WO2009010113A1

WO2009010113A1 - Device and method for warming up a fuel cell in a start phase

Info

Publication number: WO2009010113A1
Application number: PCT/EP2008/003891
Authority: WO
Inventors: Ralf Nuessle
Original assignee: Daimler Ag
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2009-01-22

Abstract

Device and method for warming up a fuel cell (2) in a start phase, comprising an infeed line (3) leading to the cathode side (21) of the fuel cell (2), to which a compressor (5, 6) is connected which can be supplied with energy by means of the fuel cell (2), wherein the compressor (5, 6) is designed as an electrical load sink of the fuel cell (2) in the start phase of the fuel cell (2), depending on an adjustable operating mode of the active compressor (5, 6).

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Aufwärmen einer Brennstoffzelle in einer StartphaseApparatus and method for warming up a fuel cell in a starting phase

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufwärmen einer Brennstoffzelle in einer Starphase, mit einer zum Kathodenraum der Brennstoffzelle führenden Zuführleitung, mit welcher ein Kompressor verbunden ist, der mittels der Brennstoffstelle mit Energie versorgbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufwärmen einer Brennstoffzelle in einer Startphase.The invention relates to a device for warming up a fuel cell in a star phase, with a leading to the cathode compartment of the fuel cell supply line to which a compressor is connected, which is supplied by means of the fuel point with energy. Furthermore, the invention relates to a method for warming up a fuel cell in a start-up phase.

Aus der DE 102 03 311 Al ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem ein Kompressor in einer Kathoden- Zuführleitung der Brennstoffzelle angeordnet ist. Dem Kompressor nachgeschaltet ist ein Ladeluftkühler, welcher in der Kathoden-Zuführleitung angeordnet ist und darüber hinaus mit einem Kühlkreislauf für die Brennstoffzelle gekoppelt ist. Der Kühlkreislauf weist eine Bypassleitung auf, in welcher ein Ventil angeordnet ist. Beim Kaltstart wird der Kühlkreislauf durch Schließen des Ventils über die Bypassleitung im Kurzschluss betrieben, so dass eine geringe thermische Masse im Kühlkreislauf enthalten ist. Dadurch wird der ebenfalls im Kühlkreislauf angeordnete Kühler während der Startphase nicht vom Kühlmittel durchströmt, wodurch eine schnellere Erwärmung der Brennstoffzelle mit Hilfe der Verdichtungswärme des Kompressors erreicht werden soll. Des Weiteren ist aus der DE 101 26 090 Al eine Vorrichtung zum Aufwärmen einer Brennstoffzelle bekannt. In einer Ausführung ist vorgesehen, dass ein Kompressor in einer Kathoden-Zuführleitung einer Brennstoffzelle angeordnet ist. In einer von der Kathodenseite der Brennstoffzelle wegführenden Kathoden-Abführleitung ist ein Druckventil angeordnet. Eine Zusatzleitung zweigt in die Strömungsrichtung nach dem Druckventil von der Kathoden- Abführleitung ab und mündet in Strömungsrichtung vor dem Kompressor in die Kathoden-Zuführleitung ein. In der Zusatzleitung ist ein Durchflussbegrenzerventil angeordnet. Über die Zusatzleitung soll das von der Brennstoffzelle abgegebene Gas vor dem Kompressor wieder in die Kathoden- Zuführleitung rückgeführt werden. Dadurch wird ein Zirkulationszyklus generiert, welcher das der Kathodenseite zugeführte Gas schnell erwärmen soll, wodurch ein schnelleres Aufwärmen der Brennstoffzelle erreicht werden soll.From DE 102 03 311 Al a fuel cell system is known, in which a compressor is arranged in a cathode feed line of the fuel cell. Downstream of the compressor is a charge air cooler, which is arranged in the cathode supply line and is also coupled to a cooling circuit for the fuel cell. The cooling circuit has a bypass line in which a valve is arranged. During cold start, the cooling circuit is operated by closing the valve via the bypass line in short circuit, so that a low thermal mass is included in the cooling circuit. As a result, the cooler, which is likewise arranged in the cooling circuit, is not flowed through by the coolant during the starting phase, as a result of which a faster heating of the fuel cell is to be achieved with the aid of the compression heat of the compressor. Furthermore, DE 101 26 090 A1 discloses a device for warming up a fuel cell. In one embodiment it is provided that a compressor is arranged in a cathode supply line of a fuel cell. In a direction away from the cathode side of the fuel cell cathode discharge line, a pressure valve is arranged. An additional line branches off in the flow direction after the pressure valve from the cathode discharge line and flows in the flow direction in front of the compressor in the cathode supply line. In the additional line a flow restrictor valve is arranged. About the additional line, the gas discharged from the fuel cell before the compressor is to be returned to the cathode supply line. Thereby, a circulation cycle is generated, which is to heat the gas supplied to the cathode side quickly, whereby a faster warm-up of the fuel cell is to be achieved.

Bei Brennstoffzellen, die in Fahrzeugen verbaut sind, tritt das Problem auf, dass bei kalten Temperaturen, insbesondere bei Minusgraden, das Starten der Fahrzeuge mit einer gewissen Zeitverzögerung einhergeht. Dies basiert darauf, dass bei kalten Temperaturen die Brennstoffzelle eine längere Zeitdauer benötigt, um auf Betriebstemperatur zu gelangen und somit die erforderliche Leistung zu erreichen. Dies führt dazu, dass bei kalten Umgebungstemperaturen bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellen relativ lange nach dem Betätigen des Zündschlüssels gewartet werden muss, bis von der Fahrzeugsteuerung eine Fahrfreigabe erteilt wird und mit dem Fahrzeug losgefahren werden kann. Dies bedeutet, dass auch eine entsprechende Wartezeit gegeben ist, bis die volle Antriebsleistung abgerufen werden kann. Ein Start eines kühlen oder gefrorenen Brennstoffzellen- systems kann üblicherweise so erfolgen, dass zunächst ein Kompressor mit Energie aus einer Energiequelle angetrieben wird, welche beispielsweise eine Batterie sein kann. Aufgrund der tiefen Temperaturen und gegebenenfalls einer teilweisen Belegung der Oberflächen innerhalb der Brennstoffzelle mit Eis, ist der Brennstoffzellenstapel in der Lage, nur kleine Leistungen abzugeben, die zwar zum „Selbsterhalt" des BrennstoffZeilenbetriebs ausreichen, jedoch für die Speisung des Antriebsmotors zum Fahren mit akzeptablen Fahrleistungen noch nicht ausreichen.For fuel cells installed in vehicles, the problem arises that at cold temperatures, especially at minus degrees, the starting of the vehicles with a certain time delay is accompanied. This is based on the fact that in cold temperatures, the fuel cell takes a longer period of time to reach operating temperature and thus to achieve the required performance. As a result, it is necessary to wait a relatively long time after actuation of the ignition key for vehicles with fuel cells when the ambient temperature is cold, until the vehicle control system issues a drive release and the vehicle can be driven off. This means that a corresponding waiting time is given until the full drive power can be retrieved. A start of a cool or frozen fuel cell system can usually be carried out such that first a compressor is driven with energy from an energy source, which may be a battery, for example. Due to the low temperatures and possibly a partial occupancy of the surfaces within the fuel cell with ice, the fuel cell stack is able to deliver only small outputs, which are sufficient for "self-preservation" of the fuel cell operation, but for the supply of the drive motor for driving with acceptable performance not enough.

Ziel in dieser Kaltstartphase ist es, die Brennstoffzelle bzw. den Brennstoffzellenstapel trotzdem elektrisch möglichst stark zu belasten, da die Selbstaufheizung der Brennstoffzelle sehr effektiv für eine Aufwärmung der Brennstoffzelle bzw. eines Kühlkreislaufs für die Brennstoffzelle ist. Problem hierbei ist jedoch, dass der Brennstoffzellenstapel zwar möglichst stark belastet werden soll, dass dies jedoch zu diesem Zeitpunkt des Starts aber über den Antriebsmotor nicht erfolgen kann, da die Antriebsleistung und damit die Fahrleistung des Fahrzeugs zu diesem Zeitpunkt der Startphase für einen akzeptablen Fahrbetrieb nicht ausreichend ist. Der Fahrzeugnutzer kann erst dann losfahren, wenn eine bestimmte Antriebsleistung und damit eine bestimmte Fahrleistung zur Verfügung steht. Es wird im Fahrzeug also solange keine Fahrfreigabe erteilt, bis aufgrund einer bestimmten Temperatur der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellensystems und der daraus resultierenden verfügbaren Leistung diese als ausreichend festgestellt wird. Es ist also gewünscht, den Brennstoffzellenstapel durch entsprechende elektrische Lastsenken möglichst stark zu belasten, so dass sich dieser möglichst schnell aufheizt. Wenn eine Fahrfreigabe erteilt ist und nicht die volle, aktuell verfügbare Leistung für den Antrieb notwendig ist, wie dies beispielsweise bei langsamer Fahrt im Stadtverkehr gegeben sein kann, soll diese noch freie potentiell abrufbare Leistung für eine weitere und schnellere Aufheizung genutzt werden, so dass im Bedarfsfall möglichst früh die volle Antriebsleistung zur Verfügung gestellt werden kann, bei der die Brennstoffzelle dann auf optimaler Betriebstemperatur ist. Dabei ist jedoch ein Problem darin zu sehen, dass die Anzahl der notwendigen Aggregate bzw. deren Leistung, die als elektrische Lastsenke dienen könnten, begrenzt sind. Insbesondere ist dabei aufgrund des Bauraums, des Gewichts und der Kosten eine Begrenzung gegeben.The aim in this cold start phase is to still electrically load the fuel cell or the fuel cell stack as much as possible, since the self-heating of the fuel cell is very effective for heating the fuel cell or a cooling circuit for the fuel cell. Problem here is, however, that the fuel cell stack is indeed as much as possible to be loaded, but this can not be done at this time of the start but on the drive motor, since the drive power and thus the driving performance of the vehicle at this time the starting phase for an acceptable driving not is sufficient. The vehicle user can only start when a certain drive power and thus a certain mileage is available. It is granted in the vehicle so long as no driving clearance until due to a certain temperature of the fuel cell or the fuel cell system and the resulting available power this is determined to be sufficient. It is therefore desirable to load the fuel cell stack as much as possible by corresponding electrical load sinks so that it heats up as quickly as possible. If a driving clearance is granted and not the full, currently available power for the drive is necessary, as may be the case, for example, in slow driving in city traffic, this still free potentially retrievable power for a further and faster heating can be used so that if necessary, the full drive power are made available as soon as possible can, in which the fuel cell is then at optimum operating temperature. However, a problem is that the number of necessary aggregates or their power, which could serve as electrical load sink, are limited. In particular, a limitation is given due to the installation space, the weight and the cost.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zu schaffen, bei dem das Aufwärmen einer Brennstoffzelle in einer Startphase verbessert werden kann.It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method in which the warm-up of a fuel cell in a start-up phase can be improved.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, welche die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist, und ein Verfahren, welches die Merkmale nach Anspruch 13 aufweist, gelöst.This object is achieved by a device having the features of claim 1, and a method comprising the features of claim 13.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufwärmen einer Brennstoffzelle in einer Startphase, insbesondere einer Kaltstartphase, umfasst eine zum Kathodenraum der Brennstoffzelle führende Zuführleitung zum Zuführen eines Oxidationsmittels . Mit dieser Zuführleitung ist ein Kompressor verbunden. Die Zuführleitung und der Kompressor sind einem Oxidationsmittel-Zuführzweig der Vorrichtung zugeordnet. Der Kompressor ist mittels der Brennstoffzelle mit Energie versorgbar. Der Kompressor ist in der Startphase der Brennstoffzelle abhängig von einem einstellbaren spezifischen Betriebszustand des Kompressors als elektrische Lastsenke der Brennstoffzelle ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung kann ein verbessertes Kaltstartverhalten der Brennstoffzelle erreicht werden. Eine höhere Belastung der Brennstoffzelle führt innerhalb der Brennstoffzelle zu mehr Abwärme, da mit steigendem Strom die Spannung und damit auch der Wirkungsgrad fällt. Zum Kaltstart ist dies entsprechend der Erfindung aber durchaus gewünscht, um eine schnellere Erwärmung der Brennstoffzelle zu erreichen. Das heißt, dass eine Erhöhung der Stromlast durch eine höhere Leistung am Kompressor zu einem höheren Brennstoffzellenstrom und einer schnelleren Erwärmung führt.A device according to the invention for warming up a fuel cell in a starting phase, in particular a cold start phase, comprises a supply line leading to the cathode space of the fuel cell for supplying an oxidizing agent. With this feed line, a compressor is connected. The supply line and the compressor are associated with an oxidant supply branch of the device. The compressor can be supplied with energy by means of the fuel cell. The compressor is formed in the starting phase of the fuel cell depending on an adjustable specific operating state of the compressor as electrical load sink of the fuel cell. By this configuration, an improved cold start behavior of Fuel cell can be achieved. A higher load on the fuel cell leads to more waste heat within the fuel cell, since with increasing current the voltage and thus also the efficiency drops. For cold start this according to the invention but quite desired to achieve a faster heating of the fuel cell. That is, increasing the current load through higher compressor power results in higher fuel cell current and faster heating.

Eine spezifische Komponente der Vorrichtung, nämlich der Kompressor, wird multifunktional eingesetzt, indem er einerseits zur grundlegenden Funktionalität im Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems beiträgt, indem er Oxidationsmittel zur Brennstoffzelle fördert. Durch die Erfindung ist dem Kompressor darüber hinausgehend eine weitere Funktion dahingehend zugeordnet, dass er zumindest in einem spezifischen Betriebszustand auch als elektrische Lastsenke der Brennstoffzelle dient und dort so betrieben ist, dass das Aufwärmen der Brennstoffzelle wesentlich beschleunigt werden kann. Als elektrische Lastsenke müssen somit keine weiteren Komponenten in der Vorrichtung verbaut werden, welchen ansonsten kein weiterer Nutzen zugeordnet werden kann. Dadurch können Bauraum und Kosten gespart werden. Insbesondere kann die gesamte Vorrichtung daher auch bauteilreduziert ausgebildet werden. Nicht zuletzt kann dadurch auch das Gewicht des Systems bei jedoch verbesserter Funktionalität gleich gehalten werden.A specific component of the device, namely the compressor, is used in a multifunctional manner, on the one hand, contributing to the basic functionality in normal operation of the fuel cell system by promoting oxidizing agent to the fuel cell. By the invention, the compressor is further associated with a further function to the effect that it also serves as electrical load sink of the fuel cell at least in a specific operating condition and is operated there so that the warming up of the fuel cell can be significantly accelerated. As electrical load sink thus no other components must be installed in the device, which otherwise no further benefits can be assigned. As a result, space and costs can be saved. In particular, the entire device can therefore also be designed reduced components. Not least, the weight of the system can be kept the same but with improved functionality.

Besonders bevorzugt erweist es sich, wenn der einstellbare Betriebszustand des Kompressors, welcher den Kompressor dann als elektrische Lastsenke der Brennstoffzelle besonders bevorzugt charakterisiert, der Volllastbetrieb des Kompressors ist. Dadurch wird die Leistung der elektrischen Lastsenke und somit des Kompressors während der Kaltstartphase besonders erhöht, insbesondere maximiert, und damit die Zeit bis zur optimalen Betriebstemperatur der Brennstoffzelle verkürzt. Insbesondere beim Einsatz der Vorrichtung in einem Fahrzeug kann somit auch die Zeit bis zur Fahrfreigabe wesentlich verkürzt werden. Die Verfügbarkeit der Maximalleistung der Brennstoffzelle in einer Kaltstartphase kann dadurch wesentlich schneller erreicht werden.It is particularly preferred if the adjustable operating state of the compressor, which then particularly characterizes the compressor as the electrical load sink of the fuel cell, is the full-load operation of the compressor. This will increase the power of the electric Lastsenke and thus the compressor during the cold start phase particularly increased, in particular maximized, and thus shortens the time to the optimum operating temperature of the fuel cell. In particular, when using the device in a vehicle can thus be significantly shortened, the time to the drive release. The availability of the maximum power of the fuel cell in a cold start phase can be achieved much faster.

Der Kompressor ist zu Beginn der Startphase vorzugsweise von einer zur Brennstoffzelle separaten Energiequelle, insbesondere einer Batterie, mit Energie versorgbar. Da gerade zu Beginn der Startphase die Brennstoffzelle während des Kaltstarts nur sehr wenig Energie liefern kann, ist es im Hinblick auf die verbesserte Funktionalität und somit einem schnelleren Aufwärmen der Brennstoffzelle über die elektrische Lastsenke bevorzugt, dass der Kompressor in dieser kurzen Anfangsphase über eine andere Energiequelle gespeist wird. Dadurch kann insbesondere der gewünschte Betriebszustand des Kompressors im Hinblick auf dessen Charakterisierung einer optimalen elektrischen Lastsenke für die Brennstoffzelle möglichst schnell erreicht werden, wodurch wiederum möglichst schnell aufgrund der erzeugten Verdichtungswärme des Kompressors ein Aufwärmen der Brennstoffzelle erreicht werden kann. Dies führt dann wiederum dazu, dass die Brennstoffzelle möglichst schnell mehr Energie bereitstellen kann, wodurch auch dann wiederum möglichst schnell der Kompressor durch die Brennstoffzelle mit Energie versorgt werden kann. Somit kann auch während der Startphase relativ zügig die Energieversorgung des Kompressors durch die Batterie beendet werden und im weiteren Fortgang der Kaltstartphase der Brennstoffzelle der Kompressor ausschließlich von der Brennstoffzelle mit Energie versorgt werden. Dies erfolgt dann insbesondere bis zum Ende der Kaltstartphase, bei dem dann die Brennstoffzelle ihre maximale Nennleistung erreicht hat.At the beginning of the starting phase, the compressor may preferably be supplied with energy by a separate energy source from the fuel cell, in particular a battery. Since just at the beginning of the starting phase, the fuel cell can deliver very little energy during the cold start, it is in view of the improved functionality and thus a faster warming up of the fuel cell via the electrical load sink preferred that the compressor in this brief initial phase via another source of energy is fed. As a result, in particular, the desired operating state of the compressor with respect to its characterization of an optimal electrical load sink for the fuel cell can be achieved as quickly as possible, which in turn can be achieved as quickly as possible due to the generated heat of compression of the compressor, a warming up of the fuel cell. This then in turn means that the fuel cell can provide more energy as quickly as possible, which in turn then as quickly as possible, the compressor can be powered by the fuel cell with energy. Thus, even during the starting phase, the energy supply of the compressor can be relatively quickly terminated by the battery and in the further progress of the cold start phase of the fuel cell, the compressor exclusively from the fuel cell with energy be supplied. This then takes place, in particular, until the end of the cold start phase, in which case the fuel cell has reached its maximum rated power.

Dadurch dass der Kompressor zu Begin des Startvorgangs aus der Batterie betrieben wird, kann diese sehr schnell entleert werden. Damit kann das Nachladen der Batterie als weitere Zusätzliche Lastsenke genutzt werden, um die Brennstoffzelle in der Startphase zur Eigenerwärmung hoch zu belasten.The fact that the compressor is operated at the start of the battery, it can be emptied very quickly. Thus, the recharging of the battery can be used as another additional load sink to charge the fuel cell in the startup phase for self-heating high.

Besonders bevorzugt ist in der Zuführleitung zwischen dem Kompressor und dem Kathodenraum der Brennstoffzelle ein erstes Strömungswiderstandselement angeordnet, und ein zweites Strömungswiderstandselement in einer Bypassleitung angeordnet, welche eine von dem Kathodenraum der Brennstoffzelle wegführende Abführleitung mit der Zuführleitung verbindet. Gerade durch dieseParticularly preferably, a first flow resistance element is arranged in the feed line between the compressor and the cathode space of the fuel cell, and a second flow resistance element is arranged in a bypass line which connects a discharge line leading away from the cathode space of the fuel cell to the feed line. Especially through this

Komponentenanordnung und -ausgestaltung kann die Aufwärmphase der Brennstoffzelle beim Kaltstart wesentlich reduziert werden, denn der von dem Kompressor erzeugte Gasstrom kann individuell über das erste und/oder das zweite Strömungswiderstandselement dosiert werden. Die Strömungswiderstandelement führen zu einer erhöhten Leistung am Kompressor. Damit kann sowohl der durch den Kompressor aus der Brennstoffzelle gezogene Strom als auch die Batterieentleerung und damit der zum Nachladen der Batterie benötigte Strom erhöht werden. Diese erhöhten Ströme in den Lastsenken führen dann in besonders bevorzugter Weise dazu, dass zu jeder Zeitphase während der Aufwärmphase die Brennstoffzelle in optimaler Weise weiter aufgewärmt wird. Denn die Einstellung der Strömungswiderstandselemente, mit denen der Strömungsquerschnitt der zugeordneten Leitung veränderbar ist, kann somit jederzeit während der Kaltstartphase optimiert werden. Wird beispielsweise der Volllastbetrieb des Kompressors eingestellt, wird bei maximalem Druckverhältnis und maximalem Volumen- bzw. Massenstrom Oxidationsmittel, insbesondere Luft oder Sauerstoff, in die Brennstoffzelle geführt. Dies ist aus Sicht einer maximalen elektrischen Lastsenke zumindest zeitweise vorgesehen. Gerade zu Beginn der Kaltstartphase ist dies besonders vorteilhaft, möglichst viel Oxidationsmittel dem Kathodenraum zuzuführen, was sich aber mit zunehmender Temperatur der Brennstoffzelle und fortschreitender Zeitdauer während der Kaltstartphase ändern kann und dann gegebenenfalls die weitere optimale Aufwärmung nicht mehr begünstigt. Gerade durch diese Strömungswiderstandselemente kann dann im Fortgang der Kaltstartphase der Kompressor als elektrische Lastsenke weiterhin voll ausgenutzt werden und dennoch die luftseitigen Parameter der Brennstoffzelle optimal an die momentanen Bedürfnisse der Brennstoffzelle angepasst werden. Dies bedeutet, dass durch individuelle Einstellung der Strömungswiderstandselemente während der Kaltstartphase eine entsprechende Dosierung gewährleistet werden kann, bei der einerseits zwar der Kompressor dann insbesondere noch im Volllastbetrieb betrieben wird, und somit als maximale elektrische Lastsenke für die Brennstoffzelle dient, andererseits jedoch der Druck des Oxidationsmittel am Kathodenraum und der Massenstrom am Kathodenraum verringert werden kann, wodurch das weitere Aufwärmen der Brennstoffzelle dann ebenfalls optimiert erfolgen kann. Insbesondere kann dadurch auch ein Austrocknen der Brennstoffzelle aufgrund eines zu starken Wasseraustrags im Fortgang der Kaltstartphase verhindert werden.Component arrangement and design, the warm-up phase of the fuel cell can be significantly reduced during cold start, because the gas flow generated by the compressor can be individually metered via the first and / or the second flow resistance element. The flow resistance elements lead to increased performance at the compressor. Thus, both the current drawn by the compressor from the fuel cell and the battery drain and thus the power required to recharge the battery can be increased. These increased currents in the load sinks then lead in a particularly preferred manner to the fact that at any time during the warm-up phase, the fuel cell is further warmed up in an optimal manner. Because the adjustment of the flow resistance elements, with which the flow cross section of the associated line is variable, can thus be optimized at any time during the cold start phase. For example, the Set full load operation of the compressor, at maximum pressure ratio and maximum volume or mass flow oxidant, in particular air or oxygen, fed into the fuel cell. This is at least temporarily provided from the perspective of a maximum electrical load sink. Especially at the beginning of the cold start phase, this is particularly advantageous to supply as much oxidant to the cathode space, but this can change with increasing temperature of the fuel cell and progressing time during the cold start phase and then optionally no longer favors the further optimal warming. Just by these flow resistance elements can then continue to be fully exploited as electrical load sink in the progress of the cold start phase of the compressor and yet the air-side parameters of the fuel cell are optimally adapted to the current needs of the fuel cell. This means that by individual adjustment of the flow resistance elements during the cold start phase, a corresponding dosage can be ensured, on the one hand while the compressor is then still operated in full load mode, and thus serves as a maximum electrical load sink for the fuel cell, on the other hand, however, the pressure of the oxidant can be reduced at the cathode compartment and the mass flow at the cathode compartment, whereby the further warming up of the fuel cell can then also be optimized. In particular, a drying out of the fuel cell due to an excessive discharge of water in the course of the cold start phase can thereby be prevented.

Vorzugsweise ist der Betriebszustand des Kompressors abhängig von dem durch zumindest ein Strömungswiderstandselement eingestellten Strömungsquerschnitt der zugeordneten Leitung. Der Kompressor und die Strömungswiderstandselemente, beispielsweise Ventile oder Drosselklappen, sind somit so betreibbar, dass der Kompressor in seinem vollen Leistungsbereich als elektrische Lastsenke genutzt werden kann und des Weiteren die sich aufgrund der Verdichtung des Oxidationsmittels ergebende Verdichtungswärme für eine schnellere Aufheizung der Brennstoffzelle genutzt werden kann. Die Stellung der einzelnen Strömungswiderstandselemente kann hierbei von einer Vielzahl von Parametern abhängen oder über diese geregelt werden. Beispielsweise kann der Strom, die Temperatur oder der Druck der Brennstoffzelle herangezogen werden. Dies sind lediglich beispielhafte Parameter, welche in vielfältiger Weise ergänzt und/oder kombiniert werden können.The operating state of the compressor is preferably dependent on the flow cross section of the associated line set by at least one flow resistance element. The compressor and the flow resistance elements, For example, valves or throttle valves are thus operable so that the compressor can be used in its full power range as electrical load sink and further the resulting due to the compression of the oxidant compression heat can be used for faster heating of the fuel cell. The position of the individual flow resistance elements in this case can depend on a large number of parameters or be controlled by these. For example, the current, the temperature or the pressure of the fuel cell can be used. These are merely exemplary parameters which can be supplemented and / or combined in a variety of ways.

Durch die situationsabhängig individuelle Einstellung der Strömungswiderstandselemente in der Kaltstartphase kann erreicht werden, dass der Kompressor gegen diesen künstlich herbeigeführten Strömungswiderstand arbeiten muss. Dies bedeutet, dass der Kompressor ein erhöhtes Druckverhältnis umsetzen muss, wodurch zum einen eine erhöhte Arbeitsleistung des Kompressors notwendig ist, was zu einer Erhöhung der Leistungsaufnahme des Kompressors als elektrische Lastsenke führt und zu diesem Zeitpunkt gewünscht ist. Des Weiteren ergibt sich durch die Erhöhung des Strömungswiderstands ein erhöhtes Druckverhältnis, welches der Kompressor zur Verfügung stellen muss. Zum anderen entsteht durch die Erhöhung der Verdichtung mehr Wärme, die dann an die Brennstoffzelle abgegeben werden kann und ebenfalls zu einer schnelleren Aufheizung führt. Ein Strömungswiderstandselement kann im Extremfall so gestellt werden, dass der Kompressor das maximal mögliche Druckverhältnis einstellen muss und dadurch eine hohe Leistungsanforderung an den Kompressorantrieb besteht, um damit als große elektrische Lastsenke zur Verfügung zu stehen. Eine weitere Möglichkeit, die Leistungsaufnahme des Kompressorantriebs zu erhöhen, besteht darin, dass der Kompressor den maximalen Volumenbzw. Massenstrom fördern muss. Durch den Betrieb des Kompressors bei maximalem Volumen- bzw. Massenstrom und maximal möglichem Druckverhältnis ist die maximal erforderliche Antriebsleistung erreicht und der Kompressorantrieb als elektrische Lastsenke maximal ausgenutzt. Dies ist dann der Volllastbetrieb.Due to the situation-dependent individual adjustment of the flow resistance elements in the cold start phase can be achieved that the compressor must work against this artificially induced flow resistance. This means that the compressor must implement an increased pressure ratio, which on the one hand, an increased performance of the compressor is necessary, resulting in an increase in power consumption of the compressor as electrical load sink and is desired at this time. Furthermore, increasing the flow resistance results in an increased pressure ratio, which the compressor must provide. On the other hand, by increasing the compression, more heat is generated, which can then be released to the fuel cell and likewise leads to faster heating. A flow resistance element can be set in extreme cases so that the compressor must set the maximum possible pressure ratio and thus there is a high power demand on the compressor drive to be available as a large electrical load sink. One more way, To increase the power consumption of the compressor drive, is that the compressor the maximum Volumenbzw. Must promote mass flow. By operating the compressor at maximum volume or mass flow and maximum possible pressure ratio, the maximum drive power required is reached and the compressor drive is used to a maximum as an electrical load sink. This is then the full load operation.

Die Nutzung des Kompressors bzw. den Kompressorantrieb als elektrische Lastsenke hat einen Vorteil darin, dass die nominelle bzw. maximale Leistungsfähigkeit des Kompressors von allen üblichen Nebenaggregaten innerhalb von einem BrennstoffZeilensystem am größten ist und bis zu ca. 10%-15% der Nennleistung der Brennstoffzelle betragen kann. Dies bedeutet, dass die Nutzung des Kompressors als elektrische Lastsenke sehr effizient ist, da hier ein relativ großes Leistungspotential vorhanden ist.The use of the compressor or compressor drive as an electrical load sink has the advantage that the nominal or maximum capacity of the compressor is the largest of all conventional ancillary units within a fuel cell system and up to about 10% -15% of the rated power of the fuel cell can amount. This means that the use of the compressor as electrical load sink is very efficient, since there is a relatively large power potential.

Wird bei maximalem Druckverhältnis und maximalem Volumenbzw. Massenstrom Oxidationsmittel in die Brennstoffzelle gefördert, sind die luftseitigen Parameter (Massenstrom der Kathode, Druck an der Kathode, Lambda an der Kathode) bei nicht vorhandenen Strömungswiderstandselementen nicht mehr frei wählbar. Dadurch kann es vorkommen, dass während der Startphase zu spezifischen Zeiten nicht mehr die optimale Aufwärmung der Brennstoffzelle gegeben ist. Besonders bevorzugt ist es daher, dass zu Beginn der Kaltstartphase möglichst viel Oxidationsmittel auf die Kathodenseite zugeführt wird, was sich auch mit zunehmender Temperatur der Brennstoffzelle und mit zunehmender Zeitdauer der Kaltstartphase ändern kann und dann die maximale Zuführung des Massenstroms und des Drucks des Oxidationsmittelstroms nicht mehr gewünscht ist. Durch die Strömungswiderstandselemente wird dadurch die Möglichkeit geschaffen, den Kompressor während der gesamten Kaltstartphase als elektrische Lastsenke voll auszunutzen und zum anderen aber die luftseitigen Parameter der Brennstoffzelle optimal an die Bedürfnisse der Brennstoffzelle während der Kaltstartphase anzupassen.Is at maximum pressure ratio and maximum Volumenbzw. Promoted mass flow oxidant in the fuel cell, the air-side parameters (mass flow of the cathode, pressure at the cathode, lambda at the cathode) are no longer freely selectable in non-existing flow resistance elements. As a result, it is possible that, during the starting phase at specific times, the optimal warming up of the fuel cell is no longer possible. It is therefore particularly preferred that at the beginning of the cold start phase as much oxidant is supplied to the cathode side, which can change with increasing temperature of the fuel cell and with increasing duration of the cold start phase and then the maximum supply of the mass flow and the pressure of the oxidant flow is no longer is desired. By the Flow resistance elements is thereby created the opportunity to fully exploit the compressor during the entire cold start phase as electrical load sink and on the other hand optimally adapt the air-side parameters of the fuel cell to the needs of the fuel cell during the cold start phase.

Dies wird auch dadurch ermöglicht, dass luftseitig die Bypassleitung mit dem darin angeordneten zweiten Strömungswiderstandselement vorgesehen ist. Dadurch wird Luft vor dem Eintritt in den Kathodenraum der Brennstoffzelle situations- und bedarfsabhängig abgeführt und der Abführleitung nach der Brennstoffzelle zugeführt.This is also made possible by the air side, the bypass line is provided with the second flow resistance element disposed therein. As a result, air is discharged depending on the situation and demand before entering the cathode chamber of the fuel cell and fed to the discharge line to the fuel cell.

Die Bypassleitung ist somit bevorzugterweise zwischen dem ersten Strömungswiderstandselement und dem Kathodenraum der Brennstoffzelle von der Zuführleitung abzweigend angeordnet. Insbesondere ist die Strömungsrichtung des in der Bypassleitung strömenden Gases von der Zuführleitung in Richtung der Abführleitung gerichtet. Die Bypassleitung dient somit nicht zur Rückführung des von der Brennstoffzelle abgegebenen Gases in die Zuführleitung. Die Ausgestaltung und Funktionalität der Bypassleitung mit dem darin angeordneten zweiten Strömungswiderstandselement ist daher grundlegend unterschiedlich zur Ausgestaltung einer Leitung, welche zur Rückführung eines Abgases in die Zuführleitung dienen soll.The bypass line is thus preferably arranged branching off from the feed line between the first flow resistance element and the cathode space of the fuel cell. In particular, the flow direction of the gas flowing in the bypass line is directed from the supply line in the direction of the discharge line. The bypass line thus does not serve to return the gas discharged from the fuel cell into the supply line. The design and functionality of the bypass line with the second flow resistance element arranged therein is therefore fundamentally different from the configuration of a line which is intended to serve for returning an exhaust gas into the supply line.

Insbesondere ist es besonders bevorzugt, dass die Bypassleitung zwischen dem Strömungswiderstandelement und dem Kathodenraum der Brennstoffzelle von der Zuführleitung abzweigt .In particular, it is particularly preferred that the bypass line between the flow resistance element and the cathode space of the fuel cell branches off from the supply line.

Der Betriebszustand des Kompressors ist insbesondere abhängig von dem durch zumindest ein Strömungswiderstandselement eingestellten Strömungsquerschnitt, der diesem Strömungswiderstandselement zugeordneten Leitung. Denn abhängig von der Stellung der Strömungswiderstandselements ist ein entsprechendes Druckverhältnis und ein entsprechender Massenstrom von einem Kompressor zu generieren. Wird beispielsweise das erste Strömungswiderstandselement, welches in der Zuführleitung angeordnet ist, so eingestellt, dass der Strömungsquerschnitt der Zuführleitung verkleinert wird, so muss der Kompressor ein höheres Druckverhältnis umsetzen. Mit dem in der Bypassleitung angeordneten zweiten Strömungswiderstandselement ist der Massenstrom der Brennstoffzelle regelbar, wobei durch eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts der Bypassleitung durch eine entsprechende Einstellung des zweitenThe operating state of the compressor is in particular dependent on that by at least one flow resistance element set flow cross-section of the line associated with this flow resistance element. Because depending on the position of the flow resistance element, a corresponding pressure ratio and a corresponding mass flow of a compressor to generate. For example, if the first flow resistance element, which is arranged in the supply line, adjusted so that the flow cross-section of the supply line is reduced, the compressor must implement a higher pressure ratio. With the arranged in the bypass line second flow resistance element, the mass flow of the fuel cell can be regulated, wherein by increasing the flow cross-section of the bypass line by a corresponding adjustment of the second

Strömungswiderstandselements ein größerer Massenstrom von dem Kompressor zu fördern ist.Flow resistance element is a larger mass flow of the compressor to promote.

Dadurch kann auch quasi unabhängig vom Betriebszustand des Kompressors in dessen aktivem Betrieb die Brennstoffzelle mit den in der Kaltstartphase momentan optimalen luftseitigen Betriebsparametern versorgt werden.As a result, the fuel cell can also be supplied with the optimal air-side operating parameters currently in the cold start phase, virtually independently of the operating state of the compressor in its active operation.

Die Stellung eines Strömungswiderstandselements ist somit vorzugsweise abhängig von Zustandsparametern der Brennstoffzelle und/oder vom zeitlichen Fortgang der Startphase nach dem Starten der Brennstoffzelle einstellbar.The position of a flow resistance element is thus preferably adjustable depending on the state parameters of the fuel cell and / or on the time progression of the starting phase after starting the fuel cell.

Es kann vorgesehen sein, dass die bei dem den Kompressor als elektrische Lastsenke definierenden spezifischen Betriebszustand des Kompressors erzeugte Verdichtungswärme der Brennstoffzelle über die Zuführleitung zuführbar ist.It can be provided that the compression mode generated at the specific operating state of the compressor, which defines the compressor as electrical load sink, can be fed to the fuel cell via the supply line.

Besonders bevorzugt erweist es sich, wenn ein Ladeluftkühler mit der Zuführleitung und mit einem Kühlkreislauf gekoppelt ist, wobei der Kühlkreislauf mit der Brennstoffzelle gekoppelt ist, und die bei dem den Kompressor als elektrische Lastsenke definierenden Betriebszustand des Kompressors erzeugte Verdichtungswärme der Brennstoffzelle über den Ladeluftkühler dem Kühlkreislauf zuführbar ist und über den Kühlkreislauf der Brennstoffzelle zuführbar ist. Dadurch kann ein besonders effektives Aufwärmen der Brennstoffzelle in der Kaltstartphase erreicht werden.It proves to be particularly advantageous if a charge air cooler is coupled to the supply line and to a cooling circuit is, wherein the cooling circuit is coupled to the fuel cell, and in which the compressor as electrical load sink defining operating state of the compressor generated compression heat of the fuel cell via the intercooler, the cooling circuit can be supplied and can be supplied via the cooling circuit of the fuel cell. As a result, a particularly effective warming up of the fuel cell in the cold start phase can be achieved.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Ladeluftkühler zwischen dem Kompressor und dem ersten Strömungswiderstandselement in der Zuführleitung angeordnet ist. Vorzugsweise zweigt somit die Bypassleitung in Strömungsrichtung des in der Zuführleitung strömenden Gases nach dem Ladeluftkühler von der Zuführleitung ab. Durch diese Anordnung des Ladeluftkühlers wird stets die abhängig vom Betriebszustand des Kompressors erzeugte Verdichtungswärme an den Ladeluftkühler abgegeben, wodurch auch stets diese am Ladeluftkühler zur Verfügung steht und an den Kühlkreislauf abgegeben werden kann. Indem die Strömungswiderstandselemente dem Ladeluftkühler vorzugsweise nachgeschaltet angeordnet sind, wird auch stets der vom Kompressor tatsächlich erzeugte Druck des Oxidationsmittelstroms und der tatsächlich erzeugte Massenstrom abgegeben, wodurch auch eine entsprechend große Verdichtungswärme vorliegt.It is preferably provided that the intercooler is arranged between the compressor and the first flow resistance element in the supply line. Thus, the bypass line preferably branches off from the supply line in the flow direction of the gas flowing in the supply line after the charge air cooler. By this arrangement of the intercooler, the heat of compression generated depending on the operating state of the compressor is always delivered to the intercooler, which also always this is available on the intercooler and can be delivered to the cooling circuit. By the flow resistance elements are preferably arranged downstream of the intercooler, the pressure actually generated by the compressor of the oxidant stream and the mass flow actually generated is always delivered, whereby a correspondingly high compression heat is present.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufwärmen einer Brennstoffzelle in einer Startphase, mit einer zum Kathodenraum der Brennstoffzelle führenden Zuführleitung, über welche ein Oxidationsmittel dem Kathodenraum zugeführt wird, und welche mit einem Kompressor verbunden ist, welcher mittels der Brennstoffzelle mit Energie versorgbar ist, wird der Kompressor in der Startphase der Brennstoffzelle abhängig von einem einstellbaren spezifischen Betriebszustand des aktivierten Kompressors als elektrische Lastsenke der Brennstoffzelle betrieben. Dadurch kann das Aufwärmen der Brennstoffzelle in der Kaltstartphase wesentlich verbessert und durch ein multifunktional und ohnehin vorhandenes Element, dem Kompressor, in besonders effektiverweise ermöglicht werden. Durch die multifunktionale Verwendung einer ohnehin vorhandenen Komponente, welche insbesondere in spezifischen Betriebszuständen dann als elektrische Lastsenke der Brennstoffzelle dient, kann eine schnellere Verfügbarkeit der maximalen Leistung der Brennstoffzelle erreicht werden. Durch diese multifunktionale Verwendung des Kompressors kann dies auch bauteilminimiert, gewichtsreduziert und kostenminimiert erfolgen. Zusatzkomponenten, um generell eine elektrische Lastsenke für die Brennstoffzelle generieren zu können, sind daher auch prinzipiell nicht erforderlich.In a method according to the invention for warming up a fuel cell in a starting phase, with a supply line leading to the cathode compartment of the fuel cell, via which an oxidizing agent is supplied to the cathode compartment, and which is connected to a compressor, which can be supplied with energy by means of the fuel cell, the compressor becomes in the starting phase of the fuel cell depending on an adjustable specific operating state of the activated compressor operated as electrical load sink of the fuel cell. As a result, the warming up of the fuel cell in the cold start phase can be significantly improved and made possible by a multifunctional and already existing element, the compressor, in a particularly effective manner. Due to the multifunctional use of an already existing component, which then serves as electrical load sink of the fuel cell, in particular in specific operating states, a faster availability of the maximum power of the fuel cell can be achieved. Through this multifunctional use of the compressor, this can also be minimized component, reduced weight and cost minimized. Additional components in order to generally generate an electrical load sink for the fuel cell are therefore also not required in principle.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen. Insbesondere sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens oben bei der Erläuterung von vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereits ausgeführt und erläutert .Advantageous embodiments of the device according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the method according to the invention. In particular, advantageous developments of the method according to the invention have already been explained and explained above in the explanation of advantageous embodiments of the device according to the invention.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Aufwärmen einer Brennstoffzelle 2. Die Vorrichtung 1 ist in einem Fahrzeug angeordnet und als mobile Vorrichtung 1 ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Erfindung und insbesondere das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel auch auf andere Systeme an- und verwendbar ist. Beispielsweise kann auch eine stationäre Verwendung der Vorrichtung vorgesehen sein. Insbesondere sei hier beispielsweise die Verwendung bei einem Spitzenlastkraftwerk zu erwähnen, um auch dort möglichst schnell die volle Leistung zur Verfügung stellen zu können.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a schematic drawing. The single FIGURE shows a device 1 according to the invention for warming up a fuel cell 2. The device 1 is arranged in a vehicle and designed as a mobile device 1. However, it can also be provided that the invention and in particular the embodiment shown in the figure also on other systems and used. For example, a stationary use of the device may be provided. In particular, be Here, for example, to mention the use of a peak load power plant to provide the full power there as quickly as possible.

Die beispielhaft dargestellte Brennstoffzelle 2 kann auch ein Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen sein. Die Brennstoffzelle 2 ist im Ausführungsbeispiel eine mit Luft oder Sauerstoff als Oxidationsmittel und mit Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Gas als Brennstoff betriebene Brennstoffzelle 2. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine PEM- Brennstoffzelle 2, die einen Kathodenraum 21 und einen Anodenraum 22 aufweist. Der Kathodenraum 21 und der Anodenraum 22 sind durch eine Membran 23 getrennt. Neben der oben genannten Ausführung der Brennstoffzelle 2 als PEM- Brennstoffzelle kann auch eine andere Art einer Brennstoffzelle vorgesehen sein.The exemplified fuel cell 2 may also be a fuel cell stack having a plurality of fuel cells. In the exemplary embodiment, the fuel cell 2 is a fuel cell 2 operated with air or oxygen as oxidant and with hydrogen or a hydrogen-containing gas as fuel. This is preferably a PEM fuel cell 2 which has a cathode space 21 and an anode space 22. The cathode space 21 and the anode space 22 are separated by a membrane 23. In addition to the above-mentioned embodiment of the fuel cell 2 as a PEM fuel cell, another type of fuel cell may be provided.

Die Vorrichtung 1 umfasst eine Zuführleitung 3, über welche Sauerstoff bzw. Luft zum Kathodenraum 21 geleitet wird. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung 1 eine von dem Kathodenraum 21 wegführende Abführleitung 4, über welche von der Brennstoffzelle 2 erzeugtes Abgas abgeleitet wird. Die Strömungsrichtungen der in den Leitungen 3 und 4 strömenden Gase ist durch die Pfeilrichtungen gekennzeichnet.The device 1 comprises a feed line 3, via which oxygen or air is conducted to the cathode space 21. In addition, the device 1 comprises a discharge line 4 leading away from the cathode space 21, via which exhaust gas generated by the fuel cell 2 is discharged. The flow directions of the gases flowing in the lines 3 and 4 are indicated by the arrow directions.

In der Zuführleitung 3 ist ein Kompressor 5 angeordnet, welcher einen zugeordneten Motor 6, insbesondere einen Elektromotor, zum Antrieb aufweist. Der Motor 6 ist mit einer im Ausführungsbeispiel als Batterie 7 ausgebildeten, separat zur Brennstoffzelle 2 vorgesehenen Energiequelle elektrisch verbunden. Darüber hinaus weist der Motor 6 eine elektrische Verbindung zur Brennstoffzelle 2 auf. Diese ist in der schematischen Figur lediglich der Einfachheit halber an einen Kühlbereich 24 der Brennstoffzelle 2 heranführend gezeichnet.In the feed line 3, a compressor 5 is arranged, which has an associated motor 6, in particular an electric motor, for driving. The motor 6 is electrically connected to a in the embodiment designed as a battery 7, separately provided for the fuel cell 2 energy source. In addition, the motor 6 has an electrical connection to the fuel cell 2. This is in the schematic figure drawn merely for simplicity to a cooling area 24 of the fuel cell 2 leading forth.

Darüber hinaus ist in der Zuführleitung 3 ein Wärmetauscher in Form eines Ladeluftkühlers 8 angeordnet. Dieser ist in Strömungsrichtung betrachtet nach dem Kompressor 5 angeordnet. Der Ladeluftkühler 8 ist mit einem Kühlkreislauf 9 gekoppelt. Dieser Kühlkreislauf 9 dient zum Kühlen der Brennstoffzelle 2. In dem Kühlkreislauf 9 ist eine Pumpe 10 und ein Kühler 11 angeordnet. Darüber hinaus ist auch ein Thermostat 12 von dem Kühlkreislauf 9 umfasst.In addition, a heat exchanger in the form of a charge air cooler 8 is arranged in the supply line 3. This is arranged downstream of the compressor 5 as viewed in the flow direction. The intercooler 8 is coupled to a cooling circuit 9. This cooling circuit 9 is used for cooling the fuel cell 2. In the cooling circuit 9, a pump 10 and a radiator 11 is arranged. In addition, a thermostat 12 is included by the cooling circuit 9.

In der Zuführleitung 3 ist des Weiteren ein erstes Strömungswiderstandselement 13, welches ein Ventil oder eine Drosselklappe oder dergleichen sein kann, angeordnet. Das erste Strömungswiderstandselement 13 dient abhängig von seiner Stellung zur Veränderung des Strömungsquerschnitts der Zuführleitung 3. Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Strömungswiderstandselement 13 mit einer Steuereinheit (nicht dargestellt) elektrisch verbunden ist, durch welche das Strömungswiderstandselement 13 steuerbar ist.In addition, a first flow resistance element 13, which may be a valve or a throttle valve or the like, is arranged in the feed line 3. The first flow resistance element 13 serves as a function of its position for changing the flow cross section of the supply line 3. In particular, it is provided that the first flow resistance element 13 is electrically connected to a control unit (not shown) through which the flow resistance element 13 can be controlled.

Das erste Strömungswiderstandselement 13 ist in Strömungsrichtung betrachtet nach dem Ladeluftkühler 8 in der Zuführleitung 3 angeordnet. Von der Kathoden-Zuführleitung 3 zweigt an der Abzweigung 14 eine Bypassleitung 15 ab, welche in der Einmündung 18 in die Abführleitung 4 einmündet. Die Abzweigung 14 ist zwischen dem erstenThe first flow resistance element 13 is arranged downstream of the intercooler 8 in the feed line 3 as viewed in the flow direction. From the cathode supply line 3 branches off at the junction 14 from a bypass line 15, which opens into the discharge line 4 in the junction 18. The branch 14 is between the first

Strömungswiderstandselement 13 und dem Kathodenraum 21 ausgebildet. In der Bypassleitung 15 ist ein zweites Strömungswiderstandselement 16 angeordnet, welches ebenfalls ein Ventil oder eine Drosselklappe oder dergleichen sein kann. Abhängig von der Stellung des zweiten Strömungswiderstandselements 16 kann der Strömungsquerschnitt der Bypassleitung 15 verändert werden. Auch hier ist insbesondere vorgesehen, dass das zweite Strömungswiderstandselement 16 mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist.Flow resistance element 13 and the cathode space 21 is formed. In the bypass line 15, a second flow resistance element 16 is arranged, which may also be a valve or a throttle valve or the like. Depending on the position of the second flow resistance element 16, the flow cross section the bypass line 15 are changed. Here, too, it is provided in particular that the second flow resistance element 16 is electrically connected to the control unit.

Wesentlich ist, dass die Bypassleitung 15 dazu vorgesehen ist, strömendes Gas von der Zuführleitung 3 zur Abführleitung 4 zu leiten. Die in der Bypassleitung 15 ausschließlich vorgesehene Strömungsrichtung des Gases ist durch die Pfeile symbolisiert. Über die Bypassleitung 15 soll somit insbesondere keine Rückführung von in der Abführleitung 4 strömenden Gases hin zur Zuführleitung 3 durchgeführt werden.It is essential that the bypass line 15 is provided to direct flowing gas from the supply line 3 to the discharge line 4. The exclusively provided in the bypass line 15 flow direction of the gas is symbolized by the arrows. In particular, no return of gas flowing in the discharge line 4 to the supply line 3 is therefore to be carried out via the bypass line 15.

Darüber hinaus ist in der Abführleitung 4 ein drittes Strömungswiderstandselement 17 angeordnet. Auch dieses kann beispielsweise ein Ventil oder eine Drosselklappe oder dergleichen sein, welches über die Steuereinheit steuerbar ist. Das dritte Strömungswiderstandselement 17 ist in Strömungsrichtung betrachtet vor der Einmündung 18 in der Abführleitung 4 angeordnet.In addition, a third flow resistance element 17 is arranged in the discharge line 4. This, for example, a valve or a throttle valve or the like may be, which is controllable via the control unit. The third flow resistance element 17 is arranged in the flow direction before the junction 18 in the discharge line 4.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Vorrichtung 1 im Hinblick auf das Aufwärmen der Brennstoffzelle 2 in einer Kaltstartphase näher erläutert. Nach einem Startvorgang bzw. während der Aufheizphase der Brennstoffzelle 2 wird eine elektrische Lastsenke mit möglichst großer Leistung benötigt. Gemäß der Erfindung ist der Kompressor 8 in der Startphase der Brennstoffzelle 2 abhängig von einem einstellbaren Betriebszustand des Kompressors 5 als elektrische Lastsenke der Brennstoffzelle 2 ausgebildet. Neben seiner eigentlichen grundsätzlichen Funktionalität, dem Fördern des Luftstroms im Normalbetrieb der Brennstoffzelle 2 zu dieser hin, wird der Kompressor 5 somit in der Kaltstartphase darüber hinaus auch als elektrische Lastsenke der Brennstoffzelle 2 vorgesehen, indem dazu ein spezifischer Betriebszustand des Kompressors 5 eingestellt wird. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Kompressor 5 in der Kaltstartphase im Volllastbetrieb betrieben wird. Dazu wird unmittelbar mit Beginn des Startens der Kompressor 5 über den Motor 6 angetrieben, welcher zu Beginn dieser Kaltstartphase über die Batterie 7 mit Energie versorgt wird. Da zu diesem frühen Zeitpunkt die Brennstoffzelle 2 noch nicht ausreichend Energie für den Motor 6 bereitstellen kann, und somit auch das schnelle Einstellen des Volllastbetriebes nicht ermöglicht werden kann, ist es vorteilhaft, die Energieversorgung über die Batterie 7 vorzunehmen.Hereinafter, the operation of the device 1 with respect to the warming up of the fuel cell 2 in a cold start phase is explained in more detail. After a starting process or during the heating phase of the fuel cell 2, an electrical load sink with the highest possible power is required. According to the invention, the compressor 8 is formed in the starting phase of the fuel cell 2 as a function of an adjustable operating state of the compressor 5 as electrical load sinks of the fuel cell 2. In addition to its actual basic functionality, the conveying of the air flow during normal operation of the fuel cell 2 toward this, the compressor 5 is thus also provided in the cold start phase as electrical load sinks of the fuel cell 2, by a specific operating condition of the compressor 5 is set. In the exemplary embodiment it is provided that the compressor 5 is operated in the cold start phase in full load operation. For this purpose, the compressor 5 is driven directly by the start of starting the compressor 5 via the motor 6, which is supplied at the beginning of this cold start phase via the battery 7 with energy. Since the fuel cell 2 can not yet provide sufficient energy for the engine 6 at this early point in time, and therefore the fast setting of the full-load operation can not be made possible, it is advantageous to supply the energy via the battery 7.

Der Kompressor 5 wird hochgefahren und versorgt dann die Brennstoffzelle 2 mit der notwendigen Luftmenge.The compressor 5 is started up and then supplies the fuel cell 2 with the necessary amount of air.

Da der Antrieb des Kompressors 5 als elektrische Lastsenke mit möglichst großer Leistung herangezogen wird, wird dann das erste Strömungswiderstandselement 13 so gestellt, dass der Kompressor 5 gegen einen möglichst großen Druck arbeiten muss. Dies führt zu einer höheren Belastung als bei einem niedrigen Gegendruck. Über dieses ersteSince the drive of the compressor 5 is used as the electric load sink with the highest possible power, then the first flow resistance element 13 is set so that the compressor 5 must work against the largest possible pressure. This results in a higher load than at a low back pressure. About this first

Strömungswiderstandselement 13 fällt der Druck des Luftstroms ab, so dass am Eintritt des Kathodenraums 21 der Brennstoffzelle 2 ein niederer Druck ansteht. Wie hoch dieser Druck sein soll, kann über das dritteFlow resistance element 13 drops the pressure of the air flow, so that at the inlet of the cathode chamber 21 of the fuel cell 2 is present at a low pressure. How high this pressure should be, can about the third

Strömungswiderstandselement 17, vorzugsweise in Verbindung mit dem zweiten Strömungswiderstandselement 16 eingestellt werden.Flow resistance element 17, preferably in conjunction with the second flow resistance element 16 can be adjusted.

Neben einer Erhöhung des Gegendrucks, gegen welchen der Kompressor 5 arbeiten muss, führt eine Erhöhung des durch den Kompressor 5 zu fördernden Massenstroms zu einer weiteren Erhöhung der notwendigen Antriebsleistung. Der maximale Leistungsbedarf des Kompressorantriebs wird also dann notwendig, wenn der Kompressor 5 gegen den höchsten Gegendruck beim größten Massenstrom betrieben wird. Dies ist im Volllastbetrieb der Fall. Dies bedeutet dann auch, dass die Brennstoffzelle 2 mit dem maximalen Luftstrom und dem sich einstellenden Druck durchströmt werden kann. Im Fortgang des Aufwärmens der Brennstoffzelle 2 in der Kaltstartphase ist dieser maximale Luftstrom und maximale Massenstrom, welcher an den Kathodenraum 21 gelangt, nicht mehr optimal für die weitere Aufwärmung bzw. den Betrieb der Brennstoffzelle 2. Da sich die Betriebsweise des Kompressors 5 direkt auf die Brennstoffzelle 2 auswirkt, würde dann im weiteren Fortgang des Aufwärmens in der Kaltstartphase eine Situation auftreten, bei der im Hinblick auf das weitere schnellstmögliche Aufwärmen der Brennstoffzelle 2 nicht mehr optimale Luftparameter an dem Kathodenraum 21 gegeben sind.In addition to an increase in the backpressure, against which the compressor 5 must work, an increase in the mass flow to be delivered by the compressor 5 leads to a further increase in the necessary drive power. The maximum Power requirement of the compressor drive is so necessary when the compressor 5 is operated against the highest back pressure at the largest mass flow. This is the case at full load. This then also means that the fuel cell 2 can be flowed through by the maximum air flow and the pressure that is established. In the course of warming up the fuel cell 2 in the cold start phase, this maximum air flow and maximum mass flow, which reaches the cathode compartment 21, no longer optimal for further warming or the operation of the fuel cell 2. Since the operation of the compressor 5 directly to the Fuel cell 2, would then occur in the further progress of the warm-up in the cold start phase, a situation in which no longer optimal air parameters are given to the cathode space 21 in view of the further fastest possible warming up of the fuel cell 2.

Damit nun die Brennstoffzelle 2 im weiteren Verlauf des Aufwärmens in der Kaltstartphase quasi unabhängig von dem Volllastbetrieb des Kompressors 5 mit den dann für die Brennstoffzelle 2 zu den jeweiligen Zeitpunkten optimalen luftseitigen Betriebsparmetern versorgt werden kann, wird über das zweite Strömungswiderstandselement 16 die in die Brennstoffzelle 2 einströmende Luftmenge geregelt. Dazu wird das Strömungswiderstandselement 16 durch die Steuereinheit so angesteuert, dass der Strömungsquerschnitt der Bypassleitung 15 weiter geöffnet oder geschlossen wird. Nach dem Zeitpunkt in dem Aufwärmprozess in der Kaltstartphase der Brennstoffzelle 2, bei dem der größtmögliche Massenstrom und der größtmögliche Luftdruck im Volllastbetrieb des Kompressors 5 an dem Kathodenraum 21 nicht mehr erwünscht ist, wird im weiteren Zeitvorgang der Kaltstartphase dann eine entsprechende Einstellung eines oder mehrerer Strömungswiderstandselement 13, 16 und 17 durchgeführt. Der Kompressor 5 wird jedoch weiterhin unter Volllast betrieben.So that the fuel cell 2 can be supplied in the further course of the warm-up in the cold start phase quasi independent of the full load operation of the compressor 5 with the then optimal for the fuel cell 2 at the respective times air-side Betriebsparmetern, via the second flow resistance element 16 into the fuel cell. 2 inflowing air volume regulated. For this purpose, the flow resistance element 16 is controlled by the control unit so that the flow cross section of the bypass line 15 is further opened or closed. After the time in the warm-up process in the cold start phase of the fuel cell 2, in which the maximum mass flow and the maximum air pressure in full load operation of the compressor 5 on the cathode chamber 21 is no longer desirable, then in the further time process of the cold start phase, a corresponding adjustment of one or more flow resistance element 13, 16 and 17 performed. However, the compressor 5 continues to operate under full load.

Soll also ein im Vergleich zum maximalen Luftmassenstrom verringerter Luftmassenstrom im weiteren Fortgang des Aufwärmens in der Kaltstartphase an den Kathodenraum 21 gelangen, so wird die Stellung des zweitenThus, if a reduced compared to the maximum air mass flow air mass flow in the further progress of the warm-up in the cold start phase to the cathode chamber 21, the position of the second

Strömungswiderstandselements 16 soweit geöffnet, damit nur noch der gewünschte Luftmassenstrom an den Kathodenraum 21 gelangt. Der restliche Massenstrom wird dann über die Bypassleitung 15 in die Abführleitung 4 geführt.Flow resistance element 16 so far opened so that only the desired air mass flow reaches the cathode chamber 21. The remaining mass flow is then guided via the bypass line 15 into the discharge line 4.

Hat die Brennstoffzelle 2 somit während der Kaltstartphase bereits einen gewissen Aufwärmprozess erfahren, so kann gerade deswegen erwünscht sein, dass nicht mehr der volle Massenstrom und der volle Luftdruck beim Volllastbetrieb des Kompressors 5 an den Kathodenraum 21 gelangt. Durch die Drosselung des Massenstroms und/oder des Luftdrucks kann dann insbesondere verhindert werden, dass im weiteren Fortgang des Aufwärmens in der Kaltstartphase ein zu starker Wasseraustrag aus der Brennstoffzelle 2 auftritt und es kann somit deren Austrocknung verhindert werden.If the fuel cell 2 has already experienced a certain warm-up process during the cold start phase, it may be desirable for the full mass flow and the full air pressure to reach the cathode space 21 during full-load operation of the compressor 5. By throttling the mass flow and / or the air pressure can then be prevented in particular that in the further progress of the warm-up in the cold start phase, an excessive water discharge from the fuel cell 2 occurs and thus their dehydration can be prevented.

Um den Druck des Luftstroms an der Brennstoffzelle 2 unabhängig von dem eintretenden bzw. durch die Bypassleitung 15 geführten Luftmassenstroms zu machen, dient das dritte Strömungswiderstandselement 17. Somit kann der Kompressor 5 im Wesentlichen in der gesamten Kaltstartphase im Volllastbetrieb betrieben werden und dennoch lassen sich im Fortgang der gesamten Zeitdauer der Kaltstartphase davon unabhängig die für die Brennstoffzelle 2 optimalen luftseitigen Betriebsparameter einstellen. Dadurch kann der Aufwärmprozess optimiert werden. Von Vorteil ist hierbei auch, dass dadurch, dass der Kompressor 5 im Volllastbetrieb betrieben wird (maximaler Massenstrom bei maximalem Druckverhältnis), durch die Verdichtung der Luft eine maximale Wärmemenge entsteht, die im Ladeluftkühler 8 an den Kühlkreislauf 9 der Brennstoffzelle 2 abgegeben werden kann und somit ebenfalls zu einer schnelleren Erwärmung der Brennstoffzelle 2 beigetragen wird.In order to make the pressure of the air flow to the fuel cell 2 independent of the incoming or guided through the bypass line 15 air mass flow, serves the third flow resistance element 17. Thus, the compressor 5 can be operated in full load operation substantially throughout the cold start phase and yet can be in Continuing the entire period of the cold start phase thereof independently set the optimal for the fuel cell 2 air side operating parameters. This allows the warm-up process to be optimized. The advantage here is that by the fact that the compressor 5 is operated at full load (maximum mass flow at maximum pressure ratio), the compression of the air creates a maximum amount of heat that can be delivered in the charge air cooler 8 to the cooling circuit 9 of the fuel cell 2 and thus also contributes to a faster heating of the fuel cell 2.

Besonders bevorzugt erweist es sich somit durch die Komponenten der drei Strömungswiderstandselemente 13, 16 und 17, sowie die Bypassleitung 15, dass zu bestimmten Zeitphasen während der Kaltstartphase eine im Hinblick auf die optimale Aufwärmung der Brennstoffzelle 2 gestaltete Dosierung des an dem Kathodenraum 21 eintreffenden Luftmassenstroms und des Drucks des Luftstroms durchgeführt wird.It is thus particularly preferred by the components of the three flow resistance elements 13, 16 and 17, as well as the bypass line 15, that at certain time phases during the cold start phase designed with regard to the optimal heating of the fuel cell 2 dosage of the arriving at the cathode space 21 air mass flow and the pressure of the air flow is performed.

In besonders effektiver Weise können die Strömungswiderstandselemente 13 und 16 als einfache Drosselelemente aufgebaut werden. Hier ist insbesondere im Hinblick auf Bauraum, Funktionalität, Zuverlässigkeit und Verschleißarmut eine Vorteilhaftigkeit gegeben. Darüber hinaus kann die ganze Ausgestaltung bauraumminimiert und gewichtsminimiert bereitgestellt werden.In a particularly effective manner, the flow resistance elements 13 and 16 can be constructed as a simple throttle elements. Here, in particular with regard to installation space, functionality, reliability and low wear, there is an advantage. In addition, the entire design space can be minimized and provided minimal weight.

Zumindest eines der Strömungswiderstandselemente 13, 16 und 17 kann auch zur sonstigen Regelung desAt least one of the flow resistance elements 13, 16 and 17 can also for other control of

Brennstoffzellensystems eingesetzt werden. Es kann eine maximale Leistungsausnutzung des Kompressorantriebs als elektrische Lastsenke und eine davon unabhängige Einstellung der Luftparameter der Brennstoffzelle 2 gewährleistet werden. Dadurch lassen sich schnellere Aufwärmzeiten des Brennstoffzellensystems erreichen, wodurch wiederum die Zeit bis zum Erreichen der maximalen Antriebsleistung verkürzt werden kann.Fuel cell system can be used. It is possible to ensure maximum power utilization of the compressor drive as electrical load sink and independent adjustment of the air parameters of the fuel cell 2. As a result, faster warm-up times of the fuel cell system can be achieved, which in turn reduces the time can be shortened to reach the maximum drive power.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Brennstoffzelle 2 beispielsweise eine maximale Nennleistung von etwa 80 kW aufweist. Die Kaltstartphase, welche die Zeitdauer darstellt, bis im Wesentlichen diese maximale Nennleistung der Brennstoffzelle 2 erreicht ist, kann durch die Erfindung deutlich reduziert werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Energieversorgung des Motors 6 über die Batterie 7 mit fortschreitender Dauer des Aufwärmens in der Kaltstartphase anteilig immer mehr von der Brennstoffzelle 2 übernommen wird. Insbesondere dann, wenn die Brennstoffzelle in der Kaltstartphase eine Leistung von mindestens 10 kW, insbesondere zwischen 10 kW und 20 kW bereitstellen kann, wird die Energieversorgung des Motors 6 vollständig von der Brennstoffzelle 2 übernommen. It is preferably provided that the fuel cell 2, for example, has a maximum rated power of about 80 kW. The cold start phase, which represents the time until substantially this maximum rated power of the fuel cell 2 is reached, can be significantly reduced by the invention. It is preferably provided that the energy supply of the motor 6 via the battery 7 with increasing duration of the warm-up in the cold start phase proportionately more and more of the fuel cell 2 is taken over. In particular, when the fuel cell in the cold start phase can provide a power of at least 10 kW, in particular between 10 kW and 20 kW, the power supply of the motor 6 is completely taken over by the fuel cell 2.

Claims

Patentansprüche claims

1. Vorrichtung zum Aufwärmen einer Brennstoffzelle (2) in einer Startphase, mit einer zum Kathodenraum (21) der Brennstoffzelle (2) führenden Zuführleitung (3), mit welcher ein Kompressor (5, 6) verbunden ist, der mittels der Brennstoffzelle (2) mit Energie versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (5, 6) in der Startphase der Brennstoffzelle (2) abhängig von einem einstellbaren Betriebszustand des aktivierten Kompressors (5, 6) als elektrische Lastsenke der Brennstoffzelle (2) ausgebildet ist.1. A device for warming up a fuel cell (2) in a starting phase, with a cathode to the space (21) of the fuel cell (2) leading supply line (3), with which a compressor (5, 6) is connected, by means of the fuel cell (2 ) can be supplied with energy, characterized in that the compressor (5, 6) in the starting phase of the fuel cell (2) depending on an adjustable operating state of the activated compressor (5, 6) is designed as electrical load sink of the fuel cell (2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einstellbare Betriebszustand des Kompressors (5, 6) der Volllastbetrieb ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the adjustable operating state of the compressor (5, 6) is the full load operation.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass ein den Kompressor (5, 6) als elektrische Lastsenke für die Brennstoffzelle (2) charakterisierender spezifischer Betriebszustand im Wesentlichen über die gesamte Zeitdauer der Startphase eingestellt ist.3. A device according to claim 1 or 2, characterized in that a compressor (5, 6) as electrical load sink for the fuel cell (2) characterizing specific operating state is set substantially over the entire duration of the starting phase.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (5, 6) zu Beginn der Startphase von einer zur Brennstoffzelle (2) separaten Energiequelle, insbesondere einer Batterie (7), mit Energie versorgbar ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor (5, 6) can be supplied with energy at the beginning of the starting phase by a separate energy source from the fuel cell (2), in particular a battery (7).

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführleitung (3) zwischen dem Kompressor (5, 6) und dem Kathodenraum (21) der Brennstoffzelle (2) ein erstes Strömungswiderstandselement (13) angeordnet ist, und ein zweites Strömungswiderstandselement (16) in einer Bypassleitung (15) angeordnet ist, welche die Zuführleitung (3) mit einer von dem Kathodenraum (21) wegführenden Abführleitung (4) verbindet.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the feed line (3) between the compressor (5, 6) and the cathode space (21) of the fuel cell (2) a first flow resistance element (13) is arranged, and a second Flow resistance element (16) in a bypass line (15) is arranged, which connects the supply line (3) with a of the cathode space (21) leading away discharge line (4).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand des Kompressors (5, 6) abhängig von dem durch zumindest ein Strömungswiderstandselement (13, 16, 17) eingestellten Strömungsquerschnitt der zugeordneten Leitung (3, 4, 15) einstellbar ist.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the operating state of the compressor (5, 6) is adjustable depending on the by at least one flow resistance element (13, 16, 17) adjusted flow cross section of the associated line (3, 4, 15).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der im Betrieb des Kompressors (5, 6) erzeugte und an dem Kathodenraum (21) auftretende Druck des Oxidations- mittelstroms durch das erste Strömungswiderstandselement (13), und der an dem Kathodenraum (21) anströmende Massenstrom durch das zweite Strömungselement (16) einstellbar ist.7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that during operation of the compressor (5, 6) generated and on the cathode space (21) occurring pressure of the oxidant flow through the first flow resistance element (13), and the cathode space (21) inflowing mass flow through the second flow element (16) is adjustable.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (15) zwischen dem ersten Strömungswiderstandselement (13) und dem Kathodenraum (21) von der Zuführleitung (3) abzweigt.8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the bypass line (15) branches off between the first flow resistance element (13) and the cathode space (21) of the supply line (3).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des in der Bypassleitung (15) strömenden Gases von der Zuführleitung (3) in Richtung der Abführleitung (4) orientiert ist.9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the flow direction of the in the bypass line (15) flowing gas from the supply line (3) in the direction of the discharge line (4) is oriented.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung eines Strömungswiderstandselements (13, 16, 17) abhängig von Zustandsparametern der Brennstoffzelle (2) und/oder zeitabhängig nach dem Starten der Brennstoffzelle (2) während der Startphase durch eine Steuereinheit steuerbar ist.10. Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the position of a flow resistance element (13, 16, 17) depending on the state parameters of the fuel cell (2) and / or time-dependent after starting the fuel cell (2) during the starting phase by a control unit is controllable.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladeluftkühler (8) mit der Zuführleitung (3) und mit einem Kühlkreislauf (9) gekoppelt ist, wobei der Kühlkreislauf (9) mit der Brennstoffzelle (2) gekoppelt ist, und die bei einem den Kompressor (5, 6) als elektrische Lastsenke definierenden spezifischen Betriebszustand des Kompressors (5, 6) erzeugte Verdichtungswärme der Brennstoffzelle (2) über den Ladeluftkühler (8) dem Kühlkreislauf (9), und über den Kühlkreislauf (9) der Brennstoffzelle (2) zuführbar ist.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a charge air cooler (8) with the supply line (3) and with a cooling circuit (9) is coupled, wherein the cooling circuit (9) is coupled to the fuel cell (2), and the heat of compression of the fuel cell (2) via the charge air cooler (8) to the cooling circuit (9) and to the cooling circuit (9) during a specific operating state of the compressor (5, 6) defining the electric load depression as the electric load depression Fuel cell (2) can be fed.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftkühler (8) zwischen dem Kompressor (5, 6) und dem ersten Strömungswiderstandselement (13) in der Zuführleitung (3) angeordnet ist.12. The device according to claim 11, characterized in that the charge air cooler (8) between the compressor (5, 6) and the first flow resistance element (13) in the supply line (3) is arranged.

13. Verfahren zum Aufwärmen einer Brennstoffzelle (2) in einer Startphase, mit einer zur Kathodenseite (21) der Brennstoffzelle (2) führenden Zuführleitung (3), mit welcher ein Kompressor (5, 6) verbunden ist, welcher mittels der Brennstoffzelle (2) mit Energie versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (5, 6) während der Startphase der Brennstoffzelle (2) abhängig von einem einstellbaren Betriebszustand des aktivierten Kompressors (5, 6) als e- lektrische Lastsenke der Brennstoffzelle (2) betrieben wird.13. A method for warming up a fuel cell (2) in a starting phase, with a to the cathode side (21) of the fuel cell (2) leading supply line (3), with which a compressor (5, 6) is connected, which by means of the fuel cell (2 ) can be supplied with energy, characterized in that the compressor (5, 6) during the start phase of the fuel cell (2) depending on an adjustable operating state of the activated compressor (5, 6) as e- lektrische Lastsenke the fuel cell (2) is operated.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Batterie als weitere Lastsenke von der Brennstoffzelle geladen wird. 14. The method according to claim 13, characterized in that a battery is charged as a further load sink of the fuel cell.