DE102022203912B3 - Brennstoffzellenvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Brennstoffzellenvorrichtung zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Brennstoffzelle (1) und einen Kryogentank (2) zur Speicherung von flüssigem Wasserstoff, umfassend ferner ein Boil-Off-Managementsystem (3) um den Druck im Kryogentank (2) unter einem Schwellwert zu halten, wobei das Boil-Off-Managementsystem (3) eine mit dem Kryogentank (2) fluidverbundene Boil-Off-Leitung (4) mit einem Boil-Off-Ventil (5) umfasst, sowie eine Luftzufuhrleitung (6) umfasst und eine Mischkammer (7), zur Mischung des durch die Boil-Off-Leitung (4) zuströmenden Mediums mit dem durch die Luftzufuhrleitung (6) zuströmenden Medium, sowie einen der Mischkammer (7) nachgeschalteten Katalysator (8) und dem Katalysator (8) nachgeschalteten Auslass (9), wobei die Brennstoffzellenvorrichtung ferner einen Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) umfasst, wobei Abgas nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle (1) durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) abgeleitet wird, wobei der Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) so eingerichtet ist, dass durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) strömendes Medium zumindest wahlweise und/oder teilweise in die Luftzufuhrleitung (6) des Boil-Off-Managementsystems (3) geleitet werden kann und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennstoffzellenvorrichtung.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennstoffzellenvorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Eine Brennstoffzellenvorrichtung zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges kann eine Brennstoffzelle umfassen, die Wasserstoff (H2), als Brennstoff der Brennstoffzelle, zusammen mit einem Oxidationsmittel zu elektrischer Energie wandeln kann, die dem Antrieb des Kraftfahrzeuges dient. Um den für den Betrieb der Brennstoffzelle nötigen Wasserstoff bereitzuhalten, kann ein solches Kraftfahrzeug einen Kryogentank zur Speicherung von tiefkaltem gasförmigen und / oder verflüssigtem Wasserstoff mitführen, auch „Kryotank“ oder „kryostatischer Behälter“ genannt.
  • Durch den unvermeidbaren Wärmeeintrag in den kryostatischen Behälter eines mit tiefkalten gasförmigen und / oder flüssigem Wasserstoff betriebenen Brennstoffzellen-Fahrzeugs findet laufend Verdampfung und Dichteänderung von Wasserstoff statt. Dadurch kann wiederum die Temperatur im Tank konstant gehalten werden (sog. „Boil-off“). Um den Druck in dem Tank unter einem bestimmten Schwellwert zu halten, öffnet sich bei ebendiesem ein Ventil (sog. „Boil-off Ventil“, BOV), wodurch gasförmiger Wasserstoff in die Umgebung abgegeben wird. Um eine Gefährdung (z.B. Entzündung oder Explosion) durch zu hohe Wasserstoff-Konzentrationen in der Umgebung auszuschließen, kann das abgelassene Gas mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft katalytisch umgesetzt werden und reagiert somit zu Wasserdampf. Dieses System bezeichnet man als „Boil-off Management System“ (BMS). Da während des Betriebs eines Wasserstoff-Fahrzeugs stets eine ausreichende Menge gasförmigen Wasserstoffs entnommen wird bzw. für den Betrieb entnommen werden kann, wird das BMS nur bei längerer Standzeit des Fahrzeugs, nach der sogen. „Dormancy Time“, benötigt. Sobald das Boil-off Ventil öffnet (und nur dann), findet das Ausströmen, Durchmischen mit Luft sowie die katalytische Umsetzung des abgeblasenen Wasserstoffs rein passiv, d.h. ohne Zutun von Menschen oder weiteren elektronischen oder mechanischen Systemen, statt.
  • Beim Brennstoffzellen-Systemstart aber auch in periodischen Abständen im Betrieb muss die Anode bzw. der Anodenkreislauf gespült werden, um zur Anode diffundiertes Inertgas (Stickstoff) und/oder durch die Reaktion angesammeltes Wasserkondensat aus dem System auszuspülen und von den Reaktionsoberflächen zu lösen. Dieser Vorgang (engl. „Purgen“) ist sehr regelmäßig auftretend und planbar. Je nach Betriebsweise kann der Spülvorgang ca. wenige Sekunden mit einer Wiederholung 1 Minute bis 40 Minuten betragen. Das Spülen der Anode kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei festgelegtem Vordruck das Auslassventil für den Wasserstoff für wenige Sekunden geöffnet wird.
  • Die Bereitstellung der Druckluft für die Zuführung des kathodenseitig benötigten Sauerstoffs sichert ein Luft-Kompressor. Für die Nachbereitung des Brennstoffzellenbetriebs verfügt ein Brennstoffzellensystem über die Möglichkeit der Zuführung von Frischluft oder KathodenAbgasmassenstrom, um vorhandene Reaktanten (z.B. nach dem Purgen) aus dem System zu spülen und brennbare Gasgemische durch Verdünnung zu vermeiden.
  • Wird der Öffnungsdruck eines Boil-off Ventils selten erreicht, wird das BMS in der Folge nur selten aktiv, was zur Passivierung des Katalysators führen kann. Es bedarf dann zusätzlicher aufwendiger Maßnahmen zur Reaktivierung und/oder zum Erhalt der Funktionstüchtigkeit eines BMS.
  • Aus der DE 10 2017 223 452 A1 ist ein Verfahren zum Freigeben eines Brennstoffzellensystems bekannt, umfassend die Schritte: Erfassen eines Druckwertes, der indikativ ist für den Druck innerhalb eines Abschnittes vom Anodensubsystem, wobei der Abschnitt stromab von einem Druckminderer beginnt; Druckentlasten des Abschnittes, falls der Druckwert größer ist als ein Druckgrenzwert und eine Freigabeaufforderung vorliegt; und anschließendem Freigeben des Brennstoffzellensystems, falls der Druckwert im Abschnitt nach der Druckentlastung kleiner ist als der Druckgrenzwert.
  • Die DE 10 202 171 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einem Kryotank zur Versorgung einer das Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, der eine Abgasanlage mit einem Abgas-Katalysator zugeordnet ist, sowie mit einer Vorrichtung zur Verbrennung von boil-off-Gas aus dem KryoTank, wobei das boil-off-Gas nahe eines Abgas-Katalysators in die Brennkraftmaschinen-Abgasanlage eingeleitet wird.
  • DE 10 2017 205 642 A1 lehrt ein Verfahren zur Entsorgung von Brennstoff, wobei der zu entsorgende Brennstoff aufgrund von Permeation und/oder Undichtigkeit aus einer brennstoffführenden Komponente eines Kraftfahrzeuges entweicht und/oder wobei der Brennstoff aus einem Druckbehälter des Kraftfahrzeuges zur Druckentlastung des Druckbehälters entweicht; wobei abwechselnd oder zumindest teilweise gleichzeitig folgende Schritte durchgeführt werden: Umsetzen des zu entsorgenden Brennstoffs durch eine chemische Reaktion vom Brennstoff; und Ablassen des zu entsorgenden Brennstoffs ohne Umsetzung des Brennstoffs in die Umgebung.
  • Aus JP 2005-5099 A ist ein eine Brennstoffzelle bekannt, die unter Verwendung von Brenngas und Oxidationsmittelgas Elektrizität erzeugt; und einen Mischer zum Mischen des Brennstoffabgases aus der Brennstoffzelle mit sauerstoffhaltigem Gas; und eine Verbrennungsanlage zur Verbrennung des im Mischer erzeugten Mischgases unter Verwendung eines Verbrennungskatalysators. Das Brennstoffzellensystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Brennkammer selbst kontinuierlich verschoben werden kann, um die Vorspannung des Mischgases oder des erzeugten Wassers in der Brennkammer zu verringern.
  • Die JP 2004 - 164 951 A offenbart eine Brenngasversorgungseinheit zur Versorgung mit Brenngas; und eine Oxidationsmittel-Gasversorgungseinheit, die Oxidationsmittelgas liefert; und einen Brennstoffzellenstapel, der unter Verwendung des Brennstoffgases und des Oxidationsgases Elektrizität erzeugt; und ein Anodenabgasablassmittel zum vorübergehenden Ablassen von Anodenabgas von der Anode des Brennstoffzellenstapels; und eine Brennkammer zur Verbrennung des Anodenabgases und des Kathodenabgases, das von der Kathode des Brennstoffzellenstapels abgegeben wird; sowie ein Brennstoffzellensystem, mit Heizmittel zum Beheizen der Brennkammer; und Steuermittel zum Steuern der Heizmittel, um den Brenner vor dem Ablassen von Anodenabgas aus den Anodenabgasablassmitteln zu heizen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffzellenvorrichtung zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges anzugeben, die die oben genannten Probleme vermeidet und insbesondere auf einfache und kostengünstige Weise die Funktionalität ihres Boil-off Management Systems sicherstellt, auch wenn das Boil-off Ventil längere Zeit nicht geöffnet wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung anzugeben, dass die Funktionalität ihres Boil-off Management Systems sicherstellt, auch wenn das Boil-off Ventil längere Zeit nicht geöffnet wird.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Brennstoffzellenvorrichtung zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Brennstoffzelle und einen Kryogentank zur Speicherung von tiefkaltem gasförmigen und/oder flüssigem Wasserstoff, umfassend ferner ein Boil-Off-Managementsystem (BMS) um den Druck im Kryogentank unter einem Schwellwert zu halten, wobei das Boil-Off-Managementsystem eine mit dem Kryogentank fluidverbundene Boil-Off-Leitung mit einem Boil-Off-Ventil umfasst, sowie eine Luftzufuhrleitung umfasst und eine Mischkammer, zur Mischung des durch die Boil-Off-Leitung zuströmenden Mediums mit dem durch die Luftzufuhrleitung zuströmenden Medium, sowie einen der Mischkammer nachgeschalteten Katalysator und dem Katalysator nachgeschalteten Auslass, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung ferner einen Brennstoffzellen-Abgasstrang umfasst, wobei Abgas nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang abgeleitet wird, wobei der Brennstoffzellen-Abgasstrang so eingerichtet ist, dass durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang strömendes Medium zumindest wahlweise und/oder teilweise in die Luftzufuhrleitung des Boil-Off-Managementsystems geleitet werden kann.
  • Erfindungsgemäß verfügt eine Brennstoffzellenvorrichtung eines Kraftfahrzeuges um ein Boil-Off-Managementsystem, das in an sich bekannter Weise einen Katalysator und vor dem Katalysator eine Mischkammer aufweist. In der Mischkammer kann das durch die Boil-Off-Leitung zuströmende Medium, das üblicherweise stark wasserstoffhaltig ist, mit Luft oder Sauerstoff vermischt werden, der über eine Luftzufuhrleitung der Mischkammer zugeführt wird.
  • Erfindungsgemäß ist die Brennstoffzellenvorrichtung nun so ausgestaltet, dass das Boil-Off-Managementsystem auch dann, bevorzugt regelmäßig, aktiviert wird, wenn kein Boil-Off Vorgang erforderlich ist und daher bevorzugt das Boil-Off-Ventil nicht geöffnet ist. Dafür wird ein ohnehin vorhandener Brennstoffzellen-Abgasstrang, zur Abgabe von Abgasen insbesondere nach einem Spülvorgang einer Brennstoffzelle, so angeordnet, dass durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang strömendes, bevorzugt ebenfalls stark wasserstoffhaltiges, Medium zumindest wahlweise und/oder teilweise in die Luftzufuhrleitung des Boil-Off-Managementsystems geleitet wird.
  • Der Anodenabgasmassestrom bei einem Spülvorgang wird bevorzugt temporär nicht oder nur mit wenig Frischluft bzw. Kathodenabgasmassestrom verdünnt. Der in der Folge fortwährend wasserstoffangereicherte Brennstoffzellenabgasmassestrom wird bevorzugt temporär, und besonders bevorzugt mittels eines Ventils, wie zum Beispiel eines 3-WegeVentils, zum Lufteinlass des BMS vom Flüssigwasserstoffspeicher eingeleitet, gelangt darin zum Katalysator und wird in diesem exotherm umgesetzt.
  • Auf diese Weise erfolgt eine Systemeffizienz- und Sicherheitssteigerung durch Funktionsintegration und Ausnutzung von Synergien zwischen der Wasserstoffspeichersystem-Peripherie (dem BMS) und dem Brennstoffzellensystem.
  • Auch wenn der Öffnungsdruck des Boil-off Ventils selten erreicht wird, wird das BMS auf diese Weise aktiv, so dass eine Passivierung des Katalysators verhindert wird und die Funktionstüchtigkeit des BMS erhalten bleibt.
  • Auch kann hierdurch eine Leistungsreduktion eines Frischluft-Kompressors für den Spülvorgang ermöglicht werden: Beim Brennstoffzellensystem-Purgen, ob bei Inbetriebnahme, im Betrieb oder Außerbetriebnahme, wird als Gegenmaßnahme der Luftkompressor oft mit besonders hoher Leistung betrieben. Dieser ist dann lauter und senkt durch seinen Energieverbrauch die Systemeffizienz. Durch das Nutzen des BMS nach einem Spülvorgang kann somit eine Kosteneinsparung und Erhöhung der Kompressor-Lebensdauer erreicht werden. Es kommt insgesamt zu einer Vereinfachung der nötigen Gegenmaßnahmen bei einem Spülvorgang und einer Erhöhung der Sicherheit durch die Wasserstoff-Umsetzung im BMS. Das Anodenabgas wird durch die Nachbereitung üblicherweise lediglich verdünnt, die absolute Emission von Wasserstoff verringert sich dadurch nicht. Dies hat Auswirkungen auf die totale Wasserstoffemission und eine mögliche Wasserstoff-Anreicherung in der Fahrzeugumgebung. Durch das Nutzen des BMS nach einem Spülvorgang kann es somit auch zu einer Erhöhung der Sicherheit kommen.
  • Unter dem Begriff „Brennstoffzelle“ einer erfindungsgemäßen Lösung kann auch ein Brennstoffzellensystem verstanden werden, dass mehrere Brennstoffzellen umfassen kann. Das Brennstoffzellensystem verfügt dann über den Brennstoffzellen-Abgasstrang.
  • Vorzugsweise ist der Brennstoffzellen-Abgasstrang so eingerichtet, dass durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang strömendes Medium zumindest wahlweise und/oder teilweise zu einem Lufteinlass, insbesondere Lufteinlasstrichter, an der Luftzufuhrleitung des Boil-Off-Managementsystems geleitet werden kann. Der Lufteinlass kann durch ein Rohrende der Luftzufuhrleitung gebildet sein.
  • Bevorzugt ist der Lufteinlass, insbesondere Lufteinlasstrichter, an der Luftzufuhrleitung des Boil-Off-Managementsystems so eingerichtet, dass zusätzlich zu dem durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang strömenden Medium auch Luft oder Sauerstoff durch denselben Lufteinlass, insbesondere selben Lufteinlasstrichter, an der Luftzufuhrleitung des Boil-Off-Managementsystems gelangen kann.
  • Es muss keine dichte Rohrleitung zwischen dem Spühl-Abgasleitungsrohr, also dem Brennstoffzellen-Abgasstrang, und dem Lufteinlass bzw. Lufteinlasstrichter des BMS bestehen, sodass bei dem zum Schutz des Tankbehälters erforderlichen Überdruckablassen - wobei Wasserstoff über das Boil-Off-Ventil und die „Boil-off Line“ ins BMS gelangt - der für die dann notwendige Verbrennung von Wasserstoff erforderliche Sauerstoff auch noch in/über die Zuluftleitung des BMS strömen kann.
  • Die Anbindung für die Einströmung des Brennstoffzellen-Purge-Abgases im Bereich des BMS-Lufteinlasses erfolgt bevorzugt auf eine Weise, dass die BMS-Funktion „Frischluftansaugung“ davon nicht wesentlich beeinträchtigt wird.
  • Vorzugsweise kann der Brennstoffzellen-Abgasstrang mittels eines Dreiwegeventils wahlweise mit der Luftzufuhrleitung des Boil-Off-Managementsystems und mit einem Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass fluidverbunden werden.
  • Bevorzugt sind in der Brennstoffzellenvorrichtung Vermischungsmittel vorgesehen, um einen Anodenabgasmassenstrom, der nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang abgeleitet wird, mit Luft und/oder mit einem Kathodenabgasmassenstrom zu vermischen, wobei die Vermischungsmittel dazu eingerichtet sind, dass ein Anodenabgasmassenstrom, der nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang abgeleitet wird, weniger oder gar nicht mit Luft und/oder mit einem Kathodenabgasmassenstrom vermischt wird, wenn dieser in die Luftzufuhrleitung des Boil-Off-Managementsystems geleitet wird, als wenn dieser zu einem Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass geleitet wird.
  • Die Vermischungsmittel können insbesondere eine Steuereinheit umfassen, die, wenn der Anodenabgasmassenstrom in die Luftzufuhrleitung des Boil-Off-Managementsystems geleitet wird, den Anodenabgasmassenstrom weniger oder gar nicht mit Luft und/oder mit einem Kathodenabgasmassenstrom vermischt.
  • Die Vermischungsmittel können einen Kompressor umfassen, um den Anodenabgasmassenstrom, der nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang abgeleitet wird, mit Luft und/oder mit einem Kathodenabgasmassenstrom zu vermischen, wobei bevorzugt der Kompressor weniger oder gar nicht betrieben wird, wenn der Anodenabgasmassenstrom in die Luftzufuhrleitung des Boil-Off-Managementsystems geleitet wird, als wenn dieser zu einem Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass geleitet wird.
  • In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, wird Abgas nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang abgeleitet, wobei durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang strömendes Medium zumindest wahlweise und/oder teilweise in die Luftzufuhrleitung des Boil-Off-Managementsystems geleitet wird.
  • Bevorzugt wird in regelmäßigen Zeitabständen durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang strömendes Medium zumindest teilweise in die Luftzufuhrleitung des Boil-Off-Managementsystems geleitet, so dass der Katalysator des BOM regelmäßig aktiviert wird.
  • Ein Anodenabgasmassenstrom, der nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang abgeleitet wird, wird bevorzugt weniger oder gar nicht mit Luft und/oder mit einem Kathodenabgasmassenstrom vermischt, wenn dieser in die Luftzufuhrleitung des Boil-Off-Managementsystems geleitet wird, als wenn dieser zu einem Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass geleitet wird. Besonders bevorzugt wird ein Kompressor weniger oder gar nicht betrieben, wenn der Anodenabgasmassenstrom in die Luftzufuhrleitung des Boil-Off-Managementsystems geleitet wird, als wenn dieser zu einem Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass geleitet wird.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
    • Fig. ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • In Fig. ist eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung dargestellt, welche eine Brennstoffzelle bzw. ein Brennstoffzellensystem 1 und einen Kryogentank 2 zur Speicherung von flüssigem Wasserstoff umfasst.
  • Der Kryogentank 2 umfasst ein Boil-Off-Managementsystem 3, um den Druck im Kryogentank 2 unter einem Schwellwert zu halten, wobei das Boil-Off-Managementsystem 3 eine mit dem Kryogentank 2 fluidverbundene Boil-Off-Leitung 4 mit einem Boil-Off-Ventil 5 umfasst, sowie eine Luftzufuhrleitung 6 umfasst und eine Mischkammer 7, zur Mischung des durch die Boil-Off-Leitung 4 zuströmenden Mediums mit dem durch die Luftzufuhrleitung 6 zuströmenden Medium. Ferner umfasst das Boil-Off-Managementsystem 3 einen der Mischkammer 7 nachgeschalteten Katalysator 8 und einen, dem Katalysator 8 nachgeschalteten Auslass 9.
  • Die Brennstoffzelle bzw. das Brennstoffzellensystem 1 kann beispielsweise regelmäßig gespült werden, wobei dann ein Anodenabgasmassenstrom 14, vermischt mit einem Kathodenabgasmassenstrom 15 und/oder mit Luft, durch einen Brennstoffzellen-Abgasstrang 10 zu einem Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass 13 geleitet wird und am Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass 13 beispielsweise in die Umgebung abgegeben wird.
  • Der Anodenabgasmassenstrom 14 kann durch ein Brennstoffzellen-Anodenabgas gebildet werden, das stark wasserstoffhaltig ist. Der Kathodenabgasmassenstrom 15 kann durch einen Kompressor bereitgestellt sein und kann sauerstoffhaltig sein. Im Brennstoffzellen-Abgasstrang 10 kann sich unter anderem Wasserstoff, Luftgase und/oder Wasserdampf befinden.
  • Der Brennstoffzellen-Abgasstrang 10 ist so eingerichtet, dass durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang 10 strömendes Medium wahlweise in die Luftzufuhrleitung 6 des Boil-Off-Managementsystems 3, genauer in einen Lufteinlass 11, insbesondere Lufteinlasstrichter, der Luftzufuhrleitung 6 des Boil-Off-Managementsystem 3 geleitet werden kann. Der Brennstoffzellen-Abgasstrang 10 ist mittels eines Dreiwegeventils 12 wahlweise mit der Luftzufuhrleitung 6 des Boil-Off-Managementsystems 3 und mit dem Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass 13 verbindbar.
  • Zusätzlich zu dem durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang 10 strömenden Medium kann auch Frischluft oder Sauerstoff durch denselben Lufteinlass 11 an der Luftzufuhrleitung 6 des Boil-Off-Managementsystems 3 gelangen. In der Luftzufuhrleitung 6 ist optional ein Luftfilter 16 angeordnet.
  • Der Anodenabgasmassenstrom 14, der nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellensystems 1 durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang 10 abgeleitet wird, kann weniger oder gar nicht mit Luft und/oder mit dem Kathodenabgasmassenstrom 15 vermischt werden, wenn dieser in die Luftzufuhrleitung 6 des Boil-Off-Managementsystems 3 geleitet wird, als wenn dieser zu dem Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass 13 geleitet wird, da der Wasserstoff des Anodenabgasmassenstroms 14 im Katalysator 8 des Boil-Off-Managementsystems 3 umgesetzt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzelle
    2
    Kryogentank
    3
    Boil-Off-Managementsystem
    4
    Boil-Off-Leitung
    5
    Boil-Off-Ventil
    6
    Luftzufuhrleitung
    7
    Mischkammer
    8
    Katalysator
    9
    Auslass
    10
    Brennstoffzellen-Abgasstrang
    11
    Lufteinlass
    12
    Dreiwegeventil
    13
    Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass
    14
    Anodenabgasmassenstrom
    15
    Kathodenabgasmassenstrom
    16
    Luftfilter

Claims (9)

  1. Brennstoffzellenvorrichtung zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Brennstoffzelle (1) und einen Kryogentank (2) zur Speicherung von tiefkaltem gasförmigen und/oder flüssigem Wasserstoff, umfassend ferner ein Boil-Off-Managementsystem (3) um den Druck im Kryogentank (2) unter einem Schwellwert zu halten, wobei das Boil-Off-Managementsystem (3) eine mit dem Kryogentank (2) fluidverbundene Boil-Off-Leitung (4) mit einem Boil-Off-Ventil (5) umfasst, sowie eine Luftzufuhrleitung (6) umfasst und eine Mischkammer (7), zur Mischung des durch die Boil-Off-Leitung (4) zuströmenden Mediums mit dem durch die Luftzufuhrleitung (6) zuströmenden Medium, sowie einen der Mischkammer (7) nachgeschalteten Katalysator (8) und dem Katalysator (8) nachgeschalteten Auslass (9), wobei die Brennstoffzellenvorrichtung ferner einen Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) umfasst, wobei Abgas nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle (1) durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) so eingerichtet ist, dass durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) strömendes Medium zumindest wahlweise und/oder teilweise in die Luftzufuhrleitung (6) des Boil-Off-Managementsystems (3) geleitet werden kann.
  2. Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) so eingerichtet ist, dass durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) strömendes Medium zumindest wahlweise und/oder teilweise zu einem Lufteinlass (11), insbesondere Lufteinlasstrichter, an der Luftzufuhrleitung (6) des Boil-Off-Managementsystems (3) geleitet werden kann.
  3. Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteinlass (11), insbesondere Lufteinlasstrichter, an der Luftzufuhrleitung (6) des Boil-Off-Managementsystems (3) so eingerichtet ist, dass zusätzlich zu dem durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) strömenden Medium auch Luft oder Sauerstoff durch den selben Lufteinlass (11), insbesondere selben Lufteinlasstrichter, an der Luftzufuhrleitung (6) des Boil-Off-Managementsystems (3) gelangen kann.
  4. Brennstoffzellenvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) mittels eines Dreiwegeventils (12) wahlweise mit der Luftzufuhrleitung (6) des Boil-Off-Managementsystems (3) und mit einem Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass (13) fluidverbunden werden kann.
  5. Brennstoffzellenvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennstoffzellenvorrichtung Vermischungsmittel vorgesehen sind, um einen Anodenabgasmassenstrom (14), der nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle (1) durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) abgeleitet wird, mit Luft und/oder mit einem Kathodenabgasmassenstrom (15) zu vermischen, wobei die Vermischungsmittel dazu eingerichtet sind, dass ein Anodenabgasmassenstrom (14), der nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle (1) durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) abgeleitet wird, weniger oder gar nicht mit Luft und/oder mit einem Kathodenabgasmassenstrom (15) vermischt wird, wenn dieser in die Luftzufuhrleitung (6) des Boil-Off-Managementsystems (3) geleitet wird, als wenn dieser zu einem Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass (13) geleitet wird.
  6. Brennstoffzellenvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischungsmittel einen Kompressor umfassen, um den Anodenabgasmassenstrom (14), der nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle (1) durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) abgeleitet wird, mit Luft und/oder mit einem Kathodenabgasmassenstrom (15) zu vermischen, wobei bevorzugt der Kompressor weniger oder gar nicht betrieben wird, wenn der Anodenabgasmassenstrom (14) in die Luftzufuhrleitung (6) des Boil-Off-Managementsystems (3) geleitet wird, als wenn dieser zu einem Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass (13) geleitet wird.
  7. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abgas nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle (1) durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) abgeleitet wird, wobei durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) strömendes Medium zumindest wahlweise und/oder teilweise in die Luftzufuhrleitung (6) des Boil-Off-Managementsystems (3) geleitet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass in regelmäßigen Zeitabständen durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) strömendes Medium zumindest teilweise in die Luftzufuhrleitung (6) des Boil-Off-Managementsystems (3) geleitet wird.
  9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass ein Anodenabgasmassenstrom (14), der nach einem Anoden-Spülvorgang der Brennstoffzelle (1) durch den Brennstoffzellen-Abgasstrang (10) abgeleitet wird, weniger oder gar nicht mit Luft und/oder mit einem Kathodenabgasmassenstrom (15) vermischt wird, wenn dieser in die Luftzufuhrleitung (6) des Boil-Off-Managementsystems (3) geleitet wird, als wenn dieser zu einem Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass (13) geleitet wird, wobei bevorzugt ein Kompressor weniger oder gar nicht betrieben wird, wenn der Anodenabgasmassenstrom (14) in die Luftzufuhrleitung (6) des Boil-Off-Managementsystems (3) geleitet wird, als wenn dieser zu einem Brennstoffzellen-Abgasstrang-Auslass (13) geleitet wird.
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