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DE102020115663A1 - Brennstoffzellensystem mit einem zentralen Luftvorhalte-, Regulierungs- und Zufuhrsystem sowie Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem - Google Patents

Brennstoffzellensystem mit einem zentralen Luftvorhalte-, Regulierungs- und Zufuhrsystem sowie Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem Download PDF

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DE102020115663A1
DE102020115663A1 DE102020115663.4A DE102020115663A DE102020115663A1 DE 102020115663 A1 DE102020115663 A1 DE 102020115663A1 DE 102020115663 A DE102020115663 A DE 102020115663A DE 102020115663 A1 DE102020115663 A1 DE 102020115663A1
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Audi AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem wenigstens einen Anodenraum und wenigstens einen Kathodenraum um-fassenden Brennstoffzellenstapel (11), wobei der Anodenraum mit einer Brennstoffversorgung strömungsmechanisch verbunden und durch wenigstens eine Membran von dem Kathodenraum getrennt ist, mit einem Druckgasspeicher (27) zur zumindest zeitweisen Kathodenversorgung des Brennstoffzellenstapels (2) mit Luft, mit einem stromauf des Druckgasspeichers (27) einzig vorhandenen Verdichter (17), der eingerichtet ist, Umgebungsluft anzusaugen und eingangsseitig in den Druckgasspeicher (27) zu fördern, und mit einem ausgangsseitig an den Druckgasspeicher (27) angeschlossenen Leitungssystem, das eingerichtet ist, die Luft aus dem Druckgasspeicher (27) selektiv oder anteilig an unterschiedliche Konstituenten des Brennstoffzellensystems (1) oder des Kraftfahrzeugs abzugeben. Das Leitungssystem ist eingerichtet, die im Druckgasspeicher (27) zumindest zeitweise gespeicherte Luft selektiv oder anteilig sowohl an die Brennstoffversorgung des Brennstoffzellenstapels (11) als auch an die Kathodenversorgung des Brennstoffzellenstapels (11) abzugeben. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahrzeug mit einem zentralen Luftvorhalte-, Regulierungs- und Zufuhrsystem. Das Brennstoffzellensystem umfasst wenigstens einen Anodenraum und wenigstens einen Kathodenraum aufweisenden Brennstoffzellenstapel, wobei der Anodenraum mit einer Brennstoffversorgung strömungsmechanisch verbunden und durch wenigstens eine Membran von dem Kathodenraum getrennt ist. Ferner ist ein Druckgasspeicher vorhanden zur zumindest zeitweisen Kathodenversorgung des Brennstoffzellenstapels mit Luft, mit einem stromauf des Druckgasspeichers einzig vorhandenen Verdichter, der eingerichtet ist, Umgebungsluft anzusaugen und eingangsseitig in den Druckgasspeicher zu fördern. Ausgangsseitig ist an den Druckgasspeicher ein Leitungssystem angeschlossen, das eingerichtet ist, die Luft aus dem Druckgasspeicher selektiv oder anteilig an unterschiedliche Konstituenten des Brennstoffzellensystems oder des Kraftfahrzeugs abzugeben. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem.
  • Ein Brennstoffzellensystem dient zur Erzeugung elektrischer Energie durch die Reaktion eines Brennstoffes, insbesondere Wasserstoff, mit Sauerstoff unter Nutzung der Membran-Elektroden-Einheit, die eine protonleitende Membran aufweist, auf der einerseits eine Anodenelektrode und andererseits eine Kathodenelektrode angeordnet ist. Zur Erhöhung der bereitgestellten elektrischen Energie werden in der Regel mehrere Membran-Elektroden-Einheiten zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengefasst. Beim Betrieb des Brennstoffzellensystems ist darauf zu achten, dass eine für die bereitgestellte Menge des Wasserstoffs ausreichende Menge von Sauerstoff bereitgestellt wird. Um dies sicherzustellen, ist wird ein Verdichter eingesetzt.
  • Ein Kraftfahrzeug und auch das Brennstoffzellensystem können weitere Subsysteme umfassen, die mit verdichteter Luft betrieben oder versorgt werden. Häufig wird dabei jedem Subsystem ein eigenständiger Luftverdichter zugeordnet, was die Bauteilkomplexität in einem Kraftfahrzeug drastisch erhöht.
  • Aus der CN 107 310 343 A ist es bekannt, die von einem einzigen Verdichter geförderte und komprimierte Luft an den Brennstoffzellenstapel, an ein Bremssystem und an einen Wärmetauscher zu verteilen.
  • Aus der CN 105 720 284 A ist ein Luftspeichertank bekannt, der das Bremssystem und den Brennstoffzellenstapel mit Druckluft versorgt.
  • Aus der den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildenden JP 2004 112 921 A ist ein schienengebundenes Brennstoffzellenfahrzeug bekannt, das einen einzigen Verdichter einsetzt, um einen Druckgasspeicher mit komprimierter Luft zu befüllen, wobei der Druckgasspeicher ausgangsseitig an ein Leitungssystem angeschlossen ist um wahlweise die Brennstoffzelle oder die Bremsanlage oder eine Türöffnungseinheit mit der komprimierten Luft aus dem Druckgasspeicher zu versorgen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem anzugeben, das besser an die äußeren Bedingungen beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug angepasst ist und eine reduzierte Bauteilkomplexität aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem zeichnet sich insbesondere dadurch aus, das das Leitungssystem eingerichtet ist, die im Druckgasspeicher zumindest zeitweise gespeicherte Luft selektiv oder anteilig sowohl an die Brennstoffversorgung des Brennstoffzellenstapels als auch an die Kathodenversorgung des Brennstoffzellenstapels abzugeben.
  • Damit ist es möglich, dass die im Druckgasspeicher komprimiert gespeicherte Luft für den Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems und die damit einhergehende Versorgung der Kathoden einsetzbar ist. Die im Druckgasspeicher komprimiert gespeicherte Luft kann aber auch - beispielsweise in einer Abschaltprozedur - dazu genutzt werden, um die Anoden trocken zu spülen, so dass die Gefahr von Eisbildung unter Frostbedingungen reduziert ist.
  • Vorzugsweise ist aber das Leitungssystem außerdem eingerichtet, wenigstens eine zusätzliche Komponente des Brennstoffzellensystems und/oder des Kraftfahrzeugs ebenfalls mit der Luft aus dem Druckgasspeicher zu versorgen. Auf diese Weise kann die Anzahl an Bauteilen weiter reduziert werden; lediglich eine weitere Leitung ist vorzusehen, wobei auf den Einsatz zusätzlicher Luftfördergeräte verzichtet werden kann.
  • Es ist bevorzugt, dass die zusätzliche Komponente ein Luftfahrwerk des Kraftfahrzeugs ist. Hier ist üblicherweise jedem der Räder des Kraftfahrzeugs ein eigener Balg zugeordnet, wobei der durch den Balg bereitgestellte Federweg durch den im Balg herrschenden Luftdruck vorgegeben ist.
  • Für eine betriebssichere Versorgung ist es sinnvoll, wenn das Leitungssystem wenigstens zwei Leitungen umfasst, wovon eine erste Leitung mit den Kathodenräumen des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, und wovon eine zweite Leitung mit den Anodenräumen des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, und wenn in jeder der Leitungen ein Druckregelventil eingebunden ist, das mittels eines Steuergeräts separat ansteuerbar oder separat regelbar ist. Es ist auch möglich, dass sich die beiden Leitungen von einer an einem Ausgang des Druckgasspeichers angeschlossenen Auslassleitung verzweigen.
  • Um ein Subsystem in Form eines Luftfahrwerks mit der Druckluft aus dem Druckgasspeicher zuverlässig versorgen zu können, ist es sinnvoll, wenn wenigstens eine mit einem Druckregelventil versehene dritte Leitung vorhanden ist, die strömungsmechanisch in einem Luftfederbalg oder in mehrere Luftfederbalge eines Luftfahrwerks des Kraftfahrzeugs mündet.
  • Das Steuergerät ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass die Druckregelventile betriebspunktabhängig dazu veranlasst werden, zu öffnen, teilzuöffnen oder zu schließen. Das bedeutet, dass jedes Druckregelventil einzeln vom Steuergerät ansteuerbar oder regelbar ist, wobei der jeweilige Öffnungsgrad der Ventil in Abhängigkeit der Betriebsweise oder in Abhängigkeit des Lastpunkts eingestellt wird.
  • Es ist für eine zuverlässige Kommunikation von Vorteil, wenn das Steuergerät in ein Fahrzeug-BUS-System eingebunden ist, und wenn jedes der Druckregelventile vom Steuergerät über das Fahrzeug-BUS-System ansteuerbar oder regelbar ist.
  • In diesem Zuge ist es auch von Vorteil, wenn der einzig vorhandene Verdichter durch das Steuergerät ebenfalls ansteuerbar oder durch dieses regelbar ist, und wenn das Steuergerät eingerichtet ist, den Verdichter in Abhängigkeit des Luftdrucks innerhalb des Druckgasspeichers oder in Abhängigkeit des Füllgrads des Druckgasspeichers zu veranlassen, Umgebungsluft in den Druckgasspeicher zu fördern, um diesen wieder hinreichend zu füllen.
  • Es ist auch sinnvoll, wenn das Steuergerät eingerichtet ist, den Verdichter zusätzlich betriebspunktabhängig zu veranlassen, Umgebungsluft in den Druckgasspeicher zu fördern, denn bei höheren Lastpunkten (Autobahnfahrt/Bergfahrt) wird der Bedarf an komprimierter Luft höher sein, als bei einem niedrigen Lastpunkt (Stadtfahrt).
  • Die erfindungsgemäßen Vorteile und vorteilhaften Wirkungen des Brennstoffzellensystems verwirklichen sich auch beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug, so dass diese für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug in gleichem Maße gelten.
  • Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in der Figur nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
    • 1 eine stark schematische Illustration eines Kraftfahrzeugs mit Luftfahrwerk und einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem.
  • In 1 ist - stark schematisiert - ein über eine Kommunikationsverbindung mit einem nicht näher dargestellten Fahrzeugsteuergerät verbundenes Steuergerät 25 eines Brennstoffzellensystems 1 gezeigt. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 11, der eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Brennstoffzellen 2 aufweist. Die Reihenschaltung der Brennstoffzellen 2 ist in der 1 nur schematisch angedeutet. Das Brennstoffzellensystem 1 und das Fahrzeugsteuergerät sind Teile eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs.
  • Jede der Brennstoffzellen 2 umfasst eine Anode und eine Kathode sowie eine die Anode von der Kathode trennende ionenleitfähige, insbesondere protonenleitfähige Membran. Die Membran ist aus einem lonomer, vorzugsweise einem sulfonierten Tetrafluorethylen-Polymer (PTFE) oder einem Polymer der perfluorierten Sulfonsäure (PFSA) gebildet. Alternativ kann die Membran als eine Hydrocarbon-Membran gebildet sein.
  • Den Anoden und/oder den Kathoden kann zusätzlich ein Katalysator beigemischt sein, wobei die Membranen vorzugsweise auf ihrer ersten Seite und/oder auf ihrer zweiten Seite mit einer Katalysatorschicht aus einem Edelmetall oder aus Gemischen umfassend Edelmetalle wie Platin, Palladium, Ruthenium oder dergleichen beschichtet sind, die als Reaktionsbeschleuniger bei der Reaktion der jeweiligen Brennstoffzelle 2 dienen.
  • Über Anodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 11 wird den Anoden Brennstoff (z.B. Wasserstoff) zugeführt. In einer Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle) werden an der Anode Brennstoff oder Brennstoffmoleküle in Protonen und Elektronen aufgespaltet. Die Membran lässt die Protonen (z.B. H+) hindurch, ist aber undurchlässig für die Elektronen (e-). An der Anode erfolgt dabei die folgende Reaktion: 2H2 → 4H+ + 4e- (Oxidation/Elektronenabgabe). Während die Protonen durch die Membran zur Kathode hindurchtreten, werden die Elektronen über einen externen Stromkreis an die Kathode oder an einen Energiespeicher geleitet.
  • Über Kathodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 11 kann den Kathoden Kathodengas (z.B. Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft) zugeführt werden, so dass kathodenseitig die folgende Reaktion stattfindet: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (Reduktion/Elektronenaufnahme).
  • Die Anodenräume sind vorliegend über eine Anodenzufuhrleitung 12 mit einem den Brennstoff bereitstellenden Brennstoffspeicher 13 verbunden. Über eine Anodenrezirkulationsleitung 14 kann an den Anoden nicht abreagierter Brennstoff den Anodenräumen erneut zugeführt werden. Hierbei ist der Anodenrezirkulationsleitung 14 ein Rezirkulationsgebläse 6 zugeordnet bzw. fluidmechanisch in die Anodenrezirkulationsleitung 14 eingekoppelt, so dass diese zusammen mit einem Teil der Anodenzufuhrleitung 12 eine Anodenrezirkulation, mithin einen Anodenkreislauf bildet. Vorliegend ist in die Anodenrezirkulationsleitung 14 ein Wasserabscheider 4 eingebunden, in welchem anodenseitig anfallendes Wasser im Anodenkreislauf 3 gesammelt wird. Dieser Wasserabscheider 4 weist ein Abscheiderventil 5 auf, über welches überschüssiges Wasser aber auch Inertgase aus dem Anodenkreislauf ausgelassen werden können.
  • Zur Regelung der Zufuhr des Brennstoffes ist der Anodenzufuhrleitung 12 ein Brennstoffstellglied 15 zugeordnet bzw. in der Anodenzufuhrleitung 12 angeordnet. Dieses Brennstoffstellglied 15 ist vorzugsweise als ein Druckregelventil gebildet. Stromaufwärts des Druckregelventils ist ein Wärmetauscher 16 in Form eines Rekuperators zur (Vor-)Erwärmung oder Konditionierung des Brennstoffes angeordnet.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem der unnötig redundanten Luftversorgung unterschiedlicher Konstituenten des Kraftfahrzeugs und des Brennstoffzellensystems 1.
  • Luft- oder kathodenseitig ist zur Lösung dieses Problem ein einziger Verdichter 17 vorhanden, der vorliegend Umgebungsluft ansaugt und verdichtet. Die verdichtete Luft wird einem Druckgasspeicher 27 zugeführt und dort zumindest zeitweise gespeichert. Ausgangsseitig ist an den Druckgasspeicher 27 ein Leitungssystem angeschlossen, das eingerichtet ist, die Luft aus dem Druckgasspeicher 27 selektiv oder anteilig an unterschiedliche Konstituenten des Brennstoffzellensystems 1 oder des Kraftfahrzeugs abzugeben.
  • Rein exemplarisch umfasst das Leitungssystem vorliegend eine zu den Kathodenräumen führende erste Leitung 18, eine zu den Anodenräume führende zweite Leitung 30 sowie eine zu einem Luftfahrwerk 24 führende dritte Leitung 31, wobei weitere Leitungen vorhanden sein können, um weitere Subsysteme mit der Druckluft aus dem Druckgasspeicher 27 zu versorgen.
  • In jede der Leitungen 18, 30, 31 ist ein Druckregelventil 8 eingebunden, das geschlossen, geöffnet oder teilgeöffnet werden kann. Die Teilöffnung ist dabei gestuft oder stufenlos möglich. Die Druckregelventile 8 werden von dem Steuergerät 25 separat angesteuert oder geregelt, was durch die strichliert dargestellten Kommunikationsverbindungen verdeutlicht werden soll. Die Kommunikation erfolgt dabei vorzugsweise über das Fahrzeug-BUS-System. Außerdem ist eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Steuergerät 25 und dem Verdichter 17 vorhanden, so dass auch der Verdichter 17 vom Steuergerät 25 angesteuert oder geregelt werden kann. Auf die Darstellung weiterer Kommunikationsverbindungen wurde zugunsten der Übersichtlichkeit verzichtet, sie sind aber vorhanden. Beispielsweise kann dem Steuergerät eine Mehrzahl an Sensordaten bereitgestellt sein, die die Einzelzellspannung der Brennstoffzellen 2, den Druck in dem Druckgasspeicher 27, den Druck in den Leitungen 18, 30, 31 oder auch Drehzahldaten von Gebläsen 6, Pumpen 28 oder dergleichen betreffen. Das Steuergerät 25 kann über das BUS-System auch mit anderen im Kraftfahrzeug verbauten Steuergeräten kommunizieren.
  • Zur Versorgung der Kathodenräume mit Druckluft: Hierfür wird das in der Leitung 18 befindliche Druckregelventil 8 geöffnet und weil sich aufgrund der Verdichtung die Temperatur des angesaugten Kathodengases oder der Druckluft erhöht, wird es vor der Zufuhr an den Brennstoffzellenstapel 11 über die Verdichterleitung 18 zunächst an einen Ladeluftkühler 19 geleitet, um es wieder auf eine gewünschte Temperatur herunter zu kühlen. Ausgehend vom Ladeluftkühler 19 wird das angesaugte, komprimierte Kathodengas einem Befeuchter 20 zugeleitet. Im Befeuchter 20 wird das trockene Kathodengas mit der Feuchtigkeit des Kathodenabgases, welches über eine Kathodenabgasleitung 21 dem Befeuchter 20 zugeführt wird, vermischt und damit ebenfalls befeuchtet, bevor es über die Kathodenzufuhrleitung 9 den Kathodenräumen des Brennstoffzellenstapels 11 zugeführt wird. Außerdem ist der Befeuchter 20 mit einer Abgasleitung 22 verbunden, über welche das verbleibende Kathodenabgas aus dem Brennstoffzellensystem 1 ausgeleitet wird. Gleichzeitig können aber auch die in die Leitungen 30 und 31 eingebundenen Ventile 8 zumindest teilweise geöffnet sein, um eine Anodentrocknung oder eine Druckluftregulierung des Fahrwerks durchzuführen.
  • Zur Versorgung der Anodenräume mit Druckluft während einer Abschaltprozedur: Wird das Brennstoffzellensystem 1 des Kraftfahrzeugs abgestellt, so werden insbesondere bei Frostbedingungen oder zu erwartenden Frostbedingungen die Anoden von der Druckluft freigeblasen, so dass eine Eisbildung in den Kanälen auf Anodenseite verhindert ist. Eine solche Eisbildung führte zu einer Verblockung einer oder mehrerer Kanäle und kann eine anodenseitige Unterversorgung mit Brennstoff zur Folge haben, die sich im schlimmsten Falle in einer Zellumkehr widerspiegelt. Hierzu wird das in der Leitung 30 eingebundene Druckregelventil 8 geöffnet. Gleichzeitig können aber auch die in die Leitungen 18 und 31 eingebundenen Ventile 8 zumindest teilweise geöffnet sein, um eine Kathodenversorgung oder eine Druckluftregulierung des Fahrwerks durchzuführen.
  • Zur Versorgung des Luftfahrwerks 24 mit Druckluft: Um die lediglich schematisch dargestellten Balge des Luftfahrwerks 24 mit Druckluft aus dem Druckgasspeicher 27 zu versorgen, wird das in die Leitung 31 eingebundene Druckregelventil 8 geöffnet. Gleichzeitig können aber auch die in die Leitungen 18 und 30 eingebundenen Ventile 8 zumindest teilweise geöffnet sein, um eine Kathodenversorgung oder eine Anodentrocknung durchzuführen.
  • Wie bereits erwähnt wurde, ist der einzig vorhandene Verdichter 17 durch das Steuergerät 25 ansteuerbar oder regelbar ist, wobei vorliegend das Steuergerät 25 außerdem eingerichtet ist, den Verdichter 17 in Abhängigkeit des Luftdrucks innerhalb des Druckgasspeichers 27 zu veranlassen, Umgebungsluft in den Druckgasspeicher 27 zu fördern. Zusätzlich ist das Steuergerät 25 eingerichtet, den Verdichter 17 betriebspunktabhängig zu veranlassen, Umgebungsluft in den Druckgasspeicher 27 zu fördern.
  • Auch die Betätigung der Ventile 8 in den Leitungen 18, 30, 31 erfolgt in Abhängigkeit der vom Brennstoffzellensystem 1 oder dem Kraftfahrzeug geforderten Leistung; mithin also betriebspunktabhängig.
  • Die Erfindung zeichnet sich durch den Einsatz des Druckgasspeichers 27 und dem einzigen Verdichter 17 durch eine geringere Bauteilanzahl und eine geringere Bauteilkomplexität aus. Der in einem Kraftfahrzeug ohnehin nur sehr begrenzt verfügbare Bauraum kann dabei deutlich eingespart werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzellensystem
    2
    Brennstoffzelle
    3
    Anodenkreislauf
    4
    Wasserabscheider
    5
    Abscheiderventil
    6
    Rezirkulationsgebläse
    7
    Kühlmittelleitung
    8
    Druckregelventil
    9
    Kathodenzufuhrleitung (zu Kathodenraum)
    10
    Kühlmittelkreislauf
    11
    Brennstoffzellenstapel
    12
    Anodenzufuhrleitung
    13
    Brennstoffspeicher
    14
    Anodenrezirkulationsleitung
    15
    Brennstoffstellglied
    16
    Wärmetauscher
    17
    Verdichter
    18
    Verdichterleitung
    19
    Ladeluftkühler
    20
    Befeuchter
    21
    Kathodenabgasleitung
    22
    Abgasleitung
    23
    Thermostatventil
    24
    Luftfahrwerk
    25
    Steuergerät
    26
    Bypass
    27
    Druckgasspeicher
    28
    Kühlmittelpumpe
    29
    Hauptwasserkühler
    30
    Leitung (zu Anodenraum)
    31
    Leitung (zu Luftfahrwerk)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • CN 107310343 A [0004]
    • CN 105720284 A [0005]
    • JP 2004112921 A [0006]

Claims (10)

  1. Brennstoffzellensystem (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem wenigstens einen Anodenraum und wenigstens einen Kathodenraum umfassenden Brennstoffzellenstapel (11), wobei der Anodenraum mit einer Brennstoffversorgung strömungsmechanisch verbunden und durch wenigstens eine Membran von dem Kathodenraum getrennt ist, mit einem Druckgasspeicher (27) zur zumindest zeitweisen Kathodenversorgung des Brennstoffzellenstapels (2) mit Luft, mit einem stromauf des Druckgasspeichers (27) einzig vorhandenen Verdichter (17), der eingerichtet ist, Umgebungsluft anzusaugen und eingangsseitig in den Druckgasspeicher (27) zu fördern, und mit einem ausgangsseitig an den Druckgasspeicher (27) angeschlossenen Leitungssystem, das eingerichtet ist, die Luft aus dem Druckgasspeicher (27) selektiv oder anteilig an unterschiedliche Konstituenten des Brennstoffzellensystems (1) oder des Kraftfahrzeugs abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungssystem eingerichtet ist, die im Druckgasspeicher (27) zumindest zeitweise gespeicherte Luft selektiv oder anteilig sowohl an die Brennstoffversorgung des Brennstoffzellenstapels (11) als auch an die Kathodenversorgung des Brennstoffzellenstapels (11) abzugeben.
  2. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungssystem eingerichtet ist, wenigstens eine zusätzliche Komponente ebenfalls mit der Luft aus dem Druckgasspeicher (27) zu versorgen.
  3. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Komponente ein Luftfahrwerk (24) des Kraftfahrzeugs ist.
  4. Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungssystem wenigstens zwei Leitungen (18, 30) umfasst, wovon eine erste Leitung (18) mit den Kathodenräumen des Brennstoffzellenstapels (2) verbunden ist, und wovon eine zweite Leitung (30) mit den Anodenräumen des Brennstoffzellenstapels (2) verbunden ist, und dass in jeder der Leitungen ein Druckregelventil (8) eingebunden ist, das mittels eines Steuergeräts (25) separat ansteuerbar oder separat regelbar ist.
  5. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine mit einem Druckregelventil (8) versehene dritte Leitung (31) vorhanden ist, die strömungsmechanisch in einem Luftfederbalg oder in mehrere Luftfederbalge eines Luftfahrwerks (24) des Kraftfahrzeugs mündet.
  6. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (25) eingerichtet ist, die Druckregelventile (8) betriebspunktabhängig zu veranlassen, zu öffnen, teilzuöffnen oder zu schließen.
  7. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (25) in ein Fahrzeug-BUS-System eingebunden ist, und dass jedes der Druckregelventile (8) vom Steuergerät (25) über das Fahrzeug-BUS-System ansteuerbar oder regelbar ist.
  8. Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der einzig vorhandene Verdichter (17) durch das Steuergerät (25) ansteuerbar oder regelbar ist, und dass das Steuergerät (25) eingerichtet ist, den Verdichter (17) in Abhängigkeit des Luftdrucks innerhalb des Druckgasspeichers (27) zu veranlassen, Umgebungsluft in den Druckgasspeicher (27) zu fördern.
  9. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (25) eingerichtet ist, den Verdichter (17) zusätzlich betriebspunktabhängig zu veranlassen, Umgebungsluft in den Druckgasspeicher (27) zu fördern.
  10. Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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