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Title:
METHOD FOR OPERATING A FUEL CELL SYSTEM, AND FUEL CELL SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/148183
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a fuel cell system (1), in which method: air is drawn in from the environment (2), compressed with the aid of an air compression system (3), and supplied to at least one fuel cell (5) via a cathode supply air path (4); and exhaust air emerging from the fuel cell (5) is discharged via a cathode exhaust air path (6). According to the invention, the compressed air is purified by means of a chemical filter (7) arranged downstream of the air compression system (3) in the cathode supply air path (4). The invention also relates to a fuel cell system (1) which can be operated according to the method.

Inventors:
BRAUN JOCHEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/084855
Publication Date:
July 29, 2021
Filing Date:
December 07, 2020
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
H01M8/04089; H01M8/04082; H01M8/04111; H01M8/0662
Domestic Patent References:
WO2007102063A12007-09-13
WO2002084099A12002-10-24
Foreign References:
DE102005042407A12007-03-08
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1), bei dem Luft aus der Umgebung (2) angesaugt, mit Hilfe eines Luftverdichtungssystems (3) verdichtet und über einen Kathoden-Zuluftpfad (4) mindestens einer Brennstoffzelle (5) zugeführt wird und bei dem aus der Brennstoffzelle (5) austretende Abluft über einen Kathoden-Abluftpfad (6) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die verdichtete Luft mit Hilfe eines stromabwärts des Luftverdichtungssystems (3) im Kathoden-Zuluftpfad (4) angeordneten chemischen Filters (7) gereinigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verdichtete Luft mit Hilfe eines im Kathoden- Zuluftpfad (4) angeordneten chemischen Filters (7) gereinigt wird, der als Aktivkohlefilter ausgeführt ist oder einen Aktivkohlefilter umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der chemische Filter (7) zur zumindest teilweisen Regeneration erhitzt wird, wobei vorzugsweise sich aus dem Filter (7) lösende Rückstände über einen Bypasspfad (8) zur Umgehung der mindestens einen Brennstoffzelle (5) und den Kathoden-Abluftpfad (6) abtransportiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der chemische Filter (7) mit Hilfe des Luftverdichtungssystems (3) erhitzt wird, das derart angesteuert wird, dass der Druck und damit die Temperatur im Kathoden-Zuluftpfad (4) ansteigen.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erhitzen des chemischen Filters (7) ein im Kathoden-Zuluftpfad (4) stromaufwärts des Filters (7) angeordneter Zwischenkühler (9) abgeschaltet oder zumindest heruntergefahren wird. 6. Brennstoffzellensystem (1), umfassend mindestens eine Brennstoffzelle (5), die zum Zuführen von Luft an einen Kathoden-Zuluftpfad (4) und zum Abführen von Abluft an einen Kathoden-Abluftpfad (6) angeschlossen ist, wobei im Kathoden-Zuluftpfad (4) ein Luftverdichtungssystem (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Luftverdichtungssystems (3) ein chemischer Filter (7) zur Luftreinigung angeordnet ist.

7. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der chemische Filter (7) ein Aktivkohlefilter ist oder einen Aktivkohlefilter umfasst.

8. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der chemische Filter (7) stromaufwärts eines vom Kathoden-Zuluftpfad (4) abzweigenden Bypasspfads (8) zur Umgehung der mindestens einen Brennstoffzelle (5) angeordnet ist.

9. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der chemische Filter (7) stromabwärts eines vom Kathoden-Zuluftpfad (4) abzweigenden Bypasspfads (8) zur Umgehung der mindestens einen Brennstoffzelle (5) angeordnet ist.

10. Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der chemische Filter (7) stromabwärts eines im Kathoden-Zuluftpfad (4) angeordneten Zwischenkühlers (9) angeordnet ist.

Description:
Beschreibung

Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist.

Stand der Technik

Mit Hilfe eines Brennstoffzellensystems kann unter Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff chemische in elektrische Energie umgewandelt werden. Die auf diese Weise gewonnene elektrische Energie kann beispielsweise zum Antreiben eines Fahrzeugs genutzt werden. Der benötigte Wasserstoff wird in diesem Fall in einem geeigneten Tank an Bord des Fahrzeugs mitgeführt. Der ferner benötigte Sauerstoff wird der Umgebungsluft entnommen.

Bevor die Umgebungsluft der mindestens einen Brennstoffzelle zugeführt wird, wird sie zur Erzeugung eines gewissen Luftmassenstroms und Druckniveaus mit Hilfe eines Luftverdichtungssystems verdichtet. Als Luftverdichtungssystem kann insbesondere eine thermische Strömungsmaschine eingesetzt werden, die ein- oder mehrstufig und/oder ein- oder mehrflutig aufgebaut sein kann. Zur Energierückgewinnung kann das Luftverdichtungssystem mit einer Turbine bzw. einem Abgasturbolader gekoppelt werden, der bzw. dem die aus der mindestens einen Brennstoffzelle abströmende feuchte Luft bzw. Abluft zugeführt wird.

Da die der mindestens einen Brennstoffzelle zugeführte Luft zur Vermeidung einer Leistungseinbuße und/oder Degradation ölfrei sein muss, werden üblicherweise thermische Strömungsmaschinen mit gasgelagerten Rotoren zur Luftverdichtung eingesetzt. Gaslager, die nicht mit externer Druckluft versorgt werden, sondern ihr Druckpolster durch Rotation des Rotors selbst aufbauen, erweisen sich jedoch im Vergleich zu ölgeschmierten Lagern, insbesondere im Start- Stopp- Betrieb eines Fahrzeugs, als besonders verschleißanfällig. Werden zur Realisierung höherer Drücke mehrstufige Luftverdichtungssysteme mit mehreren Wellen und/oder Rotoren eingesetzt, steigt die Anzahl der Gaslager, entsprechend. In der Regel werden je Welle bzw. je Rotor zwei Radiallager und ein Axiallager ausgebildet.

Die vorliegende Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, den Einsatz von Luftverdichtungssystemen mit ölgeschmierten Lagern in einem Brennstoffzellensystem zu ermöglichen. Auf diese Weise soll die Lebensdauer von Brennstoffzellensystemen gesteigert und zugleich die Kosten bei der Herstellung gesenkt werden.

Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf mobile Brennstoffzellensysteme beschränkt, sondern auch auf stationäre Brennstoffzellensysteme anwendbar.

Offenbarung der Erfindung

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems wird Luft aus der Umgebung angesaugt, mit Hilfe eines Luftverdichtungssystems verdichtet und über einen Kathoden-Zuluftpfad mindestens einer Brennstoffzelle zugeführt. Aus der Brennstoffzelle austretende Abluft wird über einen Kathoden-Abluftpfad abgeführt. Erfindungsgemäß wird die zuvor mit Hilfe des Luftverdichtungssystems verdichtete Luft mit Hilfe eines stromabwärts des Luftverdichtungssystems im Kathoden-Zuluftpfad angeordneten chemischen Filters gereinigt. Der mindestens einen Brennstoffzelle wird demnach chemisch gereinigte Luft zugeführt.

Mit Hilfe des chemischen Filters können insbesondere in der Luft enthaltene Ölrückstände entfernt werden. Dies erlaubt den Einsatz eines Luftverdichtungssystems, das ölgeschmierte Lager anstelle von Gaslagern besitzt, da durch den chemischen Filter die erforderliche Ölfreiheit gewährleistet ist. Das Brennstoffzellensystem ist somit weniger verschleißanfällig bzw. weist eine gesteigerte Lebensdauer, insbesondere im Hinblick auf die eingangs geschilderte Start- Stopp- Problematik, auf. Zugleich kann das Brennstoffzellensystem kostengünstig umgesetzt werden.

Luftverdichtungssysteme mit ölgeschmierten Lagern werden im Stand der Technik unter anderem in Luftsystemen zur Luftversorgung von Verbrennungsmotoren eingesetzt. Die hierbei zum Einsatz gelangende Technik ist so weit ausgereift, dass bei Übernahme und geringfügiger Anpassung an den neuen Einsatzzweck Entwicklungskosten und Herstellungskosten eingespart werden können.

Der chemische Filter ist hierzu stromabwärts des Luftverdichtungssystems und stromaufwärts der mindestens einen Brennstoffzelle im Kathoden-Zuluftpfad des Brennstoffzellensystems angeordnet. Dadurch ist sichergestellt, dass der mindestens einen Brennstoffzelle ausschließlich Luft zugeführt wird, die nach dem Verdichten chemisch gereinigt worden ist und damit im Wesentlichen ölfrei ist. Die vorgeschlagene Position des chemischen Filters zwischen dem Luftverdichtungssystem und der mindestens einen Brennstoffzelle gewährleistet eine leichte Zugänglichkeit, so dass der Filter bei Bedarf einfach und schnell ausgetauscht werden kann.

Bevorzugt wird die verdichtete Luft mit Hilfe eines im Kathoden-Zuluftpfad angeordneten chemischen Filters gereinigt, der als Aktivkohlefilter ausgeführt ist oder einen Aktivkohlefilter umfasst. Aktivkohlefilter weisen ein besonders gutes Abscheidevermögen im Hinblick auf Schmieröl und/oder Kohlenwasserstoffe auf. Beispielsweise kann ein Kilogramm Aktivkohle zwischen 200 und 400 Gramm Schmieröl aufnehmen, was einem Gewichtsanteil von 20 bis 40 % des Eigengewichts entspricht. Die vorgeschlagene chemische Reinigung mit Hilfe von Aktivkohle ist demnach besonders effektiv. Zudem weist Aktivkohle eine hohe Temperaturbeständigkeit auf, was den Einsatz stromabwärts des Luftverdichtungssystems ermöglicht. Selbst bei hohen Temperaturen ändert sich die Oberflächenstruktur der Aktivkohle nicht.

Der chemische Filter kann mit einem weiteren Filter kombiniert werden, beispielsweise kann neben dem Aktivkohlefilter ein Partikelfilter als weiterer Filter vorhanden sein. Dies ermöglicht gegebenenfalls den Verzicht auf einen dem Luftverdichtungssystem vorgeschalteten Partikelfilter oder zumindest den Einsatz eines deutlich kleineren bzw. einfacheren Partikelfilters. Hinzu kommt, dass ölgeschmierte Lager im Vergleich zu Gaslagern bereits von Haus aus weniger empfindlich gegenüber Partikeln sind, so dass diesbezüglich die Anforderungen an die Partikelfreiheit der Luft gesenkt werden können.

Im Vergleich zu einem stromaufwärts des Luftverdichtungssystems angeordneten Filters weist der dem Luftverdichtungssystem nachgeschaltete chemische Filter einen geringeren Druckverlust auf, da bei gleichem Massenstrom das Druckniveau höher ist. Durch den geringeren Druckverlust kann der Bauraum des Filters reduziert werden, was sich als weiterer Vorteil erweist.

Die Anordnung des chemischen Filters stromabwärts des Luftverdichtungssystems erlaubt zudem eine zumindest teilweise Regeneration des Filters. Auch dies wirkt sich positiv auf den Bauraumbedarf des Filters aus.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der chemische Filter zur zumindest teilweisen Regeneration erhitzt. Das Erhitzen fördert die Abscheidung von Ölrückständen, so dass der Filter von diesen leichter befreit wird. Bevorzugt wird der chemische Filter zur Regeneration auf eine Temperatur über 95°C, vorzugsweise über 100°C erhitzt, während im normalen Betrieb des Brennstoffzellensystems die Temperatur deutlich unter 95°C beträgt. Der chemische Filter erfährt somit nur im Regenerationsfall eine hohe Temperatur, so dass die Lebensdauer des Filters steigt.

Die sich beim Erhitzen des chemischen Filters aus dem Filter lösenden Rückstände werden vorzugsweise über einen Bypasspfad, welcher der Umgehung der mindestens einen Brennstoffzelle dient, und den Kathoden- Abluftpfad abtransportiert. Über den Bypasspfad ist somit eine Verbindung des Kathoden-Zuluftpfads mit dem Kathoden-Abluftpfad herstellbar. Um den Abtransport der gelösten Rückstände über den Bypasspfad zu gewährleisten, ist der chemische Filter zwingend stromaufwärts der Abzweigung des Bypasspfads im Kathoden-Zuluftpfad angeordnet. Zum Öffnen des Bypasspfads wird vorzugsweise ein im Bypasspfad angeordnetes Bypassventil geöffnet. Um sicherzustellen, dass keine aus dem Filter gelösten Rückstände der mindestens einen Brennstoffzelle zugeführt werden, wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Absperrventil geschlossen wird, das im Kathoden-Zuluftpfad zwischen der Abzweigung des Bypasspfads und der Brennstoffzelle und/oder im Kathoden-Abluftpfad zwischen der Brennstoffzelle und der Einmündung des Bypasspfads angeordnet ist.

Bevorzugt wird der chemische Filter zur zumindest teilweisen Regeneration mit Hilfe des Luftverdichtungssystems erhitzt. Dieses wird hierzu derart angesteuert, dass der Druck und damit die Temperatur im Kathoden-Zuluftpfad ansteigen.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass zum Erhitzen des chemischen Filters ein im Kathoden-Zuluftpfad stromaufwärts des Filters angeordneter Zwischenkühler abgeschaltet oder zumindest heruntergefahren wird, so dass die Kühlleistung des Zwischenkühlers heruntergesetzt wird. Dies setzt einen variabel ansteuerbaren Zwischenkühler voraus.

Das darüber hinaus zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagene Brennstoffzellensystem umfasst mindestens eine Brennstoffzelle, die zum Zuführen von Luft an einen Kathoden-Zuluftpfad und zum Abführen von Abluft an einen Kathoden-Abluftpfad angeschlossen ist. Im Kathoden-Zuluftpfad ist dabei ein Luftverdichtungssystem angeordnet. Erfindungsgemäß ist stromabwärts des Luftverdichtungssystems ein chemischer Filter zur Luftreinigung angeordnet.

Das vorgeschlagene Brennstoffzellensystem ist somit zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren geeignet bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar. Somit können mit Hilfe des Brennstoffzellensystem dieselben Vorteile wie mit Hilfe des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt werden. Insbesondere kann ein Luftverdichtungssystem mit ölgeschmierten Lagern verwendet werden, so dass das Brennstoffzellensystem im Vergleich zu einem Brennstoffzellensystem mit Gaslagern umfassenden Luftverdichtungssystem weniger verschleißanfällig und zudem kostengünstiger umsetzbar ist.

Der vorgeschlagene chemische Filter ist vorzugsweise ein Aktivkohlefilter oder umfasst einen Aktivkohlefilter. Wie bereits erwähnt, weist Aktivkohle hinsichtlich Schmieröl eine sehr hohe Aufnahmefähigkeit auf, so dass Ölrückstände besonders gut abgeschieden werden. Zudem ist Aktivkohle beständig gegenüber hohen Temperaturen, so dass die Anordnung des chemischen Filters stromabwärts des Luftverdichtungssystems unproblematisch ist. Beispielsweise kann der chemische Filter direkt an dem Luftverdichtungssystem angeordnet oder in das Luftverdichtungssystem integriert werden.

Der chemische Filter kann mit einem weiteren Filter kombiniert werden. Beispielsweise kann neben dem Aktivkohlefilter ein Partikelfilter vorhanden sein. Ein stromaufwärts des Luftverdichtungssystems üblicherweise vorhandener Partikelfilter kann somit entfallen oder zumindest vereinfacht werden. Beispielsweise kann vor dem Luftverdichtungssystem lediglich ein einfacher grober Partikelfilter vorgesehen sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der chemische Filter stromaufwärts eines vom Kathoden-Zuluftpfad abzweigenden Bypasspfads zur Umgehung der mindestens einen Brennstoffzelle angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine Regeneration des chemischen Filters, bei der sich aus dem Filter lösende Rückstände - unter Umgehung der mindestens einen Brennstoffzelle - über den Bypasspfad abtransportieren lassen. Der Bypasspfad mündet vorzugsweise in den Kathoden-Abluftpfad, so dass die Rückstände mit dem Abluftmassenstrom im Kathoden-Abluftpfad aus dem System abtransportiert werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der chemische Filter stromabwärts eines vom Kathoden-Zuluftpfad abzweigenden Bypasspfads zur Umgehung der mindestens einen Brennstoffzelle angeordnet. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, dass der chemische Filter lediglich mit dem Luftmassenstrom beaufschlagt wird, der auch der mindestens einen Brennstoffzelle zugeführt wird. Der Bypass- Massenstrom trägt nicht zur Beladung des chemischen Filters bei. Demzufolge verlängert sich das Wechselintervall für den chemischen Filter.

Des Weiteren bevorzugt ist der chemische Filter stromabwärts eines im Kathoden-Zuluftpfad angeordneten Zwischenkühlers angeordnet. In diesem Fall kann der Zwischenkühler temporär abgeschaltet bzw. heruntergefahren werden, so dass die Kühlleistung herabgesetzt wird und die zuvor mit Hilfe des Luftverdichtungssystems verdichtete Luft im Wesentlichen ungekühlt dem chemischen Filter zugeführt wird, um diesen zumindest teilweise zu regenerieren.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems und

Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Darstellung des Verfahrensablaufs. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Der Fig. 1 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem 1 mit einer Brennstoffzelle 5 zu entnehmen, die über einen Kathoden-Zuluftpfad 4 mit Sauerstoff versorgbar ist. Hierzu wird Luft aus einer Umgebung 2 angesaugt und über einen Partikelfilter 10 einer ersten Verdichterstufe 3.1 sowie einer zweiten Verdichterstufe 3.2 eines mehrstufigen Luftverdichtungssystems 3 zugeführt. Jede Verdichterstufe 3.1, 3.2 weist ein Verdichterrad 11 auf, wobei die Verdichterräder 11 auf einer gemeinsamen Welle 12 angeordnet sind. Als Antrieb ist ein Elektromotor 13 vorgesehen. Stromabwärts des Luftverdichtungssystems 3 ist ein Zwischenkühler 9 im Kathoden-Zuluftpfad 4 angeordnet, der die verdichtete und damit erhitzte Luft kühlt bevor sie der Brennstoffzelle 5 zugeführt wird. Im Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 aus der Brennstoffzelle 5 austretende Abluft wird über einen Kathoden-Abluftpfad 6 wieder an die Umgebung 2 abgeführt. Da die aus der Brennstoffzelle 5 austretende Abluft feucht ist, kann sie zuvor einer Befeuchtungseinrichtung 17 zum Befeuchten der Luft im Kathoden-Zuluftpfad 4 zugeführt werden.

Zur Umgehung der Brennstoffzelle 5 ist ein Bypasspfad 8 mit einem Bypassventil 16 vorgesehen. Zum Öffnen des Bypasspfads 8 wird das Bypassventil 16 geöffnet. Zugleich werden ein im Kathoden-Zuluftpfad 4 angeordnetes erstes Absperrventil 14 sowie ein im Kathoden-Abluftpfad 6 angeordnetes zweites Absperrventil 15 geschlossen. Der mit Hilfe des Luftverdichtungssystems 3 erzeugte Luftmassenstrom wird somit aus dem Kathoden-Zuluftpfad 4 über den Bypasspfad 8 in den Kathoden-Abluftpfad 6 abgeführt.

Das in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem 1 weist als Besonderheit einen chemischen Filter 7 im Kathoden-Zulaufpfad 4 stromaufwärts der Brennstoffzelle 5 auf. Die exakte Position des chemischen Filters 7 kann dabei variieren. In der Fig. 1 sind beispielhaft vier bevorzugte Positionen A-D dargestellt, auf die nachfolgend näher eingegangen wird. Der chemische Filter 7 besitzt die Aufgabe, die der Brennstoffzelle 5 über den Kathoden-Zuluftpfad 4 zugeführte Luft zu reinigen, insbesondere ölfrei zu halten. Denn bevorzugt weisen beide Verdichterstufen 3.1, 3.2 des Luftverdichtungssystems 3 ölgeschmierte Lager anstelle von Gaslagern auf. Zur optimalen Abscheidung etwaiger Ölrückstände ist der chemische Filter 7 vorliegend als Aktivkohlefilter ausgeführt.

In der vorgeschlagenen Position A befindet sich der chemische Filter 7 zwischen dem Luftverdichtungssystem 3 und dem Zwischenkühler 9, der stromaufwärts der vom Kathoden-Zuluftpfad 4 abzweigenden Bypasspfad 8 angeordnet ist. In dieser Position kann der chemische Filter 7 mit Hilfe des Luftverdichtungssystems 3 zumindest teilweise regeneriert werden. Das Luftverdichtungssystem 3 wird hierzu derart angesteuert, dass der Systemdruck steigt. Folglich steigt auch die Temperatur am Ausgang des Luftverdichtungssystems 3. Dies führt dazu, dass der chemische Filter 7 erhitzt wird, so dass Rückstände im Filter 7 zumindest teilweise gelöst und über den Luftmassenstrom abgeführt werden. Um die Brennstoffzelle 5 vor Öleintrag zu schützen, werden die beiden Absperrventile 14, 15 geschlossen und das Bypassventil 16 geöffnet, so dass die Rückstände über den Bypasspfad 8 und den Kathoden-Abluftpfad 6 aus dem System abtransportiert werden.

Eine Regeneration des chemischen Filters 7 in der vorstehend beschriebene Weise ist ebenfalls möglich, wenn er in der vorgeschlagenen Position B angeordnet werden. In dieser Position befindet sich der chemische Filter 7 zwischen dem Zwischenkühler 9 und der abzweigenden Bypassleitung 8, so dass sich lösende Rückstände unter Umgehung der Brennstoffzelle 5 über den Bypasspfad 8 und den Kathoden-Abluftpfad 6 abtransportiert werden können. Damit sich der chemische Filter 7 ausreichend stark erhitzen kann, muss der Zwischenkühler 9 ausgeschaltet oder zumindest heruntergefahren werden.

In den ferner dargestellten Positionen C und D kann zwar keine Regeneration des chemischen Filters 7 unter Umgehung der Brennstoffzelle 5 bewirkt werden, dennoch erweisen sich auch diese Positionen als vorteilhaft. Insbesondere kann eine Beaufschlagung des chemischen Filters 7 mit dem Bypass- Massenstrom verhindert werden, so dass dieser nicht zur Beladung des chemischen Filters 7 beiträgt. Damit verlängern sich die Wechselintervalle des chemischen Filters 7.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1 ist in der Fig. 2 dargestellt. Dieses unterscheidet sich von dem der Fig. 1 insbesondere dadurch, dass das mehrstufige Luftverdichtungssystem 3 durch eine mehrflutige erste Verdichterstufe 3.1 und einen Abgasturbolader als zweiter Verdichterstufe 3.2 realisiert ist. Die mehrflutige erste Verdichterstufe 3.1 weist zwei auf einer Welle 12 angeordnete Verdichterräder 11 auf, die parallel angeströmt werden. Die nachfolgende zweite Verdichterstufe 3.2 weist eine Welle 19 mit einem weiteren Verdichterrad 11 sowie einem Turbinenrad 18 auf. Das Turbinenrad 18 wird von der Abluft im Kathoden-Abluftpfad 6 angeströmt. Auf diese Weise kann die mit Hilfe des Turbinenrads 18 gewonnene Energie zum Betreiben der zweiten Verdichterstufe 3.2 genutzt werden. Zur Steuerung von Teilströmen, die dem Verdichterrad 11 oder dem Turbinenrad 18 zugeführt werden, sind Bypasspfade 20, 22 mit jeweils hierin angeordneten Bypassventilen 21, 23 vorgesehen. Der Druck wird vorrangig durch ein im Kathoden-Abluftpfad 6 angeordnetes Steuerventil 24 eingestellt.

Auch das in der Fig. 2 dargestellte Brennstoffzellensystem 1 weist einen Zwischenkühler 9 im Kathoden-Zuluftpfad 4 auf. Dieser ist ebenfalls stromaufwärts eines abzweigenden Bypasspfads 8 angeordnet, so dass sich wiederum die Positionen A-D für die Anordnung des erfindungsgemäß vorgesehenen chemischen Filters 7 ergeben. In Abhängigkeit von der jeweils gewählten Position können somit die gleichen Vorteile erzielt werden, wie sie zuvor in Verbindung mit dem Brennstoffzellensystem der Fig. 1 beschrieben wurden. Somit wird hiermit auf die entsprechende Beschreibung verwiesen. Auf eine Befeuchtungseinrichtung 17 wurde bei dem Brennstoffzellensystem 1 der Fig. 2 verzichtet. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich, so dass wahlweise das Brennstoffzellensystem der Fig. 2 auch mit Befeuchtungseinrichtung 17 ausgeführt werden kann.

Anhand der Fig. 3 werden beispielhaft die notwendigen Verfahrensschritte zur Regeneration des chemischen Filters 7 der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Brennstoffzellensysteme 1 erläutert. Der chemische Filter 7 muss hierzu jeweils in der Position A oder in der Position B angeordnet sein.

In Schritt 100 wird zunächst ein Zeitfenster für die geplante Regeneration des chemischen Filters 7 bestimmt. Sofern dem chemischen Filter 7 ein Zwischenkühler 9 vorgeschaltet ist, wird dieser in Schritt 200 abgeschaltet oder heruntergefahren. Im nachfolgenden Schritt 300 werden mehrere Aktionen gleichzeitig durchgeführt. In Teilschritt 300.1 wird das im Bypasspfad 8 angeordnete Bypassventil 16 geöffnet. In Teilschritt 300.2 wird das im Kathoden- Zuluftpfad 4 angeordnete Absperrventil 14 geschlossen. In Teilschritt 300.3 wird das im Kathoden-Abluftpfad 6 angeordnete Absperrventil 15 geschlossen. Der Zwischenkühler 9 bleibt weiterhin abgeschaltet bzw. heruntergefahren. In dem nachfolgenden Schritt 400 wird das Luftverdichtungssystem 3 derart angesteuert, dass der Systemdruck steigt, was ferner einen Temperaturanstieg zur Folge hat. Durch den Temperaturanstieg wird der chemische Filter 7 auf eine Temperatur über 95°C erhitzt, so dass sich Rückstände lösen und der chemische Filter 7 regeneriert wird. Mit Erreichen des in Schritt 100 vorab bestimmten Zeitfensters oder einer definierten gewünschten Luftmenge während der Regeneration wird die Regeneration des chemischen Filters 7 beendet, das heißt, dass über das Luftverdichtungssystems 3 wieder der übliche Systemdruck bereitgestellt wird und der Zwischenkühler 9 wieder hochgefahren wird. In Schritt 500, der aus den Teilschritten 500.1 bis 500.3 besteht, werden die Absperrventile 14, 15 wieder geöffnet und das Bypassventil 16 wird geschlossen. Hierauf folgt in Schritt 600 die Fortsetzung des Normalbetriebs des Systems.