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DE102008020763A1 - Periphery for a fuel cell system - Google Patents

Periphery for a fuel cell system Download PDF

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Publication number
DE102008020763A1
DE102008020763A1 DE102008020763A DE102008020763A DE102008020763A1 DE 102008020763 A1 DE102008020763 A1 DE 102008020763A1 DE 102008020763 A DE102008020763 A DE 102008020763A DE 102008020763 A DE102008020763 A DE 102008020763A DE 102008020763 A1 DE102008020763 A1 DE 102008020763A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
cell unit
periphery
unit
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102008020763A
Other languages
German (de)
Inventor
Özer ARAS
Andreas Hierl
Christian Leu
Stefan Sonntag
Maik Barth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heliocentris Energiesysteme GmbH
Original Assignee
Heliocentris Energiesysteme GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heliocentris Energiesysteme GmbH filed Critical Heliocentris Energiesysteme GmbH
Priority to DE102008020763A priority Critical patent/DE102008020763A1/en
Priority to DE112009000849T priority patent/DE112009000849A5/en
Priority to PCT/EP2009/054684 priority patent/WO2009127744A1/en
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Es wird ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, in welchem eine Brennstoffzelleneinheit umfassend mindestens eine Brennstoffzelle und die dazugehörige Peripherie räumlich voneinander getrennt angeordnet sind, wobei die Komponenten der Peripherie gemeinsam in einer in sich geschlossenen Baueinheit untergebracht sind. Die Peripherie bildet erfindungsgemäß ein eigenständiges Gerät mit einer eigenständigen Funktion, d.h. eine Vorrichtung zur Inbetriebnahme von Brennstoffzelleneinheiten.It is proposed a fuel cell system in which a fuel cell unit comprising at least one fuel cell and the associated peripherals are arranged spatially separated from each other, wherein the components of the periphery are housed together in a self-contained unit. According to the invention, the periphery forms an independent device with an independent function, i. a device for commissioning of fuel cell units.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine als in sich geschlossene Baueinheit ausgebildete Peripherie für eine Brennstoffzelleneinheit, beispielsweise einen Brennstoffzellenstapel.The The present invention relates to a self-contained unit formed periphery for a fuel cell unit, for example, a fuel cell stack.

Ein auf Brennstoffzellen basierendes Energieversorgungssystem umfasst neben mindestens einer Brennstoffzelle Einrichtungen zur Versorgung, Steuerung und Konditionierung der mindestens einen Brennstoffzelle. Die Gesamtheit dieser Einrichtungen wird nachfolgend als Peripherie bezeichnet. Typischerweise umfasst die Peripherie folgende Komponenten: Einrichtungen zur Versorgung mit den Reaktionsmedien, also an den Anoden der Brennstoffzellen elektrochemisch oxidierbaren Brennstoffen (beispielsweise Wasserstoff oder Methanol) und an den Kathoden der Brennstoffzellen elektrochemisch reduzierbaren Oxidationsmitteln (typischerweise Luft oder Sauerstoff), Einrichtungen zur Prozessteuerung und optional Einrichtungen zur Kühlung.One fuel cell based power supply system in addition to at least one fuel cell facilities for supply, control and conditioning the at least one fuel cell. The totality these devices will be referred to as peripherals. typically, the periphery comprises the following components: supply facilities with the reaction media, ie at the anodes of the fuel cells electrochemically oxidizable fuels (eg, hydrogen or methanol) and at the cathodes of the fuel cells electrochemically reducible oxidizing agents (typically air or oxygen), Facilities for process control and optional facilities for Cooling.

Auf Brennstoffzellen basierende Energieversorgungssysteme für praktische Anwendungen, beispielsweise für eine netzunabhängige Stromversorgung, enthalten üblicherweise eine Vielzahl von Brennstoffzellen, welche elektrisch seriell miteinander verschaltet sind. Typischerweise sind die Brennstoffzellen stapelförmig angeordnet, diese Bauart wird als Brennstoffzellen-Block, Brennstoffzellenstapel oder Brennstoffzellen-Stack bezeichnet.On Fuel cell based power supply systems for practical applications, for example for a network-independent Power supply, usually contain a variety of fuel cells, which interconnects electrically in series are. Typically, the fuel cells are stacked arranged, this design is called fuel cell block, fuel cell stack or fuel cell stack.

In derartigen Brennstoffzellensystemen ist der Brennstoffzellenstapel üblicherweise in die Peripherie integriert, so dass Brennstoffzellenstapel und Peripherie eine funktionelle und räumliche Einheit bilden. In dieser Einheit sind Brennstoffzellenstapel und Peripherie hinsichtlich Dimensionierung, Leistung, Funktion und Verwendungszweck direkt aufeinander abgestimmt. Daher ist es im allgemeinen nicht möglich, aus einem solchen vollständig integrierten System den Brennstoffzellenstapel einfach zu entnehmen und durch einen anderen, nicht speziell für dieses System konfigurierten Brennstoffzellenstapel zu ersetzen, ohne signifikante Änderungen an Aufbau und Dimensionierung der Peripherie durchzuführen.In Such fuel cell systems, the fuel cell stack is usually integrated into the periphery, allowing fuel cell stacks and peripherals to form a functional and spatial entity. In this Unit are fuel cell stacks and peripherals in terms Dimensioning, performance, function and purpose directly coordinated. Therefore, it is generally not possible from such a fully integrated system, the fuel cell stack easy to take and by another, not especially for this system configured to replace fuel cell stacks without significant changes to the design and dimensioning the periphery.

Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 059 776 A1 ist ein modular aufgebautes Brennstoffzellensystem bekannt. Dieses umfasst eine Brennstoffzelleneinrichtung mit einem oder mehreren Brennstoffzellenblöcken, eine Oxidator-Versorgungseinrichtung, eine Brennstoff-Versorgungseinrichtung und eine Steuerungseinrichtung. Die Brennstoffzelleneinrichtung und/oder die Oxidator-Versorgungseinrichtung und/oder die Brennstoff-Versorgungseinrichtung und ggf. die Kühleinrichtung sowie die Steuerungseinrichtung sind als eigenständige Module ausgebildet, wobei in einem Modul die funktionellen Komponenten der jeweiligen Einrichtung angeordnet sind (beispielsweise in einem Gehäuse), das entsprechende Modul eine Einheit bildet, welche als Ganzes positionierbar ist, und das entsprechende Modul eine Kommunikationsschnittstelle mit Anschlüssen aufweist.From the German patent application DE 10 2004 059 776 A1 is a modular fuel cell system known. This comprises a fuel cell device with one or more fuel cell blocks, an oxidizer supply device, a fuel supply device and a control device. The fuel cell device and / or the oxidizer supply device and / or the fuel supply device and optionally the cooling device and the control device are designed as separate modules, wherein the functional components of the respective device are arranged in a module (for example in a housing), the corresponding module forms a unit which is positionable as a whole, and the corresponding module has a communication interface with terminals.

Die Vorteile dieses modularen Systems bestehen darin, dass durch die Modularisierung das Brennstoffzellensystem flexibel aufgebaut werden kann, also eine leichte Zerlegbarkeit und Zusammensetzbarkeit aufweist. Insbesondere ist leichte eine Anpassung an geometrische Gegebenheiten möglich. Weiterhin lässt sich jedes Modul für sich optimieren, einstellen, positionieren und ggf. austauschen oder instandsetzen.The Advantages of this modular system are that through the Modularization the fuel cell system can be flexibly built, So has an easy disassembly and composability. In particular, light is an adaptation to geometric conditions possible. Furthermore, each module can be used for optimize, adjust, position and replace if necessary or repair if necessary.

Andererseits führt der vollständig modulare Aufbau dazu, dass die Peripherie in eine Vielzahl von Einzelsystemen zerfällt, die jeweils separate Bauteile darstellen. Somit umfasst das Brennstoffzellensystem insgesamt eine Vielzahl von separaten Bauteilen, die jeweils zu handhaben, zu positionieren, entsprechend ihren jeweiligen Funktionen miteinander zu verbinden und ggf. auch zu transportieren sind. Dies ist insbesondere bei nicht ortsfesten Anwendungen ein Nachteil. Ein weiterer Nachteil besteht in dem gegenüber einem vollständig integrierten System aus Brennstoffzellenstapel und Peripherie zwangsläufig erhöhten Platzbedarf.on the other hand the completely modular structure leads to the periphery breaks down into a multitude of individual systems, each representing separate components. Thus, the fuel cell system includes a total of a variety of separate components, each too handle, position, according to their respective functions to connect with each other and possibly also to be transported. This is a disadvantage especially in non-fixed applications. Another disadvantage is that compared to a complete integrated system of fuel cell stack and peripherals inevitably increased Space requirements.

Erfindungsgemäß wird daher ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, in welchem eine Brennstoffzelleneinheit umfassend mindestens eine Brennstoffzelle einerseits und die dazugehörige Peripherie andererseits räumlich voneinander getrennt angeordnet sind, wobei die Komponenten der Peripherie gemeinsam in einer in sich geschlossenen Baueinheit untergebracht sind. Die Peripherie bildet erfindungsgemäß ein eigenständiges Gerät mit einer eigenständigen Funktion, d. h. eine Vorrichtung zur Inbetriebnahme bzw. zum Betrieb von Brennstoffzelleneinheiten.According to the invention Therefore, a fuel cell system proposed in which a Fuel cell unit comprising at least one fuel cell on the one hand and the associated periphery on the other are arranged spatially separated from each other, wherein the Components of the periphery together in a self-contained Unit are housed. The periphery forms according to the invention standalone device with a standalone Function, d. H. a device for commissioning or for operation of fuel cell units.

Die erfindungsgemäße Peripherie, welche zur Kombination mit einer mindestens eine Brennstoffzelle umfassenden Brennstoffzelleneinheit vorgesehen ist, umfasst folgende Komponenten:

  • – eine Einrichtung zur Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit Brennstoff
  • – eine Einrichtung zur Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit Oxidationsmittel
  • – eine Mess-, Steuer- und Bedieneinrichtung oder eine Mess-, Steuer-, regelungs- und Bedieneinrichtung
sowie
  • - optional eine Einrichtung zur Kühlung der Brennstoffzelleneinheit,
wobei diese Komponenten gemeinsam in einer in sich geschlossenen Baueinheit untergebracht sind, die von der Brennstoffzelleneinheit räumlich getrennt ist.The peripheral according to the invention, which is provided for combination with a fuel cell unit comprising at least one fuel cell, comprises the following components:
  • - A device for supplying the fuel cell unit with fuel
  • - A device for supplying the fuel cell unit with oxidant
  • - A measuring, control and operating device or a measurement, control, regulation and control device
such as
  • optionally a device for cooling the fuel cell unit,
wherein these components are housed together in a self-contained unit, which is spatially separated from the fuel cell unit.

Die Komponenten der Peripherie-Baueinheit sind auf einer gemeinsamen Plattform, beispielsweise in einem Gehäuse, einer Box o. a. untergebracht, so dass sie eine eigenständige, in sich geschlossene Baueinheit bilden.The Components of the peripheral module are on a common Platform, for example in a housing, a box o. a. housed, so that they are independent, in themselves form a closed unit.

Ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem umfasst

  • – eine Brennstoffzelleneinheit umfassend mindestens eine Brennstoffzelle
sowie
  • – eine räumlich von der Brennstoffzelleneinheit getrennte Peripherie umfassend folgende Komponenten:
  • – eine Einrichtung zur Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit Brennstoff,
  • – eine Einrichtung zur Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit Oxidationsmittel
  • – eine Mess-, Steuer-, Regelungs- und Bedieneinrichtung sowie
  • – optional eine Einrichtung zur Kühlung der Brennstoffzelleneinheit,
wobei diese Komponenten gemeinsam in einer in sich geschlossenen Baueinheit untergebracht sind, die von der Brennstoffzelleneinheit räumlich getrennt ist.An inventive fuel cell system comprises
  • - A fuel cell unit comprising at least one fuel cell
such as
  • A periphery separated spatially from the fuel cell unit comprising the following components:
  • A device for supplying the fuel cell unit with fuel,
  • - A device for supplying the fuel cell unit with oxidant
  • - a measuring, control, and operating device as well
  • Optionally a device for cooling the fuel cell unit,
wherein these components are housed together in a self-contained unit, which is spatially separated from the fuel cell unit.

Zur Inbetriebnahme der Brennstoffzelleneinheit des Brennstoffzellensystems wird diese mit der erfindungsgemäßen Peripherie strömungstechnisch, elektrisch und ggf. signaltechnisch verbunden.to Commissioning of the fuel cell unit of the fuel cell system This is the periphery of the invention fluidic, electrical and possibly signaling technology connected.

Vorzugsweise enthält die Brennstoffzelleneinheit des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems eine Vielzahl von Brennstoffzellen, die vorteilhaft in einem Brennstoffzellenstapel angeordnet sind. Beispielsweise handelt es sich um Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEMFC).Preferably contains the fuel cell unit of the invention Fuel cell system a variety of fuel cells, the are advantageously arranged in a fuel cell stack. For example are polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC).

Als Brennstoff kommt beispielsweise Wasserstoff oder Methanol (z. B. in Form eines Methanol-Wasser-Gemischs) zum Einsatz. Wasserstoff wird mittels eines geeigneten Speichers zur Verfügung gestellt, beispielsweise eines Metallhydrid-Speichers oder einer Druckgasflasche, wobei der Speicher für den Betrieb der Brennstoffzelleneinheit strömungstechnisch mit der erfindungsgemäßen Peripherie verbunden wird.When Fuel comes, for example, hydrogen or methanol (eg. in the form of a methanol-water mixture) are used. Becomes hydrogen provided by means of a suitable memory, for example, a metal hydride storage tank or a compressed gas cylinder, wherein the memory for the operation of the fuel cell unit fluidly connected to the periphery of the invention becomes.

Als Oxidationsmittel wird üblicherweise Sauerstoff oder Luft eingesetzt. Dieser wird von der Peripherie aus der Umgebungsluft angesaugt. In der Peripherie ist dafür eine entsprechende Vorrichtung vorgesehen.When Oxidant is usually oxygen or air used. This is from the periphery of the ambient air sucked. In the periphery is for a corresponding Device provided.

Die erfindungsgemäße Peripherie weist Anschlüsse auf, um strömungstechnische Verbindungen für den Transport der Reaktionsmedien, also des Brennstoffs und des Oxidationsmittels zur Brennstoffzelleneinheit herzustellen.The Periphery according to the invention has connections on to fluidic connections for the Transport of the reaction media, ie the fuel and the oxidant to produce the fuel cell unit.

Umfasst die Peripherie eine Einrichtung zur Kühlung der Brennstoffzelleneinheit, so sind Anschlüsse für strömungstechnische Verbindungen zum An- und Abtransport des Kühlmittels zur Brennstoffzelleneinheit vorzusehen.includes the periphery a device for cooling the fuel cell unit, so are connections for fluidic Connections for the supply and removal of the coolant for Provide fuel cell unit.

Als Kühlmittel wird Wasser, ggf. mit Frostschutzzusatz, oder ein anderes gebräuchliches Kühlmittel eingesetzt. Als Alternative kann auch eine Luftkühlung verwendet werden. Im Falle eines flüssigen Kühlmittels wird die Förderung des Kühlmittels durch eine in der Peripherie vorgesehene Pumpe bewerkstelligt. Im Falle einer Luftkühlung weist die Peripherie ein Gebläse für die als Kühlmittel verwendete Luft auf.When Coolant becomes water, if necessary with antifreeze additive, or used another common coolant. As an alternative, air cooling can also be used. In the case of a liquid coolant, the Pumping the coolant through one in the periphery provided pump accomplished. In case of air cooling the periphery has a blower for as coolant used up air.

Soll die erfindungsgemäße Peripherie ausschließlich in Kombination mit passiv gekühlten Brennstoffzelleneinheiten eingesetzt werden, so ist es nicht erforderlich, in der Peripherie eine Einrichtung zur Kühlung der Brennstoffzelleneinheit vorzusehen.Should the periphery according to the invention exclusively in combination with passively cooled fuel cell units are used, so it is not necessary in the periphery a device for cooling the fuel cell unit provided.

Die erfindungsgemäße Peripherie weist einen elektrischen Anschluss auf, um eine elektrische Verbindung zur Brennstoffzelleneinheit herzustellen und der Brennstoffzelleneinheit elektrische Leistung zu entnehmen. Sie weist außerdem einen elektrischen Anschluss für mindestens einen Verbraucher auf, der die der Brennstoffzelleneinheit entnommene elektrische Leistung aufnimmt.The Periphery according to the invention has an electrical Connect to for an electrical connection to the fuel cell unit and to provide electric power to the fuel cell unit remove. It also has an electrical connection for at least one consumer, that of the fuel cell unit taken off electrical power.

Die elektrischen und strömungstechnischen Verbindungen zwischen Brennstoffzelleneinheit und Peripherie werden in bekannter Weise hergestellt.The electrical and fluidic connections between Fuel cell unit and peripherals are in a known manner produced.

Mittels der Mess-, Steuer- und Bedieneinheit können bestimmte Betriebsgrößen wie beispielsweise die Temperatur und Spannung der Brennstoffzelleneinheit, die Funktion des Kühlkreislaufs, die Temperatur des ein- und austretenden Kühlmittels, der Eingangsluftdruck und der Wasserstoffdruck gesteuert und überwacht werden. Alternativ kann eine Mess-, Steuer-, Regelungs- und Bedieneinheit eingesetzt werden, so dass eine Regelung bestimmte Betriebsgrößen möglich ist.through The measuring, control and operating unit can have specific operating variables such as the temperature and voltage of the fuel cell unit, the function of the cooling circuit, the temperature of the and escaping coolant, the inlet air pressure and the hydrogen pressure is controlled and monitored. alternative a measuring, control, control and operating unit can be used so that a scheme has specific farm sizes is possible.

Es ist grundsätzlich möglich, auch weitere Betriebsgrößen zu steuern, zu regeln oder zu überwachen. Auswahl und Anzahl dieser Betriebsgrößen hängen vom jeweiligen Einsatzzweck und dem vom Anwender akzeptierten Aufwand/Nutzen-Verhältnis ab.It is basically possible to control, regulate or monitor other operating variables. Selection and number of these operating variables depend on the respective purpose of use and on the effort / benefit ratio accepted by the user from.

Für die zu messenden Größen sind in der Peripherie bzw. in der Brennstoffzelleneinheit entsprechende Messfühler vorzusehen sowie die nötigen signaltechnischen Verbindungen zur Signalübertragung an die Mess-, Steuer-, Regelungs- und Bedieneinheit.For the quantities to be measured are in the periphery or in the fuel cell unit corresponding sensor provide as well as the necessary signaling connections for signal transmission to the measuring, control and and control unit.

Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Peripherie weiterhin einen Eingang zur Einspeisung von elektrischer Hilfsenergie auf. Dadurch kann in der Startphase oder, falls gewünscht, während der gesamten Betriebsdauer der Energiebedarf der elektrische Energie benötigenden Komponenten der Peripherie (Luftverdichter, Kühlmittelpumpe usw.) unabhängig von der Leistung des Brennstoffzellenstapels gedeckt werden. Die elektrische Energie kann dem Stromversorgungsnetz entnommen werden oder einer anderen Stromquelle, beispielsweise einer Batterie. Die Entkopplung der Leistung des Brennstoffzellenstapels vom elektrischen Leistungsbedarf der Peripherie ermöglicht es, die Leistung des Brennstoffzellenstapels unabhängig zu evaluieren. Soll andererseits der Bedarf an Hilfsenergie möglichst klein gehalten werden, so ist es auch möglich, den Leistungsbedarf der Peripherie direkt aus der Leistungsabgabe der Brennstoffzelleneinheit zu decken. Die Peripherie wird dann elektrisch als Verbraucher geschaltet.advantageously, has the periphery of the invention continues an input for the supply of electrical auxiliary energy. This may be during the starting phase or, if desired, during the entire life of the energy demand of electrical energy required components of the periphery (air compressors, Coolant pump, etc.) regardless of the power be covered of the fuel cell stack. The electrical energy can be taken from the power grid or another Power source, such as a battery. The decoupling of Power of the fuel cell stack from the electrical power requirement the periphery allows the performance of the fuel cell stack to evaluate independently. On the other hand, the demand be kept as small as possible to auxiliary power is so It also possible to directly control the power requirements of the periphery to cover from the power output of the fuel cell unit. The Periphery is then switched electrically as a consumer.

Das erfindungsgemäße System zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch eine Vielzahl von Vorteilen aus. Gegenüber dem komplett modular aufgebautem System gemäß DE 10 2004 059 776 A1 ist der durch die Integration der Peripheriekomponenten in einer Baueinheit wesentlich kompaktere Aufbau hervorzuheben, der die Handhabbarkeit und den Transport erleichtert. So ermöglicht die erfindungsgemäße Peripherie eine einfache und sichere Inbetriebnahme von Brennstoffzelleneinheiten. Dies ist insbesondere bei nicht ortsfesten Anwendungen und bei eingeschränktem Platzangebot von Vorteil. Andererseits besteht gegenüber vollständig integriertem Systemen der Vorteil einer höheren Flexibilität, da die Brennstoffzelleneinheit nicht starr mit der Peripherie verbunden ist und daher ausgetauscht werden kann. Es können also ohne signifikanten Umrüstungsaufwand verschiedene Brennstoffzelleneinheiten angeschlossen, in Betrieb genommen und untersucht werden.The system according to the invention is distinguished from the prior art by a multiplicity of advantages. Compared to the completely modular system according to DE 10 2004 059 776 A1 is to emphasize the significantly more compact construction by the integration of the peripheral components in a structural unit, which facilitates the handling and transport. Thus, the peripheral according to the invention enables a simple and safe startup of fuel cell units. This is particularly advantageous for non-fixed applications and limited space. On the other hand, over fully integrated systems, there is the advantage of greater flexibility since the fuel cell unit is not rigidly connected to the periphery and therefore can be replaced. It can therefore be connected without significant conversion effort different fuel cell units, put into operation and examined.

Somit ermöglicht die erfindungsgemäß als in sich geschlossene Baueinheit ausgebildete Peripherie eine hohe Flexibilität beim Testen und Evaluieren von Brennstoffzelleneinheiten, insbesondere auch verschiedener Brennstoffzelleneinheiten, z. B. Brennstoffzellenstapel, im Vergleich untereinander. Beispielsweise können Prototypen von Brennstoffzellenstapeln vergleichbar evaluiert werden. Unter „Evaluieren” werden im Rahmen dieses Textes alle Verfahren, Methoden und Vorgehensweisen zum Erproben, Prüfen, Testen und Untersuchen des Betriebs von Brennstoffzelleneinheiten verstanden, also im Sinne einer Funktionsprüfung oder Diagnose sowie auch z. B. die Untersuchung des Betriebsverhaltens in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen oder äußeren Bedingungen.Consequently allows the invention as in itself closed unit trained peripherals high flexibility in testing and evaluating fuel cell units, in particular also different fuel cell units, for. B. fuel cell stack, in comparison with each other. For example, prototypes be evaluated by fuel cell stacks comparable. Under "Evaluate" will be in the context of this text all procedures, methods and procedures to test, test, test and investigate the operation understood by fuel cell units, ie in the sense of a functional test or diagnosis as well as z. B. the investigation of the operating behavior depending on certain operating conditions or external conditions.

Ein weiterer Vorteil ist die anwendungsnahe Gestaltung der erfindungsgemäßen Peripherie. Sie lässt sich daher leicht in Anwendungen integrieren. Dies erleichtert insbesondere die Entwicklung von Prototypen für Anwendungen von Brennstoffzellensystemen. Beispiele für solche Anwendungen sind u. a. eine Bordstromversorgung für ein Fahrzeug oder ein System zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (sog. Back-up-System). Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Anwendungen beschränkt.One Another advantage is the application-oriented design of the invention Periphery. It is therefore easy to use in applications integrate. This facilitates in particular the development of prototypes for applications of fuel cell systems. Examples for such applications are u. a. an on-board power supply for a vehicle or an uninterruptible system Power supply (so-called back-up system). The present invention is of course not limited to these applications.

Die oben genannten Vorzüge der erfindungsgemäß als in sich geschlossene Baueinheit ausgebildeten Peripherie für Brennstoffzellensysteme sind Grundlage für eine Vielzahl vorteilhafter Einsatzmöglichkeiten.The above-mentioned advantages of the invention as self-contained unit designed periphery for Fuel cell systems are the basis for a multitude advantageous applications.

Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Peripherie benutzt werden, um Brennstoffzelleneinheiten, z. B. Brennstoffzellenstapeln nach der Fertigung, vor dem Einbau in ein komplett integriertes Brennstoffzellensystem, vor der Inbetriebnahme oder nach einer Änderung der Betriebsbedingungen oder einer Betriebspause zu evaluieren, zu testen und zu prüfen. Die leichte Handhabung des Systems erleichtert die routinemäßige Prüfung. Die kompakte Bauweise verringert den Aufwand für eine Vorortprüfung, beispielsweise bei einer netzfern eingesetzten Brennstoffzelleneinheit.For example if the periphery according to the invention can be used, to fuel cell units, for. B. fuel cell stacks after the production, before installation in a completely integrated fuel cell system, before commissioning or after a change in operating conditions or to evaluate, test and test a downtime. The easy handling of the system facilitates the routine Exam. The compact design reduces the effort for a local test, for example, in a remote fuel cell unit.

Ein weiteres Anwendungsfeld ist der Einsatz als Laborgerät für Forschung und Entwicklung. Beispielsweise können Prototypen von Brennstoffzellenstapeln vergleichbar evaluiert werden. Potentielle Anwender können sich mittels der erfindungsgemäßen Peripherie schnell mit neuen Typen von Brennstoffzelleneinheiten vertraut machen und diese unter anwendungsnahen Bedingungen testen.One Another field of application is the use as a laboratory device for research and development. For example, you can Prototypes of fuel cell stacks can be evaluated comparably. Potential users can use the inventive Periphery fast with new types of fuel cell units Familiarize yourself with these and test them under application-related conditions.

Auch kann der Einfluss der Skalierung der Brennstoffzelleneinheit, d. h. der Anzahl der miteinander elektrisch seriell verschalteten Brennstoffzellen untersucht werden.Also For example, the influence of the scaling of the fuel cell unit, i. H. the number of electrically series-connected fuel cells to be examined.

In diesem Zusammenhang ist hervorzuheben, dass bei der Entwicklung von Brennstoffzellen und Brennstoffzellenstapeln in der Labor- und Prototypenphase meist vergleichsweise aufwändige und komplexe Teststände benutzt werden, die eine Vielzahl von Messgeräten und Überwachungsfunktionen umfassen. Während solche Vorrichtungen für grundlegende Forschung und Entwicklung unverzichtbar sind, eignen sich jedoch nicht für die Anwendungsintegration von Brennstoffzellensystemen. Daher müsste ein potentieller Anwender, der ein Brennstoffzellensystem in den Prototypen einer Anwendung integrieren will, den vorgefertigten Brennstoffzellenstapel selbst mit einer geeigneten Peripherie versehen und in die entsprechende Anwendung integrieren. Dies ist jedoch relativ aufwändig und verlangt zusätzliche Entwicklungskapazitäten, die häufig auch außerhalb der Kompetenz des Anwenders liegen.In this context, it should be emphasized that in the development of fuel cells and fuel cell stacks in the laboratory and prototype phase usually relatively complex and complex test stands are used, which include a variety of meters and monitoring functions. While such devices for reason However, while legendary research and development are indispensable, they are unsuitable for the application integration of fuel cell systems. Therefore, a potential user who wants to integrate a fuel cell system in the prototypes of an application would have to provide the prefabricated fuel cell stack itself with a suitable periphery and integrate it into the appropriate application. However, this is relatively complex and requires additional development capacity, which often lies outside the competence of the user.

Darüber hinaus weist die vorliegende Erfindung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Testständen einen deutlichen Preisvorteil auf. Daher ist es mittels der erfindungsgemäßen Peripherie möglich, Einsatzgebiete zu erschließen, für die herkömmliche Testständer zwar zu aufwändig und zu teuer sind, aber bisher keine brauchbare Alternative zur Verfügung stand.About that In addition, the present invention over against The prior art known test stands a clear Price advantage on. Therefore, it is by means of the invention Periphery possible to open up application areas, for the conventional test stand though too costly and too expensive, but so far no usable Alternative was available.

Da sich die kompakte Peripherie leicht in eine vorhandene Anwendungsumgebung einbinden lässt, können verschiedene Anwendungsmöglichkeiten von Brennstoffzelleneinheiten, insbesondere Brennstoffzellenstapel untersucht werden. Dies ist insbesondere im Prototypenstadium solcher Anwendungen von Vorteil, denn der kompakte Aufbau und die leichte Handhabbarkeit der erfindungsgemäß als in sich geschlossene Baueinheit ausgebildeten Peripherie erleichtern den Einbau eines Brennstoffzellensystems in den Prototyp einer potentiellen Anwendung. Dadurch wird der Schritt vom Labor- zum Prototypenstadium erleichtert und beschleunigt.There the compact peripherals easily fit into an existing application environment can be used for various applications of fuel cell units, in particular fuel cell stacks to be examined. This is especially in the prototype stage such Applications of advantage, because of the compact design and the lightweight Handleability of the invention as in itself closed unit trained peripherals facilitate the Installation of a fuel cell system in the prototype of a potential Application. This makes the step from the laboratory to the prototype stage relieved and accelerated.

Außerdem kann die erfindungsgemäß als in sich geschlossene Baueinheit ausgebildete Peripherie, da sie leicht zu transportieren ist, als Vorort-Diagnosegerät eingesetzt werden, beispielsweise für die Prüfung und Wartung von an nahezu beliebigen Orten, beispielsweise dezentral eingesetzten Brennstoffzelleneinheiten, insbesondere auch bei netzfern eingesetzten Brennstoffzelleneinheiten.Furthermore can the invention as self-contained Unit trained peripherals, as they are easy to transport is used as a sub-diagnostic device, for example for testing and maintenance of almost any Locations, for example decentralized fuel cell units, in particular also in the case of remote fuel cell units.

Die erfindungsgemäße Peripherie ist auch geeignet, um das Betriebsverhalten einer Brennstoffzelleneinheit unter verschiedenen Umgebungsbedingungen zu untersuchen. So kann beispielsweise der Einfluss von Luftfeuchtigkeit, Staubgehalt der Luft u. a. Witterungs- und Umgebungsbedingungen untersucht werden.The Peripheral according to the invention is also suitable to the performance of a fuel cell unit under different To study environmental conditions. For example, influence of humidity, dust content of air u. a. Weather and Environmental conditions are examined.

Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäß als in sich geschlossene Baueinheit ausgebildete Peripherie vielfältige weitere Anwendungen, die mit herkömmlichen Testständen, die nicht ohne weiteres transportabel sind, nur unter extrem hohem Aufwand oder gar nicht zu realisieren sind. Die erfindungsgemäß als in sich geschlossene Baueinheit ausgebildete Peripherie kann somit als mobile Teststation oder mobiles Diagnosegerät für Brennstoffzelleneinheiten verwendet werden.About that In addition, the invention allows as self-contained unit formed periphery diverse other applications with conventional test stands, which are not readily transportable, only at extremely high cost or can not be realized at all. The invention as self-contained unit trained periphery can thus as mobile test station or mobile diagnostic device for Fuel cell units are used.

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Claims (10)

Peripherie für eine Brennstoffzelleneinheit umfassend mindestens eine Brennstoffzelle, wobei die Peripherie folgende Komponenten umfasst: – eine Einrichtung zur Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit Brennstoff – eine Einrichtung zur Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit Oxidationsmittel – eine Mess-, Steuer- und Bedieneinrichtung oder eine Mess-, Steuer-, Regelungs- und Bedieneinrichtung sowie – optional eine Einrichtung zur Kühlung der Brennstoffzelleneinheit dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten der Peripherie in einer in sich geschlossenen, räumlich von der Brennstoffzelleneinheit getrennten Baueinheit untergebracht sind.Peripheral for a fuel cell unit comprising at least one fuel cell, wherein the periphery comprises the following components: - a device for supplying the fuel cell unit with fuel - means for supplying the fuel cell unit with oxidant - a measuring, control and operating device or a measuring, control , Control and operating device and - optionally a device for cooling the fuel cell unit, characterized in that the components of the periphery are housed in a self-contained, spatially separated from the fuel cell assembly unit. Brennstoffzellensystem, umfassend – eine Brennstoffzelleneinheit umfassend mindestens eine Brennstoffzelle sowie – eine räumlich von der Brennstoffzelleneinheit getrennte Peripherie gemäß Anspruch 1.Fuel cell system, comprising - one Fuel cell unit comprising at least one fuel cell such as - one spatially separated from the fuel cell unit periphery according to claim 1. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit ein Brennstoffzellenstapel ist.Fuel cell system according to claim 2, characterized in that the fuel cell unit a Fuel cell stack is. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit mindestens eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle enthält.Fuel cell system according to claim 2 or 3, characterized in that the fuel cell unit contains at least one polymer electrolyte membrane fuel cell. Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff Wasserstoff oder Methanol verwendet wirdFuel cell system according to a of claims 2, 3 or 4, characterized in that as Fuel is hydrogen or methanol is used Verfahren zum Evaluieren einer Brennstoffzelleneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit elektrisch, strömungstechnisch und ggf. signaltechnisch mit einer räumlich von der Brennstoffzelleneinheit getrennten Peripherie gemäß Anspruch 1 verbunden wird und die Brennstoffzelleneinheit evaluiert wird.Method for evaluating a fuel cell unit, characterized in that the fuel cell unit is electrically, fluidically and possibly signaling technology with a spatially Separated from the fuel cell unit periphery according to claim 1 is connected and the fuel cell unit is evaluated. Verfahren zum Evaluieren des Prototyps einer Brennstoffzellenanwendung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennstoffzelleneinheit sowie eine mit der Brennstoffzelleneinheit elektrisch, strömungstechnisch und ggf. signaltechnisch verbundene, räumlich aber von der Brennstoffzelleneinheit getrennte Peripherie gemäß Anspruch 1 in den Prototyp integriert werden und der Prototyp evaluiert wird.Method for evaluating the prototype of a fuel cell application, thereby marked that a fuel cell unit such as one with the fuel cell unit electrically, fluidically and possibly technically connected, but spatially of the fuel cell unit separate periphery according to claim 1 integrated into the prototype and the prototype evaluated becomes. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit ein Brennstoffzellenstapel ist.A method according to claim 6 or 7, characterized in that the fuel cell unit is a fuel cell stack is. Verfahren gemäß Anspruch 6, 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit mindestens eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle enthält.A method according to claim 6, 7 or 8, characterized in that the fuel cell unit at least contains a polymer electrolyte membrane fuel cell. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff Wasserstoff oder Methanol verwendet wird.Method according to one of the claims 6, 7, 8 or 9, characterized in that the fuel is hydrogen or methanol is used.
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