DE102021212590A1 - Control device and method for operating a fuel cell system of an electricity consumer - Google Patents

Control device and method for operating a fuel cell system of an electricity consumer Download PDF

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Jochen Glasbrenner
Otto Mueller
Andreas Raichle
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (36) und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems eines Stromverbrauchers durch Überführen des Brennstoffzellensystems aus einem aktiven Modus in einen inaktiven Modus, indem gleichzeitig, zeitlich überschneidend oder nacheinander Wasserstoff über ein anodenseitig an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordnetes Wasserstoffzufuhrventil (16) in einen Brennstoffzellenstapel (10) des Brennstoffzellensystems eingefüllt wird und ein in dem Brennstoffzellenstapel (10) vorliegendes Gasgemisch über ein kathodenseitig an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordnetes Gasauslassventil (18) aus dem Brennstoffzellenstapel (10) ausgelassen wird, Messen eines in dem Brennstoffzellenstapel (10) vorliegenden Wasserstoffgehalts mittels mindestens eines an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordneten Sensors (40) nach Ablauf eines vorgegebenen oder festgelegten Zeitintervalls ab dem Überführen des Brennstoffzellensystems aus dem aktiven Modus in den inaktiven Modus, und, sofern der gemessene Wasserstoffgehalt in dem Brennstoffzellenstapel (10) unter einem vorgegebenen oder festgelegten Mindest-Wasserstoffgehalt liegt, Einfüllen von zusätzlichem Wasserstoff über das Wasserstoffzufuhrventil (16) in den Brennstoffzellenstapel (10).The invention relates to a control device (36) and a method for operating a fuel cell system of an electricity consumer by switching the fuel cell system from an active mode to an inactive mode by simultaneously, temporally overlapping or sequentially hydrogen via a hydrogen supply valve arranged on the anode side and/or in the fuel cell system (16) is filled into a fuel cell stack (10) of the fuel cell system and a gas mixture present in the fuel cell stack (10) is discharged from the fuel cell stack (10) via a gas outlet valve (18) arranged on the cathode side on and/or in the fuel cell system, measuring an in hydrogen content present in the fuel cell stack (10) by means of at least one sensor (40) arranged on and/or in the fuel cell system after a predetermined or specified time interval has elapsed from the transition of the fuel cell system from the active mode to the inactive mode, and if the measured hydrogen content in the fuel cell stack (10) is below a predetermined or specified minimum hydrogen content, filling additional hydrogen into the fuel cell stack (10) via the hydrogen supply valve (16).

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für ein Brennstoffzellensystem und ein Brennstoffzellensystem für einen Stromverbraucher. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems eines Stromverbrauchers.The invention relates to a control device for a fuel cell system and a fuel cell system for a power consumer. The invention also relates to a method for operating a fuel cell system of an electricity consumer.

Stand der TechnikState of the art

In der DE 10 2017 204 730 A1 sind ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems beschrieben. Das jeweilige Brennstoffzellensystem weist einen Brennstoffzellenstapel auf, welcher mehrere in Reihe verschaltete Brennstoffzellen umfasst. Über einen Kathodenpfad des jeweiligen Brennstoffzellensystems wird Luft zu einer Kathode des Brennstoffzellenstapels gefördert. Des Weiteren hat das Brennstoffzellensystem einen Anodenpfad, über welchen Wasserstoff zu einer Anode des Brennstoffzellenstapels geleitet wird.In the DE 10 2017 204 730 A1 a fuel cell system and a method for operating a fuel cell system are described. The respective fuel cell system has a fuel cell stack, which includes a plurality of fuel cells connected in series. Air is conveyed to a cathode of the fuel cell stack via a cathode path of the respective fuel cell system. Furthermore, the fuel cell system has an anode path via which hydrogen is conducted to an anode of the fuel cell stack.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die vorliegende Erfindung schafft eine Steuervorrichtung für ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Brennstoffzellensystem für einen Stromverbraucher zum Zusammenwirken mit der Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems eines Stromverbrauchers mit den Merkmalen des Anspruchs 10.The present invention creates a control device for a fuel cell system with the features of claim 1, a fuel cell system for an electricity consumer for interaction with the control device with the features of claim 3 and a method for operating a fuel cell system of an electricity consumer with the features of claim 10.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Die vorliegende Erfindung schafft Möglichkeiten zur Sicherstellung, dass während des Vorliegens des jeweiligen Brennstoffzellensystems in seinem inaktiven Modus genug Wasserstoff in dem jeweiligen Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems verbleibt, um mit einem evtl. in dem Brennstoffzellenstapel noch vorliegenden oder in den Brennstoffzellenstapel eindringenden unerwünschten Gas zu reagieren. Auf diese Weise ist eine unerwünschte Reaktion des Gases mit mindestens einer Komponente des Brennstoffzellenstapels verlässlich unterdrückbar und eine Alterung des Brennstoffzellenstapels verhinderbar. Die vorliegende Erfindung verlängert damit eine Schutzzeit, d.h. eine Zeit, während welcher der Brennstoffzellenstapel des in seinem inaktiven Modus vorliegenden Brennstoffzellensystems vor einer unerwünschten Alterung geschützt ist. Auf diese Weise trägt die vorliegende Erfindung zur Verlängerung von Lebensdauern von Brennstoffzellensystemen bei.The present invention provides options for ensuring that while the respective fuel cell system is in its inactive mode, enough hydrogen remains in the respective fuel cell stack of the fuel cell system to react with any undesired gas that may still be present in the fuel cell stack or that may be penetrating the fuel cell stack. In this way, an undesired reaction of the gas with at least one component of the fuel cell stack can be reliably suppressed and aging of the fuel cell stack can be prevented. The present invention thus extends a protection time, i.e. a time during which the fuel cell stack of the fuel cell system present in its inactive mode is protected from undesired aging. In this way, the present invention contributes to extending the service life of fuel cell systems.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steuervorrichtung ist die Elektronikeinrichtung während eines Vorliegens des Brennstoffzellensystems in dem inaktiven Modus dazu ausgelegt und/oder programmiert, zu ermitteln, ob eine Differenz zwischen einem aktuell an die Elektronikeinrichtung bereitgestellten Wassergehalt in dem Brennstoffzellenstapel und einem zuletzt an die Elektronikeinrichtung bereitgestellten Wassergehalt in dem Brennstoffzellenstapel größer als eine vorgegebene oder festgelegte Höchst-Differenz ist und/oder ob der aktuell an die Elektronikeinrichtung bereitgestellte Wassergehalt in dem Brennstoffzellenstapel größer als ein vorgegebener oder festgelegter Höchst-Wassergehalt ist, und, gegebenenfalls mindestens ein Aktivierungssignal an eine Warnlichteinrichtung des Brennstoffzellensystems oder eines mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Stromverbrauchers, eine Warntonausgabe des Brennstoffzellensystems oder des Stromverbrauchers und/oder an eine Warnanzeigeeinrichtung des Brennstoffzellensystems oder des Stromverbrauchers auszugeben oder auszusenden und/oder ein Warninformationssignal an eine externe Werkstatt ausgegeben oder auszusenden. Mittels der hier beschriebenen Ausführungsform der Steuervorrichtung kann somit anhand der festgestellten Zunahme der Feuchtigkeit in dem Brennstoffzellenstapel verlässlich erkannt werden, dass eine Abdichtung des Brennstoffzellenstapels nicht mehr ausreichend funktionsfähig ist. Ist dies der Fall, so kann mittels der Aktivierung der Warnlichteinrichtung, der Warntonausgabeeinrichtung und/oder der Warnanzeigeeinrichtung und/oder mittels der an die externe Werkstatt übermittelten Warninformation dafür gesorgt werden, dass ein Benutzer des jeweiligen Brennstoffzellensystems, bzw. des damit ausgestatteten Stromverbrauchers, rechtzeitig die Werkstatt aufsucht.In an advantageous embodiment of the control device, while the fuel cell system is in the inactive mode, the electronic device is designed and/or programmed to determine whether there is a difference between a water content in the fuel cell stack that is currently being provided to the electronic device and a water content that was last provided to the electronic device in the fuel cell stack is greater than a specified or specified maximum difference and/or whether the water content in the fuel cell stack currently provided to the electronic device is greater than a specified or specified maximum water content, and, if appropriate, at least one activation signal to a warning light device of the fuel cell system or a power consumer equipped with the fuel cell system, to output or transmit a warning sound output of the fuel cell system or the power consumer and/or to a warning display device of the fuel cell system or the power consumer and/or to output or transmit a warning information signal to an external workshop. By means of the embodiment of the control device described here, it can thus be reliably recognized on the basis of the ascertained increase in moisture in the fuel cell stack that a seal of the fuel cell stack is no longer sufficiently functional. If this is the case, it can be ensured by activating the warning light device, the warning sound output device and/or the warning display device and/or by means of the warning information transmitted to the external workshop that a user of the respective fuel cell system or the electricity consumer equipped with it, in good time visit the workshop.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Brennstoffzellensystems ist der mindestens eine und/oder mindestens ein weiterer an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordneter Sensor dazu ausgelegt, den in dem Brennstoffzellensystem vorliegenden Wassergehalt zu messen und an die Elektronikeinrichtung der Steuervorrichtung bereitzustellen. Mittels des mindestens einen jeweiligen Sensors kann somit verlässlich anhand einer Zunahme der Feuchtigkeit in dem Brennstoffzellenstapel erkannt werden, wann die Abdichtung des Brennstoffzellenstapels ihre gewünschte Funktion nicht mehr bewirkt. Wie oben bereits erläutert ist, kann dann der Benutzer des Brennstoffzellensystems, bzw. des damit ausgestatteten Stromverbrauchers, frühzeitig zum Besuch einer Werkstatt angeregt werden.In an advantageous embodiment of the fuel cell system, the at least one and/or at least one additional sensor arranged on and/or in the fuel cell system is designed to measure the water content present in the fuel cell system and make it available to the electronic device of the control device. The at least one respective sensor can thus be used to reliably detect when the sealing of the fuel cell stack is no longer performing its desired function based on an increase in moisture in the fuel cell stack. As already explained above, the user of the fuel cell system, or of the electricity consumer equipped with it, can then be prompted to visit a workshop at an early stage.

Vorzugsweise ist der einzige Sensor oder mindestens einer der Sensoren an und/oder in dem Brennstoffzellenstapel verbaut. Der in dem Brennstoffzellenstapel vorliegende Wasserstoffgehalt und/oder der in dem Brennstoffzellenstapel vorliegende Wassergehalt können somit mittels des mindestens einen an und/oder in dem Brennstoffzellenstapel verbauten Sensor verlässlich bestimmt werden.The only sensor or at least one of the sensors is preferably installed on and/or in the fuel cell stack. The one in the fire The hydrogen content present in the fuel cell stack and/or the water content present in the fuel cell stack can thus be reliably determined by means of the at least one sensor installed on and/or in the fuel cell stack.

Beispielsweise kann der einzige Sensor oder mindestens einer der Sensoren an und/oder in einer Zufuhröffnung und/oder einer Abflussöffnung des Brennstoffzellenstapels verbaut sein. Eine derartige Montage des mindestens einen jeweiligen Sensors ist leicht und mittels eines vergleichsweise geringen Arbeitsaufwands ausführbar.For example, the only sensor or at least one of the sensors can be installed on and/or in a supply opening and/or an outflow opening of the fuel cell stack. Such an installation of the at least one respective sensor can be carried out easily and with a comparatively small amount of work.

Alternativ oder ergänzend kann der einzige Sensor oder mindestens einer der Sensoren auch an und/oder in dem Anodenkreis und/oder an und/oder in dem Kathodenkreis verbaut sein. Auch mittels einer derartigen Anordnung des mindestens einen an und/oder in dem Anodenkreis und/oder dem Kathodenkreis verbauten Sensors können der in dem Brennstoffzellenstapel vorliegende Wasserstoffgehalt und/oder der in dem Brennstoffzellenstapel vorliegende Wassergehalt verlässlich bestimmt werden.Alternatively or additionally, the single sensor or at least one of the sensors can also be installed on and/or in the anode circuit and/or on and/or in the cathode circuit. The hydrogen content present in the fuel cell stack and/or the water content present in the fuel cell stack can also be reliably determined by means of such an arrangement of the at least one sensor installed on and/or in the anode circuit and/or the cathode circuit.

Insbesondere kann der einzige Sensor oder mindestens einer der Sensoren in mindestens einem Schlauch des Anodenkreises und/oder des Kathodenkreises verbaut sein. Die hier beschriebene Anordnung des mindestens einen Sensors in dem mindestens einen Schlauch des Anodenkreises und/oder des Kathodenkreises ermöglicht eine leichte Montage des jeweiligen Sensors und ein schnelles Austauschen des mindestens einen Sensors.In particular, the only sensor or at least one of the sensors can be installed in at least one tube of the anode circuit and/or the cathode circuit. The arrangement described here of the at least one sensor in the at least one tube of the anode circuit and/or the cathode circuit enables easy installation of the respective sensor and rapid replacement of the at least one sensor.

Als vorteilhafte Weiterbildung kann das Brennstoffzellensystem mit einer der oben beschriebenen Ausführungsformen der Steuervorrichtung ausgestattet sein. Alternativ kann das Brennstoffzellensystem jedoch auch mit einer getrennt davon angeordneten Steuervorrichtung vorteilhaft zusammenwirken.As an advantageous development, the fuel cell system can be equipped with one of the above-described embodiments of the control device. Alternatively, however, the fuel cell system can also advantageously interact with a control device arranged separately from it.

Die vorausgehend beschriebenen Vorteile werden auch durch Ausführen eines entsprechenden Verfahrens zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems eines Stromverbrauchers bewirkt. Es wird hier ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Verfahren gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen der Steuervorrichtung und des Brennstoffzellensystems weitergebildet werden kann.The advantages described above are also brought about by carrying out a corresponding method for operating a fuel cell system of an electricity consumer. It is expressly pointed out here that the method can be developed in accordance with the above-explained embodiments of the control device and the fuel cell system.

Figurenlistecharacter list

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1a und 1b schematische Gesamt- und Teildarstellungen eines Brennstoffzellensystems; und
  • 2 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems eines Stromverbrauchers.
Further features and advantages of the present invention are explained below with reference to the figures. Show it:
  • 1a and 1b schematic overall and partial representations of a fuel cell system; and
  • 2 a flow chart for explaining an embodiment of the method for operating a fuel cell system of an electricity consumer.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1a und 1b zeigen schematische Gesamt- und Teildarstellungen eines Bren nstoffzel lensystems. 1a and 1b show schematic overall and partial representations of a fuel cell system.

Das in 1a schematisch dargestellte Brennstoffzellensystem hat einen Brennstoffzellenstapel 10, einen Anodenkreis 12 und einen Kathodenkreis 14. Der Brennstoffzellenstapel 10 kann eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Brennstoffzellen 10a aufweisen. Der Anodenkreis 12 kann auch als Anodenpfad ausgeführt sein. Entsprechend kann auch der Kathodenpfad 14 als Kathodenkreis ausgeführt sein. Das Brennstoffzellensystem kann insbesondere ein FCPM-System (Fuel Cell Power Model System) sein.This in 1a The fuel cell system shown schematically has a fuel cell stack 10, an anode circuit 12 and a cathode circuit 14. The fuel cell stack 10 can have a plurality of fuel cells 10a connected in series. The anode circuit 12 can also be designed as an anode path. Correspondingly, the cathode path 14 can also be designed as a cathode circuit. The fuel cell system can in particular be an FCPM system (Fuel Cell Power Model System).

Das Brennstoffzellensystem weist auch noch zumindest ein anodenseitig an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordnetes Wasserstoffzufuhrventil 16 und ein kathodenseitig an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordnetes Gasauslassventil 18 auf. Unter dem Wasserstoffzufuhrventil 16 ist ein Ventil zu verstehen, welches in dem Anodenkreis 12 angeordnet ist und über welches Wasserstoff in den Brennstoffzellenstapel 10 mit den darin vorliegenden Brennstoffzellen 10a eingefüllt werden kann. Das Wasserstoffzufuhrventil 16 wird in der Literatur oft auch als Wasserstoff-Dosierventil bezeichnet. Unter dem Gasauslassventil 18 ist ein Ventil des Brennstoffzellensystems zu verstehen, welches in dem Kathodenpfad 14 angeordnet ist und über welches ein in dem Brennstoffzellenstapel 10 vorliegendes Gasgemisch aus dem Brennstoffzellenstapel 10 ausgelassen werden kann.The fuel cell system also has at least one hydrogen supply valve 16 arranged on and/or in the fuel cell system on the anode side and a gas outlet valve 18 arranged on and/or in the fuel cell system on the cathode side. The hydrogen supply valve 16 is to be understood as a valve which is arranged in the anode circuit 12 and via which hydrogen can be filled into the fuel cell stack 10 with the fuel cells 10a present therein. The hydrogen supply valve 16 is often referred to in the literature as a hydrogen metering valve. The gas outlet valve 18 is to be understood as meaning a valve of the fuel cell system which is arranged in the cathode path 14 and via which a gas mixture present in the fuel cell stack 10 can be let out of the fuel cell stack 10 .

Lediglich beispielhaft ist in der Ausführungsform der 1a und 1b das Wasserstoffzufuhrventil 16 zwischen einem schematisch dargestellten Wasserstoffzulauf 20 und einer in dem Anodenkreis 12 eingesetzten Saugstrahlpumpe 22 angeordnet. Eine Förderseite der Saugstrahlpumpe 22 mündet an einer in 1b schematisch dargestellten Zufuhröffnung 10b des Brennstoffzellenstapels 10. An der Saugstrahlpumpe 22 mündet auch eine Förderseite einer Rezirkulationspumpe 24, deren Saugseite an einem Wasserabscheider 26 angebunden ist. Der Wasserabscheider 26 ist an einer in 1b schematisch dargestellten Abflussöffnung 10c des Brennstoffzellenstapels 10 angebunden, sodass die Abflussöffnung 10c mit dem Wasserabscheider 26 verbunden ist.ln dem Wasserabscheider 26 erfolgt dann eine Trennung des Wassers von dem Gasgemisch, wie z.B. Wasserstoff und Stickstoff, wobei das Wasser über ein Ventil 28, welches häufig auch als „Drain Valve“ bezeichnet wird, aus dem Wasserabscheider 26 abgelassen werden kann. Auch ein Gasgemisch von z.B. Stickstoff und/oder Wasserstoff kann über ein weiteres Ventil 30, welches häufig auch als „Purge Valve“ bezeichnet wird, aus dem Wasserabscheider 26 herausgelassen werden. Das Gasgemisch kann auch außerhalb des Wasserabscheiders 26 an einer andere Stelle, vorrangig jedoch kurz vor dem Rezirkulationsgebläse, abgelassen werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausbildung des Brennstoffzellensystems der 1a und 1b mit den Komponenten 22 bis 30 nur beispielhaft zu interpretieren ist. In the embodiment of FIG 1a and 1b the hydrogen supply valve 16 is arranged between a schematically illustrated hydrogen inlet 20 and an ejector pump 22 used in the anode circuit 12 . A delivery side of the ejector pump 22 opens out at an in 1b Schematically illustrated supply opening 10b of the fuel cell stack 10. A delivery side of a recirculation pump 24, the suction side of which is connected to a water separator 26, also opens out at the ejector pump 22. The water separator 26 is on an in 1b Schematically illustrated drain opening 10c of the fuel cell stack 10 is connected, so that the drain opening 10c is connected to the water separator 26 The water is then separated from the gas mixture, such as hydrogen and nitrogen, in the water separator 26, and the water can be drained from the water separator 26 via a valve 28, which is often also referred to as a “drain valve”. A gas mixture of, for example, nitrogen and/or hydrogen can also be let out of the water separator 26 via a further valve 30, which is often also referred to as a “purge valve”. The gas mixture can also be discharged outside of the water separator 26 at another point, but primarily just before the recirculation fan. However, it is pointed out that the formation of the fuel cell system of 1a and 1b with the components 22 to 30 is only to be interpreted as an example.

Auf die Ausstattung des Brennstoffzellensystems mit einer von den Komponenten 22 bis 30 gebildeten Anodenrezirkulation kann auch verzichtet werden.Equipping the fuel cell system with an anode recirculation system formed by components 22 to 30 can also be dispensed with.

Optionaler Weise weist der Kathodenkreis 14 des Brennstoffzellensystems der 1a und 1b noch ein weiteres Ventil 32 auf, über welches sauerstoffhaltige Luft über einen schematisch dargestellten Luftzulauf 34 in den Brennstoffzellenstapel 10 eingelassen/eingesaugt werden kann. Die Ausbildung des hier beschriebenen Brennstoffzellensystems mit den Komponenten 32 und 34 ist jedoch nur beispielhaft zu interpretieren. Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass die in 1a und 1b dargestellten Komponenten des Brennstoffzellensystems nicht abschließend zu interpretieren sind.Optionally, the cathode circuit 14 of the fuel cell system of 1a and 1b yet another valve 32 via which oxygen-containing air can be admitted/sucked into the fuel cell stack 10 via an air inlet 34 shown schematically. However, the design of the fuel cell system described here with the components 32 and 34 is only to be interpreted as an example. It is also pointed out that the 1a and 1b The components of the fuel cell system shown are not to be conclusively interpreted.

Das Brennstoffzellensystem der 1a und 1b ist auch zum Zusammenwirken mit einer Steuervorrichtung 36 ausgebildet. Die Steuervorrichtung 36 kann beispielsweise eine Komponente/Untereinheit des Brennstoffzellensystems sein. Ebenso kann die Steuervorrichtung 36 jedoch auch getrennt von den weiteren Komponenten/Untereinheiten des Brennstoffzellensystems an einem mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Stromverbraucher verbaut sein. Die Steuervorrichtung 36 hat eine Elektronikeinrichtung 36a, mittels welcher zumindest das Wasserstoffzufuhrventil 16 und das Gasauslassventil 18 schaltbar sind. Bevorzugterweise ist die Elektronikeinrichtung 36a auch dazu ausgelegt, die weiteren in 1a bildlich wiedergegebenen Ventile 28, 30 und 32 und Pumpen 22 und 24 anzusteuern/zu schalten. Das Brennstoffzellensystem der 1a und 1b kann auch noch mit weiteren Komponenten ausgebildet sein, welche mittels der Steuervorrichtung 36/ihrer Elektronikeinrichtung 36a steuerbar/schaltbar sind.The fuel cell system 1a and 1b is also designed to interact with a control device 36 . The control device 36 can be a component/subunit of the fuel cell system, for example. However, the control device 36 can also be installed separately from the other components/subunits of the fuel cell system on a power consumer equipped with the fuel cell system. The control device 36 has an electronic device 36a, by means of which at least the hydrogen supply valve 16 and the gas outlet valve 18 can be switched. Electronic device 36a is preferably also designed to control the other in 1a valves 28, 30 and 32 and pumps 22 and 24 shown to actuate/switch. The fuel cell system 1a and 1b can also be formed with further components which can be controlled/switched by means of the control device 36/its electronic device 36a.

Insbesondere ist das Brennstoffzellensystem aus einem aktiven Modus in einen inaktiven Modus überführbar, indem die Elektronikeinrichtung 36a gleichzeitig, zeitlich überschneidend oder nacheinander dazu ausgelegt und/oder programmiert ist, mindestens ein erstes Schaltsignal 38a an das Wasserstoffzufuhrventil 16 und mindestens ein zweites Schaltsignal 38b an das Gasauslassventil 18 auszugeben. Das Wasserstoffzufuhrventil 16 ist/wird mittels des mindestens einen ersten Schaltsignals 38a so schaltbar/geschaltet, dass Wasserstoff über das Wasserstoffzufuhrventil 16 in den Brennstoffzellenstapel einfüllbar ist/eingefüllt wird. Entsprechend ist/wird das Gasauslassventil 18 mittels des mindestens einen zweiten Schaltsignals 38b so schaltbar/geschaltet, dass ein in dem Brennstoffzellenstapel 10 vorliegendes Gasgemisch über das Gasauslassventil 18 aus dem Brennstoffzellenstapel 10 auslassbar ist/ausgelassen wird. Die hier beschriebenen Vorgänge ermöglichen ein Entfernen des in dem Brennstoffzellenstapel 10 vorliegenden Gasgemisches, evtl. nach einem Reagieren von Sauerstoff mit Wasserstoff. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das in dem Brennstoffzellenstapel 10 des in seinem inaktiven Modus vorliegenden Brennstoffzellensystems vorliegende Gasgemisch, welches evtl. noch reich an Sauerstoff ist, mit mindestens einer Komponente des Brennstoffzellenstapels 10 reagiert und auf diese Weise eine Alterung des Brennstoffzellenstapels 10 beschleunigt. Zusätzlich kann durch das Einfüllen von Wasserstoff über das Wasserstoffzufuhrventil 16 in den Brennstoffzellenstapel 10 sichergestellt werden, dass auch während des Vorliegens des Brennstoffzellensystems in seinem inaktiven Modus noch genug Wasserstoff in dem Brennstoffzellenstapel vorhanden ist, um in den Brennstoffzellenstapel 10 eindringende/nachströmende Luft übergangszeitweise zu neutralisieren.In particular, the fuel cell system can be switched from an active mode to an inactive mode by the electronic device 36a being designed and/or programmed to do so simultaneously, with an overlap in time or sequentially, at least one first switching signal 38a to the hydrogen supply valve 16 and at least one second switching signal 38b to the gas outlet valve 18 to spend. The hydrogen supply valve 16 can be/is switched by means of the at least one first switching signal 38a such that hydrogen can be/is filled into the fuel cell stack via the hydrogen supply valve 16 . Correspondingly, the gas outlet valve 18 can be/is switched by means of the at least one second switching signal 38b such that a gas mixture present in the fuel cell stack 10 can be/is discharged from the fuel cell stack 10 via the gas outlet valve 18 . The processes described here enable the gas mixture present in the fuel cell stack 10 to be removed, possibly after oxygen has reacted with hydrogen. In this way, it can be prevented that the gas mixture present in the fuel cell stack 10 of the fuel cell system in its inactive mode, which may still be rich in oxygen, reacts with at least one component of the fuel cell stack 10 and in this way accelerates aging of the fuel cell stack 10 . In addition, by filling hydrogen into the fuel cell stack 10 via the hydrogen supply valve 16, it can be ensured that even while the fuel cell system is in its inactive mode, there is still enough hydrogen in the fuel cell stack to temporarily neutralize air penetrating/afterflowing into the fuel cell stack 10 .

Das Überführen des Brennstoffzellensystems aus einem aktiven Modus in einen inaktiven Modus erfolgt insbesondere dann, wenn der mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattete Stromverbraucher abgeschaltet wird. Während unter dem aktiven Modus ein Modus des Brennstoffzellensystems verstanden werden kann, in welchem die Brennstoffzellen 10a entladen oder aufgeladen werden können, wird unter dem inaktiven Modus vorzugsweise ein Modus verstanden, in welchem die Brennstoffzellen 10a (bis zum Überführen des Brennstoffzellensystems aus dem inaktiven Modus in den aktiven Modus) weder entladen noch aufgeladen werden können.The fuel cell system is switched from an active mode to an inactive mode in particular when the power consumer equipped with the fuel cell system is switched off. While the active mode can be understood to mean a mode of the fuel cell system in which the fuel cells 10a can be discharged or charged, the inactive mode is preferably understood to mean a mode in which the fuel cells 10a (until the transition of the fuel cell system from the inactive mode to active mode) cannot be discharged or charged.

Außerdem weist das Brennstoffzellensystem der 1a und 1b noch mindestens einen an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordneten Sensor 40 auf, welcher dazu ausgelegt ist, den in dem Brennstoffzellenstapel 10 vorliegenden Wasserstoffgehalt zu messen und an die Elektronikeinrichtung 36a der Steuervorrichtung 36 bereitzustellen. Sofern mehrere Sensoren 40 an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordnet sind, kann die Elektronikeinrichtung 36a auch dazu ausgelegt sein, den Wasserstoffgehalt als Mittelwert aus den von den Sensoren 40 bereitgestellten Einzelwerten bezüglich des Wasserstoffgehalts in dem Brennstoffzellenstapel 10 festzulegen. Mittels des mindestens einen Sensors 40 kann auch während eines längeren Vorliegens des Brennstoffzellensystems in seinem inaktiven Modus verlässlich überprüft werden, ob weiterhin genügend Wasserstoff in dem Brennstoffzellenstapel 10 zum Neutralisieren einsickernder/nachströmender Luft vorliegt. Zusätzlich ist die Elektronikeinrichtung 36a nach Ablauf eines vorgegebenen oder festgelegten Zeitintervalls ab Vorliegen des Brennstoffzellensystems in dem inaktiven Modus dazu ausgelegt und/oder programmiert, anhand eines an die Elektronikeinrichtung 36a bereitgestellten Wasserstoffgehalts in dem Brennstoffzellenstapel zu ermitteln, ob der gemessene Wasserstoffgehalt unter einem vorgegebenen oder festgelegten Mindest-Wasserstoffgehalt liegt. Gegebenenfalls, d.h. sofern der gemessene Wasserstoffgehalt unter dem vorgegebenen Mindest-Wasserstoffgehalt liegt, ist die Elektronikeinrichtung 36a dazu ausgelegt und/oder programmiert, das mindestens eine erste Schaltsignal 38a derart an das Wasserstoffzufuhrventil 16 auszugeben, dass zusätzlicher Wasserstoff über das Wasserstoffzufuhrventil 16 in den Brennstoffzellenstapel 10 einfüllbar ist/eingefüllt wird.In addition, the fuel cell system of 1a and 1b at least one sensor 40 arranged on and/or in the fuel cell system, which is designed to measure the hydrogen content present in the fuel cell stack 10 and to make it available to the electronic device 36a of the control device 36 . If several sensors 40 are on and/or in are arranged in the fuel cell system, electronic device 36a can also be designed to define the hydrogen content as the mean value from the individual values provided by sensors 40 with regard to the hydrogen content in fuel cell stack 10 . The at least one sensor 40 can be used to reliably check whether there is still sufficient hydrogen in the fuel cell stack 10 to neutralize infiltrating/after-flowing air, even if the fuel cell system is in its inactive mode for a longer period of time. In addition, after a specified or specified time interval has elapsed since the fuel cell system was in the inactive mode, electronic device 36a is designed and/or programmed to use a hydrogen content in the fuel cell stack provided to electronic device 36a to determine whether the measured hydrogen content is below a specified or specified value Minimum hydrogen content is. If necessary, i.e. if the measured hydrogen content is below the specified minimum hydrogen content, electronic device 36a is designed and/or programmed to output the at least one first switching signal 38a to hydrogen supply valve 16 in such a way that additional hydrogen is fed into fuel cell stack 10 via hydrogen supply valve 16 is fillable / is filled.

Das hier beschriebene vorteilhafte Zusammenwirken des mindestens einen Sensors 40 mit der Steuervorrichtung 36/ihrer Elektronikeinrichtung 36a bewirkt somit ein bedarfsgerechtes Nachfüllen von Wasserstoff in den Brennstoffzellenstapel 10 gerade dann, wenn der darin vorliegende Wasserstoffgehalt nicht mehr ausreichend ist, um auch über einen längeren Zeitraum noch in den Brennstoffzellenstapel 10 einsickernde/nachströmende Luft zu neutralisieren. Mittels des vorteilhaften Zusammenwirkens des mindestens einen Sensors 40 mit der Steuervorrichtung 36/ihrer Elektronikeinrichtung 36a ist deshalb gewährleistet, dass auch bei einem Vorliegen des Brennstoffzellensystems in seinem inaktiven Modus für mehr als 10 Stunden noch ein verlässlicher Schutz des Brennstoffzellenstapels 10 durch den darin nachgefüllten Wasserstoff realisiert ist, sodass keine unerwünschte Alterung des Brennstoffzellenstapels zu befürchten ist. Die hier beschriebene Ausstattung des Brennstoffzellensystems mit dem mindestens einen Sensor 40 und die vorteilhafte Auslegung/Programmierung der Elektronikeinrichtung 36a tragen auf diese Weise zur erheblichen Verlängerung einer Lebensdauer des Brennstoffzellenstapels 10, bzw. des damit ausgestatteten Brennstoffzellensystems bei. Als vorteilhafte Weiterbildung kann die Elektronikeinrichtung 36a noch dazu ausgelegt sein, dass Zeitintervall abhängig von einem Alter des Brennstoffzellensystems und/oder einer Temperatur des Brennstoffzellensystems festzulegen. Auch der Mindest-Wasserstoffgehalt kann ein von der Elektronikeinrichtung 36a unter Berücksichtigung des Alters des Brennstoffzellensystems und/oder der Temperatur des Brennstoffzellensystems festgelegter Schwellwert sein.The advantageous interaction of the at least one sensor 40 with the control device 36/its electronic device 36a, as described here, thus causes the fuel cell stack 10 to be refilled with hydrogen as required, precisely when the hydrogen content therein is no longer sufficient to continue to to neutralize the fuel cell stack 10 infiltrating/after-flowing air. The advantageous interaction of the at least one sensor 40 with the control device 36/its electronic device 36a ensures that even if the fuel cell system is in its inactive mode for more than 10 hours, the fuel cell stack 10 is still reliably protected by the hydrogen refilled therein is, so that no undesirable aging of the fuel cell stack is to be feared. The equipment of the fuel cell system described here with the at least one sensor 40 and the advantageous design/programming of the electronic device 36a contribute in this way to a considerable extension of the service life of the fuel cell stack 10 or of the fuel cell system equipped with it. As an advantageous development, electronic device 36a can also be designed to define the time interval as a function of the age of the fuel cell system and/or the temperature of the fuel cell system. The minimum hydrogen content can also be a threshold value specified by electronic device 36a, taking into account the age of the fuel cell system and/or the temperature of the fuel cell system.

Zum bedarfsgerechten Nachfüllen des Brennstoffzellenstapels 10 mit Wasserstoff kann ein kleiner Zusatztank/Reservetank, welcher mit Wasserstoff gefüllt ist, an dem Wasserstoffzufuhrventil 16 angebunden sein. Alternativ kann jedoch auch Wasserstoff aus einem einzigen Wasserstofftank für die hier beschriebene Wiederbefüllung des Brennstoffzellenstapels 10 mit Wasserstoff verwendet werden.A small additional tank/reserve tank, which is filled with hydrogen, can be connected to the hydrogen supply valve 16 in order to refill the fuel cell stack 10 with hydrogen as required. Alternatively, however, hydrogen from a single hydrogen tank can also be used for the refilling of the fuel cell stack 10 with hydrogen as described here.

Als vorteilhafte Weiterbildung kann der mindestens eine und/oder mindestens ein weiterer an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordneter Sensor 40 noch dazu ausgelegt sein, den in dem Brennstoffzellenstapel 10 vorliegenden Wassergehalt/Feuchtegehalt zu messen und an die Elektronikeinrichtung 36a der Steuervorrichtung 36 bereitzustellen. Sofern mehrere Sensoren 40 ihre Einzelwerte bezüglich des Wassergehalts/Feuchtegehalts in dem Brennstoffzellenstapel 10 an die Elektronikeinrichtung 36a ausgeben, kann die Elektronikeinrichtung 36a auch dazu ausgelegt sein, den Wassergehalt/Feuchtegehalt als Mittelwert aus den von den Sensoren 40 bereitgestellten Einzelwerten festzulegen. In diesem Fall ist die Elektronikeinrichtung 36a während eines Vorliegens des Brennstoffzellensystems in dem inaktiven Modus zusätzlich noch dazu ausgelegt und/oder programmiert, zu ermitteln, ob eine Differenz zwischen einem aktuell an die Elektronikeinrichtung 36a bereitgestellten Wassergehalt/Feuchtegehalt in dem Brennstoffzellenstapel 10 und einem zuletzt an die Elektronikeinrichtung 36a bereitgestellten Wassergehalt/Feuchtegehalt in dem Brennstoffzellenstapel 10 größer als eine vorgegebene oder festgelegte Höchst-Differenz ist und/oder ob der aktuell an die Elektronikeinrichtung 36a bereitgestellte Wassergehalt/Feuchtegehalt in dem Brennstoffzellenstapel 10 größer als ein vorgegebener oder festgelegter Höchst-Wassergehalt ist. Auch die Höchst-Differenz und/oder der Höchst-Wassergehalt können von der Elektronikeinrichtung 36a abhängig von dem Alter des Brennstoffzellensystems und/oder der Temperatur des Brennstoffzellensystems festgelegt werden. Alternativ oder ergänzend kann die Höchst-Differenz auch von einer Zwischenzeit zwischen dem Bereitstellen des aktuellen Wassergehalts/Feuchtegehalts und dem Bereitstellen des zuletzt bestimmten Wassergehalts/Feuchtegehalts abhängig sein.As an advantageous development, the at least one and/or at least one additional sensor 40 arranged on and/or in the fuel cell system can also be designed to measure the water content/moisture content present in the fuel cell stack 10 and to make it available to the electronic device 36a of the control device 36. If several sensors 40 output their individual values regarding the water content/moisture content in the fuel cell stack 10 to the electronic device 36a, the electronic device 36a can also be designed to define the water content/moisture content as the mean value from the individual values provided by the sensors 40. In this case, while the fuel cell system is in the inactive mode, electronic device 36a is also designed and/or programmed to determine whether a difference between a water content/moisture content in fuel cell stack 10 currently provided to electronic device 36a and a last the water content/moisture content in the fuel cell stack 10 provided by the electronic device 36a is greater than a predefined or specified maximum difference and/or whether the water content/moisture content in the fuel cell stack 10 currently provided to the electronic device 36a is greater than a predefined or specified maximum water content. The maximum difference and/or the maximum water content can also be determined by the electronic device 36a as a function of the age of the fuel cell system and/or the temperature of the fuel cell system. Alternatively or additionally, the maximum difference can also be dependent on an interim time between the provision of the current water content/moisture content and the provision of the last determined water content/moisture content.

Eine ermittelte Differenz größer als die Höchst-Differenz und/oder ein ermittelter Wassergehalt/Feuchtegehalt größer als der Höchst-Wassergehalt deuten auf eine ungenügende Abdichtung des Brennstoffzellenstapels 10 hin. Gegebenenfalls, d.h. sofern die ermittelte Differenz größer als die Höchst-Differenz ist und/oder der Wassergehalt/Feuchtegehalt größer als der Höchst-Wassergehalt ist, ist die Elektronikeinrichtung 36a dazu ausgelegt/programmiert, mindestens ein Aktivierungssignal 42 an eine Warnlichteinrichtung des Brennstoffzellensystems oder des mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Stromverbrauchers, eine Warntonausgabeeinrichtung des Brennstoffzellensystems oder des Stromverbrauchers und/oder eine Warnanzeigeeinrichtung des Brennstoffzellensystems oder des Stromverbrauchers auszugeben. Alternativ oder ergänzend kann die Elektronikeinrichtung 36a gegebenenfalls auch dazu ausgelegt/programmiert sein, ein Warninformationssignal 44 an eine externe Werkstatt auszugeben oder auszusenden. Mittels der Aktivierung der Warnlichteinrichtung, der Warntonausgabeeinrichtung und/oder der Warnanzeigeeinrichtung und/oder mittels der an die externe Werkstatt übermittelten Warninformation kann dafür gesorgt werden, dass ein Benutzer des jeweiligen Brennstoffzellensystems, bzw. des damit ausgestatteten Stromverbrauchers, rechtzeitig die Werkstatt aufsucht. Das Problem der ungenügenden Abdichtung des Brennstoffzellenstapels 10 kann somit schnell behoben werden.A determined difference greater than the maximum difference and/or a determined water level hold/moisture content greater than the maximum water content indicate insufficient sealing of the fuel cell stack 10 . If necessary, ie if the difference determined is greater than the maximum difference and/or the water content/moisture content is greater than the maximum water content, the electronic device 36a is designed/programmed to transmit at least one activation signal 42 to a warning light device of the fuel cell system or of the the fuel cell system-equipped electricity consumer to output a warning sound output device of the fuel cell system or the electricity consumer and/or a warning display device of the fuel cell system or the electricity consumer. As an alternative or in addition, the electronic device 36a can optionally also be designed/programmed to output or transmit a warning information signal 44 to an external workshop. By activating the warning light device, the warning sound output device and/or the warning display device and/or by means of the warning information transmitted to the external workshop, it can be ensured that a user of the respective fuel cell system or of the electricity consumer equipped with it visits the workshop in good time. The problem of the insufficient sealing of the fuel cell stack 10 can thus be solved quickly.

Vorzugsweise ist der mindestens eine Sensor 40 sowohl zur Detektion von Wasserstoff als auch zu Detektion von Wasser/Feuchtigkeit ausgelegt. Der mindestens eine Sensor 40 kann beispielsweise jeweils ein Kombisensor, wie insbesondere der BME 680, sein. Da ein derartiger Sensortyp vergleichsweise wenig Energie benötigt, trägt seine Verbauung an und/oder in dem Brennstoffzellensystem kaum zu einer Steigerung von dessen Energieverbrauch bei.The at least one sensor 40 is preferably designed both for detecting hydrogen and for detecting water/moisture. The at least one sensor 40 can be a combined sensor, such as the BME 680 in particular, for example. Since such a sensor type requires comparatively little energy, installing it on and/or in the fuel cell system hardly contributes to an increase in its energy consumption.

Der einzige Sensor 40 oder mindestens einer der Sensoren 40 kann insbesondere an und/oder in dem Brennstoffzellenstapel 10 verbaut sein. Sofern der Brennstoffzellenstapel 10/seine Brennstoffzellen 10a auf einer Trägerplatte/Leiterplatte 46 angeordnet sind, können der einzige Sensor 40 oder mindestens einer der Sensoren 40 z.B. auf und/oder in der Trägerplatte/Leiterplatte 46 angeordnet sein. Ebenso kann der einzige Sensor 40 oder mindestens einer der Sensoren 40 auch an und/oder in der Zufuhröffnung 10b und/oder der Abflussöffnung 10c des Brennstoffzellenstapels 10 verbaut sein. Die Zufuhröffnung 10b und/oder die Abflussöffnung 10c können insbesondere jeweils eine Öffnung an einem Zellenstapelgehäuse des Brennstoffzellenstapels 10 sein.The single sensor 40 or at least one of the sensors 40 can in particular be installed on and/or in the fuel cell stack 10 . If the fuel cell stack 10/its fuel cells 10a are arranged on a carrier plate/printed circuit board 46, the single sensor 40 or at least one of the sensors 40 can be arranged on and/or in the carrier plate/printed circuit board 46, for example. Likewise, the single sensor 40 or at least one of the sensors 40 can also be installed on and/or in the supply opening 10b and/or the outflow opening 10c of the fuel cell stack 10 . The supply opening 10b and/or the outflow opening 10c can in particular each be an opening on a cell stack housing of the fuel cell stack 10 .

Alternativ oder ergänzend kann der einzige Sensor 40 oder mindestens einer der Sensoren 40 ebenso an und/oder in dem Anodenkreis 12 und/oder an und/oder in dem Kathodenkreis 14 verbaut sein. Insbesondere kann der einzige Sensor 40 oder mindestens einer der Sensoren 40 in mindestens einem Schlauch des Anodenkreises 12 und/oder des Kathodenkreises 14 verbaut sein. Der mindestens eine Sensor 40 kann somit leicht derart an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordnet werden, dass der Wasserstoffgehalt in dem Brennstoffzellenstapel 10 und/oder der Wassergehalt/Feuchtegehalt in dem Brennstoffzellenstapel 10 verlässlich mittels des jeweiligen Sensors 40 bestimmt werden können.Alternatively or additionally, the single sensor 40 or at least one of the sensors 40 can also be installed on and/or in the anode circuit 12 and/or on and/or in the cathode circuit 14 . In particular, the single sensor 40 or at least one of the sensors 40 can be installed in at least one tube of the anode circuit 12 and/or the cathode circuit 14 . The at least one sensor 40 can thus easily be arranged on and/or in the fuel cell system in such a way that the hydrogen content in the fuel cell stack 10 and/or the water content/moisture content in the fuel cell stack 10 can be reliably determined by means of the respective sensor 40.

Der mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattete Stromverbrauch kann beispielsweise ein Elektro- oder Hybridfahrzeug sein. In diesem Fall erfolgt das Überführen des Brennstoffzellensystems aus einem aktiven Modus in einen inaktiven Modus vor allem dann, wenn das Fahrzeug abgestellt wird. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Verwendbarkeit des Brennstoffzellensystems nicht auf Elektro- und Hybridfahrzeuge beschränkt ist. Stattdessen kann nahezu jeder mobile oder nicht-mobile Stromverbraucher mit dem hier beschriebenen Brennstoffzellensystem ausgestattet sein.The power consumption equipped with the fuel cell system can be, for example, an electric or hybrid vehicle. In this case, the fuel cell system is switched from an active mode to an inactive mode primarily when the vehicle is switched off. However, it is pointed out that usability of the fuel cell system is not limited to electric and hybrid vehicles. Instead, almost every mobile or non-mobile power consumer can be equipped with the fuel cell system described here.

2 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems eines Stromverbrauchers. 2 shows a flow chart for explaining an embodiment of the method for operating a fuel cell system of an electricity consumer.

Eine Ausführbarkeit des im Weiteren beschriebenen Verfahrens ist auf keinen besonderen Typ des Brennstoffzellensystems oder eines damit ausgestatteten Stromverbrauchers beschränkt.An ability to carry out the method described below is not limited to any particular type of fuel cell system or an electricity consumer equipped with it.

Zu Beginn des hier beschriebenen Verfahrens wird das Brennstoffzellensystem aus einem aktiven Modus in einen inaktiven Modus überführt, indem gleichzeitig, zeitlich überschneidend oder nacheinander die Verfahrensschritte S1 und S2 ausgeführt werden. In dem Verfahrensschritt S1 wird Wasserstoff über ein anodenseitig an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordnetes Wasserstoffzufuhrventil in einen Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems eingefüllt. Außerdem wird als Verfahrensschritt S2 ein in dem Brennstoffzellenstapel vorliegendes Gasgemisch über ein kathodenseitig an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordnetes Gasauslassventil aus dem Brennstoffzellenstapel ausgelassen. Beispiele für das Wasserstoffzufuhrventil und das Gasauslassventil sind oben schon beschrieben.At the beginning of the method described here, the fuel cell system is transferred from an active mode to an inactive mode, in that the method steps S1 and S2 are carried out simultaneously, overlapping in time or one after the other. In method step S1, hydrogen is filled into a fuel cell stack of the fuel cell system via a hydrogen supply valve arranged on the anode side on and/or in the fuel cell system. In addition, as method step S2, a gas mixture present in the fuel cell stack is discharged from the fuel cell stack via a gas outlet valve arranged on the cathode side on and/or in the fuel cell system. Examples of the hydrogen supply valve and the gas exhaust valve are already described above.

Nach Ablauf eines vorgegebenen oder festgelegten Zeitintervalls ab dem Überführen des Brennstoffzellensystems aus dem aktiven Modus in den inaktiven Modus wird ein Verfahrensschritt S3 ausgeführt. In dem Verfahrensschritt S3 wird ein in dem Brennstoffzellenstapel vorliegender Wasserstoffgehalt mittels mindestens eines an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordneten Sensors gemessen. Sofern der gemessene Wasserstoffgehalt in dem Brennstoffzellenstapel unter einem vorgegebenen oder festgelegten Mindest-Wasserstoffgehalt liegt, wird ein Verfahrensschritt S4 ausgeführt. Als Verfahrensschritt S4 wird zusätzlicher Wasserstoff über das Wasserstoffzufuhrventil in den Brennstoffzellenstapel eingefüllt. Damit bewirkt auch das hier beschriebene Verfahren die oben schon erläuterten Vorteile.A method step S3 is carried out after a predetermined or specified time interval has elapsed since the fuel cell system was switched from the active mode to the inactive mode. In method step S3, a hydrogen content present in the fuel cell stack is determined by means of at least one on and/or in the fuel cell system arranged sensor measured. If the measured hydrogen content in the fuel cell stack is below a predetermined or specified minimum hydrogen content, a method step S4 is carried out. As method step S4, additional hydrogen is filled into the fuel cell stack via the hydrogen supply valve. The method described here also brings about the advantages already explained above.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des hier beschriebenen Verfahrens wird vor den Verfahrensschritten S1 und S2 zuerst das kathodenseitig an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordnete Gasauslassventil geschlossen, so dass die auf diese Weise in dem Brennstoffzellenstapel eigeschlossene Luft von einem Verbraucher oder Dummy Widerstand „verbraucht“ wird. Anschließend wird der oben erläuterte Verfahrensschritt S1 ausgeführt, danach erfolgt der Verfahrensschritt S2. Mittels der hier beschriebenen Reihenfolge kann das Zeitintervall, ab welchen das Ausführend des Verfahrensschritts S3 vorteilhaft ist, verlängert werden.In an advantageous embodiment of the method described here, before method steps S1 and S2, the gas outlet valve arranged on and/or in the fuel cell system on the cathode side is first closed, so that the air enclosed in the fuel cell stack in this way is “consumed” by a consumer or dummy resistor . Method step S1 explained above is then carried out, followed by method step S2. Using the sequence described here, the time interval after which it is advantageous to carry out method step S3 can be lengthened.

Als optionale Weiterbildung kann während eines Vorliegens des Brennstoffzellensystems in dem inaktiven Modus noch ein Verfahrensschritt S5 ausgeführt werden. In dem Verfahrensschritt S5 wird ermittelt, ob eine Differenz zwischen einem aktuell mittels des mindestens einen und/oder mindestens eines weiteren an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordneten Sensors gemessenen Wassergehalt in dem Brennstoffzellenstapel und einem zuletzt mittels des mindestens einen jeweiligen Sensors gemessenen Wassergehalt in dem Brennstoffzellenstapel größer als eine vorgegebene oder festgelegte Höchst-Differenz ist und/oder ob der aktuell mittels des mindestens einen jeweiligen Sensors gemessene Wassergehalt in dem Brennstoffzellenstapel größer als ein vorgegebener oder festgelegter Höchst-Wassergehalt ist. Sofern die ermittelte Differenz größer als die Höchst-Differenz ist und/oder der gemessene Wassergehalt größer als der Höchst-Wassergehalt ist, werden als Verfahrensschritt S6 eine Warnlichteinrichtung des Brennstoffzellensystems oder des mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Stromverbrauchers, eine Warntonausgabeeinrichtung des Brennstoffzellensystems oder des Stromverbrauchers und/oder eine Warnanzeigeeinrichtung des Brennstoffzellensystems oder des Stromverbrauchers aktiviert. Als Alternative oder als Ergänzung zu dem Verfahrensschritt S6 kann auch als Verfahrensschritt S7 eine Warninformation an eine externe Wertstatt ausgegeben oder ausgesendet werden.As an optional further development, a method step S5 can also be carried out while the fuel cell system is in the inactive mode. In method step S5, it is determined whether there is a difference between a water content in the fuel cell stack currently measured by means of the at least one and/or at least one additional sensor arranged on and/or in the fuel cell system and a water content in the fuel cell stack last measured by means of the at least one respective sensor Fuel cell stack is greater than a specified or specified maximum difference and/or whether the water content in the fuel cell stack currently measured by means of the at least one respective sensor is greater than a specified or specified maximum water content. If the determined difference is greater than the maximum difference and/or the measured water content is greater than the maximum water content, a warning light device of the fuel cell system or of the electricity consumer equipped with the fuel cell system, a warning sound device of the fuel cell system or of the electricity consumer and/or or a warning display device of the fuel cell system or the electricity consumer is activated. As an alternative or as a supplement to method step S6, warning information can also be output or sent to an external workshop as method step S7.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102017204730 A1 [0002]DE 102017204730 A1 [0002]

Claims (11)

Steuervorrichtung (36) für ein Brennstoffzellensystem mit: einer Elektronikeinrichtung (36a), mittels welcher das Brennstoffzellensystem aus einem aktiven Modus in einen inaktiven Modus überführbar ist, indem die Elektronikeinrichtung (36a) gleichzeitig, zeitlich überschneidend oder nacheinander dazu ausgelegt und/oder programmiert ist, mindestens ein erstes Schaltsignal (38a) an ein an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordnetes Wasserstoffzufuhrventil (16) und mindestens ein zweites Schaltsignal (38b) an ein an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordnetes Gasauslassventil (18) auszugeben, wobei das Wasserstoffzufuhrventil (16) mittels des mindestens einen ersten Schaltsignals (38a) so schaltbar ist, dass Wasserstoff über das Wasserstoffzufuhrventil (16) in einen Brennstoffzellenstapel (10) des Brennstoffzellensystems einfüllbar ist, und das Gasauslassventil (18) mittels des mindestens einen zweiten Schaltsignals (38b) so schaltbar ist, dass ein in dem Brennstoffzellenstapel (10) vorliegendes Gasgemisch über das Gasauslassventil (18) aus dem Brennstoffzellenstapel (10) auslassbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinrichtung (36a) nach Ablauf eines vorgegebenen oder festgelegten Zeitintervalls ab Vorliegen des Brennstoffzellensystems in dem inaktiven Modus dazu ausgelegt und/oder programmiert ist, anhand eines an die Elektronikeinrichtung (36a) bereitgestellten Wasserstoffgehalts in dem Brennstoffzellenstapel (10) zu ermitteln, ob der gemessene Wasserstoffgehalt unter einem vorgegebenen oder festgelegten Mindest-Wasserstoffgehalt liegt, und gegebenenfalls das mindestens eine erste Schaltsignal (38a) derart an das Wasserstoffzufuhrventil (16) auszugeben, dass zusätzlicher Wasserstoff über das Wasserstoffzufuhrventil (16) in den Brennstoffzellenstapel (10) einfüllbar ist. Control device (36) for a fuel cell system with: an electronic device (36a), by means of which the fuel cell system can be switched from an active mode to an inactive mode, in that the electronic device (36a) is designed and/or programmed for this purpose simultaneously, overlapping in time or sequentially, to output at least one first switching signal (38a) to a hydrogen supply valve (16) arranged on and/or in the fuel cell system and at least one second switching signal (38b) to a gas outlet valve (18) arranged on and/or in the fuel cell system, the hydrogen supply valve (16 ) can be switched by means of the at least one first switching signal (38a) such that hydrogen can be filled into a fuel cell stack (10) of the fuel cell system via the hydrogen supply valve (16), and the gas outlet valve (18) can be switched in such a way by means of the at least one second switching signal (38b). is that a gas mixture present in the fuel cell stack (10) can be discharged from the fuel cell stack (10) via the gas discharge valve (18); characterized in that the electronic device (36a) is designed and/or programmed after a predetermined or specified time interval has elapsed since the fuel cell system was in the inactive mode, using a hydrogen content in the fuel cell stack (10) provided to the electronic device (36a) to determine whether the measured hydrogen content is below a predetermined or specified minimum hydrogen content, and if necessary to output the at least one first switching signal (38a) to the hydrogen supply valve (16) in such a way that additional hydrogen can be filled into the fuel cell stack (10) via the hydrogen supply valve (16). is. Steuervorrichtung (36) nach Anspruch 1, wobei die Elektronikeinrichtung (36a) während eines Vorliegens des Brennstoffzellensystems in dem inaktiven Modus dazu ausgelegt und/oder programmiert ist, zu ermitteln, ob eine Differenz zwischen einem aktuell an die Elektronikeinrichtung (36a) bereitgestellten Wassergehalt in dem Brennstoffzellenstapel (10) und einem zuletzt an die Elektronikeinrichtung (36a) bereitgestellten Wassergehalt in dem Brennstoffzellenstapel (10) größer als eine vorgegebene oder festgelegte Höchst-Differenz ist und/oder ob der aktuell an die Elektronikeinrichtung (36a) bereitgestellte Wassergehalt in dem Brennstoffzellenstapel (10) größer als ein vorgegebener oder festgelegter Höchst-Wassergehalt ist, und, gegebenenfalls mindestens ein Aktivierungssignal (42) an eine Warnlichteinrichtung des Brennstoffzellensystems oder eines mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Stromverbrauchers, eine Warntonausgabeeinrichtung des Brennstoffzellensystems oder des Stromverbrauchers und/oder an eine Warnanzeigeeinrichtung des Brennstoffzellensystems oder des Stromverbrauchers ausgegeben oder auszusenden und/oder ein Warninformationssignal (44) an eine externe Wertstatt ausgegeben oder auszusenden.Control device (36) after claim 1 , wherein the electronic device (36a) is designed and/or programmed while the fuel cell system is in the inactive mode to determine whether a difference between a water content in the fuel cell stack (10) currently provided to the electronic device (36a) and a last the water content in the fuel cell stack (10) provided to the electronic device (36a) is greater than a specified or specified maximum difference and/or whether the water content in the fuel cell stack (10) currently provided to the electronic device (36a) is greater than a specified or specified maximum water content and, if necessary, output or transmit at least one activation signal (42) to a warning light device of the fuel cell system or an electricity consumer equipped with the fuel cell system, a warning sound output device of the fuel cell system or of the electricity consumer and/or to a warning display device of the fuel cell system or of the electricity consumer and/ or to output or send out a warning information signal (44) to an external workshop. Brennstoffzellensystem für einen Stromverbraucher zum Zusammenwirken mit der Steuervorrichtung (36) nach Anspruch 1 oder 2 mit: dem Brennstoffzellenstapel (10); einem Anodenkreis (12); einem Kathodenkreis (14); dem anodenseitig an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordneten Wasserstoffzufuhrventil (16); dem kathodenseitig an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordneten Gasauslassventil (18); und mindestens einem an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordneten Sensor (40), welcher dazu ausgelegt ist, den in dem Brennstoffzellenstapel (10) vorliegenden Wasserstoffgehalt zu messen und an die Elektronikeinrichtung (36a) der Steuervorrichtung (36) bereitzustellen.Fuel cell system for an electricity consumer for interaction with the control device (36). claim 1 or 2 with: the fuel cell stack (10); an anode circuit (12); a cathode circuit (14); the hydrogen supply valve (16) arranged on the anode side and/or in the fuel cell system; the gas outlet valve (18) arranged on the cathode side and/or in the fuel cell system; and at least one sensor (40) arranged on and/or in the fuel cell system, which is designed to measure the hydrogen content present in the fuel cell stack (10) and to make it available to the electronic device (36a) of the control device (36). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, wobei der mindestens eine und/oder mindestens ein weiterer an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordneter Sensor (40) dazu ausgelegt ist, den in dem Brennstoffzellenstapel (10) vorliegenden Wassergehalt zu messen und an die Elektronikeinrichtung (36a) der Steuervorrichtung (36) bereitzustellen.fuel cell system claim 3 , wherein the at least one and/or at least one further sensor (40) arranged on and/or in the fuel cell system is designed to measure the water content present in the fuel cell stack (10) and to the electronic device (36a) of the control device (36) to provide. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei der einzige Sensor (40) oder mindestens einer der Sensoren (40) an und/oder in dem Brennstoffzellenstapel (10) verbaut ist.fuel cell system claim 3 or 4 , wherein the single sensor (40) or at least one of the sensors (40) is installed on and/or in the fuel cell stack (10). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, wobei der einzige Sensor (40) oder mindestens einer der Sensoren (40) an und/oder in einer Zufuhröffnung (10b) und/oder einer Abflussöffnung (10c) des Brennstoffzellenstapels (10) verbaut ist.fuel cell system claim 5 , wherein the single sensor (40) or at least one of the sensors (40) is installed on and/or in a supply opening (10b) and/or an outflow opening (10c) of the fuel cell stack (10). Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der einzige Sensor (40) oder mindestens einer der Sensoren (40) an und/oder in dem Anodenkreis (12) und/oder an und/oder in dem Kathodenkreis (14) verbaut ist.Fuel cell system according to one of claims 3 until 6 , wherein the single sensor (40) or at least one of the sensors (40) is installed on and/or in the anode circuit (12) and/or on and/or in the cathode circuit (14). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, wobei der einzige Sensor (40) oder mindestens einer der Sensoren (40) in mindestens einem Schlauch des Anodenkreises (12) und/oder des Kathodenkreises (14) verbaut ist.fuel cell system claim 7 , wherein the single sensor (40) or at least one of the sensors (40) is installed in at least one hose of the anode circuit (12) and/or the cathode circuit (14). Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 8 mit der Steuervorrichtung (36) nach Anspruch 1 oder 2.Fuel cell system according to one of claims 3 until 8th with the control device (36). claim 1 or 2 . Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems eines Stromverbrauchers mit dem Schritt: Überführen des Brennstoffzellensystems aus einem aktiven Modus in einen inaktiven Modus, indem gleichzeitig, zeitlich überschneidend oder nacheinander Wasserstoff über ein anodenseitig an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordnetes Wasserstoffzufuhrventil (16) in einen Brennstoffzellenstapel (10) des Brennstoffzellensystems eingefüllt wird (S1) und ein in dem Brennstoffzellenstapel (10) vorliegendes Gasgemisch über ein kathodenseitig an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordnetes Gasauslassventil (18) aus dem Brennstoffzellenstapel (10) ausgelassen wird (S2); gekennzeichnet durch die Schritte: Messen eines in dem Brennstoffzellenstapel (10) vorliegenden Wasserstoffgehalts mittels mindestens eines an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordneten Sensors (40) nach Ablauf eines vorgegebenen oder festgelegten Zeitintervalls ab dem Überführen des Brennstoffzellensystems aus dem aktiven Modus in den inaktiven Modus (S3); und, sofern der gemessene Wasserstoffgehalt in dem Brennstoffzellenstapel (10) unter einem vorgegebenen oder festgelegten Mindest-Wasserstoffgehalt liegt, Einfüllen von zusätzlichem Wasserstoff über das Wasserstoffzufuhrventil (16) in den Brennstoffzellenstapel (10)(S4).Method for operating a fuel cell system of an electricity consumer, with the step of: transferring the fuel cell system from an active mode to an inactive mode, in that hydrogen is fed into a fuel cell stack ( 10) the fuel cell system is filled (S1) and a gas mixture present in the fuel cell stack (10) is discharged from the fuel cell stack (10) via a gas outlet valve (18) arranged on the cathode side on and/or in the fuel cell system (S2); characterized by the steps: measuring a hydrogen content present in the fuel cell stack (10) by means of at least one sensor (40) arranged on and/or in the fuel cell system after a predetermined or specified time interval has elapsed from the transition of the fuel cell system from the active mode to the inactive mode (S3); and if the measured hydrogen content in the fuel cell stack (10) is below a predetermined or specified minimum hydrogen content, filling additional hydrogen into the fuel cell stack (10) (S4) via the hydrogen supply valve (16). Verfahren nach Anspruch 10 mit dem zusätzlich während eines Vorliegens des Brennstoffzellensystems in dem inaktiven Modus ausgeführten Schritt: Ermitteln, ob eine Differenz zwischen einem aktuell mittels des mindestens einen und/oder mindestens eines weiteren an und/oder in dem Brennstoffzellensystem angeordneten Sensors (40) gemessenen Wassergehalt in dem Brennstoffzellenstapel (10) und einem zuletzt mittels des mindestens einen jeweiligen Sensors (40) gemessenen Wassergehalt in dem Brennstoffzellenstapel (10) größer als eine vorgegebene oder festgelegte Höchst-Differenz ist und/oder ob der aktuell mittels des mindestens einen jeweiligen Sensors (40) gemessene Wassergehalt in dem Brennstoffzellenstapel (10) größer als ein vorgegebener oder festgelegter Höchst-Wassergehalt ist (S5), und, sofern die ermittelte Differenz größer als die Höchst-Differenz ist und/oder der gemessene Wassergehalt größer als der Höchst-Wassergehalt ist, Aktivieren einer Warnlichteinrichtung des Brennstoffzellensystems oder eines mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Stromverbrauchers, einer Warntonausgabeeinrichtung des Brennstoffzellensystems oder des Stromverbrauchers und/oder einer Warnanzeigeeinrichtung des Brennstoffzellensystems oder des Stromverbrauchers (S6) und/oder Ausgeben oder Aussenden einer Warninformation an eine externe Wertstatt (S7).procedure after claim 10 with the additional step carried out while the fuel cell system is in the inactive mode: determining whether a difference between a water content in the fuel cell stack currently measured by means of the at least one and/or at least one further sensor (40) arranged on and/or in the fuel cell system (10) and a water content in the fuel cell stack (10) last measured by means of the at least one respective sensor (40) is greater than a predetermined or specified maximum difference and/or whether the water content currently measured by means of the at least one respective sensor (40). in the fuel cell stack (10) is greater than a predetermined or specified maximum water content (S5), and if the determined difference is greater than the maximum difference and/or the measured water content is greater than the maximum water content, activating a warning light device of the fuel cell system or an electricity consumer equipped with the fuel cell system, a warning sound output device of the fuel cell system or the electricity consumer and/or a warning display device of the fuel cell system or the electricity consumer (S6) and/or outputting or sending warning information to an external workshop (S7).
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