DE102020213082A1 - Fuel cell system, vehicle with fuel cell system and method for operating a fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system, vehicle with fuel cell system and method for operating a fuel cell system Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1), umfassend einen Brennstoffzellenstapel (2) mit einer Anode, die über einen Anodenpfad (3) mit Wasserstoff versorgbar ist, und einer Kathode, die über einen Kathodenpfad (4) mit Sauerstoff versorgbar ist. Erfindungsgemäß bilden eine in den Anodenpfad (3) integrierte Kühleinrichtung (5) und eine in den Kathodenpfad (4) integrierte Kühleinrichtung (6) eine bauliche Einheit aus.Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem (1) sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1).The invention relates to a fuel cell system (1) comprising a fuel cell stack (2) with an anode which can be supplied with hydrogen via an anode path (3) and a cathode which can be supplied with oxygen via a cathode path (4). According to the invention, a cooling device (5) integrated into the anode path (3) and a cooling device (6) integrated into the cathode path (4) form a structural unit. The invention also relates to a vehicle with a fuel cell system (1) according to the invention and a method for operating it a fuel cell system (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, umfassend einen Brennstoffzellenstapel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems.The invention relates to a fuel cell system, comprising a fuel cell stack according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a vehicle with a fuel cell system according to the invention and a method for operating a fuel cell system.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff mit Hilfe von Sauerstoff zu elektrischer Energie. Nebenprodukte sind Wärme und Wasser. Der hierzu benötigte Wasserstoff wird in einem geeigneten Tank bevorratet und über einen Anodenpfad einer Anode der Brennstoffzelle zugeführt. Der ferner benötigte Sauerstoff wird der Umgebungsluft entnommen. Die als Sauerstofflieferant dienende Umgebungsluft wird über einen Kathodenpfad einer Kathode der Brennstoffzelle zugeführt. Eine Vielzahl von Brennstoffzellen in gestapelter Anordnung bilden einen Brennstoffzellenstapel aus.Fuel cells convert hydrogen into electrical energy with the help of oxygen. By-products are heat and water. The hydrogen required for this is stored in a suitable tank and fed to an anode of the fuel cell via an anode path. The oxygen that is also required is taken from the ambient air. The ambient air serving as an oxygen supplier is supplied to a cathode of the fuel cell via a cathode path. A multiplicity of fuel cells in a stacked arrangement form a fuel cell stack.

Brennstoffzellensysteme mit wasserstoffbasierten Brennstoffzellen gelten als Mobilitätskonzept der Zukunft, da sie im Wesentlichen nur Wasser als Abgas emittieren und schnelle Betankungszeiten ermöglichen.Fuel cell systems with hydrogen-based fuel cells are considered to be the mobility concept of the future, since they essentially only emit water as exhaust gas and enable fast refueling times.

Die der Kathode zugeführte Umgebungsluft wird zuvor verdichtet. Hierzu ist im Kathodenpfad ein elektromotorisch angetriebener Luftverdichter angeordnet. Beim Verdichten erwärmt sich die Luft, so dass sie vor dem Eintritt in den Brennstoffzellenstapel abgekühlt werden muss. Stromabwärts des Luftverdichters ist daher in der Regel eine Kühleinrichtung, beispielsweise in Form eines Wärmetauschers, in den Kathodenpfad integriert.The ambient air supplied to the cathode is compressed beforehand. For this purpose, an air compressor driven by an electric motor is arranged in the cathode path. During compression, the air heats up, so it has to be cooled down before entering the fuel cell stack. A cooling device, for example in the form of a heat exchanger, is therefore generally integrated into the cathode path downstream of the air compressor.

Im Anodenpfad kann darüber hinaus eine Einrichtung zur thermischen Konditionierung von Wasserstoff angeordnet sein. Mit Hilfe der Einrichtung kann der Wasserstoff abgekühlt oder erwärmt werden, je nach den aktuellen Bedingungen, insbesondere Umgebungstemperaturen.In addition, a device for the thermal conditioning of hydrogen can be arranged in the anode path. With the help of the device, the hydrogen can be cooled or heated, depending on the current conditions, in particular ambient temperatures.

Die vorliegende Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, den Aufbau von Brennstoffzellensystemen zu vereinfachen, insbesondere die Teilezahl zu reduzieren und/oder Bauraum einzusparen.The present invention is concerned with the task of simplifying the structure of fuel cell systems, in particular reducing the number of parts and/or saving installation space.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner werden ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems angegeben.To solve the problem, the fuel cell system with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims. Furthermore, a vehicle with a fuel cell system according to the invention and a method for operating a fuel cell system are specified.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Das vorgeschlagene Brennstoffzellensystem umfasst einen Brennstoffzellenstapel mit einer Anode, die über einen Anodenpfad mit Wasserstoff versorgbar ist, und einer Kathode, die über einen Kathodenpfad mit Sauerstoff versorgbar ist. Erfindungsgemäß bilden eine in den Anodenpfad integrierte Kühleinrichtung und eine in den Kathodenpfad integrierte Kühleinrichtung eine bauliche Einheit aus.The proposed fuel cell system comprises a fuel cell stack with an anode, which can be supplied with hydrogen via an anode path, and a cathode, which can be supplied with oxygen via a cathode path. According to the invention, a cooling device integrated into the anode path and a cooling device integrated into the cathode path form a structural unit.

Die Ausbildung der Kühleinrichtungen als eine bauliche Einheit ermöglicht eine kompaktere Bauweise und zugleich eine höhere Leistungsdichte des Brennstoffzellensystem. Die kompaktere Bauweise hilft Bauraum einzusparen.The design of the cooling devices as a structural unit enables a more compact design and at the same time a higher power density of the fuel cell system. The more compact design helps to save space.

Die Ausbildung der Kühleinrichtungen als bauliche Einheit setzt die räumliche Nähe der Kühleinrichtungen voraus. Hierzu muss die Position zumindest einer Kühleinrichtung entsprechend verändert werden. Durch die räumliche Nähe der Kühleinrichtungen zueinander können Leitungslängen reduziert werden, die beispielsweise den Anschlüssen der Kühleinrichtungen an einen Kühlmittelkreislauf dienen.The design of the cooling devices as a structural unit requires the spatial proximity of the cooling devices. For this purpose, the position of at least one cooling device must be changed accordingly. Due to the spatial proximity of the cooling devices to one another, line lengths can be reduced, which are used, for example, to connect the cooling devices to a coolant circuit.

Bevorzugt bilden die Kühleinrichtungen jeweils eine Untereinheit aus und die Untereinheiten sind fest miteinander verbunden. Das heißt, dass herkömmliche Kühleinrichtungen verwendet werden können, die jeweils aus mehreren untereinander verbundenen Bauteilen zusammengesetzt sind. Bei den mehreren untereinander verbundenen Bauteilen kann es sich beispielsweise um Platten handeln, die miteinander verlötet sind. Nach dem Zusammensetzen der beiden Untereinheiten können diese zu einer Einheit zusammengefasst werden.The cooling devices preferably each form a sub-unit and the sub-units are firmly connected to one another. This means that conventional cooling devices can be used, each of which is composed of a number of components connected to one another. The multiple components connected to one another can, for example, be plates that are soldered to one another. After assembling the two sub-units, they can be combined into one unit.

Die zu einer Einheit verbundenen Kühleinrichtungen können jeweils ein Gehäuse oder ein gemeinsames Gehäuse aufweisen. Sofern jede Kühleinrichtung ein eigenes Gehäuse aufweist, sind diese fest miteinander verbunden, insbesondere verschraubt, verklebt und/oder verschweißt. Weisen die Kühleinrichtungen ein gemeinsames Gehäuse auf, verringert sich die Teilezahl weiter, da nur noch ein Gehäuse vorhanden ist. Mit der Teilezahl sinkt zugleich der Montageaufwand. Bei nur einem Gehäuse kann ferner die Anzahl der Kühlmittelanschlüsse reduziert werden. Damit verringert sich die Gefahr, dass Undichtigkeiten auftreten. Im Ergebnis steigt somit die Robustheit des Brennstoffzellensystems.The cooling devices connected to form a unit can each have a housing or a common housing. If each cooling device has its own housing, these are firmly connected to one another, in particular screwed, glued and/or welded. If the cooling devices have a common housing, the number of parts is further reduced since there is only one housing. As the number of parts decreases, so does the assembly work. With only one housing, the number of coolant connections can also be reduced. This reduces the risk of leaks occurring. As a result, the robustness of the fuel cell system increases.

Des Weiteren bevorzugt sind die Kühleinrichtungen als in Reihe oder parallel geschaltete Wärmetauscher ausgeführt und über einen gemeinsamen Kühlmitteleinlass und einen gemeinsamen Kühlmittelauslass an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen. Die Anzahl der Kühlmittelanschlüsse kann somit auf zwei reduziert werden. Sofern jede Kühleinrichtung eine eigene Untereinheit ausbildet und/oder ein eigenes Gehäuse aufweist, können diese über Kühlmittelschnittstellen verbunden sein. Mit Hilfe zwischenliegender Dichtelemente, insbesondere in Form von Dichtringen, kann die Dichtheit der Kühlmittelschnittstellen sichergestellt werden. Alternativ kann das Kühlmittel über einen Verbindungsschlauch von Untereinheit zu Untereinheit bzw. von Gehäuse zu Gehäuse geführt werden.Furthermore, the cooling devices are preferred as heat connected in series or in parallel executed exchanger and connected to a coolant circuit via a common coolant inlet and a common coolant outlet. The number of coolant connections can thus be reduced to two. If each cooling device forms its own sub-unit and/or has its own housing, these can be connected via coolant interfaces. The tightness of the coolant interfaces can be ensured with the aid of intermediate sealing elements, in particular in the form of sealing rings. Alternatively, the coolant can be routed from sub-unit to sub-unit or from housing to housing via a connecting hose.

Bei den als Wärmetauschern ausgebildeten Kühleinrichtungen kann es sich beispielsweise um Plattenwärmetauscher handeln. Diese können zu einer besonders kompakten baulichen Einheit zusammengefasst werden.The cooling devices designed as heat exchangers can be plate heat exchangers, for example. These can be combined to form a particularly compact structural unit.

Die in den Kathodenpfad integrierte Kühleinrichtung ist vorzugsweise stromabwärts eines Luftverdichters angeordnet. Mit Hilfe der in den Kathodenpfad integrierten Kühleinrichtung kann somit die zuvor verdichtete heiße Luft abgekühlt werden.The cooling device integrated into the cathode path is preferably arranged downstream of an air compressor. The previously compressed hot air can thus be cooled with the aid of the cooling device integrated into the cathode path.

Die in den Anodenpfad integrierte Kühleinrichtung ist bevorzugt stromaufwärts einer Saugstrahlpumpe angeordnet. Über die Saugstrahlpumpe wird aus dem Brennstoffzellenstapel austretendes Anodenabgas, das noch einen Rest Wasserstoff enthält, über einen Rezirkulationspfad zurück in den Anodenpfad gesaugt. Der im Anodenabgas enthaltene Wasserstoff kann somit noch verstromt werden. Stromaufwärts der Saugstrahlpumpe befindet sich somit nur frischer Wasserstoff, der einem Tank entnommen wurde. Da sich - abhängig von den aktuellen Bedingungen, insbesondere von den Umgebungstemperaturen - Wasserstoff sehr stark erwärmen kann, kann mit Hilfe der stromaufwärts der Saugstrahlpumpe angeordneten Kühleinrichtung eine Abkühlung erzielt werden, welche die Saugstrahlpumpe sowie alle nachfolgenden Komponenten im Anodenpfad vor einer zu hohen thermischen Belastung schützt. Bei Bedarf, beispielsweise bei einem Kaltstart, kann die Kühleinrichtung auch zum Vorwärmen von Wasserstoff und/oder Luft eingesetzt werden. Vorteilhafterweise ist die in den Anodenpfad integrierte Kühleinrichtung stromaufwärts eines Wasserstoffdosierventils angeordnet, mit dessen Hilfe der dem Tank entnommene frische Wasserstoff stromaufwärts der Saugstrahlpumpe in den Anodenpfad eindosiert wird. Auf diese Weise kann zugleich die thermische Belastung des Wasserstoffdosierventils herabgesetzt werden.The cooling device integrated in the anode path is preferably arranged upstream of an ejector pump. Anode off-gas that is leaving the fuel cell stack and still contains a residual amount of hydrogen is sucked back into the anode path via the ejector pump via a recirculation path. The hydrogen contained in the anode exhaust gas can therefore still be converted into electricity. Upstream of the ejector pump there is only fresh hydrogen, which was taken from a tank. Since - depending on the current conditions, in particular the ambient temperatures - hydrogen can heat up very strongly, cooling can be achieved with the help of the cooling device arranged upstream of the ejector pump, which protects the ejector pump and all subsequent components in the anode path from excessive thermal stress . If necessary, for example during a cold start, the cooling device can also be used to preheat hydrogen and/or air. The cooling device integrated into the anode path is advantageously arranged upstream of a hydrogen metering valve, with the aid of which the fresh hydrogen taken from the tank is metered into the anode path upstream of the ejector pump. In this way, the thermal load on the hydrogen metering valve can be reduced at the same time.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Kühleinrichtungen über mindestens einen gemeinsamen Träger verbunden. Die bauliche Einheit kann auf diese Weise besonders einfach realisiert werden. Der mindestens eine Träger kann beispielsweise profil- oder plattenförmig ausgebildet und/oder Teil eines den Brennstoffzellenstapel aufnehmenden Gestells sein. Das heißt, dass bereits vorhandene Teile als Träger genutzt werden können, um die Teilezahl und den Bauraumbedarf weiterhin gering zu halten.According to an advantageous embodiment of the invention, the cooling devices are connected via at least one common carrier. The structural unit can be realized particularly easily in this way. The at least one carrier can, for example, be designed in the form of a profile or plate and/or be part of a frame accommodating the fuel cell stack. This means that existing parts can be used as carriers in order to continue to keep the number of parts and space requirements low.

Eine kompakte Bauweise bzw. ein geringer Bauraumbedarf erweisen sich insbesondere in mobilen Anwendungen als Vorteil. Daher wird ferner ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem vorgeschlagen.A compact design and a small installation space requirement prove to be an advantage, especially in mobile applications. Therefore, a vehicle with a fuel cell system according to the invention is also proposed.

Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems vorgeschlagen, das einen Brennstoffzellenstapel mit einer Anode und einer Kathode umfasst. Bei dem Verfahren werden die Anode über einen Anodenpfad mit Wasserstoff und die Kathode über einen Kathodenpfad mit Sauerstoff versorgt. Erfindungsgemäß werden die über den Anodenpfad und den Kathodenpfad geführten Gase mit Hilfe von Kühleinrichtungen gekühlt, die eine bauliche Einheit ausbilden und als in Reihe oder parallel geschaltete Wärmetauscher ausgeführt sind.In addition, a method for operating a fuel cell system is proposed, which includes a fuel cell stack with an anode and a cathode. In the method, the anode is supplied with hydrogen via an anode path and the cathode is supplied with oxygen via a cathode path. According to the invention, the gases conducted via the anode path and the cathode path are cooled with the aid of cooling devices which form a structural unit and are designed as heat exchangers connected in series or in parallel.

Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens kann ein gemeinsamer Kühlmittelkreislauf zum Kühlen der als Sauerstofflieferant dienenden Luft und des Wasserstoffs genutzt werden. Dadurch, dass die Wärmetauscher in Reihe oder parallelgeschaltet sind, müssen jeweils nur ein Kühlmitteleinlass und ein Kühlmittelauslass vorgesehen werden. Ferner können durch die räumliche Nähe der Wärmetauscher Leitungslängen eingespart werden.With the aid of the proposed method, a common coolant circuit can be used to cool the air serving as the oxygen supplier and the hydrogen. Because the heat exchangers are connected in series or in parallel, only one coolant inlet and one coolant outlet have to be provided in each case. Furthermore, due to the physical proximity of the heat exchangers, line lengths can be saved.

Als Kühlmittel kann beispielsweise ein Gemisch aus Glykol und deionisiertem Wasser verwendet werden.A mixture of glycol and deionized water, for example, can be used as the coolant.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,
  • 2 eine schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,
  • 3 eine schematische Darstellung eines dritten erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,
  • 4 eine schematische Darstellung eines vierten erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems und
  • 5 eine schematische Darstellung eines fünften erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems.
The invention and its advantages are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. These show:
  • 1 a schematic representation of a first fuel cell system according to the invention,
  • 2 a schematic representation of a second fuel cell system according to the invention,
  • 3 a schematic representation of a third fuel cell system according to the invention,
  • 4 a schematic representation of a fourth fuel cell system according to the invention and
  • 5 a schematic representation of a fifth fuel cell system according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Das in der 1 dargestellte Brennstoffzellensystem 1 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 2, der kathodenseitig über einen Kathodenpfad 4 mit Luft und anodenseitig über einen Anodenpfad 3 mit Wasserstoff versorgbar ist. Die Luft wird der Umgebung entnommen und mit Hilfe eines im Kathodenpfad 4 angeordneten Luftverdichters 12 verdichtet. Der Luftverdichter 12 ist vorliegend elektromotorisch antreibbar, unterstützt von einer Turbine 16, die in einem Kathodenabgaspfad 17 angeordnet ist. Mit Hilfe der Turbine 16 kann ein Teil der eingesetzten Energie zurückgewonnen und als Antriebsenergie genutzt werden. Der Wasserstoff wird in einem Tank (nicht dargestellt) bevorratet und mit Anodenabgas gemischt, das aus dem Brennstoffzellenstapel 2 austritt und über einen Rezirkulationspfad 18 zurück in den Anodenpfad 3 geleitet wird. Die passive Rezirkulation wird vorliegend durch eine im Anodenpfad 3 angeordnete Saugstrahlpumpe 13 unterstützt. Da das Anodenabgas auch Wasser enthält, ist im Rezirkulationspfad 18 ein Wasserabscheider 19 angeordnet, der dem Anodenabgas das Wasser entzieht. Das sich im Wasserabscheider 19 sammelnde Wasser kann über ein Drain-Ventil 20 ausgeleitet werden. Ferner ist ein Purge-Ventil 21 vorgesehen, um den Anodenbereich mit frischem Wasserstoff zu spülen. Hierzu muss ferner ein stromaufwärts der Saugstrahlpumpe 13 im Anodenpfad 3 angeordnetes Wasserstoffdosierventil 14 geöffnet werden.That in the 1 The fuel cell system 1 shown comprises a fuel cell stack 2 which can be supplied with air on the cathode side via a cathode path 4 and with hydrogen on the anode side via an anode path 3 . The air is taken from the environment and compressed with the aid of an air compressor 12 arranged in the cathode path 4 . In the present case, the air compressor 12 can be driven by an electric motor, supported by a turbine 16 which is arranged in a cathode exhaust gas path 17 . With the help of the turbine 16, part of the energy used can be recovered and used as drive energy. The hydrogen is stored in a tank (not shown) and mixed with anode off-gas that exits the fuel cell stack 2 and is routed back into the anode path 3 via a recirculation path 18 . In the present case, the passive recirculation is supported by an ejector pump 13 arranged in the anode path 3 . Since the anode waste gas also contains water, a water separator 19 is arranged in the recirculation path 18, which removes the water from the anode waste gas. The water collecting in the water separator 19 can be discharged via a drain valve 20 . A purge valve 21 is also provided in order to flush the anode area with fresh hydrogen. For this purpose, a hydrogen metering valve 14 arranged upstream of the ejector pump 13 in the anode path 3 must also be opened.

Das in der 1 dargestellte Brennstoffzellensystem 1 umfasst ferner zwei Kühleinrichtungen 5, 6, die jeweils in einem eigenen Gehäuse 7, 8 aufgenommen sind. Diese sind zu einer kompakten baulichen Einheit verbunden. Die Kühleinrichtungen 5, 6 sind als parallel geschaltete Wärmetauscher ausgeführt und an einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf angeschlossen. Das Gehäuse 7 weist hierzu einen Kühlmitteleinlass 10 und einen Kühlmittelauslass 11 auf. Über gehäuseseitige Schnittstellen 22 mit zwischenliegenden Dichtringen 23 gelangt das Kühlmittel aus dem Gehäuse 7 in das Gehäuse 8 und wieder zurück.That in the 1 The fuel cell system 1 shown also includes two cooling devices 5, 6, each of which is housed in its own housing 7, 8. These are connected to form a compact structural unit. The cooling devices 5, 6 are designed as heat exchangers connected in parallel and are connected to a common coolant circuit. For this purpose, the housing 7 has a coolant inlet 10 and a coolant outlet 11 . The coolant flows from the housing 7 into the housing 8 and back again via interfaces 22 on the housing side with sealing rings 23 in between.

Das in der 2 dargestellte Brennstoffzellensystem 1 stellt eine Abwandlung des System der 1 dar. Anstelle der Gehäuse 7 und 8 sein beide Kühleinrichtungen 5, 6 in einem gemeinsamen Gehäuse 9 aufgenommen. Damit entfallen ein Gehäuse sowie die gehäuseseitigen Schnittstellen 22 mit den Dichtringen 23. Die Teilezahl kann somit weiter reduziert werden, zugleich verringert sich das Risiko einer Undichtigkeit.That in the 2 Fuel cell system 1 shown represents a modification of the system 1 Instead of the housings 7 and 8, both cooling devices 5, 6 are accommodated in a common housing 9. This eliminates a housing and the housing-side interfaces 22 with the sealing rings 23. The number of parts can thus be further reduced, and at the same time the risk of leakage is reduced.

Der 3 ist ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem 1 zu entnehmen, bei dem die Kühleinrichtungen 5, 6 in Reihe geschaltet sind. Jede Kühleinrichtung 5, 6 weist wiederum ein eigenes Gehäuse 7, 8 auf. Der Kühlmitteleinlass 10 ist im Gehäuse 7 ausgebildet, der Kühlmittelauslass 11 im Gehäuse 8. Um die beiden Gehäuse 7, 8 fluidisch zu verbinden ist ein kurzer Verbindungsschlauch 24 vorgesehen. Die Gehäuse 7, 8 der in Reihe geschalteten Kühleinrichtungen 5, 6 sind auf einem gemeinsamen Träger 15 angeordnet, der vorliegend plattenförmig ausgebildet ist. Der Träger 15 ist verzichtbar, wenn die Gehäuse 7, 8 unmittelbar miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt werden. Diese Ausführungsform ist in der 4 beispielhaft dargestellt.Of the 3 A fuel cell system 1 according to the invention can be seen in which the cooling devices 5, 6 are connected in series. Each cooling device 5, 6 in turn has its own housing 7, 8. The coolant inlet 10 is formed in the housing 7, the coolant outlet 11 in the housing 8. In order to fluidly connect the two housings 7, 8, a short connecting hose 24 is provided. The housings 7, 8 of the series-connected cooling devices 5, 6 are arranged on a common carrier 15, which in the present case is plate-shaped. The carrier 15 can be dispensed with if the housings 7, 8 are connected directly to one another, for example screwed. This embodiment is in the 4 shown as an example.

Alternativ zu den Ausführungsformen der 3 und der 4 können die in Reihe geschalteten Kühleinrichtungen 5, 6 auch in einem gemeinsamen Gehäuse 9 angeordnet werden (nicht dargestellt).As an alternative to the embodiments of 3 and the 4 the series-connected cooling devices 5, 6 can also be arranged in a common housing 9 (not shown).

Der 5 ist ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem 1 mit in Reihe geschalteten Kühleinrichtungen 5, 6 zu entnehmen, die über gemeinsame Träger 15 verbunden und an einer Tragstruktur 25, insbesondere Gestell, eines Brennstoffzellenstapels 2 befestigt sind.Of the 5 a fuel cell system 1 according to the invention with cooling devices 5, 6 connected in series can be seen, which are connected via common supports 15 and attached to a support structure 25, in particular a frame, of a fuel cell stack 2.

Claims (9)

Brennstoffzellensystem (1), umfassend einen Brennstoffzellenstapel (2) mit einer Anode, die über einen Anodenpfad (3) mit Wasserstoff versorgbar ist, und einer Kathode, die über einen Kathodenpfad (4) mit Sauerstoff versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine in den Anodenpfad (3) integrierte Kühleinrichtung (5) und eine in den Kathodenpfad (4) integrierte Kühleinrichtung (6) eine bauliche Einheit ausbilden.Fuel cell system (1) comprising a fuel cell stack (2) with an anode which can be supplied with hydrogen via an anode path (3) and a cathode which can be supplied with oxygen via a cathode path (4), characterized in that a Anode path (3) integrated cooling device (5) and in the cathode path (4) integrated cooling device (6) form a structural unit. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtungen (5, 6) jeweils eine Untereinheit ausbilden und die Untereinheiten fest miteinander verbunden sind.Fuel cell system (1) after claim 1 , characterized in that the cooling devices (5, 6) each form a sub-unit and the sub-units are firmly connected to one another. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtungen (5, 6) jeweils ein Gehäuse (7, 8) oder ein gemeinsames Gehäuse (9) aufweisen.Fuel cell system (1) after claim 1 , characterized in that the cooling devices (5, 6) each have a housing (7, 8) or a common housing (9). Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtungen (5, 6) als in Reihe oder parallel geschaltete Wärmetauscher ausgeführt sind und über einen gemeinsamen Kühlmitteleinlass (10) und einen gemeinsamen Kühlmittelauslass (11) an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen sind.Fuel cell system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling devices (5, 6) are designed as heat exchangers connected in series or in parallel and are connected to a coolant circuit via a common coolant inlet (10) and a common coolant outlet (11). . Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Kathodenpfad (4) integrierte Kühleinrichtung (6) stromabwärts eines Luftverdichters (12) angeordnet ist.Fuel cell system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (6) integrated into the cathode path (4) is arranged downstream of an air compressor (12). Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Anodenpfad (3) integrierte Kühleinrichtung (5) stromaufwärts einer Saugstrahlpumpe (13), vorzugsweise stromaufwärts eines Wasserstoffdosierventils (14), angeordnet ist.Fuel cell system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (5) integrated in the anode path (3) is arranged upstream of a suction jet pump (13), preferably upstream of a hydrogen metering valve (14). Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtungen (5, 6) über mindestens einen gemeinsamen Träger (15) verbunden sind, der beispielsweise profil- oder plattenförmig ausgebildet und/oder Teil eines den Brennstoffzellenstapel (2) aufnehmenden Gestells ist.Fuel cell system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling devices (5, 6) are connected via at least one common support (15), which is designed, for example, in the form of a profile or plate and/or is part of a support that accommodates the fuel cell stack (2). frame is. Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Vehicle with a fuel cell system (1) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1), umfassend einen Brennstoffzellenstapel (2) mit einer Anode und einer Kathode, bei dem die Anode über einen Anodenpfad (3) mit Wasserstoff und die Kathode über einen Kathodenpfad (4) mit Sauerstoff versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die über den Anodenpfad (3) und den Kathodenpfad (4) geführten Gase mit Hilfe von Kühleinrichtungen (5, 6) gekühlt werden, die eine bauliche Einheit ausbilden und als in Reihe oder parallel geschaltete Wärmetauscher ausgeführt sind.Method for operating a fuel cell system (1), comprising a fuel cell stack (2) with an anode and a cathode, in which the anode is supplied with hydrogen via an anode path (3) and the cathode is supplied with oxygen via a cathode path (4), characterized that the gases guided via the anode path (3) and the cathode path (4) are cooled with the aid of cooling devices (5, 6), which form a structural unit and are designed as heat exchangers connected in series or in parallel.
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