WO2023117382A1 - Method for operating a fuel cell system, and fuel cell system - Google Patents

Method for operating a fuel cell system, and fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
WO2023117382A1
WO2023117382A1 PCT/EP2022/084342 EP2022084342W WO2023117382A1 WO 2023117382 A1 WO2023117382 A1 WO 2023117382A1 EP 2022084342 W EP2022084342 W EP 2022084342W WO 2023117382 A1 WO2023117382 A1 WO 2023117382A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
anode
cell stack
exhaust air
hydrogen
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/084342
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Helerson Kemmer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2023117382A1 publication Critical patent/WO2023117382A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231Purging of the reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel cell system having the features of the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a fuel cell system which is suitable for carrying out the method or can be operated according to the method.
  • Preferred areas of application are fuel cell vehicles, preferably fuel cell vehicles with start-stop operation.
  • Fuel cells are electrochemical energy converters.
  • hydrogen (H2) and oxygen (O2) can be used as reaction gases. These are converted into electrical energy, water (H2O) and heat with the help of a fuel cell.
  • the core of a fuel cell is formed by a membrane-electrode assembly (MEA), which comprises a membrane that is coated on both sides with a catalytic material to form electrodes.
  • MEA membrane-electrode assembly
  • the start and/or stop phases represent a high load, which can lead to degradation of the fuel cells.
  • the primary cause of this is a hydrogen-air front in the anode.
  • shut-off valves are therefore provided on both the inlet and outlet sides, which are intended to prevent air from getting into the cathode in the event of a shutdown.
  • these are not completely sealed, especially over their lifetime, their effectiveness is limited.
  • the shut-off valves are accompanied by a not insignificant loss of pressure.
  • An electrochemically neutral and thus degradation-free state can be produced in the anode and/or cathode during a shutdown phase by inerting.
  • the anode and/or cathode When restarting, the anode and/or cathode must then be refilled with the respective gas.
  • this does not lead to any degradation if the anode has been rendered inert beforehand.
  • the inert anode gas when filling with hydrogen, the inert anode gas must be discharged at the same time. Since this can still contain hydrogen, there is a risk that an explosive gas mixture will form. This must be prevented.
  • the present invention is concerned with the task of counteracting the degradation of fuel cells in a fuel cell system with a plurality of fuel cell stacks.
  • the method with the features of claim 1 is proposed.
  • Advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
  • a fuel cell system is specified which is suitable for carrying out the method or can be operated according to the method.
  • a method for operating a fuel cell system with a plurality of fuel cell stacks, each of which has a cathode and an anode, is proposed. Air is supplied to the cathodes in each case via an air supply path, and exhaust air exiting from the fuel cell stacks is discharged in each case via an exhaust air path.
  • the anodes are each supplied with hydrogen via an anode circuit.
  • a previously inerted anode of at least one fuel cell stack is filled with hydrogen when it is started, with the predominantly inert anode gas present in the anode circuit being removed from the anode circuit via a connecting line with an integrated shut-off valve, which connects the anode circuit to an exhaust air path of another fuel cell stack, and fed into the exhaust air path of the further fuel cell stack is initiated.
  • the anode gas can be diluted by introducing the anode gas removed from the anode circuit into the exhaust air path of a further fuel cell stack. Because - as already mentioned - the anode gas can contain residues of hydrogen, so that the dilution ensures that no explosive gas mixture leaves the fuel cell system.
  • the degradation of the fuel cell stack can also be counteracted. Consequently, the service life of the at least one fuel cell stack can be increased with the aid of the proposed method.
  • the cathode of the same fuel cell stack preferably (still) contains inert gas. Degradation is then excluded. At the same time, shut-off valves provided in the supply air and/or exhaust air path of the cathode can be omitted, so that it is not the case at the outset mentioned pressure drop. In this way, hydrogen consumption can be reduced at the same time.
  • the method step of filling the anode of at least one fuel cell stack with hydrogen is therefore preceded by the method step of rendering the anode inert.
  • This method step can also be carried out when the fuel cell stack or the fuel cell system is started or already when it is shut down.
  • the anode of at least one fuel cell stack is preferably rendered inert before being filled with hydrogen using the exhaust air from another fuel cell stack, which is started or continues to be operated for this purpose. Since the exhaust air from a fuel cell stack is oxygen-free or at least low in oxygen, it can be used as an inert gas to render the anode of another fuel cell stack inert. The provision of an inert gas in a separate tank and the regular filling and maintenance of the tank can thus be omitted. Instead, inert gas that is already present in the system is used. The method is therefore particularly suitable for operating mobile fuel cell systems.
  • the cathode of at least one fuel cell stack can be rendered inert before being filled with hydrogen using the exhaust air from another fuel cell stack, which is started or continues to be operated for this purpose.
  • the hydrogen required for filling is preferably taken from a tank and introduced into the anode circuit of an anode to be filled with the aid of a metering valve.
  • the metering valve which is preferably designed as a proportional valve, the amount of hydrogen introduced and the pressure in the anode circuit can be controlled or regulated.
  • a purge valve and/or drain valve integrated into the anode circuit is or are preferably kept closed during the filling of the anode with hydrogen. This ensures that predominantly inert anode gas present in the anode circuit is not discharged via the purge and/or drain valve but via the shut-off valve integrated in the connecting line and introduced into the exhaust air path of the other fuel cell stack becomes. Flushing quantities occurring during normal operation of the fuel cell stack or fuel cell system can be discharged in the usual way via the purge and/or drain valve.
  • a fan integrated into the anode circuit is advantageously switched on for active circulation of the anode gas present in the anode circuit.
  • the filling of the anode with hydrogen can be accelerated in this way.
  • a fuel cell system with a plurality of fuel cell stacks is proposed to solve the task mentioned at the outset.
  • the multiple fuel cell stacks each have a cathode and an anode.
  • the cathodes are each connected to a supply air path on the inlet side and to an exhaust air path on the outlet side.
  • the anodes are each connected to an anode circuit.
  • the anode circuit of at least one fuel cell stack is connected to the exhaust air path of another fuel cell stack via a connecting line with an integrated shut-off valve.
  • the proposed fuel cell system is particularly suitable for carrying out the method according to the invention described above or can be operated according to this method, so that the same advantages are achieved.
  • the formation of an explosive gas mixture can be prevented when removing anode gas from a previously inerted anode of a fuel cell stack, since the anode gas mixes with the exhaust air from the other fuel cell stack and is thereby diluted.
  • Figure 1 is a schematic representation of a fuel cell system according to the invention.
  • FIG. 2 shows the sequence of a method according to the invention, according to which the fuel cell system of FIG. 1 can be operated.
  • Figure 1 shows a fuel cell system 1 according to the invention with a first fuel cell stack 100 and a second fuel cell stack 200.
  • the fuel cell stacks 100, 200 each have a cathode 110, 210 and an anode 120, 220.
  • the cathodes 110, 210 are supplied with air as an oxygen supplier via an air supply path 111, 211.
  • the air is taken from the environment and fed via an air filter 114, 214 to an air delivery and air compression system 113, 213 in order to provide a certain air mass flow and a certain pressure level. Since the air is heated in the process, it is cooled with the aid of a heat exchanger 115, 215 integrated into the supply air path 111, 211.
  • the exhaust air from the fuel cell stack 100, 200 is discharged via an exhaust air path 112, 212 in each case.
  • a pressure control valve 130, 230 is integrated in each case in the exhaust air path 112, 212.
  • the air supply paths 111, 211 and the exhaust air paths 112, 212 can be connected via a bypass path 118, 218 with an integrated bypass valve 119, 219.
  • the cathode 110 of the fuel cell stack 100 can be separated from the supply air path 111 and from the exhaust air path 112 by means of shut-off valves 117, so that the air supply to the cathode 110 can be interrupted via this.
  • the further fuel cell stack 200 does not require such shut-off valves.
  • the anodes 120, 220 of the two fuel cell stacks 100, 200 are each supplied with fresh anode gas or hydrogen and with recirculated anode gas via an anode circuit 121, 221.
  • the recirculation is effected passively with the aid of a jet pump 124, 224 and actively with the aid of a blower 123, 223. Since over time the recirculated anode gas is enriched with nitrogen, which diffuses from the cathode side to the anode side
  • Anode circuit 121, 221 each have a purge valve 122, 222 provided.
  • nitrogen-containing anode gas is discharged from the anode circuit 121, 221 and replaced by hydrogen from a tank (132, 232) via a metering valve (131, 231) that is opened at the same time.
  • a pressure regulator 125, 225 is arranged downstream of the metering valve 131, 231 in each case. Since the recirculated anode gas is also enriched with water, a water separator 126, 226 with a container 127, 227 is also integrated into the anode circuit 121, 221 in each case.
  • a drain valve 128, 228, the container 127, 227 can be emptied from time to time.
  • the heat generated during operation of the fuel cell stack 100, 200 is dissipated with the aid of a cooling circuit 129, 229 in each case.
  • the anode circuit 221 of the fuel cell stack 200 is connected or can be connected to the exhaust air path 112 of the fuel cell stack 100 via a connecting line 2 with an integrated shut-off valve 3 .
  • anode gas can thus be introduced from the anode circuit 221 of the fuel cell stack 200 into the exhaust air path 112 of the fuel cell stack 100 .
  • the fuel cell system 1 shown in FIG. 1 can therefore be operated according to the method shown in FIG. 2, which is described below.
  • step S10 The starting process is initiated in step S10 of the method illustrated in FIG.
  • the fuel cell stack 100 is first put into operation in step Sil, so that air ("Lz", see Figure 1) is supplied to it via the air supply path 111, which then reaches the exhaust air path 112 as oxygen-free or at least low-oxygen exhaust air.
  • air Lz
  • This can then be used in step S12 to render the anode 220 and preferably the cathode 210 of the further fuel cell stack 200 inert.
  • step S13 the purge valve 222 and/or the drain valve 228 of the further fuel cell system 200 is or are closed if it is open.
  • step S14 with the metering valve 231 open, the anode 220 of the fuel cell stack 200 is filled with hydrogen from the tank 232.
  • the fan 223 can be put into operation to increase the circulation ("Z", see Figure 1) in the anode circuit 221 to promote.
  • step S15 the speed of the air delivery and air compression system 113 of the first fuel cell stack 100 arranged in the intake air path 111 can be increased in a step S15. This is then done in step S16
  • step S17 it is then checked whether the anode circuit 221 has been completely flushed or refilled. If "yes”, the start-up process is ended in step S18.
  • the anode gas (“AG”, see FIG. 1) introduced into the exhaust air path 112 of the first fuel cell stack 100 is removed from the fuel cell system 1 via the exhaust air path 112 together with the exhaust air ("LA”, see FIG. 1) present there.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for operating a fuel cell system (1) having multiple fuel cell stacks (100, 200) which each have a cathode (110, 210) and an anode (120, 220), the cathodes (110, 210) each being supplied with air via a feed air path (111, 211), and exhaust air emitted from the fuel cell stacks (100, 200) being discharged via an exhaust air path (112, 212), and the anodes (120, 220) each being supplied with hydrogen via an anode circuit (121, 221). According to the invention, a previously inertised anode (220) of at least one fuel cell stack (200) is filled with hydrogen on starting, wherein predominantly inert anode gas present in the anode circuit (221) is removed from the anode circuit (221) via a connecting line (2) which has an integrated shut-off valve (3) and connects the anode circuit (221) to an exhaust air path (112) of a further fuel cell stack (100), and is introduced into the exhaust air path (112) of the further fuel cell stack (100). The invention further relates to a fuel cell system (1) for carrying out the method.

Description

Beschreibung Description
Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem Method for operating a fuel cell system, fuel cell system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem, das zur Durchführung des Verfahrens geeignet bzw. nach dem Verfahren betreibbar ist. The invention relates to a method for operating a fuel cell system having the features of the preamble of claim 1. The invention also relates to a fuel cell system which is suitable for carrying out the method or can be operated according to the method.
Bevorzugter Anwendungsbereich sind Brennstoffzellen- Fahrzeuge, vorzugsweise Brennstoffzellen- Fahrzeuge mit Start- Stopp- Betrieb. Preferred areas of application are fuel cell vehicles, preferably fuel cell vehicles with start-stop operation.
Stand der Technik State of the art
Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler. Als Reaktionsgase können insbesondere Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) verwendet werden. Diese werden mit Hilfe einer Brennstoffzelle in elektrische Energie, Wasser (H2O) und Wärme gewandelt. Den Kern einer Brennstoffzelle bildet eine Membran- Elektroden-Anordnung (MEA), die eine Membran umfasst, die zur Ausbildung von Elektroden beidseits mit einem katalytischen Material beschichtet ist. Im Betrieb der Brennstoffzelle werden der einen Elektrode, der Anode, Wasserstoff und der anderen Elektrode, der Kathode, Sauerstoff zugeführt. Fuel cells are electrochemical energy converters. In particular, hydrogen (H2) and oxygen (O2) can be used as reaction gases. These are converted into electrical energy, water (H2O) and heat with the help of a fuel cell. The core of a fuel cell is formed by a membrane-electrode assembly (MEA), which comprises a membrane that is coated on both sides with a catalytic material to form electrodes. During operation of the fuel cell, hydrogen is supplied to one electrode, the anode, and oxygen is supplied to the other electrode, the cathode.
Zur Steigerung der elektrischen Leistung werden in der Praxis eine Vielzahl von Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack verbunden. Darüber hinaus können mehrere Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellensysteme zusammengeschaltet werden. In order to increase the electrical power, in practice a large number of fuel cells are connected to form a fuel cell stack or stack. In addition, several fuel cell stacks or fuel cell systems can be interconnected.
Im Betrieb eines Brennstoffzellensystems stellen Start- und/oder Stoppphasen eine hohe Belastung dar, die zur Degradation der Brennstoffzellen führen kann. Beim Start ist die Hauptursache dafür eine Wasserstoff-Luft- Front in der Anode. Beim Stopp bzw. Abstellen ist es eine anstehende hohe Spannung, die dadurch bedingt ist, dass die Anode mit Wasserstoff und die Kathode mit Sauerstoff versorgt werden, ohne dass eine elektrische Last aus dem Stack gezogen wird. Dies kann insbesondere in langen Abstellphasen vorkommen. In the operation of a fuel cell system, the start and/or stop phases represent a high load, which can lead to degradation of the fuel cells. At startup, the primary cause of this is a hydrogen-air front in the anode. When stopping or switching off, there is a high voltage that is caused by the fact that the anode is filled with hydrogen and the cathode with oxygen be supplied without an electrical load being pulled from the stack. This can occur in particular during long shutdown phases.
Um in einer Start- und/oder Stoppphase der Degradation der Brennstoffzellen entgegenzuwirken, kann vor dem Herunterfahren des Systems der in der Kathode vorhandene Sauerstoff verbraucht werden, indem elektrischer Strom ohne zusätzliche Luftzufuhr gezogen wird. Die Anode wird währenddessen weiterhin mit Wasserstoff versorgt, so dass die Zellspannungen unkritisch sind. Diffundiert jedoch Luft in die Kathode, erhöhen sich die Zellspannungen und verbleiben dort für mehrere Stunden, wodurch schädigende elektrochemische Reaktionen hervorgerufen werden. In der Regel sind daher sowohl einlass- als auch auslassseitig Absperrventile vorgesehen, die im Abstellfall verhindern sollen, dass Luft in die Kathode gelangt. Da diese jedoch nicht vollständig dicht sind, insbesondere über Lebensdauer, ist ihre Wirksamkeit begrenzt. Ferner geht mit den Absperrventilen ein nicht unwesentlicher Druckverlust einher. In order to counteract the degradation of the fuel cells in a start and/or stop phase, the oxygen present in the cathode can be consumed before the system is shut down by drawing electrical current without additional air supply. Meanwhile, the anode continues to be supplied with hydrogen, so that the cell voltages are not critical. However, if air diffuses into the cathode, cell voltages increase and remain there for several hours, causing damaging electrochemical reactions. As a rule, shut-off valves are therefore provided on both the inlet and outlet sides, which are intended to prevent air from getting into the cathode in the event of a shutdown. However, since these are not completely sealed, especially over their lifetime, their effectiveness is limited. Furthermore, the shut-off valves are accompanied by a not insignificant loss of pressure.
Aus stationären Anwendungen ist bekannt, die Anode und ggf. die Kathode vor dem Starten und/oder Herunterfahren mit Stickstoff zu inertisieren, um einer unerwünschten Degradation entgegenzuwirken. Der Stickstoff wird hierzu in einer Flasche vorgehalten. In mobilen Anwendungen ist dies jedoch aus Platzgründen häufig nicht möglich. Ferner muss eine Stickstoffflasche wieder befüllt und gewartet werden, was sich negativ auf die Kosten auswirkt. It is known from stationary applications to render the anode and, if necessary, the cathode inert with nitrogen before starting and/or shutting down in order to counteract undesirable degradation. For this purpose, the nitrogen is kept in a bottle. In mobile applications, however, this is often not possible for reasons of space. Furthermore, a nitrogen bottle has to be refilled and serviced, which has a negative impact on costs.
Durch Inertisieren kann in der Anode und/oder Kathode ein elektrochemisch neutraler und damit degradationsfreier Zustand während einer Abstellphase hergestellt werden. Beim erneuten Starten muss bzw. müssen dann Anode und/oder Kathode wieder mit dem jeweiligen Gas befüllt werden. Beim Befüllen der Anode mit Wasserstoff führt dies zu keiner Degradation, wenn zuvor die Anode inertisiert worden ist. Allerdings muss beim Befüllen mit Wasserstoff das inerte Anodengas zugleich ausgeleitet werden. Da dieses noch Wasserstoff enthalten kann, besteht die Gefahr, dass ein explosionsfähiges Gasgemisch entsteht. Dies gilt es zu verhindern. An electrochemically neutral and thus degradation-free state can be produced in the anode and/or cathode during a shutdown phase by inerting. When restarting, the anode and/or cathode must then be refilled with the respective gas. When filling the anode with hydrogen, this does not lead to any degradation if the anode has been rendered inert beforehand. However, when filling with hydrogen, the inert anode gas must be discharged at the same time. Since this can still contain hydrogen, there is a risk that an explosive gas mixture will form. This must be prevented.
Die vorliegende Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, der Degradation von Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellensystem mit mehreren Brennstoffzellenstapeln entgegenzuwirken. Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Darüber hinaus wird ein Brennstoffzellensystem angegeben, das zur Durchführung des Verfahrens geeignet bzw. nach dem Verfahren betreibbar ist. The present invention is concerned with the task of counteracting the degradation of fuel cells in a fuel cell system with a plurality of fuel cell stacks. To solve the problem, the method with the features of claim 1 is proposed. Advantageous embodiments can be found in the dependent claims. In addition, a fuel cell system is specified which is suitable for carrying out the method or can be operated according to the method.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit mehreren Brennstoffzellenstapeln, die jeweils eine Kathode und eine Anode aufweisen. Den Kathoden wird jeweils über einen Zuluftpfad Luft zugeführt und aus den Brennstoffzellenstapeln austretende Abluft wird jeweils über einen Abluftpfad abgeführt. Die Anoden werden jeweils über einen Anodenkreis mit Wasserstoff versorgt. Erfindungsgemäß wird eine zuvor inertisierte Anode zumindest eines Brennstoffzellenstapels beim Starten mit Wasserstoff befüllt, wobei im Anodenkreis vorhandenes, überwiegend inertes Anodengas über eine Verbindungsleitung mit integriertem Absperrventil, die den Anodenkreis mit einem Abluftpfad eines weiteren Brennstoffzellenstapels verbindet, aus dem Anodenkreis entfernt und in den Abluftpfad des weiteren Brennstoffzellenstapels eingeleitet wird. A method for operating a fuel cell system with a plurality of fuel cell stacks, each of which has a cathode and an anode, is proposed. Air is supplied to the cathodes in each case via an air supply path, and exhaust air exiting from the fuel cell stacks is discharged in each case via an exhaust air path. The anodes are each supplied with hydrogen via an anode circuit. According to the invention, a previously inerted anode of at least one fuel cell stack is filled with hydrogen when it is started, with the predominantly inert anode gas present in the anode circuit being removed from the anode circuit via a connecting line with an integrated shut-off valve, which connects the anode circuit to an exhaust air path of another fuel cell stack, and fed into the exhaust air path of the further fuel cell stack is initiated.
Durch Einleiten des aus dem Anodenkreis entfernten Anodengases in den Abluftpfad eines weiteren Brennstoffzellenstapels kann eine Verdünnung des Anodengases bewirkt werden. Denn - wie bereits erwähnt - kann das Anodengas Reste von Wasserstoff enthalten, so dass über die Verdünnung sichergestellt ist, dass kein explosionsfähiges Gasgemisch das Brennstoffzellensystem verlässt. The anode gas can be diluted by introducing the anode gas removed from the anode circuit into the exhaust air path of a further fuel cell stack. Because - as already mentioned - the anode gas can contain residues of hydrogen, so that the dilution ensures that no explosive gas mixture leaves the fuel cell system.
Dadurch, dass die Anode zuvor inertisiert worden ist, kann ferner der Degradation des Brennstoffzellenstapels entgegengewirkt werden. Demzufolge kann mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens die Lebensdauer des mindestens einen Brennstoffzellenstapels gesteigert werden. Because the anode has previously been rendered inert, the degradation of the fuel cell stack can also be counteracted. Consequently, the service life of the at least one fuel cell stack can be increased with the aid of the proposed method.
Während die Anode des zumindest einen Brennstoffzellenstapels mit Wasserstoff befüllt wird, enthält vorzugsweise die Kathode desselben Brennstoffzellenstapels (noch) Inertgas. Eine Degradation ist dann ausgeschlossen. Zugleich können im Zuluft- und/oder Abluftpfad der Kathode vorgesehene Absperrventile entfallen, so dass es nicht zu dem eingangs erwähnten Druckverlust kommt. Auf diese Weise kann zugleich der Wasserstoffverbrauch gesenkt werden. While the anode of the at least one fuel cell stack is being filled with hydrogen, the cathode of the same fuel cell stack preferably (still) contains inert gas. Degradation is then excluded. At the same time, shut-off valves provided in the supply air and/or exhaust air path of the cathode can be omitted, so that it is not the case at the outset mentioned pressure drop. In this way, hydrogen consumption can be reduced at the same time.
Dem Verfahrensschritt des Befüllens der Anode zumindest eines Brennstoffzellenstapels mit Wasserstoff geht demnach der Verfahrensschritt des Inertisierens der Anode voraus. Dieser Verfahrensschritt kann ebenfalls beim Starten oder bereits beim Herunterfahren des Brennstoffzellenstapels bzw. des Brennstoffzellensystems durchgeführt werden. The method step of filling the anode of at least one fuel cell stack with hydrogen is therefore preceded by the method step of rendering the anode inert. This method step can also be carried out when the fuel cell stack or the fuel cell system is started or already when it is shut down.
Bevorzugt wird die Anode zumindest eines Brennstoffzellenstapels vor dem Befüllen mit Wasserstoff mit Hilfe der Abluft eines anderen Brennstoffzellenstapels inertisiert, der hierzu gestartet oder weiter betrieben wird. Da die Abluft eines Brennstoffzellenstapels sauerstofffrei oder zumindest sauerstoffarm ist, kann sie als Inertgas zum Inertisieren der Anode eines weiteren Brennstoffzellenstapels genutzt werden. Das Vorhalten eines Inertgases in einem separaten Tank sowie das regelmäßige Auffüllen bzw. Warten des Tanks kann somit entfallen. Stattdessen wird im System bereits vorhandenes Inertgas genutzt. Das Verfahren ist demzufolge insbesondere zum Betreiben mobiler Brennstoffzellensysteme geeignet. The anode of at least one fuel cell stack is preferably rendered inert before being filled with hydrogen using the exhaust air from another fuel cell stack, which is started or continues to be operated for this purpose. Since the exhaust air from a fuel cell stack is oxygen-free or at least low in oxygen, it can be used as an inert gas to render the anode of another fuel cell stack inert. The provision of an inert gas in a separate tank and the regular filling and maintenance of the tank can thus be omitted. Instead, inert gas that is already present in the system is used. The method is therefore particularly suitable for operating mobile fuel cell systems.
Analog kann die Kathode zumindest eines Brennstoffzellenstapels vor dem Befüllen mit Wasserstoff mit Hilfe der Abluft eines anderen Brennstoffzellenstapels inertisiert werden, der hierzu gestartet oder weiter betrieben wird. Analogously, the cathode of at least one fuel cell stack can be rendered inert before being filled with hydrogen using the exhaust air from another fuel cell stack, which is started or continues to be operated for this purpose.
Ferner bevorzugt wird der zum Befüllen benötigte Wasserstoff einem Tank entnommen und mit Hilfe eines Dosierventils in den Anodenkreis einer zu befüllenden Anode eingebracht. Mit Hilfe des Dosierventils, das vorzugsweise als Proportionalventil ausgeführt ist, können die eingebrachte Wasserstoffmenge sowie der Druck im Anodenkreis gesteuert bzw. geregelt werden. Furthermore, the hydrogen required for filling is preferably taken from a tank and introduced into the anode circuit of an anode to be filled with the aid of a metering valve. With the help of the metering valve, which is preferably designed as a proportional valve, the amount of hydrogen introduced and the pressure in the anode circuit can be controlled or regulated.
Des Weiteren bevorzugt wird bzw. werden während des Befüllens der Anode mit Wasserstoff ein in den Anodenkreis integriertes Purgeventil und/oder Drainventil geschlossen gehalten. Dadurch ist sichergestellt, dass im Anodenkreis vorhandenes, überwiegend inertes Anodengas nicht über das Purge- und/oder Drainventil, sondern über das in die Verbindungsleitung integrierte Absperrventil abgeführt und in den Abluftpfad des weiteren Brennstoffzellenstapels eingeleitet wird. Über das Purge- und/oder Drainventil können im Normalbetrieb des Brennstoffzellenstapels bzw. Brennstoffzellensystems anfallende Spülmengen in üblicher Weise abgeführt werden. Furthermore, a purge valve and/or drain valve integrated into the anode circuit is or are preferably kept closed during the filling of the anode with hydrogen. This ensures that predominantly inert anode gas present in the anode circuit is not discharged via the purge and/or drain valve but via the shut-off valve integrated in the connecting line and introduced into the exhaust air path of the other fuel cell stack becomes. Flushing quantities occurring during normal operation of the fuel cell stack or fuel cell system can be discharged in the usual way via the purge and/or drain valve.
Vorteilhafterweise wird während des Befüllens der Anode mit Wasserstoff ein in den Anodenkreis integriertes Gebläse zur aktiven Zirkulation des im Anodenkreis vorhandenen Anodengases eingeschaltet. Das Befüllen der Anode mit Wasserstoff kann auf diese Weise beschleunigt werden. During the filling of the anode with hydrogen, a fan integrated into the anode circuit is advantageously switched on for active circulation of the anode gas present in the anode circuit. The filling of the anode with hydrogen can be accelerated in this way.
Ferner wird vorgeschlagen, dass während des Befüllens der Anode mit Wasserstoff der Luftmassenstrom im Zuluftpfad des anderen Brennstoffzellenstapels erhöht wird. Denn dies hat zur Folge, dass der Abluftmassenstrom im Abluftpfad des Brennstoffzellenstapels steigt. Das heißt, dass in den Abluftpfad eingeleitetes Anodengas eines anderen Brennstoffzellenstapels, dessen Anode gerade mit Wasserstoff befüllt wird, noch besser bzw. stärker verdünnt wird. It is also proposed that the air mass flow in the supply air path of the other fuel cell stack is increased while the anode is being filled with hydrogen. This is because the consequence of this is that the exhaust air mass flow in the exhaust air path of the fuel cell stack increases. This means that anode gas introduced into the exhaust air path from another fuel cell stack whose anode is currently being filled with hydrogen is diluted even better or more strongly.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird darüber hinaus ein Brennstoffzellensystem mit mehreren Brennstoffzellenstapeln vorgeschlagen. Die mehreren Brennstoffzellenstapel weisen jeweils eine Kathode und eine Anode auf. Die Kathoden sind jeweils einlassseitig mit einem Zuluftpfad und auslassseitig mit einem Abluftpfad verbunden. Die Anoden sind jeweils an einen Anodenkreis angeschlossen. Erfindungsgemäß ist der Anodenkreis zumindest eines Brennstoffzellenstapels über eine Verbindungsleitung mit integriertem Absperrventil mit dem Abluftpfad eines weiteren Brennstoffzellenstapels verbunden. In addition, a fuel cell system with a plurality of fuel cell stacks is proposed to solve the task mentioned at the outset. The multiple fuel cell stacks each have a cathode and an anode. The cathodes are each connected to a supply air path on the inlet side and to an exhaust air path on the outlet side. The anodes are each connected to an anode circuit. According to the invention, the anode circuit of at least one fuel cell stack is connected to the exhaust air path of another fuel cell stack via a connecting line with an integrated shut-off valve.
Das vorgeschlagene Brennstoffzellensystem ist insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet bzw. nach diesem Verfahren betreibbar, so dass die gleichen Vorteile erzielt werden. Insbesondere kann beim Entfernen von Anodengas aus einer zuvor inertisierten Anode eines Brennstoffzellenstapels die Entstehung eines explosionsfähigen Gasgemischs verhindert werden, da sich das Anodengas mit der Abluft des anderen Brennstoffzellenstapels vermischt und dadurch verdünnt wird. The proposed fuel cell system is particularly suitable for carrying out the method according to the invention described above or can be operated according to this method, so that the same advantages are achieved. In particular, the formation of an explosive gas mixture can be prevented when removing anode gas from a previously inerted anode of a fuel cell stack, since the anode gas mixes with the exhaust air from the other fuel cell stack and is thereby diluted.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems und A preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. These show: Figure 1 is a schematic representation of a fuel cell system according to the invention and
Figur 2 den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens, nach dem das Brennstoffzellensystem der Figur 1 betrieben werden kann. FIG. 2 shows the sequence of a method according to the invention, according to which the fuel cell system of FIG. 1 can be operated.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem 1 mit einem ersten Brennstoffzellenstapel 100 sowie einem zweiten Brennstoffzellenstapel 200. Figure 1 shows a fuel cell system 1 according to the invention with a first fuel cell stack 100 and a second fuel cell stack 200.
Die Brennstoffzellenstapel 100, 200 weisen jeweils eine Kathode 110, 210 und eine Anode 120, 220 auf. Die Kathoden 110, 210 werden über einen Zuluftpfad 111, 211 mit Luft als Sauerstofflieferant versorgt. Die Luft wird der Umgebung entnommen und über einen Luftfilter 114, 214 einem Luftförderungs- und Luftverdichtungssystem 113, 213 zugeführt, um einen gewissen Luftmassenstrom und ein gewisses Druckniveau bereitzustellen. Da sich hierbei die Luft erwärmt wird sie mit Hilfe eines in den Zuluftpfad 111, 211 integrierten Wärmetauschers 115, 215 abgekühlt. Die Abluft der Brennstoffzellenstapels 100, 200 wird jeweils über einen Abluftpfad 112, 212 abgeführt. In den Abluftpfad 112, 212 ist jeweils ein Druckregelventil 130, 230 integriert. Zur Umgehung der Brennstoffzellenstapel 100, 200 sind jeweils die Zuluftpfade 111, 211 und die Abluftpfade 112, 212 über einen Bypasspfad 118, 218 mit integriertem Bypassventil 119, 219 verbindbar. The fuel cell stacks 100, 200 each have a cathode 110, 210 and an anode 120, 220. The cathodes 110, 210 are supplied with air as an oxygen supplier via an air supply path 111, 211. The air is taken from the environment and fed via an air filter 114, 214 to an air delivery and air compression system 113, 213 in order to provide a certain air mass flow and a certain pressure level. Since the air is heated in the process, it is cooled with the aid of a heat exchanger 115, 215 integrated into the supply air path 111, 211. The exhaust air from the fuel cell stack 100, 200 is discharged via an exhaust air path 112, 212 in each case. A pressure control valve 130, 230 is integrated in each case in the exhaust air path 112, 212. To bypass the fuel cell stack 100, 200, the air supply paths 111, 211 and the exhaust air paths 112, 212 can be connected via a bypass path 118, 218 with an integrated bypass valve 119, 219.
Die Kathode 110 des Brennstoffzellenstapels 100 ist mittels Absperrventile 117 vom Zuluftpfad 111 und vom Abluftpfad 112 abtrennbar, so dass hierüber die Luftzufuhr zur Kathode 110 unterbrechbar ist. Der weitere Brennstoffzellenstapel 200 benötigt keine solchen Absperrventile. The cathode 110 of the fuel cell stack 100 can be separated from the supply air path 111 and from the exhaust air path 112 by means of shut-off valves 117, so that the air supply to the cathode 110 can be interrupted via this. The further fuel cell stack 200 does not require such shut-off valves.
Die Anoden 120, 220 der beiden Brennstoffzellenstapel 100, 200 werden jeweils über einen Anodenkreis 121, 221 mit frischem Anodengas bzw. Wasserstoff sowie mit rezirkuliertem Anodengas versorgt. Die Rezirkulation wird passiv mit Hilfe einer Strahlpumpe 124, 224 sowie aktiv mit Hilfe eines Gebläses 123, 223 bewirkt. Da sich über die Zeit das rezirkulierte Anodengas mit Stickstoff anreichert, das von der Kathodenseite auf die Anodenseite diffundiert, ist im Anodenkreis 121, 221 jeweils ein Purgeventil 122, 222 vorgesehen. Durch Öffnen des Purgeventils 122, 222 wird stickstoffhaltiges Anodengas aus dem Anodenkreis 121, 221 abgeführt und über ein zeitgleich geöffnetes Dosierventil (131, 231) durch Wasserstoff aus einem Tank (132, 232) ersetzt. Stromabwärts des Dosierventils 131, 231 ist jeweils ein Druckregler 125, 225 angeordnet. Da sich das rezirkulierte Anodengas zudem mit Wasser anreichert, ist in den Anodenkreis 121, 221 zudem jeweils ein Wasserabscheider 126, 226 mit einem Behälter 127, 227 integriert. Durch Öffnen eines Drainventils 128, 228 kann der Behälter 127, 227 von Zeit zu Zeit geleert werden. The anodes 120, 220 of the two fuel cell stacks 100, 200 are each supplied with fresh anode gas or hydrogen and with recirculated anode gas via an anode circuit 121, 221. The recirculation is effected passively with the aid of a jet pump 124, 224 and actively with the aid of a blower 123, 223. Since over time the recirculated anode gas is enriched with nitrogen, which diffuses from the cathode side to the anode side Anode circuit 121, 221 each have a purge valve 122, 222 provided. By opening the purge valve 122, 222, nitrogen-containing anode gas is discharged from the anode circuit 121, 221 and replaced by hydrogen from a tank (132, 232) via a metering valve (131, 231) that is opened at the same time. A pressure regulator 125, 225 is arranged downstream of the metering valve 131, 231 in each case. Since the recirculated anode gas is also enriched with water, a water separator 126, 226 with a container 127, 227 is also integrated into the anode circuit 121, 221 in each case. By opening a drain valve 128, 228, the container 127, 227 can be emptied from time to time.
Die im Betrieb der Brennstoffzellenstapel 100, 200 anfallende Wärme wird jeweils mit Hilfe eines Kühlkreises 129, 229 abgeführt. The heat generated during operation of the fuel cell stack 100, 200 is dissipated with the aid of a cooling circuit 129, 229 in each case.
Der Anodenkreis 221 des Brennstoffzellenstapels 200 ist über eine Verbindungsleitung 2 mit integriertem Absperrventil 3 mit dem Abluftpfad 112 des Brennstoffzellenstapels 100 verbunden bzw. verbindbar. Bei geöffnetem Absperrventil 3 kann somit Anodengas aus dem Anodenkreis 221 des Brennstoffzellenstapels 200 in den Abluftpfad 112 des Brennstoffzellenstapels 100 eingeleitet werden. The anode circuit 221 of the fuel cell stack 200 is connected or can be connected to the exhaust air path 112 of the fuel cell stack 100 via a connecting line 2 with an integrated shut-off valve 3 . When the shutoff valve 3 is open, anode gas can thus be introduced from the anode circuit 221 of the fuel cell stack 200 into the exhaust air path 112 of the fuel cell stack 100 .
Beim Starten kann daher das in der Figur 1 dargestellte Brennstoffzellensystem 1 nach dem in der Figur 2 dargestellten Verfahren betrieben werden, das nachfolgend beschrieben wird. When starting, the fuel cell system 1 shown in FIG. 1 can therefore be operated according to the method shown in FIG. 2, which is described below.
In Schritt S10 des in der Figur 2 dargestellten Verfahrens wird der Startprozess eingeleitet. Hierzu wird in Schritt Sil zunächst der Brennstoffzellenstapel 100 in Betrieb genommen, so dass ihm über den Zuluftpfad 111 Luft („Lz“, siehe Figur 1) zugeführt wird, die dann als sauerstofffreie oder zumindest sauerstoffarme Abluft in den Abluftpfad 112 gelangt. Diese kann dann in Schritt S12 dazu genutzt werden, die Anode 220 sowie vorzugsweise die Kathode 210 des weiteren Brennstoffzellenstapels 200 zu inertisieren. The starting process is initiated in step S10 of the method illustrated in FIG. For this purpose, the fuel cell stack 100 is first put into operation in step Sil, so that air ("Lz", see Figure 1) is supplied to it via the air supply path 111, which then reaches the exhaust air path 112 as oxygen-free or at least low-oxygen exhaust air. This can then be used in step S12 to render the anode 220 and preferably the cathode 210 of the further fuel cell stack 200 inert.
In Schritt S13 wird bzw. werden - sofern geöffnet - das Purgeventil 222 und/oder das Drainventil 228 des weiteren Brennstoffzellensystems 200 geschlossen. Anschließend wird in Schritt S14 bei geöffnetem Dosierventil 231 die Anode 220 des Brennstoffzellenstapels 200 mit Wasserstoff aus dem Tank 232 befüllt. Zugleich kann das Gebläse 223 in Betrieb genommen werden, um die Zirkulation („Z“, siehe Figur 1) im Anodenkreis 221 zu fördern. Um den Abluftmassenstrom im Abluftpfad 112 des ersten Brennstoffzellenstapels 100 zu erhöhen, kann in einem Schritt S15 die Drehzahl des im Zuluftpfad 111 angeordneten Luftförderungs- und Luftverdichtungssystem 113 des ersten Brennstoffzellenstapels 100 erhöht werden. In Schritt S16 wird dann dasIn step S13, the purge valve 222 and/or the drain valve 228 of the further fuel cell system 200 is or are closed if it is open. Subsequently, in step S14, with the metering valve 231 open, the anode 220 of the fuel cell stack 200 is filled with hydrogen from the tank 232. At the same time, the fan 223 can be put into operation to increase the circulation ("Z", see Figure 1) in the anode circuit 221 to promote. In order to increase the exhaust air mass flow in the exhaust air path 112 of the first fuel cell stack 100, the speed of the air delivery and air compression system 113 of the first fuel cell stack 100 arranged in the intake air path 111 can be increased in a step S15. This is then done in step S16
Absperrventil 3 geöffnet, so dass Anodengas aus dem Anodenkreis 221 des weiteren Brennstoffzellenstapels 200 über die Verbindungsleitung 2 in den Abluftpfad 112 des ersten Brennstoffzellenstapels 100 strömt („AG“, siehe Figur 1) und der Anodenkreis 221 sich mit frischem Wasserstoff aus dem Tank 232 füllt. In Schritt S17 wird dann geprüft, ob der Anodenkreis 221 vollständig gespült bzw. neu befüllt ist. Falls „ja“, wird in Schritt S18 der Startprozess beendet. Shutoff valve 3 is opened, so that anode gas flows from the anode circuit 221 of the other fuel cell stack 200 via the connecting line 2 into the exhaust air path 112 of the first fuel cell stack 100 ("AG", see Figure 1) and the anode circuit 221 is filled with fresh hydrogen from the tank 232 . In step S17 it is then checked whether the anode circuit 221 has been completely flushed or refilled. If "yes", the start-up process is ended in step S18.
Das in den Abluftpfad 112 des ersten Brennstoffzellenstapels 100 eingeleitete Anodengas („AG“, siehe Figur 1) wird zusammen mit der dort vorhandenen Abluft („LA“, siehe Figur 1) über den Abluftpfad 112 aus dem Brennstoffzellensystem 1 entfernt. The anode gas ("AG", see FIG. 1) introduced into the exhaust air path 112 of the first fuel cell stack 100 is removed from the fuel cell system 1 via the exhaust air path 112 together with the exhaust air ("LA", see FIG. 1) present there.

Claims

- 9 - Ansprüche - 9 - Claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1) mit mehreren Brennstoffzellenstapeln (100, 200), die jeweils eine Kathode (110, 210) und eine Anode (120, 220) aufweisen, wobei den Kathoden (110, 210) jeweils über einen Zuluftpfad (111, 211) Luft zugeführt wird und aus den Brennstoffzellenstapeln (100, 200) austretende Abluft jeweils über einen Abluftpfad (112, 212) abgeführt wird, und wobei die Anoden (120, 220) jeweils über einen Anodenkreis (121, 221) mit Wasserstoff versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine zuvor inertisierte Anode (220) zumindest eines Brennstoffzellenstapels (200) beim Starten mit Wasserstoff befüllt wird, wobei im Anodenkreis (221) vorhandenes, überwiegend inertes Anodengas über eine Verbindungsleitung (2) mit integriertem Absperrventil (3), die den Anodenkreis (221) mit einem Abluftpfad (112) eines weiteren Brennstoffzellenstapels (100) verbindet, aus dem Anodenkreis (221) entfernt und in den Abluftpfad (112) des weiteren Brennstoffzellenstapels (100) eingeleitet wird. 1. A method for operating a fuel cell system (1) with a plurality of fuel cell stacks (100, 200), each having a cathode (110, 210) and an anode (120, 220), the cathodes (110, 210) each having a supply air path (111, 211) air is supplied and exhaust air exiting the fuel cell stacks (100, 200) is discharged via an exhaust air path (112, 212), and wherein the anodes (120, 220) each have an anode circuit (121, 221). are supplied with hydrogen, characterized in that a previously inerted anode (220) of at least one fuel cell stack (200) is filled with hydrogen when it is started, the predominantly inert anode gas present in the anode circuit (221) being discharged via a connecting line (2) with an integrated shut-off valve (3rd ) which connects the anode circuit (221) to an exhaust air path (112) of a further fuel cell stack (100), is removed from the anode circuit (221) and introduced into the exhaust air path (112) of the further fuel cell stack (100).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (220) zumindest eines Brennstoffzellenstapels (200) vor dem Befüllen mit Wasserstoff mit Hilfe der Abluft eines anderen Brennstoffzellenstapels (100) inertisiert wird, der hierzu gestartet oder weiter betrieben wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the anode (220) of at least one fuel cell stack (200) is rendered inert prior to being filled with hydrogen using the exhaust air from another fuel cell stack (100) which is started or continues to be operated for this purpose.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (210) zumindest eines Brennstoffzellenstapels (200) vor dem Befüllen mit Wasserstoff mit Hilfe der Abluft eines anderen Brennstoffzellenstapels (100) inertisiert wird, der hierzu gestartet oder weiter betrieben wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the cathode (210) of at least one fuel cell stack (200) is rendered inert before being filled with hydrogen using the exhaust air from another fuel cell stack (100) which is started for this purpose or is further operated.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Befüllen benötigte Wasserstoff einem Tank (232) entnommen und mit Hilfe eines Dosierventils (231) in den Anodenkreis (221) einer zu befüllenden Anode (220) eingebracht wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the hydrogen required for filling is taken from a tank (232) and introduced into the anode circuit (221) of an anode (220) to be filled with the aid of a metering valve (231).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Befüllens der Anode (220) mit Wasserstoff ein in den Anodenkreis (221) integriertes Purgeventil (222) und/oder Drainventil (228) geschlossen gehalten wird bzw. werden. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that while the anode (220) is being filled with hydrogen, a purge valve (222) and/or drain valve (228) integrated into the anode circuit (221) is or are kept closed.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Befüllens der Anode (220) mit Wasserstoff ein in den Anodenkreis (221) integriertes Gebläse (223) zur aktiven Zirkulation des im Anodenkreis (221) vorhandenen Anodengases eingeschaltet wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that during the filling of the anode (220) with hydrogen in the anode circuit (221) integrated fan (223) for active circulation of the anode circuit (221) present anode gas is switched on.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Befüllens der Anode (220) mit Wasserstoff der Luftmassenstrom im Zuluftpfad (111) des anderen Brennstoffzellenstapels (100) erhöht wird, so dass der Abluftmassenstrom im Abluftpfad (112) steigt. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the air mass flow in the supply air path (111) of the other fuel cell stack (100) is increased during the filling of the anode (220) with hydrogen, so that the exhaust air mass flow in the exhaust air path (112) increases.
8. Brennstoffzellensystem (1) mit mehreren Brennstoffzellenstapeln (100, 200), die jeweils eine Kathode (110, 210) und eine Anode (120, 220) aufweisen, wobei die Kathoden (110, 210) jeweils einlassseitig mit einem Zuluftpfad (111, 211) und auslassseitig mit einem Abluftpfad (112, 212) verbunden sind, und wobei die Anoden (120, 220) jeweils an einen Anodenkreis (121, 221) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenkreis (221) zumindest eines Brennstoffzellenstapels (200) über eine Verbindungsleitung (2) mit integriertem Absperrventil (3) mit dem Abluftpfad (112) eines weiteren Brennstoffzellenstapels (100) verbunden ist. 8. Fuel cell system (1) with a plurality of fuel cell stacks (100, 200), each having a cathode (110, 210) and an anode (120, 220), the cathodes (110, 210) each having an inlet air path (111, 211) and are connected to an exhaust air path (112, 212) on the outlet side, and the anodes (120, 220) are each connected to an anode circuit (121, 221), characterized in that the anode circuit (221) of at least one fuel cell stack (200 ) is connected via a connecting line (2) with an integrated shut-off valve (3) to the exhaust air path (112) of a further fuel cell stack (100).
PCT/EP2022/084342 2021-12-20 2022-12-05 Method for operating a fuel cell system, and fuel cell system WO2023117382A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021214693.7A DE102021214693A1 (en) 2021-12-20 2021-12-20 Method for operating a fuel cell system, fuel cell system
DE102021214693.7 2021-12-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023117382A1 true WO2023117382A1 (en) 2023-06-29

Family

ID=84688526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/084342 WO2023117382A1 (en) 2021-12-20 2022-12-05 Method for operating a fuel cell system, and fuel cell system

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021214693A1 (en)
WO (1) WO2023117382A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022211864A1 (en) 2022-11-09 2024-05-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method for operating a fuel cell system, control unit

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060088743A1 (en) * 2004-10-20 2006-04-27 Gallagher Emerson R Fuel cell system method and apparatus
DE102008006729A1 (en) * 2007-01-31 2008-08-28 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Strategies for reducing cell degradation during turn-on and turn-off with H2 / N2 storage
DE102008033472A1 (en) * 2007-07-19 2009-02-05 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Bidirectional water separator
DE102013203310A1 (en) * 2013-02-27 2014-08-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for operating a fuel cell
EP2816648A1 (en) * 2013-06-20 2014-12-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Fuel cell system and method for operating a fuel cell system
DE102014007013A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Daimler Ag Process for heating a catalyst
EP3902043A1 (en) * 2020-04-22 2021-10-27 AVL List GmbH Distribution device for collecting and distributing product water

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060088743A1 (en) * 2004-10-20 2006-04-27 Gallagher Emerson R Fuel cell system method and apparatus
DE102008006729A1 (en) * 2007-01-31 2008-08-28 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Strategies for reducing cell degradation during turn-on and turn-off with H2 / N2 storage
DE102008033472A1 (en) * 2007-07-19 2009-02-05 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Bidirectional water separator
DE102013203310A1 (en) * 2013-02-27 2014-08-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for operating a fuel cell
EP2816648A1 (en) * 2013-06-20 2014-12-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Fuel cell system and method for operating a fuel cell system
DE102014007013A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Daimler Ag Process for heating a catalyst
EP3902043A1 (en) * 2020-04-22 2021-10-27 AVL List GmbH Distribution device for collecting and distributing product water

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022211864A1 (en) 2022-11-09 2024-05-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method for operating a fuel cell system, control unit

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021214693A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005013519B4 (en) Non-flammable exhaust gas release for hydrogen powered fuel cells and method for venting anode exhaust gas
DE112004002279T5 (en) Fuel cell system and method for starting the same
DE10393774T5 (en) A method of shutting down a fuel cell system using an air purge
DE102017219141A1 (en) Operation control method of a fuel cell system
DE102008047393A1 (en) Method for fast and reliable starting of fuel cell systems
WO2021058327A1 (en) Method for optimizing a deactivation procedure of a fuel cell system
WO2023117382A1 (en) Method for operating a fuel cell system, and fuel cell system
DE102012218555A1 (en) FUEL CELL SYSTEM AND STOP METHOD THEREOF
DE102014005127A1 (en) The fuel cell system
WO2023117384A2 (en) Method for operating a fuel cell system, and fuel cell system
DE102021214687A1 (en) Method for operating a fuel cell system, fuel cell system
WO2023194238A1 (en) Method for operating a fuel cell system
DE102019209767A1 (en) Method for parking a fuel cell device, fuel cell device and motor vehicle
DE102015205508A1 (en) Method for starting a fuel cell system
DE102022210745A1 (en) Method for operating a fuel cell system, fuel cell system
DE102022208818A1 (en) Method for operating a fuel cell system, fuel cell system
DE102022211864A1 (en) Method for operating a fuel cell system, control unit
WO2024104912A1 (en) Method for inerting a cathode and an anode of a fuel cell stack, control device
DE102022212446A1 (en) Method for inerting a cathode and an anode of a fuel cell stack, control device
WO2023232588A1 (en) Method for operating a fuel cell system, and control device
DE102020128127A1 (en) Method for operating a fuel cell system and fuel cell system
DE102022212150A1 (en) Method for drying a fuel cell system
DE102019128425A1 (en) Method for operating a fuel cell device, fuel cell device and motor vehicle with a fuel cell device '
WO2024110460A2 (en) Method for inerting a cathode and an anode of a fuel cell stack, control device
WO2023117383A2 (en) Method for operating a fuel cell system, and fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22830710

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1