DE102022119879A1

DE102022119879A1 - Brennstoffzellensystem und Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug

Info

Publication number: DE102022119879A1
Application number: DE102022119879.0A
Authority: DE
Inventors: Janik Ricke
Original assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Priority date: 2022-08-08
Filing date: 2022-08-08
Publication date: 2024-02-08
Also published as: WO2024033042A2; WO2024033042A3

Abstract

Brennstoffzellensystem (100) für ein Fahrzeug (200a), insbesondere Nutzfahrzeug (200b), umfassend eine Brennstoffzellenanordnung (10) mit einem kathodenseitigen Brennstoffzelleneingang (11) und einem kathodenseitigen Brennstoffzellenausgang (13); einen Verdichter (20, 20'), der zur Luftversorgung mit dem Brennstoffzelleneingang (11) fluidleitend verbunden ist; und einen Expander (30) zur Rückgewinnung elektrischer Energie (65) aus einem Abgasstrom (15) der Brennstoffzellenanordnung (10), wobei der Expander (30) mit dem Brennstoffzellenausgang (13) fluidleitend verbunden ist, wobei der Expander (30) ein mehrflutiger Expander (30) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, umfassend eine Brennstoffzellenanordnung mit einem kathodenseitigen Brennstoffzelleneingang und einem kathodenseitigen Brennstoffzellenausgang; einen Verdichter, der zur Luftversorgung mit dem Brennstoffzelleneingang fluidleitend verbunden ist; und einen Expander zur Rückgewinnung elektrischer Energie aus einem Abgasstrom der Brennstoffzellenanordnung, wobei der Expander mit dem Brennstoffzellenausgang fluidleitend verbunden ist.
Brennstoffzellensysteme sind allgemein bekannt. In diesen Brennstoffzellensystemen wird der Verdichter dazu benutzt, Luft anzusaugen, zu verdichten und dem kathodenseitigen Brennstoffzelleneingang der Brennstoffzelle zum Durchführen der Brennstoffzellenreaktion zuzuführen. Das verdichtete Stoffgemisch durchläuft den oder die Stacks der Brennstoffzellenanordnung. Das nach dem Abreagieren verbleibende Stoffgemisch tritt als gasförmiger Fluidstrom kathodenseitig aus dem Brennstoffzellenausgang der Brennstoffzellenanordnung wieder aus.
Dieser Fluidstrom weist üblicherweise noch einen Überdruck gegenüber der Umgebung auf und wird daher in den meisten Brennstoffzellensystemen dazu genutzt, als Staudruck die Reaktantenbalance in der Brennstoffzellenanordnung zu beeinflussen und/oder eine Expanderwelle des Expanders anzutreiben. Im Expander kann das auslassseitig austretende Stoffgemisch auf Umgebungsdruck entspannt werden, und die an die Expanderwelle abgegebene Energie wird üblicherweise in elektrische Energie umgewandelt, wenn der Expander mit einem Generator verbunden ist.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, die vom Expander erzeugte elektrische Energie beispielsweise einem Bordnetz des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen und bisweilen auch, jene elektrische Energie dem Brennstoffzellensystem zugänglich zu machen.
Je größer der Druck in der Abgasturbine beziehungsweise dem Expander des Brennstoffzellensystems wird, desto größer wird auch eine Axialkraft, welche auf einen Expanderrotor wirkt. Bislang sind Expander typischerweise mechanisch auf einer Welle mit dem Verdichter gekoppelt, was für eine Art Ausgleich der Axialkräfte sorgen kann.
Es gibt auch Lösungen, bei denen der Expander mechanisch entkoppelt vom Verdichter ist. Die Abgasturbine ist separat angeordnet und über die Pufferbatterie elektrisch mit dem Verdichter verbunden.
Die am Anmeldetag noch nicht veröffentlichte DE 10 2022 112 099.6 beschreibt ein Brennstoffzellensystem, insbesondere ein Brennstoffzellensystem für ein Nutzfahrzeug, mit einer Anzahl Brennstoffzellen, einer Anzahl separater Verdichter, die zur Luftversorgung fluidleitend eingangsseitig mit der Anzahl Brennstoffzellen verbunden sind, und einer Anzahl Expander, die fluidleitend ausgangseitig mit der Anzahl Brennstoffzellen verbunden sind, und die mechanisch von den Verdichtern entkoppelt sind, zur Rückgewinnung elektrischer Energie aus einem Abgasstrom der Anzahl Brennstoffzellen.
Da der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle mit steigendem Luftdruck ebenfalls ansteigt, gehen die Bestrebungen in Richtung höherer Stack-Drücke, also höherer eingangsseitiger Drücke und somit auch höherer ausgangsseitiger Drücke. Dies kann zu Axialkraftproblemen bei separat angeordneten Abgasturbinen beziehungsweise Expandern führen, wenn ein Betriebsdruck von beispielsweise 2,8 bar überstiegen wird. Besonders bei Brennstoffzellen mit einem Eingangsdruck von mehr als 3,6 bar, kann es bei Expandern zu Problemen durch Axialkräfte kommen. Die Brennstoffzelle reduziert den Druck am Brennstoffzellenausgang gegenüber dem Brennstoffzelleneingang um ca. 0,8 bar. Axialkräfte bei einem Druck von 2,8 bar sind mit einem einflutigen Expander noch durch Folienlagern beherrschbar. Bei einem Eingangsdruck von mehr als 3,6 bar können Probleme durch Axialkräfte auftreten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu bereichern und eine verbessertes Brennstoffzellensystem bereitzustellen. Insbesondere kann die Aufgabe sein, das Aufkommen von hohen Axialkräften effektiv zu vermeiden und gleichzeitig geeignete Druckverhältnisse zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 sowie den Gegenständen nach den weiteren unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung an.
Gemäß der Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, vorgeschlagen. Das Brennstoffzellensystem umfasst eine Brennstoffzellenanordnung mit einem kathodenseitigen Brennstoffzelleneingang und einem kathodenseitigen Brennstoffzellenausgang; einen Verdichter, der zur Luftversorgung mit dem Brennstoffzelleneingang fluidleitend verbunden ist; und einen Expander zur Rückgewinnung elektrischer Energie aus einem Abgasstrom der Brennstoffzellenanordnung, wobei der Expander mit dem Brennstoffzellenausgang fluidleitend verbunden ist; wobei der Expander ein mehrflutiger beziehungsweise mehrströmiger Expander ist.
Das Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, wird im Folgenden als Fahrzeug bezeichnet. Das Fahrzeug ist ein Brennstoffzellenfahrzeug, dem durch das Brennstoffzellensystem elektrische Energie beispielsweise für ein Bordnetz und/oder einen Antrieb des Fahrzeugs bereitgestellt werden kann.
Die Brennstoffzellenanordnung umfasst eine oder mehrere Brennstoffzellen, die über den kathodenseitigen Brennstoffzelleneingang mit dem Verdichter fluidleitend verbunden sind. Damit kann die Brennstoffzellenanordnung beziehungsweise können die eine oder mehrere Brennstoffzellen mit durch den Verdichter bereitgestellter komprimierter Luft beaufschlagt werden. Die eine oder mehrere Brennstoffzellen sind über den kathodenseitigen Brennstoffzellenausgang mit dem Expander fluidleitend verbunden, wobei die Brennstoffzellenanordnung über den Brennstoffzellenausgang den Expander mit dem Abgasstrom beaufschlagt.
Der Expander ist ein mehrflutiger Expander. Mit anderen Worten weist der Expander mehrere Expanderräder und eine Expanderwelle auf, wobei die Expanderräder über die Expanderwelle drehfest miteinander verbunden sind. Mehrflutig bedeutet dabei, dass die Expanderräder auf der Expanderwelle derart angeordnet sind, dass nicht alle der Expanderräder zum Entspannen beziehungsweise Expandieren der Luft pneumatisch miteinander verbunden sind, sondern wenigstens zwei Expanderräder pneumatisch voneinander getrennt sind. Mit anderen Worten sind die Expanderräder wenigstens teilweise parallel zueinander geschaltet und bilden somit Stufen, die auch parallel zueinander geschaltet und nicht seriell, d. h. nicht in Reihe zueinander, geschaltet sind.
Dabei wurde erkannt, dass eine vielfältigere aerodynamischen Auslegung der Expanderstufen möglich ist. Bei einem beispielsweise einflutigen und zweistufigen Expander müssten die Stufen aerodynamisch und in Hinblick auf auftretende Axialkräfte aufeinander abgestimmt sein, was bei einem mehrflutigen Expander entfallen kann. Dadurch kann eine gezieltere und unabhängigere Auslegung der Stufen auf den Betrieb mit in dem Brennstoffzellensystem erfolgen. Dies trägt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads des Expanders bei. Ferner ermöglicht der mehrflutige Expander in der Produktion eine Steigerung der Effektivität durch Skaleneffekte durch den Gleichteilansatz, da die Stufen wenigstens teilweise einander entsprechen und beispielsweise die Verdichterräder, Lager und/oder Gehäuseelemente gleichartig ausgebildet sein können.
Vorzugsweise weist der Expander zwei Stufen und zwei pneumatisch voneinander getrennte Strömungsabschnitte auf, wobei jedem der Strömungsabschnitte eine Stufe zugeordnet ist. Dabei ist der Expander mindestens ein zweiflutiger Expander. Die Strömungsabschnitte sind parallel zueinander geschaltet und somit separat voneinander. Die pneumatische Trennung der Strömungsabschnitte und/oder Stufen bedeutet, dass durch einen der Strömungsabschnitte beziehungsweise eine der Stufen strömende Luft nicht durch eine anderen der Strömungsabschnitte beziehungsweise eine der anderen der Stufen strömt.
Vorzugsweise weist der Expander einen Expanderrotor mit zwei Expanderrädern auf, wobei die Expanderrädern gleichartig zueinander sind. Die Gleichartigkeit der Expanderräder führt zu einer Vereinfachung der Auslegung, der Konstruktion und der Fertigung des Expanders und dazu, dass Axialkräfte effektiv kompensiert werden. Damit kompensiert die durch eines der Expanderräder bei einer Rotation wirkende Axialkraft die durch das andere der Expanderräder bei der Rotation wirkende Axialkraft. Dabei bedeutet gleichartig, dass die Expanderräder eine Symmetrie aufweisen, also gespiegelt sind. Dabei kann eines der Expanderräder als rechtsläufig und ein dem gleichartiges Expanderrad als linksläufig bezeichnet werden. Abgesehen von der Symmetrie, sind die Expanderräder von ihren Abmessungen, einer Winkelstellung der Expanderflügel und ihrer Masse identisch. Ebenfalls kann der Expander zwei Voluten aufweisen, die ebenfalls gleichartig sind.
Vorzugsweise weist die Brennstoffzellenanordnung eine erste Brennstoffzelle mit einem ersten kathodenseitigen Ausgangabschnitt und eine zweite Brennstoffzelle mit einem zweiten kathodenseitigen Ausgangabschnitt auf, und der Expander ist mit dem ersten Ausgangabschnitt und mit dem zweiten Ausgangabschnitt fluidleitend verbunden. Dabei weist der Brennstoffzellenausgang der Brennstoffzellenanordnung die zwei Ausgangsabschnitte auf, wobei jeder der Ausgangsabschnitte in den Expander mündet. Damit kann erzielt werden, dass lediglich ein Expander benötigt wird, um aus den Abgasstrom der beiden Brennstoffzellen Energie rückgewinnen zu können.
Vorzugsweise weist der Expander einen ersten Strömungsabschnitt mit einem ersten Expandereingang und einen von dem ersten Strömungsabschnitt pneumatisch getrennten zweiten Strömungsabschnitt mit einem zweiten Expandereingang auf, und der erste Expandereingang ist mit dem ersten Ausgangabschnitt fluidleitend verbunden und der zweite Expandereingang ist mit dem zweiten Ausgangabschnitt fluidleitend verbunden. Damit wird eine eins-zu-eins-Beziehung zwischen den Expandereingängen und den Ausgangsabschnitten der Brennstoffzellen hergestellt. Damit mündet genau ein Ausgangsabschnitt in genau einem der Expandereingänge.
Vorzugsweise weist das Brennstoffzellensystem ein Ventil und einen durch das Ventil steuerbaren Leitungszweig zur fluidleitenden Verbindung des ersten Expandereingangs mit dem zweiten Ausgangabschnitt auf. Das Ventil und der Leitungszweig können als ein Bypass aufgefasst werden. Damit ist es möglich den Abgasstrom beider Brennstoffzellen zu dem ersten Expandereingang zu leiten, wenn Luft aus dem zweiten Ausgangsabschnitt der zweiten Brennstoffzelle über den Leitungszweig zu dem ersten Expandereingang geleitet wird. Damit kann nur eine Stufe des Expanders mit einem Abgasstrom von mehreren Brennstoffzellen betrieben werden, wenn beispielsweise das Brennstoffzellensystem mehr Brennstoffzellen als Expanderstufen aufweist.
Vorzugsweise weist der Expander zwei Expandereingänge auf, und die Brennstoffzellenordnung weist eine Mehrzahl von Brennstoffzellen auf, und wenigstens einer der Expandereingänge ist mit zwei Brennstoffzellen fluidleitend verbunden. Damit kann nur eine Stufe des Expanders mit einem Abgasstrom von mehreren Brennstoffzellen betrieben werden, wenn beispielsweise das Brennstoffzellensystem mehr Brennstoffzellen als Expanderstufen aufweist. Dies ist insbesondere für Brennstoffzellen von Vorteil, die mit einem Niederdruck betrieben werden können, und/oder für vergleichsweise große Brennstoffzellen im Bereich der schienengebundenen Landfahrzeuge und der Wasserfahrzeuge.
Vorzugsweise weist der Expander zwei Expandereingänge auf, und die Brennstoffzellenordnung weist eine Brennstoffzelle auf, wobei die Brennstoffzelle über beide der Expandereingänge mit dem Expander fluidleitend verbunden ist. Damit kann die Brennstoffzellenanordnung auch nur eine einzige Brennstoffzelle aufweisen, die beispielsweise den Expander mit einem Abgasstrom mit einem hohen Druck beaufschlagt.
Vorzugsweise weist das Brennstoffzellensystem zwei Verdichter auf, wobei jeder der Verdichter zwei Verdichterausgänge und zwei Verdichtereingänge aufweist, wobei jeweils einer der Verdichterausgänge mit einem der Verdichtereingänge fluidleitend verbunden ist, und jeweils ein anderer der Verdichterausgänge mit einer der Brennstoffzellen fluidleitend verbunden ist. Damit werden die beiden Brennstoffzellen mit je einem mehrstufigen Verdichter mit Luftdruck beaufschlagt. Mehrere Stufen je Verdichter sind in Reihe geschaltet. Hierdurch lassen sich größere Drücke erzielen, was den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle deutlich erhöhen kann. Der Abgasstrom der jeweiligen Brennstoffzellen wird zu dem Expander über je einen der Expandereingänge geleitet.
Vorzugsweise weist der Verdichter zwei Verdichterausgänge auf, die fluidleitend mit dem kathodenseitigen Brennstoffzelleneingang verbunden sind. Dabei können die Verdichterausgänge über den kathodenseitigen Brennstoffzelleneingang mit einer oder mehreren Brennstoffzellen fluidleitend verbunden werden. Eine fluidleitende Verbindung zwischen einem der Verdichterausgänge und dem Brennstoffzelleneingang ermöglicht, dass durch den Verdichter mehr als zwei Brennstoffzellen mit Luftdruck beaufschlagen kann. Damit ist eine weitergehende Verzweigung des Luftdrucks möglich.
Vorzugsweise weist der Verdichter zwei Verdichterausgänge und zwei Verdichtereingänge au, wobei einer der Verdichterausgänge mit einem der Verdichtereingänge fluidleitend verbunden ist. Damit sind die Verdichter mehrstufige Verdichter, denn die Verdichterstufen, in die der Verdichtereingang mündet, ist ein Reihe mit der anderen Verdichterstufe geschaltet. Damit kann ein vorteilhafter Druck für das Betreiben der Brennstoffzelle bereitgestellt werden. Damit kann die Brennstoffzellenanordnung mit Luft unter hohem Druck beaufschlagt werden.
Vorzugsweise ist der Expander zur Rückgewinnung elektrischer Energie mit einer Expander-Leistungselektronik verbindbar und/oder verbunden. Die Expander-Leistungselektronik kann somit von dem Brennstoffzellensystem umfasst oder extern sein. Um Energie rückgewinnen zu können, ist der Expander dazu eingerichtet einen Generator anzutreiben, der elektrische Energie erzeugt, die durch die Expander-Leistungselektronik zur weiteren Verwendung und/oder Einspeisung in ein Bordnetz gewandelt wird.
Vorzugsweise ist die Expander-Leistungselektronik separat von einer Verdichter-Leistungselektronik und/oder von einer Brennstoffzellen-Leistungselektronik angeordnet. Damit kann die Expander-Leistungselektronik ein separates Bauelement sein, um beispielsweise gezielt ausgelegt und angeordnet werden zu können. Damit können ein Wirkungsgrad und/oder eine Kühlung der Expander-Leistungselektronik verbessert werden. Alternativ ist die Expander-Leistungselektronik von einer Verdichter-Leistungselektronik und/oder von einer Brennstoffzellen-Leistungselektronik umfasst, um multifunktionale Elektronikvorrichtungen bereitstellen zu können. Damit kann die Fertigung und/oder die Montage der Expander-Leistungselektronik vereinfacht werden. Die Brennstoffzellen-Leistungselektronik kann einen Gleichspannungswandler beziehungsweise einen DC/DC-Konverter umfassen.
Vorzugsweise ist der Verdichter ein mehrstufiger und/oder mehrflutiger Verdichter. Damit ist es möglich, effektiv eine oder mehrere Brennstoffzellen mit dem Verdichter fluidleitend zu verbinden.
Vorzugsweise ist der Expander mechanisch von dem Verdichter entkoppelt. Die mechanische Trennung von Verdichter und Expander bietet konstruktionstechnisch und effizienztechnisch Vorteile gegenüber konventionellen, starren Verbindungen zwischen Verdichter und Expander. Dabei wurde erkannt, dass Expander und Verdichter ihren optimalen Betriebspunkt jeweils bei deutlich unterschiedlichen Drehzahlniveaus haben können. Ferner ermöglicht die mechanische Trennung von Verdichter und Expander, dass verschiedene Systemarchitekturen bereitgestellt werden können, wenn zusätzlich zu der mechanischen Trennung zwischen Verdichter und Expander auch die zwangsweise zahlenmäßige Zuordnung zwischen Verdichter und Expander aufgehoben wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, umfassend das oben beschriebene Brennstoffzellensystem, bereitgestellt. Das Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, kann beispielsweise ein Landfahrzeug zum Transport von Personen und/oder Waren sein. Insbesondere bei Landfahrzeugen kann der Verdichter ein zweiflutiger Verdichter sein, um Anforderungen an einen Bauraum für den Verdichter und an Kosten zu genügen. Das Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, kann auch ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Schiff, beispielsweise ein Frachtschiff sein. Dabei kann der Verdichter auch ein mehrflutiger Verdichter, beispielsweise vierflutig, sechsflutig, etc., mit mehreren Stufen sein, um entsprechende Druckverhältnisse einstellen und eine Anzahl von Brennstoffzellen mit Luftdruck beaufschlagen zu können.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sowie deren technische Effekte ergeben sich aus den Figuren und der Beschreibung der in den Figuren gezeigten bevorzugten Ausführungsformen. Dabei zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
5 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
6 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
7 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 200a, insbesondere Nutzfahrzeugs 200b, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das Fahrzeug 200a, insbesondere Nutzfahrzeug 200b, wird im Folgenden als Fahrzeug 200a, 200b bezeichnet. Das Fahrzeug 200a, 200b ist beispielsweise ein Landfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug.
Das Fahrzeug 200a, 200b weist ein Brennstoffzellensystem 100, eine Energiespeichervorrichtung 110 und einen elektrischen Antrieb 130 auf. Das Brennstoffzellensystem 100 ist dazu eingerichtet, der Energiespeichervorrichtung 110 elektrische Energie 65 bereitzustellen. Die Energiespeichervorrichtung 110 ist beispielsweise eine wiederaufladbare Energiespeichervorrichtung 110 und dient als Pufferbatterie zum Puffern von elektrischer Energie 65. Die Energiespeichervorrichtung 110 ist mit dem elektrischen Antrieb 130 verbunden, um den elektrischen Antrieb 130 mit elektrischer Energie 65 zu versorgen, damit der elektrische Antrieb 110 das Fahrzeug 200a, 200b antreiben kann. Zusätzlich ist das Brennstoffzellensystem 100 mit dem elektrische Antrieb 130 zur direkten Bereitstellung von elektrischer Energie 65 verbunden.
Das Brennstoffzellensystem 100 ist detailliert mit Bezug zu 2 bis 6 beschrieben.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Brennstoffzellensystem 100 ist dazu eingerichtet, in einem Fahrzeug 200a, 200b wie mit Bezug zu 1 beschrieben verwendet zu werden.
Das Brennstoffzellensystem 100 gemäß 2 umfasst eine Brennstoffzellenanordnung 10 mit einem kathodenseitigen Brennstoffzelleneingang 11 und einem kathodenseitigen Brennstoffzellenausgang 13. Die Brennstoffzellenanordnung 10 ist schematisch durch eine gepunktete Linie angedeutet. Die Brennstoffzellenanordnung 10 umfasst eine erste Brennstoffzelle 16a und eine zweite Brennstoffzelle 16b. Die erste Brennstoffzelle 16a weist einen kathodenseitigen ersten Eingangsabschnitt 17a und einen kathodenseitigen ersten Ausgangsabschnitt 18a auf. Die zweite Brennstoffzelle 16b weist einen kathodenseitigen zweiten Eingangsabschnitt 17b und einen kathodenseitigen zweiten Ausgangsabschnitt 18b auf. Damit umfasst der Brennstoffzelleneingang 11 den ersten Eingangsabschnitt 17a und den zweiten Eingangsabschnitt 17b. Der Brennstoffzellenausgang 13 umfasst den ersten Ausgangsabschnitt 18a und den zweiten Ausgangsabschnitt 18b.
Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst einen Verdichter 20.
Der Verdichter 20 ist ein mehrflutiger Verdichter 20. In der in 2 gezeigten Ausführungsform weist der Verdichter 20 zwei Stufen 21 a, 21 b und zwei pneumatisch voneinander getrennte Strömungsabschnitte 22a, 22b auf. Jedem der Strömungsabschnitte 22a, 22b ist eine Stufe 21a, 21b zugeordnet.
Der Verdichter weist zwei Verdichtereingänge 26a, 26b zum Anordnen von einem oder zwei Luftfiltern (nicht gezeigt) auf. Ein Luftstrom wird über die Verdichtereingänge 26a, 26b in den Verdichter 20 beziehungsweise zu den Stufen 21 a, 21 b in den zwei voneinander getrennten Strömungsabschnitte 22a, 22b geleitet.
Der Verdichter 20 umfasst einen Verdichterrotor 23 mit zwei Verdichterrädern 24a, 24b und einer Verdichterwelle 25. Die Verdichterräder 24a, 24b sind an der Verdichterwelle 25 drehfest angeordnet. Damit sind die Verdichterräder 24a, 24b gleichsam mit der Verdichterwelle 25 mit gleicher Drehgeschwindigkeit und in gleicher Drehrichtung rotierbar. Die Verdichterräder 24a, 24b sind auf der Verdichterwelle 25 symmetrisch angeordnet, d.h., jeweilige Eintritte der Verdichterräder 24a, 24b an dem Verdichtereingang 26 sind voneinander abgewandt und Rückseiten der Verdichterräder 24a, 24b sind einander zugewandt.
Der Verdichter 20 weist ein Verdichtergehäuse 28 auf. Der Verdichterrotor 23 beziehungsweise die Verdichterräder 24a, 24b sind innerhalb des Verdichtergehäuses 28 angeordnet. Damit die Strömungsabschnitte 22a, 22b beziehungsweise die Stufen 21 a, 21 b voneinander getrennt sind, weist der Verdichter 20 zwischen den Verdichterrädern 24a, 24b Wandabschnitte 29a, 29b auf. Die Wandabschnitte 29a, 29b weisen eine Aussparung und/oder Durchgangsöffnung auf (nicht gezeigt), durch die sich die Verdichterwelle 25 erstreckt. Damit kann Luft, die durch einen der Strömungsabschnitte 22a beziehungsweise eine der Stufen 21a strömt, nicht durch den anderen Strömungsabschnitt 22b beziehungsweise die andere Stufe 21b strömen. Die Strömungsabschnitte 22a, 22b sind durch die Wandabschnitte 29a, 29b voneinander physisch getrennt.
Die Verdichterräder 24a, 24b sind gleichartig zueinander. Mit anderen Worten weisen die Verdichterräder 24a, 24b eine Symmetrie auf. Durch die Symmetrie erzielen die beiden Verdichterräder 24a, 24b ein identisches Kompressionsverhältnis und einen identischen Massenstrom, weisen eine identische Masse auf und sind gleichartig herstellbar. Die Symmetrie der Verdichterräder 24a, 24b bedeutet, dass die Verdichterräder 24a, 24b eine gespiegelte Beschaufelung und einen gespiegelten Kranz (nicht gezeigt) aufweisen. Damit weisen die Verdichterräder 24a, 24b ein linksläufiges und ein rechtsläufiges Verdichterrad 24a, 24b auf. Durch eine gleichsinnige Rotation der Verdichterräder 24a, 24b erzeugen die Verdichterräder 24a, 24b durch die symmetrische Anordnung der Verdichterräder 24a, 24b mit den zueinander zugewandten Rücken der Verdichterräder 24a, 24b, den voneinander abgewandten Eintritten der Verdichterräder 24a, 24b und die Rechts- beziehungsweise Linksläufigkeit je eines der Verdichterräder 24a, 24b jeweils eine Kompression von in dem Strömungseingang 26 eintretender Luft.
Der Verdichter 20 weist einen ersten Strömungsabschnitt 22a mit einem ersten Verdichterausgang 27a und einen von dem ersten Strömungsabschnitt 22a pneumatisch getrennten zweiten Strömungsabschnitt 22b mit einem zweiten Verdichterausgang 27b auf. Durch die physische Trennung der Strömungsabschnitte 22a, 22b sind die Verdichterausgänge 27a, 27b voneinander getrennt.
Der Verdichter 20 ist zur Luftversorgung mit dem Brennstoffzelleneingang 11 fluidleitend verbunden. Genauer ist der Verdichter 20 mit dem ersten Eingangsabschnitt 17a der ersten Brennstoffzelle 16a und mit dem zweiten Eingangsabschnitt 17b der zweiten Brennstoffzelle 16b fluidleitend verbunden. Dabei ist der erste Verdichterausgang 27a mit dem ersten Eingangsabschnitt 17a fluidleitend verbunden und der zweite Verdichterausgang 27b ist mit dem zweiten Eingangsabschnitt 17a fluidleitend verbunden. Die fluidleitenden Verbindungen umfassen beispielsweise Rohre und/oder Schläuche.
Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst einen Expander 30 zur Rückgewinnung elektrischer Energie 65 aus einem Abgasstrom 15 der Brennstoffzellenanordnung 10, wobei der Expander 30 mit dem Brennstoffzellenausgang 13 fluidleitend verbunden ist. Genauer ist der Expander 30 mit der ersten Brennstoffzelle 16a über den ersten Ausgangsabschnitt 18a und mit der zweiten Brennstoffzelle 16b über den zweiten Ausgangsabschnitt 18b fluidleitend verbunden. Aus jeder der Brennstoffzellen 16a, 16b wird der Abgasstrom 15 zu dem Expander 30 geleitet.
Der Expander 30 ist ein mehrstufiger und mehrflutiger Expander 30.
Der Expander 30 weist zwei Stufen 31a, 31b und zwei pneumatisch voneinander getrennte Strömungsabschnitte 32a, 32b auf. Jedem der Strömungsabschnitte 32a, 32b ist eine Stufe 31a, 31b zugeordnet.
Der Expander 30 weist zwei Expandereingänge 36a, 36b auf. Die Expandereingänge 36a, 36b sind separat voneinander und physisch getrennt. Durch einen ersten Expandereingang 36a kann Luft in einen der Strömungsabschnitte 32a beziehungsweise in eine der Stufen 31a strömen und durch einen zweiten Expandereingang 36b kann Luft in einen anderen der Strömungsabschnitte 32a beziehungsweise in eine andere der Stufen 31a strömen. Der erste Ausgangsabschnitt 18a ist mit dem ersten Expandereingang 36a fluidleitend verbunden. Der zweite Ausgangsabschnitt 18b ist mit dem zweiten Expandereingang 36b fluidleitend verbunden. An den Expandereingängen 36a, 36b kann jeweils ein Wasserabscheider (nicht gezeigt) zum Abscheiden von Wasser aus dem Abgasstrom 15.
Der Expander 30 umfasst einen Expanderrotor 33 mit zwei Expanderrädern 34a, 34b und einer Expanderwelle 35. Die Expanderräder 34a, 34b sind an der Expanderwelle 35 drehfest angeordnet. Damit sind die Expanderräder 34a, 34b gleichsam mit der Expanderwelle 35 mit gleicher Drehgeschwindigkeit und in gleicher Drehrichtung rotierbar. Die Expanderräder 34a, 34b sind auf der Expanderwelle 35 symmetrisch angeordnet, d.h., jeweilige Ausgänge 37a, 37b der Expanderräder 34a, 34b an dem Expandereingängen 36a, 36b sind voneinander abgewandt und Rückseiten der Expanderräder 34a, 34b sind einander zugewandt.
Der Expander 30 weist ein Expandergehäuse 38 auf. Der Expanderrotor 33 beziehungsweise die Expanderräder 34a, 34b sind innerhalb des Expandergehäuses 38 angeordnet. Damit die Strömungsabschnitte 32a, 32b beziehungsweise die Stufen 31a, 31b voneinander getrennt sind, weist der Expander 30 zwischen den Expanderrädern 34a, 34b Wandabschnitte 39a, 39b auf. Die Wandabschnitte 39a, 39b weisen eine Aussparung und/oder Durchgangsöffnung auf (nicht gezeigt), durch die sich die Expanderwelle 35 erstreckt. Damit kann Luft, die durch einen der Strömungsabschnitte 32a beziehungsweise eine der Stufen 31a strömt, nicht durch den anderen Strömungsabschnitt 32b beziehungsweise die andere Stufe 31b strömen. Die Strömungsabschnitte 32a, 32b sind durch die Wandabschnitte 39a, 39b voneinander physisch getrennt.
Die Expanderräder 34a, 34b sind gleichartig zueinander. Mit anderen Worten weisen die Expanderräder 34a, 34b eine Symmetrie auf. Durch die Symmetrie erzielen die beiden Expanderräder 34a, 34b ein identisches Kompressionsverhältnis, weisen eine identische Masse auf und sind gleichartig herstellbar. Die Symmetrie der Expanderräder 34a, 34b bedeutet, dass die Expanderräder 34a, 34b eine gespiegelte Beschaufelung und einen gespiegelten Kranz (nicht gezeigt) aufweisen. Damit weisen die Expanderräder 34a, 34b ein linksläufiges und ein rechtsläufiges Expanderrad 34a, 34b auf. Durch eine gleichsinnige Rotation der Expanderräder 34a, 34b erzeugen die Expanderräder 34a, 34b durch die symmetrische Anordnung der Expanderräder 34a, 34b mit den zueinander zugewandten Rücken der Expanderräder 34a, 34b, den voneinander abgewandten Eintritten der Expanderräder 34a, 34b und die Rechts- beziehungsweise Linksläufigkeit je eines der Expanderräder 34a, 34b jeweils eine Entspannung beziehungsweise Expansion von in die Strömungseingang 36a, 36b eintretender Luft.
Der Expander 30 weist einen ersten Strömungsabschnitt 32a mit einem ersten Expanderausgang 37a und einen von dem ersten Strömungsabschnitt 32a pneumatisch getrennten zweiten Strömungsabschnitt 32b mit einem zweiten Expanderausgang 37b auf. Durch die physische Trennung der Strömungsabschnitte 32a, 32b sind die Expanderausgänge 37a, 37b voneinander getrennt.
Der Expander 30 ist mechanisch von dem Verdichter 20 entkoppelt. Der Expander 30 und der Verdichter 20 sind voneinander separate Bauelemente des Brennstoffzellensystems 100. Der Expander 30 und der Verdichter 20 weisen unterschiedliche und unabhängig voneinander drehbare Rotoren 23, 33 auf.
Der Expander 30 ist zur Rückgewinnung elektrischer Energie 65 mit einem Generator (nicht gezeigt) und einer Expander-Leistungselektronik 60 verbunden. Der Generator ist mittig in dem Expander 30 angeordnet. D.h. der Expanderrotor 33 ist von einem Stator (nicht gezeigt) umschlossen. Durch eine Drehbewegung des Expanderrotors 33 wird eine Spannung in dem Stator induziert. Die Expander-Leistungselektronik 60 separat von einer Verdichter-Leistungselektronik 61 und von einer Brennstoffzellen-Leistungselektronik 62 ist. Die Verdichter-Leistungselektronik 61 ist dazu eingerichtet, den Verdichter 20 über einen nicht gezeigten Inverter durch Beaufschlagung mit elektrischer Energie 65 anzutreiben. Der Inverter ist mittig in dem Verdichter 20 angeordnet. D.h. der Verdichterrotor 23 ist von einem Stator (nicht gezeigt) umschlossen. Durch Beaufschlagung des Stators mit elektrischer Energie kann eine Drehbewegung des Verdichterrotors 23 induziert werden. Die Brennstoffzellen-Leistungselektronik 62 ist dazu eingerichtet, von der Brennstoffzellenanordnung 10 elektrische Energie 65 abzugreifen und einem Bordnetz (nicht gezeigt), einer Pufferbatterie (nicht gezeigt) und/oder Verdichter-Leistungselektronik 61 bereitzustellen. Damit die Brennstoffzellenanordnung 10 der Pufferbatterie elektrische Energie 65 bereitstellen kann, kann die Brennstoffzellenanordnung 10 über einen nicht gezeigten Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler) verbunden sein.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 3 wird unter Bezugnahme zu 2 und deren Beschreibung beschrieben.
Die Brennstoffzellenanordnung 10 weist eine Brennstoffzelle 16 auf. Damit weist der Brennstoffzelleneingang 11 einen Eingangsabschnitt 17 auf. Der Brennstoffzellenausgang 13 weist einen Ausgangsabschnitt 18 auf.
Der Verdichter 20 weist zwei Verdichterausgänge 27a, 27b auf, die fluidleitend mit dem kathodenseitigen Brennstoffzelleneingang 11 verbunden sind. Dafür sind Fluidleitungen dazu eingerichtet, komprimierte Luft aus den Verdichterausgängen 27a, 27b zusammenzuführen und der Brennstoffzelle 16 über den Brennstoffzelleneingang 11 beziehungsweise den Eingangsabschnitt 16 gemeinsam zuzuführen.
Der Brennstoffzellenausgang 15 beziehungsweise der Ausgangsabschnitt 18 der Brennstoffzelle 16 ist mit dem Expander 30 fluidleitend verbunden. Dafür sind Fluidleitungen dazu eingerichtet, den Abgasstrom 15 aus dem Ausgangsabschnitt 18 aufzuteilen und anteilig den Expandereingängen 36a, 36b zuzuführen.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 4 wird unter Bezugnahme zu 3 und deren Beschreibung beschrieben.
Der Verdichter 20 ist ein einflutiger und zweistufiger Verdichter 20. Der Verdichter 20 weist zwei Verdichterausgänge 27a, 27b und zwei Verdichtereingänge 26a, 26b auf. Dabei ist einer der Verdichterausgänge 27a mit einem der Verdichtereingänge 26b fluidleitend verbunden. Damit sind die Strömungsabschnitte 22a, 22b in Reihe geschaltet und pneumatisch miteinander verbunden. Luft tritt über den ersten Verdichtereingang 26a in den ersten Strömungsabschnitt 22a beziehungsweise eine erste Stufe 21a und wird als komprimierte Luft über den ersten Verdichterausgang 27a und den zweiten Verdichtereingang 26b in den zweiten Strömungsabschnitt 22b beziehungsweise in die zweite Stufe 21b geleitet. Über den zweiten Verdichterausgang 27b wird die komprimierte Luft zu den Eingangsabschnitt 17 beziehungsweise den Brennstoffzelleneingang 11 geleitet.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 5 wird unter Bezugnahme zu 2 und deren Beschreibung beschrieben.
Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst ein Ventil 50 und einen durch das Ventil 50 steuerbaren Leitungszweig 51 zur fluidleitenden Verbindung 52 des ersten Ausgangsabschnitts 18a mit dem zweiten Expandereingang 39b. Das Ventil 50 kann durch eine Steuereinheit (nicht gezeigt) zusammen mit den Brennstoffzellen 16a, 16b steuerbar sein. Wenn die erste Brennstoffzelle 16a nicht zu betreiben ist, kann das Ventil 50 den ersten Ausgangsabschnitt 18a mit dem zweiten Expandereingang 39b fluidleitend verbinden und die fluidleitende Verbindung zwischen dem ersten Ausgangsabschnitts 18a mit dem ersten Expandereingang 39a schließen. Damit können selektiv nur die zweite Brennstoffzelle 16b oder beide Brennstoffzellen 16a, 16b den Expander 30 mit dem Abgasstrom 15 beaufschlagen.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 6 wird unter Bezugnahme zu 2 und deren Beschreibung beschrieben.
Der Verdichter 20 ist ein einflutiger und einstufiger Verdichter 20. Damit weist der Verdichter 20 einen Verdichtereingang 26 auf. Der Verdichter 20 weist einen Verdichterrotor 23 mit einer Verdichterwelle 25 und einem Verdichterrad 24 auf. Der Verdichterrotor 23 ist in einem Verdichtergehäuse 28 des Verdichters 20 drehbar gelagert. Das Verdichtergehäuse 28 umfasst zwei Wandabschnitte 29a, 29b. Der Verdichter 20 weist einen Strömungsabschnitt 22 auf, in dem Luft aus dem Verdichtereingang 26 über die Verdichterstufe 21 zu einem Verdichterausgang 27 geleitet wird.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 7 wird unter Bezugnahme zu 2 und 4 und deren Beschreibung beschrieben.
Die Brennstoffzellenanordnung 10 umfasst zwei Brennstoffzellen 16a, 16b wie mit Bezug zu 2 beschrieben.
Das Brennstoffzellensystems 100 weist zwei einflutige und zweistufige Verdichter 20, 20' auf. Dabei ist jeder der Verdichter 20, 20' ein Verdichter 20, 20' wie mit Bezug zu 4 beschrieben.
Der Verdichter 20 weist zwei Verdichterausgänge 27a, 27b und zwei Verdichtereingänge 26a, 26b auf. Dabei ist einer der Verdichterausgänge 27a mit einem der Verdichtereingänge 26b fluidleitend verbunden. Damit sind die Strömungsabschnitte 22a, 22b in Reihe geschaltet und pneumatisch miteinander verbunden. Luft tritt über den ersten Verdichtereingang 26a in den ersten Strömungsabschnitt 22a beziehungsweise eine erste Stufe 21a und wird als komprimierte Luft über den ersten Verdichterausgang 27a und den zweiten Verdichtereingang 26b in den zweiten Strömungsabschnitt 22b beziehungsweise in die zweite Stufe 21b geleitet. Über den zweiten Verdichterausgang 27b wird die komprimierte Luft zu den zweiten Eingangsabschnitt 17b beziehungsweise den Brennstoffzelleneingang 11 geleitet.
Der Verdichter 20' gemäß 7 weist zwei Verdichterausgänge 27a', 27b' und zwei Verdichtereingänge 26a', 26b' auf. Dabei ist einer der Verdichterausgänge 27a' mit einem der Verdichtereingänge 26b' fluidleitend verbunden. Damit sind die Strömungsabschnitte 22a', 22b' in Reihe geschaltet und pneumatisch miteinander verbunden. Luft tritt über den ersten Verdichtereingang 26a' in den ersten Strömungsabschnitt 22a' beziehungsweise eine erste Stufe 21a' und wird als komprimierte Luft über den ersten Verdichterausgang 27a' und den zweiten Verdichtereingang 26b' in den zweiten Strömungsabschnitt 22b' beziehungsweise in die zweite Stufe 21b' geleitet. Über den zweiten Verdichterausgang 27b' wird die komprimierte Luft zu den ersten Eingangsabschnitt 17a beziehungsweise den Brennstoffzelleneingang 11 geleitet.
Die Ausführungsform des Brennstoffzellensystem 100 gemäß 7 ist von Vorteil, da mit der gezeigten Architektur mit den zwei einflutigen und zweistufigen Verdichtern 20, 20' und dem zweiflutigen Expander 30 ein besonders effektiver Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems 100 bei Vermeidung von Problemen der Verdichter 20, 20' und/oder des Expanders 30 durch hohe Axialkräfte erzielt wird.
Der Fachmann erkennt, dass die Ausführungsformen gemäß 2 und 7 miteinander kombinierbar sind, um technische Effekte der Merkmale zu erzielen. Beispielsweise kann jeder der Ausführungsformen eine oder mehrere Brennstoffzellen 16, 16a, 16b aufweisen. In jeder der Ausführungsformen kann ein Bypass vorgesehen sein und/oder kann der Verdichter 20, 20' einflutig oder mehrflutig sein.
Bezugszeichen (Teil der Beschreibung)

10: Brennstoffzellenanordnung
11: Brennstoffzelleneingang
13: Brennstoffzellenausgang
15: Abgasstrom
16, 16a, 16b, 16c: Brennstoffzelle
17, 17a, 17b, 17c: Eingangsabschnitt
18, 18a, 18b, 18c: Ausgangsabschnitt
20, 20': Verdichter
21, 21a, 21b, 21a', 21b': Stufe
22, 22a, 22b, 22a', 22b': Strömungsabschnitt
23, 23': Verdichterrotor
24a, 24b, 24a', 24b': Verdichterrad
25, 25': Verdichterwelle
26, 26a, 26a', 26b, 26b': Verdichtereingang
27, 27a, 27a', 27b, 27b': Verdichterausgang
28, 28': Verdichtergehäuse
29a, 29b, 29a', 29b': Wandabschnitt
30: Expander
31, 31a, 31b: Stufe
32, 32a, 32b: Strömungsabschnitt des Expanders
33: Expanderrotor
34, 34a, 34b: Expanderrad
35: Expanderwelle
36, 36a, 36b: Expandereingang
37, 37a, 37b: Expanderausgang
38: Expandergehäuse
39a, 39b: Wandabschnitt
50: Ventil
51: Leitungszweig
52: Verbindung
53: Verzweigung
60: Expander-Leistungselektronik
61, 61': Verdichter-Leistungselektronik
62: Brennstoffzellen-Leistungselektronik
65: Energie
100: Brennstoffzellensystem
110: Energiespeichervorrichtung
120: Wasserabscheider
130: elektrischer Antrieb
200a: Fahrzeug
200b: Nutzfahrzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1020221120996 [0007]

Claims

Brennstoffzellensystem (100) für ein Fahrzeug (200a), insbesondere Nutzfahrzeug (200b), umfassend - eine Brennstoffzellenanordnung (10) mit einem kathodenseitigen Brennstoffzelleneingang (11) und einem kathodenseitigen Brennstoffzellenausgang (13); - einen Verdichter (20, 20'), der zur Luftversorgung mit dem Brennstoffzelleneingang (11) fluidleitend verbunden ist; und - einen Expander (30) zur Rückgewinnung elektrischer Energie (65) aus einem Abgasstrom (15) der Brennstoffzellenanordnung (10), wobei der Expander (30) mit dem Brennstoffzellenausgang (13) fluidleitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass - der Expander (30) ein mehrflutiger Expander (30) ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der Expander (30) zwei Stufen (31a, 31b) und zwei pneumatisch voneinander getrennte Strömungsabschnitte (32a, 32b) aufweist, wobei jedem der Strömungsabschnitte (32a, 32b) eine Stufe (31a, 31b) zugeordnet ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Expander (30) einen Expanderrotor (33) mit zwei Expanderrädern (34a, 34b) aufweist, wobei die Expanderräder (34a, 34b) gleichartig zueinander sind.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Brennstoffzellenanordnung (10) eine erste Brennstoffzelle (16a) mit einem ersten kathodenseitigen Ausgangabschnitt (18a) und eine zweite Brennstoffzelle (16b) mit einem zweiten kathodenseitigen Ausgangabschnitt (18b) aufweist, und der Expander (30) mit dem ersten Ausgangabschnitt (18a) und mit dem zweiten Ausgangabschnitt (18b) fluidleitend verbunden ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei der Expander (30) einen ersten Strömungsabschnitt (32a) mit einem ersten Expandereingang (36a) und einen von dem ersten Strömungsabschnitt (32a) pneumatisch getrennten zweiten Strömungsabschnitt (32b) mit einem zweiten Expandereingang (36a) aufweist, und der erste Expandereingang (36a) mit dem ersten Ausgangabschnitt (18a) fluidleitend verbunden ist und der zweite Expandereingang (36b) mit dem zweiten Ausgangabschnitt (18b) fluidleitend verbunden ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, wobei das Brennstoffzellensystem (100) ein Ventil (50) und einen durch das Ventil (50) steuerbaren Leitungszweig (51) zur fluidleitenden Verbindung (52) des ersten Expandereingangs (36a) mit dem zweiten Ausgangabschnitt (18b) aufweist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Expander (30) zwei Expandereingänge (36a, 36b) aufweist, und die Brennstoffzellenordnung (10) eine Mehrzahl von Brennstoffzellen (16a, 16b) aufweist, und wenigstens einer der Expandereingänge (36a, 36b) mit zwei Brennstoffzellen (16a, 16b) fluidleitend verbunden ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, wobei das Brennstoffzellensystem (100) zwei Verdichter (20, 20') aufweist, wobei jeder der Verdichter (20, 20') zwei Verdichterausgänge (27a, 27b, 27a', 27b') und zwei Verdichtereingänge (26a, 26b, 26a', 26b') aufweist, wobei jeweils einer der Verdichterausgänge (27a, 27b, 27a', 27b') mit einem der Verdichtereingänge (26a, 26b, 26a', 26b') fluidleitend verbunden ist, und jeweils ein anderer der Verdichterausgänge (27a, 27b, 27a', 27b') mit einer der Brennstoffzellen (16a, 16b) fluidleitend verbunden ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Expander zwei Expandereingänge (36a, 36b) aufweist, und die Brennstoffzellenordnung (10) eine Brennstoffzelle (16) aufweist, wobei die Brennstoffzelle (16) über beide der Expandereingänge (36a, 36b) mit dem Expander (30) fluidleitend verbunden ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verdichter (20, 20') zwei Verdichterausgänge (27a, 27b) aufweist, die fluidleitend mit dem kathodenseitigen Brennstoffzelleneingang (11) verbunden sind.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verdichter (20, 20') zwei Verdichterausgänge (27a, 27b, 27a', 27b') und zwei Verdichtereingänge (26a, 26b, 26a', 26b') aufweist, wobei einer der Verdichterausgänge (27a, 27b, 27a', 27b') mit einem der Verdichtereingänge (26a, 26b, 26a', 26b') fluidleitend verbunden ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Expander (30) zur Rückgewinnung elektrischer Energie (65) mit einer Expander-Leistungselektronik (60) verbindbar und/oder verbunden ist, und die Expander-Leistungselektronik (60) separat oder umfasst von einer Verdichter-Leistungselektronik (61, 61') und/oder von einer Brennstoffzellen-Leistungselektronik (62) ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Verdichter (20, 20') ein mehrstufiger und/oder mehrflutiger Verdichter (20, 20') ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Expander (30) mechanisch von dem Verdichter (20, 20') entkoppelt ist.
Fahrzeug (200a), insbesondere Nutzfahrzeug (200b), umfassend ein Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche.