DE10334843A1 - Fuel cell operating medium management in which loads in conveying arrangements in supply and discharge lines are varied during flow reversal periods - Google Patents

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Abstract

Medium management for a fuel cell in which at least a supply line (15) and a discharge line (16) of the medium transport system are provided with conveying arrangements (21, 22) which can be operated with varying load. During at least a changeover period in which the flow direction (M1, M2) of the medium flow is reversed, the conveying arrangements are operated with a changeover load, which is different to their load during normal operation. An independent claim is also included for: a corresponding fuel cell system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Mediummanagement innerhalb wenigstens einer Brennstoffzelle gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiterhin ist die Erfindung gerichtet auf ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 17.The The present invention initially relates to a method for media management within at least one fuel cell according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention is directed to a fuel cell system according to the generic term of claim 17.

Brennstoffzellensysteme sind bereits seit langem bekannt und haben in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen. Ähnlich wie Batteriesysteme erzeugen Brennstoffzellen elektrische Energie auf chemischem Wege, wobei die einzelnen Reaktanten kontinuierlich zugeführt und die Reaktionsprodukte kontinuierlich abgeführt werden.Fuel cell systems have been known for a long time and have been in recent years gained considerable importance. Similar to battery systems fuel cells produce electrical energy by chemical means, wherein the individual reactants are fed continuously and the reaction products are continuously removed.

Bei einer Brennstoffzelle werden die zwischen elektrisch neutralen Molekülen oder Atomen ablaufenden Oxidations- und Reduktionsprozesse in der Regel über einen Elektrolyten räumlich getrennt. Eine Brennstoffzelle besteht grundsätzlich aus einem Anodenteil, an den ein Brennstoff zugeführt wird. Weiterhin weist die Brennstoffzelle einen Kathodenteil auf, an dem ein Oxidationsmittel zugeführt wird. Räumlich getrennt sind der Anoden- und Kathodenteil durch den Elektrolyten. Bei einem derartigen Elektrolyten kann es sich beispielsweise um eine Membran handeln. Solche Membranen haben die Fähigkeit, Ionen durchzuleiten, Gase jedoch zurückzuhalten. Die bei der Oxidation abgegebenen Elektronen lassen sich als elektrischer Strom durch einen Verbraucher leiten.at a fuel cell, those between electrically neutral molecules or Atoms proceeding oxidation and reduction processes usually via a Electrolytes spatially separated. A fuel cell basically consists of an anode part, supplied to the one fuel becomes. Furthermore, the fuel cell has a cathode part, to which an oxidizing agent is supplied. Spatially separated are the anode and cathode part through the electrolyte. In such an electrolyte it may, for example, be a membrane. Such membranes have the ability Passing ions through but retaining gases. The case of oxidation emitted electrons can be passed through as electric current lead a consumer.

Als gasförmige Reaktionspartner für die Brennstoffzelle können beispielsweise Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet werden.When gaseous Reaction partner for the fuel cell can For example, hydrogen is used as fuel and oxygen as the oxidant become.

Will man die Brennstoffzelle mit einem leicht verfügbaren oder leichter zu speichernden Brennstoff wie etwa Erdgas, Methanol, Benzin, Diesel oder anderen Kohlenwasserstoffen betreiben, muss man den Kohlenwasserstoff in einer Vorrichtung zum Erzeugen/Aufbereiten eines Brennstoffs in einem sogenannten Reformierungsprozess zunächst in ein wasserstoffreiches Gas umwandeln. Diese Vorrichtung zum Erzeugen/Aufbereiten eines Brennstoffs besteht beispielsweise aus einer Dosiereinheit mit Verdampfer, einem Reaktor für die Reformierung, beispielsweise für die Wasserdampfreformierung, einer Gasreinigung sowie häufig auch wenigstens einem katalytischen Brenner zur Bereitstellung der Prozesswärme für die endothermen Prozesse, beispielsweise den Reformierungsprozess.Want to make the fuel cell with an easily available or easier to store Fuel such as natural gas, methanol, gasoline, diesel or other Operate hydrocarbons, you have the hydrocarbon in a device for producing / processing a fuel in a so-called reforming process first in a hydrogen-rich Convert gas. This device for generating / processing a For example, fuel consists of a dosing unit with evaporator, a reactor for the reforming, for example for steam reforming, a gas cleaning as well as frequent also at least one catalytic burner for providing the process heat for the endothermic processes, such as the reforming process.

Ein Brennstoffzellensystem besteht in der Regel aus mehreren Brennstoffzellen, die beispielsweise wiederum aus einzelnen Schichten gebildet sein können. Die Brennstoffzellen sind vorzugsweise hintereinander angeordnet, beispielsweise sandwichartig übereinander gestapelt. Ein derart ausgebildetes Brennstoffzellensystem wird dann als Brennstoffzellenstapel beziehungsweise Brennstoffzellenstack bezeichnet.One Fuel cell system usually consists of several fuel cells, in turn, for example, be formed of individual layers can. The fuel cells are preferably arranged one behind the other, for example, sandwiched over one another stacked. Such a trained fuel cell system is then as a fuel cell stack or fuel cell stack designated.

Während des Betriebs der Brennstoffzelle entsteht in dieser neben Strom und Wärme auch Wasser, das abgeführt werden muss. Würde das während des Brennstoffzellenbetriebs entstehende Prozesswasser nicht aus der Brennstoffzelle abgeführt, würde die Brennstoffzelle überflutet und damit ihre Leistungsfähigkeit zumindest stark reduziert. Weiterhin ist es erforderlich, dass in der Brennstoffzelle während des Betriebs stets ein bestimmtes Maß an Feuchtigkeit vorherrscht. Ohne eine gewisse Feuchtigkeit würde beispielsweise der Elektrolyt der Brennstoffzelle austrocknen, was wiederum zu Leistungseinbußen oder gar Beschädigungen der Brennstoffzelle führen würde.During the Operation of the fuel cell arises in this in addition to electricity and Heat also water, that dissipated must become. Would that while of the fuel cell operation resulting process water is not enough discharged from the fuel cell, would the Fuel cell flooded and thus their efficiency at least greatly reduced. Furthermore, it is necessary that in the fuel cell during the operation always has a certain level of humidity prevailing. Without a certain amount of moisture would For example, the electrolyte of the fuel cell dry out, which again to performance losses or even damage lead the fuel cell would.

Im Normalbetrieb eines Brennstoffzellensystems wird ein der Brennstoffzelle zuzuführender Mediumstrom zunächst in einer Befeuchtungseinrichtung befeuchtet und über eine Zuleitung anschließend der Brennstoffzelle zugeführt. Nach dem Durchströmen der Brennstoffzelle wird der Mediumstrom über eine Ableitung abgeleitet. Während des Betriebs der Brennstoffzelle kann die Situation auftreten, dass die Feuchtigkeit innerhalb der Brennstoffzelle ungleichmäßig verteilt ist. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Brennstoffzelle im Eintrittsbereich relativ trocken ist, während sie im Austrittsbereich relativ feucht ist. Beide Zustände sind unerwünscht. Würde nun das Brennstoffzellensystem weiterhin im Normalbetrieb gefahren, würde sich an der Feuchtigkeitsdifferenz innerhalb der Brennstoffzelle nichts ändern. Vielmehr bestünde die Gefahr, dass sich diese beiden Extremzustände weiter vergrößern, was nachteilig für die Brennstoffzellen-Performance ist.in the Normal operation of a fuel cell system becomes one of the fuel cell be supplied Medium current first moistened in a humidifier and then connected via a supply line Fuel cell supplied. After flowing through the fuel cell, the medium flow is discharged via a derivative. While In the operation of the fuel cell, the situation may occur the moisture within the fuel cell is distributed unevenly is. For example, it is conceivable that the fuel cell in the entry area is relatively dry while in the exit area is relatively wet. Both states are undesirable. Would now the fuel cell system continues to run in normal operation, would become do not change the humidity difference inside the fuel cell. Much more would the danger that these two extremes will increase further, which disadvantageous for the fuel cell performance is.

Es besteht daher das Bedürfnis, dass Feuchtigkeitsmanagement für eine Brennstoffzelle beziehungsweise ein Brennstoffzellensystem derart zu gestalten, dass eine möglichst homogene Feuchtigkeitsverteilung in der/den Brennstoffzelle(n) realisierbar ist.It There is therefore a need that moisture management for a fuel cell or a fuel cell system to make such a way that as possible homogeneous moisture distribution in the / the fuel cell (s) feasible is.

Diesbezüglich ist aus der WO 99/28985 bereits ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Zuführen von Wasser an eine Ionen-Austausch-Membran innerhalb einer Brennstoffzelle bekannt, bei der ein auf dieses Bedürfnis gerichtetes Feuchtigkeitsmanagement realisiert ist. Um ein Austrocknen der Brennstoffzellenmembran im Eintrittsbereich der Brennstoffzelle sowie ein Fluten der Brennstoffzelle in deren Austrittsbereich zu vermeiden, ist bei dieser bekannten Lösung vorgesehen, dass die Durchströmrichtung eines die Brennstoffzelle durchströmenden Mediumstroms, insbesondere eines Oxidationsmittelstroms, unter Verwendung eines Kompressors periodisch umgekehrt wird.In this regard, WO 99/28985 already discloses a method and a device for supplying water to an ion exchange membrane within a fuel cell, in which a moisture management aimed at this need is realized. In order to avoid drying out of the fuel cell membrane in the inlet region of the fuel cell and flooding of the fuel cell in the outlet region, this is known solution provided that the flow direction of the fuel cell flowing through the medium flow, in particular an oxidant flow is periodically reversed using a compressor.

Nachteilig bei dieser bekannten Lösung ist jedoch, dass der Mediumstrom im Umschaltzeitpunkt beziehungsweise kurz danach kurzfristig zusammenbricht. Anschließend dauert es eine Weile, bis der Mediumstrom in der neuen Strömungsrichtung aufgebaut ist. Während dieses Umschaltzeitraums ist somit kein homogenes Feuchtigkeitsmanagement und keine ausreichende Brennstoff- beziehungsweise Oxidationsmittelversorgung gewährleistet, sodass während dieses Zeitraums auch keine konstante Performance der Brennstoffzelle sichergestellt ist.adversely in this known solution is, however, that the medium flow at the switching time or shortly thereafter collapses. Then it takes a while, until the medium flow is established in the new flow direction. While This switching period is thus not a homogeneous moisture management and no adequate fuel or Ensures oxidant supply, so while This period also no constant performance of the fuel cell is ensured.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, sodass die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden können. Weiterhin soll ein entsprechend verbessertes Brennstoffzellensystem bereitgestellt werden.outgoing of the cited prior art is the present invention the task is based on a method of the type mentioned in the beginning educate, so that the disadvantages described above avoided can be. Furthermore, a correspondingly improved fuel cell system to be provided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 17. Weitere Vorteile, Merkmale, Details, Aspekte und Effekte der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, und jeweils umgekehrt.These The object is achieved by a method with the features according to the independent claim 1 and by a fuel cell system having the features according to the independent claim 17. Other benefits, features, details, aspects and effects of Invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. There are features and details that are related with the method according to the invention are described, of course also in connection with the fuel cell system according to the invention, and in reverse, respectively.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Mediummanagement innerhalb wenigstens einer Brennstoffzelle bereitgestellt, wobei der wenigstens einen Brennstoffzelle über wenigstens eine Zuleitung wenigstens ein Mediumstrom zugeführt und über wenigstens eine Ableitung der wenigstens eine Mediumstrom abgeführt wird, wobei die Feuchtigkeit innerhalb der Brennstoffzelle(n) über den Mediumstrom beeinflusst wird und wobei die Strömungsrichtung des Mediumstroms durch die Brennstoffzelle(n) hindurch zumindest zeitweilig umgekehrt wird. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Zuleitung und/oder in wenigstens einer Ableitung ein Fördereinrichtungs-System mit wenigstens einer Fördereinrichtung vorgesehen ist, welches mit veränderlicher Last betrieben werden kann, dass das Fördereinrichtungs-System im Normalbetrieb mit einer ersten Last betrieben wird und dass zumindest in einem Umschaltzeitpunkt, in dem die Strömungsrichtung des Mediumstroms umgekehrt wird, das Fördereinrichtungs-System mit einer Umschaltlast betrieben wird, wobei die Umschaltlast unterschiedlich im Vergleich zur Last im Normalbetrieb ist.According to the first Aspect of the invention is a method for media management within provided at least one fuel cell, wherein the at least a fuel cell over at least one supply line supplied at least one medium flow and at least over a derivative which dissipates at least one medium stream, wherein the moisture within the fuel cell (s) over the Medium flow is influenced and wherein the flow direction of the medium flow at least temporarily reversed through the fuel cell (s) becomes. The method according to the invention is characterized in that in at least one supply line and / or in at least one derivative a conveyor system with at least one conveyor is provided, which with variable Load can be operated that the conveyor system in the Normal operation is operated with a first load and that at least in a switching time, in which the flow direction of the medium flow vice versa, the conveyor system is operated with a switching load, wherein the switching load different compared to the load in normal operation.

Vorteilhaft, jedoch nicht ausschließlich, kann die Umschaltlast größer als die Last im Normalbetrieb sein.Advantageous, but not exclusively, the switching load can be greater than be the load in normal operation.

Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf das Management bestimmter Medientypen innerhalb der wenigstens einen Brennstoffzelle beschränkt. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Feuchtigkeitsmanagement und/oder zum Brennstoffmanagement und/oder zum Oxidationsmittelmanagement innerhalb wenigstens einer Brennstoffzelle eingesetzt werden. Im weiteren Verlauf wird die Erfindung im wesentlichen anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem das Verfahren zum Feuchtigkeitsmanagement innerhalb wenigstens einer Brennstoffzelle eingesetzt wird, ohne dass die Erfindung auf dieses Beispiel beschränkt ist.Basically The invention does not focus on the management of certain types of media the limited at least one fuel cell. For example, that can inventive method for Moisture management and / or fuel management and / or for oxidant management within at least one fuel cell be used. In the further course of the invention is essentially based on an embodiment described in which the method of moisture management within at least one fuel cell is used without the Invention is limited to this example.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere ein homogenes Mediummanagement, insbesondere ein homogenes Feuchtigkeitsmanagement auch während des Umschaltens und des Richtungswechsels der Strömungsrichtung des Mediumstroms gewährleistet.By the inventive method is in particular a homogeneous medium management, in particular a homogeneous moisture management even during switching and Direction change of the flow direction ensured the medium flow.

Erfindungsgemäß ist zunächst vorgesehen, dass der Brennstoffzelle wenigstens ein Mediumstrom zugeführt wird. Dazu ist die Brennstoffzelle mit einer entsprechenden Zuleitung verbunden, über die der Mediumstrom der Brennstoffzelle zugeführt wird. Weiterhin verfügt die Brennstoffzelle über wenigstens eine Ableitung, über die dieser Mediumstrom nach seinem Aufenthalt in der Brennstoffzelle als Abluft-Mediumstrom von dieser abgeleitet wird.According to the invention, it is initially provided that the fuel cell is supplied at least one medium flow. This is the fuel cell with a corresponding supply line connected, over the medium flow of the fuel cell is supplied. Furthermore, the fuel cell has at least one Derivative, over this medium flow after his stay in the fuel cell is derived as exhaust air medium flow of this.

Beispielsweise kann es sich bei dem Mediumstrom um den Kathodengasstrom für die Brennstoffzelle handeln. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Oxidationsmittel wie Sauerstoff oder dergleichen handeln, der aus der Umgebungsluft entnommen werden kann. Ebenso ist es denkbar, dass der Mediumstrom als Anodengasstrom ausgebildet ist. In diesem Fall handelt es sich bei dem Mediumstrom beispielsweise um den Brennstoff für die Brennstoffzelle, etwa um ein wasserstoffreiches Gas oder dergleichen. Üblicherweise ist vorgesehen, dass der Brennstoffzelle zwei Mediumströme zugeführt werden, nämlich ein Anodengasstrom und ein Kathodengasstrom.For example For example, the medium flow may be the cathode gas flow for the fuel cell act. This may be, for example, an oxidizing agent such as oxygen or the like, from the ambient air can be removed. It is also conceivable that the medium flow is designed as an anode gas stream. In this case, it is in the medium flow, for example, the fuel for the fuel cell, about a hydrogen-rich gas or the like. Usually is provided that the fuel cell are supplied to two medium streams, namely an anode gas stream and a cathode gas stream.

Ein grundlegendes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass in wenigstens einer Zuleitung und/oder in wenigstens einer Ableitung ein Fördereinrichtungs-System mit wenigstens einer Fördereinrichtung vorgesehen ist, wobei dieses Fördereinrichtungs-System derart ausgebildet ist, dass es mit veränderlicher Last betrieben werden kann. Das bedeutet, dass die Leistung des Fördereinrichtungs-Systems und damit die von dem Fördereinrichtungs-System zu bewältigende Fördermenge variabel ist. Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Ausgestaltungsvarianten für das Fördereinrichtungs-System und die Fördereinrichtungen) beschränkt. Grundsätzlich ist vorgesehen, dass das Fördereinrichtungs-System aus wenigstens einer Fördereinrichtung besteht. In diesem Fall ist vorteilhaft vorgesehen, wenn die Fördereinrichtung mit veränderlicher Last betrieben werden kann. Das heisst, dass die Betriebslast der Fördereinrichtung variiert werden kann.A basic feature of the present invention is that in at least one supply line and / or in at least one derivative a conveyor system is provided with at least one conveyor, wherein this conveyor system is designed such that it can be operated with variable load. This means that the capacity of the conveyor system, and thus the capacity to be handled by the conveyor system, is variable. The invention is not limited to specific design variants for the conveyor system and the conveyors). In principle, it is provided that the conveyor system consists of at least one conveyor. In this case, it is advantageously provided that the conveyor can be operated with variable load. This means that the operating load of the conveyor can be varied.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Last der Fördereinrichtung in Stufen verstellbar ist. Ebenso kann jedoch auch eine stufenlose Veränderbarkeit der Last, mit der die Fördereinrichtung betrieben wird, von Vorteil sein. Natürlich kann das Fördereinrichtungs-System auch zwei oder mehr Fördereinrichtungen aufweisen, die mit veränderlicher Last betrieben werden können.For example can be provided that the load of the conveyor is adjustable in steps. Likewise, however, a stepless variability of the load, with which the conveyor operated, be beneficial. Of course, the conveyor system can also two or more conveyors have, with variable load can be operated.

Daneben soll gemäß der vorliegenden Erfindung auch folgende Konstellation möglich sein. Wenn in der Zuleitung und der Ableitung jeweils ein Fördereinrichtungs-System mit zwei oder mehr Fördereinrichtungen vorgesehen ist, könnte jede Fördereinrichtung an sich mit einer einzigen, unveränderlichen Last betrieben werden können. Der Zustand „veränderliche Last" wird bei einer solchen Konstellation dann dadurch realisiert, dass unterschiedlich viele Fördereinrichtungen pro Fördereinrichtungs-System gleichzeitig betrieben werden. Wenn beispielsweise nur eine einzige Fördereinrichtung betrieben wird, wird das Fördereinrichtungs-System in seiner Gesamtheit mit einer geringeren Last betrieben, als wenn beispielsweise gleichzeitig zwei oder mehr Fördereinrichtungen des Fördereinrichtungs-Systems betrieben werden.Besides should according to the present Invention also the following constellation be possible. If in the supply line and the discharge respectively a conveyor system with two or more conveyors is provided every conveyor operate on a single, unchanging load can. The state "changeable Last "will be at one Such a constellation then realized by that different many conveyors per conveyor system be operated simultaneously. For example, if only a single Conveyor is operated, the conveyor system is in its entirety operated at a lower load than when, for example, simultaneously two or more conveyors operated by the conveyor system become.

Nicht ausschließliche Beispiele zu den vorgenannten Fallkonstellationen werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.Not exclusive Examples of the aforementioned case constellations will be given later closer to the description explained.

Des Weiteren ist die Erfindung auch nicht auf eine bestimmte Anzahl von Fördereinrichtungen beschränkt. Grundsätzlich ist es ausreichend, dass nur eine einzige Fördereinrichtung vorgesehen ist. Diese ist dann bezüglich ihrer Fördereinrichtung vorteilhaft umschaltbar.Of Furthermore, the invention is not limited to a certain number of conveyors limited. in principle it is sufficient that only a single conveyor provided is. This one is then their conveyor advantageous switchable.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass der von der einen Fördereinrichtung erzeugte Mediumstrom beispielsweise durch Umschaltmittel, etwa ein Umschaltventil, – von der Zuleitung auf die Ableitung – umgeschaltet wird, oder umgekehrt. Dies hat, im Vergleich zu einem Richtungswechsel innerhalb der Fördereinrichtung, den Vorteil, dass das Abbremsen beziehungsweise Hochfahren der Fördereinrichtung entfallen kann und sofort die volle Förderleitung zur Verfügung steht.In Another advantageous embodiment, it is also conceivable that of the one conveyor generated medium flow, for example by switching means, such as a Changeover valve, - from the supply line to the derivative - is switched, or vice versa. This has, compared to a change of direction within the conveyor, the advantage that the braking or raising the conveyor can be omitted and immediately the full support line is available.

Auch ist es denkbar, mehrerer solcher Fördereinrichtungen in der Zuleitung und/oder der Ableitung vorzusehen. Wenn mehrere Fördereinrichtungen vorgesehen sind, kann es ausreichend sein, dass diese in ihrer Förderrichtung nicht umschaltbar sind, dass aber deren Förderrichtungen innerhalb des Brennstoffzellensystems unterschiedlich sind. Einige nicht ausschließliche Beispiele hierzu werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.Also it is conceivable, several such conveyors in the supply line and / or the derivative provide. If several conveyors are provided, it may be sufficient that these in their conveying direction are not switchable, but that their funding directions within the Fuel cell system are different. Some non-exclusive examples This will be explained in more detail later in the description.

Bei der Verwendung von zwei Fördereinrichtungen ist es auch denkbar, bei einer Richtungsumkehr die zweite Fördereinrichtung bereits kurz vor dem Ausschalten der ersten Fördereinrichtung einzuschalten. Dadurch kann die Phase mit stehendem Luftstrom beim Richtungswechsel verkürzt werden. Dies hängt insbesondere davon ab, wie lange es nach dem Einschalten dauert, bis die verwendete Fördereinrichtung ihre angestrebte – beispielsweise die maximale – Förderleistung erreicht, beziehungsweise wie lange es nach dem Ausschalten dauert, bis kein Medium mehr gefördert wird.at the use of two conveyors It is also conceivable, in a direction reversal, the second conveyor already turn on shortly before turning off the first conveyor. This allows the phase with stagnant air flow when changing direction shortened become. This depends especially how long it takes after switching on, until the conveyor used their desired - for example, the maximum - delivery rate reached, or how long it takes after switching off, until no medium is promoted becomes.

Ebenso ist die Erfindung nicht auf besondere Typen von Fördereinrichtungen beschränkt. So ist es beispielsweise denkbar, dass die wenigstens eine Fördereinrichtung als Gebläse, als Kompressor, als Pumpe, als Turbine oder dergleichen ausgestaltet ist. Wenn nur eine Fördereinrichtung vorgesehen ist und es sich bei dem Mediumstrom um einen Gasstrom handelt, kann die Fördereinrichtung beispielsweise als umschaltbares Gebläse ausgestaltet sein. Wenn zwei oder mehr Fördereinrichtungen eingesetzt werden und der Mediumstrom als Gasstrom ausgebildet ist, können die Fördereinrichtungen beispielsweise in Form von Gebläsen ausgestaltet sein, die entweder saugend oder drückend betrieben werden und abwechselnd laufen. Natürlich sind diese Beispiele rein exemplarischer Natur, sodass auch andere Ausgestaltungsvarianten denkbar sind und vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung mit erfasst sind. Insbesondere ist es auch möglich, mehrerer Fördereinrichtungstypen miteinander zu kombinieren.As well the invention is not limited to particular types of conveyors limited. For example, it is conceivable that the at least one conveyor as a fan, configured as a compressor, as a pump, as a turbine or the like is. If only one conveyor is provided and the medium flow is a gas stream, can the conveyor be configured for example as a switchable fan. If two or more conveyors be used and the medium flow is designed as a gas stream, can the conveyors for example in the form of blowers be designed to be either sucking or oppressive and run alternately. Naturally these examples are purely exemplary in nature, so others too Design variants are conceivable and the scope of protection of the present Invention are included. In particular, it is also possible to have several Conveyor types to combine with each other.

Bei dem Fördereinrichtungs-System beziehungsweise der Fördereinrichtung handelt es sich vorteilhaft um den Bestandteil einer Einrichtung zum Mediummanagement innerhalb einer Brennstoffzelle, die weiter unten im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem noch näher erläutert wird.at the conveyor system or the conveyor it is advantageous to the part of a device for media management within a fuel cell that continues below in connection with the fuel cell system according to the invention will be explained in more detail.

Eine solche Einrichtung zum Mediummanagement, beispielsweise zum Feuchtigkeitsmanagement, kann beispielsweise bezüglich wenigstens eines Mediumstroms vorgesehen sein. Wenn einem Brennstoffzellensystem mehrere Mediumströme zugeführt werden, ist der Einsatz einer solchen Einrichtung zum Mediummanagement, beispielsweise zum Feuchtigkeitsmanagement, beziehungsweise die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Mediummanagement, beispielsweise zum Feuchtigkeitsmanagement, auch für mehrere Mediumströme möglich. Beispielsweise ist es denkbar, dass das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit der Kathodengaszufuhr/-abfuhr und/oder im Zusammenhang mit der Anodengaszufuhr/-abfuhr durchgeführt wird.A Such device for medium management, for example for moisture management, can for example regarding be provided at least one medium stream. If a fuel cell system several medium streams are fed is the use of such a device for media management, for example, for moisture management, or the execution the method according to the invention for media management, for example for moisture management, also for several medium streams possible. For example, it is conceivable that the inventive method in connection with cathode gas supply / discharge and / or in connection with the anode gas supply / discharge is performed.

Das Verfahren sieht erfindungsgemäß weiterhin vor, dass das Fördereinrichtungs-System mit wenigstens zwei unterschiedlichen Lasten betrieben wird. Während des Normalbetriebs wird das Fördereinrichtungs-System mit einer ersten Last betrieben. Unter dem Begriff „Normalbetrieb" ist dabei jeglicher Betriebszustand zu verstehen, der außerhalb des eigentlichen Umschaltvorgangs liegt, während dem die Strömungsrichtung des Mediumstroms durch die Brennstoffzelle hindurch umgekehrt wird.The Method according to the invention continues before that the conveyor system with at least two different loads is operated. During normal operation is the conveyor system operated with a first load. The term "normal operation" is any operating state to understand the outside the actual switching operation is during the flow direction the medium flow through the fuel cell is reversed.

Wenn das Verfahren im Zusammenhang mit einem Feuchtigkeitsmanagement innerhalb wenigstens einer Brennstoffzelle betrieben wird, ist im Normalbetrieb, dass heißt bei einer ersten Last, der die Brennstoffzelle durchströmende Mediumstrom in Qualität und Quantität vorzugsweise derart ausgestaltet, dass eine definierte Menge an Feuchtigkeit durch den Mediumstrom ausgetragen wird. Während der Mediumstrom die Brennstoffzelle durchströmt, kann er eine gewisse Menge an Feuchtigkeit aufnehmen. Die Menge an aufgenommener Feuchtigkeit kann dabei durch die Größe und/oder Geschwindigkeit des die Brennstoffzelle durchströmenden Mediums eingestellt werden.If the process associated with moisture management is operated within at least one fuel cell, is in Normal operation, that is at a first load, the medium stream flowing through the fuel cell in quality and quantity preferably designed such that a defined amount of Moisture is discharged through the medium flow. During the Medium current flows through the fuel cell, it can be a certain amount absorb moisture. The amount of absorbed moisture can doing so by the size and / or Speed of the medium flowing through the fuel cell set become.

Um nun eine homogene Feuchtigkeitsverteilung innerhalb der Brennstoffzelle zu erreichen, wie dies weiter oben bereits angedeutet wurde, ist es erforderlich, dass die Strömungsrichtung des Mediumstroms durch die Brennstoffzelle hindurch zumindest zeitweilig umgekehrt wird. Dadurch wird verhindert, dass der Eintrittsbereich der Brennstoffzelle zu sehr austrocknet, während der Austrittsbereich der Brennstoffzelle geflutet wird. Um diese Umkehrung möglichst rasch und ohne schädliche Konsequenzen durchführen zu können, ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, dass zumindest in einem Umschaltzeitpunkt, in welchem die Strömungsrichtung des Mediumstroms umgekehrt wird, das Fördereinrichtungs-System mit einer Umschaltlast betrieben wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Umschaltlast von der ansonsten im Normalbetrieb vorherrschenden ersten Last abweicht. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Umschaltlast größer ist als die erste Last im Normalbetrieb.Around now a homogeneous moisture distribution within the fuel cell to reach, as has already been indicated above, is it required that the flow direction the medium flow through the fuel cell at least temporarily is reversed. This will prevent the entry area the fuel cell dries out too much, while the exit area the fuel cell is flooded. To this reversal possible quickly and without harmful To carry out consequences to be able to is still according to the invention provided that, at least in a switching time, in which the flow direction the medium flow is reversed, the conveyor system with a Switching load is operated. It is provided that the switching load deviates from the otherwise prevailing in normal operation first load. In particular, it can be provided that the switching load is greater as the first load in normal operation.

Das bedeutet beispielsweise, dass das Fördereinrichtungs-System während des Umschaltvorgangs mit einer höheren Last betrieben wird, als dies im Normalbetrieb erforderlich ist, sodass sich die neue Mediumströmung, die nunmehr in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist, möglichst rasch und ohne Zeitverzögerung aufbaut. Je größer die Umschaltlast in Bezug auf die erste Last des Normalbetrieb ist, desto schneller kann dieser Vorgang abgeschlossen werden. Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt insbesondere darin, dass sehr schnell ein neuer Mediumstrom mit den gewünschten Parametern, insbesondere mit der gewünschten Richtung aufgebaut wird. Dabei kommt es, wie bei dem im Stand der Technik bekannten Brennstoffzellensystem, so gut wie zu keinen Verzögerungen, da im Umschaltzeitpunkt kein beziehungsweise nur sehr kurz ein stehendes System vorherrscht, in dem kein Feuchtigkeitsmanagement innerhalb der Brennstoffzelle durchgeführt werden kann.The means, for example, that the conveyor system during the Switchover with a higher Load is operated as required in normal operation, so that the new medium flow, which is now directed in the opposite direction, if possible quickly and without time delay builds. The larger the switching load in terms of the first load of normal operation, the faster this process can be completed. The advantage of this approach lies in the fact that very quickly a new medium flow with the desired Parameters, especially constructed with the desired direction becomes. It happens, as in the known in the art Fuel cell system, as good as no delays, because at switching time no or only a short standing System prevails in which no moisture management within the fuel cell performed can be.

Damit der Mediumzustrom vor Eintritt in die Brennstoffzelle bereits eine gewünschte Feuchtigkeit aufweist, kann in der Zuleitung wenigstens eine Befeuchtungseinrichtung zur Befeuchtung des wenigstens einen Mediumstroms vorgesehen sein. Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Ausgestaltungsvariante für die Befeuchtungseinrichtung beschränkt. Denkbar ist jede Art von Befeuchtungseinrichtung, die es ermöglicht, einen Mediumstrom vor Eintritt in die Brennstoffzelle zu befeuchten, dass ein Austrocknen – insbesondere im Eintrittsbereich – der Brennstoffzelle verhindert wird.In order to the medium flow before entering the fuel cell already a desired Has moisture, can in the supply line at least one humidifying be provided for moistening the at least one medium stream. The present invention is not limited to a specific embodiment variant for the Humidifier limited. Conceivable is any type of moistening device that makes it possible to dampen a medium flow before entering the fuel cell, that a drying out - especially in the entrance area - the Fuel cell is prevented.

Die Erfindung ist weiterhin nicht auf eine bestimmte Anzahl von Brennstoffzellen, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, beschränkt. Vielmehr kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellensystem vorhanden sind, wobei diese Brennstoffzellen vorzugsweise hintereinander geschaltet sind und somit einen Brennstoffzellenstapel beziehungsweise einen Brennstoffzellenstack bilden.The Invention is not limited to a certain number of fuel cells, in which the inventive method carried out is limited. Rather, it can be provided that two or more fuel cells are present in a fuel cell system, these fuel cells are preferably connected in series and thus a fuel cell stack or form a fuel cell stack.

Ebenso ist es die Erfindung nicht auf den Einsatz im Zusammenhang mit bestimmten Brennstoffzellentypen beschränkt. Beispielsweise kann die wenigstens eine Brennstoffzelle als sogenannte PEM-Brennstoffzelle ausgebildet sein. Bei einer solchen Brennstoffzelle besteht der Elektrolyt aus einer Protonen leitenden Membran. Ebenso ist es natürlich auch denkbar, andere Brennstoffzellentypen zu verwenden.As well It is not the invention related to use with certain Fuel cell types limited. For example, the at least one fuel cell as a so-called PEM fuel cell be educated. In such a fuel cell, the Electrolyte from a proton-conducting membrane. It's the same, of course conceivable to use other fuel cell types.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Fördereinrichtungs-System im Umschaltzeitpunkt sowie während eines bestimmten Umschaltzeitraums danach mit einer Umschaltlast betrieben wird. Als Umschaltzeitpunkt ist in diesem Fall der diskrete Zeitpunkt zu verstehen, zu dem der eigentliche Umschaltvorgang stattfindet. Bei dem Umschaltzeitraum handelt es sich um einen in seiner Länge je nach Anwendungsfall frei definierbaren Zeitraum, der sich an den eigentlichen Umschaltzeitpunkt anschließt. Der Umschaltzeitraum ist in der Regel so lange bemessen, bis der eigentliche Umschaltvorgang abgeschlossen ist und der Mediumstrom in der neuen Strömungsrichtung vollständig aufgebaut ist.Preferably, it can be provided that the conveyor system in the switching time point and then operated during a certain switching period thereafter with a switching load. The switching time in this case is to be understood as the discrete point in time at which the actual switching process takes place. The switching period is a freely definable in its length depending on the application period, which is followed by the actual switching time. The switching period is usually measured until the actual switching process is completed and the medium flow is completely established in the new flow direction.

Vorzugsweise kann das Fördereinrichtungs-System nach dem Umschaltzeitpunkt oder nach dem Umschaltzeitraum im Normalbetrieb mit der ersten Last betrieben werden. Nachdem der Umschaltvorgang abgeschlossen worden ist (das heißt, wenn der Mediumstrom in seiner Strömungsrichtung umgekehrt und in der neuen Strömungsrichtung erneut vollständig aufgebaut worden ist), was durch den Betrieb des Fördereinrichtungs-Systems mit Umschaltlast im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung erheblich verkürzt werden konnte, wird der die Brennstoffzelle durchströmende Mediumstrom wieder in solch einer Weise eingestellt, dass eine definierte Menge an Feuchtigkeit aus der Brennstoffzelle ausgetragen werden kann. Aus diesem Grund ist es nicht mehr erforderlich, das Fördereinrichtungs-System mit der im Vergleich zur ersten Last erhöhten Umschaltlast zu betreiben.Preferably can the conveyor system after the switching time or after the switching period in normal operation be operated with the first load. After the switching process has been completed (that is, when the medium flow in its direction of flow reversed and in the new flow direction complete again which has been built by the operation of the conveyor system with switching load compared to that known from the prior art solution considerably shortened could become, the flowing medium through the fuel cell set back in such a way that a defined amount moisture can be discharged from the fuel cell. For this reason, it is no longer necessary, the conveyor system operate with the increased compared to the first load switching load.

Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die nach dem Umschaltvorgang eingestellte erste Last den gleichen Wert aufweist, wie diejenige Erstlast, mit der das Fördereinrichtungs-System vor dem eigentlichen Umschaltvorgang betrieben wurde. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass sich die beiden ersten Lasten in ihrem Wert voneinander unterscheiden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nur erforderlich, dass die erste Last einen geringeren Wert aufweist, als die Umschaltlast während des Umschaltvorgangs. Diese Ausgestaltung lässt jedoch auch eine Situation zu, bei der die erste Last vor und nach dem Umschaltvorgang einen anderen Wert aufweist. Sie muss in beiden Fällen nur geringer als die Umschaltlast während des Umschaltvorgangs sein. Denn selbstverständlich ist es möglich, dass die Lasten des Fördereinrichtungs-Systems, mit denen dieses betrieben wird, vor und nach dem Umschaltvorgang unterschiedlich sein können. Ebenso ist es möglich, dass die erste Last von ihrem Wert her während des Normalbetriebs des Fördereinrichtungs-Systems variiert wird.there can be advantageously provided that after the switching set first load has the same value as that First load, with the conveyor system was operated before the actual switching. Of course it is also conceivable that the first two loads in their value from each other differ. According to the present Invention, it is only necessary that the first load a smaller Value than the switching load during the switching operation. This configuration leaves However, a situation too where the first load before and after the switching operation has a different value. She has to be in both make only be less than the switching load during the switching process. Because of course Is it possible, that the loads of the conveyor system, with which this is operated, before and after the switching process can be different. It is also possible that the first load is of value during normal operation of the Conveyer system is varied.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass nur eine einzige Fördereinrichtung vorgesehen ist, die in der Zuleitung oder der Ableitung des wenigstens einen Mediumstroms angeordnet ist. In diesem Fall ist die Fördereinrichtung vorzugsweise in ihrer Förderrichtung umschaltbar ausgebildet, sodass die Strömungsrichtung des Mediumstroms über die umschaltbare Fördereinrichtung zumindest zeitweilig umgekehrt werden kann. Durch die Umschaltung der Förderrichtung kann somit erreicht werden, dass der Mediumstrom entweder in die eine oder aber die andere Strömungsrichtung transportiert werden kann. Diese Fördereinrichtung kann dann vorteilhaft mit veränderlicher Last betrieben werden. Das Fördereinrichtungs-System besteht dann nur aus dieser einen Fördereinrichtung.For example can be provided that only a single conveyor provided is that in the supply or the derivative of the at least one Medium current is arranged. In this case, the conveyor is preferably in its conveying direction designed switchable, so that the flow direction of the medium flow over the switchable conveyor at least temporarily can be reversed. By switching the conveying direction can thus be achieved that the medium flow either in the one or the other flow direction can be transported. This conveyor can then be advantageous with changeable Load to be operated. The conveyor system then only consists of this one conveyor.

In anderer Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass in der Zuleitung und in der Ableitung des wenigstens einen Mediumstroms je eine Fördereinrichtung angeordnet ist. Diesbezüglich kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Fördereinrichtung in ihrer Förderrichtung umschaltbar ausgebildet sind und dass die Strömungsrichtung des Mediumstroms über die umschaltbaren Fördereinrichtungen zumindest zeitweilig umgekehrt wird. Durch die Verwendung von zwei Fördereinrichtungen kann der Umschaltvorgang, dass heißt der Zeitraum, in dem die Strömungsrichtung des Mediumstroms umgekehrt wird, weiter reduziert werden. Diese Fördereinrichtungen werden dann vorteilhaft mit veränderlicher Last betrieben. In der Zuleitung sowie in der Ableitung befindet sich dann jeweils eine Fördereinrichtungs-System mit jeweils einer Fördereinrichtung.In Another embodiment, it is also conceivable that in the supply line and in the derivation of the at least one medium flow depending on a conveyor is arranged. In this regard, can be provided, for example, that the conveyor in its conveying direction are formed switchable and that the flow direction of the medium flow over the switchable conveyors at least is temporarily reversed. By using two conveyors can the switching process, that is, the period in which the flow direction the medium flow is reversed, can be further reduced. These Conveyors then become beneficial with variable load operated. In the supply line and in the discharge is then each a conveyor system each with a conveyor.

Bezüglich der beiden vorstehend genannten Ausgestaltungsvarianten kann vorgesehen sein, dass die Fördereinrichtungen) im Normalbetrieb in einer ersten Förderrichtung mit der ersten Last betrieben wird/werden und dass bei Umkehrung der Strömungsrichtung des Mediumstroms die Förderrichtung der Fördereinrichtungen) umgekehrt und die Fördereinrichtungen) zunächst mit Umschaltlast betrieben wird/werden. Der Einsatz mehrerer Fördereinrichtungen hat den Vorteil, dass der eigentliche Umschaltvorgang schneller abgeschlossen werden kann.Regarding the Both above-mentioned embodiment variants can be provided be that the conveyors) in normal operation in a first conveying direction with the first Load is operated / and that when reversing the flow direction the medium flow, the conveying direction the conveyors) vice versa and the conveyors) first operated with switching load / are. The use of several conveyors has the advantage that the actual switching process is faster can be completed.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform kann vorgesehen sein, dass jeweils in der Zuleitung und in der Ableitung wenigstens eine Fördereinrichtung mit vorgegebener, nicht veränderlicher Förderrichtung vorgesehen ist und dass je nach Strömungsrichtung des Mediumstroms eine der Fördereinrichtungen in Betrieb ist. Diese Fördereinrichtungen werden vorteilhaft mit veränderlicher Last betrieben. In der Zuleitung sowie in der Ableitung befindet sich dann jeweils ein Fördereinrichtungs-System mit jeweils einer solchen Fördereinrichtung.According to one Another embodiment may be provided that in each case in the supply line and in the discharge at least one conveyor with given, not changeable conveying direction is provided and that depending on the flow direction of the medium flow one of the conveyors is in operation. These conveyors become beneficial with variable Load operated. Located in the supply line as well as in the discharge line then each a conveyor system each with such a conveyor.

Gemäß einer anderen Ausgestaltungsform kann vorgesehen sein, dass sowohl in der Zuleitung als auch in der Ableitung jeweils zwei oder mehr Fördereinrichtungen mit vorgegebener, nicht veränderlicher Förderrichtung vorgesehen sind. Diese Fördereinrichtungen können entweder mit veränderlicher Last, oder aber auch mit nicht variabler, fest vorgegebener Last betrieben werden. In der Zuleitung sowie in der Ableitung befindet sich dann jeweils ein Fördereinrichtungs-System mit jeweils zwei oder mehr solcher Fördereinrichtungen. Während des Normalbetriebs ist beispielsweise eine der Fördereinrichtungen in der Ableitung in Betrieb, sodass ein Mediumstrom mit definierten Charakteristika durch die Brennstoffzelle hindurchgeleitet wird. In diesem Fall ist die Fördereinrichtung saugend ausgebildet. Die Betätigung nur . einer einzigen Fördereinrichtung entspricht somit dem Normalbetrieb mit der ersten Last. Wenn nun eine Umkehr der Strömungsrichtung des Mediumstroms erzeugt werden soll, bedeutet dies, dass die Fördereinrichtungen in der Zuleitung, die eine andere Fördereinrichtung als die Fördereinrichtungen in der Ableitung aufweisen, aktiviert werden müssen. Da zum Zwecke der Strömungsumkehr die Fördereinrichtungen mit Umkehrlast betrieben werden müssen, wobei die Umkehrlast abweichend von der ersten Last im Normalbetrieb (beispielsweise größer) ist, kann dies dadurch erreicht werden, dass während des Umschaltzeitraums zwei oder mehr Fördereinrichtungen in der Zuleitung aktiviert werden. Der Unterschied „erste Last" zu „Umschaltlast" besteht folglich darin, dass bei Betrieb mit „Umschaltlast" zwei oder mehr Fördereinrichtungen aktiviert sind, während beim Betrieb mit „erster Last" nur eine Fördereinrichtung – oder zumindest eine Fördereinrichtung weniger als die Anzahl der in der Leitung insgesamt befindlichen Fördereinrichtungen – in Betrieb ist. Sobald die zwei oder mehr Fördereinrichtungen in der Zuleitung aktiviert worden sind, wird die Fördereinrichtung in der Ableitung abgeschaltet. Nachdem die Strömungsrichtung des Mediumstroms umgekehrt und der Mediumstrom stabilisiert worden ist, kann eine oder mehrere der beiden Fördereinrichtungen in der Zuleitung abgeschaltet werden, sodass danach nur noch eine einzige Fördereinrichtung in der Zuleitung aktiv ist. Das System wird folglich erneut im Normalbetrieb gefahren. Die erneute Umkehr der Strömungsrichtung kann dann in analoger Weise erfolgen.According to another embodiment, it may be provided that both in the supply line and in the discharge respectively two or more conveyors with predetermined, not veränderli cher conveying direction are provided. These conveyors can be operated either with variable load, or even with non-variable, fixed predetermined load. In the supply line and in the discharge then there is a respective conveyor system with two or more such conveyors. During normal operation, for example, one of the delivery devices in the discharge is in operation, so that a medium flow with defined characteristics is passed through the fuel cell. In this case, the conveyor is designed to be absorbent. The actuation only. a single conveyor thus corresponds to the normal operation with the first load. If now a reversal of the flow direction of the medium flow to be generated, this means that the conveyors in the supply line, which have a conveyor other than the conveyors in the discharge, must be activated. Since for the purpose of flow reversal the conveyors must be operated with reverse load, the reverse load is different from the first load in normal operation (for example, greater), this can be achieved by activating two or more conveyors in the supply line during the switching period. The difference "first load" to "switching load" is thus that when operating with "switching load" two or more conveyors are activated, while operating with "first load" only one conveyor - or at least one conveyor less than the number of in the line overall conveyors - is in operation. Once the two or more conveyors in the supply line have been activated, the conveyor in the discharge line is switched off. After the flow direction of the medium flow has been reversed and the medium flow has been stabilized, one or more of the two delivery devices in the supply line can be switched off so that thereafter only a single delivery device is active in the supply line. The system is therefore driven again in normal operation. The renewed reversal of the flow direction can then take place in an analogous manner.

Wenn in der Zuleitung und in der Ableitung jeweils nur eine Fördereinrichtung mit vorgegebener, nicht veränderlicher Fördereinrichtung vorgesehen ist, die jedoch mit veränderlicher Last betrieben werden kann, kann im Normalbetrieb eine der Fördereinrichtungen mit der ersten Last betrieben werden, während die andere Fördereinrichtung ausgeschaltet ist. Im Umschaltzeitpunkt und/oder in einem bestimmten Zeitraum vor dem Umschaltzeitpunkt und/oder in einem bestimmten Umschaltzeitraum danach, kann dann die diejenige Fördereinrichtung, in deren Förderrichtung die Strömungsrichtung des Mediumstroms umgeschaltet werden soll, mit einer Umschaltlast betrieben werden, wobei dann danach die andere Fördereinrichtung abgeschaltet wird. Die beiden Fördereinrichtungen sind in diesem Fall vorteilhaft so ausgestaltet, dass sie mit veränderlicher Last betrieben werden können.If in the supply line and in the discharge only one conveyor with given, not changeable Conveyor is provided, but operated with variable load can, in normal operation, one of the conveyors with the first Load to be operated while the other conveyor is off. At the switching time and / or in a certain Period before the switching time and / or in a certain Switching period thereafter, then the one conveyor, in their conveying direction the flow direction the medium stream is to be switched, with a switching load operated, in which case then turned off the other conveyor becomes. The two conveyors are in this case advantageously designed so that they are variable Load can be operated.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das Fördereinrichtungs-System im Umschaltzeitpunkt und/oder im Umschaltzeitraum danach und/oder in dem bestimmten Zeitraum vor dem Umschaltzeitpunkt mit höherer Last als im Normalbetrieb betrieben wird. Auf diese Weise kann der erforderliche Zeitraum, innerhalb dessen die Umkehr der Strömungsrichtung abgeschlossen werden kann, weiter reduziert werden. Im Rahmen eines nicht ausschließlichen Beispiels kann zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Fördereinrichtung während des Umschaltvorgangs mit einer Umschaltlast betrieben wird, bei der es sich beispielsweise um die Maximallast von 100% handelt. Während des Normalbetriebs kann die Fördereinrichtung dann mit der ersten Last gefahren werden, bei der es sich beispielsweise im Durchschnitt um 50% der Maximallast handelt.Advantageous can be provided that the conveyor system at the switching time and / or in the switching period thereafter and / or in the specific time period before the switching time with higher load is operated as normal operation. In this way, the required period of time, within which the reversal of the flow direction is completed can be further reduced. As part of a non-exclusive For example, to clarify the inventive concept, for example be provided that a conveyor while of the switching operation is operated with a switching load, in the it is, for example, the maximum load of 100%. During the Normal operation, the conveyor then be driven with the first load, which is for example on average by 50% of the maximum load.

In weiterer Ausgestaltung kann wenigstens eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, wobei die wenigstens eine Fördereinrichtung über die Steuereinrichtung gesteuert wird. Dazu kann die Steuereinrichtung beispielsweise über geeignete Programmmittel verfügen.In Further embodiment, at least one control device provided be, wherein the at least one conveyor on the Control device is controlled. For this purpose, the control device for example about appropriate program resources.

Vorzugsweise kann in der wenigstens einen Zuleitung und/oder der wenigstens einen Ableitung und/oder der wenigstens einen Brennstoffzelle wenigstens ein Sensorelement zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts und/oder der Temperatur und/oder der Strömungsgeschwindigkeit und/oder anderer charakteristischer Größen des Mediumstroms innerhalb des Mediumstroms angeordnet sein, wobei über das wenigstens eine Sensorelement jeweils der aktuelle Wert innerhalb des Mediumstroms gemessen wird.Preferably can in the at least one supply line and / or the at least one Discharge and / or the at least one fuel cell at least a sensor element for measuring the moisture content and / or the temperature and / or the flow rate and / or other characteristic quantities of the medium flow within be disposed of the medium flow, wherein on the at least one sensor element in each case the current value is measured within the medium flow.

Die von dem wenigstens einen Sensorelement ermittelten Messwerte können vorteilhaft zu der Steuereinrichtung übertragen werden, wobei anschließend die wenigstens eine Fördereinrichtung von der Steuereinrichtung auf der Basis der ermittelten Messwerte gesteuert wird. Da die Steuereinrichtung vorzugsweise auch mit der wenigstens einen Fördereinrichtung verbunden ist, ist es aufgrund der gemessenen, tatsächlichen Werte dann möglich, die Fördereinrichtungen) so zu betreiben, dass ein optimales Mediummanagement in der wie weiter oben beschriebenen Weise realisierbar ist. Beispielsweise kann über die Steuereinrichtung die wenigstens eine Fördereinrichtung so gesteuert werden, dass das wenigstens eine Sensorelement immer einen bestimmten, vorgegebenen Feuchtigkeitswert anzeigt.The Measured values determined by the at least one sensor element can be advantageous transmitted to the controller be followed by the at least one conveyor of the control device controlled on the basis of the determined measured values becomes. Since the control device preferably also with the at least a conveyor connected, it is due to the measured, actual Values then possible, the conveyors) to operate so that an optimal medium management in the how can be realized above described manner. For example, over the Control device which controls at least one conveyor so be that the at least one sensor element always a certain, indicates predetermined humidity value.

Um den Steuerungsvorgang innerhalb der Steuereinrichtung durchführen zu können, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in dieser Referenzwerte oder Referenzkurven bezüglich der jeweils gemessenen Werte abgelegt sind. Die von dem Sensorelement erfassten und an die Steuereinrichtung übertragenen Messwerte werden mit diesen Referenzwerten beziehungsweise Referenzkurven verglichen. Sobald ein vorgegebener Schwellenwert überschritten oder unterschritten wird beziehungsweise die ermittelten Werte von der Referenzkurve abweichen, kann die Steuereinrichtung zur Steuerung der Fördereinrichtungen) aktiviert werden.To control the control within the For example, it can be provided that reference values or reference curves are stored in relation to the values measured in each case. The measured values detected by the sensor element and transmitted to the control device are compared with these reference values or reference curves. As soon as a predefined threshold value is exceeded or undershot or the determined values deviate from the reference curve, the control device for controlling the conveying devices can be activated.

Mit dem wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ist es beispielsweise möglich, dass die Strömungsrichtung des Mediumstroms durch die Brennstoffzelle(en) hindurch periodisch umgekehrt wird. Dies soll anhand eines nicht ausschließlichen Beispiels erläutert werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Umkehr der Strömungsrichtung des Mediumstroms in bestimmten Zeitabständen vorgenommen wird, beispielsweise alle 25 Sekunden. Um den Umschaltvorgang möglichst rasch abzuschließen ist dann vorgesehen, dass das Fördereinrichtungs-System während des Umkehrvorgangs mit einer Umschaltlast betrieben wird. Auch der Betrieb des Fördereinrichtungs-Systems mit Umschaltlast kann über einen festgelegten Umschaltzeitraum erfolgen, beispielsweise für 1 Sekunde.With For example, it is the method of the invention as described above possible, that the flow direction the medium flow through the fuel cell (s) periodically reversed becomes. This will be explained by means of a non-exclusive example. For example, it is conceivable that the reversal of the flow direction the medium stream is made at certain intervals, for example all 25 seconds. To complete the switching as quickly as possible then provided that the conveyor system during the reversal process is operated with a switching load. Also, the operation of the conveyor system with switching load can over a fixed switching period, for example, for 1 second.

Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die Umkehr der Strömungsrichtung des Mediumstroms immer symmetrisch verlaufen muss. Ebenso ist es denkbar, dass die Strömungsrichtung des Mediumstroms durch die Brennstoffzelle(en) hindurch aperiodisch umgekehrt wird. Beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, kann vorgesehen sein, dass der Mediumstrom für einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise 20 Sekunden in eine bestimmte Strömungsrichtung gerichtet ist, und dass der Mediumstrom nach Abschluss des Umkehrvorgangs für einen kürzeren oder längeren Zeitraum, beispielsweise für 30 Sekunden, in die andere Strömungsrichtung gerichtet wird.It However, it does not require the reversal of the flow direction of the medium flow must always be symmetrical. It is also conceivable that the flow direction of the medium flow through the fuel cell (s) aperiodic is reversed. For example, but not exclusively, can be provided that the medium flow for a certain period, for example, is directed for 20 seconds in a particular flow direction, and that the medium stream after completion of the reversal process for a shorter or longer Period, for example 30 seconds, in the other direction of flow is directed.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem bereitgestellt, mit wenigstens einer Brennstoffzelle und mit einer Einrichtung zum Mediummanagement innerhalb der Brennstoffzelle(n), wobei die Brennstoffzelle(n) mit wenigstens einer Zuleitung für wenigstens einen Mediumstrom und mit wenigstens einer Ableitung für den Mediumstrom verbunden ist/sind. Das Brennstoffzellensystem ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Mediummanagement Mittel zur Durchführung des wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist. Diesbezüglich wird daher auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen und hiermit verwiesen.According to the second Aspect of the invention, a fuel cell system is provided, with at least one fuel cell and with a device for Medium management within the fuel cell (s), wherein the fuel cell (s) with at least one supply line for at least one medium stream and with at least one derivative for the Medium current is connected / are. The fuel cell system according to the invention thereby characterized in that the means for medium management means to carry out having the method according to the invention as described above. This will be Therefore, reference is made to the corresponding statements and hereby referred.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will now be described by way of embodiments with reference explained in more detail in the accompanying drawings. Show it:

1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung, mittels dessen das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist; und 1 a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention, by means of which the inventive method is feasible; and

2: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. 2 : Another embodiment of a fuel cell system according to the invention, with which the inventive method is feasible.

In 1 ist zunächst ein Brennstoffzellensystem 10 dargestellt, das aus einem Brennstoffzellenstack mit einer Anzahl von Brennstoffzellen 11 besteht. Der besseren Übersicht halber ist in 1 jedoch nur eine einzige Brennstoffzelle 11 dargestellt. Die Brennstoffzelle 11 verfügt zunächst über eine Anode 12, der ein geeigneter Brennstoff, beispielsweise ein wasserstoffhaltiges Gas, zugeführt werden kann. Weiterhin verfügt die Brennstoffzelle 11 über eine Kathode 13, die mit einer Oxidationsmittelzuleitung 15 und einer Oxidationsmittelableitung 16 verbunden ist. Bei dem Oxidationsmittel kann es sich beispielsweise um Sauerstoff handeln, der der Kathode 13 über die Umgebungsluft zugeführt wird. Die Kathode 13 sowie die Anode 12 sind im vorliegenden Beispiel über eine Membran 14 voneinander getrennt. Wenn es sich bei der Membran 14 um eine Protonen leitende Membran handelt, wird die Brennstoffzelle 11 auch als sogenannte PEM-Brennstoffzelle bezeichnet.In 1 is first a fuel cell system 10 shown, which consists of a fuel cell stack with a number of fuel cells 11 consists. For a better overview, see 1 but only a single fuel cell 11 shown. The fuel cell 11 initially has an anode 12 which can be supplied with a suitable fuel, for example a hydrogen-containing gas. Furthermore, the fuel cell has 11 over a cathode 13 that with an oxidant supply line 15 and an oxidizer derivative 16 connected is. The oxidizing agent may be, for example, oxygen, that of the cathode 13 is supplied via the ambient air. The cathode 13 as well as the anode 12 are in the present example via a membrane 14 separated from each other. If it is at the membrane 14 is a proton-conducting membrane, the fuel cell 11 also referred to as a so-called PEM fuel cell.

Während des Betriebs der Brennstoffzelle 11 kann die Situation auftreten, dass die Feuchtigkeit innerhalb der Brennstoffzelle 11 unterschiedlich verteilt ist. So ist es denkbar, dass die Brennstoffzelle 11 im Eintrittsbereich (das heißt im Bereich der Zuleitung 15) relativ trocken ist, während sie im Austrittsbereich (das heißt im Bereich der Ableitung 16) relativ feucht ist. Sowohl eine übermäßige Trockenheit als auch eine übermäßige Feuchte sind unerwünscht, da diese Zustände die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle 11 herabsetzen und diese im schlimmsten Fall schädigen oder unbrauchbar machen.During operation of the fuel cell 11 The situation may occur that the humidity within the fuel cell 11 is distributed differently. So it is conceivable that the fuel cell 11 in the entry area (ie in the area of the supply line 15 ) is relatively dry, while in the exit region (ie in the region of the derivative 16 ) is relatively humid. Both excessive dryness and excessive humidity are undesirable because these conditions affect the performance of the fuel cell 11 reduce it and in the worst case damage or render it useless.

Um diese negativen Zustände zu vermeiden und um innerhalb der Brennstoffzelle 11 eine homogene Feuchtigkeitsverteilung beziehungsweise ein homogenes Feuchtigkeitsmanagement zu gewährleisten, ist in dem Brennstoffzellensystem 10 gemäß 1 eine Einrichtung 20 zum Mediummanagement vorgesehen. Die Einrichtung 20 verfügt zunächst über eine als umschaltbares Gebläse ausgebildete Fördereinrichtung 21, die im vorliegenden Beispiel in der Oxidationsmittelableitung 16 angeordnet ist. Im vorliegenden Beispiel ist die Einrichtung 20 als Einrichtung zum Feuchtigkeitsmanagement ausgebildet.To avoid these negative conditions and around within the fuel cell 11 to ensure a homogeneous distribution of moisture or a homogeneous moisture management is in the fuel cell system 10 according to 1 An institution 20 intended for media management. The device 20 initially has a trained as a switchable blower conveyor 21 , which in the present example in the oxidizer derivation 16 is arranged. In the present example, the device is 20 designed as a device for moisture management.

Die Fördereinrichtung 21 kann sowohl als saugendes, als auch als drückendes Gebläse betrieben werden, was bedeutet, dass über die Fördereinrichtung 21 zwei Förderrichtungen für den Mediumstrom einstellbar sind. Dies ist durch den mit M markierten Doppelpfeil dargestellt. Zum einen kann die Fördereinrichtung 21 in einer Weise betrieben werden, dass der Mediumstrom von der Zuleitung 15 über die Kathode 13 sowie die Ableitung 16 zur Fördereinrichtung 21 hin angesaugt wird. Wenn die Fördereinrichtung 21 in die andere Förderrichtung umgestellt wird, kann der Mediumstrom über die Ableitung 16, durch die Kathode 13 hindurch und in die Zuleitung 15 gedrückt werden. Die Fördereinrichtung 21 ist so ausgebildet, dass sie mit veränderlicher Last betrieben werden kann.The conveyor 21 can be operated as a suction, as well as a pushing blower, which means that on the conveyor 21 two delivery directions for the medium flow are adjustable. This is represented by the double arrow marked M. On the one hand, the conveyor 21 be operated in a way that the medium flow from the supply line 15 over the cathode 13 as well as the derivative 16 to the conveyor 21 sucked in. When the conveyor 21 is switched in the other direction of flow, the medium flow through the derivative 16 , through the cathode 13 through and into the supply line 15 be pressed. The conveyor 21 is designed so that it can be operated with variable load.

Weiterhin weist die Einrichtung 20 zum Feuchtigkeitsmanagement eine Steuereinrichtung 23 auf, die über eine entsprechende Signalleitung 27 mit der Fördereinrichtung 21 verbunden ist. Darüber hinaus ist in der Ableitung 16, vorzugsweise in nächster Umgebung zum Austrittsbereich der Brennstoffzelle 11, ein Sensorelement 24 vorgesehen, über welches der aktuelle Feuchtigkeitsgehalt im Mediumstrom gemessen werden kann. Die gemessenen Werte können von dem Sensorelement 24 zur Steuereinrichtung 23 übertragen werden, wozu die beiden Elemente über eine Signalleitung 26 miteinander verbunden sind.Furthermore, the device 20 for moisture management a control device 23 on, which has a corresponding signal line 27 with the conveyor 21 connected is. In addition, in the derivation 16 , preferably in the immediate vicinity of the outlet region of the fuel cell 11 , a sensor element 24 provided, via which the current moisture content in the medium flow can be measured. The measured values may be from the sensor element 24 to the control device 23 be transferred, including the two elements via a signal line 26 connected to each other.

Nachfolgend wird nun die Funktionsweise des in 1 dargestellten Brennstoffzellensystem 10 beschrieben. Während des Normalbetriebs der Brennstoffzelle wird die Fördereinrichtung 21 mit einer ersten Last betrieben, sodass der die Kathode 13 durchströmende Mediumstrom, der von der Fördereinrichtung 21 angesaugt wird, eine definierte Menge an Feuchtigkeit aus der Brennstoffzelle 11 austragen kann. Dieser Feuchtigkeitsgehalt des Mediumstroms wird mittels des Sensorelements 24 gemessen. Die gemessenen Werte werden über die Signalleitung 26 an die Steuereinrichtung 23 übertragen und dort ausgewertet, beispielsweise indem sie mit entsprechenden Referenzwerten verglichen werden.Below is now the operation of the in 1 illustrated fuel cell system 10 described. During normal operation of the fuel cell, the conveyor 21 operated with a first load, so that the the cathode 13 flowing through the medium flow from the conveyor 21 is sucked in, a defined amount of moisture from the fuel cell 11 can carry. This moisture content of the medium flow is determined by means of the sensor element 24 measured. The measured values are transmitted via the signal line 26 to the controller 23 transmitted and evaluated there, for example by being compared with corresponding reference values.

Wenn nun die gemessenen Feuchtigkeitswerte ergeben, dass ein homogenes Feuchtigkeitsmanagement innerhalb der Brennstoffzelle 11 nicht mehr vorliegt, kann es erforderlich werden, die Strömungsrichtung M des Mediumstroms zumindest zeitweilig umzukehren.Now, if the measured humidity values show that a homogeneous moisture management within the fuel cell 11 is no longer present, it may be necessary to reverse the flow direction M of the medium flow at least temporarily.

Zu diesem Zweck steuert die Steuereinrichtung 23 die Fördereinrichtung 21 über die Signalleitung 27 an. Dazu kann zunächst vorgesehen sein, dass die Förderrichtung innerhalb der Fördereinrichtung 21 umgekehrt wird, sodass der Mediumstrom nunmehr über die Ableitung 16 durch die Brennstoffzelle 12 hindurchgedrückt wird.For this purpose, the control device controls 23 the conveyor 21 over the signal line 27 at. For this purpose, it may initially be provided that the conveying direction within the conveyor 21 is reversed so that the medium flow now via the derivative 16 through the fuel cell 12 is pushed through.

Um nun zu gewährleisten, dass der in neuer Strömungsrichtung entstehende Mediumstrom möglichst schnell aufgebaut wird und die gewünschten Parameter aufweist, ist nunmehr vorgesehen, dass während des Umschaltzeitraums die Fördereinrichtung 21 mit einer Umschaltlast betrieben wird. Diese Umschaltlast zeichnet sich dadurch aus, dass sie größer ist als die Last der Fördereinrichtung 21 in deren Normalbetrieb. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Fördereinrichtung 21 mit ihrer Maximallast als Umschaltlast betrieben wird, während die Last im Normalbetrieb im Durchschnitt nur 50 Prozent dieser Maximallast beträgt.In order to ensure that the medium flow generated in the new flow direction is built up as quickly as possible and has the desired parameters, it is now provided that during the switching period, the conveyor 21 is operated with a switching load. This switching load is characterized in that it is greater than the load of the conveyor 21 in their normal operation. For example, it can be provided that the conveyor 21 is operated with its maximum load as Umschaltlast, while the load in normal operation is on average only 50 percent of this maximum load.

Nachdem sich der Mediumstrom in der neuen Strömungsrichtung aufgebaut hat, das heißt nach Abschluss des Umschaltzeitraums, wird die Fördereinrichtung 21 über die Steuereinrichtung 23 auf die für den Normalbetrieb erforderliche Last eingestellt.After the medium flow has built up in the new flow direction, that is, after completion of the switching period, the conveyor 21 via the control device 23 adjusted to the load required for normal operation.

In 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems dargestellt. Das in 2 dargestellte Brennstoffzellensystem entspricht in seinem Grundaufbau jedoch demjenigen aus 1, sodass diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird. Weiterhin sind baugleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen worden. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind bei dem Brennstoffzellensystem 10 gemäß 2 zwei Fördereinrichtungen 21, 22 vorgesehen, wobei eine Fördereinrichtung 21 in der Oxidationsmittelableitung 16 und eine Fördereinrichtung 22 in der Oxidationsmittelzuleitung 15 vorgesehen ist. Beide Fördereinrichtungen 21, 22 sind über entsprechende Signalleitungen 27, 29 mit der Steuereinrichtung 23 der Einrichtung 20 zum Feuchtigkeitsmanagement verbunden und können über diese gesteuert werden. Im Unterschied zu dem Beispiel aus 1 weisen die Fördereinrichtungen 21, 22 eine vorgegebene, nicht veränderliche Fördereinrichtung auf, können jedoch mit veränderlicher Last betrieben werden.In 2 is shown another embodiment of the fuel cell system according to the invention. This in 2 illustrated fuel cell system corresponds in its basic structure, however, from that 1 , so that reference is made in this respect to the corresponding statements. Furthermore, identical elements have been provided with identical reference numerals. Unlike the in 1 illustrated embodiment are in the fuel cell system 10 according to 2 two conveyors 21 . 22 provided, wherein a conveyor 21 in the oxidant discharge 16 and a conveyor 22 in the oxidant supply line 15 is provided. Both conveyors 21 . 22 are via appropriate signal lines 27 . 29 with the control device 23 the device 20 connected to the moisture management and can be controlled by this. Unlike the example from 1 have the conveyors 21 . 22 a predetermined, non-variable conveyor, but can be operated with variable load.

Sowohl im Eintrittsbereich der Brennstoffzelle 11 als auch in deren Austrittsbereich ist jeweils ein Sensorelement 24, 25 zum Bestimmen des Feuchtigkeitsgehalts innerhalb des Mediumstroms vorgesehen. Beide Sensorelemente 24, 25 sind über Signalleitungen 26, 28 mit der Steuereinrichtung 23 verbunden.Both in the entry area of the fuel cell 11 as well as in their exit region is in each case a sensor element 24 . 25 for determining the moisture content within the medium flow. Both sensor elements 24 . 25 are via signal lines 26 . 28 with the control device 23 connected.

Nachfolgend wird die Funktionsweise dieses Brennstoffzellensystems 10 beschrieben. Während des Normalbetriebs der Brennstoffzelle 11 kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Oxidationsmittel die Zuleitung 15, die Kathode 13 sowie die Ableitung 16 in Strömungsrichtung M1 durchströmt. In diesem Fall ist vorgesehen, dass die Fördereinrichtung 22 ausgeschaltet ist und dass nur die Fördereinrichtung 21 – im vorliegenden Fall im Saugbetrieb – arbeitet. Dabei wird die Fördereinrichtung 21 mit der für den Normalbetrieb erforderlichen Last betrieben.The following is the operation of this fuel cell system 10 described. During normal operation of the fuel cell 11 For example, it may be provided that the oxidation medium the supply line 15 , the cathode 13 as well as the derivative 16 flows through in the direction of flow M1. In this case, it is provided that the conveyor 22 is off and that only the conveyor 21 - in the present case in the suction mode - works. In this case, the conveyor 21 operated at the load required for normal operation.

Über die Sensorelemente 24 und 25 werden die Feuchtigkeitswerte im Oxidationsmittelstrom gemessen und an die Steuereinrichtung 23 überfragen.About the sensor elements 24 and 25 the moisture values in the oxidant stream are measured and sent to the controller 23 about asking.

Wenn nun zum Zwecke eines homogenen Feuchtigkeitsmanagements innerhalb der Brennstoffzelle 11 eine Umkehr der Strömungsrichtung M1 des Oxidationsmittelstroms hin zu einer Strömungsrichtung M2 erforderlich wird, wird zunächst die Fördereinrichtung 22 mit einer Umschaltlast, bei der es sich beispielsweise um die Maximallast der Fördereinrichtung 22 handelt, aktiviert. Gleichzeitig oder kurz danach wird die Fördereinrichtung 21 abgestellt.If now for the purpose of homogeneous moisture management within the fuel cell 11 a reversal of the flow direction M1 of the oxidant flow toward a flow direction M2 is required, first the conveyor 22 with a switching load, which is, for example, the maximum load of the conveyor 22 is active. At the same time or shortly thereafter, the conveyor 21 switched off.

Durch den Betrieb der Fördereinrichtung 22 mit der Umschaltlast, die. wesentlich höher ist als diejenige Last, mit der die Fördereinrichtung 22 im Normalbetrieb gefahren wird, wird erreicht, dass sich die Strömungsrichtung M des Oxidationsmittelstrom sehr schnell ändert und ebenso sehr schnell der Oxidationsmittelstrom in der neuen Strömungsrichtung M2 aufgebaut wird.By the operation of the conveyor 22 with the switching load, the. is much higher than the load with which the conveyor 22 is operated in normal operation, it is achieved that the flow direction M of the oxidant flow changes very quickly and also very quickly the oxidant flow is established in the new flow direction M2.

Sobald dies geschehen ist, wird die Fördereinrichtung 22 über die Steuereinrichtung 23 auf die gewünschte Last für den Normalbetrieb eingestellt. Eine erneute Umkehr der Strömungsrichtung des Oxidationsmittelstroms hin in eine Strömungsrichtung M1 erfolgt dann in analoger Weise.Once this is done, the conveyor will 22 via the control device 23 set to the desired load for normal operation. A renewed reversal of the flow direction of the oxidant flow in a flow direction M1 then takes place in an analogous manner.

Eine andere Variante dieses Ausführungsbeispiels sieht vor, dass die Fördereinrichtungen 21, 22 eine veränderliche, das heißt umkehrbare Förderrichtung aufweisen, jedoch nicht mit einer variablen Last, sondern lediglich mit einer fest vorgegebenen, unveränderlichen Last, betrieben werden können. In diesem Fall wird das Fördereinrichtungs-System durch zwei Fördereinrichtungen gebildet, die sich allerdings in unterschiedlichen Leitungen befinden, nämlich einmal in der Zuleitung und einmal in der Ableitung.Another variant of this embodiment provides that the conveyors 21 . 22 a variable, that is reversible conveying direction, but can not be operated with a variable load, but only with a fixed, fixed load, operated. In this case, the conveyor system is formed by two conveyors, but located in different lines, namely once in the supply line and once in the derivative.

Während des Normalbetriebs der Brennstoffzelle 11 kann wiederum vorgesehen sein, dass das Oxidationsmittel die Zuleitung 15, die Kathode 13 sowie die Ableitung 16 in Strömungsrichtung M1 durchströmt. In diesem Fall ist vorgesehen, dass die Fördereinrichtung 22 ausgeschaltet ist und dass nur die Fördereinrichtung 21 – im vorliegenden Fall im Saugbetrieb – arbeitet. Dabei wird die Fördereinrichtung 21 mit der sie charakterisierenden Last betrieben.During normal operation of the fuel cell 11 may in turn be provided that the oxidizing agent, the supply line 15 , the cathode 13 as well as the derivative 16 flows through in the direction of flow M1. In this case, it is provided that the conveyor 22 is off and that only the conveyor 21 - in the present case in the suction mode - works. In this case, the conveyor 21 operated with the load characterizing them.

Über die Sensorelemente 24 und 25 werden die Feuchtigkeitswerte im Oxidationsmittelstrom gemessen und an die Steuereinrichtung 23 übertragen.About the sensor elements 24 and 25 the moisture values in the oxidant stream are measured and sent to the controller 23 transfer.

Wenn nun zum Zwecke eines homogenen Feuchtigkeitsmanagements innerhalb der Brennstoffzelle 11 eine Umkehr der Strömungsrichtung M1 des Oxidationsmittelstroms hin zu einer Strömungsrichtung M2 erforderlich wird, wird zunächst die Fördereinrichtung 22 aktiviert. Gleichzeitig wird die Förderrichtung der Fördereinrichtung 21 umgekehrt. Diese arbeitet nun im „drückenden" Betrieb, was bedeutet, dass der Mediumstrom mittels der Fördereinrichtung 21 durch die Ableitung 16 und die Brennstoffzelle 11 hindurch in die Zuleitung 15 hinein gedrückt wird. Gleichzeitig arbeitet die Fördereinrichtung 22 im „Saugbetrieb", wodurch der Mediumstrom durch die Ableitung 16 und die Brennstoffzelle 11 hindurch in die Zuleitung 15 hineingezogen wird. Beide Betriebszustände der Fördereinrichtungen 21, 22 überlagern sich, so dass in Summe eine größere Gesamtlast des Fördereinrichtungs-Systems, bestehend aus den beiden Fördereinrichtungen 21, 22, realisierbar ist.If now for the purpose of homogeneous moisture management within the fuel cell 11 a reversal of the flow direction M1 of the oxidant flow toward a flow direction M2 is required, first the conveyor 22 activated. At the same time, the conveying direction of the conveyor 21 vice versa. This now works in "oppressive" operation, which means that the medium flow by means of the conveyor 21 through the derivative 16 and the fuel cell 11 through the supply line 15 is pressed into it. At the same time the conveyor works 22 in "suction mode", causing the medium flow through the drain 16 and the fuel cell 11 through the supply line 15 is involved. Both operating conditions of the conveyors 21 . 22 overlap, so that in total a greater total load of the conveyor system, consisting of the two conveyors 21 . 22 , is feasible.

Die Addition der beiden Betriebslasten der Fördereinrichtungen 21, 22 führt zu einer größeren Gesamtlast (der Umschaltlast), als wenn nur eine der Fördereinrichtungen aktiv ist (Last im Normalbetrieb). Auch mit Fördereinrichtungen ohne Betriebsmöglichkeit mit variabler Last ist somit eine Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.The addition of the two operating loads of the conveyors 21 . 22 results in a greater total load (the switching load) than if only one of the conveyors is active (load in normal operation). Even with conveyors without operating capability with variable load thus an implementation of the method according to the invention is possible.

Durch den Betrieb der beiden Fördereinrichtungen 21, 22 in einer Weise, dass deren Förderrichtungen während des Umschaltvorgangs identisch sind, wird erreicht, dass sich die Strömungsrichtung M des Oxidationsmittelstrom sehr schnell ändert und ebenso sehr schnell der Oxidationsmittelstrom in der neuen Strömungsrichtung M2 aufgebaut wird.By the operation of the two conveyors 21 . 22 in such a way that their conveying directions during the switching operation are identical, it is achieved that the flow direction M of the oxidant flow changes very rapidly and also very quickly the oxidant flow is established in the new flow direction M2.

Sobald dies geschehen ist, wird die Fördereinrichtung 21 abgeschaltet, so dass nur noch die Fördereinrichtung 22 aktiv ist. Das Brennstoffzellensystem 10 kann nunmehr wieder im Normalbetrieb gefahren werden. Eine erneute Umkehr der Strömungsrichtung des Oxidationsmittelstroms hin in eine Strömungsrichtung M1 erfolgt dann in analoger Weise.Once this is done, the conveyor will 21 shut off, leaving only the conveyor 22 is active. The fuel cell system 10 can now be driven again in normal operation. A renewed reversal of the flow direction of the oxidant flow in a flow direction M1 then takes place in an analogous manner.

Durch das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem sowie das erfindungsgemäße Verfahren wird es auf einfache Weise möglich, die Strömungsrichtung eines Mediumstroms besonders schnell umzukehren, sodass es im Umschaltzeitpunkt beziehungsweise im Umschaltzeitraum nicht beziehungsweise nur sehr kurz zu einem stehenden System kommen kann, in dem keine Feuchtigkeit aus der Brennstoffzelle 11 ausgetragen werden kann. Dadurch wird die Performance und insbesondere die Kontinuität der Brennstoffzelle 11 beziehungsweise des Brennstoffzellensystems 10 weiter verbessert.By means of the fuel cell system according to the invention and the method according to the invention, it is possible in a simple manner to reverse the flow direction of a medium flow very quickly, so that it can not or only very briefly come to a standing system in which no moisture from the fuel cell at the switching or in switching period 11 can be discharged. This will reduce the performance and especially the Continuity of the fuel cell 11 or the fuel cell system 10 further improved.

1010
BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
1111
Brennstoffzellefuel cell
1212
Anodeanode
1313
Kathodecathode
1414
Brennstoffzellenmembranfuel cell membrane
1515
Mediumzuleitung (Oxidationsmittelzuleitung)media inlet (Oxidant supply line)
1616
Mediumableitung (Oxidationsmittelableitung)medium derivation (Oxidant derivative)
2020
Einrichtung zum Mediummanagement (etwa Feuchtigkeitsmanagement)Facility for media management (such as moisture management)
2121
FördereinrichtungConveyor
2222
FördereinrichtungConveyor
2323
Steuereinrichtungcontrol device
2424
Sensorelementsensor element
2525
Sensorelementsensor element
2626
Signalleitungsignal line
2727
Signalleitungsignal line
2828
Signalleitungsignal line
2929
Signalleitungsignal line
MM
Strömungsrichtung des Mediumstromsflow direction of the medium flow
M1M1
erste Strömungsrichtung des Mediumstromsfirst flow direction of the medium flow
M2M2
zweite Strömungsrichtung des Mediumstromssecond flow direction of the medium flow

Claims (19)

Verfahren zum Mediummanagement innerhalb wenigstens einer Brennstoffzelle, wobei der wenigstens einen Brennstoffzelle (11) über wenigstens eine Zuleitung (15) wenigstens ein Mediumstrom zugeführt und über wenigstens eine Ableitung (16) der wenigstens eine Mediumstrom abgeführt wird, wobei die Feuchtigkeit innerhalb der Brennstoffzelle(n) (11) über den Mediumstrom beeinflusst wird und wobei die Strömungsrichtung (M) des Mediumstroms durch die Brennstoffzelle(n) (11) hindurch zumindest zeitweilig umgekehrt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Zuleitung (15) und/oder in wenigstens einer Ableitung (16) ein Fördereinrichtungs-System mit wenigstens einer Fördereinrichtung (21, 22) vorgesehen ist, welches mit veränderlicher Last betrieben werden kann, dass das Fördereinrichtungs-System im Normalbetrieb mit einer ersten Last betrieben wird und dass zumindest in einem Umschaltzeitpunkt, in dem die Strömungsrichtung (M) des Mediumstroms umgekehrt wird, das Fördereinrichtungs-System mit einer Umschaltlast betrieben wird, wobei die Umschaltlast unterschiedlich im Vergleich zur Last im Normalbetrieb ist.Method for medium management within at least one fuel cell, wherein the at least one fuel cell ( 11 ) via at least one supply line ( 15 ) supplied at least one medium flow and at least one derivative ( 16 ) the at least one medium flow is discharged, wherein the moisture within the fuel cell (s) ( 11 ) is influenced by the medium flow and wherein the flow direction (M) of the medium flow through the fuel cell (s) ( 11 ) is reversed at least temporarily, characterized in that in at least one supply line ( 15 ) and / or in at least one derivative ( 16 ) a conveyor system with at least one conveyor ( 21 . 22 ), which can be operated with variable load, that the conveyor system is operated in normal operation with a first load and that at least in a switching time in which the flow direction (M) of the medium flow is reversed, the conveyor system with a Shift load is operated, the switching load is different compared to the load in normal operation. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltlast größer ist als die Last im Normalbetrieb.Method according to claim 1, characterized in that that the switching load is greater as the load in normal operation. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zum Feuchtigkeitsmanagement und/oder zum Brennstoffmanagement und/oder zum Oxidationsmittelmanagement innerhalb wenigstens einer Brennstoffzelle eingesetzt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that for moisture management and / or fuel management and / or for oxidant management within at least one fuel cell is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördereinrichtungs-System im Umschaltzeitpunkt sowie während eines bestimmten Umschaltzeitraums danach mit einer Umschaltlast betrieben wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the conveyor system at the switching time and during a thereafter operated with a switching load becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördereinrichtungs-System nach dem Umschaltzeitpunkt oder nach dem Umschaltzeitraum im Normalbetrieb mit der ersten Last betrieben wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the conveyor system after the switching time or after the switching period in normal operation operated with the first load. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Fördereinrichtung (21) vorgesehen ist, die in der Zuleitung (15) oder der Ableitung (16) des wenigstens einen Mediumstroms angeordnet ist, dass die Fördereinrichtung (21) in ihrer Förderrichtung umschaltbar ausgebildet ist und mit veränderlicher Last betrieben werden kann und dass die Strömungsrichtung (M) des Mediumstroms über die umschaltbare Fördereinrichtung (21) zumindest zeitweilig umgekehrt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that a single conveyor ( 21 ) provided in the supply line ( 15 ) or the derivation ( 16 ) of the at least one medium flow is arranged such that the conveying device ( 21 ) is switchable in its conveying direction and can be operated with variable load and that the flow direction (M) of the medium flow through the switchable conveyor ( 21 ) is reversed at least temporarily. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (15) und in der Ableitung (16) des wenigstens einen Mediumstroms je eine Fördereinrichtung (21, 22) angeordnet ist, dass die Fördereinrichtungen (21, 22) in ihrer Förderrichtung umschaltbar ausgebildet sind und mit veränderlicher Last betrieben werden können und dass die Strömungsrichtung (M) des Mediumstroms über die umschaltbaren Fördereinrichtungen (21, 22) zumindest zeitweilig umgekehrt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the supply line ( 15 ) and in the derivation ( 16 ) of the at least one medium flow per a conveyor ( 21 . 22 ), that the conveyors ( 21 . 22 ) are switchable in their conveying direction and can be operated with variable load and that the flow direction (M) of the medium flow through the switchable conveyors ( 21 . 22 ) is reversed at least temporarily. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtungen) (21, 22) im Normalbetrieb in einer ersten Förderrichtung mit der ersten Last betrieben wird/werden und dass bei Umkehrung der Strömungsrichtung (M) des Mediumstroms die Förderrichtung der Fördereinrichtungen) (21, 22) umgekehrt und die Fördereinrichtungen) (21, 22) zunächst mit Umschaltlast betrieben wird/werden.Method according to claim 6 or 7, characterized in that the conveyors) ( 21 . 22 ) is operated in normal operation in a first conveying direction with the first load / and that upon reversal of the flow direction (M) of the medium flow, the conveying direction of the conveyors) ( 21 . 22 ) and the conveyors) ( 21 . 22 ) is first operated with switching load / are. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (15) und in der Ableitung (16) wenigstens eine Fördereinrichtung (21, 22) mit vorgegebener, nicht veränderlicher Förderrichtung vorgesehen ist und dass je nach Strömungsrichtung (M1, M2) des Mediumstroms eine der Fördereinrichtungen (21, 22) in Betrieb ist.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the supply line ( 15 ) and in the derivation ( 16 ) at least one conveyor ( 21 . 22 ) is provided with a predetermined, non-variable conveying direction and that depending on the flow direction (M1, M2) of the medium flow one of the conveyors ( 21 . 22 ) is in operation. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (15) und in der Ableitung (16) jeweils eine Fördereinrichtung (21, 22) mit vorgegebener, nicht veränderlicher Förderrichtung vorgesehen ist, die mit veränderlicher Last betrieben werden kann, dass im Normalbetrieb eine der Fördereinrichtungen (21; 22) mit der ersten Last betrieben wird, während die andere Fördereinrichtung (22; 21) ausgeschaltet ist und dass im Umschaltzeitpunkt und/oder in einem bestimmten Zeitraum vor dem Umschaltzeitpunkt und/oder in einem bestimmten Umschaltzeitraum danach diejenige Fördereinrichtung (21; 22), in deren Förderrichtung die Strömungsrichtung (M1, M2) des Mediumstroms umgeschaltet werden soll, mit einer Umschaltlast betrieben wird und dass gleichzeitig oder danach die andere Fördereinrichtung (21, 22) abgeschaltet wird.Method according to claim 9, characterized in that in the supply line ( 15 ) and in the derivation ( 16 ) each have a conveyor ( 21 . 22 ) With predetermined, non-variable conveying direction is provided, which can be operated with variable load, that in normal operation one of the conveyors ( 21 ; 22 ) is operated with the first load, while the other conveyor ( 22 ; 21 ) is switched off and that at the switching time and / or in a certain period before the switching time and / or in a certain switching period thereafter that conveyor ( 21 ; 22 ), in the conveying direction of which the flow direction (M1, M2) of the medium flow is to be switched, is operated with a switching load, and that simultaneously or subsequently the other conveying device ( 21 . 22 ) is switched off. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördereinrichtungs-System im Umschaltzeitpunkt und/oder im Umschaltzeitraum danach und/oder in dem bestimmten Zeitraum vor dem Umschaltzeitpunkt mit höherer Last als im Normalbetrieb betrieben wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized that the conveyor system at the switching time and / or in the switching period thereafter and / or in the specific time period before the switching time with higher load is operated as normal operation. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Steuereinrichtung (23) vorgesehen ist und dass die wenigstens eine Fördereinrichtung (21, 22) über die Steuereinrichtung (23) gesteuert wird.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that at least one control device ( 23 ) is provided and that the at least one conveyor ( 21 . 22 ) via the control device ( 23 ) is controlled. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Zuleitung (15) und/oder der wenigstens einen Ableitung (16) und/oder der wenigstens einen Brennstoffzelle (11) wenigstens ein Sensorelement (24, 25) zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts und/oder der Temperatur und/oder der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Mediumstroms angeordnet ist und dass über das wenigstens eine Sensorelement (24, 25) jeweils der aktuelle Wert innerhalb des Mediumstroms gemessen wird.Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that in the at least one supply line ( 15 ) and / or the at least one derivative ( 16 ) and / or the at least one fuel cell ( 11 ) at least one sensor element ( 24 . 25 ) is arranged for measuring the moisture content and / or the temperature and / or the flow rate within the medium flow and that via the at least one sensor element ( 24 . 25 ) in each case the current value is measured within the medium flow. Verfahren nach Anspruch 13, soweit auf Anspruch 12 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem wenigstens einen Sensorelement (24, 25) ermittelten Messwerte zu der Steuereinrichtung (23) übertragen werden und dass die wenigstens eine Fördereinrichtung (21, 22) von der Steuereinrichtung (23) auf der Basis der ermittelten Messwerte gesteuert wird.Method according to claim 13, as far as dependent on claim 12, characterized in that that of the at least one sensor element ( 24 . 25 ) measured values to the control device ( 23 ) and that the at least one conveyor ( 21 . 22 ) from the control device ( 23 ) is controlled on the basis of the determined measured values. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung (M) des Mediumstroms durch die Brennstoffzelle(n) (11) hindurch periodisch umgekehrt wird.Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the flow direction (M) of the medium flow through the fuel cell (s) ( 11 ) is periodically reversed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung (M) des Mediumstroms durch die Brennstoffzelle(n) (11) hindurch aperiodisch umgekehrt wird.Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the flow direction (M) of the medium flow through the fuel cell (s) ( 11 ) is reversed aperiodically. Brennstoffzellensystem (10), mit wenigstens einer Brennstoffzelle (11) und mit einer Einrichtung zum Mediummanagement (20) innerhalb der Brennstoffzelle(n) (11), wobei die Brennstoffzelle(n) (11) mit wenigstens einer Zuleitung (15) für wenigstens einen Mediumstrom und mit wenigstens einer Ableitung (16) für den Mediumstrom verbunden ist/sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Mediummanagement (20) Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist.Fuel cell system ( 10 ), with at least one fuel cell ( 11 ) and a medium management facility ( 20 ) within the fuel cell (s) ( 11 ), wherein the fuel cell (s) ( 11 ) with at least one supply line ( 15 ) for at least one medium flow and with at least one derivative ( 16 ) is connected to the medium flow, characterized in that the means for medium management ( 20 ) Comprises means for carrying out the method according to one of claims 1 to 16. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Mediumstrom als Kathodengasstrom ausgebildet ist.Fuel cell system according to claim 17, characterized characterized in that the medium flow is formed as a cathode gas stream is. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Mediumstrom als Anodengasstrom ausgebildet ist.Fuel cell system according to claim 17 or 18, characterized in that the medium flow as an anode gas stream is trained.
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