Verfahren zum Starten einer Brennstoffzelle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennstoffzelle gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 , wobei Wasserstoff einem Anodenraum der

Brennstoffzelle zugeführt wird, und zu Beginn des Startens Sauerstoff in dem Anodenraum der Brennstoffzelle vorhanden ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen

Patentanspruchs 8.

STAND DER TECHNIK

Im Betrieb einer Brennstoffzelle aus dem Stand der Technik werden Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe eines Katalysators, der auf Kohlenstoffpartikel aufgebrachtes Platin enthält, elektrochemisch zu Wasser umgesetzt. Beim Starten einer Brennstoffzelle kann zunächst in einem Kathodenraum und in dem Anodenraum der Brennstoffzelle Sauerstoff vorhanden sein. Wird nun dem Anodenraum Wasserstoff zugeführt, so entsteht innerhalb des Anodenraums eine scharfe Wasserstoff/Sauerstoff-Gasfront, wobei der bereits zugeführte

Wasserstoff sich in einem vorderen Bereich der Brennstoffzelle in dem

Anodenraum befindet und sich Sauerstoff in dem gesamten Kathodenraum und in einem hinteren Bereich der Brennstoffzelle in dem Anodenraum befindet. C A. Reiser et al. beschreiben in Electrochem. Solid State Lett. 8 (6) A 273-

A276, 2005 die elektrochemischen Vorgänge einer Brennstoffzelle in einem derartigen Zustand. Im vorderen Bereich der Brennstoffzelle können der

Wasserstoff des Anodenraums an einer Anode und der Sauerstoff des

Kathodenraums an einer Kathode elektrochemisch zu Wasser reagieren. Hierbei sind aufgrund der hohen Leitfähigkeit der Elektroden die Potentiale der Anode und der Kathode über den vorderen und den hinteren Bereich annähernd konstant. Die im Vergleich zu den Elektroden geringe Leitfähigkeit des

Elektrolyten führt dazu, dass im hinteren sauerstoffreichen Bereich der

Brennstoffzelle eine hohe Potentialdifferenz zwischen der Kathode und einem

Elektrolyten vorliegt. Im hinteren Bereich der Brennstoffzelle wird nun Sauerstoff zu Wasser an der Anode reduziert, während an der Kathode Kohlenstoff des

Katalysators mit Hilfe von Wasser zu Kohlendioxid oxidiert wird. Hierdurch

verliert der Katalysator seine Wrksamkeit und die Brennstoffzelle degradiert.

Nach Reiser wird dieser Vorgang„reverse current decay" Mechanismus genannt.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Starten einer

Brennstoffzelle und ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung zu stellen, die zumindest teilweise die Nachteile aus dem Stand der Technik überwinden, insbesondere bei denen die Brennstoffzelle weniger schnell degradiert bzw.

langsam degradiert wird.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit sämtlichen Merkmalen des

Anspruches 1 , insbesondere des kennzeichnenden Teils, vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Verfahrensansprüchen angegeben. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Brennstoffzellensystem mit sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8, insbesondere des

kennzeichnenden Teils. Vorteilhafte Weiterbildungen des Brennstoffzellensystems sind in den abhängigen Vorrichtungsansprüchen angegeben. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, gelten dabei auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und umgekehrt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in Kombination erfindungswesentlich sein.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zu Beginn der Zuführung des Wasserstoffs so viel Wasserstoff zugeführt wird, dass Wasserstoff höchstens in einem stöchiometrischen Verhältnis zu dem Sauerstoff bei Eintritt in den Anodenraum vorliegt. Wasserstoff und Sauerstoff gelangen somit höchstens in einem stöchiometrischen Verhältnis, also höchstens im Verhältnis 2:1 , zu der Anode. I Weil der Wasserstoffanteil zum Sauerstoffanteil in einem Volumenstrom, der den Anodenraum betritt, zu Beginn der Wasserstoffzuführung höchstens

stöchiometrisch vorliegt, reagiert der Wasserstoff mit dem im Anodenraum und in der Anode vorhandenen Sauerstoff vollständig ab, während sich die

Sauerstoffmenge im Anodenraum und in der Anode verringert. Eine scharfe Wasserstoff/Sauerstoff-Gasfront wird somit erfindungsgemäß vermieden. Die Reaktion wird durch das vorhandene Platin katalysiert. Die Reaktion findet an der

Anode statt. Eine elektrochemische Reaktion, bei der der Wasserstoff des Anodenraums mit dem Sauerstoff des Kathodenraums elektrochemisch reagiert, wird erfindungsgemäß weitgehend vermieden. Hierdurch wird eine hohe

Potentialdifferenz zwischen der Kathode und dem Elektrolyten im hinteren Bereich der Brennstoffzelle verhindert. Somit kommt es nicht oder kaum zu der unerwünschten Reaktion des Katalysatorträgermaterials Kohlenstoff an der Kathode im hinteren Bereich der Brennstoffzelle. Der Katalysator bleibt zumindest weitgehend bzw. im Wesentlichen intakt. Die Brennstoffzelle degradiert weniger schnell als im Stand der Technik.

Dass zu Beginn der Wasserstoffzuführung Wasserstoff höchstens in einem stöchiometrischen Verhältnis zu dem Sauerstoff bei Eintritt in den Anodenraum vorliegt, bedeutet, dass der Molenbruch des Wasserstoff bei Eintritt in den Anodenraum zu Beginn der Wasserstoffzuführung höchstens doppelt so hoch ist wie der Molenbruch des Sauerstoffs im Anodenraum vor dem Starten der

Brennstoffzelle. Ist z. B. der Anodenraum vor dem Starten der Brennstoffzelle mit Luft gefüllt und beträgt der Molenbruch des Sauerstoffs im Anodenraum somit ungefähr 0,21 , so liegt der Molenbruch des Wasserstoffs bei Eintritt in den Anodenraum zu Beginn der Wasserstoffzuführung bei höchstens 0,42. Zu Beginn der Wasserstoffzuführung bedeutet hierbei ein Zeitbereich, bei dem der

Sauerstoff im Anodenraum noch nicht reagiert hat.

Bevorzugt liegt zu Beginn der Wasserstoffzuführung der Molenbruch des

Wasserstoffs unterhalb des Molenbruchs des Sauerstoffs bei Eintritt in den Anodenraum. Das heißt, das Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff bei Eintritt in den Anodenraum zu Beginn der Wasserstoffzuführung liegt unterhalb eines

1 :1 Verhältnisses. Somit liegt Sauerstoff im Überschuss vor. Es hat sich hierbei gezeigt, dass durch eine derartig geringe Menge an Wasserstoff die Degradation noch besser vermieden werden konnte. Bevorzugt liegt der Molenbruch des Wasserstoffs zwischen 30% und 70%, besonders bevorzugt zwischen 40% und 65%, des Molenbruchs von Sauerstoff bei Eintritt in den Anodenraum zu Beginn der Wasserstoffzuführung. Ist Luft vor dem Starten in dem Anodenraum vorhanden, so liegt der Molenbruch des Wasserstoffs bevorzugt zwischen 0,06 und 0, 15, besonders bevorzugt zwischen 0,09 und 0,13, bei Eintritt in den Anodenraum zu Beginn der Wasserstoffzuführung. Im besonders bevorzugten Wertebereich konnte eine Degradation der Brennstoffzelle um Werte zwischen 73% und 49% reduziert werden, ohne den Start der elektrischen Leistungsabgabe der Brennstoffzelle stark zu verzögern. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren innerhalb von zehn Sekunden, bevorzugt innerhalb von fünf Sekunden, besonders bevorzugt innerhalb von drei Sekunden abgeschlossen sein.

Die oben genannten Verhältnisse zwischen Wasserstoff und Sauerstoff sind jeweils auf den Eintritt in den Anodenraum bezogen. Insbesondere beziehen sich die Verhältnisse auf ein Volumensegments eines Anodeneingangsstroms vor Eintritt in die Brennstoffzelle. Durch die Reaktionen innerhalb der Brennstoffzelle ändert sich das Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff, so dass in einem Anodenausgangsstrom ein anderes Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff herrschen kann.

Der Anodenraum ist über einer Anode, an der der Wasserstoff reagiert, angeordnet. Der Anodenraum kann als ein Gaskanal ausgestaltet sein und insbesondere eine Gasdiffusionsschicht ausgestaltet enthalten. Die Anode kann eine Anodenkatalysatorschicht enthalten. Die Anodenkatalysatorschicht kann Platin als Katalysator enthalten. Die Anode der Brennstoffzelle dient zur

Oxidation des dem Anodenraum zugeführten Wasserstoffs. Die Brennstoffzelle weist ebenfalls eine Kathode zur Reduktion von Sauerstoff auf. Hierbei kann

Sauerstoff enthaltene Luft durch einen Kompressor einem Kathodenraum, an dem sich die Kathode befindet, zugeführt werden. Zwischen der Anode und der Kathode kann sich ein Elektrolyt, beispielsweise ein Festkörperelektrolyt, z. B. eine Membran, befinden. Ein Einlassventil kann zur Dosierung einer

Wasserstoffzufuhr zwischen einem Wasserstofftank und dem Anodenraum angeordnet sein. Bevorzugt befindet sich zwischen dem Einlassventil und dem Anodenraum eine Zufuhrleitung. Die Zufuhrleitung kann vor dem Starten

Sauerstoff, insbesondere Luft, enthalten. Durch die Stellung des Einlassventils ist die absolute Menge Wasserstoff, die pro Zeiteinheit dem Anodenraum und/oder der Zufuhrleitung zugeführt wird, einstellbar.

Das Brennstoffzellensystem kann eine Rezirkulationsleitung enthalten, um den Anodenausgangsstrom dem Anodenraum erneut zuzuführen. Die erneute Zuführung wird als Rezirkulation bezeichnet. Der rezirkulierte Anodenausgangsstrom kann vor dem Anodenraum mit dem Wasserstoffstrom aus dem

Wasserstofftank vermischt werden. Der rezirkulierte Anodenausgangsstrom und der Wasserstoffstrom aus dem Wasserstofftank bilden in diesem Fall den Anodeneingangsstrom. Die Zufuhrleitung kann einen Vermischungspunkt, in dem die Rezirkulationsleitung endet, enthalten. Ein ReZirkulationsmittel zur erneuten Zuführung des Anodenausgangsstroms kann als ein Gebläse ausgestaltet sein. Das ReZirkulationsmittel kann in der Rezirkulationsleitung angeordnet sein.

Eine Steuer- und/oder Regelungseinheit ist in dem Brennstoffsystem

vorgesehen. Die Steuer- und/oder Regelungseinheit kann z. B. das Einlassventil und/oder das ReZirkulationsmittel kontrollieren.

Das Verhältnis des Wasserstoffs zu Sauerstoff, das zu Beginn der

Wasserstoffzuführung bei Eintritt in den Anodenraum vorliegen soll, wird gewünschtes Verhältnis genannt. Es wird eine maximale absolute Menge Wasserstoff, die pro Zeiteinheit dem Anodenraum zugeführt wird, als die absolute Menge Wasserstoff, die pro Zeiteinheit dem Anodenraum zugeführt werden kann, um das gewünschte Verhältnis zu erhalten, festgesetzt. Diese maximale Menge wird während des gesamten Startens nicht überschritten.

Insbesondere wird das Einlassventil zu Beginn so eingestellt, dass das gewünschte Verhältnis erreicht wird. Das Einlassventil wird insbesondere nicht weiter geöffnet, solange Sauerstoff in dem Anodenraum vorhanden ist.

Während des Startens sinkt der Molenbruch des Sauerstoffs im Anodenraum aufgrund der Reaktion des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff des Anodenraums. Hierdurch ist es denkbar, dass im Verlauf des Startens das Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff über das gewünschte Verhältnis gelangt, wenn die absolute Menge Wasserstoff, die pro Zeiteinheit dem Anodenraum zugeführt wird, während des Startens konstant bleibt oder nur wenig sinkt. Dieser Verlauf des Startens ist vom Erfindungsgedanken mit umfasst.

Bevorzugt bleibt die Wasserstoffzuführung während des Startens konstant, bis kein Sauerstoff mehr in dem Anodenraum vorhanden ist. Das heißt, die absolute Menge Wasserstoff, die pro Zeiteinheit dem Anodenraum zugeführt wird, bleibt konstant, bis kein Sauerstoff mehr anodenseitig vorhanden ist. Insbesondere wird die Stellung des Einlassventils hierbei nicht verändert bzw. bleibt unverändert.

Bevorzugt wird Sauerstoff dem Kathodenraum erst zugeführt, wenn kein

Sauerstoff mehr anodenseitig vorhanden ist. Insbesondere wird ein Kompressor erst angeschaltet, wenn kein Sauerstoff mehr anodenseitig vorhanden ist. Es hat sich experimentell herausgestellt, dass vor der Zuführung des Sauerstoffs zum Kathodenraum die Membran durch eine zu erwartende Druckdifferenz zwischen dem Anoden- und dem Kathodenraum nicht geschädigt wird.

Ein Zeitraum, der benötigt wird, um den Sauerstoff anodenseitig abreagieren zu lassen, wird im Folgenden Reaktionszeitraum genannt. Der Reaktionszeitraum kann insbesondere zwischen 0, 1 Millisekunden und zehn Sekunden, bevorzugt zwischen 1 und 3 Sekunden betragen. Der Reaktionszeitraum ist beendet, wenn kein Sauerstoff anodenseitig mehr vorhanden ist. Der Begriff„kein Sauerstoff mehr" bedeutet, dass die Menge an Sauerstoff anodenseitig der

Sauerstoffmenge anodenseitig während eines normalen Betriebs der

Brennstoffzelle entspricht. Der Begriff„anodenseitig" umfasst hierbei ein

Gesamtvolumen, aus dem der Sauerstoff entfernt werden muss. Das

Gesamtvolumen ist das Volumen, aus dem durch den Anodeneingangsstrom Sauerstoff in den Anodenraum gelangen kann. Das Gesamtvolumen kann z. B. den Anodenraum, die Anode und die Rezirkulations- und Zufuhrleitung umfassen.

Der Reaktionszeitraum kann geschätzt werden und insbesondere als

vorgegebener Wert in dem Verfahren festgelegt sein. Z. B. kann der

vorgegebene Wert für den Reaktionszeitraum in der Steuer- und/oder

Regelungseinheit gespeichert sein. Alternativ kann der Reaktionszeitraum aus der gesamten Menge an zugeführtem Wasserstoff und dem bekannten Gesamtvolumen, bei bekanntem Sauerstoffmolenbruch zu Beginn des

Verfahrens bestimmt werden. Das Gesamtvolumen kann in der Steuer- und/oder Regelungseinheit hinterlegt sein. Die Bestimmung des Reaktionszeitraums kann in der Steuer- und/oder Regelungseinheit vorgenommen werden. Der

Sauerstoffmolenbruch kann hierbei als vorgegebener Wert hinterlegt sein oder gemessen werden.

Die oben beschriebenen Verfahrensschritte können demnach bedeuten, dass die Wasserstoffzuführung während des Startens konstant bleibt, bis geschätzter Maßen kein Sauerstoff mehr anodenseitig vorhanden ist, und/oder dass

Sauerstoff dem Kathodenraum erst zugeführt wird und/oder dem System eine elektrische Leistung erst entnommen wird, wenn geschätzter Maßen kein Sauerstoff mehr anodenseitig vorhanden ist. Die Steuer- und/oder Regelungseinheit stellt das gewünschte Verhältnis ein.

Insbesondere kann in der Steuer- und/oder Regelungseinheit die dafür notwendige Stellung des Einlassventils als fester Wert vorgegeben sein.

Alternativ kann ein Druck vor dem Anodenraum gemessen werden und die Steuer- und Regelungseinheit kann das Einlassventil so einstellen, dass eine bestimmte Druckänderung vor dem Anodenraum erreicht wird. Der Druck oder die Druckdifferenz kann in der Steuer- und/oder Regelungseinheit als

festgelegter Wert gespeichert sein. Alternativ kann die Steuer- und/oder

Regelungseinheit aus dem Druck vor dem Öffnen des Einlassventils und dem Anteil an Sauerstoff, der sich - gemessen oder geschätzt- im Anodenraum befindet, die benötigte Druckerhöhung errechnen, aus der sich das gewünschte

Verhältnis ergibt. Ebenfalls ist es alternativ denkbar, dass die Wasserstoff- und /oder die Sauerstoffkonzentration vor dem Eintritt in den Anodenraum gemessen wird und die Steuer- und Regelungseinheit das Einlassventil aufgrund dieser Werte einstellt.

Bevorzugt kann Wasserstoff so zugeführt werden, dass sich der Wasserstoff und der Sauerstoff in der Zufuhrleitung in dem gewünschten Verhältnis befinden. Wasserstoff und Sauerstoff können hierbei zumindest teilweise, bevorzugt ganz durchmischt sein. So kann bei Eintritt in den Anodenraum das gewünschte Verhältnis erreicht werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass zu Beginn der

Zuführung des Wasserstoffs so viel Wasserstoff zugeführt wird, dass Wasserstoff höchstens in einem stöchiometrischen Verhältnis zu dem Sauerstoff oder in einem anderen gewünschten Verhältnis in der Zufuhrleitung vorliegt.

Bevorzugt wird während des Startens der Anodenausgangsstrom dem

Anodenraum erneut zugeführt. Der Anodenausgangsstrom wird insbesondere vollständig dem Anodenraum erneut zugeführt. Die Rezirkulation ermöglicht die Abreaktion des Sauerstoffs im Anodenraum sowie in der Rezirkulationsleitung. Das gewünschte Verhältnis zu Beginn der Wasserstoffzuführung kann in dem Anodeneingangsstrom, insbesondere in dem Vermischungspunkt, erreicht werden. Insbesondere wird der Anodenausgangsstrom mit

Höchstgeschwindigkeit dem Anodenraum erneut zugeführt. Als

Höchstgeschwindigkeit wird die für das Brennstoffzellensystem vorgesehene maximale Rezirkulationsgeschwindigkeit bezeichnet.

Es ist denkbar, dass vor der Zuführung des Wasserstoffs zum Anodenraum ein Auslassventil geschlossen ist oder wird. Es kann sein, dass die geschlossene Stellung vor der Zuführung des Wasserstoffs kontrolliert wird. Des Weiteren kann vor der Zuführung des Wasserstoffs zum Anodenraum, insbesondere nach dem Schließen des Auslassventils, ein ReZirkulationsmittel zur erneuten Zuführung des Anodenausgangsstroms zum Anodenraum eingeschaltet werden.

Sauerstoff ist insbesondere nach einem längeren Stopp der Brennstoffzelle in dem Anodenraum vorhanden. Beispielsweise stellt sich in einem zu einer Umgebung offenen Kathodenraum schnell nach dem Stopp der Brennstoffzelle ein Sauerstoffmolenbruch wie in der Umgebung, nämlich in der Regel 0,21 , ein. Durch Diffusion gelangt der Sauerstoff in den Anodenraum, wo der Sauerstoff mit dem Wasserstoff reagiert. Bei längeren Stopps ist der Wasserstoff abreagiert und der Sauerstoff des Anoden- und des Kathodenraums befinden sich Im

Gleichgewicht. In der Regel liegt also ein Sauerstoffmolenbruch von 0,21 und ein Druck von 1 atm im Anodenraum nach einem längeren Stopp vor. Das Verfahren kann hierauf abgestimmt sein. Die in der Steuer- und/oder Regelungseinheit hinterlegten Werte für eine Stellung des Einlassventils, für einen Molenbruch des Sauerstoffs, für einen Reaktionszeitraum und/oder für einen vor dem

Anodenraum einzustellenden Druck können hierauf basieren. Um eine unnötige Zeitverzögerung beim Starten der Brennstoffzelle zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass die Verfahrensschritte nur dann durchgeführt werden, wenn zu erwarten ist, dass der Wasserstoff im

Anodenraum abreagiert ist. Hierzu kann zunächst abgefragt werden, ob eine vorgegebene Zeitspanne seit dem Stopp der Brennstoffzelle überschritten ist. Die vorgegebene Zeitspanne kann z. B. zwischen drei bis fünf Stunden festgelegt werden. Bei einem Einsatz in einem Brennstoffzellenfahrzeug können alternativ bei jedem Einstecken eines Zündschlüssels die vorgegebenen

Verfahrensschritte, insbesondere frühzeitig, durchgeführt werden.

Das Verfahren kann damit enden, dass der Sauerstoff dem Kathodenraum zugeführt wird und ein Stromkreis der Brennstoffzelle geschlossen wird. Die Stellung des Einlassventils kann nun nach der geforderten elektrischen Leistung der Brennstoffzelle eingestellt werden.

Bevorzugt kann folgende Reihenfolge von Verfahrensschritten vorgesehen sein: Zunächst kann z. B. überprüft werden, ob eine vorgegebene Zeitspanne seit dem letzten Stopp überschritten wurde. Danach wird überprüft, ob das Auslassventil geschlossen und die Rezirkulationsleitung geöffnet ist. Danach wird das

ReZirkulationsmittel, insbesondere mit höchster Leistung, eingeschaltet. Danach wird das Einlassventil so weit geöffnet, dass sich im Anodeneingangsstrom, insbesondere im Vermischungspunkt, das gewünschte Verhältnis von

Wasserstoff zu Sauerstoff einstellt. Ist Luft vor Beginn des Startens im

Anodenraum vorhanden, so beträgt der Molenbruch des Wasserstoffs im

Anodeneingangsstrom zu Beginn der Wasserstoffzuführung höchstens 0,42.

Bevorzugt ist der Molenbruch des Wasserstoffs im Anodeneingangsstrom zu Beginn kleiner als 0,21 , besonders bevorzugt liegt dieser Molenbruch zwischen 0,09 und 0, 13. Die Stellung des Einlassventils wird bevorzugt im

Reaktionszeitraum konstant gehalten. Ist der Reaktionszeitraum überschritten, so kann die Steuer- und/oder Regelungseinheit veranlassen, dass ein Stromkreis mit einem Verbraucher und der Brennstoffzelle geschlossen wird, dass

Sauerstoff zu der Kathode geleitet wird, insbesondere, dass ein Kompressor eingeschaltet wird, und dass die Wasserstoffzufuhr nach der geforderten elektrischen Leistung der Brennstoffzelle geregelt wird. Das Starten der

Brennstoffzelle ist beendet, so dass ein Normalbetrieb der Brennstoffzelle erfolgt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst durch ein

Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, die einen Anodenraum und einen Kathodenraum aufweist, mit einem Wasserstofftank, mit einem

Einlassventil zur Dosierung einer Wasserstoffzufuhr zum Anodenraum und mit einer Steuer- und/oder Regelungseinheit. Die Steuer- und/oder Regelungseinheit ist derart ausgestaltet, dass das Einlassventil zu Beginn eines Startens der Brennstoffzelle nur so weit geöffnet wird, dass dem Anodenraum soviel

Wasserstoff zugeführt wird, dass Wasserstoff und Sauerstoff bei Eintritt in den Anodenraum höchstens in einem stöchiometrischen Verhältnis vorliegen. Das Brennstoffzellensystem kann ein ReZirkulationsmittel zur erneuten Zuführung eines Anodenausgangsstroms zum Anodenraum aufweisen, wobei die Steuer- und/oder Regelungseinheit das Rezirkuationsmittel vor Öffnung des

Einlassventils, insbesondere mit maximaler Leistung, eingeschaltet. In der Steuer- und/oder Regelungseinheit ist insbesondere ein zuvor beschriebenes Verfahren hinterlegt.

Bei der Brennstoffzelle kann es sich um eine Polymer-Elektrolyt-Membran- (PEM)-Brennstoffzelle handeln. Anstelle einer einzelnen Brennstoffzelle kann auch ein Stapel aus Brennstoffzellen verwendet werden. Hierbei wird als

Anodenraum der Raum an den Anoden aller Brennstoffzellen bezeichnet. Die

Brennstoffzelle kann in einem Brennstoffzellenfahrzeug angeordnet sein.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu den Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt ist. Sämtliche aus den

Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher

Anordnung und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Verfahren In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem 10 dargestellt. Das

Brennstoffzellensystem 10 weist einen Brennstoffzellenstapel auf, von dem in Fig. 1 nur exemplarisch eine Brennstoffzelle 1 1 dargestellt ist. Die Brennstoffzellen 1 1 des Brennstoffzellenstapels sind als PEM-Brennstoffzellen ausgestaltet. Jede Brennstoffzelle 11 weist eine Anode 12, eine Kathode 13 und eine dazwischen liegende Membran 14 als Elektrolyt auf. Während des Betriebs des Brennstoff- zellensystems 10 wird Wasserstoff über einen Anodenraum 15 der Anode 12 zugeführt und Sauerstoff enthaltende Luft über einen Kathodenraum 16 der Kathode 13. Der Wasserstoff und der Sauerstoff werden im Betrieb der

Brennstoffzellen 11 elektrochemisch zu Wasser umgesetzt, wobei eine elektrische Leistung erzeugt wird.

Um die Brennstoffzellen 11 mit Wasserstoff zu versorgen, weist das

Brennstoffzellensystem 10 einen Wasserstofftank 21 mit einem nicht dargestellten Druckminderer, ein einstellbares Einlassventil 22 und einer sich daran anschließenden Zufuhrleitung 23 auf. Die Zufuhrleitung 23 endet am Anodenraum 15. Der Wasserstoff strömt gemäß den Pfeilen 50 zu dem Anodenraum 15. An den

Anodenraum 15 schließt sich eine Rezirkulationsleitung 26 an, um im Betrieb nicht reagierten Wasserstoff der Brennstoffzelle 1 1 erneut zuführen zu können. In der Rezirkulationsleitung 26 ist ein Gebläse 27 als ReZirkulationsmittel vorgesehen, das einen Anodenausgangsstrom gemäß den Pfeilen 51 zur Zufuhrleitung 23 zurückführt. Die Rezirkulationsleitung 26 endet an einem

Vermischungspunkt 28 in der Zufuhrleitung 23. Ein Drucksensor 32 misst den Druck in der Zufuhrleitung 23. Ein Anodeneingangsstrom ist definiert als

Volumenstrom der Zufuhrleitung 23. Der Anodenausgangsstrom ist definiert als Volumenstrom, der den Anodenraum 15 verlässt.

Ein 3/2-Wegeventil 25 dient als Auslassventil, das zugleich eine Rezirkulation ermöglicht oder verhindert. Über das 3/2 -Wegeventil 25 kann das Abgas durch eine Auslassleitung 24 in die Umgebung 30 ausgelassen werden. Die Sauerstoff enthaltene Luft wird mittels eines Kompressors 31 aus der Umgebung 30 in den Kathodenraum 16 geleitet und nach Durchlaufen der Brennstoffzelle 11 an die

Umgebung 30 abgegeben.

Das Brennstoffzellensystem 10 weist eine Steuer- und/oder Regelungseinheit 29 auf, die die Stellung des Einlassventils 22, des 3/2-Wegeventils 25 und die elektrische Leistung des Gebläses 27 und des Kompressors 31 überwacht und einstellt. Die Steuer- und/oder Regelungseinheit 29 erhält von einem Drucksensor 32 gemessene Druckwerte für den Anodeneingangsstrom. In der Steuer- und/oder Regelungseinheit 29 ist das folgende erfindungsgemäße Verfahren hinterlegt, das in Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren 40 dargestellt. Zu Beginn des Verfahrens ist in dem Anodenraum 15, in der

Zufuhrleitung 23 und in der Rezirkulationsleitung 26 Luft enthalten. In einem ersten Verfahrensschritt 41 wird überprüft, ob seit dem letzten Stopp der

Brennstoffzelle 11 ein vorgegebener Zeitraum überschritten ist. In einem zweiten Schritt 42 wird die Stellung des 3/2 Wegeventils 25 überprüft. Das 3/2 Wegeventil

25 soll zur Rezirkulationsleitung 26 geöffnet und zur Auslassleitung 24

geschlossen sein. In einem dritten Verfahrensschritt 43 wird das Gebläse 27 mit höchster Leistung eingeschaltet. Dadurch wird die Luft, die sich in dem

Anodenraum 15, in der Zufuhrleitung 23, in der Rezirkulationsleitung 26 und in der Auslassleitung 24 befindet, mit höchster Geschwindigkeit gemäß den Pfeilen

50, 51 bewegt.

Danach wird in einem vierten Verfahrensschritt 44 das Einlassventil 22 in eine in der Steuer- und/oder Regelungseinheit 29 vorgegebene Stellung gebracht, durch die ein vorgegebener Druck am Drucksensor 32 gemessen werden kann. In der eingestellten Stellung des Einlassventils 22 entspricht das Verhältnis des

Wasserstoffs zu Sauerstoff am Vermischungspunkt 28 dem gewünschten Verhältnis, z. B. kann der Molenbruch des Wasserstoffs am Vermischungspunkt 28 0,13 betragen.

In einem fünften Verfahrensschritt 45 wird der Zeitraum, seit dem das

Einlassventil 22 geöffnet ist, detektiert. In einem sechsten Verfahrensschritt 46 wird abgefragt, ob der Zeitraum dem in der Steuer- und/oder Regelungseinheit 29 festgelegten Reaktionszeitraum entspricht. Ist dieses noch nicht der Fall, was mit „-„ in Fig. 2 dargestellt ist, so werden die Verfahrensschritte 45 und 46 wiederholt.

Ist der vorgegebene Zeitraum erreicht worden, wie mit„+" in Fig. 2 dargestellt, so wird in einem siebten Verfahrensschritt 47 der Kompressor 31 eingeschaltet, der notwendige Wasserstoffvolumenstrom dem Anodenraum 15 zugeführt und ggf. ein Anodeneingangsdruck angepasst. Danach wird ein nicht dargestellter Stromkreis der Brennstoffzelle 1 1 geschlossen. Die Stellung des Einlassventils 22 kann nach der angeforderten elektrischen Leistung der Brennstoffzellen 11 eingestellt werden. Falls weniger als 0.79 bar Stickstoff im Anodenraum 15 vorhanden sein soll, muss der Anodenausgangsstrom aus dem Anodenraum 15 über das Auslassventil 25 aus dem Brennstoffzellensystem 10 entlassen werden. Das Verfahren zum Starten der Brennstoffzellen 1 1 ist somit beendet. Optional können insbesondere der erste, zweite und/oder siebte Verfahrensschritt 41 , 42, 47 weggelassen werden.