WO2021237263A1 - Test stand system for testing at least one fuel cell - Google Patents

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WO2021237263A1
WO2021237263A1 PCT/AT2021/060184 AT2021060184W WO2021237263A1 WO 2021237263 A1 WO2021237263 A1 WO 2021237263A1 AT 2021060184 W AT2021060184 W AT 2021060184W WO 2021237263 A1 WO2021237263 A1 WO 2021237263A1
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exhaust gas
test
test stand
section
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PCT/AT2021/060184
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Michael DI STANDKE
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Avl List Gmbh
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    • 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
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Test stand system for testing at least one fuel cell
  • the present invention relates to a test stand system for testing at least one fuel cell and a method for operating such a test stand system.
  • the disadvantage of the known solutions is that they are designed essentially exclusively for individual production of fuel cell stacks, that is to say for an essentially manual production of the fuel cell system or the fuel cell stacks to be arranged therein. Even in test fields with several test stands, such fuel cell stacks are arranged in parallel and are appropriately supplied with fuel fluid for the test operation.
  • Another disadvantage of the known solutions is that when testing on the test stands, fuel fluid is used which is only partially chemically converted in the respective fuel cell according to the operating conditions of the respective fuel cell stack. This means that the exhaust gases from each test stand still contain a residual amount of fuel fluid, which is discharged into the environment with the exhaust gases via a chimney. In the known solutions, this discharge is also dangerous due to the small quantities of the fuel cell stacks to be tested. However, in this way the energy content in the remaining amount of the fuel fluid is lost to the environment.
  • the above object is achieved by a test stand system with the Merkma len of claim 1 and a method with the features of claim 15. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings.
  • Features and details that are described in connection with the test stand system according to the invention naturally also apply in connection with the method according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to each other.
  • a test stand system is used to test at least one fuel cell, in particular also fuel cell stacks.
  • the test stand system has at least two individual test stands.
  • Each of these test stands is equipped with at least one test stand feed section for a feed of feed gas, this feed gas comprising fuel fluid.
  • each test stand has at least one test stand exhaust gas section for the removal of exhaust gas from this test stand, this exhaust gas containing a residual amount of fuel fluid depending on the operating mode of the fuel cell stack.
  • the test bench system is further equipped with a collecting exhaust gas section in fluid communication with the test bench exhaust gas sections for collecting the exhaust gases.
  • the collecting exhaust gas section has at least one usage interface for a fluid-communicating connection with a usage device for using the residual amount of fuel fluid contained in the exhaust gas.
  • a fuel cell stack typically includes 400 individual fuel cells. These fuel cells can, depending on the needs of the manufacturer, be tested individually, in particular, before being released for the assembly process. However, a fuel cell stack can also be tested, for which purpose the test stand system is then designed to test fuel cell stacks. In particular, individual fuel cells and / or several fuel cells and / or fuel cell stacks can be tested by the test stand system according to the invention.
  • the test stand system according to the invention is designed for testing a test item such as at least one individual fuel cell, at least one fuel cell stack or a fuel cell system.
  • a test stand system according to the invention is therefore based on the need to test fuel cells or fuel cell stacks with regard to their quality.
  • Such test stands can also be used for conditioning and / or rinsing the fuel cells or fuel cell stacks.
  • the individual test stands can be used for testing individual fuel cells as well as for testing entire fuel cell systems and the fuel cell stacks and / or fuel cells arranged therein. It is also possible for several fuel cell stacks to be tested in a common fuel cell system on such a test stand.
  • the gases from the at least two individual test stands are now collected.
  • Each of the test stands will generate exhaust gas at the respective fuel cell stack with the fuel fluid as the feed gas and feed it to the test stand exhaust gas section.
  • the respective exhaust gas is now transferred to the collective exhaust gas section, so that preferably all exhaust gases from all individual test stands can be collected in this.
  • the collective exhaust gas section is now equipped with a usage interface in the manner according to the invention. This usage interface makes it possible to establish a fluid-communicating connection with a downstream usage device in order, contrary to the known solutions, to make the fuel fluid, which is still present as a residual amount in the collected exhaust gas, available for further use.
  • this downstream utilization device does not necessarily have to be part of the test stand system according to the invention.
  • the usage device is designed downstream of the usage interface and in fluid communication with it as part of the test stand system.
  • Examples of such utilization devices can be, in the simplest possible manner, the connection to an external gas network in order to make the remaining amount of fuel fluid available to such an external gas network as an energy carrier.
  • the direct use of the remaining amount of fuel fluid for example by an appropriate afterburner for the generation of heat or even a separate fuel cell to use this remaining amount for the generation of electricity and / or from waste heat are conceivable here.
  • a common and thus centralized recirculation of the collected exhaust gases into the individual test stand feed sections is also possible.
  • a test stand system according to the invention now makes it possible to test the fuel cell stacks at the end of a production line even for a very large number of fuel cell stacks produced, since a discharge of residual amount of fuel fluid to the environment can be reduced or even completely avoided.
  • a separate separation or cleaning of the exhaust gas is advantageously not necessary here, since this residual amount of the fuel fluid is used.
  • test stand system Another advantage of the inventive design of the test stand system is the use of the energy content of the remaining amount of the fuel fluid. For example, when the remaining amount of the fuel fluid is returned from the collected exhaust gas to a fuel cell or to the test stands themselves, the energy content can in turn be converted into electricity and / or waste heat. The overall efficiency when operating the test stand system or a corresponding production system is significantly improved in this way.
  • test stand system can be used both in the research area as a test field for a large number of fuel cells and in production for qualification at the end of a production line.
  • the supply of supply gas and removal of exhaust gas according to the invention relates at least to the fuel path of the respective fuel cell stack or the respective fuel cell.
  • these must be on the anode side, and on the cathode side are supplied with appropriate gases in order to enable the chemical conversion on the membranes of the fuel cells.
  • the test stand system according to the invention is specifically designed with the test stand supply section, the test stand exhaust gas section and the collective exhaust gas section for the flow path of the fuel cell stack in which the fuel fluid, for example the hydrogen, is conveyed. In conventional fuel cell stacks or fuel cells, this is the anode section and thus the anode path. If exhaust gases are also generated in the cathode section, i.e. in the opposite section of the fuel cell stack, the contents of which contain residual amounts of usable fluids, the idea of a test bench system according to the invention can of course also be applied to the further flow paths of the test benches and the fuel cell stacks arranged therein.
  • the collecting exhaust gas section has a delivery device for actively delivering the collected exhaust gases of the at least one use interface.
  • a conveyor device can be, for example, a pumping device or a compressor device. It allows the collected exhaust gases to be promoted actively, in particular in a controlled, for example controlled or regulated manner. This makes it possible, on the one hand, to provide suction operation from the individual test bench exhaust gas sections and, on the other hand, alternatively or additionally, to implement pumping operation, i.e. active supply of the collected exhaust gases, to the user interface and the usage device arranged on it.
  • pumping operation i.e. active supply of the collected exhaust gases
  • a utilization device is connected in a fluid-communicating manner to the at least one utilization interface, in particular one of the following:
  • the utilization device is part or at least partially part of the test stand system.
  • this utilization device When connected to an external gas network, this utilization device is, for example, the network connection to this external gas network, which now allows the remaining amount of fuel fluid to be taken up and used for further use in this external gas network.
  • a central utility fuel cell system is to be understood as a fuel cell system which, independently of the individual test stands, converts the remaining amount of fuel fluid into electrical energy and waste heat. The electrical energy generated in this way as well as the waste heat generated can be fed to the operation of the test bench system.
  • the electrical energy from the usage fuel cell system can be fed to the operation of the entire test bench system, so that the efficiency in the operation of the test bench system can be increased.
  • the waste heat generated from a central utilization fuel cell system can, for example, be fed to a heating function of a building in which the test stand system is arranged.
  • a central afterburner device without the generation of electrical energy can also be designed to generate waste heat, which can be supplied in the same way to the premises of the test bench system and / or the temperature control of the test benches.
  • a central recirculation interface is to be understood as meaning that the remaining amount of fuel fluid in the exhaust gas is at least partially returned as recirculation gas to the test stand supply sections and is thus recirculated.
  • a recirculation is designed as a global or system-wide recirculation and thus as a central recirculation and thus differs in particular from local recirculation on the respective test bench itself or in another, targeted application of a fuel cell such as in a fuel cell vehicle.
  • a collective supply section is provided in fluid-communicating connection with the test stand supply sections for a central supply of the supply gas.
  • a collecting feed section is coupled to the recirculation interface already explained.
  • the collecting feed section can receive the fuel fluid or the feed gas which contains the fuel fluid from a corresponding feed gas source and / or a fuel fluid source.
  • This can be a corresponding external supply gas connection or a gas tank in which the supply gas and / or the fuel fluid are stored.
  • the complexity of the entire test stand system is further reduced by the provision of a common collecting feed section.
  • the collecting feed section has a storage container for storing feed gas.
  • a storage container can be, for example, a gas tank which contains the feed gas or the fuel fluid as part of the feed gas.
  • an external gas line which supplies the supply gas and / or the fuel fluid from the outside to the test stand system.
  • the central recirculation interface is designed to be in fluid communication with the collecting supply section.
  • this allows the already explained system-wide recirculation of collected exhaust gases and in this way feeds the collected exhaust gas and thus in particular the remaining amount of fuel fluid to the collection feed section and via this to the individual test stand feed sections.
  • the recirculation interface can be routed directly into the collecting feed section or also into a storage container, as has been explained in a preceding paragraph.
  • the reservoir would form an additional buffer, which is used to temporarily store the collected and recirculated exhaust gas.
  • the at least two test stands are designed to be identical or essentially identical. This allows a test stand to be designed essentially as large as desired in a modular manner.
  • the identical or essentially identical design of the individual test benches also enables a significantly simpler and scalable control of all test benches to take place. Last but not least, this makes it possible to keep results obtained on the respective test bench when testing the fuel cell stack comparable with other results from other test benches of the same test bench system.
  • all test stands of a test stand system according to the invention are identical or essentially identical.
  • the at least two test stands are designed to be free of recirculation sections for recirculation of exhaust gas at the respective test stand. This means that no recirculation functionality is provided locally on the respective test bench. Much more, such a recirculation is, if desired, made available exclusively as a central recirculation with the central recirculation interface already explained. This significantly reduces the complexity of the individual test stands, both in production and in use.
  • the collecting exhaust gas section has a drain valve separate from the at least one use interface for a central drainage of exhaust gas that is not fed to the use interface.
  • a drain valve can also be referred to as a central purge valve.
  • the drain valve is preferably arranged upstream of the user interface and allows exhaust gas that is not required to be discharged separately from the user interface in a qualitative and / or quantitative manner. For example, the exhaust gas that is not used or cannot be used can be discharged to the environment.
  • the collecting exhaust gas section has a water separator for separating water from the collected exhaust gas.
  • a water separator can also be provided as a central water separator, which allows the individual test stands to be made available free of local water separators. len.
  • the water separated by the water separator can be collected and also fed to a central point.
  • the usage interface has a switching device for switching between at least two usage devices.
  • This switching device can, for example, be designed qualitatively in order to switch over completely to one or the other utilization device.
  • quantitative switching devices are also conceivable in order to allow a quantitative distribution of different partial residual amounts of fuel fluid in the collected exhaust gas to the different utilization devices.
  • test stand system the at least two test stands are designed for at least one of the following purposes:
  • test bench This is preferably a test field in development and / or a so-called end-of-line quality test in the production of fuel cell stacks.
  • the at least two test benches in the test bench feed sections and / or in the test bench exhaust gas sections have control valves for checking the pressure in the test bench feed sections and / or the test bench exhaust gas sections.
  • control valves can also be referred to as throttle valves or pressure valves, which allow the pressure, in particular within of the test bench and there within the fuel cell stack to be tested.
  • the collecting exhaust gas section has a central maintenance access for a central access to the collecting exhaust gas section for maintenance work and / or repair work.
  • a central maintenance access for a central access to the collecting exhaust gas section for maintenance work and / or repair work.
  • the collective exhaust gas section has at least partially easily accessible sections which provide maintenance access, for example, through a central flap or through the external arrangement of the collective exhaust gas section on the test stand system.
  • this central maintenance access relates to access to functional components of the collecting exhaust gas section, such as, for example, the conveying device described or the user interface.
  • the present invention also relates to a method for operating a test stand system according to the invention, comprising the following steps:
  • a method according to the invention thus has the same advantages as have been explained in detail with reference to a test stand system according to the invention.
  • switching between different usage devices is also possible here.
  • concentration of fuel fluid in the individual test stand exhaust gas sections and / or in the collective exhaust gas section is determined with the aid of a sensor device. With this information, in particular a switching device or the mode of operation of the usage interface can be adapted.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the test stand system according to the invention
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a test stand system according to the invention
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a test stand system according to the invention
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a test stand system according to the invention.
  • FIG 1 a schematically particularly simple alternative of a test stand system 10 is shown.
  • two test stands 20 are shown here in an identical configuration. Both test stands 20 are designed with a test stand supply section 22 for the supply of supply gas Z. Both test stands 20 likewise have a fuel cell system 100 arranged thereon and / or a fuel cell stack 110 and / or at least one individual fuel cell, which exhaust gas A generates during operation.
  • the exhaust gas A is discharged from each test bench 20 via test bench exhaust gas sections 24 and is collected in the collecting exhaust gas section 30 via a fluid-communicating connection. This collected exhaust gas A contains a residual amount of fuel fluid which has not been converted in the individual test stands 20 by the fuel cell stacks 110 arranged there.
  • the collected exhaust gas A and thus also the remaining amount of fuel fluid is fed to the usage interface 32, via which the remaining amount of fuel fluid can be used in an external usage device 200. It should also be pointed out that, of course, a significantly larger number than the two test stands 20 shown can be provided and in particular special are provided. The functionality of the collective exhaust gas section 30 is independent of the actual number of individual test stands 20.
  • FIG. 2 shows a further development of the embodiment of FIG. 1.
  • a common collecting feed section 40 is provided here, which receives the desired feed gas Z from a storage container 42, which will be explained later, or from an external gas connection and is sent to the individual test stands 20 or the test stand supply sections 22 divides.
  • an active delivery device 34 is provided in the form of an exhaust gas pump, which delivers the collected exhaust gas A and, in particular, can also suck it out of the individual test stands 20.
  • a central maintenance access 39 can be seen via the arrow shown, which allows access in particular to movable components for maintenance work and / or repair work.
  • FIG. 3 is a further development of the embodiment of FIGS. 1 and 2.
  • a central recirculation interface 240 is provided as external utilization device 200, which allows the exhaust gas A from the collective exhaust gas section 30 to be fed to a central recirculation into the collective feed section 40.
  • the remaining amount of fuel fluid can now be made available to the individual test stands for a new run in a recirculated functionality, so that the remaining amount of fuel fluid contained is used in this new run.
  • each of the individual test stands 20 is also equipped with control valves 26, which are arranged upstream and downstream of the respective fuel cell stack 110.
  • the pressure situation in the test stand supply section 22 and in the test stand exhaust gas section 24 can be adjusted, so that in particular the pressure loss across the test stand 20 can be controlled.
  • FIG. 4 shows a further alternative, in particular to the embodiment of Figure 3.
  • the recirculation functionality is made available in an indirect way, namely in a storage container 42.
  • This storage container 42 stores supply gas Z and can now through this central recirculation interface 240 are also available as a buffer store for the recirculated exhaust gas A from the collective exhaust gas section 30.
  • a central water drain is also shown in FIG. 4 at the lower right end of the collecting exhaust gas section 30
  • separator 38 which makes it possible to separate water from this exhaust gas and preferably to dissipate it for the collected exhaust gas and thus independently of the individual test stands 20.
  • FIG. 5 A variant of the test stand system 10 is shown in FIG. 5, which has two different utilization devices 200.
  • a central usage fuel cell system 220 and / or a central afterburner device 230 is provided here.
  • the switching device 33 as a component of the usage interface 32, a quantitative distribution between the different usage devices 200 can take place here in particular.
  • the central utility fuel cell system 220 is used to generate electricity and waste heat, while a central afterburner device 230 is designed essentially exclusively to generate waste heat. The waste heat can be fed to the individual test stands 20 or the entire operation of the test stand system 10 in both cases.
  • FIG. 6 shows a further embodiment which feeds the collected exhaust gas A via the collective exhaust gas section 30 to an external gas network 210 as a utilization device 200.
  • a purge or discharge functionality is also provided here via the discharge valve 36 in the collecting exhaust gas section 30, which makes it possible, in particular in a quantitative manner, to discharge part of the collected exhaust gas A from the collecting exhaust gas section 30.
  • test bench system 20 test bench

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Abstract

The invention relates to a test stand system (10) for testing at least one fuel cell, having at least two individual test stands (20) with at least one respective test stand feed section (22) for feeding feed gas (Z), having a fuel fluid, and at least one respective test stand exhaust gas section (24) for discharging exhaust gas (A), having a residual quantity of fuel fluid. The test stand system (10) additionally has an exhaust gas collecting section (30) fluidically connected to the test stand exhaust gas sections (24) in order to collect the exhaust gas (A), wherein the exhaust gas collecting section (30) has at least one usage interface (32) for fluidically connecting to a usage device (200) for using the residual quantity of fuel fluid contained in the exhaust gas (A).

Description

Prüfstandsystem zum Prüfen von zumindest einer Brennstoffzelle Test stand system for testing at least one fuel cell
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prüfstandsystem zum Prüfen von zumindest ei ner Brennstoffzelle sowie ein Verfahren für einen Betrieb eines solchen Prüfstand systems. The present invention relates to a test stand system for testing at least one fuel cell and a method for operating such a test stand system.
Es ist bekannt, dass bei der Fertigung von Brennstoffzellen diese am Ende der Ferti gung gegebenenfalls als aus mehreren Brennstoffzellen gebildeter Brennstoffzellen stapel geprüft werden sollen. Üblicherweise erfolgt dies auf einem Prüfstand, in wel chem der Brennstoffzellenstapel mit Brennstofffluid, zum Beispiel in Form von Was serstoff oder wasserstoffhaltigem Gas, geprüft wird. Diese Prüfung zielt zum Beispiel darauf ab, eine Konditionierung, ein Qualifizieren und/oder ein Spülen des Brenn stoffzellenstapels mit dem Brennstofffluid durchzuführen. It is known that in the production of fuel cells, these should be tested at the end of production, if necessary as a fuel cell stack made up of several fuel cells. This is usually done on a test stand in which the fuel cell stack is tested with fuel fluid, for example in the form of hydrogen or hydrogen-containing gas. This test is aimed, for example, at conditioning, qualifying and / or flushing the fuel cell stack with the fuel fluid.
Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass diese im Wesentlichen aus schließlich auf Einzelfertigung von Brennstoffzellenstapeln ausgelegt sind, also auf eine im Wesentlichen manuelle Fertigung des Brennstoffzellensystems beziehungs weise der darin anzuordnenden Brennstoffzellenstapel. Auch bei Testfeldern mit mehreren Prüfständen sind solche Brennstoffzellenstapel parallel angeordnet und werden entsprechend mit Brennstofffluid für den Testbetrieb versorgt. The disadvantage of the known solutions is that they are designed essentially exclusively for individual production of fuel cell stacks, that is to say for an essentially manual production of the fuel cell system or the fuel cell stacks to be arranged therein. Even in test fields with several test stands, such fuel cell stacks are arranged in parallel and are appropriately supplied with fuel fluid for the test operation.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösungen ist es, dass beim Prüfen auf den Prüf ständen Brennstofffluid verwendet wird, welches gemäß den Betriebsbedingungen des jeweiligen Brennstoffzellenstapels nur teilweise in der jeweiligen Brennstoffzelle chemisch umgesetzt wird. Das bedeutet, dass die Abgase aus jedem Prüfstand noch eine Restmenge an Brennstofffluid enthalten, welches mit den Abgasen über einen Kamin in die Umgebung abgeführt wird. Diese Abfuhr ist bei den bekannten Lösun gen auch durch die geringen Mengen der zu prüfenden Brennstoffzellenstapel unge fährlich. Jedoch geht auf diese Weise der Energiegehalt in der Restmenge des Brennstofffluides an die Umwelt verloren. Another disadvantage of the known solutions is that when testing on the test stands, fuel fluid is used which is only partially chemically converted in the respective fuel cell according to the operating conditions of the respective fuel cell stack. This means that the exhaust gases from each test stand still contain a residual amount of fuel fluid, which is discharged into the environment with the exhaust gases via a chimney. In the known solutions, this discharge is also dangerous due to the small quantities of the fuel cell stacks to be tested. However, in this way the energy content in the remaining amount of the fuel fluid is lost to the environment.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nach teile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise ein großflächiges Prüfen von zu mindest einer Brennstoffzelle und/oder Brennstoffzellensystemen und/oder Brenn stoffzellenstapeln zu ermöglichen. Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Prüfstandsystem mit den Merkma len des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Prüfstandsystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfin dungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann. It is the object of the present invention to at least partially remedy the disadvantages described above. In particular, it is the object of the present invention to enable a large-area testing of at least one fuel cell and / or fuel cell systems and / or fuel cell stacks in a cost-effective and simple manner. The above object is achieved by a test stand system with the Merkma len of claim 1 and a method with the features of claim 15. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the test stand system according to the invention naturally also apply in connection with the method according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to each other.
Erfindungsgemäß dient ein Prüfstandsystem zum Prüfen von zumindest einer Brenn stoffzelle, insbesondere auch von Brennstoffzellenstapeln. Dafür weist das Prüf standsystem wenigstens zwei einzelne Prüfstände auf. Jeder dieser Prüfstände ist mit zumindest einem Prüfstand-Zufuhrabschnitt für eine Zufuhr von Zufuhrgas aus gestattet, wobei dieses Zufuhrgas Brennstofffluid aufweist. Darüber hinaus weist je der Prüfstand jeweils zumindest einen Prüfstand-Abgasabschnitt für die Abfuhr von Abgas von diesem Prüfstand auf, wobei dieses Abgas je nach Betriebsweise des Brennstoffzellenstapels eine Restmenge an Brennstofffluid enthält. Das Prüfstand system ist weiter mit einem Sammel-Abgasabschnitt in fluidkommunizierender Ver bindung mit den Prüfstand-Abgasabschnitten ausgestattet für ein Sammeln der Ab gase. Dabei weist der Sammel-Abgasabschnitt zumindest eine Nutzungsschnittstelle auf für eine fluidkommunizierende Verbindung mit einer Nutzungsvorrichtung zur Nutzung der im Abgas enthaltenen Restmenge von Brennstofffluid. According to the invention, a test stand system is used to test at least one fuel cell, in particular also fuel cell stacks. For this purpose, the test stand system has at least two individual test stands. Each of these test stands is equipped with at least one test stand feed section for a feed of feed gas, this feed gas comprising fuel fluid. In addition, each test stand has at least one test stand exhaust gas section for the removal of exhaust gas from this test stand, this exhaust gas containing a residual amount of fuel fluid depending on the operating mode of the fuel cell stack. The test bench system is further equipped with a collecting exhaust gas section in fluid communication with the test bench exhaust gas sections for collecting the exhaust gases. In this case, the collecting exhaust gas section has at least one usage interface for a fluid-communicating connection with a usage device for using the residual amount of fuel fluid contained in the exhaust gas.
Ein Brennstoffzellenstapel umfasst üblicherweise 400 einzelne Brennstoffzellen. Die se Brennstoffzellen können je nach Bedürfnis des Herstellers vor Freigabe für den Zusammenbauprozess insbesondere einzeln geprüft werden. Allerdings kann auch ein Brennstoffzellenstapel geprüft werden, wofür das Prüfstandsystem dann zum Prüfen von Brennstoffzellenstapeln ausgebildet ist. Insbesondere sind durch das er findungsgemäße Prüfstandsystem einzelne Brennstoffzellen und/oder mehrere Brennstoffzellen und/oder Brennstoffzellenstapel prüfbar. A fuel cell stack typically includes 400 individual fuel cells. These fuel cells can, depending on the needs of the manufacturer, be tested individually, in particular, before being released for the assembly process. However, a fuel cell stack can also be tested, for which purpose the test stand system is then designed to test fuel cell stacks. In particular, individual fuel cells and / or several fuel cells and / or fuel cell stacks can be tested by the test stand system according to the invention.
Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Prüfstandsystem zum Prüfen eins Prüflings wie zumindest einer einzelnen Brennstoffzelle, zumindest eines Brennstoffzellensta pels oder eines Brennstoffzellensystems ausgebildet. Ein erfindungsgemäßes Prüfstandsystem basiert also auf der Notwendigkeit Brenn stoffzellen oder Brennstoffzellenstapel hinsichtlich ihrer Qualität zu prüfen. Auch können solche Prüfstände zur Konditionierung und/oder zum Spülen der Brennstoff zellen oder Brennstoffzellenstapel verwendet werden. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die einzelnen Prüfstände zum Prüfen von einzelnen Brennstoffzellen genauso verwendet werden können, wie zum Prüfen von ganzen Brennstoffzellensystemen und den darin angeordneten Brennstoffzellenstapeln und/oder Brennstoffzellen. Auch ist es möglich, dass mehrere Brennstoffzellenstapel in einem gemeinsamen Brenn stoffzellensystem auf einem solcher Prüfstände geprüft werden. In principle, the test stand system according to the invention is designed for testing a test item such as at least one individual fuel cell, at least one fuel cell stack or a fuel cell system. A test stand system according to the invention is therefore based on the need to test fuel cells or fuel cell stacks with regard to their quality. Such test stands can also be used for conditioning and / or rinsing the fuel cells or fuel cell stacks. It should be pointed out that the individual test stands can be used for testing individual fuel cells as well as for testing entire fuel cell systems and the fuel cell stacks and / or fuel cells arranged therein. It is also possible for several fuel cell stacks to be tested in a common fuel cell system on such a test stand.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Kerngedanken erfolgt nun ein Sammeln der Ab gase von den zumindest zwei einzelnen Prüfständen. Jeder der Prüfstände wird im Betrieb mit dem Brennstofffluid als Zufuhrgas Abgas an dem jeweiligen Brennstoff zellenstapel erzeugen und dem Prüfstand-Abgasabschnitt zuführen. Aus diesem Prüfstand-Abgasabschnitt wird das jeweilige Abgas nun an den Sammel- Abgasabschnitt übergeben, sodass in diesem vorzugsweise alle Abgase aller einzel nen Prüfstände gesammelt werden können. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen, bei welchen die Abgase aus den einzelnen Prüfständen an die Umgebung abgeführt wurden, ist jedoch in erfindungsgemäßer weise der Sammel-Abgasabschnitt nun mit einer Nutzungsschnittstelle ausgestattet. Diese Nutzungsschnittstelle erlaubt es, eine fluidkommunizierende Verbindung mit einer nachgelagerten Nutzungsvorrichtung herzustellen, um entgegen den bekannten Lösungen das Brennstofffluid, welches als Restmenge noch im gesammelten Abgas vorhanden ist, einerweiteren Nutzung zur Verfügung zu stellen. According to a core idea according to the invention, the gases from the at least two individual test stands are now collected. Each of the test stands will generate exhaust gas at the respective fuel cell stack with the fuel fluid as the feed gas and feed it to the test stand exhaust gas section. From this test stand exhaust gas section, the respective exhaust gas is now transferred to the collective exhaust gas section, so that preferably all exhaust gases from all individual test stands can be collected in this. In contrast to known solutions in which the exhaust gases were discharged from the individual test stands to the environment, the collective exhaust gas section is now equipped with a usage interface in the manner according to the invention. This usage interface makes it possible to establish a fluid-communicating connection with a downstream usage device in order, contrary to the known solutions, to make the fuel fluid, which is still present as a residual amount in the collected exhaust gas, available for further use.
Dabei ist darauf hinzuweisen, dass diese nachgelagerte Nutzungsvorrichtung nicht zwingend Bestandteil des erfindungsgemäßen Prüfstandsystems sein muss. Jedoch ist es möglich, dass bei dem Prüfstandsystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Nutzungsvorrichtung nachgelagert der Nutzungsschnittstelle und in fluidkommunizie render Verbindung mit dieser als Teil des Prüfstandsystems ausgebildet ist. Beispiele für solche Nutzungsvorrichtungen können in einfachster Weise der Anschluss an ein externes Gasnetzwerk sein, um die verbliebene Restmenge an Brennstofffluid einem solchen externen Gasnetz als Energieträger zur Verfügung zu stellen. Auch die di rekte Verwendung der Restmenge an Brennstofffluid, zum Beispiel durch einen ent sprechenden Nachbrenner für die Erzeugung von Wärme oder sogar eine separate Brennstoffzelle zur Nutzung dieser Restmenge für die Erzeugung von Elektrizität und/oder von Abwärme, sind hier denkbar. Selbstverständlich ist, wie das später noch erläutert wird, auch eine gemeinsame und damit zentralisierte Rezirkulation der gesammelten Abgase in die einzelnen Prüfstand-Zufuhrabschnitte möglich. It should be pointed out here that this downstream utilization device does not necessarily have to be part of the test stand system according to the invention. However, it is possible that in the test stand system according to the present invention the usage device is designed downstream of the usage interface and in fluid communication with it as part of the test stand system. Examples of such utilization devices can be, in the simplest possible manner, the connection to an external gas network in order to make the remaining amount of fuel fluid available to such an external gas network as an energy carrier. Also the direct use of the remaining amount of fuel fluid, for example by an appropriate afterburner for the generation of heat or even a separate fuel cell to use this remaining amount for the generation of electricity and / or from waste heat are conceivable here. Of course, as will be explained later, a common and thus centralized recirculation of the collected exhaust gases into the individual test stand feed sections is also possible.
Wie aus der voranstehenden Erläuterung ersichtlich wird, können nun in erfindungs gemäßer Weise zumindest die folgenden Vorteile erzielt werden. Darunter ist zum einen der Vorteil zu nennen, dass das Brennstofffluid nicht in die Umwelt gelangt. Bei einer großflächigen Herstellung, zum Beispiel einer Massenproduktion von einer Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln, würde die Menge an Brennstofffluid im Abgas möglicherweise eine Grenze übersteigen, welche nicht ohne weiteres in die Umwelt abgeleitet werden könnte. Ein erfindungsgemäßes Prüfstandsystem erlaubt es nun, das Prüfen der Brennstoffzellenstapel am Ende einer Produktionslinie auch für eine sehr große Anzahl von hergestelltem Brennstoffzellenstapel zu ermöglichen, da eine Abfuhr von Restmenge an Brennstofffluid an die Umgebung reduziert oder sogar vollständig vermieden werden kann. Eine separate Auftrennung oder Reinigung des Abgases ist hier vorteilhaft nicht notwendig, da eine Nutzung dieser Restmenge des Brennstofffluides erfolgt. Es kann allerdings auch zweckmäßig sein, das Abgas sepa rat aufzutrennen oder zu reinigen, abhängig davon wie Nutzungsvorrichtungen von einem Nutzer und/oder Betreiben definiert sind. As can be seen from the preceding explanation, at least the following advantages can now be achieved in accordance with the invention. One of these is the advantage that the fuel fluid does not get into the environment. In the case of large-scale production, for example mass production of a large number of fuel cell stacks, the amount of fuel fluid in the exhaust gas would possibly exceed a limit which could not be easily discharged into the environment. A test stand system according to the invention now makes it possible to test the fuel cell stacks at the end of a production line even for a very large number of fuel cell stacks produced, since a discharge of residual amount of fuel fluid to the environment can be reduced or even completely avoided. A separate separation or cleaning of the exhaust gas is advantageously not necessary here, since this residual amount of the fuel fluid is used. However, it can also be expedient to separate or clean the exhaust gas separately, depending on how utilization devices are defined by a user and / or operator.
Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Prüfstandsystems ist die Nutzung des Energiegehaltes der Restmenge des Brennstofffluides zu nennen. So ist beispielsweise bei der Rückführung der Restmenge des Brennstofffluides aus dem gesammelten Abgas in eine Brennstoffzelle oder in die Prüfstände selbst, der Energiegehalt wiederum in Elektrizität und/oder in Abwärme umsetzbar. Die Ge samteffizienz beim Betrieb des Prüfstandsystems beziehungsweise einer entspre chende Fertigungsanlage wird auf diese Weise deutlich verbessert. Another advantage of the inventive design of the test stand system is the use of the energy content of the remaining amount of the fuel fluid. For example, when the remaining amount of the fuel fluid is returned from the collected exhaust gas to a fuel cell or to the test stands themselves, the energy content can in turn be converted into electricity and / or waste heat. The overall efficiency when operating the test stand system or a corresponding production system is significantly improved in this way.
Es ist noch darauf hinzuweisen, dass ein erfindungsgemäßes Prüfstandsystem so wohl im Forschungsbereich als Prüffeld für eine Vielzahl von Brennstoffzellen als auch im Produktionseinsatz für die Qualifizierung am Ende einer Produktionslinie zum Einsatz kommen kann. It should also be pointed out that a test stand system according to the invention can be used both in the research area as a test field for a large number of fuel cells and in production for qualification at the end of a production line.
Weiter ist noch darauf hinzuweisen, dass die erfindungsgemäße Zufuhr von Zufuhr gas und Abfuhr von Abgas sich zumindest auf den Brennstoffpfad des jeweiligen Brennstoffzellenstapels bzw. der jeweiligen Brennstoffzelle bezieht. Beim Betrieb von Brennstoffzellenstapeln oder Brennstoffzellen müssen diese sowohl auf Anodenseite, als auch auf Kathodenseite mit entsprechenden Gasen versorgt werden, um die chemische Umsetzung an den Membranen der Brennstoffzellen zu ermöglichen. Das erfindungsgemäße Prüfstandsystem ist mit dem Prüfstand-Zufuhrabschnitt, dem Prüfstand-Abgasabschnitt und dem Sammel-Abgasabschnitt dabei insbesondere spezifisch für den Strömungspfad der Brennstoffzellenstapel ausgelegt, in welchem das Brennstofffluid, zum Beispiel der Wasserstoff, gefördert wird. Bei üblichen Brennstoffzellenstapeln oder Brennstoffzellen handelt es sich hierbei um den Ano denabschnitt und damit um den Anodenpfad. Sofern im Kathodenabschnitt, also im entgegengesetzten Abschnitt des Brennstoffzellenstapels, ebenfalls Abgase erzeugt werden, deren Inhalte Restmengen von nutzbaren Fluiden beinhalten, kann selbst verständlich der Gedanke eines erfindungsgemäßen Prüfstandsystems auch auf die weiteren Strömungspfade der Prüfstande und der darin angeordneten Brennstoffzel lenstapel angewendet werden. It should also be pointed out that the supply of supply gas and removal of exhaust gas according to the invention relates at least to the fuel path of the respective fuel cell stack or the respective fuel cell. When operating fuel cell stacks or fuel cells, these must be on the anode side, and on the cathode side are supplied with appropriate gases in order to enable the chemical conversion on the membranes of the fuel cells. The test stand system according to the invention is specifically designed with the test stand supply section, the test stand exhaust gas section and the collective exhaust gas section for the flow path of the fuel cell stack in which the fuel fluid, for example the hydrogen, is conveyed. In conventional fuel cell stacks or fuel cells, this is the anode section and thus the anode path. If exhaust gases are also generated in the cathode section, i.e. in the opposite section of the fuel cell stack, the contents of which contain residual amounts of usable fluids, the idea of a test bench system according to the invention can of course also be applied to the further flow paths of the test benches and the fuel cell stacks arranged therein.
Es ist von Vorteil, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfstandsystem der Sam mel-Abgasabschnitt eine Fördervorrichtung zum aktiven Fördern der gesammelten Abgase der zumindest einen Nutzungsschnittstelle aufweist. Eine solche Fördervor richtung kann zum Beispiel eine Pumpvorrichtung oder eine Verdichtervorrichtung sein. Sie erlaubt es, aktiv, insbesondere in kontrollierter, zum Beispiel gesteuerter oder geregelter, Weise eine Förderung der gesammelten Abgase zu gewährleisten. Damit wird es möglich, zum einen einen Saugbetrieb aus den einzelnen Prüfstand- Abgasabschnitten zur Verfügung zu stellen und zum anderen, alternativ oder zusätz lich, einen Pumpbetrieb, also ein aktives Zuführen der gesammelten Abgase, zur Nutzungsschnittstelle und der daran angeordneten Nutzungsvorrichtung auszubilden. Insbesondere handelt es sich hier um eine sogenannte Rezirkulationsfördervorrich- tung, welche es erlaubt, wie später noch näher erläutert, aktiv das gesammelte Ab gas unter Förderdruck den Prüfstand-Zufuhrabschnitten rezirkulierend zuzuführen.It is advantageous if, in a test stand system according to the invention, the collecting exhaust gas section has a delivery device for actively delivering the collected exhaust gases of the at least one use interface. Such a conveyor device can be, for example, a pumping device or a compressor device. It allows the collected exhaust gases to be promoted actively, in particular in a controlled, for example controlled or regulated manner. This makes it possible, on the one hand, to provide suction operation from the individual test bench exhaust gas sections and, on the other hand, alternatively or additionally, to implement pumping operation, i.e. active supply of the collected exhaust gases, to the user interface and the usage device arranged on it. In particular, what is involved here is a so-called recirculation conveying device, which, as will be explained in more detail later, allows the collected exhaust gas to be actively recirculated to the test stand feed sections under conveying pressure.
Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüf standsystem an die zumindest eine Nutzungsschnittstelle eine Nutzungsvorrichtung fluidkommunizierend angeschlossen ist, insbesondere eine der folgenden: Further advantages can be achieved if, in a test stand system according to the invention, a utilization device is connected in a fluid-communicating manner to the at least one utilization interface, in particular one of the following:
Externes Gasnetz, External gas network,
Zentrales Nutzungs-Brennstoffzellensystem, Central usage fuel cell system,
Zentrale Nachbrennervorrichtung, Zentrale Rezirkulationsschnittstelle. Central afterburner device, Central recirculation interface.
Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Lis te. Selbstverständlich ist es, wie bereits erläutert worden ist, bei einem Prüfstandsys tem möglich, dass die Nutzungsvorrichtung außerhalb des Prüfstandsystems ausge bildet ist. Bei diesem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Nutzungsvorrichtung jedoch Teil oder zumindest teilweise ein Teil des Prüfstandssystems. Beim An schluss an ein externes Gasnetz ist dabei diese Nutzungsvorrichtung zum Beispiel der Netzwerkanschluss an dieses externe Gasnetz, welcher es nun erlaubt die Restmenge an Brennstofffluid aufzunehmen und der weiteren Nutzung in diesem ex ternen Gasnetz zuzuführen. Unter einem zentralen Nutzungs-Brennstoffzellensystem ist ein Brennstoffzellensystem zu verstehen, welches unabhängig von den einzelnen Prüfständen die Restmenge an Brennstofffluid in elektrische Energie und Abwärme umsetzt. Die auf diese Weise erzeugte elektrische Energie sowie auch die erzeugte Abwärme können dem Betrieb des Prüfstandsystems zugeführt werden. So kann beispielsweise die elektrische Energie aus dem Nutzungs-Brennstoffzellensystem dem Betrieb des gesamten Prüfstandsystems zugeführt werden, sodass die Effizienz im Betrieb des Prüfstandssystems gesteigert werden kann. Die erzeugte Abwärme aus einem zentralen Nutzungs-Brennstoffzellensystem kann zum Beispiel einer Heiz funktionalität eines Gebäudes, in welchem das Prüfstandsystem angeordnet ist, zu geführt werden. Jedoch ist es auch möglich, die Abwärme aus einem Nutzungs- Brennstoffzellensystem zum Temperieren der Brennstoffzellenstapel auf den einzel nen Prüfständen zur Verfügung zu stellen. In ähnlicherWeise kann auch eine zentra le Nachbrennervorrichtung ohne die Erzeugung von elektrischer Energie auf die Er zeugung von Abwärme ausgerichtet sein, welche in gleicher Weise der Räumlichkeit des Prüfstandsystems und/oder der Temperierung der Prüfstände zugeführt werden kann. Unter einer zentralen Rezirkulationsschnittstelle ist zu verstehen, dass die Restmenge an Brennstofffluid im Abgas als Rezirkulationsgas zumindest teilweise in die Prüfstand-Zufuhrabschnitte zurückgeführt und damit rezirkuliert wird. Eine solche Rezirkulation ist als globale oder systemweite Rezirkulation und damit als zentrale Rezirkulation ausgelegt und unterscheidet sich somit insbesondere von lokaler Re zirkulation am jeweiligen Prüfstand selbst oder in einer anderen, gezielten Anwen dung einer Brennstoffzelle wie beispielsweise in einem Brennstoffzellenfahrzeug.The list above is not an exhaustive list. As has already been explained, it is of course possible in the case of a test stand system for the utilization device to be formed outside of the test stand system. In this present exemplary embodiment, however, the utilization device is part or at least partially part of the test stand system. When connected to an external gas network, this utilization device is, for example, the network connection to this external gas network, which now allows the remaining amount of fuel fluid to be taken up and used for further use in this external gas network. A central utility fuel cell system is to be understood as a fuel cell system which, independently of the individual test stands, converts the remaining amount of fuel fluid into electrical energy and waste heat. The electrical energy generated in this way as well as the waste heat generated can be fed to the operation of the test bench system. For example, the electrical energy from the usage fuel cell system can be fed to the operation of the entire test bench system, so that the efficiency in the operation of the test bench system can be increased. The waste heat generated from a central utilization fuel cell system can, for example, be fed to a heating function of a building in which the test stand system is arranged. However, it is also possible to make the waste heat from a fuel cell system available for temperature control of the fuel cell stacks on the individual test stands. In a similar way, a central afterburner device without the generation of electrical energy can also be designed to generate waste heat, which can be supplied in the same way to the premises of the test bench system and / or the temperature control of the test benches. A central recirculation interface is to be understood as meaning that the remaining amount of fuel fluid in the exhaust gas is at least partially returned as recirculation gas to the test stand supply sections and is thus recirculated. Such a recirculation is designed as a global or system-wide recirculation and thus as a central recirculation and thus differs in particular from local recirculation on the respective test bench itself or in another, targeted application of a fuel cell such as in a fuel cell vehicle.
Dies erlaubt es, eine Rezirkulationsfunktionalität für das gesamte Prüfstandsystem zur Verfügung zu stellen, ohne eine erhöhte Komplexität an den einzelnen Prüfstän den vorsehen zu müssen. Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfstandsystem ein Sammel-Zufuhrabschnitt in fluidkommunizierender Verbindung mit den Prüfstand- Zufuhrabschnitten vorgesehen ist für eine zentrale Zufuhr des Zufuhrgases. Insbe sondere ist ein solcher Sammel-Zufuhrabschnitt mit der bereits erläuterten Rezirkula- tionsschnittstelle gekoppelt. Der Sammel-Zufuhrabschnitt kann das Brennstofffluid beziehungsweise das Zufuhrgas, welches das Brennstofffluid enthält, von einer ent sprechenden Zufuhrgasquelle und/oder einer Brennstofffluidquelle erhalten. Dabei kann es sich um einen entsprechenden externen Zufuhrgasanschluss oder um einen Gastank handeln, in welchem das Zufuhrgas und/oder das Brennstofffluid gespei chert sind. Die Komplexität des gesamten Prüfstandsystems wird durch das Vorse hen eines gemeinsamen Sammel-Zufuhrabschnitts weiter reduziert. This makes it possible to provide a recirculation functionality for the entire test stand system without having to provide for increased complexity on the individual test stands. It is also advantageous if, in a test stand system according to the invention, a collective supply section is provided in fluid-communicating connection with the test stand supply sections for a central supply of the supply gas. In particular, such a collecting feed section is coupled to the recirculation interface already explained. The collecting feed section can receive the fuel fluid or the feed gas which contains the fuel fluid from a corresponding feed gas source and / or a fuel fluid source. This can be a corresponding external supply gas connection or a gas tank in which the supply gas and / or the fuel fluid are stored. The complexity of the entire test stand system is further reduced by the provision of a common collecting feed section.
Vorteile bringt es darüber hinaus mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüf standsystem der Sammel-Zufuhrabschnitt einen Vorratsbehälter für eine Bevorratung von Zufuhrgas aufweist. Ein solcher Vorratsbehälter kann zum Beispiel ein Gastank sein, welcher das Zufuhrgas oder das Brennstofffluid als Teil des Zufuhrgases ent hält. Alternativ dazu ist ein Anschluss an eine externe Gasleitung, welche das Zu fuhrgas und/oder das Brennstofffluid von extern dem Prüfstandsystem zuführt. It also has advantages if, in a test stand system according to the invention, the collecting feed section has a storage container for storing feed gas. Such a storage container can be, for example, a gas tank which contains the feed gas or the fuel fluid as part of the feed gas. As an alternative to this, there is a connection to an external gas line, which supplies the supply gas and / or the fuel fluid from the outside to the test stand system.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfstandsystem die zentrale Rezirkulationsschnittstelle fluidkommunizierend mit dem Sammel- Zufuhrabschnitt ausgebildet ist. Mit anderen Worten erlaubt dies die bereits erläuterte systemweite Rezirkulation von gesammelten Abgasen und führt auf diese Weise das gesammelte Abgas und damit insbesondere die Restmenge an Brennstofffluid dem Sammel-Zufuhrabschnitt und über diesen den einzelnen Prüfstand-Zufuhrabschnitten zu. Auch ist es auf diese Weise möglich über eine einzige Rezirkulationsschnittstelle alle oder im Wesentlichen alle Prüfstände mit dieser Rezirkulationsfunktionalität aus zustatten. Dabei kann die Rezirkulationsschnittstelle direkt in den Sammel- Zufuhrabschnitt oder auch in einen Vorratsbehälter, wie in einem voranstehenden Absatz erläutert worden ist, geführt sein. Damit würde der Vorratsbehälter einen zu sätzlichen Puffer bilden, welcher zur Zwischenspeicherung des gesammelten und rezirkulierten Abgases dient. Selbstverständlich ist grundsätzlich auch eine Konzent rationskontrolle und damit eine quantitative Überwachung der Restemenge an Brennstofffluid im Sammel-Abgasabschnitt, in der Nutzungsschnittstelle und/oder in der Rezirkulationsschnittstelle denkbar. Weiter ist je nach Bedarf zusätzlich oder al ternativ eine Konditionierung und/oder Reinigung des Brennstofffluids denkbar. Weitere Vorteile sind erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfstandsys tem die wenigstens zwei Prüfstände identisch oder im Wesentlichen identisch aus gebildet sind. Dies erlaubt es, in modularer Weise einen Prüfstand im Wesentlichen beliebig groß zu gestalten. Auch kann durch die identische oder im Wesentlichen identische Ausgestaltung der einzelnen Prüfstände eine deutlich einfachere und ska lierbare Kontrolle aller Prüfstände erfolgen. Nicht zuletzt wird es auf diese Weise möglich, Ergebnisse, welche auf dem jeweiligen Prüfstand bei der Prüfung des Brennstoffzellenstapels erhalten werden, vergleichbar mit anderen Ergebnissen von anderen Prüfständen des gleichen Prüfstandsystems zu halten. Insbesondere sind alle Prüfstände eines erfindungsgemäßen Prüfstandssystems identisch oder im We sentlichen identisch ausgebildet. It is also advantageous if, in a test stand system according to the invention, the central recirculation interface is designed to be in fluid communication with the collecting supply section. In other words, this allows the already explained system-wide recirculation of collected exhaust gases and in this way feeds the collected exhaust gas and thus in particular the remaining amount of fuel fluid to the collection feed section and via this to the individual test stand feed sections. It is also possible in this way to equip all or essentially all of the test stands with this recirculation functionality via a single recirculation interface. The recirculation interface can be routed directly into the collecting feed section or also into a storage container, as has been explained in a preceding paragraph. Thus, the reservoir would form an additional buffer, which is used to temporarily store the collected and recirculated exhaust gas. Of course, a concentration control and thus a quantitative monitoring of the residual amount of fuel fluid in the collecting exhaust gas section, in the usage interface and / or in the recirculation interface is basically also conceivable. Furthermore, as required, conditioning and / or cleaning of the fuel fluid is additionally or alternatively conceivable. Further advantages can be achieved if, in a test stand system according to the invention, the at least two test stands are designed to be identical or essentially identical. This allows a test stand to be designed essentially as large as desired in a modular manner. The identical or essentially identical design of the individual test benches also enables a significantly simpler and scalable control of all test benches to take place. Last but not least, this makes it possible to keep results obtained on the respective test bench when testing the fuel cell stack comparable with other results from other test benches of the same test bench system. In particular, all test stands of a test stand system according to the invention are identical or essentially identical.
Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfstandsys tem die wenigstens zwei Prüfstände frei von Rezirkulationsabschnitten für eine Re- zirkulation von Abgas am jeweiligen Prüfstand ausgebildet sind. Das bedeutet, dass keine Rezirkulationsfunktionalität lokal am jeweiligen Prüfstand vorgesehen ist. Viel mehr ist eine solche Rezirkulation, sofern gewünscht, ausschließlich als zentrale Re- zirkulation mit der bereits erläuterten zentralen Rezirkulationsschnittstelle zur Verfü gung gestellt. Damit wird die Komplexität der einzelnen Prüfstände sowohl in der Produktion als auch in der Nutzung deutlich reduziert. It is also advantageous if, in a test stand system according to the invention, the at least two test stands are designed to be free of recirculation sections for recirculation of exhaust gas at the respective test stand. This means that no recirculation functionality is provided locally on the respective test bench. Much more, such a recirculation is, if desired, made available exclusively as a central recirculation with the central recirculation interface already explained. This significantly reduces the complexity of the individual test stands, both in production and in use.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfstandsystem der Sammel-Abgasabschnitt separat von der zumindest einen Nutzungsschnittstelle ein Ablassventil aufweist für einen zentralen Ablass von nicht der Nutzungsschnitt stelle zugeführtem Abgas. Ein solches Ablassventil kann auch als zentrales Purge- Ventil bezeichnet werden. Das Ablassventil ist dabei bevorzugt stromaufwärts der Nutzungsschnittstelle angeordnet und erlaubt es in qualitativer und/oder in quantitati ver Weise nicht benötigtes Abgas separat von der Nutzungsschnittstelle abzuführen. Beispielsweise kann dieses Abführen des nicht genutzten oder nicht zu nutzenden Abgases an die Umgebung erfolgen. It is also advantageous if, in a test stand system according to the invention, the collecting exhaust gas section has a drain valve separate from the at least one use interface for a central drainage of exhaust gas that is not fed to the use interface. Such a drain valve can also be referred to as a central purge valve. The drain valve is preferably arranged upstream of the user interface and allows exhaust gas that is not required to be discharged separately from the user interface in a qualitative and / or quantitative manner. For example, the exhaust gas that is not used or cannot be used can be discharged to the environment.
Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfstand system der Sammel-Abgasabschnitt einen Wasserabscheider aufweist für ein Ab scheiden von Wasser aus dem gesammelten Abgas. Ein solcher Wasserabscheider kann auch als zentraler Wasserabscheider vorgesehen werden, welcher es erlaubt, die einzelnen Prüfstände frei von lokalen Wasserabscheidern zur Verfügung zu stel- len. Auch hier ist es möglich, die Komplexität des Prüfstandsystems weiter zu redu zieren. Das über den Wasserabscheider abgeschiedene Wasser kann dabei ge sammelt und ebenfalls einer zentralen Nutzung zugeführt werden. It can also be advantageous if, in a test stand system according to the invention, the collecting exhaust gas section has a water separator for separating water from the collected exhaust gas. Such a water separator can also be provided as a central water separator, which allows the individual test stands to be made available free of local water separators. len. Here, too, it is possible to further reduce the complexity of the test bench system. The water separated by the water separator can be collected and also fed to a central point.
Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfstand system die Nutzungsschnittstelle eine Schaltvorrichtung aufweist zum Schalten zwi schen wenigstens zwei Nutzungsvorrichtungen. Insbesondere handelt es sich um zwei unterschiedliche Nutzungsvorrichtungen, zwischen welchen geschaltet werden kann. Diese Schaltvorrichtung kann zum Beispiel qualitativ ausgebildet sein, um voll ständig auf die eine oder die andere Nutzungsvorrichtung umzuschalten. Jedoch sind grundsätzlich auch quantitative Schaltvorrichtungen denkbar, um ein quantitatives Aufteilen von unterschiedlichen Teilrestmengen an Brennstofffluid im gesammelten Abgas auf die unterschiedlichen Nutzungsvorrichtungen zu erlauben. It can also be advantageous if, in a test stand system according to the invention, the usage interface has a switching device for switching between at least two usage devices. In particular, there are two different usage devices between which it is possible to switch. This switching device can, for example, be designed qualitatively in order to switch over completely to one or the other utilization device. However, in principle, quantitative switching devices are also conceivable in order to allow a quantitative distribution of different partial residual amounts of fuel fluid in the collected exhaust gas to the different utilization devices.
Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüf standsystem die zumindest zwei Prüfstände für wenigstens einen der folgenden Ein satzzwecke ausgebildet sind: It can bring further advantages if, in a test stand system according to the invention, the at least two test stands are designed for at least one of the following purposes:
Entwicklungsprüfstand, Development test bench,
Qualifizierungsprüfstand, Qualification test bench,
Konditionierungsprüfstand, Conditioning test bench,
Spülprüfstand. Flush test bench.
Bei der voranstehenden Liste handelt es sich um eine nicht abschließende Aufzäh lung. Selbstverständlich können auch einzelne Funktionen in einem Prüfstand kom biniert werden. Vorzugsweise handelt es sich hier um ein Prüffeld in der Entwicklung und/oder um eine sogenannte End-of-Line Qualitätsprüfung bei der Herstellung von Brennstoffzellenstapeln. The list above is not an exhaustive list. Of course, individual functions can also be combined in a test bench. This is preferably a test field in development and / or a so-called end-of-line quality test in the production of fuel cell stacks.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfstandsys tem die zumindest zwei Prüfstände in den Prüfstand-Zufuhrabschnitten und/oder in den Prüfstand-Abgasabschnitten Kontrollventile aufweisen für eine Kontrolle des Drucks in den Prüfstand-Zufuhrabschnitten und/oder den Prüfstand- Abgasabschnitten. Diese Kontrollventile können auch als Drosselventile oder Druck ventile bezeichnet werden, welche es erlauben den Druck, insbesondere innerhalb des Prüfstands und dort innerhalb des zu prüfenden Brennstoffzellenstapels, einzu stellen. Bevorzugt kann durch die Kontrolle der Druckdifferenz über den Brennstoff zellenstapel auch der Massenstrom und/oder der Volumenstrom in einfacher und kostengünstiger Weise für jeden Prüfstand kontrolliert werden. In addition, it is advantageous if, in a test bench system according to the invention, the at least two test benches in the test bench feed sections and / or in the test bench exhaust gas sections have control valves for checking the pressure in the test bench feed sections and / or the test bench exhaust gas sections. These control valves can also be referred to as throttle valves or pressure valves, which allow the pressure, in particular within of the test bench and there within the fuel cell stack to be tested. By controlling the pressure difference across the fuel cell stack, the mass flow and / or the volume flow can preferably also be controlled in a simple and inexpensive manner for each test stand.
Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüf standsystem der Sammel-Abgasabschnitt einen zentralen Wartungszugang aufweist für einen zentralen Zugang zum Sammel-Abgasabschnitt für Wartungsarbeiten und/oder Reparaturarbeiten. Dies ist insbesondere dadurch gewährleistet, dass der Sammel-Abgasabschnitt zumindest teilweise gut zugängliche Abschnitte aufweist, welche den Wartungszugang zum Beispiel durch eine zentrale Klappe oder durch die außen liegende Anordnung des Sammel-Abgasabschnitts am Prüfstandsystem zur Verfügung stellen. Insbesondere bezieht sich dieser zentrale Wartungszugang auf einen Zugang zu funktionalen Bestandteilen des Sammel-Abgasabschnitts, wie zum Beispiel der beschriebenen Fördervorrichtung oder der Nutzungsschnittstelle. It can bring further advantages if, in a test stand system according to the invention, the collecting exhaust gas section has a central maintenance access for a central access to the collecting exhaust gas section for maintenance work and / or repair work. This is ensured in particular by the fact that the collective exhaust gas section has at least partially easily accessible sections which provide maintenance access, for example, through a central flap or through the external arrangement of the collective exhaust gas section on the test stand system. In particular, this central maintenance access relates to access to functional components of the collecting exhaust gas section, such as, for example, the conveying device described or the user interface.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für einen Betrieb eines erfindungsgemäßen Prüfstandsystems, aufweisend die folgenden Schritte: The present invention also relates to a method for operating a test stand system according to the invention, comprising the following steps:
Sammeln der Abgase von zumindest zwei Prüfständen in dem Sammel-Collecting the exhaust gases from at least two test stands in the collection
Abgasabschnitt, Exhaust section,
Zuführen der gesammelten Abgase zu wenigstens einer Nutzungsvor richtung über die zumindest eine Nutzungsschnittstelle. Feeding the collected exhaust gases to at least one utilization device via the at least one utilization interface.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren bringt damit die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich und mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Prüfstandsystem erläutert worden sind. Selbstverständlich ist hier auch, sofern eine beschriebene Schaltvor richtung vorgesehen ist, ein Umschalten zwischen unterschiedlichen Nutzungsvor richtungen möglich. Auch ist es denkbar, dass mit Hilfe einer Sensorvorrichtung die Konzentration an Brennstofffluid in den einzelnen Prüfstand-Abgasabschnitten und/oder im Sammel-Abgasabschnitt ermittelt wird. Mit dieser Information kann ins besondere eine Schaltvorrichtung oder aber die Betriebsweise der Nutzungsschnitt stelle angepasst werden. A method according to the invention thus has the same advantages as have been explained in detail with reference to a test stand system according to the invention. Of course, if a described Schaltvor direction is provided, switching between different usage devices is also possible here. It is also conceivable that the concentration of fuel fluid in the individual test stand exhaust gas sections and / or in the collective exhaust gas section is determined with the aid of a sensor device. With this information, in particular a switching device or the mode of operation of the usage interface can be adapted.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Aus führungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schema tisch: Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The in the claims and features mentioned in the description are essential to the invention individually or in any combination. It show schematic table:
Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandsys tems, Fig. 1 shows an embodiment of the test stand system according to the invention,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prüf standsystems, 2 shows a further embodiment of a test stand system according to the invention,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prüf standsystems, 3 shows a further embodiment of a test stand system according to the invention,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prüf standsystems, 4 shows a further embodiment of a test stand system according to the invention,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prüf standsystems, 5 shows a further embodiment of a test stand system according to the invention,
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prüf standsystems. 6 shows a further embodiment of a test stand system according to the invention.
In Figur 1 ist eine schematisch besonders einfache Alternative eines Prüfstandsys tems 10 dargestellt. Im Rahmen eines Beispiels sind hier zwei Prüfstände 20 in iden tischer Ausgestaltung dargestellt. Beide Prüfstände 20 sind mit einem Prüfstand- Zufuhrabschnitt 22 für die Zufuhr von Zufuhrgas Z ausgestaltet. Ebenfalls weisen beide Prüfstände 20 ein darauf angeordnetes Brennstoffzellensystem 100 und/oder einen Brennstoffzellenstapel 110 und/oder zumindest eine einzelne Brennstoffzelle auf, welcher Abgas A im Betrieb erzeugt. Das Abgas A wird von jedem Prüfstand 20 über Prüfstand-Abgasabschnitte 24 abgeführt und über eine fluidkommunizierende Verbindung in dem Sammel-Abgasabschnitt 30 gesammelt. Dieses gesammelte Ab gas A enthält eine Restmenge an Brennstofffluid, welches nicht in den einzelnen Prüfständen 20 durch die dort angeordneten Brennstoffzellenstapel 110 umgesetzt worden ist. Das gesammelte Abgas A und damit auch die Restmenge an Brenn stofffluid wird der Nutzungsschnittstelle 32 zugeführt, über welche eine Nutzung der Restmenge an Brennstofffluid in einer externen Nutzungsvorrichtung 200 möglich wird. Es ist noch darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich eine deutlich größere Anzahl als die dargestellten zwei Prüfstände 20 vorgesehen sein können und insbe- sondere vorgesehen sind. Die Funktionalität des Sammel-Abgasabschnitts 30 ist da bei unabhängig von der tatsächlichen Anzahl der einzelnen Prüfstände 20. In Figure 1, a schematically particularly simple alternative of a test stand system 10 is shown. As part of an example, two test stands 20 are shown here in an identical configuration. Both test stands 20 are designed with a test stand supply section 22 for the supply of supply gas Z. Both test stands 20 likewise have a fuel cell system 100 arranged thereon and / or a fuel cell stack 110 and / or at least one individual fuel cell, which exhaust gas A generates during operation. The exhaust gas A is discharged from each test bench 20 via test bench exhaust gas sections 24 and is collected in the collecting exhaust gas section 30 via a fluid-communicating connection. This collected exhaust gas A contains a residual amount of fuel fluid which has not been converted in the individual test stands 20 by the fuel cell stacks 110 arranged there. The collected exhaust gas A and thus also the remaining amount of fuel fluid is fed to the usage interface 32, via which the remaining amount of fuel fluid can be used in an external usage device 200. It should also be pointed out that, of course, a significantly larger number than the two test stands 20 shown can be provided and in particular special are provided. The functionality of the collective exhaust gas section 30 is independent of the actual number of individual test stands 20.
Die Figur 2 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform der Figur 1. Insbesondere ist hier ein gemeinsamer Sammel-Zufuhrabschnitt 40 vorgesehen, welcher zum Bei spiel von einem später noch erläuterten Vorratsbehälter 42 oder von einem externen Gasanschluss das gewünschte Zufuhrgas Z erhält und auf die einzelnen Prüfstände 20 beziehungsweise die Prüfstand-Zufuhrabschnitte 22 aufteilt. Auch ist in der Figur 2 zu erkennen, dass eine aktive Fördervorrichtung 34 in Form einer Abgaspumpe vorgesehen ist, welche das gesammelte Abgas A fördert und insbesondere auch aus den einzelnen Prüfständen 20 saugen kann. Auch ist der Figur 2, wie auch der Figur 1 , über den dargestellten Pfeil ein zentraler Wartungszugang 39 zu erkennen, wel cher es erlaubt, insbesondere zu beweglichen Bauteilen für Wartungsarbeiten und/oder Reparaturarbeiten, einen Zugang zu ermöglichen. FIG. 2 shows a further development of the embodiment of FIG. 1. In particular, a common collecting feed section 40 is provided here, which receives the desired feed gas Z from a storage container 42, which will be explained later, or from an external gas connection and is sent to the individual test stands 20 or the test stand supply sections 22 divides. It can also be seen in FIG. 2 that an active delivery device 34 is provided in the form of an exhaust gas pump, which delivers the collected exhaust gas A and, in particular, can also suck it out of the individual test stands 20. Also in FIG. 2, as in FIG. 1, a central maintenance access 39 can be seen via the arrow shown, which allows access in particular to movable components for maintenance work and / or repair work.
Die Figur 3 ist eine Weiterbildung der Ausführungsform der Figuren 1 und 2. Hier ist als externe Nutzungsvorrichtung 200 eine zentrale Rezirkulationsschnittstelle 240 vorgesehen, welche es erlaubt, das Abgas A aus dem Sammel-Abgasabschnitt 30 einer zentralen Rezirkulation in den Sammel-Zufuhrabschnitt 40 zuzuführen. Damit kann die Restmenge an Brennstofffluid nun in einer rezirkulierten Funktionalität den einzelnen Prüfständen für einen erneuten Durchlauf zur Verfügung gestellt werden, sodass die enthaltende Restmenge an Brennstofffluid in diesem erneuten Durchlauf eingesetzt wird. Bei der Ausführungsform der Figur 3 ist darüber hinaus jeder der einzelnen Prüfstände 20 noch mit Kontrollventilen 26 ausgestattet, welche stromauf wärts und stromabwärts des jeweiligen Brennstoffzellenstapels 110 angeordnet sind. Darüber lässt sich die Drucksituation im Prüfstand-Zufuhrabschnitt 22 und im Prüf- stand-Abgasabschnitt 24 einstellen, sodass insbesondere der Druckverlust über dem Prüfstand 20 kontrollierbar wird. FIG. 3 is a further development of the embodiment of FIGS. 1 and 2. Here, a central recirculation interface 240 is provided as external utilization device 200, which allows the exhaust gas A from the collective exhaust gas section 30 to be fed to a central recirculation into the collective feed section 40. In this way, the remaining amount of fuel fluid can now be made available to the individual test stands for a new run in a recirculated functionality, so that the remaining amount of fuel fluid contained is used in this new run. In the embodiment of FIG. 3, each of the individual test stands 20 is also equipped with control valves 26, which are arranged upstream and downstream of the respective fuel cell stack 110. In addition, the pressure situation in the test stand supply section 22 and in the test stand exhaust gas section 24 can be adjusted, so that in particular the pressure loss across the test stand 20 can be controlled.
Die Ausführungsform der Figur 4 zeigt eine weitere Alternative, insbesondere zur Ausführungsform der Figur 3. Hier wird die Rezirkulationsfunktionalität in indirekter Weise zur Verfügung gestellt, nämlich in einen Vorratsbehälter 42. Dieser Vorratsbe hälter 42 bevorratet Zufuhrgas Z und kann durch diese zentrale Rezirkulations schnittstelle 240 nun zusätzlich als Pufferspeicher für das rezirkulierte Abgas A aus dem Sammel-Abgasabschnitt 30 zur Verfügung stehen. Auch ist in der Figur 4 am rechten unteren Ende des Sammel-Abgasabschnitts 30 ein zentraler Wasserab- scheider 38 zu erkennen, welches es ermöglicht, für das gesammelte Abgas und damit unabhängig von den einzelnen Prüfständen 20 Wasser aus diesem Abgas ab zuscheiden und vorzugsweise abzuführen. The embodiment of Figure 4 shows a further alternative, in particular to the embodiment of Figure 3. Here the recirculation functionality is made available in an indirect way, namely in a storage container 42. This storage container 42 stores supply gas Z and can now through this central recirculation interface 240 are also available as a buffer store for the recirculated exhaust gas A from the collective exhaust gas section 30. A central water drain is also shown in FIG. 4 at the lower right end of the collecting exhaust gas section 30 To recognize separator 38, which makes it possible to separate water from this exhaust gas and preferably to dissipate it for the collected exhaust gas and thus independently of the individual test stands 20.
In der Figur 5 ist eine Variante des Prüfstandsystems 10 dargestellt, welche zwei un terschiedliche Nutzungsvorrichtungen 200 aufweist. Neben der Nutzung in der Rezir- kulation über die zentrale Rezirkulationsschnittstelle 240 ist hier ein zentrales Nut zungs-Brennstoffzellensystem 220 und/oder eine zentrale Nachbrennervorrichtung 230 vorgesehen. Über die Schaltvorrichtung 33 als Bestandteil der Nutzungsschnitt stelle 32 kann hier insbesondere ein quantitatives Aufteilen auf die unterschiedlichen Nutzungsvorrichtungen 200 erfolgen. Das zentrale Nutzungs-Brennstoffzellensystem 220 dient dabei der Erzeugung von Elektrizität und Abwärme, während eine zentrale Nachbrennervorrichtung 230 im Wesentlichen ausschließlich auf die Erzeugung von Abwärme ausgelegt ist. Die Abwärme kann in beiden Fällen den einzelnen Prüfstän den 20 beziehungsweise dem gesamten Betrieb des Prüfstandsystems 10 zugeführt werden. A variant of the test stand system 10 is shown in FIG. 5, which has two different utilization devices 200. In addition to being used in recirculation via the central recirculation interface 240, a central usage fuel cell system 220 and / or a central afterburner device 230 is provided here. Using the switching device 33 as a component of the usage interface 32, a quantitative distribution between the different usage devices 200 can take place here in particular. The central utility fuel cell system 220 is used to generate electricity and waste heat, while a central afterburner device 230 is designed essentially exclusively to generate waste heat. The waste heat can be fed to the individual test stands 20 or the entire operation of the test stand system 10 in both cases.
Die Figur 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung, welche das gesammelte Abgas A über den Sammel-Abgasabschnitt 30 einem externen Gasnetz 210 als Nutzungsvorrich tung 200 zuführt. H ier ist zusätzlich noch eine Purge- beziehungsweise Ablassfunkti onalität über das Ablassventil 36 im Sammel-Abgasabschnitt 30 vorgesehen, welche es erlaubt, insbesondere in quantitativer Weise kontrolliert, einen Teil des gesammel ten Abgases A aus dem Sammel-Abgasabschnitt 30 abzulassen. FIG. 6 shows a further embodiment which feeds the collected exhaust gas A via the collective exhaust gas section 30 to an external gas network 210 as a utilization device 200. A purge or discharge functionality is also provided here via the discharge valve 36 in the collecting exhaust gas section 30, which makes it possible, in particular in a quantitative manner, to discharge part of the collected exhaust gas A from the collecting exhaust gas section 30.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können ein zelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The above explanation of the embodiments describes the present invention exclusively in the context of examples. Of course, individual features of the embodiments can be freely combined with one another, provided that they are technically sensible, without departing from the scope of the present invention.
Grundsätzlich ist es auch vorteilhaft, wenn nicht ein gesamter Brennstoffzellenstapel 110 (welcher beispielsweise aus 400 Brennstoffzellen besteht), sondern eine oder mehrere einzelne Brennstoffzellen geprüft werden wie oben beschrieben. Sprich die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind auf eine einzelne Brennstoffzelle anwend bar. Bezugszeichenliste In principle, it is also advantageous if not an entire fuel cell stack 110 (which consists of 400 fuel cells, for example), but rather one or more individual fuel cells are tested, as described above. In other words, the exemplary embodiments described are applicable to a single fuel cell. List of reference symbols
10 Prüfstandsystem 20 Prüfstand 10 test bench system 20 test bench
22 Prüfstand-Zufuhrabschnitt 24 Prüfstand-Abgasabschnitt 26 Kontrollventil 30 Sammel-Abgasabschnitt 22 Test stand supply section 24 Test stand exhaust section 26 Control valve 30 Collective exhaust section
32 Nutzungsschnittstelle 32 User interface
33 Schaltvorrichtung 33 Switching device
34 Fördervorrichtung 36 Ablassventil 34 Conveyor 36 Discharge valve
38 Wasserabscheider 38 water separator
39 Wartungszugang 39 Maintenance access
40 Sammel-Zufuhrabschnitt 42 Vorratsbehälter 40 collecting feed section 42 storage container
100 Brennstoffzellensystem 110 Brennstoffzellenstapel 100 fuel cell system 110 fuel cell stack
200 Nutzungsvorrichtung 210 Externes Gasnetz 200 Utilization device 210 External gas network
220 Zentrales Nutzungs-Brennstoffzellensystem 230 Zentrale Nachbrennervorrichtung 240 Zentrale Rezirkulationsschnittstelle 220 Central utilization fuel cell system 230 Central afterburner device 240 Central recirculation interface
Z Zufuhrgas A Abgas Z feed gas A exhaust gas

Claims

Patentansprüche Claims
1. Prüfstandsystem (10) zum Prüfen von zumindest einer Brennstoffzelle, auf weisend wenigstens zwei einzelne Prüfstände (20) mit jeweils zumindest ei nem Prüfstand-Zufuhrabschnitt (22) für eine Zufuhr von Zufuhrgas (Z), aufwei send ein Brennstofffluid, und jeweils zumindest einem Prüfstand- Abgasabschnitt (24) für eine Abfuhr von Abgas (A), aufweisend eine Rest menge an Brennstofffluid, das Prüfstandsystem (10) weiter aufweisend einen Sammel-Abgasabschnitt (30) in fluidkommunizierender Verbindung mit den Prüfstand-Abgasabschnitten (24) für ein Sammeln der Abgase (A), wobei der Sammel-Abgasabschnitt (30) zumindest eine Nutzungsschnittstelle (32) auf weist für eine fluidkommunizierende Verbindung mit einer Nutzungsvorrich tung (200) zur Nutzung der im Abgas (A) enthaltenen Restmenge an Brenn stofffluid. 1. Test stand system (10) for testing at least one fuel cell, having at least two individual test stands (20) each with at least one test stand feed section (22) for a supply of feed gas (Z), aufwei send a fuel fluid, and each at least a test bench exhaust gas section (24) for a discharge of exhaust gas (A), having a residual amount of fuel fluid, the test bench system (10) further having a collective exhaust gas section (30) in fluid communication with the test bench exhaust gas sections (24) for a Collecting the exhaust gases (A), the collecting exhaust gas section (30) having at least one usage interface (32) for a fluid-communicating connection with a usage device (200) for using the residual amount of fuel fluid contained in the exhaust gas (A).
2. Prüfstandsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammel-Abgasabschnitt (30) eine Fördervorrichtung (34) zum aktiven Fördern der gesammelten Abgase (A) zur zumindest einen Nutzungsschnittstelle (32) aufweist. 2. Test stand system (10) according to claim 1, characterized in that the collecting exhaust gas section (30) has a conveying device (34) for actively conveying the collected exhaust gases (A) to at least one usage interface (32).
3. Prüfstandsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die zumindest eine Nutzungsschnittstelle (32) eine Nutzungsvorrichtung (200) fluidkommunizierend angeschlossen ist, insbeson dere eine der folgenden: 3. Test stand system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a utilization device (200) is connected to the at least one utilization interface (32) in a fluid-communicating manner, in particular one of the following:
- Externes Gasnetz (210) - External gas network (210)
- Zentrales Nutzungs-Brennstoffzellensystem (220) - Central usage fuel cell system (220)
- Zentrale Nachbrennervorrichtung (230) - Central afterburner device (230)
- Zentrale Rezirkulationsschnittstelle (240) - Central recirculation interface (240)
4. Prüfstandsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sammel-Zufuhrabschnitt (40) in fluidkommunizie render Verbindung mit den Prüfstand-Zufuhrabschnitten (22) vorgesehen ist für eine zentrale Zufuhr des Zufuhrgases (Z). 4. test stand system (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that a collecting feed section (40) in fluid communication with the test stand feed sections (22) is provided for a central supply of the feed gas (Z).
5. Prüfstandsystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammel-Zufuhrabschnitt (40) einen Vorratsbehälter (42) für eine Bevorratung von Zufuhrgas (Z) aufweist. 5. The test stand system (10) according to claim 4, characterized in that the collecting feed section (40) has a storage container (42) for storing feed gas (Z).
6. Prüfstandsystem (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Rezirkulationsschnittstelle (240) fluidkommunizie rend mit dem Sammel-Zufuhrabschnitt (40) ausgebildet ist. 6. test stand system (10) according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the central recirculation interface (240) is designed to communicate fluidly with the collecting supply section (40).
7. Prüfstandsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Prüfstände (20) identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. 7. test stand system (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least two test stands (20) are identical or essentially identical.
8. Prüfstandsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Prüfstände (20) frei von Rezirku- lationsabschnitten für eine Rezirkulation von Abgas (A) am jeweiligen Prüf stand (20) ausgebildet sind. 8. Test stand system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two test stands (20) are designed free of recirculation sections for recirculation of exhaust gas (A) at the respective test stand (20).
9. Prüfstandsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammel-Abgasabschnitt (30) separat von der zu mindest einen Nutzungsschnittstelle (32) ein Ablassventil (36) aufweist für ei nen zentralen Ablass von nicht der Nutzungsschnittstelle (32) zugeführtem Abgas (A). 9. The test stand system (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the collecting exhaust gas section (30) has a drain valve (36) separate from the at least one use interface (32) for a central drain from not the use interface (32) ) supplied exhaust gas (A).
10. Prüfstandsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammel-Abgasabschnitt (30) einen Wasserab scheider (38) aufweist für ein Abscheiden von Wasser aus dem gesammelten Abgas (A). 10. test stand system (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the collecting exhaust gas section (30) has a Wasserab separator (38) for separating water from the collected exhaust gas (A).
11. Prüfstandsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzungsschnittstelle (32) eine Schaltvorrichtung (33) aufweist zum Schalten zwischen wenigstens zwei Nutzungsvorrichtungen (200). 11. Test stand system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the usage interface (32) has a switching device (33) for switching between at least two usage devices (200).
12. Prüfstandsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Prüfstände (20) für wenigstens ei nen der folgenden Einsatzzwecke ausgebildet sind: 12. Test stand system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two test stands (20) are designed for at least one of the following purposes:
- Entwicklungsprüfstand - Development test bench
- Qualifizierungsprüfstand - Qualification test bench
- Konditionierungsprüfstand - Conditioning test bench
- Spülprüfstand - Flushing test bench
13. Prüfstandsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Prüfstände (20) in den Prüfstand- Zufuhrabschnitten (22) und/oder in den Prüfstand-Abgasabschnitten (24) Kon- trollventile (26) aufweisen für eine Kontrolle des Drucks in den Prüfstand- Zufuhrabschnitten (22) und/oder den Prüfstand-Abgasabschnitten (24). 13. Test stand system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two test stands (20) in the test stand supply sections (22) and / or in the test stand exhaust gas sections (24) have control valves (26) for a control of the pressure in the test stand supply sections (22) and / or the test stand exhaust gas sections (24).
14. Prüfstandsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammel-Abgasabschnitt (30) einen zentralen War tungszugang (39) aufweist für einen zentralen Zugang zum Sammel- Abgasabschnitt (30) für Wartungsarbeiten und/oder Reparaturarbeiten. 14. Test stand system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting exhaust gas section (30) has a central maintenance access (39) for central access to the collecting exhaust gas section (30) for maintenance work and / or repair work.
15. Verfahren für einen Betrieb eines Prüfstandsystems (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 14, aufweisend die folgenden Schritte: 15. A method for operating a test stand system (10) having the features of one of claims 1 to 14, comprising the following steps:
- Sammeln der Abgase (A) von zumindest zwei Prüfständen (20) in dem Sammel-Abgasabschnitt (30), - Collecting the exhaust gases (A) from at least two test stands (20) in the collecting exhaust gas section (30),
- Zuführen der gesammelten Abgase (A) zu wenigstens einer Nutzungs vorrichtung (200) über die zumindest eine Nutzungsschnittstelle (32). - Feeding the collected exhaust gases (A) to at least one utilization device (200) via the at least one utilization interface (32).
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