DE102021208224A1 - charger - Google Patents

charger Download PDF

Info

Publication number
DE102021208224A1
DE102021208224A1 DE102021208224.6A DE102021208224A DE102021208224A1 DE 102021208224 A1 DE102021208224 A1 DE 102021208224A1 DE 102021208224 A DE102021208224 A DE 102021208224A DE 102021208224 A1 DE102021208224 A1 DE 102021208224A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
compressor
cathode
fuel cell
gas
cathode gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021208224.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Martin Katz
Wolfgang Sander
Andreas Knoop
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102021208224.6A priority Critical patent/DE102021208224A1/en
Publication of DE102021208224A1 publication Critical patent/DE102021208224A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/40—Combination of fuel cells with other energy production systems
    • H01M2250/407—Combination of fuel cells with mechanical energy generators

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Aufladevorrichtung (50) für eine Brennstoffzelleneinheit (1) mit gestapelten Brennstoffzellen zur Zuführung von Kathodengas in die Brennstoffzelleneinheit (1) mit einer Einlassöffnung (45) für Kathodengas und einer Auslassöffnung (46) für Kathodenabgas, umfassend einen ersten Verdichter (22, 23) zur Erhöhung des Druckes des Kathodengases auf einen ersten Druck, einen zweiten Verdichter (22, 24) zur Erhöhung des von dem ersten Verdichter (22, 23) auf den ersten Druck verdichteten Kathodengases auf einen zweiten Druck, eine Zwischenverdichter-Kathodengasleitung (64) zur fluidleitenden Verbindung des ersten Verdichters (22, 23) mit dem zweiten Verdichter (22, 24), so dass der zweite Verdichter (22, 24) in Serie nach dem ersten Verdichter (22, 23) geschalten ist, eine Zweitverdichter-Kathodengasleitung (65) zur fluidleitenden Verbindung des zweiten Verdichters (22, 24) mit der Einlassöffnung (45) der Brennstoffzelleneinheit (1), eine Rezirkulations-Kathodenabgasleitung (66) zur Rezirkulation des von der Brennstoffzelleneinheit (1) aus der Auslassöffnung (46) für Kathodenabgas ausgeleiteten Kathodenabgases in den zweiten Verdichter (22, 24) und zur Erhöhung des Druckes des Kathodenabgases in dem zweiten Verdichter (22, 24) und zur Einleitung in die Einlassöffnung (45) für Kathodengas, wobei die Aufladevorrichtung (50) wenigstens ein Stellorgan (71) und eine Bypass-Kathodengasleitung (67) zur fluidleitenden Verbindung des ersten Verdichters (22, 23) ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter (22, 24) mit der Einlassöffnung (45) für Kathodengas in der Brennstoffzelleneinheit (1) umfasst, so dass in einer ersten Stellposition des wenigstens einen Stellorganes (71) das von dem ersten Verdichter (22, 23) verdichtete Kathodengas ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter (22, 24) in die Einlassöffnung (45) für Kathodengas der Brennstoffzelleneinheit (1) einleitbar ist.Charging device (50) for a fuel cell unit (1) with stacked fuel cells for feeding cathode gas into the fuel cell unit (1) with an inlet opening (45) for cathode gas and an outlet opening (46) for cathode exhaust gas, comprising a first compressor (22, 23) for increasing the pressure of the cathode gas to a first pressure, a second compressor (22, 24) for increasing the cathode gas compressed by the first compressor (22, 23) to the first pressure to a second pressure, an inter-compressor cathode gas line (64) for fluid communication Connection of the first compressor (22, 23) to the second compressor (22, 24) so that the second compressor (22, 24) is connected in series after the first compressor (22, 23), a second compressor cathode gas line (65) for the fluid-conducting connection of the second compressor (22, 24) to the inlet opening (45) of the fuel cell unit (1), a recirculation cathode exhaust gas line (66) for recirculation on of the fuel cell unit (1) discharged from the outlet opening (46) for cathode off-gas cathode into the second compressor (22, 24) and to increase the pressure of the cathode off-gas in the second compressor (22, 24) and for introduction into the inlet port ( 45) for cathode gas, wherein the charging device (50) has at least one actuator (71) and a bypass cathode gas line (67) for fluid-conducting connection of the first compressor (22, 23) without passage through the second compressor (22, 24) with the inlet opening (45) for cathode gas in the fuel cell unit (1), so that in a first setting position of the at least one setting element (71), the cathode gas compressed by the first compressor (22, 23) can flow in without being passed through the second compressor (22, 24). the inlet opening (45) for cathode gas of the fuel cell unit (1) can be introduced.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufladevorrichtung, ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems und ein Brennstoffzellensystem.The present invention relates to a charging device, a method for operating a fuel cell system, and a fuel cell system.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzelleneinheiten als galvanische Zellen wandeln mittels Redoxreaktionen an einer Anode und Kathode kontinuierlich zugeführten Brennstoff und Oxidationsmittels in elektrische Energie um. Brennstoffzellen werden in den unterschiedlichsten stationären und mobilen Anwendungen eingesetzt, beispielweise in Häusern ohne Anschluss an ein Stromnetz oder in Kraftfahrzeugen, im Schienenverkehr, in der Luftfahrt, in der Raumfahrt und in der Schifffahrt. In Brennstoffzelleneinheiten sind eine Vielzahl von Brennstoffzellen übereinander in einem Brennstoffzellenstapel angeordnet. In dem Brennstoffzellenstapel sind Kanäle zum Durchleiten von Brennstoff, Kanäle zum Durchleiten von Oxidationsmittel und Kanäle zum Durchleiten von Kühlmittel integriert. Der Brennstoff wird in wenigstens einem Druckgasspeicher gespeichert. Dabei sind häufig mehrere Druckgasspeicher zu einem Druckbehältersystem zusammengefasst.Fuel cell units as galvanic cells convert continuously supplied fuel and oxidizing agent into electrical energy by means of redox reactions at an anode and cathode. Fuel cells are used in a wide variety of stationary and mobile applications, for example in houses without a connection to a power grid or in motor vehicles, in rail transport, in aviation, in space travel and in shipping. In fuel cell units, a multiplicity of fuel cells are arranged one above the other in a fuel cell stack. Channels for passing fuel, channels for passing oxidant and channels for passing coolant are integrated in the fuel cell stack. The fuel is stored in at least one compressed gas accumulator. In this case, several pressurized gas accumulators are often combined to form a pressure vessel system.

Das Oxidationsmittel als Kathodengas wird somit durch die Kanäle für Oxidationsmittel bzw. Kathodengas geleitet. Der Lambda-Wert des Kathodengases ist das Verhältnis zwischen dem durch die Brennstoffzelleneinheit geleiteten Volumenstrom an Kathodengas und dem für die elektrochemische Reaktion hinsichtlich der Stöchiometrie des Kathodengases notwendigen Volumenstromes. Bei einem Betriebszustand mit einer nur kleinen angeforderten elektrischen Leistung der Brennstoffzelleneinheit als einer Niedriglast treten hohe Lambda-Werte im Bereich zwischen 5 und 15 auf. Dadurch wird durch das Kathodengas mehr Feuchtigkeit aus dem Brennstoffzellenstapel ausgeleitet als in den Brennstoffzellenstapel eingeleitet wird und durch die elektrochemische Reaktion erzeugt wird. Dies führt zu einer Austrocknung der Komponenten des Brennstoffzellenstapels, insbesondere zu einer Austrocknung der Protonenaustauschermembran. Dadurch wird die Protonenleitfähigkeit der Protonenaustauschermembran verkleinert und die Alterung des Brennstoffzellenstacks beschleunigt sich.The oxidizing agent as cathode gas is thus conducted through the channels for oxidizing agent or cathode gas. The lambda value of the cathode gas is the ratio between the volume flow of cathode gas conducted through the fuel cell unit and the volume flow required for the electrochemical reaction with regard to the stoichiometry of the cathode gas. High lambda values in the range between 5 and 15 occur in an operating state with only a small required electrical power of the fuel cell unit as a low load. As a result, more moisture is removed from the fuel cell stack by the cathode gas than is introduced into the fuel cell stack and generated by the electrochemical reaction. This leads to the components of the fuel cell stack drying out, in particular to the proton exchange membrane drying out. This reduces the proton conductivity of the proton exchange membrane and accelerates the aging of the fuel cell stack.

DE 101 55 217 B4 zeigt ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelleneinheit, mit einer anodenseitigen Medienzuführung zur Zufuhr eines Brennstoffs zur Brennstoffzelleneinheit und einer anodenseitigen Abführleitung zur Abfuhr von Anodenabgas aus der Brennstoffzelleneinheit, einer kathodenseitigen Medienzuführung zur Zufuhr eines Oxidationsmittels zur Brennstoffzelleneinheit und einer kathodenseitigen Abführleitung zur Abfuhr von Kathodenabgas aus der Brennstoffzelleneinheit, wobei jeweils ein Gebläse in einer Rückführleitung auf der Kathodenseite und der Anodenseite sowie Antriebsmittel für die Gebläse vorgesehen sind, wobei dass die Antriebsmittel einen gemeinsamen Antriebsmotor zum Antreiben der beiden Gebläse umfassen, wobei die beiden Gebläse auf einer gemeinsamen Welle mit dem Antriebsmotor angeordnet sind und wobei auf der gemeinsamen Welle der Antriebsmotor, das Kathodengebläse und das Anodengebläse aufeinanderfolgend angeordnet sind. DE 101 55 217 B4 shows a fuel cell system with a fuel cell unit, with an anode-side media supply for supplying a fuel to the fuel cell unit and an anode-side discharge line for discharging anode waste gas from the fuel cell unit, a cathode-side medium supply for supplying an oxidizing agent to the fuel cell unit and a cathode-side discharge line for discharging cathode waste gas from the fuel cell unit, one fan each being provided in a return line on the cathode side and the anode side, as well as drive means for the fans, the drive means comprising a common drive motor for driving the two fans, the two fans being arranged on a common shaft with the drive motor and wherein on the common shaft, the driving motor, the cathode fan and the anode fan are sequentially arranged.

Die DE 10 2010 035 727 A1 zeigt eine Aufladeeinrichtung für eine Brennstoffzelle eines Kraftwagens, mit einem ersten Verdichter und mit einem zweiten Verdichter, mittels welchen der Brennstoffzelle zuzuführende Luft verdichtbar ist, wobei die Verdichter zum Verdichten der Luft seriell zueinander geschaltet sind, und dass eine Rückführungseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher Abgas der Brennstoffzelle zu einer stromab des ersten Verdichters und stromauf des zweiten Verdichters angeordneten Einleitstelle rückführbar ist.The DE 10 2010 035 727 A1 shows a charging device for a fuel cell of a motor vehicle, with a first compressor and with a second compressor, by means of which air to be supplied to the fuel cell can be compressed, the compressors being connected in series to one another for compressing the air, and that a recirculation device is provided, by means of which exhaust gas of the fuel cell to an inlet point arranged downstream of the first compressor and upstream of the second compressor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Erfindungsgemäßes Aufladevorrichtung für eine Brennstoffzelleneinheit mit gestapelten Brennstoffzellen zur Zuführung von Kathodengas in die Brennstoffzelleneinheit mit einer Einlassöffnung für Kathodengas und einer Auslassöffnung für Kathodenabgas, umfassend einen ersten Verdichter zur Erhöhung des Druckes des Kathodengases auf einen ersten Druck, einen zweiten Verdichter zur Erhöhung des von dem ersten Verdichter auf den ersten Druck verdichteten Kathodengases auf einen zweiten Druck, eine Zwischenverdichter-Kathodengasleitung zur fluidleitenden Verbindung des ersten Verdichters mit dem zweiten Verdichter, so dass der zweite Verdichter in Serie nach dem ersten Verdichter geschalten ist, eine Zweitverdichter-Kathodengasleitung zur fluidleitenden Verbindung des zweiten Verdichters mit der Einlassöffnung der Brennstoffzelleneinheit, eine Rezirkulations-Kathodenabgasleitung zur Rezirkulation des von der Brennstoffzelleneinheit aus der Auslassöffnung für Kathodenabgas ausgeleiteten Kathodenabgases in den zweiten Verdichter und zur Erhöhung des Druckes des Kathodenabgases in dem zweiten Verdichter und zur Einleitung in die Einlassöffnung für Kathodengas, wobei die Aufladevorrichtung wenigstens ein Stellorgan und eine Bypass-Kathodengasleitung zur fluidleitenden Verbindung des ersten Verdichters ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter mit der Einlassöffnung für Kathodengas in der Brennstoffzelleneinheit umfasst, so dass in einer ersten Stellposition des wenigstens einen Stellorganes das von dem ersten Verdichter verdichtete Kathodengas ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter in die Einlassöffnung für Kathodengas der Brennstoffzelleneinheit einleitbar ist.Charging device according to the invention for a fuel cell unit with stacked fuel cells for feeding cathode gas into the fuel cell unit with an inlet opening for cathode gas and an outlet opening for cathode exhaust gas, comprising a first compressor for increasing the pressure of the cathode gas to a first pressure, a second compressor for increasing the pressure generated by the first Compressor to the first pressure compressed cathode gas to a second pressure, an inter-compressor cathode gas line for fluid communication of the first compressor with the second compressor, so that the second compressor is connected in series after the first compressor, a second compressor cathode gas line for fluid communication of the second compressor with the inlet port of the fuel cell unit, a recirculation cathode exhaust pipe for recirculating the discharged from the fuel cell unit from the cathode exhaust port cathode exhaust gas into the second compressor and to increase the pressure of the cathode exhaust gas in the second compressor and to introduce it into the inlet opening for cathode gas, the charging device having at least one actuator and a bypass cathode gas line for fluid-conducting connection of the first compressor without passage through the second compressor with the Includes inlet opening for cathode gas in the fuel cell unit, so that in a first th adjustment position of the at least one actuator, the compressed cathode gas from the first compressor can be introduced into the inlet opening for cathode gas of the fuel cell unit without being passed through the second compressor.

In einer weiteren Ausführungsform ist in der ersten Stellposition des wenigstens einen Stellorganes durch die Rezirkulations-Kathodenabgasleitung das aus der Auslassöffnung für Kathodenabgas ausgeleitete Kathodenabgas wenigstens teilweise dem zweiten Verdichter zuführbar. In vorteilhafter Weise kann damit die Feuchtigkeit des Kathodenabgases aufgrund der Rezirkulation für die Befeuchtung der Komponenten des Brennstoffzellenstacks genutzt werden und ferner benötigt der zweite Verdichter eine kleine mechanische Antriebsleistung, weil das Kathodenabgas einen größeren Druck aufweist als die Luft in der Umgebung.In a further embodiment, the cathode exhaust gas discharged from the outlet opening for cathode exhaust gas can be fed at least partially to the second compressor in the first setting position of the at least one actuating element through the recirculation cathode exhaust gas line. Advantageously, the moisture in the cathode exhaust gas can be used to humidify the components of the fuel cell stack due to the recirculation, and the second compressor also requires little mechanical drive power because the cathode exhaust gas has a higher pressure than the surrounding air.

In einer ergänzenden Variante ist in der ersten Stellposition des wenigstens einen Stellorganes das von dem ersten Verdichter verdichtet Kathodengas ausschließlich ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter in die Einlassöffnung für Kathodengas der Brennstoffzelleneinheit einleitbar.In a supplementary variant, in the first setting position of the at least one setting element, the cathode gas compressed by the first compressor can be introduced into the inlet opening for cathode gas of the fuel cell unit exclusively without being passed through the second compressor.

In einer zusätzlichen Ausführungsform ist in einer zweiten Stellposition des wenigstens einen Stellorganes das von dem ersten Verdichter verdichtete Kathodengas durch die Zwischenverdichter-Kathodengasleitung, insbesondere ausschließlich, dem zweiten Verdichter zuführbar.In an additional embodiment, in a second setting position of the at least one setting element, the cathode gas compressed by the first compressor can be fed through the intermediate compressor cathode gas line, in particular exclusively to the second compressor.

Vorzugsweise umfasst die Aufladevorrichtung ein Verteilungsstellorgan und mit dem Verteilungsstellorgan steuerbar und/oder regelbar ist, welcher Anteil des aus der Auslassöffnung für das Kathodenabgas ausgeleiteten Kathodenabgases dem zweiten Verdichter und/oder der Umgebung, insbesondere indirekt durch eine Turbine, zuführbar ist. In dem Verteilungsstellorgan wird der Volumenstrom des durch die Auslassöffnung abgeleiteten Kathodenabgases in einen ersten Teilvolumenstrom und einen zweiten Teilvolumenstrom aufgeteilt und die Größe des ersten und zweiten Teilvolumenstromes ist steuerbar und/oder regelbar und/oder wird gesteuert und/oder geregelt.The charging device preferably comprises a distribution control element and the distribution control element can be used to control and/or regulate which proportion of the cathode waste gas discharged from the outlet opening for the cathode waste gas can be fed to the second compressor and/or the environment, in particular indirectly through a turbine. In the distribution control element, the volume flow of the cathode exhaust gas discharged through the outlet opening is divided into a first partial volume flow and a second partial volume flow, and the size of the first and second partial volume flow can be controlled and/or regulated and/or is controlled and/or regulated.

In einer ergänzenden Ausgestaltung umfasst die Aufladevorrichtung eine Turbine und eine Turbinen-Kathodenabgasleitung und das Kathodenabgas ist nach dem Durchleiten durch das Verteilungsstellorgan und vor dem Ausleiten in die Umgebung durch die Turbinen-Kathodenabgasleitung und die Turbine leitbar.In a supplementary embodiment, the charging device comprises a turbine and a turbine cathode exhaust line and the cathode exhaust gas is ductable through the turbine cathode exhaust line and the turbine after passing through the distribution actuator and before being discharged to the atmosphere.

In einer zusätzlichen Variante umfasst die Aufladevorrichtung eine erste Befeuchtungsvorrichtung und die erste Befeuchtungsvorrichtung ist in Strömungsrichtung des Kathodengases nach dem ersten Verdichter und vor dem zweiten Verdichter angeordnet.In an additional variant, the charging device comprises a first humidifying device and the first humidifying device is arranged downstream of the first compressor and upstream of the second compressor in the flow direction of the cathode gas.

Zweckmäßig umfasst die Aufladevorrichtung eine zweite Befeuchtungsvorrichtung und die zweite Befeuchtungsvorrichtung ist in Strömungsrichtung des Kathodengases nach dem ersten Verdichter und nach dem zweiten Verdichter angeordnet.The charging device expediently comprises a second humidifying device and the second humidifying device is arranged downstream of the first compressor and downstream of the second compressor in the flow direction of the cathode gas.

Erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einer Brennstoffzelleneinheit, wenigstens einen Druckgasspeicher zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff und einer Aufladevorrichtung mit den Schritten: Durchleiten des Brennstoffes als Anodengas und von Oxidationsmittel als Kathodengas durch die Brennstoffzelleneinheit, so dass elektrochemische Energie in elektrische Energie in der Brennstoffzelleneinheit umgewandelt wird, Ansaugen von Kathodengas als Umgebungsluft mit einem ersten Verdichter und Erhöhen des Druckes des Kathodengases auf einen ersten Druck, Leiten des in dem ersten Verdichter auf den ersten Druck verdichteten Kathodengases zu einem zweiten Verdichter und Erhöhen des Druckes des Kathodengases auf einen zweiten Druck, Leiten des in dem zweiten Verdichter auf den zweiten Druck verdichteten Kathodengases in eine Einlassöffnung der Brennstoffzelleneinheit, Rezirkulation des aus der Auslassöffnung der Brennstoffzelleneinheit ausgeleiteten Kathodenabgases in den zweiten Verdichter, so dass das rezirkulierte Kathodenabgas in dem zweiten Verdichter auf den zweiten Druck erhöht wird und der Einlassöffnung für Kathodengas der Brennstoffzelleneinheit zugeführt wird, wobei während eines ersten Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems das in dem ersten Verdichter auf den ersten Druck verdichtete Kathodengas ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter der Einlassöffnung für Kathodengas der Brennstoffzelleneinheit zugeführt wird.Method according to the invention for operating a fuel cell system with a fuel cell unit, at least one compressed gas accumulator for storing gaseous fuel and a charging device with the steps: passing the fuel as anode gas and oxidizing agent as cathode gas through the fuel cell unit, so that electrochemical energy is converted into electrical energy in the fuel cell unit is, sucking in cathode gas as ambient air with a first compressor and increasing the pressure of the cathode gas to a first pressure, conducting the cathode gas compressed in the first compressor to the first pressure to a second compressor and raising the pressure of the cathode gas to a second pressure, conducting the cathode gas compressed to the second pressure in the second compressor into an inlet opening of the fuel cell unit, recirculation of the cathode discharged from the outlet opening of the fuel cell unit exhaust gas into the second compressor, so that the recirculated cathode exhaust gas is increased to the second pressure in the second compressor and is fed to the inlet opening for cathode gas of the fuel cell unit, wherein during a first operating state of the fuel cell system the cathode gas compressed to the first pressure in the first compressor without Passing through the second compressor of the inlet port for cathode gas of the fuel cell unit is supplied.

In einer ergänzenden Ausgestaltung wird während des ersten Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems das in dem ersten Verdichter auf den ersten Druck verdichtete Kathodengas ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter der Einlassöffnung für Kathodengas der Brennstoffzelleneinheit zugeführt und simultan wird während des ersten Betriebszustandes die Rezirkulation des aus der Auslassöffnung der Brennstoffzelleneinheit ausgeleitete Kathodenabgas in den zweiten Verdichter ausführt, so dass das rezirkulierte Kathodenabgas in dem zweiten Verdichter auf einen zweiten Druck erhöht wird und der Einlassöffnung für Kathodengas der Brennstoffzelleneinheit zugeführt wird. Vorzugsweise wird somit das nur in dem ersten Verdichter verdichtete Kathodengas und das nur in dem zweiten Verdichter verdichtete Kathodenabgas der Einlassöffnung zugeführt.In a supplementary embodiment, during the first operating state of the fuel cell system, the cathode gas compressed to the first pressure in the first compressor is fed to the inlet opening for cathode gas of the fuel cell unit without being passed through the second compressor, and simultaneously during the first operating state, the recirculation of the gas from the outlet opening of the fuel cell unit discharged cathode exhaust gas into the second compressor, such that the recirculated cathode exhaust gas is increased to a second pressure in the second compressor and is supplied to the cathode gas inlet port of the fuel cell unit. The cathode gas compressed only in the first compressor and the cathode exhaust gas compressed only in the second compressor are thus preferably supplied to the inlet opening.

In einer weiteren Variante wird während eines zweiten Betriebszustandes das in dem ersten Verdichter auf den ersten Druck verdichtete Kathodengas, insbesondere ausschließlich, dem zweiten Verdichter zugeführt und vorzugsweise wird keine Rezirkulation des aus der Auslassöffnung der Brennstoffzelleneinheit ausgeleiteten Kathodenabgases in den zweiten Verdichter ausgeführt.In a further variant, during a second operating state, the cathode gas compressed in the first compressor to the first pressure is fed, in particular exclusively, to the second compressor and the cathode exhaust gas discharged from the outlet opening of the fuel cell unit is preferably not recirculated to the second compressor.

Insbesondere wird während des ersten Betriebszustandes das von dem ersten Verdichter auf den ersten Druck verdichtete Kathodengas mit einer ersten Befeuchtungsvorrichtung befeuchtet und vorzugsweise wird anschließend das von der ersten Befeuchtungsvorrichtung befeuchtete und von dem ersten Verdichter auf den ersten Druck verdichtete Kathodengas vor dem Einleiten in die Einlassöffnung und ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter mit einer zweiten Befeuchtungsvorrichtung zusätzlich befeuchtet.In particular, during the first operating state, the cathode gas compressed by the first compressor to the first pressure is humidified with a first humidifying device, and preferably the cathode gas humidified by the first humidifying device and compressed by the first compressor to the first pressure is then humidified before being introduced into the inlet opening and additionally humidified with a second humidifying device without being passed through the second compressor.

In einer zusätzlichen Ausführungsform wird während des ersten Betriebszustandes das von dem zweiten Verdichter auf den zweiten Druck verdichtete Kathodengas mit der zweiten Befeuchtungsvorrichtung befeuchtet und vorzugsweise wird mit der ersten Befeuchtungsvorrichtung keine Befeuchtung des von dem zweiten Verdichter verdichteten und dem zweiten Verdichter zugeführten Kathodengases ausführt.In an additional embodiment, during the first operating state, the cathode gas compressed by the second compressor to the second pressure is humidified with the second humidifying device and the first humidifying device preferably does not humidify the cathode gas compressed by the second compressor and fed to the second compressor.

In einer weiteren Variante wird während des zweiten Betriebszustandes das von dem ersten Verdichter auf den ersten Druck verdichtete Kathodengas mit einer ersten Befeuchtungsvorrichtung befeuchtet, anschließend wird das von der ersten Befeuchtungsvorrichtung befeuchtete Kathodengas durch den zweiten Verdichter geleitet und anschließend wird das in dem zweiten Verdichter auf den zweiten Druck verdichtete Kathodengas in der zweiten Befeuchtungsvorrichtung befeuchtet.In a further variant, during the second operating state, the cathode gas compressed by the first compressor to the first pressure is humidified with a first humidifying device, then the cathode gas humidified by the first humidifying device is passed through the second compressor and then the gas in the second compressor is fed to the second pressure compressed cathode gas humidified in the second humidifier.

Erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennstoffzelleneinheit, wenigstens einen Druckgasspeicher zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff, eine Aufladevorrichtung, wobei die Aufladevorrichtung als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Aufladevorrichtung ausgebildet ist und/oder mit dem Brennstoffzellensystem ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.Fuel cell system according to the invention, in particular for a motor vehicle, comprising a fuel cell unit, at least one compressed gas accumulator for storing gaseous fuel, a charging device, the charging device being designed as a charging device described in this patent application and/or a method described in this patent application being executable with the fuel cell system .

In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird mit dem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Brennstoffzellensystem das in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Verfahren ausgeführt.In an additional embodiment, the method described in this patent application is carried out with the fuel cell system described in this patent application.

In einer ergänzenden Ausführungsform wird der aus der Auslassöffnung der Brennstoffzelleneinheit ausgeleitete Volumenstrom an Kathodenabgas simultan in einen ersten Teilvolumenstrom und einen zweiten Teilvolumenstrom aufgeteilt und der erste Teilvolumenstrom wird in die Umgebung abgeleitet, insbesondere vor der Ableitung in die Umgebung wird der erste Teilvolumenstrom durch eine Turbine geleitet, und der zweite Teilvolumenstrom wird einem zweiten Verdichter zugeführt und vorzugsweise in dem zweiten Verdichter wird der Druck des Kathodenabgases erhöht und vorzugsweise anschließend durch die Einlassöffnung der Brennstoffzelleneinheit zugeführt und vorzugsweise simultan wird Luft aus der Umgebung in einem ersten Verdichter zu Kathodengas verdichtet und vorzugsweise anschließend ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter der Brennstoffzelleneinheit zugeführt und die Aufteilung des ersten Teilvolumenstromes und zweiten Teilvolumenstromes wird in Abhängigkeit von dem Lastzustand des Brennstoffzellensystems gesteuert und/oder geregelt, sodass je größer die von dem Brennstoffzellensystem abgegebene elektrische Leistung ist, desto größer ist der erste Teilvolumenstrom und desto kleiner ist der zweite Teilvolumenstrom und umgekehrt. Vorzugsweise beträgt der erste Teilvolumenstrom zwischen 0% und 100% des aus der Auslassöffnung austretenden Gesamtvolumenstromes des Kathodenabgases und die Summe aus dem ersten und zweiten Teilvolumenstrom beträgt 100%.In a supplementary embodiment, the volume flow of cathode exhaust gas discharged from the outlet opening of the fuel cell unit is divided simultaneously into a first partial volume flow and a second partial volume flow, and the first partial volume flow is discharged into the environment, in particular before being discharged into the environment, the first partial volume flow is passed through a turbine , and the second partial volume flow is fed to a second compressor and preferably in the second compressor the pressure of the cathode exhaust gas is increased and preferably then fed through the inlet opening of the fuel cell unit and preferably simultaneously air from the environment is compressed in a first compressor to cathode gas and preferably then without Fed through the second compressor of the fuel cell unit and the distribution of the first partial volume flow and second partial volume flow is dependent on the load condition of Bren nstoffzellsystems controlled and / or regulated, so that the greater the electrical power output by the fuel cell system, the greater the first partial volume flow and the smaller the second partial volume flow and vice versa. The first partial volume flow is preferably between 0% and 100% of the total volume flow of the cathode exhaust gas emerging from the outlet opening and the sum of the first and second partial volume flow is 100%.

In einer weiteren Variante weist das wenigstens eine Stellorgan in dem ersten Betriebszustand die erste Stellposition auf.In a further variant, the at least one actuating element has the first actuating position in the first operating state.

In einer weiteren Variante weist das wenigstens eine Stellorgan in dem zweiten Betriebszustand die zweite Stellposition auf.In a further variant, the at least one actuating element has the second actuating position in the second operating state.

In einer weiteren Variante ist an der Zwischenverdichter-Kathodengasleitung und/oder Bypass-Kathodengasleitung und/oder Rezirkulations-Kathodenabgasleitung ein Wärmeübertrager ausgebildet zur Übertragung der Wärme des Kathodengases und/oder Kathodenabgases an die Umgebung.In a further variant, a heat exchanger is designed on the intermediate compressor cathode gas line and/or bypass cathode gas line and/or recirculation cathode exhaust gas line for transferring the heat of the cathode gas and/or cathode exhaust gas to the environment.

In einer weiteren Variante ist in Strömungsrichtung des Kathodengases zwischen dem ersten und zweiten Verdichter ein Wärmeübertrager ausgebildet zur Übertragung der Wärme des Kathodengases und/oder Kathodenabgases an die Umgebung.In a further variant, a heat exchanger is designed in the flow direction of the cathode gas between the first and second compressor for transferring the heat of the cathode gas and/or cathode waste gas to the environment.

Vorzugsweise ist in Strömungsrichtung des Kathodengases und/oder Kathodenabgases zwischen einerseits dem ersten Verdichter und/oder zweiten Verdichter und andererseits der Einlassöffnung ein Wärmeübertrager ausgebildet zur Übertragung der Wärme des Kathodengases und/oder Kathodenabgases an die Umgebung.A heat exchanger is preferably configured in the direction of flow of the cathode gas and/or cathode exhaust gas between on the one hand the first compressor and/or second compressor and on the other hand the inlet opening Transmission of the heat of the cathode gas and/or cathode exhaust gas to the environment.

In einer ergänzenden Ausgestaltung wird bei einem hohen Lastzustand, insbesondere maximalen Lastzustand, des Brennstoffzellensystems das gesamte aus der Auslassöffnung abgeleitete Kathodenabgas in die Umgebung abgeleitet, insbesondere vor der Ableitung in die Umgebung durch die Turbine geleitet.In a supplementary embodiment, when the fuel cell system is at high load, in particular at maximum load, all of the cathode exhaust gas discharged from the outlet opening is discharged into the environment, in particular passed through the turbine before discharge into the environment.

In einer weiteren Variante wird in einem niedrigen Lastzustand, insbesondere minimalem Lastzustand, des Brennstoffzellensystems das gesamte aus der Auslassöffnung abgeleitete Kathodenabgas dem zweiten Verdichter zugeführt und anschließend das in dem zweiten Verdichter verdichtete Kathodenabgas der Brennstoffzelleneinheit zugeführt.In a further variant, when the fuel cell system is in a low load state, in particular a minimum load state, all of the cathode exhaust gas discharged from the outlet opening is fed to the second compressor and then the cathode exhaust gas compressed in the second compressor is fed to the fuel cell unit.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der erste Verdichter und/oder der zweite Verdichter von der Turbine und/oder von einem Elektromotor antriebbar. Die von der Turbine zur Verfügung gestellte mechanische Antriebsleistung reicht für den Antrieb des ersten und oder zweiten Verdichters nicht aus, sodass zusätzlich mittels des Elektromotors weitere mechanische Antriebsleistung mit dem Elektromotor zur Verfügung gestellt wird.In an additional embodiment, the first compressor and/or the second compressor can be driven by the turbine and/or by an electric motor. The mechanical drive power made available by the turbine is not sufficient for driving the first and/or second compressor, so that additional mechanical drive power is made available with the electric motor by means of the electric motor.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind ein Laufrad des ersten Verdichters und ein Laufrad des zweiten Verdichters und ein Laufrad der Turbine mit einer gemeinsamen Welle miteinander verbunden. Die von der Turbine zur Verfügung gestellte mechanische Energie kann damit sowohl zum Antrieb des ersten Verdichters und/oder zum Antrieb des zweiten Verdichters genutzt werden.In an additional configuration, an impeller of the first compressor and an impeller of the second compressor and an impeller of the turbine are connected to one another by a common shaft. The mechanical energy made available by the turbine can thus be used both to drive the first compressor and/or to drive the second compressor.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die wenigstens eine Befeuchtungsvorrichtung mit einer Membran ausgebildet, so dass mittels Wasser und/oder Feuchtigkeit an einer Seite der Membran und einer Diffusion des Wassers und/oder der Feuchtigkeit durch die Membran die Feuchtigkeit in dem Kathodengas und/oder dem Kathodenabgas an einer zweiten Seite der Membran vergrößerbar ist.In a further embodiment, the at least one humidification device is designed with a membrane, so that the moisture in the cathode gas and/or the cathode exhaust gas is removed by means of water and/or moisture on one side of the membrane and diffusion of the water and/or moisture through the membrane can be enlarged on a second side of the membrane.

In einer ergänzenden Ausführungsform beträgt in dem ersten Betriebszustand des Brennstoffzellensystems die elektrische Leistung weniger als 30% oder 40% der maximalen elektrischen Leistung des Brennstoffzellensystems.In an additional embodiment, the electrical power is less than 30% or 40% of the maximum electrical power of the fuel cell system in the first operating state of the fuel cell system.

In einer ergänzenden Ausführungsform beträgt in dem zweiten Betriebszustand des Brennstoffzellensystems die elektrische Leistung wenigstens als 60% oder 70% der maximalen elektrischen Leistung des Brennstoffzellensystems.In a supplementary embodiment, in the second operating state of the fuel cell system, the electrical power is at least 60% or 70% of the maximum electrical power of the fuel cell system.

Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.The invention also includes a computer program with program code means, which are stored on a computer-readable data carrier, in order to carry out a method described in this patent application, when the computer program is carried out on a computer or a corresponding computing unit.

Bestandteil der Erfindung ist außerdem ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.The invention also includes a computer program product with program code means that are stored on a computer-readable data carrier in order to carry out a method described in this property right application when the computer program is carried out on a computer or a corresponding processing unit.

In einer ergänzenden Ausführungsform umfasst die Brennstoffzelleneinheit ein Gehäuse und/oder eine Anschlussplatte.In an additional embodiment, the fuel cell unit comprises a housing and/or a connection plate.

In einer weiteren Variante umfasst die Brennstoffzelleneinheit wenigstens eine Verbindungsvorrichtung, insbesondere mehrere Verbindungsvorrichtungen, und Spannelemente.In a further variant, the fuel cell unit comprises at least one connecting device, in particular several connecting devices, and tensioning elements.

In einer weiteren Ausgestaltung umfassen die Brennstoffzellen jeweils eine Protonenaustauschermembran, eine Anode, eine Kathode, wenigstens eine Gasdiffusionsschicht und wenigstens eine Bipolarplatte.In a further configuration, the fuel cells each comprise a proton exchange membrane, an anode, a cathode, at least one gas diffusion layer and at least one bipolar plate.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindungsvorrichtung als ein Bolzen ausgebildet und/oder ist stabförmig.In a further embodiment, the connecting device is designed as a bolt and/or is rod-shaped.

Zweckmäßig sind die Spannelemente als Spannplatten ausgebildet.The clamping elements are expediently designed as clamping plates.

In einer weiteren Variante ist der Verdichter als Gasfördervorrichtung als ein Gebläse und/oder ein Kompressor ausgebildet.In a further variant, the compressor is designed as a gas conveying device as a blower and/or a compressor.

Insbesondere umfasst die Brennstoffzelleneinheit wenigstens 3, 4, 5 oder 6 Verbindungsvorrichtungen.In particular, the fuel cell unit comprises at least 3, 4, 5 or 6 connection devices.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Spannelemente plattenförmig und/oder scheibenförmig und/oder eben ausgebildet und/oder als ein Gitter ausgebildet.In a further embodiment, the tensioning elements are plate-shaped and/or disk-shaped and/or flat and/or designed as a lattice.

Vorzugsweise ist der Brennstoff Wasserstoff, wasserstoffreiches Gas, Reformatgas oder Erdgas.Preferably the fuel is hydrogen, hydrogen rich gas, reformate gas or natural gas.

Zweckmäßig sind die Brennstoffzellen und/oder Komponenten im Wesentlichen eben und/oder scheibenförmig ausgebildet.The fuel cells and/or components are expediently designed to be essentially flat and/or disc-shaped.

In einer ergänzenden Variante ist das Oxidationsmittel Luft mit Sauerstoff oder reiner Sauerstoff.In a supplementary variant, the oxidizing agent is air with oxygen or pure oxygen.

Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit eine PEM-Brennstoffzelleneinheit mit PEM-Brennstoffzellen.The fuel cell unit is preferably a PEM fuel cell unit with PEM fuel cells.

Figurenlistecharacter list

Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

  • 1 eine stark vereinfachte Explosionsdarstellung eines Brennstoffzellensystems mit Komponenten einer Brennstoffzelle,
  • 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Brennstoffzelle,
  • 3 einen Längsschnitt durch eine Brennstoffzelle,
  • 4 eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenstapel ohne Gehäuse,
  • 5 einen Schnitt durch eine Brennstoffzelleneinheit mit Gehäuse,
  • 6 eine stark vereinfachte Darstellung einer Aufladevorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel in einem ersten Betriebszustand,
  • 7 eine stark vereinfachte Darstellung der Aufladevorrichtung gemäß 6 in dem ersten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Betriebszustand,
  • 8 eine stark vereinfachte Darstellung der Aufladevorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem ersten Betriebszustand,
  • 9 eine stark vereinfachte Darstellung der Aufladevorrichtung gemäß 8 in dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Betriebszustand und
  • 10 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeuges.
Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:
  • 1 a greatly simplified exploded view of a fuel cell system with components of a fuel cell,
  • 2 a perspective view of part of a fuel cell,
  • 3 a longitudinal section through a fuel cell,
  • 4 a perspective view of a fuel cell stack without housing,
  • 5 a section through a fuel cell unit with housing,
  • 6 a highly simplified representation of a charging device in a first embodiment in a first operating state,
  • 7 a highly simplified representation of the charging device according to FIG 6 in the first embodiment in a second operating state,
  • 8th a greatly simplified representation of the charging device in a second embodiment in a first operating state,
  • 9 a highly simplified representation of the charging device according to FIG 8th in the second embodiment in a second operating state and
  • 10 a side view of a motor vehicle.

In den 1 bis 3 ist der grundlegende Aufbau einer Brennstoffzelle 2 als einer PEM-Brennstoffzelle 3 (Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle 3) dargestellt. Das Prinzip von Brennstoffzellen 2 besteht darin, dass mittels einer elektrochemischen Reaktion elektrische Energie bzw. elektrischer Strom erzeugt wird. An eine Anode 7 wird Wasserstoff H2 als gasförmiger Brennstoff geleitet und die Anode 7 bildet den Minuspol. An eine Kathode 8 wird ein gasförmiges Oxidationsmittel, nämlich Luft mit Sauerstoff, geleitet, d. h. der Sauerstoff in der Luft stellt das notwendige gasförmige Oxidationsmittel zur Verfügung. An der Kathode 8 findet eine Reduktion (Elektronenaufnahme) statt. Die Oxidation als Elektronenabgabe wird an der Anode 7 ausgeführt.In the 1 until 3 the basic structure of a fuel cell 2 is shown as a PEM fuel cell 3 (polymer electrolyte fuel cell 3). The principle of fuel cells 2 is that electrical energy or electrical current is generated by means of an electrochemical reaction. Hydrogen H 2 is passed as a gaseous fuel to an anode 7 and the anode 7 forms the negative pole. A gaseous oxidizing agent, namely air with oxygen, is fed to a cathode 8, ie the oxygen in the air provides the necessary gaseous oxidizing agent. A reduction (acceptance of electrons) takes place at the cathode 8 . The oxidation as electron release is carried out at the anode 7 .

Die Redoxgleichungen der elektrochemischen Vorgänge lauten:

  • Kathode: O2 + 4 H+ + 4 e- --» 2 H2O
  • Anode: 2 H2 --» 4 H+ + 4 e-
  • Summenreaktionsgleichung von Kathode und Anode: 2 H2 + O2 --» 2H2O
The redox equations of the electrochemical processes are:
  • Cathode: O 2 + 4 H + + 4 e - --» 2 H 2 O
  • Anode: 2 H 2 --» 4 H + + 4 e -
  • Summation reaction equation of cathode and anode: 2H2 + O2 --» 2H2O

Die Differenz der Normalpotentiale der Elektrodenpaare unter Standardbedingungen als reversible Brennstoffzellenspannung oder Leerlaufspannung der unbelasteten Brennstoffzelle 2 beträgt 1,23 V. Diese theoretische Spannung von 1,23 V wird in der Praxis nicht erreicht. Im Ruhezustand und bei kleinen Strömen können Spannungen über 1,0 V erreicht werden und im Betrieb mit größeren Strömen werden Spannungen zwischen 0,5 V und 1,0 V erreicht. Die Reihenschaltung von mehreren Brennstoffzellen 2, insbesondere eine Brennstoffzelleneinheit 1 mit einem Brennstoffzellenstapel 40 von mehreren übereinander angeordneten Brennstoffzellen 2, weist eine höhere Spannung auf, welche der Zahl der Brennstoffzellen 2 multipliziert mit der Einzelspannung je einer Brennstoffzelle 2 entspricht.The difference between the normal potentials of the pairs of electrodes under standard conditions as a reversible fuel cell voltage or no-load voltage of the unloaded fuel cell 2 is 1.23 V. This theoretical voltage of 1.23 V is not reached in practice. In the idle state and with small currents, voltages of over 1.0 V can be reached and when operating with larger currents, voltages between 0.5 V and 1.0 V are reached. The series connection of several fuel cells 2, in particular a fuel cell unit 1 with a fuel cell stack 40 of several fuel cells 2 arranged one above the other, has a higher voltage, which corresponds to the number of fuel cells 2 multiplied by the individual voltage of each fuel cell 2.

Die Brennstoffzelle 2 umfasst außerdem eine Protonenaustauschermembran 5 (Proton Exchange Membrane, PEM), welche zwischen der Anode 7 und der Kathode 8 angeordnet ist. Die Anode 7 und Kathode 8 sind schichtförmig bzw. scheibenförmig ausgebildet. Die PEM 5 fungiert als Elektrolyt, Katalysatorträger und Separator für die Reaktionsgase. Die PEM 5 fungiert außerdem als elektrischer Isolator und verhindert einen elektrischen Kurzschluss zwischen der Anode 7 und Kathode 8. Im Allgemeinen werden 12 µm bis 150 µm dicke, protonenleitende Folien aus perfluorierten und sulfonierten Polymeren eingesetzt. Die PEM 5 leitet die Protonen H+ und sperrt andere Ionen als Protonen H+ im Wesentlichen, so dass aufgrund der Durchlässigkeit der PEM 5 für die Protonen H+ der Ladungstransport erfolgen kann. Die PEM 5 ist für die Reaktionsgase Sauerstoff O2 und Wasserstoff H2 im Wesentlichen undurchlässig, d. h. sperrt die Strömung von Sauerstoff O2 und Wasserstoff H2 zwischen einem Gasraum 31 an der Anode 7 mit Brennstoff Wasserstoff H2 und dem Gasraum 32 an der Kathode 8 mit Luft bzw. Sauerstoff O2 als Oxidationsmittel. Die Protonenleitfähigkeit der PEM 5 vergrößert sich mit steigender Temperatur und steigenden Wassergehalt.The fuel cell 2 also includes a proton exchange membrane 5 (proton exchange membrane, PEM), which is arranged between the anode 7 and the cathode 8 . The anode 7 and cathode 8 are in the form of layers or discs. The PEM 5 acts as an electrolyte, catalyst support and separator for the reaction gases. The PEM 5 also acts as an electrical insulator and prevents an electrical short circuit between the anode 7 and cathode 8. In general, 12 μm to 150 μm thick, proton-conducting foils made from perfluorinated and sulfonated polymers are used. The PEM 5 conducts the H + protons and essentially blocks ions other than H + protons, so that the charge transport can take place due to the permeability of the PEM 5 for the H + protons. The PEM 5 is essentially impermeable to the reaction gases oxygen O 2 and hydrogen H 2 , ie blocks the flow of oxygen O 2 and hydrogen H 2 between a gas space 31 at the anode 7 with fuel hydrogen H 2 and the gas space 32 at the cathode 8 with air or oxygen O 2 as the oxidizing agent. The proton conductivity of the PEM 5 increases with increasing temperature and increasing water content.

Auf den beiden Seiten der PEM 5, jeweils zugewandt zu den Gasräumen 31, 32, liegen die Elektroden 7, 8 als die Anode 7 und Kathode 8 auf. Eine Einheit aus der PEM 5 und Anode 7 sowie Kathode 8 wird als Membranelektrodenanordnung 6 (Membran Electrode Assembly, MEA) bezeichnet. Die Elektroden 7, 8 sind mit der PEM 5 verpresst. Die Elektroden 7, 8 sind platinhaltige Kohlenstoffpartikel, die an PTFE (Polytetrafluorethylen), FEP (Fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer), PFA (Perfluoralkoxy), PVDF (Polyvinylidenfluorid) und/oder PVA (Polyvinylalkohol) gebunden sind und in mikroporösen Kohlefaser-, Glasfaser- oder Kunststoffmatten heißverpresst sind. An den Elektroden 7, 8 sind auf der Seite zu den Gasräumen 31, 32 hin normalerweise jeweils eine Katalysatorschichten 30 aufgebracht (nicht dargestellt). Die Katalysatorschicht 30 an dem Gasraum 31 mit Brennstoff an der Anode 7 umfasst nanodisperses Platin-Ruthenium auf grafitierten Rußpartikeln, die an einem Bindemittel gebunden sind. Die Katalysatorschicht 30 an dem Gasraum 32 mit Oxidationsmittel an der Kathode 8 umfasst analog nanodisperses Platin. Als Bindemittel werden beispielsweise Nation®, eine PTFE-Emulsion oder Polyvinylalkohol eingesetzt.On the two sides of the PEM 5, each facing towards the gas chambers 31, 32, are the Electrodes 7, 8 as the anode 7 and cathode 8 respectively. A unit made up of the PEM 5 and anode 7 and cathode 8 is referred to as a membrane electrode assembly 6 (membrane electrode assembly, MEA). The electrodes 7, 8 are pressed with the PEM 5. The electrodes 7, 8 are platinum-containing carbon particles bonded to PTFE (polytetrafluoroethylene), FEP (fluorinated ethylene-propylene copolymer), PFA (perfluoroalkoxy), PVDF (polyvinylidene fluoride) and/or PVA (polyvinyl alcohol) and embedded in microporous carbon fiber, Glass fiber or plastic mats are hot-pressed. A catalyst layer 30 (not shown) is normally applied to each of the electrodes 7, 8 on the side facing the gas chambers 31, 32. The catalyst layer 30 on the gas space 31 with fuel on the anode 7 comprises nanodisperse platinum-ruthenium on graphitized soot particles which are bound to a binder. The catalyst layer 30 on the gas space 32 with oxidizing agent on the cathode 8 analogously comprises nanodispersed platinum. For example, Nation®, a PTFE emulsion or polyvinyl alcohol are used as binders.

Abweichend hiervon sind die Elektroden 7, 8 aus einem lonomer, beispielsweise Nation®, platinhaltigen Kohlenstoffpartikeln und Zusatzstoffen aufgebaut. Diese Elektroden 7, 8 mit dem lonomer sind aufgrund der Kohlenstoffpartikel elektrisch leitfähig und leiten auch die Protonen H+ und fungieren zusätzlich auch als Katalysatorschicht 30 wegen der platinhaltigen Kohlenstoffpartikel. Membranelektrodenanordnungen 6 mit diesen Elektroden 7, 8 umfassend das lonomer bilden Membranelektrodenanordnungen 6 als CCM (catalyst coated membran).Deviating from this, the electrodes 7, 8 are constructed from an ionomer, for example Nation®, platinum-containing carbon particles and additives. These electrodes 7, 8 with the ionomer are electrically conductive due to the carbon particles and also conduct the protons H + and also function as a catalyst layer 30 due to the platinum-containing carbon particles. Membrane electrode assemblies 6 with these electrodes 7, 8 comprising the ionomer form membrane electrode assemblies 6 as a CCM (catalyst coated membrane).

Auf der Anode 7 und der Kathode 8 liegt eine Gasdiffusionsschicht 9 (Gas Diffusion Layer, GDL) auf. Die Gasdiffusionsschicht 9 an der Anode 7 verteilt den Brennstoff aus Kanälen 12 für Brennstoff gleichmäßig auf die Katalysatorschicht 30 an der Anode 7. Die Gasdiffusionsschicht 9 an der Kathode 8 verteilt das Oxidationsmittel aus Kanälen 13 für Oxidationsmittel gleichmäßig auf die Katalysatorschicht 30 an der Kathode 8. Die GDL 9 zieht außerdem Reaktionswasser in umgekehrter Richtung zur Strömungsrichtung der Reaktionsgase ab, d. h. in einer Richtung je von der Katalysatorschicht 30 zu den Kanälen 12, 13. Ferner hält die GDL 9 die PEM 5 feucht und leitet den Strom. Die GDL 9 ist beispielsweise aus einem hydrophobierten Kohlepapier und einer gebundenen Kohlepulverschicht aufgebaut.On the anode 7 and the cathode 8 there is a gas diffusion layer 9 (gas diffusion layer, GDL). The gas diffusion layer 9 on the anode 7 distributes the fuel from fuel channels 12 evenly onto the catalyst layer 30 on the anode 7. The gas diffusion layer 9 on the cathode 8 distributes the oxidant from oxidant channels 13 evenly onto the catalyst layer 30 on the cathode 8. The GDL 9 also withdraws reaction water in the reverse direction to the direction of flow of the reaction gases, i. H. in one direction each from the catalyst layer 30 to the channels 12, 13. Furthermore, the GDL 9 keeps the PEM 5 wet and conducts the current. The GDL 9, for example, is made up of hydrophobic carbon paper and a bonded layer of carbon powder.

Auf der GDL 9 liegt eine Bipolarplatte 10 auf. Die elektrisch leitfähige Bipolarplatte 10 dient als Stromkollektor, zur Wasserableitung und zur Leitung der Reaktionsgase durch eine Kanalstruktur 29 und/oder ein Flussfeld 29 und zur Ableitung der Abwärme, welche insbesondere bei der exothermischen elektrochemischen Reaktion an der Kathode 8 auftritt. Zum Ableiten der Abwärme sind in die Bipolarplatte 10 Kanäle 14 zur Durchleitung eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels eingearbeitet. Die Kanalstruktur 29 an dem Gasraum 31 für Brennstoff ist von Kanälen 12 gebildet. Die Kanalstruktur 29 an dem Gasraum 32 für Oxidationsmittel ist von Kanälen 13 gebildet. Als Material für die Bipolarplatten 10 werden beispielsweise Metall, leitfähige Kunststoffe und Kompositwerkstoffe oder Grafit eingesetzt. Die Bipolarplatte 10 umfasst somit die drei Kanalstrukturen 29, gebildet von den Kanälen 12, 13 und 14, zur getrennten Durchleitung von Brennstoff, Oxidationsmittel und Kühlmittel. In einer Brennstoffzelleneinheit 1 mit Brennstoffzellenstapel 40 und/oder einem Brennstoffzellenstack 40 sind mehrere Brennstoffzellen 2 fluchtend gestapelt angeordnet (4). Die Brennstoffzellen 2 und die Komponenten 5, 6, 7, 8, 9, 10 der Brennstoffzellen 2 sind schichtförmig und/oder scheibenförmig ausgebildet und spannen fiktive Ebenen 37 (3) auf. Die Komponenten 5, 6, 7, 8, 9, 10 der Brennstoffzellen 2 sind Protonenaustauschermembranen 5, Anoden 7, Kathoden 8, Gasdiffusionsschichten 9 und Bipolarplatten 10.A bipolar plate 10 rests on the GDL 9 . The electrically conductive bipolar plate 10 serves as a current collector, for water drainage and for conducting the reaction gases through a channel structure 29 and/or a flow field 29 and for dissipating the waste heat, which occurs in particular during the exothermic electrochemical reaction at the cathode 8 . Channels 14 for the passage of a liquid or gaseous coolant are incorporated into the bipolar plate 10 in order to dissipate the waste heat. The channel structure 29 in the gas space 31 for fuel is formed by channels 12 . The channel structure 29 in the gas space 32 for the oxidizing agent is formed by channels 13 . Metal, conductive plastics and composite materials or graphite, for example, are used as the material for the bipolar plates 10 . The bipolar plate 10 thus comprises the three channel structures 29 formed by the channels 12, 13 and 14 for the separate passage of fuel, oxidizing agent and coolant. In a fuel cell unit 1 with a fuel cell stack 40 and/or a fuel cell stack 40, a plurality of fuel cells 2 are arranged stacked in alignment ( 4 ). The fuel cells 2 and the components 5, 6, 7, 8, 9, 10 of the fuel cells 2 are in the form of layers and/or discs and span imaginary planes 37 ( 3 ) on. The components 5, 6, 7, 8, 9, 10 of the fuel cells 2 are proton exchange membranes 5, anodes 7, cathodes 8, gas diffusion layers 9 and bipolar plates 10.

In 1 ist eine Explosionsdarstellung von zwei gestapelt angeordneten Brennstoffzellen 2 abgebildet. Eine Dichtung 11 dichtet die Gasräume 31, 32 fluiddicht ab. In einem Druckgasspeicher 21 (1) ist Wasserstoff H2 als Brennstoff mit einem Druck von beispielsweise 350 bar bis 800 bar gespeichert. Aus dem Druckgasspeicher 21 wird der Brennstoff durch eine Hochdruckleitung 18 zu einem Druckminderer 20 geleitet zur Reduzierung des Druckes des Brennstoffes in einer Mitteldruckleitung 17 von ungefähr 10 bar bis 20 bar. Aus der Mitteldruckleitung 17 wird der Brennstoff zu einem Injektor 19 geleitet. An dem Injektor 19 wird der Druck des Brennstoffes auf einen Einblasdruck zwischen 1 bar und 3 bar reduziert. Von dem Injektor 19 wird der Brennstoff einer Zufuhrleitung 16 für Brennstoff (1) zugeführt und von der Zufuhrleitung 16 den Kanälen 12 für Brennstoff, welche die Kanalstruktur 29 für Brennstoff bilden. Der Brennstoff durchströmt dadurch den Gasraum 31 für den Brennstoff. Der Gasraum 31 für den Brennstoff ist von den Kanälen 12 und der GDL 9 an der Anode 7 gebildet. Nach dem Durchströmen der Kanäle 12 wird der nicht in der Redoxreaktion an der Anode 7 verbrauchte Brennstoff und gegebenenfalls Wasser aus einer kontrollieren Befeuchtung der Anode 7 durch eine Abfuhrleitung 15 aus den Brennstoffzellen 2 abgeleitet.In 1 an exploded view of two stacked fuel cells 2 is shown. A seal 11 seals the gas chambers 31, 32 in a fluid-tight manner. In a compressed gas accumulator 21 ( 1 ) hydrogen H 2 is stored as a fuel at a pressure of, for example, 350 bar to 800 bar. From the compressed gas reservoir 21, the fuel is passed through a high-pressure line 18 to a pressure reducer 20 to reduce the pressure of the fuel in a medium-pressure line 17 from approximately 10 bar to 20 bar. The fuel is routed to an injector 19 from the medium-pressure line 17 . At the injector 19, the pressure of the fuel is reduced to an injection pressure of between 1 bar and 3 bar. From the injector 19, the fuel is supplied to a supply line 16 for fuel ( 1 ) and from the supply line 16 to the channels 12 for fuel, which form the channel structure 29 for fuel. As a result, the fuel flows through the gas space 31 for the fuel. The gas space 31 for the fuel is formed by the channels 12 and the GDL 9 on the anode 7 . After flowing through the channels 12 , the fuel not consumed in the redox reaction at the anode 7 and any water from controlled humidification of the anode 7 are discharged from the fuel cells 2 through a discharge line 15 .

Eine Aufladevorrichtung 50 (6 bis 9) fördert Luft aus der Umgebung als Oxidationsmittel in eine Einlassöffnung 45 einer Zufuhrleitung 25 für Oxidationsmittel. Aus der Zufuhrleitung 25 wird die Luft den Kanälen 13 für Oxidationsmittel, welche eine Kanalstruktur 29 an den Bipolarplatten 10 für Oxidationsmittel bilden, zugeführt, so dass das Oxidationsmittel den Gasraum 32 für das Oxidationsmittel durchströmt. Der Gasraum 32 für das Oxidationsmittel ist von den Kanälen 13 und der GDL 9 an der Kathode 8 gebildet. Nach dem Durchströmen der Kanäle 13 bzw. des Gasraumes 32 für das Oxidationsmittel 32 wird das nicht an der Kathode 8 verbrauchte Oxidationsmittel und das an der Kathode 8 aufgrund der elektrochemischen Redoxreaktion entstehenden Reaktionswasser durch eine Abfuhrleitung 26 aus der Brennstoffzelleneinheit 1 abgeleitet. Eine Zufuhrleitung 27 dient zur Zuführung von Kühlmittel in die Kanäle 14 für Kühlmittel und eine Abfuhrleitung 28 dient zur Ableitung des durch die Kanäle 14 geleiteten Kühlmittels. Die Zu- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28 sind in 1 aus Vereinfachungsgründen als gesonderte Leitungen dargestellt und sind konstruktiv tatsächlich am Endbereich in der Nähe der Kanäle 12, 13, 14 als fluchtende Fluidöffnungen (nicht dargestellt) am Endbereich der aufeinander liegenden Membranelektrodenanordnungen 6 ausgebildet. Analog sind auch an plattenförmigen Verlängerungen (nicht dargestellt) der Bipolarplatten 10 Fluidöffnungen (nicht dargestellt) ausgebildet und die Fluidöffnungen in den plattenförmigen Verlängerungen der Bipolarplatten 10 fluchten mit den Fluidöffnungen (nicht dargestellt) an den Membranelektrodenanordnungen 6 zur teilweisen Ausbildung der Zu- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28. Die Brennstoffzelleneinheit 1 zusammen mit dem Druckgasspeicher 21 und der Aufladevorrichtung 50 bildet ein Brennstoffzellensystem 4.A charger 50 ( 6 until 9 ) conveys air from the environment as oxidant into an inlet opening 45 of an oxidant supply line 25 . From the supply line 25, the air is the channels 13 for oxidizing agents, which form a channel structure 29 on the bipolar plates 10 for oxidizing agents, supplied so that the Oxi dationmittel flows through the gas space 32 for the oxidizing agent. The gas space 32 for the oxidizing agent is formed by the channels 13 and the GDL 9 on the cathode 8 . After the oxidizing agent 32 has flowed through the channels 13 or the gas space 32, the oxidizing agent not consumed at the cathode 8 and the water of reaction formed at the cathode 8 due to the electrochemical redox reaction are discharged from the fuel cell unit 1 through a discharge line 26. A supply line 27 is used to supply coolant into the channels 14 for coolant and a discharge line 28 is used to discharge the coolant conducted through the channels 14 . The supply and discharge lines 15, 16, 25, 26, 27, 28 are in 1 shown as separate lines for reasons of simplification and are actually constructed as aligned fluid openings (not shown) at the end area in the vicinity of the channels 12, 13, 14 at the end area of the membrane electrode arrangements 6 lying one on top of the other. Similarly, fluid openings (not shown) are also formed on plate-shaped extensions (not shown) of the bipolar plates 10 and the fluid openings in the plate-shaped extensions of the bipolar plates 10 are aligned with the fluid openings (not shown) on the membrane electrode arrangements 6 for the partial formation of the supply and discharge lines 15 , 16, 25, 26, 27, 28. The fuel cell unit 1 together with the compressed gas reservoir 21 and the charging device 50 forms a fuel cell system 4.

In der Brennstoffzelleneinheit 1 sind die Brennstoffzellen 2 zwischen zwei Spannelementen 33 als Spannplatten 34 angeordnet. Eine obere Spannplatte 35 liegt auf der obersten Brennstoffzelle 2 auf und eine untere Spannplatte 36 liegt auf der untersten Brennstoffzelle 2 auf. Die Brennstoffzelleneinheit 1 umfasst ungefähr 200 bis 400 Brennstoffzellen 2, die aus zeichnerischen Gründen nicht alle in 4 bis 5 dargestellt sind. Die Spannelemente 33 bringen auf die Brennstoffzellen 2 eine Druckkraft auf, d. h. die obere Spannplatte 35 liegt mit einer Druckkraft auf der obersten Brennstoffzelle 2 auf und die untere Spannplatte 36 liegt mit einer Druckkraft auf der untersten Brennstoffzelle 2 auf. Damit ist der Brennstoffzellenstapel 40 verspannt, um die Dichtheit für den Brennstoff, das Oxidationsmittel und das Kühlmittel, insbesondere aufgrund der elastischen Dichtung 11, zu gewährleisten und außerdem den elektrischen Kontaktwiderstand innerhalb des Brennstoffzellenstapels 40 möglichst klein zu halten. Zur Verspannung der Brennstoffzellen 2 mit den Spannelementen 33 sind an der Brennstoffzelleneinheit 1 vier Verbindungsvorrichtungen 38 als Bolzen 39 ausgebildet, welche auf Zug beansprucht sind. Die vier Bolzen 39 sind mit den Spannplatten 34 fest verbunden.The fuel cells 2 are arranged as clamping plates 34 between two clamping elements 33 in the fuel cell unit 1 . An upper clamping plate 35 lies on top fuel cell 2 and a lower clamping plate 36 lies on bottom fuel cell 2 . The fuel cell unit 1 comprises approximately 200 to 400 fuel cells 2, not all of which are shown in 4 until 5 are shown. The clamping elements 33 apply a compressive force to the fuel cells 2, ie the upper clamping plate 35 rests on the uppermost fuel cell 2 with a compressive force and the lower clamping plate 36 rests on the lowermost fuel cell 2 with a compressive force. The fuel cell stack 40 is thus braced in order to ensure tightness for the fuel, the oxidizing agent and the coolant, in particular due to the elastic seal 11, and also to keep the electrical contact resistance within the fuel cell stack 40 as small as possible. To brace the fuel cells 2 with the tensioning elements 33, four connecting devices 38 are designed as bolts 39 on the fuel cell unit 1, which are subjected to tensile stress. The four bolts 39 are firmly connected to the clamping plates 34 .

Der Brennstoffzellenstapel 40 ist in einem Gehäuse 42 (5) angeordnet. Das Gehäuse 42 weist eine Innenseite 43 und eine Außenseite 44 auf. Zwischen dem Brennstoffzellenstapel 40 und dem Gehäuse 42 ist ein Zwischenraum 41 ausgebildet. Das Gehäuse 42 ist außerdem von einer Anschlussplatte 47 aus Metall, insbesondere Stahl, gebildet. Das übrige Gehäuse 42 ohne der Anschlussplatte 47 ist mit Fixierungselementen 48 als Schrauben 49 an der Anschlussplatte 47 befestigt. In der Anschlussplatte 47 sowie in der unteren Spannplatte 36 ist eine Einlassöffnung 45 zum Einleiten von Oxidationsmittel in die Kanäle 12 für Brennstoff ausgebildet. Außerdem ist in der Anschlussplatte 47 sowie in der unteren Spannplatte 36 eine Auslassöffnung 46 zum Ausleiten von Oxidationsmittel aus den Kanälen 12 für Brennstoff ausgebildet. In der Anschlussplatte 47 und der unteren Spannplatte 36 als dem Spannelement 33 sind weitere, nicht dargestellte Öffnungen ausgebildet zum Einleiten von Brennstoff, zum Ausleiten von Brennstoff, zum Einleiten von Kühlmittel und zum Ausleiten von Kühlmittel. Damit sind in der Anschlussplatte 47 und der unteren Spannplatte 36 insgesamt 6 Öffnungen ausgebildet (nicht dargestellt).The fuel cell stack 40 is housed in a housing 42 ( 5 ) arranged. The housing 42 has an inside 43 and an outside 44 . An intermediate space 41 is formed between the fuel cell stack 40 and the housing 42 . The housing 42 is also formed by a connection plate 47 made of metal, in particular steel. The remainder of the housing 42 without the connection plate 47 is fastened to the connection plate 47 with fixing elements 48 in the form of screws 49 . An inlet opening 45 for introducing oxidizing agent into the channels 12 for fuel is formed in the connecting plate 47 and in the lower clamping plate 36 . In addition, an outlet opening 46 for discharging oxidizing agent from the channels 12 for fuel is formed in the connecting plate 47 and in the lower clamping plate 36 . In the connection plate 47 and the lower clamping plate 36 as the clamping element 33, further openings (not shown) are formed for introducing fuel, for discharging fuel, for introducing coolant and for discharging coolant. A total of 6 openings (not shown) are thus formed in the connection plate 47 and the lower clamping plate 36 .

In 6 und 7 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Aufladevorrichtung 50 dargestellt. In 6 ist die Aufladevorrichtung 50 in einem ersten Betriebszustand mit einer kleinen Leistungsanforderungen bei der Brennstoffzelleneinheit 1 als Niedriglast dargestellt. In 7 ist die Aufladevorrichtung 50 in einem zweiten Betriebszustand mit einer großen Leistungsanforderungen bei der Brennstoffzelleneinheit 1 als Hochlast dargestellt. Die Aufladevorrichtung 50 umfasst 2 Verdichter 22, nämlich einen ersten Verdichter 23 und einen zweiten Verdichter 24. Eine erste Befeuchtungsvorrichtung 52 umfasst eine erste Befeuchtungskammer 53 und vorzugsweise einen ersten Wärmeübertrager 54 zur Abgabe von Wärme von verdichteten Oxidationsmittel als Kathodengas an die Umgebung und ein erstes Dosierventil 55 zur Zugabe von Wasser in das Kathodengas. Eine zweite Befeuchtungsvorrichtung 56 umfasst eine zweite Befeuchtungskammer 57 und vorzugsweise einen zweiten Wärmeübertrager 58 zur Abgabe von Wärme von verdichteten Oxidationsmittel als Kathodengas an die Umgebung und ein zweites Dosierventil 59 zur Zugabe von Wasser in das Kathodengas. Der erste Wärmeübertrager 54 und der zweite Wärmeübertrager 58, welche optional an den Befeuchtungsvorrichtungen 52, 56 ausgebildet sind, können auch als gesonderte Bauteile in Ergänzung und unabhängig von den Befeuchtungskammern 53, 57 ausgebildet sein. Die Aufladevorrichtung 50 kann somit auch wenigstens einen Wärmeübertrager 54, 58 aufweisen auch ohne wenigstens einer Befeuchtungsvorrichtung 52, 56. In einem Wasserspeicher 60 als einem Wasserbehälter 60 ist Wasser zur Befeuchtung des Kathodengases gespeichert. Eine Wasserpumpe 61 fördert durch Wasserleitungen 62 das in dem Wasserspeicher 60 gespeicherte Wasser zu den Befeuchtungsvorrichtungen 52, 56. In der Brennstoffzelleneinheit 1 und/oder in der Zufuhrleitung 25 ist die Einlassöffnung 45 ausgebildet zum Einleiten des Kathodengases als Oxidationsmittel der Umgebungsluft in die Brennstoffzelleneinheit 1. Nach dem Durchleiten des Kathodengases durch die Brennstoffzelleneinheit 1, d. h. dem Gasraum 32 für das Oxidationsmittel und das Kathodengas, wird das verbrauchte Oxidationsmittel als Kathodenabgas durch die Auslassöffnung 46 in der Brennstoffzelleneinheit 1 und/oder in der Abfuhrleitung 26 aus der Brennstoffzelleneinheit 1 ausgeleitet. Das aus der Brennstoffzelleneinheit 1 ausgeleitete Kathodenabgas wird vor dem Ausleiten in die Umgebung durch eine Turbine 51 geleitet. Das Kathodenabgas treibt damit die Turbine 51 an und die aus der Entspannung des Kathodenabgases in der Turbine 51 erzeugte mechanische Energie wird mit einer Antriebswelle (nicht dargestellt) zum Antrieb des ersten und zweiten Verdichters 23, 24 genutzt. Dabei ist die von der Turbine 51 zur Verfügung gestellte mechanische Energie nicht ausreichend zum Antrieb der beiden Verdichter 23, 24, sodass mit einem weiteren, nicht dargestellten Elektromotor die 2 Verdichter 23, 24 angetrieben werden.In 6 and 7 A first embodiment of the charging device 50 is shown. In 6 the charging device 50 is shown in a first operating state with a low power requirement for the fuel cell unit 1 as a low load. In 7 the charging device 50 is shown in a second operating state with high power requirements for the fuel cell unit 1 as a high load. The charging device 50 comprises 2 compressors 22, namely a first compressor 23 and a second compressor 24. A first humidification device 52 comprises a first humidification chamber 53 and preferably a first heat exchanger 54 for releasing heat from compressed oxidant as cathode gas to the environment and a first metering valve 55 to add water to the cathode gas. A second humidification device 56 comprises a second humidification chamber 57 and preferably a second heat exchanger 58 for releasing heat from compressed oxidant as cathode gas to the environment and a second metering valve 59 for adding water to the cathode gas. The first heat exchanger 54 and the second heat exchanger 58, which are optionally formed on the humidifying devices 52, 56, can also be formed as separate components in addition to and independently of the humidifying chambers 53, 57. The charging device 50 can thus also have at least one heat exchanger 54, 58, even without at least one humidifying device 52, 56. In a water reservoir 60 as a water container 60 there is water for humidifying the cathode gases stored. A water pump 61 conveys the water stored in the water reservoir 60 to the humidifiers 52, 56 through water lines 62. In the fuel cell unit 1 and/or in the supply line 25, the inlet opening 45 is designed for introducing the cathode gas as an oxidizing agent in the ambient air into the fuel cell unit 1. After the cathode gas has passed through the fuel cell unit 1, i.e. the gas space 32 for the oxidizing agent and the cathode gas, the used oxidizing agent is discharged as cathode waste gas through the outlet opening 46 in the fuel cell unit 1 and/or in the discharge line 26 from the fuel cell unit 1. The cathode off-gas discharged from the fuel cell unit 1 is passed through a turbine 51 before being discharged into the atmosphere. The cathode exhaust gas thus drives the turbine 51 and the mechanical energy generated from the expansion of the cathode exhaust gas in the turbine 51 is used with a drive shaft (not shown) to drive the first and second compressors 23, 24. The mechanical energy made available by the turbine 51 is not sufficient to drive the two compressors 23, 24, so that the two compressors 23, 24 are driven by a further electric motor, not shown.

In dem in 6 dargestellten ersten Betriebszustand als der Niedriglast des Brennstoffzellensystems 4 wird mit dem ersten Verdichter 23 Luft aus der Umgebung angesaugt und auf einen Druck von ungefähr 1,5 bar erhöht und anschließend durch die Erstverdichter-Kathodengasleitung 63 in die erste Befeuchtungsvorrichtung 52 geleitet. In der ersten Befeuchtungsvorrichtung 52 wird das von dem ersten Verdichter 23 verdichtete Kathodengas als die Umgebungsluft befeuchtet, indem Wasser aus dem Wasserspeicher 60 durch das erste Dosierventil 55 in die erste Befeuchtungskammer 53 eingeleitet wird. Die erste Befeuchtungskammer 53 dient zur Durchleitung des durch die Erstverdichter-Kathodengasleitung 63 eingeleiteten Kathodengases und zur Weiterleitung von der ersten Befeuchtungsvorrichtung 52 in eine Bypass-Kathodengasleitung 67. Die erste Befeuchtungsvorrichtung 52, welche optional auch abgeschaltet werden kann, dient nicht nur zur Befeuchtung des von dem ersten Verdichter 23 verdichteten Kathodengases, sondern auch zur Kühlung der in dem ersten Verdichter 23 verdichteten Luft einerseits aufgrund der bei der Verdampfung des eingespritzten Wassers in die erste Befeuchtungskammer 53 notwendigen Verdampfungswärme und andererseits auch aufgrund der Funktion als dem ersten Wärmeübertrager 54 zur Übertragung von Wärme des verdichteten Kathodengases an die Umgebung. In die Bypass-Kathodengasleitung 67 mündet an einem Stellorgan 71 als einem ersten Stellorgan 72 eine Zwischenverdichter-Kathodengasleitung 64. In dem ersten Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 4 gemäß 6 ist das erste Stellorgan 72 derart geschalten, dass das aus der ersten Befeuchtungsvorrichtung 52 ausströmende Kathodengas ausschließlich durch die Bypass-Kathodengasleitung 67 in die zweite Befeuchtungsvorrichtung 56 eingeleitet wird und nicht in die Zwischenverdichter-Kathodengasleitung 64. Das durch die Bypass-Kathodengasleitung 67 geleitete Kathodengas wird anschließend in der zweiten Befeuchtungskammer 57 analog zu der ersten Befeuchtungskammer 52 befeuchtet und gekühlt. Anschließend wird dieses Kathodengas von der zweiten Befeuchtungsvorrichtung 56 durch die Einlass-Kathodengasleitung 69 in die Einlassöffnung 45 und damit in die Brennstoffzelleneinheit 1 eingeleitet.in the in 6 In the first operating state shown as the low load of the fuel cell system 4, air is sucked in from the environment with the first compressor 23 and increased to a pressure of approximately 1.5 bar and then passed through the first compressor cathode gas line 63 into the first humidification device 52. In the first humidifying device 52 , the cathode gas compressed by the first compressor 23 is humidified as the ambient air by introducing water from the water reservoir 60 into the first humidifying chamber 53 through the first metering valve 55 . The first humidification chamber 53 serves to conduct the cathode gas introduced through the first compressor cathode gas line 63 and to convey it from the first humidification device 52 into a bypass cathode gas line 67. The first humidification device 52, which can optionally also be switched off, is not only used to humidify the cathode gas compressed in the first compressor 23, but also for cooling the air compressed in the first compressor 23, on the one hand due to the evaporation heat required for the evaporation of the water injected into the first humidification chamber 53, and on the other hand also due to the function as the first heat exchanger 54 for transferring heat of the compressed cathode gas to the environment. An intermediate compressor cathode gas line 64 opens into the bypass cathode gas line 67 at an actuator 71 as a first actuator 72. In the first operating state of the fuel cell system 4 according to FIG 6 the first actuator 72 is switched in such a way that the cathode gas flowing out of the first humidifier 52 is introduced exclusively through the bypass cathode gas line 67 into the second humidifier 56 and not into the intermediate compressor cathode gas line 64. The cathode gas conducted through the bypass cathode gas line 67 is then humidified and cooled in the second humidification chamber 57 analogously to the first humidification chamber 52 . This cathode gas is then introduced from the second humidification device 56 through the inlet cathode gas line 69 into the inlet opening 45 and thus into the fuel cell unit 1 .

Eine Auslass-Kathodenabgasleitung 70 verbindet die Auslassöffnung 46 der Brennstoffzelleneinheit 1 mit einem Verteilungsstellorgan 74. Das aus der Auslassöffnung 46 ausgeleitete Kathodenabgas wird ausschließlich in das Verteilungsstellorgan 74 eingeleitet und anschließend durch die Turbinen-Kathodenabgasleitung 68 zu der Turbine 51 geleitet und/oder durch eine Rezirkulations-Kathodenabgasleitung 66 in den zweiten Verdichter 24 eingeleitet. Die Rezirkulations-Kathodenabgasleitung 66 ist durch die Zwischenverdichter-Kathodengasleitung 64 mit der Bypass-Kathodengasleitung 67 je nach Stellposition wenigstens eines Stellorganes 71 verbunden.An outlet cathode exhaust gas line 70 connects the outlet opening 46 of the fuel cell unit 1 with a distribution actuator 74. The discharged cathode exhaust gas from the outlet opening 46 is exclusively introduced into the distribution actuator 74 and then passed through the turbine cathode exhaust line 68 to the turbine 51 and/or through a recirculation - Cathode exhaust line 66 introduced into the second compressor 24. The recirculation cathode exhaust gas line 66 is connected through the intermediate compressor cathode gas line 64 to the bypass cathode gas line 67 depending on the setting position of at least one control element 71 .

In dem ersten Betriebszustand gemäß 6 ist das Stellorgan 71 als ein zweites Stellorgan 73 in einer erstes Stellposition dahingehend geschalten, dass kein durch die Rezirkulations-Kathodenabgasleitung 66 geleitetes Kathodenabgas in die Zwischenverdichter-Kathodengasleitung 64 eingeleitet wird. Das gesamte, durch die Rezirkulations-Kathodenabgasleitung 66 geleitete Kathodengas wird somit in den zweiten Verdichter 24 eingeleitet und dort auf ungefähr 1,5 bar verdichtet. Mittels des Verteilungsstellorgan 74 ist steuerbar und oder regelbar, welcher Anteil des aus der Auslassöffnung 46 ausgeleiteten Kathodengases durch die Turbinen-Kathodenabgasleitung 68 der Turbine 51 zugeführt wird und/oder durch die Rezirkulations-Kathodenabgasleitung 66 der zweiten Turbine 24 zugeführt wird. Je niedriger und kleiner die von der Brennstoffzelleneinheit 1 zur Verfügung gestellte elektrische Leistung ist, desto größer ist der Anteil des durch die Rezirkulations-Kathodenabgasleitung 66 in den zweiten Verdichter 24 eingeleiteten Kathodenabgases und desto kleiner ist der Anteil des durch die Turbinen-Kathodenabgasleitung 68 in die Turbine 51 eingeleiteten Kathodenabgases und umgekehrt. Die für den zweiten Verdichter 24 notwendige mechanische Antriebsleistung ist klein, weil das Kathodenabgas nur um denjenigen Druck in dem zweiten Verdichter 24 erhöht werden muss, welcher dem Druckunterschied zwischen der Einlassöffnung 45 und der Auslassöffnung 46 entspricht, d. h. dem Druckverlust in der Brennstoffzelleneinheit 1. Nach dem Ausleiten des in dem zweiten Verdichter 24 verdichteten Kathodenabgases wird dieses durch die Zweitverdichter-Kathodengasleitung 65 der zweiten Befeuchtungsvorrichtung 56 zugeführt. In der zweiten Befeuchtungsvorrichtung 56 wird das von dem zweiten Verdichter 24 verdichtete Kathodenabgas befeuchtet und gekühlt analog wie das durch die Bypass-Kathodengasleitung 67 eingeleitete Kathodengas. Anschließend wird das durch die Bypass-Kathodengasleitung 67 und das durch die Zweitverdichter-Kathodengasleitung 65 in die zweite Befeuchtungsvorrichtung 56 eingeleitete Kathodengas und Kathodenabgas durch die Einlass-Kathodengasleitung 69 in die Brennstoffzelleneinheit 1 eingeleitet. Die oben beschriebenen Vorgänge einerseits des Einleitens von in dem ersten Verdichter 23 verdichteten Kathodengases und andererseits des Einleitens von in dem zweiten Verdichter 24 verdichteten Kathodenabgases in die zweite Befeuchtungsvorrichtung 56 werden simultan ausgeführt. Bei einer sehr niedrigen von der Brennstoffzelleneinheit 1 angeforderten elektrischen Leistung kann das gesamte oder nahezu gesamte durch die Auslassöffnung 46 ausgeleitete Kathodenabgas in dem zweiten Verdichter 24 verdichtet werden und kein oder im Wesentlichen kein Kathodenabgas durch die Turbinen-Kathodenabgasleitung 68 indirekt durch die Turbine 51 in die Umgebung abgeleitet werden.In the first operating state according to 6 the actuator 71 is switched as a second actuator 73 in a first setting position such that no cathode exhaust gas conducted through the recirculation cathode exhaust gas line 66 is introduced into the intermediate compressor cathode gas line 64 . All of the cathode gas routed through the recirculation cathode exhaust gas line 66 is thus introduced into the second compressor 24 and compressed there to approximately 1.5 bar. The distribution control element 74 can be used to control and/or regulate which proportion of the cathode gas discharged from the outlet opening 46 is supplied to the turbine 51 through the turbine cathode exhaust gas line 68 and/or is supplied to the second turbine 24 through the recirculation cathode exhaust gas line 66. The lower and smaller the electrical power provided by the fuel cell unit 1, the greater the proportion of the cathode exhaust gas introduced into the second compressor 24 through the recirculation cathode exhaust gas line 66 and the smaller the proportion of the cathode exhaust gas introduced through the turbine cathode exhaust gas line 68 into the Turbine 51 introduced cathode exhaust and vice versa. The mechanical drive power required for the second compressor 24 is small because the cathode exhaust gas only has to be increased by that pressure in the second compressor 24 which is below the pressure difference between the inlet opening 45 and the outlet opening 46 corresponds, ie the pressure loss in the fuel cell unit 1. After discharging the compressed cathode exhaust gas in the second compressor 24, it is fed through the second compressor cathode gas line 65 to the second humidifying device 56. In the second humidification device 56 , the cathode exhaust gas compressed by the second compressor 24 is humidified and cooled in the same way as the cathode gas introduced through the bypass cathode gas line 67 . Subsequently, the cathode gas and cathode off-gas introduced into the second humidifier 56 through the bypass cathode gas line 67 and the secondary compressor cathode gas line 65 are introduced into the fuel cell unit 1 through the inlet cathode gas line 69 . The processes described above of introducing cathode gas compressed in the first compressor 23 on the one hand and introducing cathode off-gas compressed in the second compressor 24 into the second humidifying device 56 on the other hand are carried out simultaneously. When the electrical power required by the fuel cell unit 1 is very low, all or almost all of the cathode exhaust gas discharged through the outlet opening 46 can be compressed in the second compressor 24 and no or essentially no cathode exhaust gas through the turbine cathode exhaust line 68 indirectly through the turbine 51 into the environment are derived.

In 7 ist das erste Ausführungsbeispiel der Aufladevorrichtung 50 mit der Brennstoffzelleneinheit 1 in einem zweiten Betriebszustand mit einer hohen von der Brennstoffzelleneinheit 1 abzugebenden elektrischen Leistung dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Betriebszustand beschrieben. Das erste und zweite Stellorgan 72, 73 in einer zweiten Stellposition sind dahingehend geschalten, dass, insbesondere ausschließlich, dass in der ersten Befeuchtungsvorrichtung 52 befeuchtete und vorzugsweise gekühlte Kathodengas durch die Zwischenverdichter-Kathodengasleitung 64 in den zweiten Verdichter 24 eingeleitet wird. Aufgrund der Schaltung des zweiten Stellorganes 73 und des Verteilungsstellorgan 74 wird das gesamte aus der Auslassöffnung 46 ausgeleitete Kathodenabgas durch die Turbinen-Kathodenabgasleitung 68 der Turbine 51 und der Umgebung zugeführt. Das in dem ersten Verdichter 23 auf ungefähr 3 bar verdichtete Kathodengas wird anschließend zu dem in Serie geschalteten zweiten Verdichter 24 geleitet und dort um weitere 2 bar auf einem Druck von ungefähr 5 bar erhöht. Die erste Befeuchtungsvorrichtung 52 fungiert somit in diesem zweiten Betriebszustand als Intercooler, d. h. das in dem ersten Verdichter 23 verdichtete und erwärmte Kathodengas wird vor der Zuführung in den zweiten Verdichter 24 befeuchtet und gekühlt. In der zweiten Befeuchtungsvorrichtung 56 wird das in dem zweiten Verdichter 24 verdichtete und erwärmte Abgas vor der Zuführung in die Brennstoffzelleneinheit 1 befeuchtet und gekühlt.In 7 the first exemplary embodiment of the charging device 50 is shown with the fuel cell unit 1 in a second operating state with a high level of electrical power to be delivered by the fuel cell unit 1 . In the following, essentially only the differences from the first operating state are described. The first and second actuator 72, 73 in a second position are switched such that, in particular exclusively, cathode gas humidified and preferably cooled in the first humidifier 52 is introduced through the intermediate compressor cathode gas line 64 into the second compressor 24. Due to the switching of the second actuator 73 and the distribution actuator 74, the entire discharged from the outlet opening 46 cathode exhaust gas is supplied through the turbine cathode exhaust gas line 68 of the turbine 51 and the environment. The cathode gas compressed to approximately 3 bar in the first compressor 23 is then conducted to the second compressor 24 connected in series, where it is increased by a further 2 bar to a pressure of approximately 5 bar. The first humidification device 52 thus functions as an intercooler in this second operating state, ie the cathode gas compressed and heated in the first compressor 23 is humidified and cooled before it is fed into the second compressor 24 . The exhaust gas compressed and heated in the second compressor 24 is humidified and cooled in the second humidifying device 56 before being fed into the fuel cell unit 1 .

In 8 und 9 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Aufladevorrichtung 50 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 6 und 7 beschrieben. An der Einlassöffnung 45 ist ein Schließventil 75 und an der Auslassöffnung 46 ist ein Schließventil 76 ausgebildet. Die Schließventile 75, 76 sind bei einer abgeschalteten Brennstoffzelleneinheit 1 geschlossen und bei einer in Betrieb befindlichen Brennstoffzelleneinheit 1 geöffnet. In dem in 8 dargestellten ersten Betriebszustand wird analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel simultan Kathodengas in dem ersten Verdichter 23 verdichtet und Kathodenabgas in dem zweiten Verdichter 24 verdichtet und dieses Kathodengas und Kathodenabgas der zweiten Befeuchtungsvorrichtung 56 zugeführt. Die erste Befeuchtungsvorrichtung 52 ist in dem ersten Betriebszustand abgeschalten und dies ist in 8 nicht dargestellt. Das zweite Stellorgan 73 fungiert in dem zweiten Ausführungsbeispiel zusätzlich als das Verteilungsstellorgan 74. In dem in 9 dargestellten zweiten Betriebszustand wird analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel das gesamte aus der Auslassöffnung 46 ausgeleitete Kathodenabgas durch die Turbine 51 in die Umgebung abgeleitet und das in dem ersten Verdichter 23 verdichtete Kathodengas anschließend in dem in Serie geschalteten zweiten Verdichter 24 zusätzlich verdichtet vor der Durchleitung durch die zweite Befeuchtungskammer 56 und der anschließenden Einleitung durch die Einlassöffnung 45 in die Brennstoffzelleneinheit 1.In 8th and 9 A second embodiment of the charging device 50 is shown. In the following, essentially only the differences from the first exemplary embodiment are explained in accordance with FIG 6 and 7 described. A closing valve 75 is formed at the inlet opening 45 and a closing valve 76 is formed at the outlet opening 46 . The closing valves 75, 76 are closed when the fuel cell unit 1 is switched off and open when the fuel cell unit 1 is in operation. in the in 8th In the first operating state shown, cathode gas is simultaneously compressed in first compressor 23 and cathode exhaust gas is compressed in second compressor 24, analogously to the first exemplary embodiment, and this cathode gas and cathode exhaust gas are fed to second humidifying device 56. The first humidifying device 52 is switched off in the first operating state and this is in 8th not shown. In the second exemplary embodiment, the second actuator 73 also acts as the distribution actuator 74. In FIG 9 As in the first exemplary embodiment, the second operating state shown is discharged through turbine 51 into the environment, and the cathode gas compressed in first compressor 23 is then additionally compressed in series-connected second compressor 24 before being passed through the second humidification chamber 56 and the subsequent introduction through the inlet opening 45 into the fuel cell unit 1.

Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung 50, dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems 4 und dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem 4 wesentliche Vorteile verbunden. In dem zweiten Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 4 als Hochlast oder Volllast liegt der Lambda-Wert (λ-Wert) des Kathodengases bei ungefähr 1, 6 bis 2,0, d. h. der Volumenstrom des durch die Brennstoffzelleneinheit 1 geleiteten Kathodenabgases ist um das 1,6- bis 2,0 - Fache größer als es für die elektrochemische Reaktion notwendig ist. In dem ersten Betriebszustand mit der Niedriglast beträgt der Lambda-Wert ungefähr 5 bis 15. Aufgrund des großen Lambda-Wertes des durch die Brennstoffzelleneinheit 1 geleiteten Kathodengases in dem ersten Betriebszustand wird aus der Brennstoffzelleneinheit 1, d. h. dem Brennstoffzellenstack 40 und hier insbesondere aus den Protonenaustauschermembranen 5, mehr Feuchtigkeit abtransportiert als in dem Brennstoffzellenstack 40 erzeugt wird, insbesondere auch aufgrund der elektrochemischen Reaktion. Dies führt zu einer Reduzierung der Feuchtigkeit und einer Austrocknung in den Komponenten der Brennstoffzelleneinheit 1, insbesondere in der Protonenaustauschermembran 5. Dadurch verringert sich die Protonenleitfähigkeit der Protonenaustauschermembran 5 und die Alterung der Brennstoffzelleneinheit 1 wird erhöht. Aufgrund der Rezirkulation des Kathodenabgases in dem ersten Betriebszustand werden diese Nachteile vermieden, weil einerseits durch die erste und oder zweite Befeuchtungsvorrichtung 52, 56 das Kathodengas befeuchtet wird und zusätzlich die Feuchtigkeit in dem Kathodenabgas, welches rezirkuliert wird, genützt, sodass nur eine geringe Zugabe von Wasser mit der ersten und zweiten Befeuchtungsvorrichtung 52, 56 notwendig ist.Overall, significant advantages are associated with the charging device 50 according to the invention, the method according to the invention for operating the fuel cell system 4 and the fuel cell system 4 according to the invention. In the second operating state of the fuel cell system 4 as high load or full load, the lambda value (λ value) of the cathode gas is approximately 1.6 to 2.0, ie the volume flow of the cathode exhaust gas conducted through the fuel cell unit 1 is around 1.6 up to 2.0 times larger than necessary for the electrochemical reaction. In the first operating state with the low load, the lambda value is approximately 5 to 15. Due to the large lambda value of the cathode gas conducted through the fuel cell unit 1 in the first operating state, the fuel cell unit 1, ie the fuel cell stack 40 and here in particular the proton exchange membranes 5, more moisture is transported away than generated in the fuel cell stack 40 is, in particular also due to the electrochemical reaction. This leads to a reduction in moisture and drying out in the components of the fuel cell unit 1, in particular in the proton exchange membrane 5. This reduces the proton conductivity of the proton exchange membrane 5 and the aging of the fuel cell unit 1 is increased. Due to the recirculation of the cathode exhaust gas in the first operating state, these disadvantages are avoided because, on the one hand, the first and/or second humidification device 52, 56 humidifies the cathode gas and, in addition, the moisture in the cathode exhaust gas, which is recirculated, is used, so that only a small amount of Water with the first and second humidifier 52, 56 is necessary.

Der zweite Verdichter 24 kann in vorteilhafter Weise in beiden Betriebszuständen genutzt werden. In dem ersten Betriebszustand fungiert der zweite Verdichter 24 zur Restverdichtung des aus der Auslassöffnung 46 ausgeleiteten Kathodenabgases, sodass aufgrund des vorhandenen Restdruckes des Kathodenabgases beim Ausleiten aus der Auslassöffnung 46 der zweite Verdichter 24 in vorteilhafter Weise nur eine sehr kleine mechanische Antriebsleistung benötigt. In dem zweiten Betriebszustand wird mit dem zweiten Verdichter 24 der Druck des Kathodengases vor der Einleitung in die Einlassöffnung 45 zusätzlich erhöht, sodass die Brennstoffzelleneinheit 1 mit einem sehr hohen Druck des Kathodengases an der Einlassöffnung 45 von ungefähr 5 bar betrieben wird und damit auch bei einer kleinen, kompakten Bauweise der Brennstoffzelleneinheit 1 und damit auch einer kleinen Bauweise des Brennstoffzellenstacks 40 von dem Brennstoffzellenstack 40 eine große elektrische Leistung zur Verfügung gestellt werden kann. Darüber hinaus fungiert in dem zweiten Betriebszustand die erste Befeuchtungsvorrichtung 52 aufgrund der Kühlwirkung der ersten Befeuchtungsvorrichtung 52 als Intercooler zur Kühlung des in dem ersten Verdichter 23 verdichteten Kathodengases vor der Zuführung in den zweiten Verdichter 24. Aufgrund dieser Kühlung reduziert sich das Volumen des dem zweiten Verdichter 24 zugeführten Kathodengases sodass die Verdichtung in dem zweiten Verdichter 24 dadurch effektiver ist und eine größere Stoffmenge an Kathodengas durch die Einlassöffnung 45 pro Zeiteinheit eingeleitet werden kann und die Brennstoffzelleneinheit 1 eine große elektrische Leistung pro Volumen- und Masseneinheit der Brennstoffzelleneinheit 1 aufweist. Dies ist insbesondere bei der Verwendung des Brennstoffzellensystems 4 in einem Kraftfahrzeug 77 von Vorteil, wie in 10 gezeigt.The second compressor 24 can be used advantageously in both operating states. In the first operating state, the second compressor 24 functions for the residual compression of the cathode exhaust gas discharged from the outlet opening 46, so that due to the residual pressure of the cathode exhaust gas when it is discharged from the outlet opening 46, the second compressor 24 advantageously requires only a very small mechanical drive power. In the second operating state, the pressure of the cathode gas is additionally increased with the second compressor 24 before it is introduced into the inlet opening 45, so that the fuel cell unit 1 is operated with a very high pressure of the cathode gas at the inlet opening 45 of approximately 5 bar and thus also at a small, compact design of the fuel cell unit 1 and thus also a small design of the fuel cell stack 40 of the fuel cell stack 40, a large electrical power can be made available. In addition, in the second operating state, the first humidification device 52 acts as an intercooler for cooling the cathode gas compressed in the first compressor 23 before it is fed into the second compressor 24 due to the cooling effect of the first humidification device 52. This cooling reduces the volume of the second compressor 24 supplied cathode gas so that the compression in the second compressor 24 is thereby more effective and a larger amount of cathode gas can be introduced through the inlet opening 45 per unit of time and the fuel cell unit 1 has a large electrical power per unit volume and mass of the fuel cell unit 1. This is particularly advantageous when using the fuel cell system 4 in a motor vehicle 77, as shown in 10 shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 10155217 B4 [0004]DE 10155217 B4 [0004]
  • DE 102010035727 A1 [0005]DE 102010035727 A1 [0005]

Claims (15)

Aufladevorrichtung (50) für eine Brennstoffzelleneinheit (1) mit gestapelten Brennstoffzellen (2) zur Zuführung von Kathodengas in die Brennstoffzelleneinheit (1) mit einer Einlassöffnung (45) für Kathodengas und einer Auslassöffnung (46) für Kathodenabgas, umfassend - einen ersten Verdichter (22, 23) zur Erhöhung des Druckes des Kathodengases auf einen ersten Druck, - einen zweiten Verdichter (22, 24) zur Erhöhung des von dem ersten Verdichter (22, 23) auf den ersten Druck verdichteten Kathodengases auf einen zweiten Druck, - eine Zwischenverdichter-Kathodengasleitung (64) zur fluidleitenden Verbindung des ersten Verdichters (22, 23) mit dem zweiten Verdichter (22, 24), so dass der zweite Verdichter (22, 24) in Serie nach dem ersten Verdichter (22, 23) geschalten ist, - eine Zweitverdichter-Kathodengasleitung (65) zur fluidleitenden Verbindung des zweiten Verdichters (22, 24) mit der Einlassöffnung (45) der Brennstoffzelleneinheit (1), - eine Rezirkulations-Kathodenabgasleitung (66) zur Rezirkulation des von der Brennstoffzelleneinheit (1) aus der Auslassöffnung (46) für Kathodenabgas ausgeleiteten Kathodenabgases in den zweiten Verdichter (22, 24) und zur Erhöhung des Druckes des Kathodenabgases in dem zweiten Verdichter (22, 24) und zur Einleitung in die Einlassöffnung (45) für Kathodengas, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladevorrichtung (50) wenigstens ein Stellorgan (71) und eine Bypass-Kathodengasleitung (67) zur fluidleitenden Verbindung des ersten Verdichters (22, 23) ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter (22, 24) mit der Einlassöffnung (45) für Kathodengas in der Brennstoffzelleneinheit (1) umfasst, so dass in einer ersten Stellposition des wenigstens einen Stellorganes (71) das von dem ersten Verdichter (22, 23) verdichtete Kathodengas ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter (22, 24) in die Einlassöffnung (45) für Kathodengas der Brennstoffzelleneinheit (1) einleitbar ist.Charging device (50) for a fuel cell unit (1) with stacked fuel cells (2) for feeding cathode gas into the fuel cell unit (1) with an inlet opening (45) for cathode gas and an outlet opening (46) for cathode exhaust gas, comprising - a first compressor (22 , 23) for increasing the pressure of the cathode gas to a first pressure, - a second compressor (22, 24) for increasing the cathode gas compressed by the first compressor (22, 23) to the first pressure to a second pressure, - an intermediate compressor Cathode gas line (64) for the fluid-conducting connection of the first compressor (22, 23) to the second compressor (22, 24), so that the second compressor (22, 24) is connected in series after the first compressor (22, 23), - a second compressor cathode gas line (65) for the fluid-conducting connection of the second compressor (22, 24) to the inlet opening (45) of the fuel cell unit (1), - a recirculation cathode exhaust gas line (66), e.g for recirculating the cathode off-gas discharged from the fuel cell unit (1) from the outlet opening (46) for cathode off-gas into the second compressor (22, 24) and for increasing the pressure of the cathode off-gas in the second compressor (22, 24) and introducing it into the inlet opening (45) for cathode gas, characterized in that the charging device (50) has at least one actuator (71) and a bypass cathode gas line (67) for the fluid-conducting connection of the first compressor (22, 23) without passage through the second compressor (22, 24 ) with the inlet opening (45) for cathode gas in the fuel cell unit (1), so that in a first adjustment position of the at least one adjustment element (71), the cathode gas compressed by the first compressor (22, 23) can flow through the second compressor (22 , 24) can be introduced into the inlet opening (45) for the cathode gas of the fuel cell unit (1). Aufladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Stellposition des wenigstens einen Stellorganes (71) durch die Rezirkulations-Kathodenabgasleitung (66) das aus der Auslassöffnung (46) für Kathodenabgas ausgeleitete Kathodenabgas wenigstens teilweise dem zweiten Verdichter (46) zuführbar ist.charger after claim 1 , characterized in that in the first setting position of the at least one setting element (71) through the recirculation cathode waste gas line (66), the cathode waste gas discharged from the outlet opening (46) for cathode waste gas can be fed at least partially to the second compressor (46). Aufladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Stellposition des wenigstens einen Stellorganes (71) das von dem ersten Verdichter (22, 23) verdichtet Kathodengas ausschließlich ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter (22, 24) in die Einlassöffnung (45) für Kathodengas der Brennstoffzelleneinheit (1) einleitbar ist.charger after claim 1 or 2 , characterized in that in the first setting position of the at least one control element (71), the cathode gas compressed by the first compressor (22, 23) flows exclusively without being passed through the second compressor (22, 24) into the inlet opening (45) for cathode gas of the fuel cell unit (1) can be initiated. Aufladevorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Stellposition des wenigstens einen Stellorganes (71) das von dem ersten Verdichter (22, 23) verdichtete Kathodengas durch die Zwischenverdichter-Kathodengasleitung (64), insbesondere ausschließlich, dem zweiten Verdichter (22, 24) zuführbar ist.Charging device according to one or more of the preceding claims, characterized in that in a second setting position of the at least one setting element (71), the cathode gas compressed by the first compressor (22, 23) is fed through the intermediate compressor cathode gas line (64), in particular exclusively to the second Compressor (22, 24) can be fed. Aufladevorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladevorrichtung (50) ein Verteilungsstellorgan (74) umfasst und mit dem Verteilungsstellorgan (74) steuerbar und/oder regelbar ist, welcher Anteil des aus der Auslassöffnung (46) für das Kathodenabgas ausgeleiteten Kathodenabgases dem zweiten Verdichter (22, 24) und/oder der Umgebung, insbesondere indirekt durch eine Turbine (51), zuführbar ist.Charging device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the charging device (50) comprises a distribution control element (74) and the distribution control element (74) can be used to control and/or regulate which proportion of the gas from the outlet opening (46) for the cathode exhaust gas discharged cathode exhaust gas can be fed to the second compressor (22, 24) and/or the environment, in particular indirectly through a turbine (51). Aufladevorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladevorrichtung (50) eine Turbine (51) und eine Turbinen-Kathodenabgasleitung (68) umfasst und das Kathodenabgas nach dem Durchleiten durch das Verteilungsstellorgan (74) und vor dem Ausleiten in die Umgebung durch die Turbinen-Kathodenabgasleitung (68) und die Turbine (51) leitbar ist.Charging device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the charging device (50) comprises a turbine (51) and a turbine cathode exhaust line (68) and the cathode exhaust gas after passing through the distribution actuator (74) and before being discharged into the Environment through the turbine cathode exhaust line (68) and the turbine (51) is conductive. Aufladevorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladevorrichtung (50) eine erste Befeuchtungsvorrichtung (52) umfasst und die erste Befeuchtungsvorrichtung (52) in Strömungsrichtung des Kathodengases nach dem ersten Verdichter (22, 23) und vor dem zweiten Verdichter (22, 24) angeordnet ist.Charging device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the charging device (50) comprises a first humidifying device (52) and the first humidifying device (52) in the flow direction of the cathode gas after the first compressor (22, 23) and before the second compressor (22, 24) is arranged. Aufladevorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladevorrichtung (50) eine zweite Befeuchtungsvorrichtung (56) umfasst und die zweite Befeuchtungsvorrichtung (56) in Strömungsrichtung des Kathodengases nach dem ersten Verdichter (22, 23) und nach dem zweiten Verdichter (22, 24) angeordnet ist.Charging device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the charging device (50) comprises a second humidifying device (56) and the second humidifying device (56) in the flow direction of the cathode gas after the first compressor (22, 23) and after the second compressor (22, 24) is arranged. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (4) mit einer Brennstoffzelleneinheit (1), wenigstens einen Druckgasspeicher (21) zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff und einer Aufladevorrichtung (50) mit den Schritten: - Durchleiten des Brennstoffes als Anodengas und von Oxidationsmittel als Kathodengas durch die Brennstoffzelleneinheit (1), so dass elektrochemische Energie in elektrische Energie in der Brennstoffzelleneinheit (1) umgewandelt wird, - Ansaugen von Kathodengas als Umgebungsluft mit einem ersten Verdichter (22, 23) und Erhöhen des Druckes des Kathodengases auf einen ersten Druck, - Leiten des in dem ersten Verdichter (22, 23) auf den ersten Druck verdichteten Kathodengases zu einem zweiten Verdichter (22, 24) und Erhöhen des Druckes des Kathodengases auf einen zweiten Druck, - Leiten des in dem zweiten Verdichter (22, 24) auf den zweiten Druck verdichteten Kathodengases in eine Einlassöffnung (45) der Brennstoffzelleneinheit (1), - Rezirkulation des aus der Auslassöffnung (46) der Brennstoffzelleneinheit (1) ausgeleiteten Kathodenabgases in den zweiten Verdichter (22, 24), so dass das rezirkulierte Kathodenabgas in dem zweiten Verdichter (22, 24) auf den zweiten Druck erhöht wird und der Einlassöffnung (46) für Kathodengas der Brennstoffzelleneinheit (1) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während eines ersten Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems (1) das in dem ersten Verdichter (22, 23) auf den ersten Druck verdichtete Kathodengas ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter (22, 24) der Einlassöffnung (46) für Kathodengas der Brennstoffzelleneinheit (1) zugeführt wird.Method for operating a fuel cell system (4) with a fuel cell unit (1), at least one compressed gas store (21) for storing gaseous fuel and a charging device (50) with the steps: - conducting the fuel as anode gas and oxidizing agent as cathode gas through the fuel cell unit (1) so that electrochemical energy into electrical energy in the focal is converted into a fuel cell unit (1), - sucking in cathode gas as ambient air with a first compressor (22, 23) and increasing the pressure of the cathode gas to a first pressure, - conducting the gas compressed in the first compressor (22, 23) to the first pressure cathode gas to a second compressor (22, 24) and increasing the pressure of the cathode gas to a second pressure, - conducting the cathode gas compressed to the second pressure in the second compressor (22, 24) into an inlet opening (45) of the fuel cell unit (1) , - recirculating the cathode exhaust gas discharged from the outlet opening (46) of the fuel cell unit (1) into the second compressor (22, 24) so that the recirculated cathode exhaust gas is increased to the second pressure in the second compressor (22, 24) and the inlet opening (46) for cathode gas of the fuel cell unit (1) is supplied, characterized in that during a first operating state of the fuel cell system (1) in cathode gas compressed to the first pressure by the first compressor (22, 23) is fed to the inlet opening (46) for cathode gas of the fuel cell unit (1) without being passed through the second compressor (22, 24). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems (1) das in dem ersten Verdichter (22, 23) auf den ersten Druck verdichtete Kathodengas ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter (22, 24) der Einlassöffnung (45) für Kathodengas der Brennstoffzelleneinheit (1) zugeführt wird und simultan während des ersten Betriebszustandes die Rezirkulation des aus der Auslassöffnung (46) der Brennstoffzelleneinheit (1) ausgeleitete Kathodenabgas in den zweiten Verdichter (22, 24) ausführt wird, so dass das rezirkulierte Kathodenabgas in dem zweiten Verdichter (22, 24) auf einen zweiten Druck erhöht wird und der Einlassöffnung (45) für Kathodengas der Brennstoffzelleneinheit (1) zugeführt wird.procedure after claim 9 , characterized in that during the first operating state of the fuel cell system (1), the cathode gas compressed in the first compressor (22, 23) to the first pressure without being passed through the second compressor (22, 24) of the inlet opening (45) for cathode gas of the fuel cell unit (1) and simultaneously during the first operating state the recirculation of the cathode exhaust gas discharged from the outlet opening (46) of the fuel cell unit (1) into the second compressor (22, 24) is carried out, so that the recirculated cathode exhaust gas in the second compressor (22 , 24) is increased to a second pressure and is supplied to the inlet port (45) for cathode gas of the fuel cell unit (1). Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass während eines zweiten Betriebszustandes das in dem ersten Verdichter (22, 23) auf den ersten Druck verdichtete Kathodengas, insbesondere ausschließlich, dem zweiten Verdichter (22, 24) zugeführt wird und vorzugsweise keine Rezirkulation des aus der Auslassöffnung (46) der Brennstoffzelleneinheit (1) ausgeleiteten Kathodenabgases in den zweiten Verdichter (22, 24) ausgeführt wird.procedure after claim 9 or 10 , characterized in that during a second operating state, the cathode gas compressed in the first compressor (22, 23) to the first pressure is fed, in particular exclusively, to the second compressor (22, 24) and preferably no recirculation of the out of the outlet opening (46) the cathode off-gas discharged from the fuel cell unit (1) into the second compressor (22, 24). Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Betriebszustandes das von dem ersten Verdichter (22, 23) auf den ersten Druck verdichtete Kathodengas mit einer ersten Befeuchtungsvorrichtung (52) befeuchtet wird und vorzugsweise anschließend das von der ersten Befeuchtungsvorrichtung (52) befeuchtete und von dem ersten Verdichter (22, 23) auf den ersten Druck verdichtete Kathodengas vor dem Einleiten in die Einlassöffnung (45) und ohne Durchleitung durch den zweiten Verdichter (22, 24) mit einer zweiten Befeuchtungsvorrichtung (56) zusätzlich befeuchtet wird.Method according to one or more of the claims 9 until 11 , characterized in that during the first operating state, the cathode gas compressed by the first compressor (22, 23) to the first pressure is humidified with a first humidifying device (52) and preferably subsequently the humidified by the first humidifying device (52) and by the first Compressor (22, 23) to the first pressure compressed cathode gas before being introduced into the inlet opening (45) and without passage through the second compressor (22, 24) with a second humidifying device (56) is additionally humidified. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Betriebszustandes das von dem zweiten Verdichter (22, 24) auf den zweiten Druck verdichtete Kathodengas mit der zweiten Befeuchtungsvorrichtung (56) befeuchtet wird und vorzugsweise mit der ersten Befeuchtungsvorrichtung (52) keine Befeuchtung des von dem zweiten Verdichter (22, 24) verdichteten und dem zweiten Verdichter (22, 24) zugeführten Kathodengases ausführt wird.Method according to one or more of the claims 9 until 12 , characterized in that during the first operating state the cathode gas compressed by the second compressor (22, 24) to the second pressure is humidified with the second humidifying device (56) and preferably with the first humidifying device (52) no humidification of the second compressor (22, 24) compressed and the second compressor (22, 24) supplied cathode gas is carried out. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des zweiten Betriebszustandes das von dem ersten Verdichter (22, 23) auf den ersten Druck verdichtete Kathodengas mit einer ersten Befeuchtungsvorrichtung (52) befeuchtet wird, anschließend das von der ersten Befeuchtungsvorrichtung (52) befeuchtete Kathodengas durch den zweiten Verdichter (22, 24) geleitet wird und anschließend das in dem zweiten Verdichter (22, 24) auf den zweiten Druck verdichtete Kathodengas in der zweiten Befeuchtungsvorrichtung (56) befeuchtet wird.Method according to one or more of the claims 9 until 13 , characterized in that during the second operating state the cathode gas compressed by the first compressor (22, 23) to the first pressure is humidified with a first humidifying device (52), and then the cathode gas humidified by the first humidifying device (52) by the second compressor (22, 24) and then the cathode gas compressed to the second pressure in the second compressor (22, 24) is humidified in the second humidifying device (56). Brennstoffzellensystem (4), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (77), umfassend - eine Brennstoffzelleneinheit (1), - wenigstens einen Druckgasspeicher (21) zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff, - eine Aufladevorrichtung (50), dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladevorrichtung (50) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist und/oder mit dem Brennstoffzellensystem (1) ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 9 bis 14 ausführbar ist.Fuel cell system (4), in particular for a motor vehicle (77), comprising - a fuel cell unit (1), - at least one compressed gas store (21) for storing gaseous fuel, - a charging device (50), characterized in that the charging device (50) after one or more of the Claims 1 until 8th is formed and / or with the fuel cell system (1) a method according to one or more of claims 9 until 14 is executable.
DE102021208224.6A 2021-07-29 2021-07-29 charger Pending DE102021208224A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021208224.6A DE102021208224A1 (en) 2021-07-29 2021-07-29 charger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021208224.6A DE102021208224A1 (en) 2021-07-29 2021-07-29 charger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021208224A1 true DE102021208224A1 (en) 2023-02-02

Family

ID=84890161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021208224.6A Pending DE102021208224A1 (en) 2021-07-29 2021-07-29 charger

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021208224A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023108664A1 (en) 2023-04-04 2024-10-10 Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh Fuel cell system, method for operating a fuel cell system, control system and motor vehicle

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10155217B4 (en) 2001-11-09 2009-04-23 BDF IP Holdings Ltd., Vancouver Fuel cell system and method for operating the fuel cell system
DE102010035727A1 (en) 2010-08-28 2012-03-01 Daimler Ag Charging device for fuel cell device of motor vehicle, has recirculation device arranged downstream to compressor and upstream to another compressor at inlet point and recirculating exhaust gas of fuel cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10155217B4 (en) 2001-11-09 2009-04-23 BDF IP Holdings Ltd., Vancouver Fuel cell system and method for operating the fuel cell system
DE102010035727A1 (en) 2010-08-28 2012-03-01 Daimler Ag Charging device for fuel cell device of motor vehicle, has recirculation device arranged downstream to compressor and upstream to another compressor at inlet point and recirculating exhaust gas of fuel cell

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023108664A1 (en) 2023-04-04 2024-10-10 Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh Fuel cell system, method for operating a fuel cell system, control system and motor vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102020209663A1 (en) fuel cell unit
WO2021228525A1 (en) Fuel cell unit
DE102021208224A1 (en) charger
DE102020207809A1 (en) Method for manufacturing a fuel cell unit
DE102021206211A1 (en) fuel cell unit
DE102020203048A1 (en) Fuel cell unit
DE102021207855A1 (en) Method of monitoring an electrochemical cell unit
DE102020128127A1 (en) Method for operating a fuel cell system and fuel cell system
WO2021180430A1 (en) Fuel cell unit
WO2021180407A1 (en) Fuel cell unit
DE102021213726A1 (en) Process for conditioning a fuel cell unit
DE102021104456A1 (en) fuel cell unit
DE102021208847A1 (en) Method of operating an electrochemical cell unit
DE102022206194A1 (en) Method for controlling the humidity of the fuel for a fuel cell unit
WO2021254692A1 (en) Fuel cell unit
DE102021208094A1 (en) fuel cell unit
DE102020127689A1 (en) Fuel cell stack, fuel cell device and method for operating a fuel cell device
DE102020212737A1 (en) fuel cell unit
DE102022205131A1 (en) Fuel cell unit
DE102022202195A1 (en) Electrochemical Cell Unit
DE102021206577A1 (en) Process for the production of particle-based bipolar plates
DE102022204766A1 (en) Fuel cell unit
DE102021205989A1 (en) Method of making an electrochemical cell unit
DE102021213139A1 (en) Method of conditioning an electrochemical cell unit
WO2022263394A1 (en) Method for producing an electrochemical cell unit