In Verbindung mit Kraftfahrzeugen sollen Brennstoffzellen- anlagen meist zur Energieversorgung eines als Antrieb vor- handenen Elektromotors eingesetzt werden. Durch die DE 199 02 051 AI ist bereits vorgeschlagen worden, bei Kraft- fahrzeugen mit Ver-brennungsmotoren lediglich die Bordstrom- versorgung oder Teile der Bordstromversorgung über eine Brennstoffzellenanlage vorzunehmen. Dies kann alternativ oder ergänzend zur üblicherweise vorhandenen Lichtmaschine erfol- gen.

Für den Betrieb der Brennstoffzellen ist die Versorgung mit einem Brennstoff, beispielsweise einem Brenngas, einerseits und mit einem Oxidans andererseits notwendig. Als Oxidans kann der Sauerstoff aus der Umgebungsluft verwendet werden, was insbesondere im Fahrbetrieb des KFZ's durch den Fahrtwind erfolgt. Weiterhin sind auch üblicherweise Kühlmittel erfor- derlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, speziell bei einem Kraftfahr- zeug mit Verbrennungsmotor eine verbesserte Bordstromversor- gung unter Einbindung einer Brennstoffzellenanlage zu schaf- fen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa- tentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteran- sprüchen angegeben.

Bei der Erfindung erfolgt die Luftversorgung und/oder die Kühlung des Brennstoffzellenmoduls vorteilhafterweise über ein Gebläse. Das Gebläse kann zweistufig regelbar, aber auch stufenlos regelbar sein. Vorzugsweise wird das Gebläse selbst durch das Brennstoffzellenmodul mit elektrischer Energie ver- sorgt. Damit kann in optimaler Weise eine Brennstoffzellenan- lage zur Bordstromversorgung eingesetzt werden. Der Antrieb des Kraftfahrzeuges ist in diesem Fall ein Verbrennungsmotor, wobei er ein Diesel-, Otto-oder aber auch ein Wasserstoff- Verbrennungsmotor sein kann.

Die Brennstoffzellenanlage besteht für den angegebenen Zweck aus PEM-Brennstoffzellen, und kann vorteilhafterweise durch eine bei höheren Temperaturen betriebene Brennstoffzelle, d. h. sog. HT-PEM-Brennstoffzelle, gebildet sein.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei- spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentan- sprüchen. Es zeigen Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenanlage zur Bordstromversorgung, Figur 2 die Realisierung der Bordstromversorgung bei einem Fahrzeug gemäß Figur 1 und Figur 3 eine vorteilhafte Zuordnung von Brennstoffzellenmodul und Kraftfahrzeugkühler.

In der Figur 1 ist ein Kraftfahrzeug (KFZ) mit 1 bezeichnet, das einen Verbrennungsmotor 3 aufweist. Der Verbrennungsmotor 3 kann ein Diesel-, Otto-oder aber auch insbesondere mit Wasserstoff betriebener Verbrennungsmotor sein. Dem Verbren- nungsmotor 3 ist eine Bordstromversorgung zugeordnet, die bei einem Kraftfahrzeug 1 bisher üblicherweise aus einem Akkumu- lator besteht, der insbesondere über die beim KFZ 1 vorhande- ne Lichtmaschine aufladbar ist.

In der Figur 1 ist an geeigneter Stelle des Kraftfahrzeuges 1 eine Brennstoffzellenanlage mit wenigstens einem Brennstoff- zellenmodul 10 angeordnet. Dargestellt ist beispielhaft ein einzelnes Brennstoffzellenmodul 10 ohne Nebenaggregate, wobei das Brennstoffzellenmodul 10 allein zur Bordstromversorgung eingesetzt werden soll. Das Brennstoffzellenmodul 10 ist un- ter dem Boden 2 des Kraftfahrzeugs 1 bzw. in einem vom Zwi- schenboden 2 gebildeten freien Raum angeordnet. Angedeutet ist weiterhin ein Auspuff 8, aus dem bei Betrieb des Brenn- stoffzellenmoduls 10 mit reinem Wasserstoff und Sauerstoff bzw. Luft das entstehende Prozesswasser, bei Betrieb von was- serstoffreichen Gasen mit Nebenbestandteilen letztere entwei- chen können.

Als Brennstoffzellenmodul 10 wird insbesondere eine mit einer protonenleitfähigen Membran arbeitende PEM-Brennstoffzelle (Polymer Electrolyte Membrane, Proton Exchange Membrane) ge- wählt. Eine solche PEM-Brennstoffzelle arbeitet mit Wasser- stoff, Benzin, Methanol oder einem anderen Brennstoff, aus dem mittels eines Reformers ein wasserstoffreiches Brenngas gewonnen wird. Der Wasserstoff reagiert in der Brennstoffzel- le mit Sauerstoff, der aus der Umgebungsluft gewonnen wird.

Speziell die bei höheren Temperaturen betriebene HT-PEM- Brennstoffzelle hat sich dabei als Brennstoffzellenanlage der Wahl erwiesen. Solche HT-PEM-Brennstoffzellen arbeiten bei Temperaturen oberhalb der üblichen Arbeitstemperatur der PEM- Brennstoffzellen von 60°C, und zwar von 80°C bis etwa 300°C.

Die geeignete Arbeitstemperatur liegt etwa zwischen 120°C und 200°C.

Wie erwähnt ist zum Betrieb insbesondere von HT-PEM-Brenn- stoffzellen die Bereitstellung von Sauerstoff als Oxidans er- forderlich, das vorteilhafterweise aus der Umgebungsluft ge- wonnen wird. Weiterhin sollen die Brennstoffzellen bei der erhöhten Arbeitstemperatur auf konstanter Temperatur gehalten werden. Sie müssen also auch gekühlt werden. Es ist daher

gleichermaßen eine Luftversorgung und eine Kühlung des Brenn- stoffzellenmoduls 10 notwendig.

Für die Prozessführung einer Brennstoffzellenanlage mit einem oder mehreren Brennstoffzellenmodulen werden Fluidleitungs- systeme für die Prozessgasversorgung einerseits und die Küh- lung andererseits benötigt. Als Kühlmittel speziell bei HT- PEM-Brennstoffzellen wird üblicherweise ein öl verwendet.

Wasser kommt wegen der Betriebstemperaturen zwischen 120°C und 200°C zur Kühlung von bei HT-PEM-Brennstoffzellen nicht in Frage.

In Figur 2 enthält die Fluidleitung des Brennstoffzellen- moduls 10 ein Thermostatventil 15 zur Einstellung und Defini- tion der Betriebstemperatur in der Brennstoffzellenanlage. Es ist weiterhin ein Wärmetauscher 55 vorhanden, der an den Verbrennungsmotor 3 der Figur 1 thermisch angekoppelt ist.

Letzterer Wärmetauscher 55 ist derart zweikreisig ausgebil- det, dass er von dem für die Kühlung des Verbrennungsmotors 3 zuständigen Fahrzeugkühler 7 mit Gebläse 6 und weiterem Ther- mostatventil 9 zur Definition des Motorkühlkreislaufes ange- steuert wird. Der Fahrzeugkühler 7 enthält in bekannter Weise eine nicht im Einzelnen dargestellte Kühlmittelpumpe, mit der in einem druckdichten System das Kühlmittel für den Motor 3 gefördert wird.

Durch das in Figur 2 dargestellte Gesamtsystem mit den beiden Teilkreisläufen wird ein Temperaturausgleich zwischen dem- Verbrennungsmotor 3 und dem Brennstoffzellenmodul 10 er- reicht. Dabei kann das Gebläse 6, das üblicherweise über die Bordstromversorgung betrieben wird, auch die Funktion der Luftversorgung des Brennstoffzellenmoduls 10 und auch dessen Kühlung haben.

Letzteres wird anhand Figur 3 verdeutlicht : In Figur 3 sind der Kühler 7 und das Brennstoffzellenmodul 10 derart dem Ge- bläse 6 zugeordnet, dass sie gleichermaßen vom durch das Ge-

bläse 6 erzeugten Luftstrom versorgt werden. Es ist dabei auch möglich, den vom KFZ-Kühler 7 austretenden Luftstrom, der aufgrund des erfolgten Wärmeaustausches eine über Umge- bungstemperatur liegende Temperatur hat, für die Vorwärmung der Brennstoffzellen-Luft einzusetzen. Für die Praxis bedeu- tet dies, dass das ölgekühlte Brennstoffzellenmodul 10 im KFZ 1 der Figur 1 in der Nähe des Gebläses 6 angeordnet wird.

In anderer Ausführungsform werden dagegen der vom Gebläse 6 erzeugter Luftstrom und der Brenngasstrom zunächst über einen Wärmetauscher, insbesondere den Wärmetauscher 55 aus Figur 2, geführt. Somit ist gleichermaßen eine Prozessgasvorwärmung von Brenngas und Oxidans erreichbar, was für HT-PEM-Brenn- toffzellen besonders vorteilhaft ist.

Mit der beschriebenen Anordnung ergibt sich ein optimaler Be- trieb speziell von HT-PEM-Brennstoffzellen in einem solchen Kraftfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor aufweist, und bei dem lediglich für die Bordstromversorgung ein Brennstoffzel- lenanlage vorgesehen ist. Dabei ist die Verwendung von HT- PEM-Brennstoffzellen deshalb besonders vorteilhaft, da die Betriebstemperatur dieser Brennstoffzellen mit Werten von 120°C bis 200°C in jedem Fall oberhalb des Wertes der Kühl- mitteltemperatur des Verbrennungsmotors von bis zu 120°C, was bei gegenüber Atmosphärendruck erhöhtem Druck erreicht wird, liegt. Dadurch ist immer eine geeignete Temperaturdifferenz zur Kühlung des Brennstoffzellenmoduls definiert. Gleicherma- ßen kann auf diese Temperatur vorgewärmte Luft als Oxidans bereitgestellt werden.