In einer Brennstoffzelle wird durch die elektrochemische Ver- bindung von Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (02) an einem E- lektrolyten zu Wasser (H2O) elektrischer Strom mit hohem Wir- kungsgrad erzeugt und dies auch ohne Emission von Schad- stoffen und Kohlendioxid (C02) wenn als Brenngas reiner Was- serstoff eingesetzt wird. Die technische Umsetzung dieses Prinzips der Brennstoffzelle hat zu unterschiedlichen Lösun- gen, und zwar mit verschiedenen Elektrolyten und Betriebstem- peraturen zwischen 60°C und 1000°C geführt. In Abhängigkeit von ihrer Betriebstemperatur werden die Brennstoffzellen in Nieder-, Mittel-und Hochtemperatur-Brennstoffzellen einge- teilt, die sich wiederum durch verschiedene technische Aus- führungsformen voneinander unterscheiden.

Eine einzelne Brennstoffzelle liefert eine Betriebsspannung von maximal etwa 1,1 V. Daher wird eine Vielzahl von Brenn- stoffzellen zu einer Brennstoffzellenanordnung zusammenge- schlossen, bei röhrenförmigen Brennstoffzellen beispielsweise zu einem Röhrenbündel oder bei planaren Brennstoffzellen zu einem Stapel, der Bestandteil eines Brennstoffzellenblocks ist. Durch das In-Reihe-Schalten der Brennstoffzellen der An- ordnung kann die Betriebsspannung der Brennstoffzellenanord- nung 100 V und mehr betragen.

Eine Brennstoffzelle weist einen Elektrolyten auf, der-je nach technischer Ausführung-entweder für Wasserstoff-oder für Sauerstoffionen durchlässig ist. An eine Seite des Elek- trolyten grenzt eine Anode und an diese wiederum ein Anoden-

gasraum an. An die andere Seite des Elektrolyten grenzt die Kathode der Brennstoffzelle an, der der Kathodengasraum der Brennstoffzelle benachbart ist. Durch eine Verbundleiter- platte, die die Anode einer ersten Brennstoffzelle mit der Kathode einer dieser ersten Brennstoffzelle benachbarten Brennstoffzelle elektrisch verbindet-oder eine anders gear- tete elektrische Verbindung durch einen sogenannten Intercon- nector-wird ein In-Reihe-Schalten mehrerer Brennstoffzellen ermöglicht.

Während des Betriebs werden einer Brennstoffzelle ein was- serstoffhaltiges Gas-im Folgenden Brenngas genannt-und ein sauerstoffhaltiges Gas-im Folgenden Oxidationsgas ge- nannt-zugeführt. Diese beiden Gase werden im Folgenden als Betriebsgase bezeichnet. Als Brenngas findet beispielsweise Methan, Erdgas, Kohlegas oder auch reiner Wasserstoff (H2) Verwendung. Als Oxidationsgas wird in der Regel Luft, aber auch reiner Sauerstoff (°2) verwendet. Zum Betrieb der Brenn- stoffzelle wird das Brenngas in den Anodengasraum der Brenn- stoffzelle geführt, von wo es durch die gasdurchlässige Anode zur Elektrode gelangt. Das Oxidationsgas wird in den Katho- dengasraum der Brennstoffzelle geleitet und dringt von dort durch die ebenfalls gasdurchlässige Kathode auch zum Elektro- lyten vor. Je nach Durchlässigkeit des Elektrolyten für Sau- erstoff-oder Wasserstoffionen werden die Sauerstoffionen aus dem Oxidationsgas und die Wasserstoffionen aus dem Brenngas an der einen oder anderen Seite des Elektrolyten zusammenge- führt, wodurch dann durch die elektrochemische Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser Strom und auch Wärme er- zeugt wird.

Bei einem Leck innerhalb der Brennstoffzelle, beispielsweise in der aus der Kathode, dem Elektrolyten und der Anode beste- henden Elektrolyt-Elektroden-Einheit, tritt während des Be- triebs der Brennstoffzelle Brenngas aus dem Anodengasraum in den Kathodengasraum über oder umgekehrt. Dort reagieren der Wasserstoff und der Sauerstoff zu Wasser, wobei lediglich

Wärme, jedoch kein Strom erzeugt wird. Die an der Stelle des Gaslecks entstehende Wärme kann die Elektrolyt-Elektroden- Einheit um die Stelle des Lecks herum zerstören. Bei der Ver- wendung eines Brenngases mit einem hohen Wasserstoffanteil, speziell bei der Verwendung von reinem Wasserstoff in Verbin- dung mit der Verwendung eines Oxidationsgases mit einem hohen Sauerstoffanteil, speziell bei der Verwendung von reinem Sau- erstoff, ist die Wärmeentwicklung um das Gasleck herum so groß, dass die Elektrolyt-Elektroden-Einheit in dem Maße zer- stört wird, dass sich das Gasleck ausweitet und noch mehr Gas unkontrolliert durch das Leck strömt. Durch diese sich selbst steigernde Reaktion brennt die Brennstoffzelle innerhalb kür- zester Zeit ab wobei das Feuer auch die benachbarten Brenn- stoffzellen oder sogar die gesamte Anordnung völlig zerstören kann. Im schlimmsten Fall besteht sogar Explosionsgefahr mit weitreichenden Folgen für die der Brennstoffzellenanordnung benachbarte Umgebung.

Zur Erkennung eines Gaslecks innerhalb einer Brennstoffzel- lenanordnung ist ein Lecktestverfahren bekannt, bei dem einer der beiden Gasräume der Brennstoffzellen der Brennstoffzel- lenanordnung mit einem Inertgas beaufschlagt wird. An- schließend werden diese Gasräume von der Umgebung abgeschlos- sen und der Inertgasdruck innerhalb dieser Gasräume wird be- obachtet. Ein zeitliches Absinken des Gasdrucks ist ein Hin- weis auf ein Leck innerhalb dieser Gasräume der Brennstoff- zellen. Mit diesem Verfahren lässt sich jedoch nur ein grobes Gasleck innerhalb einer Brennstoffzelle finden, wobei sich auch kleinere Gaslecks im Betrieb der Brennstoffzelle schnell ausweiten können. Außerdem gibt dieses Verfahren nur einen Hinweis darauf, dass innerhalb der Brennstoffzellenanordnung ein Gasleck existiert, nicht jedoch darauf, welche der Brenn- stoffzellen innerhalb der Brennstoffzellenanordnung schadhaft ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem auch eine kleine Undichtigkeit in der E-

lektrolyt-Elektroden-Einheit einer Brennstoffzelle innerhalb einer Brennstoffzellenanordnung gefunden werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Lokalisieren eines Gaslecks innerhalb einer Brennstoffzellenanordnung mit einer Anzahl von Brennstoffzellen gelöst, bei dem erfindungsgemäß a) der Anodengasraum der Brennstoffzellen mit Brenngas und der Kathodengasraum der Brennstoffzellen mit Oxidationsgas beaufschlagt wird, b) die Betriebsgaszufuhr zu mindestens einem der beiden Gas- räume der Brennstoffzellen unterbrochen wird, c) der von der Betriebsgaszufuhr getrennte Gasraum der Brenn- stoffzellen mit einem Inertgas gespült wird, d) die Brennstoffzellen mit einem Entladewiderstand in elek- trischem Kontakt stehen, e) die Zellspannung der Brennstoffzellen überwacht wird.

Dieses Verfahren ist nicht nur geeignet zum Lokalisieren ei- nes schon vorbekannten Gaslecks innerhalb einer Brennstoff- zellenanordnung, sondern auch zum erstmaligen Erkennen des Gaslecks.

Die einzelnen Schritte des Verfahrens müssen nicht unbedingt in der durch die oben angegebenen Buchstaben vorgegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Bei der Unterbrechung der Betriebsgaszufuhr zu mindestens einem der beiden Gasräume der Brennstoffzellen kann entweder die Brenngaszufuhr zu den An- odengasräumen der Brennstoffzellen oder die Oxidationsgaszu- fuhr zu den Kathodengasräumen der Brennstoffzellen oder aber auch die Zufuhr von beiden Betriebsgasen zu den Brennstoff- zellen unterbrochen werden. Der Entladewiderstand kann schon vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens an die Brenn- stoffzellen angeschaltet sein und während der Durchführung des Verfahrens in elektrischem Kontakt mit den Brennstoffzel- len bleiben. Eine Undichtigkeit ist jedoch leichter zu erken- nen, wenn die Kontaktierung der Brennstoffzellen mit dem Ent-

ladewiderstand erst nach Beginn der Spülung der Brennstoff- zellen mit dem Inertgas vorgenommen wird.

Als Entladewiderstand kann jeder Widerstand dienen, der die Brennstoffzellen in quantitativ nachvollziehbarer Weise und in geeigneter Geschwindigkeit entlädt. Es kann somit ein spe- zieller, nur für die Entladung gedachter Entladewiderstand verwendet werden, oder aber auch eine Betriebslast, die wäh- rend des Betriebs der Brennstoffzellenanordnung mit Strom versorgt wird.

Bei der Spülung des von der Betriebsgaszufuhr getrennten Gas- raums der Brennstoffzellen mit einem Inertgas wird das in diesen Gasräumen zuerst noch vorhandene Betriebsgas zu weiten Teilen aus dem Gasraum herausgespült. Es verbleibt jedoch noch eine gewisse Menge Betriebsgas in der gasdurchlässigen Elektrode und u. U. auch noch in den Toträumen des Gasraums und auch beispielsweise noch in einem an den Gasraum ange- schlossenen Wasserabscheider. Dieses Restbetriebsgas im ge- spülten Gasraum wird bei Kontakt der Brennstoffzelle mit dem Entladewiderstand in einer stromerzeugenden elektrochemischen Reaktion im Laufe einer gewissen Zeitspanne verbraucht. Die Länge der Zeitspanne hängt ab von der Menge des im gespülten Gasraum verbliebenen Restbetriebsgases und dem elektrischen Widerstand des Entladewiderstands. Bei einem Leck innerhalb der Elektrolyt-Elektroden-Einheit einer Brennstoffzelle strömt-je nach Druckverhältnissen innerhalb der Brennstoff- zelle-entweder Inertgas in den ungespülten Gasraum der de- fekten Brennstoffzelle oder Betriebsgas aus dem ungespülten Gasraum der defekten Brennstoffzelle in den vom Inertgas durchspülten Gasraum der Brennstoffzelle. In dem Fall, in dem das Inertgas in den ungespülten Gasraum der defekten Brenn- stoffzelle strömt, verdrängt es dort das Betriebsgas aus der an diesen Gasraum angrenzenden Elektrode. Hierdurch wird die stromerzeugende elektrochemische Reaktion innerhalb der Brennstoffzelle bei Kontakt der Brennstoffzelle mit dem Ent- ladewiderstand herabgesetzt, so dass die defekte Brennstoff-

zelle selber weniger Strom erzeugen kann. Bei einem Übertritt des Betriebsgases aus dem ungespülten Gasraum der Brennstoff- zelle in den vom Inertgas durchspülten Brenngasraum der Brennstoffzelle geht dieses Betriebsgas mit dem Restbetriebs- gas aus dem durchspülten Gasraum eine lediglich Wärme erzeu- gende chemische Reaktion ein. Hierdurch steht ein Teil des Restbetriebsgases aus dem vom Inertgas durchspülten Gasraum der defekten Brennstoffzelle nicht mehr für die elektrochemi- sche Reaktion der Brennstoffzelle zur Verfügung, wodurch auch in diesem Falle die elektrochemische Reaktion nur in vermin- dertem Maße stattfinden kann und die defekte Brennstoffzelle bei Kontakt mit dem Entladewiderstand nur weniger Strom pro- duzieren kann als die benachbarten intakten Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung.

Während des Verbrauchs der Betriebsgase in den in Reihe ge- schalteten Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung trägt jede der Brennstoffzellen der Anordnung mit dem von ihr produzierten Strom zum Gesamtstrom der Brennstoffzellenanord- nung bei. Dieser Gesamtstrom der Brennstoffzellenanordnung durchläuft jede Brennstoffzelle der Anordnung gleichermaßen.

Erzeugt nun eine der Brennstoffzellen weniger Strom, bei- spielsweise wegen eines Defekts dieser Brennstoffzelle, als die anderen Brennstoffzellen der Anordnung, so wird durch die In-Reihe-Schaltung der Brennstoffzellen bewirkt, dass diese Brennstoffzelle eine geringere Ausgangsspannung aufweist als die anderen Brennstoffzellen der Anordnung. Während des Ver- brauchs des Restbetriebsgases im vom Inertgas durchspülten Gasraum der Brennstoffzellen sinkt nun die Spannung aller Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung im Laufe der Zeit ab, und zwar in dem Maße, wie das Restbetriebsgas in der Anordnung verbraucht wird. Die Ausgangsspannung einer defek- ten Brennstoffzelle wird hierbei schneller absinken als die Ausgangsspannungen der intakten Brennstoffzellen der Anord- nung. Dadurch, dass durch die defekte Brennstoffzelle der gleiche Strom fließt wie durch die intakten Brennstoffzellen wird die Ausgangsspannung der defekten Brennstoffzelle nach

einer gewissen Zeit auf 0 V und dann auch darunter gedrückt : Die Ausgangsspannung der defekten Brennstoffzelle polt um.

Eine defekte Brennstoffzelle ist somit über einen gewissen Zeitraum während der Entladung der Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung durch ihre negative Ausgangsspan- nung erkennbar. Durch die Überwachung der Zellspannung der Brennstoffzellen ist somit eindeutig feststellbar, innerhalb welcher der Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung eine Undichtigkeit-beispielsweise in der Elektrolyt-Elek- troden-Einheit ist. In gewissem Umfang kann sogar aus der Größe der negativen Ausgangsspannung der defekten Brennstoff- zelle auf die Größe der Undichtigkeit geschlossen werden.

Die Zellspannungsüberwachung sollte gemäß der gewünschten Ge- nauigkeit der Lokalisierung des Gaslecks erfolgen. Bei einer Überwachung jeder einzelnen Brennstoffzelle der Brennstoff- zellenanordnung ist eine genaue Lokalisierung der defekten Brennstoffzelle möglich. Versuche haben jedoch gezeigt, dass eine gefahrenträchtige Undichtigkeit innerhalb einer Brenn- stoffzelle zu einer so starken Umpolung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle führt, dass auch bei einer gröberen Über- wachung das Leck erkannt und eingegrenzt werden kann.

Zweckmäßigerweise werden die Brennstoffzellen vor der Unter- brechung der Betriebsgaszufuhr zu einem der beiden Gasräume der Brennstoffzellen in den Leerlaufbetrieb gebracht. Der Entladewiderstand wird dann während der Durchführung des Ver- fahrens, am zweckmäßigsten während der Spülung des von der Betriebsgaszufuhr getrennten Gasraums der Brennstoffzellen mit Inertgas, an die Brennstoffzellen angeschaltet. Als Leer- laufbetrieb wird der Zustand der Brennstoffzellen bezeichnet, in dem sie von einem Entladewiderstand oder einer Betriebs- last abgekoppelt sind. Während des Leerlaufbetriebs fließt somit im wesentlichen kein Strom durch die Brennstoffzellen- anordnung. Sind die Brennstoffzellen zu Beginn der Spülung mit einem Inertgas in Leerlaufbetrieb, so kann das Inertgas oder eines der Betriebsgase durch die Undichtigkeit in der

Brennstoffzelle hindurchtreten und sich im anderen Gasraum ausbreiten, bevor die Zellspannung der defekten Brennstoff- zelle durch die Entladung durch den Entladewiderstand bereits sinkt. Es wird dem übertretenden Gas somit mehr Zeit gegeben, sich auszubreiten. Hierdurch sinkt die Zellspannung der de- fekten Brennstoffzelle während der Entladung der Brennstoff- zellenanordnung schneller und die Undichtigkeit kann leichter erkannt und lokalisiert werden.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren nach einem regulären Betrieb der Brennstoffzellenanordnung durchgeführt. Der erste Schritt des Verfahrens, nämlich die Beaufschlagung des An- odengasraums mit Brenngas und des Kathodengasraums mit Oxida- tionsgas geschieht dann schon im regulären Betrieb der Brenn- stoffzellenanordnung. Das Verfahren kann somit sehr leicht und ohne Zustandsänderung der Brennstoffzellenanordnung aus dem laufenden regulären Betrieb heraus gestartet werden. Es ist auch möglich, das Verfahren während des regulären Be- triebs durchzuführen, wobei dann der reguläre Betrieb der Brennstoffzellenanordnung während des Absinkens der Spannung der Anordnung während des Verfahrens unterbrochen wird.

Mit besonders wenig Aufwand wird das Verfahren als Abschalt- verfahren für die Brennstoffzellenanordnung durchgeführt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung bedeutet die Durchführung des Verfahrens gegenüber dem regulären Abschalten der Anord- nung kaum zusätzlichen Aufwand, da schon zum Abschalten die Betriebsgaszufuhr zu den Brennstoffzellen unterbrochen wird und die Brennstoffzellen in der Regel mit einem Inertgas ge- spült und durch einen Entladewiderstand entladen werden.

Zweckmäßigerweise wird das Verfahren mit dem Fluten aller Gasräume der Brennstoffzellen mit einem Inertgas abgeschlos- sen. Hierdurch werden die Brennstoffzellen in einen sicheren Ruhezustand gebracht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Inertgas Stickstoff (N2) verwendet. Stickstoff ist besonders preiswert und führt zu keiner Schädigung der Materialien in- nerhalb einer Brennstoffzelle.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Gasdruck innerhalb der beiden Gasräume der Brenn- stoffzellen vor dem Spülen mit dem Inertgas auf einen vorbe- stimmten Wert gebracht. Brennstoffzellen werden mit einem re- lativ hohen Betriebsgasdruck betrieben, beispielsweise zwi- schen 2 und 3 Bar (absoluter Druck). Zur Durchführung des er- findungsgemäßen Verfahrens ist ein so hoher Betriebsgasdruck nicht erforderlich. Deshalb können die Gasräume der Brenn- stoffzellen vor dem Spülen mit dem Inertgas beispielsweise druckentlastet werden. Das Einstellen der Betriebsgasdrücke in den Gasräumen auf einen vorbestimmten Wert bringt außerdem den Vorteil, dass das Verfahren unabhängig von einem eventu- ell schwankenden Betriebsgasdruck bei bekannten Drücken durchgeführt werden kann, für die Erfahrungswerte vorliegen.

Dies erleichtert die Abschätzung der Größe einer eventuell vorliegenden Undichtigkeit.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird erreicht, wenn der Inertgasdruck größer als der Druck des Betriebsgases in den ungespülten Gasräumen der Brennstoffzellen ist. Bei einer Un- dichtigkeit tritt dann das Inertgas in den jeweils anderen Gasraum der Brennstoffzelle über und verdrängt das dort vor- herrschende Betriebsgas teilweise aus den Poren der dortigen Elektrode. Hierdurch wird ein besonders reproduzierbares Ver- fahren ohne unkontrollierte chemische Reaktionen erreicht.

Außerdem wird erreicht, dass bei einer Spülung der anodensei- tigen Gasräume der Brennstoffzellen mit Inertgas kein Sauer- stoff in diese Gasräume übertritt. Hierdurch wird eine Oxida- tion dieser Gasräume wirksam vermieden.

In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird der Inertgasdruck kleiner gewählt als der Druck des Betriebsgases

in den ungespülten Gasräumen der Brennstoffzelle. Durch das Verbrauchen des Restbetriebsgases in der gespülten Seite der Brennstoffzelle durch das Übertretende andere Betriebsgas kann bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ein schnelleres Absinken der Zellspannung der defekten Zelle und damit im weiteren Verlauf des Verfahrens eine besonders ausgeprägte negative Zellspannung erreicht werden. Dies erleichtert das Erkennen und Lokalisieren einer besonders kleinen Undichtig- keit.

Vorteilhafterweise werden die Kathodengasräume der Brenn- stoffzellen mit dem Inertgas gespült. Hierdurch wird er- reicht, dass bei der Durchführung des Verfahrens im wesentli- chen der gesamte Sauerstoff in den Brennstoffzellen ver- braucht wird. Dies ist besonders günstig, wenn die Brenn- stoffzellenanordnung nach der Durchführung des Verfahrens für eine Weile stillgelegt wird. Im stillgelegten Zustand sollte möglichst kein Restsauerstoff in den Brennstoffzellen ver- bleiben, damit keine Schädigung durch Oxidation in den Brenn- stoffzellen auftritt.

Zweckmäßigerweise wird der von der Betriebsgaszufuhr ge- trennte Gasraum eine vorbestimmte erste Zeitperiode mit dem Inertgas gespült und der Entladewiderstand wird erst mit Ab- lauf der Zeitperiode zugeschaltet. Nach Ablauf der Zeitperi- ode können die Brennstoffzellen auch weiter gespült werden.

Das durch eine Undichtigkeit innerhalb der Brennstoffzelle hindurchtretende Inert-oder Betriebsgas benötigt eine Weile, um in dem Gasraum, in den es eingetreten ist, das andere Be- triebsgas zu verbrauchen bzw. das Inertgas zu verdrängen.

Durch die Wahl einer bestimmten Zeitperiode kann das Verfah- ren reproduzierbar durchgeführt werden, was sich vorteilhaft bei einer Wiederholung des Verfahrens, beispielsweise bei Un- sicherheiten, auswirkt, da die beiden durchgeführten Verfah- ren vergleichbar sind. Außerdem lassen sich durch eine vorbe- stimmte Zeitperiode Erfahrungen bei der Auswertung der Ver- fahrensergebnisse gewinnen. Außerdem wird durch die Zuschal-

tung des Entladewiderstands erst mit Ablauf der Zeitperiode erreicht, dass sich der Verbrauch oder die Verdrängung der Gase in einer schadhaften Brennstoffzelle so signifikant aus- prägen kann, dass eine gefahrenträchtige und Störungen her- vorrufende Undichtigkeit in der Brennstoffzelle zuverlässig erkannt wird.

Zweckmäßigerweise wird die Zeitperiode zwischen 10 Sekunden und 5 Minuten gewählt. Wird das Verfahren während des Be- triebs der Brennstoffzellenanlage durchgeführt und sollen nur größere Undichtigkeiten erkannt und lokalisiert werden, so ist eine kurze Zeitspanne genügend. Zum Erkennen kleinerer Undichtigkeiten muss eine größere Zeitspanne gewählt werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich in einer Reihe von Versu- chen die Wahl der Zeitspanne zwischen 60 und 120 Sekunden er- wiesen. In dieser Zeit kann das übertretende Gas sich genü- gend im anderen Gasraum ausbreiten und es verbleibt dennoch genügend Restbetriebsgas in den gespülten Gasräumen der Brennstoffzellen.

In einem alternativen Verfahren wird der Entladewiderstand erst dann zugeschaltet, wenn die Spannung der Brennstoffzel- lenanordnung auf einen vorbestimmten Wert gefallen ist. Beim Spülen des von der Betriebsgaszufuhr getrennten Gasraums der Brennstoffzellen verdrängt das Inertgas einen Teil des Be- triebsgases aus der gasdurchlässigen Elektrode dieses Gas- raums. Dies führt zu einem langsamen Sinken der Zellspannung der Brennstoffzellen auch bei nicht zugeschaltetem Entladewi- derstand. Dieses Sinken der Zellspannung kann auch als repro- duzierbares Maß der Ausdehnung eines eventuell durch eine Un- dichtigkeit übertretenden Gases verwendet werden. Hierdurch wird eine Vergleichbarkeit zwischen zu verschiedenen Zeit- punkten durchgeführten Verfahren erreicht.

Die Leerlaufspannung einer Brennstoffzelle beträgt etwa 1,15 V. Es hat sich nun in zahlreichen Versuchen herausge- stellt, dass ein vorteilhafter vorbestimmter Zellspannungs-

wert, bei oder kurz nach dessen Unterschreitung der Entlade- widerstand zugeschaltet wird, zwischen 0,8 und 1,05 V liegt.

Ist die Zellspannung auf diesen Wert gefallen, so lässt sich eine Undichtigkeit in einer Elektrolyt-Elektroden-Einheit ei- ner Brennstoffzelle besonders sensibel feststellen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Widerstandswert des Entladewiderstands so bemessen, dass die Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung nach Zuschalten des Entladewiderstands innerhalb von längstens 20 Sekunden von 1 V auf 100 mV entladen werden. Bei einem Zu- schalten des Entladewiderstands bei einer Zellspannung von 1000mV sinkt also die Zellspannung der intakten Brennstoff- zellen innerhalb von längstens 20 Sekunden von 1000 mV auf einen Wert von 100 mV. Der quantitative Widerstandswert des Entladewiderstands richtet sich hierbei nach dem von der Brennstoffzellenanordnung erzeugten Strom und somit nach der Anzahl und Größe der Brennstoffzellen in der Brennstoffzel- lenanordnung. Die Zeit von 20 Sekunden ist so bemessen, dass ein Umpolen einer defekten Brennstoffzelle auch ohne maschi- nelles Auslesen der Zellüberwachung leicht feststellbar ist.

Beträgt die Zeit bis zum Unterschreiten der Zellspannung un- ter 100 mV wesentlich mehr als 20 Sekunden, so verwischt der Effekt des Umpolens, da der Unterschied der Zellspannungen zwischen einer defekten und einer intakten Brennstoffzelle klein wird.

Zweckmäßigerweise werden die Brennstoffzellen nach Zuschalten des Entladewiderstands innerhalb von 3 bis 10 Sekunden von einer Zellspannung von 1 V auf 50 mV entladen. Eine solche Entladungsgeschwindigkeit hat sich in Versuchen als besonders günstig zum Erkennen eines kleinen Gaslecks erwiesen.

Eine besondere Genauigkeit der Lokalisierung einer defekten Zelle wird erreicht, indem die Zellspannung einer jeden Zelle einzeln überwacht wird.

Alternativ wird die Zellspannung der Brennstoffzellen in Gruppen von höchstens fünf Brennstoffzellen überwacht. Hier- durch verringert sich der Messaufwand gegenüber einer Einzel- zellüberwachung erheblich. Die Umpolung einer schadhaften Brennstoffzelle ist so signifikant, dass auch bei dem Zusam- menfassen von jeweils maximal fünf Zellspannungen zu einem Messwert ein Umpolen einer Brennstoffzelle und somit ein Un- dichtigkeitsschaden in der Überwachungsgruppe gerade noch feststellbar ist. Ein vorteilhafter Kompromiss zwischen zu- verlässiger und genauer Lokalisierung und Messaufwand wird erreicht, wenn die Zellspannung von jeweils Zweier-oder Dreiergruppen von Brennstoffzellen überwacht wird.

Bei einer maschinellen Erfassung der Zellspannung in vorgege- benen Zeitabständen und ihrer Ausgabe auf ein Anzeigegerät, beispielsweise einen Bildschirm, kann die Zellspannung der Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung besonders ein- fach visuell überwacht werden.

Eine besonders genaue und auch später noch dokumentierbare Überwachung der Zellspannung der Brennstoffzellen wird er- reicht, indem die Zellspannung in vorgegebenen Zeitabständen maschinell erfasst und auf einem Datenträger gespeichert wird. Auf diese Weise können auch nur sehr kurzzeitige und schwach ausgeprägte Umpolungen erkannt werden. Außerdem ste- hen so die Daten für spätere Untersuchungen, beispielsweise zur Langzeitüberwachung einer Brennstoffzellenanordnung, zur Verfügung.

Zweckmäßigerweise wird das Verfahren angewendet auf Brenn- stoffzellen, die für den Betrieb mit reinem Sauerstoff (°2) und reinem Wasserstoff (H2) eingerichtet sind. Bei Brenn- stoffzellen, die mit reinem Sauerstoff und reinem Wasserstoff betrieben werden, ist die Gefahr eines Abbrands einer oder mehrerer Brennstoffzellen durch eine Undichtigkeit innerhalb der Brennstoffzelle besonders groß. Daher ist die Überwachung

von solchen Brennstoffzellen auf kleine Undichtigkeiten be- sonders vorteilhaft.

Besonders vorteilhaft wird das Verfahren bei PEM-Brennstoff- zellen (Proton Exchange Membrane-Brennstoffzellen) angewen- det. Diese Zellen sind besonders sensibel gegenüber Abbrand, weshalb das Verfahren seine Vorteile bei solchen Zellen be- sonders gut ausspielen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert, die fünf Figuren umfasst. Hierbei zeigen FIG 1 eine Brennstoffzellenanordnung zur Durchführung des Verfahrens ; FIG 2 ein Flussdiagramm zum Ablauf des Verfahrens ; FIG 3 einen Zellspannungsverlauf einer intakten Brenn- stoffzelle während der Durchführung des Verfahrens ; FIG 4 einen Zellspannungsverlauf einer defekten Brenn- stoffzelle während des Ablaufs des Verfahrens ; FIG 5 Zellspannungen von Brennstoffzellen einer Brenn- stoffzellenanordnung zu einem Zeitpunkt während der Durchführung des Verfahrens.

In Figur 1 wird in schematischer Darstellung eine Brennstoff- zellenanlage dargestellt, die eine Brennstoffzellenanordnung 1 mit einer Anzahl von Brennstoffzellen umfasst. Die Brenn- stoffzellen sind planare Brennstoffzellen, die zu einem Brennstoffzellenstapel gestapelt sind. Die Brennstoffzellen- anlage umfasst außerdem ein Oxidationsgaseinlassventil 3, ein Brenngaseinlassventil 5, ein Oxidationsgasauslassventil 7, ein Brenngasauslassventil 9 und ein Inertgaseinlassventil 11.

Des weiteren umfasst die Brennstoffzellenanlage einen Entla- dewiderstand 13 sowie eine Brennstoffzellenüberwachungsein-

richtung 15 und eine Auswerteeinheit 17 in Form eines Compu- ters mit angeschlossenem Bildschirm. Die Brennstoffzellenan- ordnung umfasst 260 PEM-Brennstoffzellen, die für den Betrieb mit reinem Sauerstoff (Os) als Oxidationsgas und reinem Was- serstoff (H2) als Brenngas eingerichtet sind.

Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Lokali- sieren eines Gaslecks innerhalb einer Brennstoffzellenanord- nung, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt 21 während des regulären Betriebs der Brennstoffzellenanordnung 1 der Anodengasraum der Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanord- nung 1 mit reinem Wasserstoff und der Kathodengasraum der Brennstoffzellen mit reinem Sauerstoff beaufschlagt wird. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt 23 wird die Brennstoff- zellenanordnung 1 von einer in den Figuren nicht gezeigten Betriebslast-einem Antrieb eines Fahrzeugs-elektrisch ge- trennt und in den Leerlaufbetrieb gebracht. Anschließend wird die Betriebsgaszufuhr zu den Gasräumen der Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung 1 unterbrochen 25, indem das Oxidationsgaseinlassventil 3 und das Brenngaseinlassventil 5 der Brennstoffzellenanlage geschlossen werden. Das Inertgas- einlassventil 11 der Brennstoffzellenanlage ist zu diesem Zeitpunkt ebenfalls geschlossen. Im anschließenden Verfah- rensschritt 27 wird der Gasdruck innerhalb des Anodengasraums der Brennstoffzellen vom Betriebsdruck von 2,3 Bar Wasser- stoff auf 1,6 Bar entspannt (jeweils absoluter Druck). Eben- falls entspannt wird der Gasdruck des im Kathodengasraum be- findlichen Sauerstoffs, das von einem Betriebsdruck von 2,6 Bar auf 1,6 Bar gebracht wird. Anschließend wird das Brenn- gasauslassventil 9 geschlossen, so dass die Anodengasräume der Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung 1 herme- tisch abgeschlossen sind.

Im nächsten Schritt 29 des Verfahrens wird das Inertgasein- lassventil 11 geöffnet und der Kathodengasraum der Brenn- stoffzellen mit Stickstoff (N2) gespült. Hierbei wird der Stickstoff mit einem Druck von 2 Bar in die Kathodengasräume

der Brennstoffzellen eingelassen. Nach einer in den Figuren 3 und 4 dargestellten ersten Zeitperiode t, wird der Entladewi- derstand 13 in elektrischen Kontakt mit den Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung 1 gebracht (31). Der Wider- standswert des Entladewiderstands 13 beträgt 10 Q. An- schließend werden die Zellspannungen 37 der Brennstoffzellen überwacht (33). Nach Anschalten des Entladewiderstands 13 sinkt die Zellspannung 37 der intakten Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung 1 innerhalb einer in Figur 3 darge- stellten zweiten Zeitspanne t2 von 950 mV auf etwa 100 mV.

Die Zeitspanne t2 beträgt etwa 7 s. Während der gleichen zweiten Zeitspanne t2 sinkt die in Figur 4 dargestellte Zell- spannung 37 einer defekten Brennstoffzelle, die eine Undich- tigkeit in der Elektrolyt-Elektroden-Einheit aufweist, we- sentlich schneller ab, als die Zellspannung 37 der intakten Zellen der Brennstoffzellenanordnung 1. Durch den durch die defekte Brennstoffzelle hindurchgetriebenen Strom polt die Zellspannung 37 der defekten Brennstoffzelle um und erreicht nach Ablauf der zweiten Zeitperiode t2 einen Wert von etwa- 500 mV. Während der Spülung der Kathodengasräume mit Stick- stoff und der Entladung der Brennstoffzellen wird die Zell- spannung 37 der Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanord- nung 1 permanent von der Brennstoffzellenüberwachungseinrich- tung 15 überwacht. Die Werte der Brennstoffzellenspannungen 37 werden von der Brennstoffzellenüberwachungseinrichtung 15 an die Auswerteeinheit 17 übermittelt, die diese Werte in pe- riodischen Intervallen speichert und außerdem auf einem Bild- schirm ausgibt. In einem letzten Verfahrensschritt 35 werden die Gasräume der Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanord- nung 1 mit Stickstoff geflutet und das bis dahin offene Oxi- dationsgasauslassventil 7 geschlossen. Nach dem anschließen- den Schließen des Inertgaseinlassventils 11 sind somit auch die Kathodengasräume der Brennstoffzellen der Brennstoffzel- lenanordnung 1 hermetisch gegenüber der Außenwelt verschlos- sen.

Während der ersten Zeitperiode tl sinkt die Zellspannung 37 der intakten Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung 1 von der Leerlaufspannung von etwa 1,15 V auf eine zweite Spannung von etwa 0,95. In einer alternativen Form des Ver- fahrens kann diese zweite Spannung als Triggerspannung 39 für die Zuschaltung des Entladewiderstands 13 zu den Brennstoff- zellen der Brennstoffzellenanordnung 1 verwendet werden. Die Ermittlung des zweiten Spannungswerts erfolgt hierbei durch die Messung der gesamten Spannung der Brennstoffzellenanord- nung 1 und der Teilung dieses Werts durch die Anzahl der Brennstoffzellen.

Figur 5 zeigt die von der Auswerteeinheit gespeicherten Daten der Zellspannungen zu einem Zeitpunkt kurz vor Ablauf der zweiten Zeitperiode t2. Ein Spannungswert setzt sich hierbei aus der Zellspannung 37 von zwei benachbarten Brennstoffzel- len zusammen, die jeweils in einem Block dargestellt ist. Die Zellspannung 37 von zwei benachbarten Zellen beträgt bei fast allen Zellen etwa 200 mV ; eine einzelne Zelle weist also eine Zellspannung von etwa 100 mV auf. Lediglich die zusammenge- fasste Zellspannung 37 der beiden Brennstoffzellen 19 und 20 der 260 Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung 1 wei- sen einen stark negativen Spannungswert auf. Aus diesem nega- tiven Spannungswert ist zu ersehen, dass entweder eine der beiden Brennstoffzellen 19 oder 20 eine Undichtigkeit zwi- schen ihren beiden Gasräumen aufweist oder eventuell sogar beide Brennstoffzellen 19 und 20 schadhaft sind.