WO2021185500A1 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

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WO2021185500A1
WO2021185500A1 PCT/EP2021/051699 EP2021051699W WO2021185500A1 WO 2021185500 A1 WO2021185500 A1 WO 2021185500A1 EP 2021051699 W EP2021051699 W EP 2021051699W WO 2021185500 A1 WO2021185500 A1 WO 2021185500A1
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WO
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fuel cell
air
cell system
line
pdu unit
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PCT/EP2021/051699
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Reinoehl
Gregory Rewers
Rolf-Peter Essling
Friedrich Howey
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a fuel cell system with the features of the preamble of claim 1.
  • Hydrogen-based fuel cells are considered to be the mobility concept of the future, as they only emit water as exhaust gas and enable fast refueling times. Fuel cells are mostly assembled into a fuel cell stack. The fuel cell stacks need oxygen, mostly obtained from the simple air in the environment, and fuel, mostly hydrogen, for the chemical reaction.
  • the voltage taps on the fuel cell stack are implemented and processed using a power distribution unit (PDU unit).
  • PDU unit power distribution unit
  • the tasks of a PDU unit are typically: protection of voltage, current measurement, separation of the stack voltage from the system in the event of an accident, connection of the stack voltage to the DC / DC converter, then to the battery.
  • the parts and components inside the PDU unit are exposed to a large amount of heat due to electrical losses and resistance. Because of this, the PDU unit needs to be cooled.
  • a separate fan within the housing of the PDU unit and / or water cooling is known as a cooling option. Disclosure of the invention
  • the fuel cell system according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that air for cooling the PDU unit is sucked in from the environment via a low-pressure source. In this way, costs can be saved, since no separate cooler has to be installed, which offers the required safety in the engine compartment environment and which blows clean air into the housing of the PDU unit.
  • the components of the PDU unit can be cooled directly, while with water cooling the components are only cooled indirectly by air currents that arise within the housing due to temperature gradients.
  • a heat pipe and a Peltier element, which is used to cool the PDU unit, produce only a small cooling effect compared to direct air cooling.
  • the fuel cell system according to the invention can ensure effective cooling of the PDU unit.
  • the components of the PDU unit have electrical losses that are converted into heat, so that the internal temperature of the PDU unit continues to rise without effective cooling and the components overheat and, in the worst case, fail.
  • the suction line is connected to a branch of the air path, the branch being arranged between a filter and a compressor of the air line, since in this way the negative pressure already existing between the filter and the compressor can be used and no separate construction is required Generating the negative pressure is required. It is advantageous if the suction line is connected to a Venturi nozzle, the Venturi nozzle being designed in such a way that it generates a negative pressure to the environment via a lateral inlet. In this way, a vacuum source can be generated flexibly at different positions in the air line or exhaust air line.
  • a particular advantage results when the Venturi nozzle is arranged in an exhaust air line, the exhaust air line being connected to the air path and air being able to flow into the environment via the exhaust air line, since in this way no disruptive gases, e.g. through outgassing of components Plastic in the PDU unit can get into the fuel cell stack.
  • the arrangement of the exhaust air line downstream of the compressor is advantageous because if the output of the compressor is increased, more air can also get into the exhaust air line.
  • the arrangement of an adjustable throttle in the intake line is advantageous because the amount of air drawn in from the environment can be changed via it.
  • 1 shows a schematic topology of a fuel cell system according to a first exemplary embodiment of the invention
  • 2 shows a schematic topology of a fuel cell system according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic topology of a fuel cell system
  • the at least one fuel cell stack 101 has an air path 10, an exhaust gas path 12 and a fuel line 20.
  • the at least one fuel cell stack 101 can be used for mobile applications with high power requirements, for example in trucks, or for stationary applications, for example in generators.
  • the air path 10 serves as a supply air line in order to supply the fuel cell stack 101 with air from the environment via an inlet 16.
  • Components which are required for the operation of the fuel cell stack 101 can be arranged in the air path 10.
  • an air compressor 11 and / or compressor 11 can be arranged, which the air according to the respective operating conditions of the fuel cell stack
  • Oxygen-containing air is provided to the fuel cell stack 101 via the air path 10.
  • the fuel cell system 100 has a PDU unit 32.
  • the PDU unit 32 is a power distribution unit 32 which takes a voltage tap on the fuel cell stack 101 and processes and interconnects these voltage taps.
  • the tasks of a power distribution unit (PDU unit) 32 include: safeguarding voltage, measuring current, separating stack voltage from the system in the event of an accident detected, connecting stack voltage to the DC / DC converter and / or to the battery.
  • the PDU unit 32 In order to cool the components in the housing 31 of the PDU unit 32, the PDU unit 32 is connected to a vacuum source 40 via a suction line 30. Due to the negative pressure source 40, air is rejected from the interior of the PDU unit 32 via the suction line 30.
  • At least one pressure compensation element 38 is arranged in the housing 31 of the PDU unit 32. Fresh air can flow into the housing 31 of the PDU unit 32 via the pressure compensation element 38, so that the air which reaches the housing 31 of the PDU unit 32 via the pressure compensation element 38 is available for cooling the heated components.
  • the components in the housing 31 of the PDU unit 32 can be cooled.
  • the suction line 30 is connected to the air path 10 via a branch 33.
  • the branch 33 is located in the air path 10 between an inlet filter 13 and a compressor 11.
  • the negative pressure that arises between the inlet filter 13 and the compressor 11 can be used as a negative pressure source 40 to draw air out of the PDU unit via the suction line 30 32 suction.
  • the negative pressure of the negative pressure source is increased when the power requirement on the fuel cell system increases.
  • the arrangement of the suction line 30 at the branch 33 between the inlet filter 13 and the compressor 11 has the advantage that the amount of air for cooling is increased when the power is called up from the fuel cell stack 101, since a large amount of air is also required when the power of the fuel cell stack 101 is high and thus the pressure loss through the inlet filter 13 increases.
  • an adjustable throttle 34 can be arranged in the intake line 30.
  • the pressure equalization element 38 can be permeable to gases, while it prevents the entry of particles and moisture into the PDU unit 32.
  • the fuel cell system 100 has an exhaust gas path 12 in which water and other constituents of the air from the air path 10 are transported into the environment via an outlet 18 after passing through the fuel cell stack 101.
  • the fuel cell system 100 can furthermore have a cooling circuit which is designed to cool the fuel cell stack 101.
  • the cooling circuit is not shown in the figure because it is not part of the invention.
  • a high-pressure tank 21 and a shut-off valve 22 can be located in the inlet of the fuel line 20. Further components can be arranged in the fuel line 20 in order to supply the fuel cell stack 101 with fuel as required. Furthermore, a circulation line can be provided which is not shown in the figure since it is not part of the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic topology of a fuel cell system 100 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the air path 10, the exhaust gas deposit 12 and the fuel line 20 correspond to the description of the first exemplary embodiment.
  • the fuel cell system 100 has a PDU unit 32.
  • the PDU unit 32 has the same properties and functions as in the first exemplary embodiment.
  • the PDU unit 32 is connected to a vacuum source 40 via an intake line 30. Due to the negative pressure source 40, air is rejected from the interior of the PDU unit 32 via the suction line 30.
  • a pressure compensation element 38 is arranged in the housing 31 of the PDU unit 32. Fresh air can flow into the housing 31 of the PDU unit 32 via the pressure equalization element 38, so that the air, which over the Pressure compensation element 38 enters the housing 31 of the PDU unit 32 and is available for cooling the heated components.
  • the suction line 30 is connected to a Venturi nozzle 43, 40, the Venturi nozzle 43, 40 generating a negative pressure to the environment at a lateral inlet 45.
  • the venturi nozzle 43 represents the vacuum source 40.
  • the venturi nozzle 43 is arranged in an exhaust air line 41, the exhaust air line 43 being connected to the air path 10 and being fed with air from the air path 10. Air can escape from the air line 10 into the environment via the exhaust air line 43.
  • the exhaust air line 41 can be connected to the exhaust gas path 12 or be arranged in it, so that the Venturi nozzle 43 is fed with air from the exhaust air path 12.
  • the exhaust air line 41 can branch off from the air path 10 downstream of the compressor 11, so that the Venturi nozzle 43 is fed from the excess pressure behind the compressor 43.
  • the pressure compensation element 38 is permeable to gases, but prevents particles and moisture from entering the PDU unit 32.
  • an adjustable throttle 34 can be arranged in the suction line 30.
  • air and / or hydrogen can be sucked in from an intermediate space between the fuel cell stack 101 and a stack housing via the suction line 30.
  • the suction line 30 is connected to a further line (dashed line) which leads to the stack housing.

Abstract

Brennstoffzellensystem (100) mit mindestens einem Brennstoffzellenstack (101), welcher eine PDU-Einheit (32) aufweist, mit einem Luftpfad (10), wobei über den Luftpfad (10) Luft aus der Umgebung zum Brennstoffzellenstack (101) gelangt, mit einem Abgaspfad (12), welcher verbrauchte Luft an die Umgebung abgibt, mit einer Brennstoffleitung (20), wobei über die Brennstoffleitung (20) Brennstoff zum Brennstoffzellenstack (101) transportiert wird. Die PDU-Einheit (32) ist über eine Ansaugleitung (30) mit einer Unterdruckquelle (40) verbunden, wobei im Gehäuse (31) der PDU-Einheit (32) ein Druckausgleichselement (38) angeordnet ist, wobei über das Druckausgleichselement (38) Luft in das Gehäuse (31) der DU-Einheit (32) angesaugt werden kann.

Description

Beschreibung
Titel
Brennstoffzellensystem
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Stand der Technik
Wasserstoffbasierte Brennstoffzellen gelten als Mobilitätskonzept der Zukunft, da sie nur Wasser als Abgas emittieren, und schnelle Betankungszeiten ermöglichen. Brennstoffzellen werden meistens zu einem Brennstoffzellenstack zusammengebaut. Die Brennstoffzellenstacks brauchen Sauerstoff, zumeist gewonnen aus der einfachen Luft aus der Umgebung, und Brennstoff, zumeist Wasserstoff, für die chemische Reaktion.
In Brennstoffzellensystemen werden die Spannungsabgriffe am Brennstoffzellenstack über eine Power-Distribution-Einheit (PDU-Einheit) realisiert und weiterverarbeitet. Die Aufgaben einer PDU-Einheit sind typischerweise: Absicherung von Spannung, Strommessung, Trennung der Stackspannung vom System bei einem Unfall, Verbinden der Stackspannung zum DC/DC-Wandler, dann zur Batterie.
Die Bauteile und Komponenten, innerhalb der PDU-Einheit sind einer großen Wärmeentwicklung aufgrund von elektrischen Verlusten und Widerständen ausgesetzt. Aus diesem Grund muss die PDU-Einheit gekühlt werden. Als Kühlmöglichkeit ist ein eigener Lüfter innerhalb des Gehäuses der PDU-Einheit und/oder eine Wasserkühlung bekannt. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches hat den Vorteil, dass Luft zur Kühlung der PDU- Einheit aus der Umgebung über eine Niederdruckquelle angesaugt wird. Auf diese Weise können Kosten gespart werden, da kein eigener Kühler installiert werden muss, welcher die erforderliche Sicherheit in der Motorraumumgebung bietet und der saubere Luft in das Gehäuse der PDU-Einheit bläst.
Gegenüber der Wasserkühlung können die Bauteile der PDU-Einheit direkt gekühlt werden, während bei der Wasserkühlung die Komponenten nur indirekt durch Luftströmungen, welche innerhalb des Gehäuses aufgrund von Temperaturgradienten entstehen, gekühlt werden. Eine Heat Pipe und ein Peltierelement, welches zur Kühlung der PDU-Einheit eingesetzt wird, erzeugt im Vergleich zu einer direkten Luftkühlung nur eine geringe Kühlwirkung.
Durch das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem, kann eine effektive Kühlung der PDU-Einheit sichergestellt werden. Die Komponenten der PDU- Einheit haben elektrische Verluste, die in Wärme umgewandelt werden, so dass die Innentemperatur der PDU-Einheit ohne effektive Kühlung immer weiter steigt und die Komponenten überhitzen und im schlimmsten Fall ausfallen.
Durch das Ansaugen von Luft aus der Umgebung kann auf vorteilhafte Weise sichergestellt werden, dass kein Wasserstoff in der Luft vorhanden ist, die zum kühlen der PDU-Einheit dient.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems angegeben.
Es ist von Vorteil, wenn die Ansaugleitung mit einer Zweigstelle des Luftpfades verbunden ist, wobei die Zweigstelle zwischen einem Filter und einem Kompressor der Luftleitung angeordnet ist, da man auf diese Weise den bereits zwischen Filter und Kompressor vorhandenen Unterdrück nutzen kann und keine gesonderte Konstruktion zum Erzeugen des Unterdruckes benötigt wird. Es ist vorteilhaft, wenn die Ansaugleitung mit einer Venturi-Düse verbunden ist, wobei die Venturi-Düse so gestallt ist, dass sie über einen seitlichen Eingang einen Unterdrück zur Umgebung erzeugt. Auf diese Weise lässt sich flexibel an unterschiedlichen Positionen in der Luftleitung oder Abluftleitung eine Unterdruckquelle erzeugen.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn die Venturi-Düse in einer Abluftleitung angeordnet ist, wobei die Abluftleitung mit dem Luftpfad verbunden ist und über die Abluftleitung Luft in die Umgebung strömen kann, da auf diese Weise keine störenden Gase, z.B. durch Ausgasung von Bauteilen aus Kunststoff in der PDU- Einheit in den Brennstoffzellenstack gelangen können.
Die Anordnung der Abluftleitung stromabwärts des Kompressors ist vorteilhaft, da bei einer Erhöhung der Leistung des Kompressors auch mehr Luft in die Abluftleitung gelangen kann.
Die Anordnung einer verstellbaren Drossel in der Ansaugleitung ist von Vorteil, da die Menge der aus der Umgebung angesagten Luft, darüber verändert werden kann.
Es ist von Vorteil, wenn über die Ansaugleitung Luft und/oder Wasserstoff aus einem Zwischenraum zwischen Brennstoffzellenstack und einem Stackgehäuse absaugbar ist, da keine weitere Absaugleitung für den Brennstoffzellenstack benötigt wird und dies deshalb kostengünstig ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele:
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem und das erfindungsgemäße Verfahren werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Topologie eines Brennstoffzellensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 2 eine schematische Topologie eines Brennstoffzellensystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In der Figur 1 ist eine schematische Topologie eines Brennstoffzellensystems
100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt mit mindestens einem Brennstoffzellenstack 101. Der mindestens eine Brennstoffzellenstack 101 weist einen Luftpfad 10, einen Abgaspfad 12 und eine Brennstoffleitung 20 auf. Der mindestens eine Brennstoffzellenstack 101 kann für mobile Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf, bspw. in LKW’s, oder für stationäre Anwendungen, bspw. in Generatoren, eingesetzt werden.
Der Luftpfad 10 dient als Zuluftleitung, um den Brennstoffzellenstack 101 über einen Einlass 16 Luft aus der Umgebung zuzuführen. In dem Luftpfad 10 können Komponenten angeordnet sein, welche für den Betrieb des Brennstoffzellenstacks 101 benötigt werden. Im Luftpfad 10 kann ein Luftverdichter 11 und/oder Kompressor 11 angeordnet sein, welcher die Luft entsprechend der jeweiligen Betriebsbedingungen des Brennstoffzellenstacks
101 verdichtet bzw. ansaugt. Stromabwärts vom Luftverdichter 11 und/oder Kompressor 11 kann sich ein Wärmetauscher 15 befinden, welcher die Luft im Luftpfad 10 auf eine niedrigere Temperatur abkühlt.
Innerhalb des Luftpfades 10 können noch weitere Komponenten wie beispielsweise Befeuchter und/oder Ventile vorgesehen sein. Über den Luftpfad 10 wird dem Brennstoffzellenstack 101 sauerstoffhaltige Luft bereitgestellt.
Das Brennstoffzellensystem 100 weist eine PDU-Einheit 32 auf. Die PDU-Einheit 32 ist eine Power-Distribution-Einheit 32, welche einen Spannungsabgriff am Brennstoffzellenstack 101 vornimmt und diese Spannungsabgriffe weiterverarbeitet und verschaltet.
Die Aufgaben einer Power-Distribution-Einheit (PDU-Einheit) 32 sind unter anderem: Absicherung von Spannung, Strommessung, Trennung von Stackspannung vom System bei einem detektierten Unfall, Verbinden von Stackspannung zum DC/DC-Wandler und/oder zur Batterie. Um die Bauelemente im Gehäuse 31 der PDU-Einheit 32 zu kühlen, ist die PDU- Einheit 32 über eine Ansaugleitung 30 mit einer Unterdruckquelle 40 verbunden. Aufgrund der Unterdruckquelle 40 wird Luft aus dem Inneren der PDU-Einheit 32 über die Ansaugleitung 30 abgesagt. Im Gehäuse 31 der PDU-Einheit 32 ist mindestens ein Druckausgleichselement 38 angeordnet. Über das Druckausgleichselement 38 kann frische Luft in das Gehäuse 31 der PDU- Einheit 32 nachströmen, so dass die Luft, welche über das Druckausgleichselement 38 in das Gehäuse 31 der PDU-Einheit 32 gelangt zur Kühlung der erwärmten Bauteile zur Verfügung steht.
Mit Hilfe der Luft, welche über das mindestens eine Druckausgleichelement 38 in das Gehäuse 31 der PDU-Einheit 32 gelangt, können die Bauelemente im Gehäuse 31 der PDU-Einheit 32 gekühlt werden.
Die Ansaugleitung 30 ist über eine Zweigstelle 33 mit dem Luftpfad 10 verbunden. Die Zweigstelle 33 befindet sich in dem Luftpfad 10 zwischen einem Einlassfilter 13 und einem Kompressor 11. Der Unterdrück, welcher zwischen dem Einlassfilter 13 und dem Kompressor 11 entsteht, kann als Unterdruckquelle 40 genutzt werden, um Luft über die Ansaugleitung 30 aus der PDU-Einheit 32 abzusaugen.
Bei dem Kühlverfahren, welches für das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung eingesetzt wird, wird bei einer Erhöhung der Leistungsanforderung an das Brennstoffzellensystem der Unterdrück der Unterdruckquelle erhöht. Die Anordnung der Ansaugleitung 30 an der Zweigstelle 33 zwischen dem Eingangsfilter 13 und dem Kompressor 11 hat den Vorteil, dass die Luftmenge der Kühlung bei einem hohen Leistungsabruf aus dem Brennstoffzellenstack 101 erhöht wird, da bei einer hohen Leistung des Brennstoffzellenstacks 101 auch eine große Luftmenge benötigt wird und somit der Druckverlust durch den Eingangsfilter 13 steigt.
Um die Luft, welche aus dem Luftpfad 10 in die Ansaugleitung 30 gelangt bedarfsgerecht zu steuern, kann in der Ansaugleitung 30 eine verstellbare Drossel 34 angeordnet sein. Das Druckausgleichselement 38 kann für Gase durchlässig sein, während es den Eintrag von Partikeln und Feuchtigkeit in die PDU-Einheit 32 verhindert.
Des Weiteren weist das Brennstoffzellensystem 100 einen Abgaspfad 12 auf, in welchem Wasser, sowie weitere Bestandteile der Luft aus dem Luftpfad 10 nach dem Durchgang durch den Brennstoffzellenstack 101 über einen Auslass 18 in die Umgebung transportiert werden.
Das Brennstoffzellensystem 100 kann des Weiteren einen Kühlkreislauf aufweisen, welcher zur Kühlung des Brennstoffzellenstacks 101 ausgebildet ist. Der Kühlkreislauf ist in der Figur nicht eingezeichnet, da er nicht Bestandteil der Erfindung ist.
Im Eingang der Brennstoff leitu ng 20 können sich ein Hochdrucktank 21 und ein Absperrventil 22 befinden. Es können weitere Komponenten in der Brennstoffleitung 20 angeordnet sein, um den Brennstoffzellenstack 101 nach Bedarf mit Brennstoff zu versorgen. Des Weiteren kann eine Zirkulationsleitung vorgesehen sein, welche nicht in der Figur gezeigt ist, da sie nicht Bestandteil der Erfindung ist.
Figur 2 zeigt eine schematische Topologie eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Luftpfad 10, der Abgaspfand 12 und die Brennstoff leitu ng 20 entsprechen der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels.
Das Brennstoffzellensystem 100 weist eine PDU-Einheit 32 auf. Die PDU-Einheit 32 weist die gleichen Eigenschaften und Funktionen wie im ersten Ausführungsbeispiel auf.
Die PDU-Einheit 32, ist über eine Ansaugleitung 30 mit einer Unterdruckquelle 40 verbunden. Aufgrund der Unterdruckquelle 40 wird Luft aus dem Inneren der PDU-Einheit 32 über die Ansaugleitung 30 abgesagt. Im Gehäuse 31 der PDU- Einheit 32 ist ein Druckausgleichselement 38 angeordnet. Über das Druckausgleichselement 38 kann frische Luft in das Gehäuse 31 der PDU- Einheit 32 nachströmen, so dass die Luft, welche über das Druckausgleichselement 38 in das Gehäuse 31 der PDU-Einheit 32 gelangt zur Kühlung der erwärmten Bauteile zur Verfügung steht.
Die Ansaugleitung 30 ist mit einer Venturi-Düse 43,40 verbunden, wobei die Venturi-Düse 43,40 an einem seitlichen Eingang 45 einen Unterdrück zur Umgebung erzeugt. Die Venturi-Düse 43 stellt die Unterdruckquelle 40 dar.
Die Venturi-Düse 43 ist in einer Abluftleitung 41 angeordnet, wobei die Abluftleitung 43 mit dem Luftpfad 10 verbunden ist und mit Luft aus dem Luftpfad 10 gespeist wird. Über die Abluftleitung 43 kann Luft aus der Luftleitung 10 in die Umgebung entweichen.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Abluftleitung 41 mit dem Abgaspfad 12 verbunden sein oder in diesem angeordnet sein, so dass die Venturi-Düse 43 mit Luft aus Abluftpfad 12 gespeist wird.
Die Abluftleitung 41 kann stromabwärts des Kompressors 11 vom Luftpfad 10 abzweigen, so dass die Venturi-Düse 43 aus dem Überdruck hinter dem Kompressor 43 gespeist wird.
Das Druckausgleichselement 38 ist für Gase durchlässig, verhindert aber den Eintrag von Partikeln und Feuchtigkeit in die PDU-Einheit 32.
Um die Luftmenge, welche über die Absaugleitung aus der PDU-Einheit 32 abgesaugt wird, bedarfsgereicht zu steuern bedarfsgerecht zu steuern, kann in der Ansaugleitung 30 eine verstellbare Drossel 34 angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann über die Ansaugleitung 30 Luft und/oder Wasserstoff aus einem Zwischenraum zwischen Brennstoffzellenstack 101 und einem Stackgehäuse abgesaugt werden. Dazu ist die Ansaugleitung 30 mit einer weiteren Leitung (gestrichelte Linie) verbunden, welche zum Stackgehäuse führt.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffzellensystem (100) mit mindestens einem Brennstoffzellenstack (101), welcher eine PDU-Einheit (32) aufweist, mit einem Luftpfad (10), wobei über den Luftpfad (10) Luft aus der Umgebung zum Brennstoffzellenstack (101) gelangt, mit einem Abgaspfad (12), welcher verbrauchte Luft an die Umgebung abgibt, mit einer Brennstoffleitung (20), wobei über die Brennstoffleitung (20) Brennstoff zum Brennstoffzellenstack (101) transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die PDU-Einheit (32) über eine Ansaugleitung (30) mit einer Unterdruckquelle (40) verbunden ist, wobei im Gehäuse (31) der PDU-Einheit (32) ein Druckausgleichselement (38) angeordnet ist, wobei über das Druckausgleichselement (38) Luft in das Gehäuse (31) der PDU-Einheit (32) angesaugt werden kann.
2. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Ansaugleitung (30) mit einer Zweigstelle (33) des Luftpfades (10) verbunden ist, wobei die Zweigstelle (33) zwischen einem Filter (13) und einem Kompressor (11) der Luftleitung (10) angeordnet ist.
3. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitung (30) mit einer Venturi-Düse (43,40) verbunden ist, wobei die Venturi-Düse (43,40) einen Unterdrück zur Umgebung erzeugt.
4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturi-Düse (43) in einer Abluftleitung (41) angeordnet ist, wobei die Abluftleitung (41) mit dem Luftpfad (10) oder dem Abgaspfad (12) verbunden ist.
5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (41) stromabwärts des Kompressors (11) vom Luftpfad (10) abzweigt.
6. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichselement (38) für Gase durchlässig ist, aber den Eintrag von Partikeln und Feuchtigkeit in die PDU-Einheit (32) verhindert.
7. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Absaugleitung (30) eine verstellbare Drossel (34) angeordnet ist.
8. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Ansaugleitung (30) Luft und/oder Wasserstoff aus einem Zwischenraum zwischen Brennstoffzellenstack (101) und einem Stackgehäuse absaugbar ist. (ohne Darstellung. Ist das ok?)
9. Kühlverfahren (200) für eine PDU-Einheit (32) eines Brennstoffzellensystems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Luft aus der PDU-Einheit (32) durch eine Unterdruckquelle (40) gesaugt wird, während Luft über mindestens ein Druckausgleichselement (38) in die PDU- Einheit (32) einströmt.
10. Kühlverfahren (200) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Erhöhung der Leistungsanforderung an das Brennstoffzellensystem (100) der Unterdrück der Unterdruckquelle (40) erhöht wird.
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DE (1) DE102020203313A1 (de)
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