is connected to a fresh air fan of a vehicle interior in order to supply fresh air and/or cabin air for ventilating the at least one fuel cell or the stack(s) as part of the stack ventilation system , to dilute a purge gas from the anode system and/or to ventilate the tank system. Thus, an additional ventilation source can be provided. This can be advantageous when the compressor in the cathode system is switched off or to continue operating the compressor at part load (if the requested stack air mass flow would not be sufficient for dilution).

Zudem kann es bei einem Brennstoffzellensystem vorgesehen sein, dass die mindestens eine Belüftungsleitung an ein separates Belüftungsgebläse angeschlossen ist, um eine frische Luft zum Belüften der mindestens einen Brennstoffzelle bzw. des(r) Stacks im Rahmen des Stack-Belüftungssystems, zum Verdünnen eines Purgegases aus dem Anodensystem und/oder zum Belüften des Tanksystems bereitzustellen. Auch damit kann eine zusätzliche Belüftungsquelle bereitgestellt werden, um den Verdichter zu unterstützen oder zu ersetzen.In addition, it can be provided in a fuel cell system that the at least one ventilation line is connected to a separate ventilation fan in order to emit fresh air to ventilate the at least one fuel cell or the stack(s) as part of the stack ventilation system, to dilute a purge gas to provide the anode system and/or to ventilate the tank system. This too can provide an additional source of ventilation to supplement or replace the compressor.

Die Erfindung stellt gemäß dem dritten Aspekt bereit: ein Verwenden einer Medienzusammenführungsvorrichtung, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann, bei einem Verfahren zur Diagnose einer Brennstoff-Leckage, zum Ermitteln einer Quelle einer Brennstoff-Leckage, zum Überprüfen eines Brennstoff-Massenstroms und/oder zum Verdünnen eines Brennstoff-Massenstroms in einem Brennstoffzellensystem. Mithilfe der erfindungsgemäßen Medienzusammenführungsvorrichtung kann somit ein Verfahren zur Diagnose einer Brennstoff-Leckage, zum Ermitteln einer Quelle einer Brennstoff-Leckage, zum Überprüfen eines Brennstoff-Massenstroms und/oder zum Verdünnen eines Brennstoff-Massenstroms in einem Brennstoffzellensystem durchgeführt werden. Mithilfe des Verfahrens können wiederum die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.The invention provides according to the third aspect: using a media combining device, which can be embodied as described above, in a method for diagnosing a fuel leak, for determining a source of a fuel leak, for checking a fuel mass flow and/or for diluting a fuel mass flow in a fuel cell system. A method for diagnosing a fuel leak, for determining a source of a fuel leak, for checking a fuel mass flow and/or for diluting a fuel mass flow in a fuel cell system can thus be carried out with the aid of the media combining device according to the invention. The method can in turn be used to achieve the same advantages that were described above in connection with the fuel cell system according to the invention. Reference is made in full to these advantages here.

Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Verfahren zur Diagnose einer Brennstoff-Leckage, zum Ermitteln einer Quelle einer Brennstoff-Leckage, zum Überprüfen eines Brennstoff-Massenstroms und/oder zum Verdünnen eines Brennstoff-Massenstroms in einem Brennstoffzellensystem mindestens einen folgenden Schritt vorsehen:

  • D4) Überwachen von Messwerten des Brennstoffsensors im laufenden Betrieb des Brennstoffzellensystems.
The invention can advantageously provide at least one following step in a method for diagnosing a fuel leak, for determining a source of a fuel leak, for checking a fuel mass flow and/or for diluting a fuel mass flow in a fuel cell system:
  • D4) monitoring of measured values of the fuel sensor during ongoing operation of the fuel cell system.

Die Diagnose im Schritt D4) kann vorteilhafterweise im laufenden Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems, ohne viel Aufwand und mit wenig Rechenleistung, durchgeführt werden. Der Messwert oder die Messwerte oder das Messsignal des Brennstoffsensors kann mit einer Schwelle bzw. mehreren Schwellen verglichen werden. Der Messwert oder die Messwerte oder das Messsignal des Brennstoffsensors kann vorteilhafterweise über die Zeit ausgewertet werden, um Brennstoffgehalt-Anstiege und die Leckagen frühzeitig zu erkennen. Liegt der Messwert oder die Messwerte oder das Messsignal des Brennstoffsensors ausreichend niedrig, so ist keine oder je nach Schwellenwert zunächst keine genauere Diagnose notwendig. Liegen die Werte jedoch über einer applizierbaren Grenze, so können weiteren Diagnosen D1), D2), D3) durchgeführt werden.The diagnosis in step D4) can advantageously be carried out during normal operation of the fuel cell system, without much effort and with little computing power. The measured value or the measured values or the measurement signal of the fuel sensor can be compared to a threshold or a plurality of thresholds. The measured value or the measured values or the measured signal of the fuel sensor can advantageously be evaluated over time in order to detect increases in the fuel content and the leaks at an early stage. If the measured value or the measured values or the measured signal of the fuel sensor is sufficiently low, no or, depending on the threshold value, initially no more precise diagnosis is necessary. However, if the values are above an applicable limit, further diagnoses D1), D2), D3) can be carried out.

Ferner kann die Erfindung bei einem Verfahren vorsehen, dass im Schritt D4) das Stack-Belüftungssystem und das Tank-Belüftungssystem aktiv sind, wobei das Purge- und/oder Drainsystem inaktiv (d. h. aktuell nicht angesteuert oder geschlossen) ist. Somit kann der Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems abgebildet werden.In a method, the invention can also provide for the stack ventilation system and the tank ventilation system to be active in step D4), with the purge and/or drain system being inactive (i.e. not currently activated or closed). The normal operation of the fuel cell system can thus be mapped.

Weiterhin kann die Erfindung bei einem Verfahren vorsehen, dass im Schritt D4) mindestens ein oder mehrere Schwellenwerte für eine Brennstoff-Konzentration überwacht werden. Auf diese Weise können applizierbare Grenzen bestimmt werden, um ein jeweiliges Handeln einzuleiten. Eine niedrige Grenze, die nicht überschritten wird, kann ein Zeichen für „Alles in Ordnung“ sein. Ab der niedrigen Grenze kann bspw. ein überprüfendes Handeln eingeleitet werden, wie z. B. frequenteres Ablesen des Brennstoffzellensensors im Schritt D4), Beobachten des Brennstoffgehaltanstiegs und/oder Einleiten weiterer Diagnosen D1), D2), D3). Eine höhere Grenze kann bspw. ein warnendes Handeln einleiten, wie z. B. Auffordern zum Anhalten des Fahrzeuges, Auffordern der Fahrzeuginsassen, das Fahrzeug zu verlassen, Warnen der anderen Verkehrsteilnehmer usw.Furthermore, in a method, the invention can provide that in step D4) at least one or more threshold values for a fuel concentration are monitored. In this way, applicable limits can be determined in order to initiate a respective action. A low limit that is not exceeded can be a sign of "everything is fine". From the low For example, a checking action can be initiated at the limit, e.g. B. reading the fuel cell sensor more frequently in step D4), observing the increase in fuel content and/or initiating further diagnostics D1), D2), D3). A higher limit can, for example, initiate a warning action, e.g. B. Requesting the vehicle to stop, requesting the vehicle occupants to leave the vehicle, warning other road users, etc.

Vorteilhafterweise kann der Schritt D4) periodisch durchgeführt werden. Somit kann das Brennstoffzellensystem und/oder Fahrzeug prophylaktisch auf Brennstoff-Leckagen überprüft werden.Step D4) can advantageously be carried out periodically. Thus, the fuel cell system and/or vehicle can be checked prophylactically for fuel leaks.

Ebenfalls kann es vorteilhaft sein, den Benutzer über die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens zu informieren, bspw. über eine Anzeigeeinheit, z. B. in einem Armaturenbrett des Fahrzeuges, in einem Head-up-Display usw.It can also be advantageous to inform the user about the results of the method according to the invention, for example via a display unit, e.g. B. in a dashboard of the vehicle, in a head-up display, etc.

Des Weiteren kann ein Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweisen:

  • D1) Betreiben des Purge- und/oder Drainsystems, wobei das Stack-Belüftungssystem und das Tank-Belüftungssystem inaktiv (d. h. temporär deaktiviert, geschlossen oder nicht im Betrieb) sind,

und/oder D2) Betreiben des Stack-Belüftungssystems, wobei das Purge- und/oder Drainsystem und das Tank-Belüftungssystem temporär inaktiv, geschlossen oder nicht im Betrieb sind,
und/oder D3) Betreiben des Tank-Belüftungssystems, wobei das Purge- und/oder Drainsystem und das Stack-Belüftungssystem inaktiv sind,
wobei insbesondere die Schritte D1), D2) und/oder D3) periodisch durchgeführt werden. Somit kann ein Diagnose-Verfahren mit Pin-Pointing, d. h. Detektion aus welcher Quelle die Wasserstoff-Leckage bzw. der Wasserstoff-Massenstrom stammt, durchgeführt werden. Dazu werden die jeweiligen Pfade der Belüftungssysteme so geschaltet, dass kurzzeitig nur eine mögliche Quelle für eine Brennstoff-Leckage bzw. Wasserstoff-Massenstrom detektiert wird. Zwischen den Schritten D1), D2) und D3) können bestimmte Wartezeiten und/oder Mittelungen, Empfehlungen an den Benutzer, etc. eingerichtet werden.Furthermore, a method can have at least one of the following steps:
  • D1) Operating the purge and/or drain system, with the stack ventilation system and the tank ventilation system being inactive (ie temporarily deactivated, closed or not in operation),

and/or D2) operating the stack ventilation system, with the purge and/or drain system and the tank ventilation system being temporarily inactive, closed or not in operation,
and/or D3) operating the tank ventilation system, with the purge and/or drain system and the stack ventilation system being inactive,
in particular steps D1), D2) and/or D3) being carried out periodically. A diagnostic method with pin pointing, ie detection of the source from which the hydrogen leak or the hydrogen mass flow originates, can thus be carried out. For this purpose, the respective paths of the ventilation systems are switched in such a way that only one possible source of a fuel leak or hydrogen mass flow is detected for a short time. Certain waiting times and/or averaging, recommendations to the user, etc. can be set up between steps D1), D2) and D3).

Somit können die jeweiligen Einzelwerte für mögliche Quellen für Brennstoff-Leckagen bzw. Wasserstoff-Massenstrom ermittelt werden. Zudem ist es denkbar, dass die Werte untereinander, miteinander oder auch in Kombination miteinander verglichen werden, um die Ergebnisse des Verfahrens zu plausibilisieren (bspw. Wert in D4 = Wert in D2+Wert in D3?) Die Diagnosen können auch prophylaktisch in periodischen Abständen durchgeführt werden.In this way, the respective individual values for possible sources of fuel leaks or hydrogen mass flow can be determined. It is also conceivable that the values are compared with one another, with each other or in combination with one another in order to check the plausibility of the results of the method (e.g. value in D4 = value in D2+value in D3?). The diagnoses can also be used prophylactically at periodic intervals be performed.

Zudem kann ein Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweisen: D5) Überwachen von Messwerten des Brennstoffsensors in einem unbelüfteten Betrieb des Brennstoffzellensystems, wobei das Purge- und/oder Drainsystem, das Stack-Belüftungssystem und das Tank-Belüftungssystem inaktiv sind. Somit kann die Erfindung auf eine vorteilhafte Weise dazu dienen, um den Brennstoffsensor zu kalibrieren. Hinzu kommt noch, dass die Erfindung auf eine vorteilhafte Weise dazu dienen kann, um eine Offen/Zu-Diagnose eines Purge-Ventils durchzuführen.In addition, a method can have at least one of the following steps: D5) Monitoring of measured values of the fuel sensor in an unventilated operation of the fuel cell system, with the purge and/or drain system, the stack ventilation system and the tank ventilation system being inactive. Thus, the invention can be used in an advantageous manner to calibrate the fuel sensor. In addition, the invention can be used in an advantageous manner to carry out an open/close diagnosis of a purge valve.

Außerdem kann ein Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweisen:

  • D6) Überwachen von Messwerten des Brennstoffsensors in einem voll belüfteten Betrieb des Brennstoffzellensystems, wobei das Purge- und/oder Drainsystem,
  • das Stack-Belüftungssystem und das Tank-Belüftungssystem aktiv sind. Auf diese Weise können alle Belüftungssysteme im Vollbetrieb überprüft werden.
  • Dies kann bspw. beim Abstellen des Fahrzeuges oder kurz vor dem Starten des Fahrzeuges vorteilhaft sein, um bspw. schnell zu überprüfen, ob alles in Ordnung ist, und/oder um zu erfahren, ob eine zusätzliche Diagnose D1), D2) und/oder D3) erforderlich ist, und/oder um eine Plausibitätsmessung, z. B. für die Schritte D1), D2) und/oder D3), zu erhalten.
In addition, a method may include at least one of the following steps:
  • D6) Monitoring measured values of the fuel sensor in a fully aerated operation of the fuel cell system, the purge and/or drain system,
  • the stack ventilation system and the tank ventilation system are active. In this way, all ventilation systems can be checked in full operation.
  • This can be advantageous, for example, when parking the vehicle or just before starting the vehicle, for example to quickly check whether everything is OK and/or to find out whether an additional diagnosis D1), D2) and/or D3) is required and/or a plausibility measurement, e.g. g. for steps D1), D2) and/or D3).

Vorteilhafterweise ist es weiterhin möglich, dass die Ergebnisse der Schritte D1), D2), D3), D4), D5) und/oder D6) in einem Speicher des Brennstoffzellensystems oder in einem Online-Speicher aufgezeichnet werden. Auf diese Weise können charakteristische Referenzwerte über das jeweilige System geschaffen werden.Advantageously, it is also possible that the results of steps D1), D2), D3), D4), D5) and/or D6) are recorded in a memory of the fuel cell system or in an online memory. In this way, characteristic reference values can be created for the respective system.

Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die Ergebnisse der Schritte D1), D2), D3), D4), D5) und/oder D6) über eine Lebenszeit des Brennstoffzellensystems oder über ein Belastungsprofil, insbesondere nach einem Tankwechsel, Tankbefüllen, nach einem Druckwechsel, nach einem Temperaturwechsel, nach einer bestimmten Anzahl von Start/Stopps, nach bestimmten erbrachten Leistungen (hier sind bestimmte festgelegte Schwellenwerte möglich), bei jedem langfristigen Parken des Fahrzeuges, bspw. über Nacht oder auf einem Flughafen-Parkplatz etc., in einem Steuergerät des Brennstoffzellensystems oder in einem Online-Server ausgewertet werden.Furthermore, it can be advantageous if the results of steps D1), D2), D3), D4), D5) and / or D6) over a lifetime of the fuel cell system or over a load profile, in particular after a tank change, tank filling, after a pressure change , after a change in temperature, after a certain number of starts/stops, after certain services have been performed (certain fixed threshold values are possible here), whenever the vehicle is parked for a long time, e.g. overnight or in an airport parking lot, etc., in a control unit of the fuel cell system or in an online server.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das mindestens eine oder mehrere Brennstoffzellensysteme gemäß einem oben beschriebenen Verfahren überwacht werden, um die Alterung des mindestens einen oder mehrerer Brennstoffzellensysteme auszuwerten bzw. ein Fahrzeug oder eine Fahrzeugflotte zu überwachen.Furthermore, it can be advantageous if the at least one or more fuel cell systems are monitored according to a method described above to the aging of at least to evaluate one or more fuel cell systems or to monitor a vehicle or a vehicle fleet.

Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der vorgegebenen oder in einer abgeänderten Reihenfolge durchgeführt werden. Vorteilhafterweise können die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens simultan und/oder wiederholend durchgeführt werden, um einen fließenden Prozess zu ermöglichen.The steps of the method according to the invention can be carried out in the given order or in a modified order. Advantageously, the steps of the method according to the invention can be carried out simultaneously and/or repeatedly in order to enable a fluent process.

Die Erfindung stellt gemäß dem vierten Aspekt bereit: ein Verwenden einer Medienzusammenführungsvorrichtung, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann, zur Wasserausleitung an eine Umgebung und/oder zur Wasserableitung an ein Funktionssystem und/oder an ein Bevorratungssystem eines Brennstoffzellensystems.According to the fourth aspect, the invention provides: using a media combining device, which can be designed as described above, for draining water to an environment and/or for draining water to a functional system and/or to a storage system of a fuel cell system.

Gemäß dem fünften Aspekt stellt die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem bereit, welches wie oben beschrieben ausgeführt sein kann. Mithilfe des erfindungsgemäßen Fahrzeuges können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und/oder mit der erfindungsgemäßen Medienzusammenführungsvorrichtung beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.According to the fifth aspect, the invention provides a vehicle with a fuel cell system, which can be configured as described above. With the aid of the vehicle according to the invention, the same advantages can be achieved that were described above in connection with the fuel cell system according to the invention and/or with the media combining device according to the invention. Reference is made in full to these advantages here.

Figurenlistecharacter list

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

  • 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems im Sinne der Erfindung,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Diagnoseverfahrens im Sinne der Erfindung,
  • 3 eine schematische Darstellung einer Medienzusammenführungsvorrichtung im Sinne der Erfindung,
  • 4 eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Medienzusammenführungsvorrichtung im Sinne der Erfindung.
The invention and its developments as well as its advantages are explained in more detail below with reference to drawings. They each show schematically:
  • 1 a schematic representation of a fuel cell system according to the invention,
  • 2 a schematic representation of a diagnostic method within the meaning of the invention,
  • 3 a schematic representation of a media merging device within the meaning of the invention,
  • 4 a schematic representation of another possible media combining device within the meaning of the invention.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese i. d. R. nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same parts of the invention are always provided with the same reference numerals, which is why these i. i.e. R. only be described once.

Die 1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 100 im Sinne der Erfindung, welches bspw. als eine Antriebsenergiequelle in einem Fahrzeug 1, vorzugsweise in einem Elektrofahrzeug und/oder einem Hybridfahrzeug, verwendet werden kann.the 1 shows a fuel cell system 100 according to the invention, which can be used, for example, as a drive energy source in a vehicle 1, preferably in an electric vehicle and/or a hybrid vehicle.

Das Brennstoffzellensystem 100 kann mindestens eine Brennstoffzelle 101 oder mindestens einen Stapel an mehreren Brennstoffzellen 101 aufweisen, die zu einem Brennstoffzellenstack zusammengefügt sind, welche(r) mit einem Stack-Belüftungssystem Q2 ausgeführt sein kann. Die Brennstoffzelle 101 oder der Brennstoffzellenstack oder -stapel kann nach außen hin Brennstoff-Leckage aufweisen, da die vielen Brennstoffzellen 101 mit vielen Dichtungen ausgeführt sind, die verschiedenen Alterungsmechanismen durch Medien, mechanische Spannungen, Temperaturwechsel, Druckwechsel, usw. unterliegen. Die Brennstoffzelle 101 oder der Brennstoffzellenstack oder -stapel kann zumindest z. T. in einem Gehäuse 102 (zumindest im oberen Bereich) aufgenommen werden, sodass eine Belüftung gezielt erfolgen kann. Austretender Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, kann sich in einem oberen Bereich ansammeln, aus dem eine Stack-Entlüftungsleitung L2 des Stack-Belüftungssystems Q2 führen kann. Die Stack-Entlüftungsleitung L2 des Stack-Belüftungssystems Q2 kann vorteilhafterweise in eine erfindungsgemäße Medienzusammenführungsvorrichtung M mit einem Brennstoffsensor S, insbesondere in Form eines Wasserstoffsensors, eingeleitet werden. Die Abluft aus der Abluftleitung 12 des Kathodensystems 10 kann den sich evtl. angesammelten Brennstoff verdünnen.The fuel cell system 100 can have at least one fuel cell 101 or at least one stack of multiple fuel cells 101 that are combined to form a fuel cell stack, which can be implemented with a stack ventilation system Q2. The fuel cell 101 or the fuel cell stack or stack can have fuel leakage to the outside, since the many fuel cells 101 are designed with many seals that are subject to various aging mechanisms caused by media, mechanical stresses, temperature changes, pressure changes, etc. The fuel cell 101 or the fuel cell stack or stack can at least z. T. in a housing 102 (at least in the upper area) are included, so that ventilation can be done in a targeted manner. Escaping fuel, in particular hydrogen, can collect in an upper area from which a stack ventilation line L2 of the stack ventilation system Q2 can lead. The stack ventilation line L2 of the stack ventilation system Q2 can advantageously be introduced into a media combining device M according to the invention with a fuel sensor S, in particular in the form of a hydrogen sensor. The exhaust air from the exhaust air line 12 of the cathode system 10 can dilute any fuel that may have accumulated.

Die erfindungsgemäße Medienzusammenführungsvorrichtung M wird im Nachfolgenden anhand der 3 und 4 im Detail beschrieben.The inventive media merging device M is described below with reference to 3 and 4 described in detail.

Für die Belüftung der Brennstoffzelle 101 oder des Brennstoffzellenstacks kann als erster Lieferant A1 die Zuluft aus der Zuluftleitung 11 des Kathodensystems 10 oder von einem weiteren Lieferanten A2, A3, wie z. B. Frischluftgebläse IN eines Fahrzeuginnenraums und/oder einem separaten Belüftungsgebläse BG verwendet werden. Die Zuluft kann dabei bspw. über eine Verbindungsleitung, die optional, aber vorteilhaft eine Drossel VQ2, VQ3 und/oder ein regelbares Ventil VSQ2, VSQ3 enthalten kann, zum Gehäuse 102 der mindestens einen Brennstoffzelle 101 oder des mindestens einen Brennstoffzellenstacks, vorzugsweise in den unteren Bereich, eingeleitet werden. Für die Lieferung des Luftmassenstroms können verschiedene Lieferanten (wie z. B. die Zuluftleitung 11, ein Frischluftgebläse IN eines Fahrzeuginnenraums und/oder ein separates Belüftungsgebläse BG) für die Belüftungsleitungen A1, A2, A3 möglich sein, wie es im Nachfolgenden noch im Detail beschrieben wird.For ventilation of the fuel cell 101 or the fuel cell stack, the first supplier A1 can be the supply air from the supply air line 11 of the cathode system 10 or from another supplier A2, A3, such as e.g. B. fresh air fan IN a vehicle interior and / or a separate ventilation fan BG can be used. The supply air can, for example, via a connecting line, which can optionally but advantageously contain a throttle VQ2, VQ3 and/or a controllable valve VSQ2, VSQ3, to the housing 102 of the at least one fuel cell 101 or the at least one fuel cell stack, preferably in the lower area to be initiated. Various suppliers (such as the supply air line 11, a fresh air fan IN of a vehicle interior and/or a separate ventilation fan BG) for the ventilation lines A1, A2, A3 can be used to supply the air mass flow, as described in detail below becomes.

Wie oben bereits erwähnt ist, weist das Brennstoffzellensystem 100 ein Kathodensystem 10 zum Bereitstellen eines sauerstoffhaltigen Reaktanten an die mindestens eine Brennstoffzelle 101 oder an den mindestens einen Brennstoffzellenstack auf, wobei das Kathodensystem 10 eine Zuluftleitung 11 zum Bereitstellen einer Zuluft zu der mindestens einen Brennstoffzelle 101 und eine Abluftleitung 12 zum Abführen einer Abluft von der mindestens einen Brennstoffzelle 101 aufweist. Die erfindungsgemäße Systemtopologie sieht nur einen, insbesondere ausschließlich einen Brennstoffsensor S im Brennstoffzellensystem 101 sowie im gesamten Fahrzeug 1 vor, der wiederum in oder an der erfindungsgemäßen Medienzusammenführungsvorrichtung M angeordnet, insbesondere befestigt und/oder integriert, ist. Verschiedene Quellen für Brennstoff-Leckagen bzw. Brennstoff-Massenströme werden durch entsprechende Belüftungssysteme Q1, Q2, Q3 in die Medienzusammenführungsvorrichtung M geführt.As already mentioned above, the fuel cell system 100 has a cathode system 10 for providing an oxygen-containing reactant ten to the at least one fuel cell 101 or to the at least one fuel cell stack, with the cathode system 10 having an air supply line 11 for providing air supply to the at least one fuel cell 101 and an exhaust air line 12 for removing exhaust air from the at least one fuel cell 101. The system topology according to the invention provides only one, in particular exclusively one, fuel sensor S in the fuel cell system 101 and in the entire vehicle 1, which in turn is arranged, in particular fastened and/or integrated, in or on the media combining device M according to the invention. Various sources of fuel leaks or fuel mass flows are fed into the media merging device M through corresponding ventilation systems Q1, Q2, Q3.

Das Kathodensystem 10 ist in der 1 beispielhaft gezeichnet. Die Zuluft kann dabei z. B. aus der Umgebung U angesaugt und entsprechend den Erfordernissen der Brennstoffzelle 101 mithilfe eines Luftfilters AF gefiltert werden. Unterschiedliche Systemtopologien, mit/ohne eines Zuluftkühlers IC, mit/ohne einer Turbine in der Abluftleitung 12, mit/ohne einer Bypassleitung mit einem Bypassventil BV, mit/ohne eines Befeuchters H, mit/ohne Absperrventile SV1, SV2, mit einer ein- oder mehrstufigen Verdichtung, mit einem einflutig oder mehrflutigen Verdichter V, mit Ein- oder Zweiwellensystemen, mit/ohne Wassereinspritzung, etc. sind möglich.The cathode system 10 is in the 1 drawn as an example. The supply air can z. B. from the environment U and filtered according to the requirements of the fuel cell 101 using an air filter AF. Different system topologies, with/without an intake air cooler IC, with/without a turbine in the exhaust air line 12, with/without a bypass line with a bypass valve BV, with/without a humidifier H, with/without shut-off valves SV1, SV2, with an on or multi-stage compression, with a single-flow or multi-flow compressor V, with one or two-shaft systems, with/without water injection, etc. are possible.

Weiterhin weist das Brennstoffzellensystem 100 ein Anodensystem 20 zum Bereitstellen eines brennstoffhaltigen Reaktanten an die mindestens eine Brennstoffzelle 101 oder an den mindestens einen Brennstoffzellenstack auf, wobei das Anodensystem 20 ein Purge- und/oder Drainsystem Q1 zum Spülen des Anodenpfades des Anodensystems 20 und/oder zum Abführen von einem Produktwasser aus dem Anodenpfad des Anodensystems 20 aufweist. Die mindestens eine Purge- und/oder Drainleitung L1 wird vorteilhafterweise in die Medienzusammenführungsvorrichtung M eingeleitet, um das Fluidgemisch aus der mindestens einen Purge- und/oder Drainleitung L1 mit anderen Medienströmen zu durchmischen und/oder zu verdünnen.Furthermore, fuel cell system 100 has an anode system 20 for providing a fuel-containing reactant to the at least one fuel cell 101 or to the at least one fuel cell stack, with anode system 20 having a purge and/or drain system Q1 for flushing the anode path of anode system 20 and/or for Discharging a product water from the anode path of the anode system 20 has. The at least one purge and/or drain line L1 is advantageously introduced into the media combining device M in order to mix and/or dilute the fluid mixture from the at least one purge and/or drain line L1 with other media flows.

Der Purge-Vorgang kann vorteilhafterweise nicht nur dann stattfinden, wenn das Kathodensystem 10 ausreichend Luftmassenstrom/Luftvolumenstrom zur Verfügung stellt, sondern auch wenn das nicht der Fall ist. Hierzu können mithilfe des Brennstoffzellensystems 100 neben der Zuluft aus der Zuluftleitung 11 weitere Lieferanten A2, A3, wie z. B. Frischluftgebläse IN eines Fahrzeuginnenraums und/oder einem separaten Belüftungsgebläse BG verwendet werden.The purge process can advantageously take place not only when the cathode system 10 provides sufficient air mass flow/air volume flow, but also when this is not the case. For this purpose, using the fuel cell system 100 in addition to the supply air from the supply air line 11 other suppliers A2, A3, such. B. fresh air fan IN a vehicle interior and / or a separate ventilation fan BG can be used.

Des Weiteren weist das Brennstoffzellensystem 100 ein, vorzugsweise modular aufgebautes, Tanksystem 30 mit mindestens einem Tank T (vorzugsweise mehreren Tanks T bzw. Flaschen pro Modul) für den brennstoffhaltigen Reaktanten auf, welches mit einem Tank-Belüftungssystem Q3 ausgeführt sein kann. Das Tanksystem 30 kann bspw. im hinteren Bereich des Fahrzeugs 1 (z. B. in einem Kofferraum) oder in einem Unterboden des Fahrzeugs (z. B. unterhalb des Brennstoffzellenstacks oder unterhalb des Fahrgastraumes) angeordnet werden. Durch den modularen Aufbau des Tanksystems 30 verkleinert sich der Abstand zwischen dem Tanksystem 30 und dem Stack und/oder dem Kathodensystem 10 und es können einfacher Verbindungen zwischen diesen Systemen implementiert werden. Vorteilhafterweise können die einzelnen Tanks T in einem Modul, bspw. von mehreren Modulen in dem Tanksystem 30, mittels (jeweils) eines Tankgehäuses 31 umschlossen werden, welches ein Teil des Tank-Belüftungssystems Q3 bilden kann. Das Tankgehäuse 31 kann wiederum eine Tank-Entlüftungsleitung L3 aufweisen.Furthermore, the fuel cell system 100 has a preferably modular tank system 30 with at least one tank T (preferably several tanks T or bottles per module) for the fuel-containing reactant, which can be designed with a tank ventilation system Q3. The tank system 30 can be arranged, for example, in the rear area of the vehicle 1 (eg in a trunk) or in an underbody of the vehicle (eg below the fuel cell stack or below the passenger compartment). Due to the modular design of the tank system 30, the distance between the tank system 30 and the stack and/or the cathode system 10 is reduced and connections between these systems can be implemented more easily. Advantageously, the individual tanks T can be enclosed in a module, e.g. by several modules in the tank system 30, by means of (each) a tank housing 31, which can form part of the tank ventilation system Q3. The tank housing 31 can in turn have a tank ventilation line L3.

Für die Belüftung des Tanksystems 30 kann als erster Lieferant A1 die Zuluft aus der Zuluftleitung 11 des Kathodensystems 10 und/oder die Frischluft von einem weiteren Lieferanten A2, A3, wie z. B. Frischluftgebläse IN eines Fahrzeuginnenraums und/oder einem separaten Belüftungsgebläse BG, verwendet werden.For the ventilation of the tank system 30, the first supplier A1 can be the supply air from the supply air line 11 of the cathode system 10 and/or the fresh air from another supplier A2, A3, e.g. B. fresh air fan IN a vehicle interior and / or a separate ventilation fan BG can be used.

Die Zuluft für die Belüftung wird von dem ersten Lieferant A1 über eine Belüftungsleitung A1, die von der Zuluftleitung 11 des Kathodensystems 10 abgezweigt ist, bspw. vor dem Befeuchter H (Belüftungsleitung A1.1), nach dem Befeuchter H (Belüftungsleitung A1.2) oder vor dem Zuluftkühler IC (Belüftungsleitung A1.3).The supply air for the ventilation is supplied by the first supplier A1 via a ventilation line A1, which is branched off from the supply air line 11 of the cathode system 10, e.g. before the humidifier H (ventilation line A1.1), after the humidifier H (ventilation line A1.2) or in front of the supply air cooler IC (ventilation line A1.3).

Erfindungsgemäß weist das Purge- und/oder Drainsystem Q1 mindestens eine (kombinierte oder aber auch doppelte) Purge- und/oder Drainleitung L1 auf. Das Stack-Belüftungssystem Q2 weist (mindestens) eine Stack-Entlüftungsleitung L2 auf. Das Tank-Belüftungssystem Q3 weist (mindestens) eine Tank-Entlüftungsleitung L3 auf. Am Ende der bzw. stromabwärts in der Abluftleitung 12 des Kathodensystems 10 ist die erfindungsgemäße Medienzusammenführungsvorrichtung M mit dem einen, insbesondere ausschließlich einen im gesamten Brennstoffzellensystem 100 sowie im gesamten Fahrzeug 1, Brennstoffsensor S, bspw. in Form eines Wasserstoffsensors, angeordnet. Erfindungsgemäß führen die mindestens eine Purge- und/oder Drainleitung L1, ggf. die Stack-Entlüftungsleitung L2 und/oder die Tank-Entlüftungsleitung L3 in die erfindungsgemäße Medienzusammenführungsvorrichtung M (vorzugsweise alle drei Leitungen L1, L2, L3), wie es die 1 bspw. zeigt.According to the invention, the purge and/or drain system Q1 has at least one (combined or double) purge and/or drain line L1. The stack ventilation system Q2 has (at least) one stack ventilation line L2. The tank ventilation system Q3 has (at least) one tank ventilation line L3. At the end of or downstream in the exhaust air line 12 of the cathode system 10, the media combining device M according to the invention is arranged with one, in particular exclusively one in the entire fuel cell system 100 and in the entire vehicle 1, fuel sensor S, e.g. in the form of a hydrogen sensor. According to the invention, the at least one purge and/or drain line L1, if applicable the stack ventilation line L2 and/or the tank ventilation line L3, lead into the media combining device M according to the invention (preferably all three lines L1, L2, L3), as required by the 1 e.g. shows.

Im Rahmen der Erfindung kann mithilfe der erfindungsgemäßen Medienzusammenführungsvorrichtung M für das komplette Brennstoffzellensystem 100 sowie für das gesamte Fahrzeug 1 nur ein Brennstoffsensor S verwendet werden. Dabei können an die Medienzusammenführungsvorrichtung M alle Leitungen L1, L2, L3 fluidisch angeschlossen werden, die Quellen von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, sein können. In der 1 sind beispielhaft die mindestens eine Purge- und/oder Drainleitung L1, die Stack-Entlüftungsleitung L2, ungeachtet dessen, ob die mindestens eine Brennstoffzelle 101 oder der mindestens eine Brennstoffzellenstack ohne ein zusätzliches Gehäuse ist/sind oder zumindest z. T. in einem zusätzlichen Gehäuse 102 angeordnet ist/sind, und die Tank-Entlüftungsleitung L3, ungeachtet dessen, ob das Tanksystem 30 ohne ein zusätzliches Gehäuse ist oder zumindest z. T. in einem zusätzlichen Gehäuse 31 angeordnet ist, gezeigt. Im Rahmen der Erfindung sind aber auch weitere Quellen Q4 für mögliche Brennstoff-Leckagen denkbar, die ebenfalls wie die genannten Entlüftungsleitungen L1, L2, L3 an die Medienzusammenführungsvorrichtung M fluidisch angeschlossen werden können.Within the scope of the invention, only one fuel sensor S can be used with the aid of the media combining device M according to the invention for the complete fuel cell system 100 and for the entire vehicle 1 . In this case, all lines L1, L2, L3, which can be sources of fuel, in particular hydrogen, can be fluidly connected to the media combining device M. In the 1 are, for example, the at least one purge and/or drain line L1, the stack ventilation line L2, regardless of whether the at least one fuel cell 101 or the at least one fuel cell stack is/are without an additional housing or at least z. T. is / are arranged in an additional housing 102, and the tank vent line L3, regardless of whether the tank system 30 is without an additional housing or at least z. T. is arranged in an additional housing 31 shown. However, other sources Q4 for possible fuel leaks are also conceivable within the scope of the invention, which can also be fluidically connected to the media combining device M like the ventilation lines L1, L2, L3 mentioned.

Somit kann mithilfe der erfindungsgemäßen Medienzusammenführungsvorrichtung M die Detektion für alle möglichen Brennstoff-Leckagen an einer Stelle im Brennstoffzellensystem 100 durchgeführt werden. Vorteilhafterweise können die Brennstoff-Ansammlungen zumindest durch die Abluft des Kathodensystems 10 und/oder durch die Luft des Bypasses des Kathodensystems 10 verdünnt werden. Weitere Quelle zur Belüftung werden im Weiteren beschriebenThus, with the aid of the media combining device M according to the invention, all possible fuel leaks can be detected at one point in the fuel cell system 100 . The accumulations of fuel can advantageously be diluted at least by the exhaust air of the cathode system 10 and/or by the air of the bypass of the cathode system 10 . Additional sources of ventilation are described below

Mithilfe der erfindungsgemäßen Medienzusammenführungsvorrichtung M kann weiterhin ein Diagnose-Verfahren und/oder Überprüfungs-Verfahren mit Pin-Pointing, d.h. Detektion aus welcher Quelle die Wasserstoff-Leckage bzw. der Wasserstoff-Massenstrom stammt, durchgeführt werden, wie es in der 2 gezeigt ist.With the aid of the media combining device M according to the invention, a diagnostic method and/or checking method with pin pointing, ie detection of the source from which the hydrogen leakage or the hydrogen mass flow originates, can also be carried out, as is shown in FIG 2 is shown.

Durch die Anbindung des Tank-Belüftungssystems Q3 und des Stack-Belüftungssystems Q2 an die Medienzusammenführungsvorrichtung M kann sich der in den jeweiligen Systemen angesammelte Brennstoff zuverlässig abgeführt und verdünnt werden.By connecting the tank ventilation system Q3 and the stack ventilation system Q2 to the media combining device M, the fuel accumulated in the respective systems can be reliably discharged and diluted.

Vorteilhafterweise kann es vorgesehen sein, dass die Verdünnung des Purgegases mittels eines sekundären Luftmassenstroms A2, A3, z. B. eines Frischluftgebläses IN eines Fahrzeuginnenraums und/oder eines separaten Belüftungsgebläses BG, durchgeführt werden kann. Somit kann eine Entkopplung vom Luftverdichter-Betrieb in der Zuluftleitung 11 sowie eine Redundanz geschaffen werden.Provision can advantageously be made for the purge gas to be diluted by means of a secondary air mass flow A2, A3, e.g. B. a fresh air fan IN a vehicle interior and / or a separate ventilation fan BG can be performed. In this way, decoupling from the air compressor operation in the supply air line 11 and redundancy can be created.

Aber auch für die Belüftungssysteme Q2, Q3 des Tanksystems 30 und/oder des Stacks kann zum Belüften eine Entkoppelung vom Kathodensystem 10 sowie eine Redundanz geschaffen werden.However, decoupling from the cathode system 10 and redundancy can also be created for the ventilation systems Q2, Q3 of the tank system 30 and/or the stack.

Die 2 zeigt schematisch ein mögliches Verfahren zur Diagnose einer Brennstoff-Leckage und/oder eines Brennstoff-Massenstroms in einem Brennstoffzellensystem 100 für ein Fahrzeug 1, welches wie oben beschrieben ausgeführt sein kann. Zum Durchführen des Verfahrens kann vorteilhafterweise die erfindungsgemäße Medienzusammenführungsvorrichtung M verwendet werden.the 2 1 schematically shows a possible method for diagnosing a fuel leak and/or a fuel mass flow in a fuel cell system 100 for a vehicle 1, which can be implemented as described above. The media combining device M according to the invention can advantageously be used to carry out the method.

Das Verfahren kann mindestens einen folgenden Schritt aufweisen:

  • D4) Überwachen von Messwerten des Brennstoffsensors S im laufenden Betrieb („normal operation“) des Brennstoffzellensystems 100.
The method can have at least one of the following steps:
  • D4) Monitoring of measured values of the fuel sensor S during operation ("normal operation") of the fuel cell system 100.

Die Diagnose im Schritt D4) kann der Messwert oder die Messwerte oder das Messsignal des Brennstoffsensors S mit einem Schwellenwert oder mit mehreren Schwellenwerten verglichen werden. Der Messwert oder die Messwerte oder das Messsignal des Brennstoffsensors S kann vorteilhafterweise über die Zeit ausgewertet werden, um Brennstoffgehalt-Anstiege und die Leckagen frühzeitig erkennen zu können. Liegt der Messwert oder die Messwerte oder das Messsignal des Brennstoffsensors ausreichend niedrig, so ist keine oder je nach Schwellenwert zunächst keine genauere Diagnose notwendig. Liegen die Werte jedoch über einer applizierbaren Grenze, so können weiteren Diagnosen D1), D2), D3) durchgeführt werden.The diagnosis in step D4) can compare the measured value or the measured values or the measured signal of the fuel sensor S with a threshold value or with a plurality of threshold values. The measured value or the measured values or the measured signal of the fuel sensor S can advantageously be evaluated over time in order to be able to detect increases in the fuel content and the leaks at an early stage. If the measured value or the measured values or the measured signal of the fuel sensor is sufficiently low, no or, depending on the threshold value, initially no more precise diagnosis is necessary. However, if the values are above an applicable limit, further diagnoses D1), D2), D3) can be carried out.

Eine niedrige Grenze bzw. ein erster Schwellenwert, die bzw. der im Schritt D4) nicht überschritten wird, kann ein Zeichen für „Alles in Ordnung“ sein. Ab der niedrigen Grenze aufwärts kann bspw. ein überprüfendes Handeln eingeleitet werden, wie z. B. frequenteres Ablesen des Brennstoffzellensensors S im Schritt D4), Beobachten des Brennstoffgehaltanstiegs und/oder Einleiten weiterer Diagnosen D1), D2), D3). Eine höhere Grenze bzw. ein zweiter Schwellenwert kann bspw. ein warnendes Handeln nach sich ziehen, wie z. B. Auffordern des Fahrers zum Anhalten des Fahrzeuges 1, Auffordern der Fahrzeuginsassen, das Fahrzeug 1 zu verlassen, Warnen der anderen Verkehrsteilnehmer usw.A low limit or a first threshold value that is not exceeded in step D4) can be a sign of “everything is OK”. From the low limit upwards, for example, a checking action can be initiated, e.g. B. reading the fuel cell sensor S more frequently in step D4), observing the increase in fuel content and/or initiating further diagnoses D1), D2), D3). A higher limit or a second threshold value can, for example, result in a warning action, e.g. B. Requesting the driver to stop the vehicle 1, requesting the vehicle occupants to leave the vehicle 1, warning other road users, etc.

Ebenfalls kann es vorteilhaft sein, den Benutzer des Fahrzeuges 1 über die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens zu informieren, bspw. über eine Anzeigeeinheit, z. B. in einem Armaturenbrett des Fahrzeuges 1, in einem Head-up-Display o. Ä.It can also be advantageous to inform the user of the vehicle 1 about the results of the method according to the invention, for example via a display unit, e.g. B. in a dashboard of the vehicle 1, in a head-up display o. Ä.

Ab einem gewissen Schwellenwert können folgende Schritte eingeleitet werden:

  • D1) Betreiben des Purge- und/oder Drainsystems Q1, wobei das Stack-Belüftungssystem Q2 und das Tank-Belüftungssystem Q3 inaktiv (d. h. deaktiviert oder nicht im Betrieb) sind,
Above a certain threshold, the following steps can be taken:
  • D1) Operating the purge and/or drain system Q1, with the stack ventilation system Q2 and the tank ventilation system Q3 being inactive (ie deactivated or not in operation),

D2) Betreiben des Stack-Belüftungssystems, wobei das Purge- und/oder Drainsystem und das Tank-Belüftungssystem inaktiv sind, und/oder D3) Betreiben des Tank-Belüftungssystems, wobei das Purge- und/oder Drainsystem und das Stack-Belüftungssystem inaktiv sind.D2) operating the stack ventilation system, with the purge and/or drain system and the tank ventilation system being inactive, and/or D3) operating the tank ventilation system with the purge and/or drain system and the stack ventilation system being inactive .

Die Schritte D1), D2) und/oder D3) können ebenfalls periodisch durchgeführt werden. Somit kann die Detektion ermöglicht werden, aus welcher Quelle die Brennstoff-Leckage bzw. der Brennstoff-Massenstrom stammt.Steps D1), D2) and/or D3) can also be carried out periodically. This makes it possible to detect the source from which the fuel leakage or the fuel mass flow originates.

Dazu werden die jeweiligen Pfade Q1, Q2, Q3 der möglichen Quellen derart geschaltet, sodass kurzzeitig nur eine mögliche Quelle für eine Brennstoff-Leckage bzw. Brennstoff-Massenstrom detektiert wird.For this purpose, the respective paths Q1, Q2, Q3 of the possible sources are switched in such a way that only one possible source for a fuel leak or fuel mass flow is briefly detected.

Zwischen den Schritten D1), D2) und D3) können bestimmte Wartezeiten und/oder Mittelungen, Empfehlungen an den Benutzer des Fahrzeuges 1 eingerichtet werden.Specific waiting times and/or averaging, recommendations to the user of the vehicle 1 can be set up between steps D1), D2) and D3).

Zudem ist es denkbar, dass die Messwerte in den Schritten D1) bis D4) untereinander, mit einander oder auch in Kombination miteinander verglichen werden, um die Ergebnisse des Verfahrens zu plausibilisieren (bspw. Wert in D4 = Wert in D2+Wert in D3?)It is also conceivable that the measured values in steps D1) to D4) are compared with one another, with one another or in combination with one another in order to check the plausibility of the results of the method (e.g. value in D4 = value in D2+value in D3? )

Zudem kann das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweisen:

  • D5) Überwachen von Messwerten des Brennstoffsensors S in einem unbelüfteten Betrieb („all closed“) des Brennstoffzellensystems 100, wobei das Purge- und/oder Drainsystem Q1, das Stack-Belüftungssystem Q2 und das Tank-Belüftungssystem Q3 alle ausgeschaltet sind. Somit kann der Brennstoffsensor S1 geeicht bzw. kalibriert werden. Auch kann somit eine Offen/Zu-Diagnose eines Purge-Ventils PVD durchgeführt werden.
In addition, the method can have at least one of the following steps:
  • D5) Monitoring of readings of the fuel sensor S in an unventilated operation (“all closed”) of the fuel cell system 100, wherein the purge and/or drain system Q1, the stack ventilation system Q2 and the tank ventilation system Q3 are all switched off. The fuel sensor S1 can thus be gauged or calibrated. An open/closed diagnosis of a purge valve PVD can thus also be carried out.

Außerdem kann die Erfindung vorsehen, dass das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweist:

  • D6) Überwachen von Messwerten des Brennstoffsensors S in einem voll belüfteten Betrieb („all open“) des Brennstoffzellensystems 100, wobei das Purge- und/oder Drainsystem Q1, das Stack-Belüftungssystem Q2 und das Tank-Belüftungssystem Q3 aktiv sind. Dieser Schritt D6) kann bspw. beim Abstellen des Fahrzeuges 1 oder kurz vor dem Starten des Fahrzeuges 1 durchgeführt werden, um bspw. schnell zu überprüfen, ob alles in Ordnung ist, und/oder um zu erfahren, ob eine zusätzliche Diagnose D1), D2) und/oder D3) erforderlich ist, und/oder um eine Referenzmessung für die Schritte D1), D2) und/oder D3) zu erhalten.
In addition, the invention can provide that the method has at least one of the following steps:
  • D6) Monitoring of measured values of the fuel sensor S in a fully aerated operation (“all open”) of the fuel cell system 100, with the purge and/or drain system Q1, the stack ventilation system Q2 and the tank ventilation system Q3 being active. This step D6) can be carried out, for example, when the vehicle 1 is parked or shortly before the vehicle 1 is started, in order, for example, to quickly check whether everything is in order and/or to find out whether an additional diagnosis D1), D2) and/or D3) and/or to obtain a reference measurement for steps D1), D2) and/or D3).

Zudem ist es denkbar, dass die Messwerte in den Schritten D1) bis D6) untereinander, miteinander oder auch in Kombination miteinander verglichen werden, um die Ergebnisse des Verfahrens zu plausibilisieren (bspw. Wert in D1 <= Wert in D6?)It is also conceivable that the measured values in steps D1) to D6) are compared with one another, with one another or in combination with one another in order to check the results of the method for plausibility (e.g. value in D1 <= value in D6?)

Vorteilhafterweise ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass die Ergebnisse der Schritte D1), D2), D3), D4), D5) und/oder D6) in einem Speicher des Brennstoffzellensystems 101 oder in einem Online-Speicher aufgezeichnet werden.It is advantageously possible within the scope of the invention for the results of steps D1), D2), D3), D4), D5) and/or D6) to be recorded in a memory of the fuel cell system 101 or in an online memory.

Ferner ist es denkbar, dass die Ergebnisse der Schritte D1), D2), D3), D4), D5) und/oder D6) über eine Lebenszeit des Brennstoffzellensystems 100 oder über ein Belastungsprofil, insbesondere nach einem Tankwechsel, Tankbefüllen, nach einem Druckwechsel, nach einem Temperaturwechsel, nach einer bestimmten Anzahl von Start/Stopps, nach bestimmten erbrachten Leistungen (mehrere Schwellenwerte, bspw. für Kilometerstand des Fahrzeuges 1 oder für Kilowatt Elektroleistung des Brennstoffzellensystems 100, sind dabei möglich), bei jedem langfristigen Parken des Fahrzeuges 1, bspw. über Nacht oder auf einem Flughafen-Parkplatz etc., in einem Steuergerät des Brennstoffzellensystems 100 oder in einem Online-Server ausgewertet werden.It is also conceivable that the results of steps D1), D2), D3), D4), D5) and / or D6) over a lifetime of the fuel cell system 100 or over a load profile, in particular after a tank change, tank filling, after a pressure change , after a change in temperature, after a certain number of starts/stops, after certain services have been rendered (several threshold values, e.g. for the mileage of the vehicle 1 or for the kilowatts of electrical output of the fuel cell system 100 are possible), whenever the vehicle 1 is parked for a long time, for example overnight or in an airport parking lot etc., in a control unit of the fuel cell system 100 or in an online server.

Vorteilhafterweise kann das mindestens eine oder mehrere Brennstoffzellensysteme 100 gemäß einem oben beschriebenen Verfahren überwacht werden, um die Alterung des mindestens einen oder mehrerer Brennstoffzellensysteme 100 auszuwerten bzw. ein Fahrzeug oder eine Fahrzeugflotte zu überwachen. Dabei kann für das mindestens eine oder mehrere Brennstoffzellensysteme 100 nur eine Medienzusammenführungsvorrichtung M im Sinne der Erfindung vorgesehen sein.Advantageously, the at least one or more fuel cell systems 100 can be monitored according to a method described above in order to evaluate the aging of the at least one or more fuel cell systems 100 or to monitor a vehicle or a vehicle fleet. In this case, only one media combining device M within the meaning of the invention can be provided for the at least one or more fuel cell systems 100 .

Die 3 und 4 zeigen jeweils eine mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Medienzusammenführungsvorrichtung M. Die Medienzusammenführungsvorrichtung M weist einen Behälter MB auf, welcher ebenfalls als ein Gehäuse bezeichnet werden kann und mit oder ohne einer Bevorratungsfunktion für Wasser H2O ausgeführt sein kann. Der Behälter MB ist zum Durchmischen und/oder Untersuchen von Medienströmen ausgeführt.the 3 and 4 each show a possible embodiment of a media merging device M according to the invention. The media merging device M has a container MB, which can also be referred to as a housing and can be designed with or without a storage function for water H2O. The container MB is designed for mixing and/or examining media flows.

An dem Behälter MB sind folgende Elemente angeordnet, vorzugsweise befestigt, insbesondere integriert: ein Leitungsanschluss M1 für eine Abluftleitung 12 zum Abführen einer Abluft von den mindestens einen Brennstoffzelle 101 des Brennstoffzellensystems 100, mindestens ein gemeinsamer oder zwei separate Leitungsanschlüsse MQ1 für mindestens eine Purge- und/oder Drainleitung L1 eines Purge- und/oder Drainsystems Q1 des Brennstoffzellensystems 100, ein Leitungsauslass M2 zum Abführen von Medienströmen aus dem Behälter MB, und ein Brennstoffsensor S zum Sensieren eines Brennstoffgehaltes in dem Behälter MB. Der Brennstoffsensor S kann vorzugsweise in bzw. an einem oberen Teil des Behälters MB angeordnet sein (wenn der Behälters MB in einer Gebrauchsposition positioniert ist). In dem oberen Teil des Behälters MB sind die Medienströme gut durchmischt, sodass eine verbesserte Detektion des Brennstoffgehaltes durchgeführt werden kann.The following elements are arranged on the container MB, preferably attached, in particular integrated: a line connection M1 for an exhaust air line 12 for discharging an exhaust air from the at least one fuel cell 101 of the fuel cell system 100, at least one common or two separate line connections MQ1 for at least one purge and /or drain line L1 of a purge and/or drain system Q1 of the fuel cell system 100, a line outlet M2 for discharging media streams from the container MB, and a fuel sensor S for sensing a fuel content in the container MB. The fuel sensor S may preferably be arranged in an upper part of the canister MB (when the canister MB is positioned in a use position). In the upper part of the container MB, the media flows are well mixed, so that the fuel content can be detected better.

In dem Ausführungsbeispiel der 3 kann am Behälter MB ein Wasserauslass MW zum Abführen von Wasser H2O angeordnet, vorzugsweise befestigt, insbesondere integriert, sein.In the embodiment of 3 A water outlet MW for discharging water H2O can be arranged on the container MB, preferably attached, in particular integrated.

Wie die 4 zeigt, ist es aber auch denkbar, dass die Medienzusammenführungsvorrichtung M ohne einen separaten Wasserauslass MW ausgeführt sein kann. In dem Ausführungsbeispiel der 4 kann das Wasser H2O durch die Abluftleitung 12 aus dem Brennstoffzellensystem 100 abgeführt werden.As the 4 shows, it is also conceivable that the media combining device M can be designed without a separate water outlet MW. In the embodiment of 4 the water H2O can be removed from the fuel cell system 100 through the exhaust air line 12 .

Wie es die 3 zeigt, kann der Wasserauslass MW an der tiefsten Stelle des Behälters MB angeordnet sein (die tiefste Stelle kann bestimmt werden, wenn der Behälters MB in einer Gebrauchsposition positioniert ist).Like it the 3 11, the water outlet MW may be located at the deepest point of the container MB (the deepest point can be determined when the container MB is positioned in a use position).

Des Weiteren zeigt die 3, dass der Wasserauslass MW tiefer als der Leitungsauslass M2 zum Abführen von Medienströmen aus dem Behälter MB angeordnet sein kann (die tiefste Stelle kann bestimmt werden, wenn der Behälters MB in einer Gebrauchsposition positioniert ist). So kann der Leitungsauslass M2 eine Überlauffunktion erfüllen.Furthermore, the 3 that the water outlet MW can be arranged deeper than the line outlet M2 for discharging media streams from the container MB (the deepest point can be determined when the container MB is positioned in a use position). The line outlet M2 can thus fulfill an overflow function.

Wie es die 3 und 4 des Weiteren zeigen, kann am Behälter MB mindestens eines der folgenden Elemente angeordnet sein:

  • - ein Leitungsanschluss MQ2 für eine Stack-Entlüftungsleitung L2 eines Stack-Belüftungssystems Q2,
  • - ein Leitungsanschluss MQ3 für eine Tank-Entlüftungsleitung L3 eines Tank-Belüftungssystems Q3, und/oder
  • - ein Leitungsanschluss MQ4 für eine Entlüftungsleitung L4 eines weiteren Belüftungssystems Q4,
bspw. versorgt mittels eines Frischluftgebläses IN eines Fahrzeuginnenraums und/oder eines separaten Belüftungsgebläses BG.Like it the 3 and 4 also show that at least one of the following elements can be arranged on the container MB:
  • - a line connection MQ2 for a stack ventilation line L2 of a stack ventilation system Q2,
  • - A line connection MQ3 for a tank ventilation line L3 of a tank ventilation system Q3, and/or
  • - a line connection MQ4 for a ventilation line L4 of another ventilation system Q4,
for example supplied by means of a fresh air fan IN of a vehicle interior and/or a separate ventilation fan BG.

Auf diese Weise können die erfindungsgemäßen Vorteile, wie. z. B. Diagnose einer Leckage, Pin-Pointing sowie Wasserausleitung und/oder Wasserbereitstellung, auch bei anderen möglichen Belüftungssystem in dem Brennstoffzellensystem 100 erreicht werden.In this way, the advantages of the invention, such as. e.g. B. diagnosis of a leak, pin pointing and water discharge and / or water supply, can also be achieved with other possible ventilation system in the fuel cell system 100.

Wie es die 3 und 4 außerdem zeigen, kann der Behälter MB mindestens eine Ablauffläche MA aufweisen. Durch die Ablauffläche MA kann der Abfluss des Wassers H2O begünstigt werden. In der dargestellten Gebrauchsposition des Behälters MB ist die Ablauffläche MA geneigt. An der Ablauffläche MA sind keine Anschlüsse und/oder Auslässe vorgesehen, damit das Wasser H2O ungestört zum vorgesehenen Wasserauslass MW oder zum Leitungsauslass M2 ablaufen kann.Like it the 3 and 4 also show that the container MB can have at least one drainage surface MA. The outflow of the water H2O can be favored by the outflow area MA. In the illustrated position of use of the container MB, the drainage surface MA is inclined. No connections and/or outlets are provided on the drainage area MA, so that the water H2O can drain undisturbed to the water outlet MW provided or to the line outlet M2.

Der Behälter MB kann vorzugsweise eisdruckfest und/oder gefriersicher ausgeführt ist. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn der Behälter MB explosionssicher ausgeführt ist.The container MB can preferably be designed to be ice-pressure-resistant and/or freeze-proof. In addition, it can be advantageous if the container MB is designed to be explosion-proof.

Eine Medienzusammenführungsvorrichtung M kann vorteilhafterweise derart ausgelegt sein, d. h. die Leitungsanschlüsse M1, MQ1, MQ2, MQ3, MQ4 und der Leitungsauslass M2 können derart am Behälter MB verteilt werden und/oder mit derartigen Durchmessern ausgeführt sein, dass mindestens ein Effekt zum Durchmischen der Medienströme begünstigt werden kann:

  • - Umlenkung,
  • - Verwirbelung,
  • - Drallströmung,
  • - Wärmeübertragung, und/oder
  • - Abkühlung.
A media combining device M can advantageously be designed in such a way that the line connections M1, MQ1, MQ2, MQ3, MQ4 and the line outlet M2 can be distributed on the container MB and/or designed with such diameters that at least one effect promotes mixing of the media flows can be:
  • - deflection,
  • - swirl,
  • - swirl flow,
  • - heat transfer, and/or
  • - Cooling.

Wenn in manchen Systemtopologien einige Systeme Q2, Q3, Q4 nicht vorgesehen sind oder nicht genutzt werden, können die Leitungsanschlüsse M1, MQ1, MQ2, MQ3, MQ4 am Behälter MB durch jeweils einen Blindstopfen verschlossen bleiben. Mithilfe der Erfindung kann vorteilhafterweise eine standardisierte Medienzusammenführungsvorrichtung M für unterschiedliche Topologien des Brennstoffzellensystems 100 bereitgestellt werden.If in some system topologies some systems Q2, Q3, Q4 are not provided or are not used, the line connections M1, MQ1, MQ2, MQ3, MQ4 on the container MB can remain closed by a blind plug. A standardized media combining device M for different topologies of the fuel cell system 100 can advantageously be provided with the aid of the invention.

Gemäß dem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer Medienzusammenführungsvorrichtung M bereit, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann und die stromabwärts in einer Abluftleitung 12 eines Kathodensystems 10 angeordnet sein kann. Dabei kann die Abluftleitung 12 durch den Behälter MB der Medienzusammenführungsvorrichtung M verlaufen. Die Medienzusammenführungsvorrichtung M kann dabei vorzugsweise am Ende der Abluftleitung 12 angeordnet sein, wobei nach der erfindungsgemäßen Medienzusammenführungsvorrichtung M in der Abluftleitung 12 nur noch ein Schalldämpfer angeordnet sein kann.According to the second aspect, the invention provides a fuel cell system with a media combining device M ready, which can be designed as described above and which can be arranged downstream in an exhaust air line 12 of a cathode system 10. In this case, the exhaust air line 12 can run through the container MB of the media combining device M. The media combining device M can preferably be arranged at the end of the exhaust air line 12 , it being possible for only one silencer to be arranged in the exhaust air line 12 according to the media combining device M according to the invention.

Ein Fahrzeug 1 mit einem entsprechenden Brennstoffzellensystem 100, bei dem stromabwärts in der Abluftleitung 12 des Kathodensystems 10 eine erfindungsgemäße Medienzusammenführungsvorrichtung M vorgesehen ist, stellt ebenfalls einen Aspekt der Erfindung dar.A vehicle 1 with a corresponding fuel cell system 100, in which a media combining device M according to the invention is provided downstream in the exhaust air line 12 of the cathode system 10, also represents an aspect of the invention.

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

Claims (10)

Medienzusammenführungsvorrichtung (M) für ein Brennstoffzellensystem (100), aufweisend: einen Behälter (MB) zum Durchmischen und/oder Untersuchen von Medienströmen, an welchem folgende Elemente angeordnet sind: - ein Leitungsanschluss (M1) für eine Abluftleitung (12) zum Abführen einer Abluft von mindestens einer Brennstoffzelle (101) des Brennstoffzellensystems (100), - mindestens ein Leitungsanschluss (MQ1) für mindestens eine Purge- und/oder Drainleitung (L1) eines Purge- und/oder Drainsystems (Q1) des Brennstoffzellensystems (100), - ein Leitungsauslass (M2) zum Abführen von Medienströmen aus dem Behälter (MB), und - ein Brennstoffsensor (S) zum Sensieren eines Brennstoffgehaltes in dem Behälter (MB).Media combining device (M) for a fuel cell system (100), comprising: a container (MB) for mixing and/or examining media flows, on which the following elements are arranged: - a line connection (M1) for an exhaust air line (12) for discharging an exhaust air from at least one fuel cell (101) of the fuel cell system (100), - at least one line connection (MQ1) for at least one purge and/or drain line (L1) of a purge and/or drain system (Q1) of the fuel cell system (100), - A line outlet (M2) for discharging media streams from the container (MB), and - a fuel sensor (S) for sensing a fuel content in the container (MB). Medienzusammenführungsvorrichtung (M) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Behälter (MB) ein Wasserauslass (MW) zum Abführen von Wasser angeordnet ist.Media merging device (M) according to claim 1 , characterized in that a water outlet (MW) for discharging water is arranged on the container (MB). Medienzusammenführungsvorrichtung (M) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Gebrauchsposition des Behälters (MB) der Wasserauslass (MW) an der tiefsten Stelle des Behälters (MB) angeordnet ist, und/oder dass in einer Gebrauchsposition des Behälters (MB) der Wasserauslass (MW) tiefer als der Leitungsauslass (M2) zum Abführen von Medienströmen aus dem Behälter (MB) angeordnet ist, und/oder dass der Leitungsauslass (M2) zum Abführen von Medienströmen aus dem Behälter (MB) mit einer Überlaufunktion ausgeführt ist.Media merging device (M) according to claim 2 , characterized in that in a position of use of the container (MB) the water outlet (MW) is arranged at the lowest point of the container (MB) and/or that in a position of use of the container (MB) the water outlet (MW) is lower than the Line outlet (M2) for discharging media streams from the container (MB) is arranged, and / or that the line outlet (M2) for discharging media streams from the container (MB) is designed with an overflow function. Medienzusammenführungsvorrichtung (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Behälter (MB) mindestens eines der folgenden Elemente angeordnet ist: - ein Leitungsanschluss (MQ2) für eine Stack-Entlüftungsleitung (L2) eines Stack-Belüftungssystems (Q2), - ein Leitungsanschluss (MQ3) für eine Tank-Entlüftungsleitung (L3) eines Tank-Belüftungssystems (Q3), und/oder - ein Leitungsanschluss (MQ4) für eine Entlüftungsleitung (L4) eines weiteren Belüftungssystems (Q4), bspw. versorgt mittels eines Frischluftgebläses (IN) eines Fahrzeuginnenraums und/oder eines separaten Belüftungsgebläses (BG).Media combining device (M) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the following elements is arranged on the container (MB): - a line connection (MQ2) for a stack ventilation line (L2) of a stack ventilation system (Q2), - a line connection (MQ3) for a tank ventilation line (L3) of a tank ventilation system (Q3), and/or - a line connection (MQ4) for a ventilation line (L4) of a further ventilation system (Q4), e.g. supplied by means of a fresh air blower ( IN) of a vehicle interior and/or a separate ventilation fan (BG). Medienzusammenführungsvorrichtung (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (MB) mindestens eine Ablauffläche (MA) aufweist, wobei insbesondere in einer Gebrauchsposition des Behälters (MB) die Ablauffläche (MA) geneigt positionierbar ist, wobei vorzugsweise die Ablauffläche (MA) frei von Anschlüssen und/oder Auslässen ist, und/oder dass der Behälter (MB) eisdruckfest und/oder gefriersicher ausgeführt ist.Media combining device (M) according to one of the preceding claims, characterized in that the container (MB) has at least one drainage surface (MA), in particular in a position of use of the container (MB) the drainage surface (MA) can be positioned inclined, with preferably the drainage surface (MA) is free of connections and/or outlets, and/or that the container (MB) is designed to be ice pressure-resistant and/or freeze-proof. Medienzusammenführungsvorrichtung (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsanschlüsse (M1, MQ1, MQ2, MQ3, MQ4) und der Leitungsauslass (M2) derart am Behälter (MB) verteilt sind und/oder derartige Durchmesser aufweisen, dass mindestens ein Effekt zum Durchmischen der Medienströme bewirkt wird: - Umlenkung, - Verwirbelung, - Drallströmung, - Wärmeübertragung, und/oder - Abkühlung, und/oder dass die Leitungsanschlüsse (M1, MQ1, MQ2, MQ3, MQ4) am Behälter (MB) durch jeweils einen Blindstopfen verschlossen sind, die im Brennstoffzellensystem (100) nicht genutzt werden.Media combining device (M) according to one of the preceding claims, characterized in that the line connections (M1, MQ1, MQ2, MQ3, MQ4) and the line outlet (M2) are distributed on the container (MB) and/or have such diameters that at least an effect for mixing the media flows is brought about: - deflection, - turbulence, - swirl flow, - heat transfer, and/or - cooling, and/or that the line connections (M1, MQ1, MQ2, MQ3, MQ4) on the container (MB) through are each closed a blind plug that are not used in the fuel cell system (100). Brennstoffzellensystem (100) mit einer Medienzusammenführungsvorrichtung (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Medienzusammenführungsvorrichtung (M) stromabwärts in einer Abluftleitung (12) eines Kathodensystems (10) des Brennstoffzellensystems (100) angeordnet ist.Fuel cell system (100) with a media combining device (M) according to any one of the preceding claims, wherein the media combining device (M) downstream in an exhaust air line (12) of a cathode system tems (10) of the fuel cell system (100) is arranged. Verwenden einer Medienzusammenführungsvorrichtung (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei einem Verfahren zur Diagnose einer Brennstoff-Leckage, zum Ermitteln einer Quelle einer Brennstoff-Leckage, zum Überprüfen eines Brennstoff-Massenstroms und/oder zum Verdünnen eines Brennstoff-Massenstroms in einem Brennstoffzellensystem (100) nach dem vorhergehenden Anspruch.Use of a media combining device (M) according to one of the preceding claims in a method for diagnosing a fuel leak, for determining a source of a fuel leak, for checking a fuel mass flow and/or for diluting a fuel mass flow in a fuel cell system (100 ) according to the preceding claim. Verwenden einer Medienzusammenführungsvorrichtung (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Wasserausleitung an eine Umgebung und/oder zur Wasserableitung an ein Funktionssystem und/oder an ein Bevorratungssystem eines Brennstoffzellensystems (100) nach Anspruch 7.Use of a media combining device (M) according to one of the preceding claims for draining water to an environment and/or for draining water to a functional system and/or to a storage system of a fuel cell system (100). claim 7 . Fahrzeug (1) mit einem Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 7.Vehicle (1) with a fuel cell system (100). claim 7 .
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