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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR DRYING A FUEL CELL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/045041
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for drying a fuel cell (3) in a fuel cell system (1) comprising an electric energy accumulator (9), the fuel cell (3) being operated as an electrolyzer in order to dry the fuel cell (3). The invention is characterized in that operation of the fuel cell (3) as an electrolyzer during a standstill of the fuel cell system (1) is started using electric power from the electric energy accumulator (9) as soon as a measured temperature drops below a given limit.

Inventors:
BAUR THOMAS (DE)
HANDGRAETINGER MARKUS (DE)
HARR OLIVER (DE)
HAUSMANN PHILIPP (DE)
JESSE MATTHIAS (DE)
MARX WILFRIED (DE)
MAZZOTTA COSIMO (DE)
MUETSCHELE ARMIN (DE)
RICHTER HOLGER (DE)
RUNDE MIRIAM (DE)
SCHERRBACHER KLAUS (DE)
SCHMIDT CHRISTIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/003910
Publication Date:
April 04, 2013
Filing Date:
September 19, 2012
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER AG (DE)
BAUR THOMAS (DE)
HANDGRAETINGER MARKUS (DE)
HARR OLIVER (DE)
HAUSMANN PHILIPP (DE)
JESSE MATTHIAS (DE)
MARX WILFRIED (DE)
MAZZOTTA COSIMO (DE)
MUETSCHELE ARMIN (DE)
RICHTER HOLGER (DE)
RUNDE MIRIAM (DE)
SCHERRBACHER KLAUS (DE)
SCHMIDT CHRISTIAN (DE)
International Classes:
B60L11/18; B60W10/28; H01M8/04; H01M8/18; H01M16/00
Foreign References:
US20030068544A12003-04-10
JP2004311348A2004-11-04
US20040013915A12004-01-22
DE102007052148A12009-05-07
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Trocknen einer Brennstoffzelle (3) in einem Brennstoffzellensystem (1), welches einen elektrischen Energiespeicher (9) umfasst, wobei zum Trocknen der Brennstoffzelle (3) die Brennstoffzelle (3) als Elektrolyseur betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass

der Betrieb der Brennstoffzelle (3) als Elektrolyseur im Stillstand des

Brennstoffzellensystems (1) mit elektrischer Leistung aus dem elektrischen

Energiespeicher (9) gestartet wird, sobald eine gemessene Temperatur unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Grenzwert bei 5 - 10° C im Bereich der Brennstoffzelle (3) vorgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Brennstoffzellensystem (1) eine Anodenrezirkulation mit einer

Rezirkulationsfördereinrichtung (16) aufweist, wobei die

Rezirkulationsfördereinrichtung (16) während des Trocknens der Brennstoffzelle (3) betrieben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Kathodenraum (10) und/oder ein Anodenraum (12) der Brennstoffzelle (3) während des Trocknens zumindest zeitweise von einem Gasstrom, insbesondere einem Luftstrom, durchspült wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Betrieb der Brennstoffzelle (3) als Elektrolyseur gestoppt wird, wenn eine vorgegebene Wassermenge umgesetzt ist, wobei die umzusetzende Wassermenge über Modellrechnungen ermittelt wird, in welche Betriebsdaten des Betriebs des Brennstoffzellensystems (1) vor dem Abstellen einfließen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Betrieb der Brennstoffzelle (3) als Elektrolyseur gestoppt wird, wenn eine vorgegebene Wassermenge umgesetzt ist, was mittels einem oder mehreren der nachfolgenden Verfahren zumindest mittelbar bestimmt wird:

- Impedanzspektroskopie;

- Messung der Stromaufnahme oder einer zeitlichen Änderung hiervon;

und/oder

- Messung von wenigstens einem Druckwert in der Brennstoffzelle (3) oder einer zeitlichen Änderung hiervon.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Betrieb der Brennstoffzelle (3) als Elektrolyseur in Abhängigkeit einer vorgegebenen Zeit gestoppt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Betrieb der Brennstoffzelle (3) als Elektrolyseur in Abhängigkeit einer

Ladekapazität des elektrischen Energiespeichers (9) erfolgt, wobei unterhalb einer vorgegebenen Ladekapazität das Trocknen abgebrochen oder gar nicht erst gestartet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Brennstoffzelle (3) als Stapel aus mehreren Einzelzellen aufgebaut ist, wobei lediglich einige der Einzelzellen der Brennstoffzelle (3) als Elektrolyseur zum Trocknen der Brennstoffzelle betrieben werden.

10. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Trocknen einer Brennstoffzelle (3) in einem Brennstoffzellensystem (1), welches in einem Fahrzeug (2) installiert ist und elektrische Antriebsenergie für das Fahrzeug (2) liefert.

Description:
Verfahren zum Trocknen einer Brennstoffzelle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen einer Brennstoffzelle mit den im Oberbegriff von Patentanspruch 1 näher definierten Merkmalen. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Verfahrens.

Brennstoffzellen beziehungsweise Brennstoffzellensysteme sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Insbesondere beim Einsatz von PEM-Brennstoffzellen ist es allgemein bekannt und üblich, dass diese für einen Start bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts während der Abschaltphase getrocknet werden müssen, um ein Einfrieren zu verhindern und für den Wiederstart ideale Bedingungen zu schaffen.

Gängige Trocknungsmethoden nutzen dabei die Wasseraufnahmefähigkeit von trockenem beziehungsweise untersättigtem Gas, beispielsweise von Spülluft, um Wasser in die Dampfphase zu bringen und aus dem Brennstoffzellensystem auszutragen. Ein Nachteil bei dieser Methode ist die Abhängigkeit der Wirksamkeit von der

Wasserdampfkurve. Bei niedrigen Temperaturen kann ein unbefeuchtetes oder untersättigtes Gas nur sehr geringe Wasserdampfmengen aufnehmen, bis der

Sättigungsdampfdruck erreicht ist. Bei solchen Bedingungen ergibt sich eine kritische Abschalttemperatur, die erreicht werden muss, um den für den Gefrierstart notwendigen Wasserhaushalt sicher einstellen zu können. Um dies zu bewerkstelligen, muss entweder diese kritische Temperatur erzwungen werden, beispielsweise durch einen verzögerten Start oder einen vergleichsweise langen Betrieb nach der Abschaltung des Fahrzeugs, oder es muss ein entsprechend großer Gasstrom eingesetzt werden, was energieintensiv ist und vergleichsweise große Lärmemissionen verursacht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass nicht vorhersehbar ist, ob ein Brennstoffzellensystem, beispielsweise in einem Fahrzeug, beim nächsten Start eingefroren sein wird oder ob der Start bereits nach so kurzer Zeit oder bei ausreichend hoher Temperatur wieder erfolgt, dass ein Einfrieren nicht zu befürchten ist. Dadurch wird die Brennstoffzelle typischerweise viel zu häufig auf einen Gefrierstart vorbereitet, ohne dass dies notwendig ist. Dies ist mit einem hohen Energie- und Zeitaufwand verbunden und verursacht insbesondere beim Einsatz in einem Fahrzeug häufig unerwünschte Verhaltensweisen für den Fahrer, wie beispielsweise ein langes Nachlaufen des Systems oder dergleichen.

Aus dem Stand der Technik beispielsweise in Form der US 2003/0068544 A1 ist es nun bekannt, dass Brennstoffzellen sowohl als Brennstoffzelle in einem

Stromerzeugungsmodus betrieben werden können als auch bei elektrischer Umpolung als Elektrolyseur verwendet werden können. In diesem Fall wird elektrische Leistung in die Brennstoffzelle eingespeist. Diese verwandelt in der Brennstoffzelle vorhandenes Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, welche dann gasförmig in dem Anodenbeziehungsweise Kathodenraum vorliegen.

Eine solche Verwendung der Brennstoffzelle als Elektrolyseur lässt sich nun einsetzen, um die Brennstoffzelle beispielsweise nach dem Abstellen der Brennstoffzelle zu trocknen. Hierzu soll auf die JP 2004-311348 A verwiesen werden, welche ein solches Trocknen eines Brennstoffzellenstapels durch dessen Betrieb als Elektrolyseur im Rahmen einer Abschaltprozedur für das Brennstoffzellensystem zeigt. Die Energie stammt dabei aus einer Batterie oder einem anderen elektrischen Energiespeicher. Insbesondere beim Einsatz von Brennstoffzellensystemen in Fahrzeugen ist

typischerweise eine Batterie, welche normalerweise auf einem vergleichbaren

Spannungsniveau wie die Brennstoffzelle selbst arbeitet, vorhanden, um dynamische Spitzen auszugleichen und beim Abbremsen des Fahrzeugs auftretende Energie einzuspeichern. Diese Batterie ermöglicht damit den Betrieb der Brennstoffzelle als Elektrolyseur. Allerdings ist ein solcher Betrieb vergleichsweise energieaufwändig und belastet die Brennstoffzelle. Wird er daher, wie in der japanischen Schrift genannt, in jeder Abschaltprozedur eingesetzt, so wird vergleichsweise viel Energie benötigt und die Lebensdauer der Brennstoffzelle kann unter solch häufigen Abschaltprozeduren leiden.

Als Alternative hierzu kann beispielsweise die US 2004/0013915 A1 gesehen werden. Diese beschreibt ein Auftauen eines Brennstoffzellenstapels bei einem Gefrierstart. Falls das Brennstoffzellensystem bei Temperaturen gestartet wird, bei welchen ein gefrorenes Brennstoffzellensystem zu befürchten ist, wird vor dem eigentlichen Start der Betrieb der Brennstoffzelle als Elektrolyseur gestartet. Dieser Betrieb taut dann das in dem

Brennstoffzellenstapel gefrorene Wasser auf und ermöglicht nach abgeschlossenem Auftauen einen Start des Brennstoffzellensystems. Dabei wird auch vorgeschlagen, abwechselnd zwischen dem Elektrolysemodus und dem Brennstoffzellenmodus hin und her zu schalten, um den Start weiter zu verkürzen. Allerdings entsteht hierbei immer das Problem, dass der Start eine vergleichsweise lange Zeit benötigt, nämlich so lange, bis die Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems aufgetaut ist. Die Lösung kann einen Gefrierstart des Brennstoffzellensystems nicht wesentlich verkürzen, sondern stellt lediglich eine alternative Möglichkeit zum Auftauen der Brennstoffzelle dar.

Zum weiteren allgemeinen Stand der Technik soll außerdem auf die DE 10 2007 052 1 8 A1 verwiesen werden. Diese beschreibt eine Gaszufuhr, welche aus der Elektrolyse einer Brennstoffzelle stammen kann, um Verunreinigungen aus der Brennstoffzelle

auszutreiben. Das Verfahren wird dabei typischerweise im Stillstand des

Brennstoffzellensystems betrieben, um das Eindringen von Luft auf der Anodenseite der Brennstoffzelle zu verhindern und so bei einem Wiederstart des Brennstoffzellensystems eine Wasserstoff/Sauerstoff-Front, welche durch den Anodenraum läuft, zu verhindern, da eine solche Wasserstoff/Sauerstoff-Front die Lebensdauer der Brennstoffzelle nachteilig beeinflusst.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zum Trocknen einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems anzugeben, welches die Brennstoffzelle energieeffizient und schonend auf einen Gefrierstart vorbereitet, ohne dass im Falle eines Gefrierstarts Zeit zum Auftauen des Brennstoffzellensystems verloren geht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des

erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den restlichen hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist die bevorzugte Verwendung eines solchen Verfahrens angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorgesehen, dass der Betrieb der

Brennstoffzelle als Elektrolyseur im Stillstand des Brennstoffzellensystems mit elektrischer Leistung aus dem elektrischen Energiespeicher gestartet wird, sobald eine gemessene Temperatur unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt. Anders als im Stand der Technik wird das Trocknen der Brennstoffzelle also nicht bei jedem Abstellen des Systems oder erst vor dem Wiederstart gestartet, sondern der Betrieb als Elektrolyseur zum Trocknen der Brennstoffzelle wird temperaturabhängig in der Stillstandsphase des Brennstoffzellensystems gestartet. Damit ist eine Vorkonditionierung des

Brennstoffzellensystems auf einen eventuellen Wiederstart unter Gefrierbedingungen möglich. Diese Vorkonditionierung erfolgt in Abhängigkeit der Temperatur immer nur dann, wenn die Temperatur soweit abfällt, dass mit einem weiteren Temperaturabfall zu rechnen ist, welcher zu Bedingungen führt, bei denen das Brennstoffzellensystem über einen Gefrierstart wieder gestartet werden muss. Kommt es dagegen zu keinem

Temperaturabfall unter einen kritischen vorgegebenen Temperaturwert, dann verbleibt das Brennstoffzellensystem ohne aufwändiges Trocknen. Somit wird Energie eingespart. Dadurch, dass das Trocknen der Brennstoffzelle nicht unnötig oft erfolgt, werden die Membranen geschont und es lässt sich eine längere Lebensdauer der Brennstoffzelle erzielen. Außerdem kann die zum Trocknen der Brennstoffzelle benötigte Energie über die gesamte Lebensdauer der Brennstoffzelle hinweg entscheidend minimiert werden, da beispielsweise beim Einsatz des Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug in

Mitteleuropa lediglich in einigen Monaten des Jahres mit der Notwendigkeit eines Gefrierstarts gerechnet werden muss, während in den anderen Monaten eine solche typischerweise nicht auftritt. Wird das Brennstoffzellensystem nicht jedes Mal für einen solchen Gefrierstart vorbereitet, sondern nur dann aktiv aufgeweckt und auf einen Gefrierstart vorbereitet, wenn die Temperatur unter einen vorgegebenen kritischen Wert fällt, dann kann insgesamt in sehr vielen Fällen auf die energieintensive Vorbereitung auf einen Gefrierstart verzichtet werden. Dennoch kann das Brennstoffzellensystem immer zuverlässig und schnell gestartet werden, egal welche Bedingungen vorliegen.

Ein weiterer Vorteil der Trocknung der Brennstoffzelle über ihre Verwendung als

Elektrolyseur besteht darin, dass keine flüssige Feuchtigkeit aus dem Bereich der Brennstoffzelle ausgetragen werden muss, sondern allenfalls Gase wie Wasserstoff und Sauerstoff sowie aufgrund der Erwärmung der Brennstoffzelle bei ihrer Verwendung als Elektrolyseur gegebenenfalls Wasserdampf. Diese gasförmigen Stoffe lassen sich im Zweifelsfall sehr viel leichter und mit weniger Energieaufwand aus dem Bereich der Brennstoffzelle austragen, als flüssiges Wasser. In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem eine Anodenrezirkulation mit einer Rezirkulationsfördereinrichtung aufweist, wobei die Rezirkulationsfördereinrichtung während des Trocknens der Brennstoffzelle betrieben wird. Die Verwendung einer sogenannten Anodenrezirkulation mit einer Rezirkulationsfördereinrichtung ist bei Brennstoffzellen allgemein bekannt und üblich. Mit einer solchen Anodenrezirkulation werden Abgase aus dem Bereich der Anode abgeführt und über eine

Rezirkulationsfördereinrichtung zusammen mit frischem Gas der Anode wieder zugeführt. Dies dient dazu, dass die Anode mit einem Wasserstoffüberschuss betrieben werden kann, um die gesamte zur Verfügung stehende aktive Fläche der Anode im Betrieb ideal auszunutzen. Eine solche Rezirkulationsfördereinrichtung kann dann während des Trocknens der Brennstoffzelle durch ihren Betrieb als Elektrolyseur ebenfalls betrieben werden, um Wasser aus dem Bereich der Anodenrezirkulation in den Anodenraum einzutragen, sodass dieses elektrolysiert werden kann und außerdem Wasserstoff und Wasserdampf gleichmäßig im Bereich der Anodenrezirkulation zu verteilen, um hier möglichst homogene Konzentrationsverhältnisse zu schaffen, welche dann insbesondere für einen Wiederstart des Brennstoffzellensystems von entscheidendem Vorteil sind, da eine Sauerstoff/Wasserstoff-Front, welche über den Katalysator des Anodenraums wandert, allgemein als schädigend betrachtet wird und die Lebensdauer der

Brennstoffzelle negativ beeinflusst. Eine solche kann hier vermieden werden.

In einer weiteren sehr günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es außerdem vorgesehen, dass der Betrieb der Brennstoffzelle als

Elektrolyseur in Abhängigkeit der Ladekapazität des elektrischen Energiespeichers erfolgt, wobei unterhalb einer vorgegebenen Ladekapazität das Trocknen abgebrochen oder gar nicht erst gestartet wird. Da zum Trocknen typischerweise die Energie des elektrischen Energiespeichers verwendet wird, welcher beispielsweise als

Hochvoltbatterie oder durch Kondensatoren mit vergleichbarer Spannung wie die

Brennstoffzelle ausgebildet sein kann, ist es notwendig, dass eine ausreichende

Ladekapazität des Speichers vorhanden ist, um beispielsweise das System wieder zu starten. Diese darf nicht durch eine Vorkonditionierung und das Trocknen der

Brennstoffzelle so weit reduziert werden, dass ein Systemstart später nicht mehr möglich ist. In diesem Fall wird das Trocknen vorsichtshalber abgebrochen oder bei zu geringer Energie in dem elektrischen Energiespeicher gar nicht erst gestartet. Gegenüber dem Trocknen der Brennstoffzelle hat also der Energieerhalt in einer solchen Höhe, dass ein Wiederstart des Brennstoffzellensystems möglich ist, in jedem Fall Vorrang.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei besonders gut geeignet, um in

Brennstoffzellensystemen eingesetzt zu werden, welche häufig Bedingungen ausgesetzt sind, in denen sie bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts abgestellt oder nach dem Abstellen bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts bis zu einem Wiederstart ausharren müssen. Eine besonders bevorzugte Verwendung ist daher bei

Brennstoffzellensystem in Fahrzeugen gegeben, welche über die

Brennstoffzellensysteme mit elektrischer Antriebsleistung versorgt werden. Insbesondere bei Fahrzeugen kommt es häufig vor, dass diese abgestellt werden und dass der

Wiederstart bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts erforderlich ist. Insbesondere dann ist das erfindungsgemäße Verfahren von besonderem Vorteil und kann, anders als die Verfahren gemäß dem Stand der Technik, sehr zeit- und energieoptimiert den

Wiederstart des Brennstoffzellensystems beziehungsweise des mit ihm ausgestatteten Fahrzeugs ermöglichen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen und werden anhand des

Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben wird.

Die einzige beigefügte Figur zeigt ein beispielhaftes Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug in stark schematisierter Darstellung.

In der Darstellung der einzigen beigefügten Figur ist ein Brennstoffzellensystem 1 in einem angedeuteten Fahrzeug 2 zu erkennen. Das Brennstoffzellensystem 1 liefert über eine Brennstoffzelle 3, welche als Stapel von PEM-Brennstoffzellen ausgebildet sein soll, über elektrische Leitungen 4 und eine Leistungselektronik 5 elektrische Energie an einen elektrischen Fahrmotor 6, welcher über eine hier beispielhaft angetriebene Achse 7 Räder 8 des Fahrzeugs antreibt. Außerdem verfügt das Fahrzeug 2 über eine Batterie 9, welche vorzugsweise als Hochvoltbatterie und/oder Kondensatorschaltung mit einer

vergleichbaren Spannung wie die Brennstoffzelle ausgebildet ist. Kommt es zu einem Abbremsen des Fahrzeugs 2, so kann Energie durch den generatorischen Betrieb des elektrischen Fahrmotors 6 zurückgewonnen werden. Diese Energie kann in der Batterie 9 gespeichert werden.

Die Batterie 9 ist hierfür mit der Leistungselektronik 5 verbunden.

Im regulären Betrieb erzeugt die Brennstoffzelle 3 in an sich bekannter Art und Weise die elektrische Leistung, indem einem Kathodenraum 10 der Brennstoffzelle 3 Luft über eine Luftfördereinrichtung 11 zugeführt wird. Gleichzeitig wird einem Anodenraum 12 der Brennstoffzelle 3 Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 13 über eine Ventileinrichtung 14 zugeführt. Dabei wird dem Anodenraum 12 typischerweise mehr Wasserstoff zugeführt, als in diesem umgesetzt werden kann, um die zur Verfügung stehende aktive Fläche ideal ausnutzen zu können. Der Restwasserstoff wird dann über eine

Rezirkulationsleitung 15 und eine Rezirkulationsfördereinrichtung 16 zum Eingang des Anodenraums 2 zurückgeführt und dort vermischt mit frischem Wasserstoff diesem wieder zugeführt. Da sich in dieser sogenannten Anodenrezirkulation mit der Zeit inerte Gase und Wasser anreichern, weist diese außerdem ein Ablassventil 17 auf, welches dazu dient, beispielsweise von Zeit zu Zeit Wasser und Gas aus der Anodenrezirkulation abzulassen und beispielsweise dem Zuluftstrom zum Kathodenraum 10 zuzuführen. Das Abgas aus dem Kathodenraum 10 gelangt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel an die Umgebung. Es könnte prinzipiell auch über einen Expander beziehungsweise eine Turbine und/oder eine Nachverbrennung an die Umgebung gelangen.

Wird das Brennstoffzellensystem 1 nun aus dem regulären Betrieb heraus abgestellt, so befindet sich weiterhin Wasser im Bereich des Brennstoffzellensystems 1 und hier insbesondere im Bereich der Brennstoffzelle 3. Dieses Wasser, welches teilweise flüssig und teilweise dampfförmig vorliegt, wird typischerweise im Bereich der Brennstoffzelle 3 auskondensieren und in diesem Bereich verbleiben. Bei einem Wiederstart des

Brennstoffzellensystems 1 ist dies immer dann kritisch, wenn der Wiederstart bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts erfolgt und dieses Wasser eingefroren ist. Um das Brennstoffzellensystem 1 nun möglichst energieeffizient in einen Zustand zu bringen, in dem ein schneller Wiederstart möglich ist, sollte das Brennstoffzellensystem 1 bei Bedarf getrocknet werden. Hierfür ist im Bereich der Brennstoffzelle 3 ein

Temperatursensor 18 vorgesehen, über welchen die Temperatur fortlaufend gemessen und einem Steuergerät 19 übermittelt wird. Das Steuergerät 19 kann die fortlaufend gemessene Temperatur entsprechend überwachen. Kommt es nun im Stillstand des Brennstoffzellensystems 1 zu einem Temperaturabfall unter einen vorgegebenen Temperaturwert, welcher typischerweise bei 5 - 10° C festgelegt wird, dann wird das Steuergerät 19 das Brennstoffzellensystem 1„aufwecken" und eine Trocknung des Brennstoffzellensystems 1 durchführen. Hierfür wird die Batterie 9 in umgekehrter Polung, wofür ein angedeuteter Schalter 20 von dem Steuergerät 19 umgeschaltet wird, mit der Brennstoffzelle 3 verbunden. Durch die umgedrehte Polung der elektrischen Verbindung wird die Brennstoffzelle 3 als Elektrolyseur betrieben und das in ihr befindliche Wasser wird durch Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff umgesetzt. Da Wasserstoff und Sauerstoff hinsichtlich eines Einfrierens unkritisch sind, können diese im Bereich der Brennstoffzelle 3 verbleiben. Es wäre auch denkbar, beispielsweise die

Rezirkulationsfördereinrichtung 16 zu betreiben, um insbesondere im Bereich der

Anodenrezirkulation und des Anodenraums 12 eine möglichst homogene Konzentration an Wasserstoff zu erzeugen und das Gemisch aus in der Rezirkulationsleitung 15 verbliebenen Restgasen und Wasserstoff möglichst gleichmäßig zu verteilen. Außerdem würde bei dieser Gelegenheit im Bereich der Rezirkulationsleitung 15 befindliches Wasser in den Bereich des Anodenraums 12 gefördert und könnte dort ebenfalls durch Elektrolyse umgesetzt werden, sodass nicht nur die Brennstoffzelle 3 selbst, sondern auch die Anodenrezirkulation mit getrocknet werden kann. Alternativ dazu wäre es auch möglich, über das Ablassventil 17 eine Spülung der Anodenrezirkulation und des

Anodenraums 12 vorzunehmen.

Für den Kathodenraum 10 gilt im Wesentlichen dasselbe. Der Sauerstoff kann prinzipiell im Bereich des Kathodenraums verbleiben und wird dann typischerweise im Laufe der Zeit durch Diffusion aus diesem austreten. Alternativ oder ergänzend hierzu wäre es auch möglich, beispielsweise durch einen kurzzeitigen Betrieb der Luftfördereinrichtung 11 das Gas aus dem Kathodenraum 10 auszuspülen. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn bei der Elektrolyse aufgrund der entstehenden Wärme zusätzlich Wasserdampf entsteht und die Gefahr besteht, dass dieser Wasserdampf wieder auskondensiert und sich im Bereich des Kathodenraums 10 niederschlägt. Ergänzend könnte eine optionale Ventileinrichtung 21 geöffnet werden, um bei ebenfalls geöffnetem Ablassventil 17 analog dazu den Anodenraum 12 ebenfalls zu spülen.

Alles in allem entsteht so ein Brennstoffzellensystem 1 , welches immer nur dann durch Elektrolyse getrocknet wird, wenn aufgrund der Temperatur im Bereich des

Temperatursensors 18 der Bedarf hierzu besteht. Besteht dieser nicht, wird auf den vergleichsweise energieaufwändigen Vorgang der Trocknung gänzlich verzichtet, sodass insgesamt ein sehr energieeffizientes System entsteht. Außerdem belastet jede

Trocknung die Membranen der Brennstoffzelle 3, sodass unnötig durchgeführte

Trocknungen auch die Lebensdauer der Brennstoffzelle 3 nachteilig beeinflussen. Ein Verzicht auf unnötige Trocknungen, wie er durch das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden kann, hat daher auch hinsichtlich der Lebensdauer der Brennstoffzelle einen Vorteil.

Eine ideale und energieeffiziente Trocknung im Falle, dass die kritische Temperatur unterschritten wird und das Verfahren der Trocknung eingeleitet wird, sollte möglichst die benötigte Feuchtigkeit im Bereich der Membranen zwischen dem Anodenraum 12 und dem Kathodenraum 10 entsprechend einstellen und die restliche Wassermenge durch Elektrolyse aufbrauchen. Dies kann sehr einfach und effizient durch Zeittabellen erfolgen, wobei das Ergebnis typischerweise nicht exakt sein wird und so die Gefahr einer zu geringen oder zu starken Trocknung besteht. Deshalb kann die zu trocknende

Wassermenge idealerweise über eine Simulation oder eine Modellbetrachtung

vorausberechnet werden, wobei hier die Betriebsdaten des letzten Betriebs des

Brennstoffzellensystems 1 mit einfließen und beispielsweise gelieferte Leistungen und/oder zugeführte Eduktmengen zu der Brennstoffzelle 3 entsprechend berücksichtigt werden. Dies ermöglicht bereits eine genauere Vorhersage der Wassermenge und kann dann beispielsweise zeitgesteuert eine optimierte Trocknung auslösen. Alternativ oder ergänzend hierzu ist es auch möglich, die umgesetzte Wassermenge über verschiedene Messmethoden zu überwachen und zu regeln. Geeignete Messmethoden sind hier zum Beispiel die Impedanzspektroskopie, die Messung der Stromaufnahme oder die Messung eines Verlaufs der Stromaufnahme während des Elektrolysebetriebs der Brennstoffzelle 3. Außerdem können andere physikalische Vorgänge gemessen werden, beispielsweise indem der Druck im Anodenraum 12 oder dem Kathodenraum 10 oder eine Änderung des Drucks oder auch eine Konzentration beispielsweise an Wasserstoff oder an Sauerstoff entsprechend gemessen wird. Sobald über eine solche Messung erkannt wird, dass z.B. das Wasser in der Brennstoffzelle 3 weitgehend oder vollständig aufgebraucht ist, wird das Trocknen gestoppt.

Neben der Verwendung einer Hochvoltbatterie zur Durchführung der Elektrolyse wäre es prinzipiell auch denkbar, eine Niedervoltbatterie, beispielsweise eine Starterbatterie, entsprechend einzusetzen. Die Anzahl der in Elektrolyse betriebenen Zellen müsste dann entsprechend verringert werden oder über eine elektronische Umsetzung der niedrigen Spannung auf ein höheres Spannungsniveau müsste die benötigte Spannung zur Elektrolyse entsprechend bereitgestellt werden.