Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, mit einem Brennstoffzellensystem, wobei das Brennstoffzellensystem einen fluidleitend mit der Umgebung verbundenen kathodenseitigen Strömungspfad zum Transport von Luft aus der Umgebung (U) zum Brennstoffzellensystem hin, und zum Transport eines Kathodenabgases von dem Brennstoffzellensystem in die Umgebung (U) aufweist, sowie eine mit dem kathodenseitigen Strömungspfad fluidleitend verbundene fluidführende Komponente, die dazu eingerichtet ist, Ansammlungen von Kondensat aus der Luft bzw. dem Kathodenabgas aufzunehmen, und das Fahrzeug eine vom Brennstoffzellensystem unabhängige Druckluftversorgung aufweist, die dazu eingerichtet ist, trockene Druckluft bereitzustellen.

Verfahren der vorstehend genannten Art sind allgemein bekannt. Wasserstoff ist im Zuge der Energiewende eine Energieform, die im Automobilsektor, und insbesondere auch im Nutzfahrzeugsektor, zunehmend an Bedeutung gewinnt. Eine zentrale Herausforderung beim Betrieb von Brennstoffzellensystemen ist der Wirkungsgrad im Betrieb des Brennstoffzellensystems sowie die Standfestigkeit des Brennstoffzellensystems. Innerhalb des Brennstoffzellensystems wird durch Verdichteranordnungen neben der Bereitstellung von Sauerstoff (Luft) als kathodenseitigem Reaktanten, und durch Expanderanordnungen die Abführung des die Brennstoffzelle verlassenden Kathodenabgases vorgenommen, wobei Verdichter und Expander nicht zwingend, aber häufig, als integrierte Baueinheiten ausgebildet sind.

Nach dem Durchlaufen der Brennstoffelle weist das Kathodenabgas ein Stoffgemisch aus Wasser und Luft auf, in dem sich sowohl tropfenförmiges Wasser befindet, wie auch mit hohem Sättigungsgrad in der Luft gebundenes Wasser. Vor dem Durchlaufen der Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems kann ebenfalls Feuchtigkeit in der Umgebungsluft vorhanden sein, die in den kathodenseitigen Strömungspfad eintritt.

Beim Transport der Luft und/oder des Kathodenabgases durch den Strömungspfad kann es teilweise im Betrieb, vor allem aber auch im Anschluss an den Betrieb, des Brennstoffzellensystems zu einer Abkühlung der Luft und/oder des Kathodenabgases kommen, wodurch Wasser aus kondensiert. Auch ein Druckabfall im Strömungspfad führt zu einem Auskondensieren von Wasser aus der Luft bzw. dem Kathodenabgas.

Wenngleich ungewollt, so gibt es zwangsläufig innerhalb des Strömungspfades an den fluidführenden Komponenten des Brennstoffzellensystems immer Stellen, an denen sich Kondensat ansammeln kann. Insoweit vorstehend davon die Rede ist, dass eine fluidführende Komponente dazu eingerichtet ist, Ansammlungen von Kondensat aus der Luft bzw. dem Kathodengas aufzunehmen, so ist hierunter zu verstehen, dass die Komponenten auch ungewollt aufgrund der räumlichen oder technischen Anforderungen Bereiche aufweisen, in denen sich Kondensat ansammeln kann und in diesem Sinne von der Komponente aufgenommen wird.

Wasser kann langfristig zu Korrosion führen, jedenfalls aber auch zu erhöhter Reibung bei beweglichen fluidführenden Komponenten und sich nachteilig auf den Wirkungsgrad und/oder die Standfestigkeit der fluidführenden Komponenten und damit das Brennstoffzellensystem als Ganzes auswirken. Gefriert das Kondensat innerhalb der fluidführenden Komponenten, drohen Beschädigungen der Komponenten und im schlimmsten Fall ein Funktionsausfall des Brennstoffzellensystems.

Es sind aus dem Stand der Technik Ansätze bekannt, in denen vorgeschlagen wurde, die Verdichteranordnungen des Brennstoffzellensystems im Anschluss an einen Betrieb des Brennstoffzellensystems weiter zu betreiben, die Brennstoffzelle selbst zu trocknen. Solche Systeme sind beispielswiese beschrieben in DE102020202283 A1 oder in DE102019214748 A1 .

Es hat sich aber gezeigt, dass die Trocknung mit dem systemeigenen Verdichter nicht garantieren kann, dass sich wirklich kein Wasser an kritischen Stellen im kathodenseitigen Strömungspfad ansammelt.

Demzufolge lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art die vorstehend beschriebenen Nachteile möglichst weitgehend zu überwinden. Insbesondere lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches eine zuverlässigere Trocknung der fluidführenden Komponenten des Brennstoffzellensystems ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie ein Verfahren nach Anspruch 1 vorschlägt. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass das Verfahren einen Schritt des Einblasens der Druckluft mittels der Druckluftversorgung in den kathodenseitigen Strömungspfad umfasst, derart, dass die fluidführende Komponente von der Druckluft durchströmt und vorhandene Luft und/oder vorhandenes Kathodenabgas und/oder Kondensat aus der fluidführenden Komponente in Richtung der Umgebung verdrängt wird.

Sofern im Zusammenhang mit der Erfindung von trockener Druckluft gesprochen wird, so ist hierunter Druckluft zu verstehen, die gemäß ISO 8573- 1 :2010 in Klasse 6 oder besser liegt, vorzugsweise in Klasse 4 oder besser.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass sich im Stand der Technik in der nach dem Betrieb mittels des Verdichters durch die Brennstoffzelle getriebenen Luft noch immer Feuchtigkeit befindet, welche in Folge äußerer Einflüsse, vor allem Abkühlung des Systems, und/oder der Umgebung, kondensieren und sich an den entsprechenden Stellen in den fluidführenden Komponenten ansammeln kann. Die Erfindung setzt hier an und nutzt den Umstand aus, dass im (Nutz-) Fahrzeug, bei dem das eingangs bezeichnete Verfahren zur Anwendung kommt, bereits eine Druckluftversorgung mit trockener Druckluft vorhanden ist, weil jene beispielsweise für eine Bremsanlage und/oder ein Luftfahrwerk des (Nutz-) Fahrzeugs benötigt wird. Die Erfindung schlägt vor, anstelle der Luft, die von einer etwaigen Verdichteranordnung des Brennstoffzellensystems bereitgestellt werden könnte, und welche immer eine gewisse Restfeuchte aus der Umgebung mit in das System einschleppt, die bereits technisch aufbereitete trockene Druckluft der Druckluftversorgung zu nutzen, und diese in den Strömungspfad so einzublasen, dass die noch im System befindliche, Feuchtigkeit der Luft bzw. des Kathodenabgases ausgetrieben wird, und etwaige innerhalb des Brennstoffzellensystems befindliche Ansammlungen von Kondensat mitgerissen und aus dem System ausgetrieben werden.

Die Erfindung nutzt hierbei aus, dass die Druckluftversorgung des Nutzfahrzeuges ohnehin darauf ausgelegt ist, Druckluft bei einem Betriebsdruck bereitzustellen, der deutlich höher ist als derjenige Druck, den etwaige Verdichteranordnungen des Brennstoffzellensystems bereitstellen würden, und dass diese ohne zusätzliche Druckbeaufschlagung bereits in ausreichend hohen Massenströmen in den Strömungspfad eingeblasen werden kann, um ein Mitreißen der Kondensatansammlungen sicherzustellen. Die nötigen Betriebsparameter Druck und Massenstrom lassen sich in einfachen Vorversuchen empirisch ermitteln, und die Menge der einzublasenden trockenen Druckluft in allgemein bekannter Weise kalibrieren.

Damit schlägt die Erfindung eine Lösung vor, die für sämtliche fluidführenden Komponenten des Brennstoffzellensystems eingesetzt werden kann, sofern die jeweilige fluidführende Komponente mit Druckluftleitungen konstruktiv erreichbar ist.

Die Erfindung ermöglicht es, und sieht es in bevorzugten Ausführungsformen vor, eine oder mehrere fluidführende Komponenten zeitgleich oder nacheinander durch Einblasen von Druckluft von Feuchtigkeit zu befreien. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Inbetriebnehmens der fluidführenden Komponente, wobei der Schritt des Einblasens der trockenen Druckluft zeitlich vor oder zeitgleich mit dem Inbetriebnehmen begonnen wird.

Vorzugsweise ist die Druckluftversorgung dazu eingerichtet, trockene Druckluft bei einem Betriebsdruck von 8,0 bar oder mehr bereitzustellen, und das Verfahren umfasst den Schritt des Reduzierens des Drucks zum Einblasen auf einen Einblasdruck von 6,0 bar oder weniger, vorzugsweise in einem Bereich von 3,0 bar bis 5,5 bar. Es hat sich herausgestellt, dass gegenüber dem Betriebsdruck, den die Druckluftversorgung üblicherweise bereitstellt, und der regelmäßig oberhalb von 8,0 bar liegt, das Herabsetzen des Drucks einen besseren Feuchtigkeits- und Partikelaustrag nach sich zieht. Insbesondere wird das Einblasen bei diesem reduzierten Einblasdruck und gleichzeitig dem maximal verfügbaren Volumenstrom bei dem Einblasdruck durchgeführt, um einen möglichst hohen Mitreißeffekt zu erzielen.

Vorzugsweise wird der Schritt des Einblasens der trockenen Druckluft zeitlich vor dem Inbetriebnehmen der fluidführenden Komponente begonnen und auch abgeschlossen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Betrieb des Brennstoffzellensystems frei von Beeinträchtigungen durch Luftfeuchtigkeit oder Kondensat ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich einen Schritt des Außerbetriebsetzens der fluidführenden Komponente, wobei der Schritt des Einblasens der Druckluft zeitlich nach oder zeitgleich mit dem Außerbetriebsetzen begonnen wird. Abhängig von den Umgebungsbedingungen kann es vorteilhaft sein, den Schritt des Einblasens der trockenen Druckluft so bald wie möglich nach dem Außerbetriebsetzen der fluidführenden Komponente oder sogleich mit dem Außerbetriebsetzen der fluidführenden Komponente vorzunehmen. Die Erfindung kann aber auch vorteilhaft genutzt werden, wenn vor dem Einblasen der Druckluft, und nach dem Außerbetriebsetzen der fluidführenden Komponente erst eine gewisse Zeit zugewartet wird, damit eine gewisse Abkühlung des Systems stattfinden kann. Hierdurch wird auch verhindert, dass sich das Einblasen der trockenen Druckluft in den kathodenseitigen Strömungspfad den Betrieb des Brennstoffzellensystems negativ beeinflussen könnte.

Besonders bevorzugt wird der Schritt des Einblasens trockener Druckluft nach Außerbetriebsetzen der fluidführenden Komponente, zusätzlich in einem Verfahren durchgeführt, welches auch ein Einblasen von trockener Druckluft vor dem Inbetriebnehmen der fluidführenden Komponente beinhaltet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt der Schritt des Einblasens der trockenen Druckluft für eine vorbestimmte Spüldauer, die vorzugsweise in einem Bereich von fünf Sekunden oder länger liegt, weiter vorzugsweise in einem Bereich von zehn Sekunden oder länger, und besonders bevorzugt in einem Bereich von 15 Sekunden oder länger.

Die vorstehend bezeichneten bevorzugten Bereiche werden in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach oben hin durch eine maximale Spüldauer von 30 Sekunden oder weniger begrenzt.

Weiter vorzugsweise beträgt die Spüldauer nicht länger als 20 Sekunden. Es hat sich herausgestellt, dass nach Verstreichen der vorgenannten Spüldauern keine Restfeuchte oder nur noch eine so geringe Restfeuchte im System vorhanden ist, dass eine nachteilige Beeinträchtigung des Brennstoffzellensystembetriebs zuverlässig ausgeschlossen ist.

Ein Fortsetzen des Spülvorgangs über diese Zeit hinaus, würde keinen messbaren Vorteil mehr erzielen. Daher ist das Begrenzen der maximalen Spüldauer ressourcenschonend ohne nachteiligen Effekt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die fluidführende Komponente eine Expanderstufe einer Verdichteranordnung des Brennstoffzellensystems, welche vorzugsweise eine Expanderkammer und/oder ein Expanderrad aufweist. Alternativ oder zusätzlich weist die fluidführende Komponente eine Luftlageranordnung einer Verdichteranordnung des Brennstoffzellensystems auf, welche Vorzugsweise ein oder mehrere Luftlager aufweist, die fluidleitend mit der Expanderstufe verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich weist die fluidführende Komponente einen Kondensatabscheider des Brennstoffzellensystems auf. Der Kondensatabscheider ist vorzugsweise im kathodenseitigen Strömungspfad des Kathodenabgases angeordnet, also beispielsweise stromabwärts der Brennstoffzelle, aber stromaufwärts einer Expanderstufe. Mit dem Kondensatabscheider, auch Tröpfchenabscheider genannt, können zumindest die Tropfen vom vorliegenden Wasseranteil aus dem Kathodenabgas entfernt werden. Das Einblasen von Druckluft in den Kondensatabscheider verbessert und beschleunigt den Austrag von Feuchtigkeit aus jener Komponente, genauso wie aus den anderen vorgenannten Komponenten. Auch hier wird das Risiko einer Beschädigung im Winter infolge Gefrierens vorteilhaft reduziert.

Alternativ oder zusätzlich weist die fluidführende Komponente eine Verdichterstufe einer Verdichteranordnung des Brennstoffzellensystems auf, welche vorzugsweise eine Expanderkammer und/oder ein Expanderrad aufweist. Auch bei Verdichterstufen der vorgenannten Art wird das Risiko von Beschädigungen aufgrund der Feuchtigkeits- und/oder Partikelansammlung durch das Einblasen von trockener Druckluft vorteilhaft reduziert. Die Verdichterstufe weist hierzu vorzugsweise entsprechende Auslassbohrungen auf, die während des Einblasens geöffnet werden können, und während des Betriebs des Brennstoffzellensystems geschlossen werden können.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Druckluftversorgung einer pneumatischen Bremsanlage des Fahrzeugs, insbesondere einer Mehrkreisbremsanlage zugeordnet. Im Falle der Zuordnung zur Mehrkreis- Bremsanlage ist die Druckluftversorgung vorzugsweise an einen Nebenverbraucherkreis der Bremsanlage angeschlossen. Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines ersten Aspekts bezugnehmend auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ferner ein Brennstoffzellensystem zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, welches eine von dem Brennstoffzellensystem unabhängige Druckluftversorgung aufweist, die dazu eingerichtet ist, trockene Druckluft bereitzustellen, wobei das Brennstoffzellensystem einen fluidleitend mit der Umgebung verbunden kathodenseitigen Strömungspfad zum Transport von Luft aus der Umgebung zum Brennstoffzellensystem hin, und zum Transport eines Kathodenabgases von dem Brennstoffzellensystem in die Umgebung aufweist, sowie eine mit dem Strömungspfand fluidleitend verbundene fluidführende Komponente, die dazu eingerichtet ist, Ansammlungen von Kondensat aus der Luft bzw. dem Kathodengas aufzunehmen.

Die Erfindung löst die eingangs für das Verfahren bereits geschilderte Aufgabe auch bei einem Brennstoffzellensystem der vorgenannten Art, indem das Brennstoffzellensystem eine Ventilanordnung aufweist, die zwischen einer Sperrstellung und einer Freigabestellung hin- und herschaltbar ist, wobei die Ventilanordnung in der Freigabestellung fluidleitend mit dem kathodenseitigen Strömungspfad verbunden und dazu eingerichtet ist, in der Freigabestellung die Druckluftversorgung zum Einblasen von Druckluft in den kathodenseitigen Strömungspfad mit dem Strömungspfad derart zu verbinden, dass die fluidführende Komponente von der Druckluft durchströmt und vorhandene Luft bzw. vorhandenes Kathodenabgas und/oder Kondensat aus der fluidführenden Komponente in Richtung der Umgebung verdrängt wird.

Die Erfindung macht sich hinsichtlich des Brennstoffzellensystems dieselben Vorteile zunutze wie das erfindungsgemäße Verfahren des ersten Aspekts. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind zugleich bevorzugte Ausführungsformen des Brennstoffzellensystems des zweiten Aspekts und umgekehrt, weswegen zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf die obigen Ausführungen verwiesen wird sowie auf die folgenden Ausführungen zum Brennstoffzellensystem bezüglich der bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Brennstoffzellensystems ist die Ventilanordnung ansteuerbar und dazu eingerichtet, signalleitend mit einem Steuergerät verbunden zu werden, wobei das Steuergerät vorzugsweise als Bremssteuergerät oder Anhängerbremssteuergerät ausgebildet ist.

Das Steuergerät ist vorzugsweise in allgemein bekannter Weise aufgebaut, d. h. es weist Prozessormittel sowie einen oder mehrere Datenspeicher auf, und ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren jedenfalls partiell auszuführen. Vorzugsweise ist das Steuergerät dazu eingerichtet, in dem Verfahren des ersten Aspekts durch Ansteuern der Ventilanordnung das Einblasen von Druckluft in den kathodenseitigen Strömungspfad zu steuern.

Die Ventilanordnung kann pneumatisch, elektrisch, elektropneumatisch oder hydraulisch angesteuert sein.

Je nachdem, ob ein oder mehrere fluidführende Komponenten im Brennstoffzellensystem durch Einblasen von Druckluft von Feuchtigkeit befreit werden sollen, kann die Ventilanordnung ein oder mehrere ansteuerbare Einoder Mehrwegeventile umfassen. Die Ventilanordnung ist in bevorzugten Ausführungsformen dazu eingerichtet, ein oder mehrere dieser Ventile simultan oder einzeln anzusteuern, um die jeweils fluidleitend mit den Ventilen der Ventilanordnung verbundenen fluidführenden Komponenten von Feuchtigkeit zu befreien.

Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einem Brennstoffzellensystem nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, und einem Steuergerät, welches signalleitend mit der Ventilanordnung verbunden und dazu eingerichtet ist, in einem Verfahren nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen die Ventilanordnung zum Einblasen der Druckluft anzusteuern, wobei das Steuergerät vorzugsweise als Steuergerät oder Anhängersteuergerät ausgebildet ist.

Das Fahrzeug macht dieselben Vorteile zunutze wie das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem des zweiten Aspekts und das erfindungsgemäße Verfahren des ersten Aspekts. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und des Brennstoffzellensystems sind somit zugleich auch bevorzugte Ausführungsformen des Fahrzeugs und umgekehrt, weswegen zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Brennstoffzellensystem gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 2 eine exemplarische schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Fahrzeugs gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist schematisch ein Fahrzeug 200, insbesondere ein Nutzfahrzeug, gezeigt. Das Fahrzeug 200 weist ein Brennstoffzellensystem 100 und ein Bremssystem 300 auf.

Das Brennstoffzellensystem 100 weist eine Brennstoffzelle 101 auf, welche von einer Verdichteranordnung 1 kathodenseitig mit Luft L versorgt wird. Die Verdichteranordnung 1 weist ein Verdichtergehäuse 3 auf, in dem eine Rotorwelle 5 angeordnet ist. Die Rotorwelle 5 wird mittels einer elektrischen Maschine 7 angetrieben und von einer Luftlageranordnung 9 berührungsfrei gelagert. Die Luftlageranordnung 9 weist mehrere Luftlager auf, von denen hier exemplarisch ein erstes Radialluftlager 9a und ein zweites Radialluftlager 9b gezeigt sind. Zweckmäßigerweise weist die Luftlageranordnung 9 auch ein oder mehrere Axial-Luftlager auf, die aber für das Verständnis der Erfindung nicht relevant sind und deshalb zur besseren Übersichtlichkeit in Fig. 1 ausgeblendet sind.

Die Verdichteranordnung 1 weist eine Verdichterstufe 11 auf, mit einer Verdichterkammer 13 und einem darin angeordneten Verdichterrad 15, welches infolge einer Rotation der Rotorwelle 5 aus der Umgebung U Luft L ansaugt, verdichtet und über einen (ersten) kathodenseitigen Strömungspfad 14 zur Reaktantenzufuhr an die Brennstoffzelle 101 fördert.

Nach Umsetzung in der Brennstoffzelle 101 wird über einen (zweiten) kathodenseitigen Strömungspfad 16 ein Kathodenabgas LK ZU einer Expanderstufe 17 gefördert, welche eine Expanderkammer 19 und ein darin angeordnetes Expanderrad 21 aufweist. In der Expanderkammer 19 wird mittels des Expanderrads 21 das Kathodenabgas LK entspannt und im Anschluss an die Umgebung U weitergefördert.

Im kathodenseitigen Strömungspfad 16 ist zwischen der Brennstoffzelle 101 und der Expanderstufe 17 ein Kondensatabscheider 23 angeordnet, welcher dazu ausgebildet ist, tropfenförmiges Wasser und sich etwaig weiteres ansammelndes Kondensat K zu sammeln und aus dem Kathodenabgas LK abzuführen, vorzugsweise auch in Richtung der Umgebung U.

Kondensat K kann sich nicht nur im Kondensatabscheider 23 ansammeln, sondern auch in weiteren Bereichen des Strömungspfades 16, so beispielsweise innerhalb der Expanderkammer 19, und auch innerhalb der Luftlageranordnung 9, welche konstruktionsbedingt aufgrund der berührungsfreien Lagerung fluidleitend mit dem Strömungspfad 16 und dort zunächst mit der Expanderkammer 19, verbunden ist. Deshalb ist exemplarisch auch in diesen Bereichen des Brennstoffzellensystems 100 die potentielle Anwesenheit von Kondensat K angedeutet. Der Kondensatabscheider 23, die Expanderstufe 17 und die Luftlageranordnung 9 sind mithin exemplarisch als fluidführende Komponenten 24 zu verstehen.

Das Fahrzeug 200 weist eine Ventilanordnung 25 auf, welche über jeweils dedizierte Fluidleitungen 27a, 27b, 27c fluidleitend mit den fluidführenden Komponenten 24 verbunden ist.

Die Ventilanordnung 25 kann konstruktiv dem Brennstoffzellensystem 100 zugeordnet sein, sie kann optional aber auch konstruktiv dem Bremssystem 300 zugeordnet sein, abhängig von den Einbaubedingungen und Kundenanforderungen. Die Ventilanordnung 25 kann auch separat sowohl zum Bremssystem 300 als auch zum Brennstoffzellensystem 100 als dedizierte Ventilanordnung an einer günstigen Stelle im Fahrzeug 200 angeordnet werden. Maßgeblich ist die funktionale Zuordnung. Die Ventilanordnung 25 kann wahlweise so gestaltet sein, dass sie ein oder mehrere Mehrwegeventile aufweist, oder jeweils dedizierte Einfachventile.

Die Ventilanordnung 25 ist zwischen einer Freigabestellung F und einer Sperrstellung hin- und herschaltbar, und dazu eingerichtet in der Freigabestellung F eine fluidleitende Verbindung zwischen einer Druckluftversorgung 301 des Bremssystems 300 und den fluidführenden Komponenten 24 im kathodenseitigen Strömungspfad 16 herzustellen, so dass trockene Druckluft LT in den kathodenseitigen Strömungspfad 16 und insbesondere in die fluidführenden Komponenten 24 eingeblasen werden kann. Dies hat zur Folge, dass die trockene Druckluft LT die potentiell feuchtebehaftete Luft des Kondensatabgases LK verdrängt und auch etwaig angesammeltes Kondensat K aus den fluidführenden Komponenten 24 vertreibt.

Das Bremssystem weist vorzugsweise einen Partikelfilter 303 auf, der der Ventilanordnung 25 vorgeschaltet ist. Das Bremssystem 300 weist ein (erstes) Steuergerät 305 auf, welches vorzugsweise als Bremssteuergerät oder Anhängerbremssteuergerät ausgebildet ist, welches dazu eingerichtet ist, die Ventilanordnung 25 für eine vorbestimmte Spüldauer ts von der Sperrstellung S in die Freigabestellung F zu schalten und umgekehrt, um einen gezielten Einblasvorgang zum Trocknen der fluidführenden Komponenten 24 durchzuführen. Hierzu ist das Steuergerät 305 signalleitend mit einem (zweiten) Steuergerät 307, beispielsweise einer Kompressorsteuerung oder Brennstoffzellensteuerung, verbunden, und von dieser ansteuerbar ausgebildet. Hierdurch wird auf einfache Weise ermöglicht, dass immer dann, wenn durch Inbetriebnahme oder Außerbetriebnahme der Verdichteranordnung 1 eine, mehrere oder sämtliche der fluidführenden Komponenten 24 ebenfalls in Betrieb genommen oder außer Betrieb gesetzt werden sollen, eine Ansteuerung der Ventilanordnung 25 zum Trocknen der fluidführenden Komponenten 24 vorgenommen werden kann, vorzugsweise anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches nachfolgend anhand von Fig. 2 erläutert wird.

In Figur 1 ist die Funktionsweise der Erfindung unter Fokussierung auf die fluidführenden Komponenten 24 im zweiten kathodenseitigen Strömungspfad 16 erläutert worden. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung, die aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht separat bebildert ist, weist alternativ oder zusätzlich der erste kathodenseitige Strömungspfad 14 eine fluidführende Komponente auf, so etwa die Verdichterkammer 13, welche in derselben Art und Weise mittels Einblasen von trockener Druckluft trockengeblasen wird wie die fluidführenden Komponenten 24 im zweiten kathodenseitigen Strömungspfad 16. Diesbezüglich wird auf die obigen und die nachfolgenden Ausführungen analog verwiesen.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Verfahrensablauf, in welchem die trockene Druckluft LT mittels der Druckluftversorgung 301 in den kathodenseitigen Strömungspfad 16 derart eingeblasen wird, dass die fluidführende Komponente 24 von der Druckluft LT durchströmt und vorhandenes Kathodenabgas LK und/oder Kondensat K aus der fluidführenden Komponente 24 in Richtung der Umgebung U verdrängt wird.

Ausgegangen wird zunächst in Schritt 401 von einem Startwunsch für das Brennstoffzellensystem 101. Ausgehend von diesem Startwunsch wird in Schritt 403 von dem zweiten Steuergerät 307 ein Steuerbefehl Bvi an das erste Steuergerät 305 übersandt. Daraufhin steuert das erste Steuergerät 305 in Schritt 405 die Ventilanordnung 25 zum Einnehmen der Freigabestellung F an.

In Schritt 407 wird sodann für die Spüldauer Ts die Ventilanordnung 25 in der Freigabestellung belassen, und die fluidführenden Komponenten 24 werden durch Einblasen der trockenen Druckluft LT in den Strömungspfad 16 getrocknet, bis am Ende der Spüldauer Ts die Ventilanordnung 25 wieder in ihre Sperrstellung S überführt wird (Schritt 409). Dies kann optional ausgelöst werden durch einen Steuerbefehl Bvo vom zweiten Steuergerät 307 oder selbsttätig vom ersten Steuergerät 305 gesteuert werden.

In Schritt 411 wird nach dem erfolgreichen Sperren der Ventilanordnung 25 das Brennstoffzellensystem 100 in Betrieb genommen, vorzugsweise mittels eines Steuerbefehls BFCI des zweiten Steuergeräts 307.

Soll aus dem laufenden Betrieb heraus das Brennstoffzellensystem 100 außer Betrieb gesetzt werden, wird in Schritt 413 bei einem Stoppwunsch zunächst, vorzugsweise wieder ausgelöst durch das Steuergerät 307, ein Steuerbefehl BFCO an die elektrische Maschine 7 der Verdichteranordnung 1 gesendet. Diese stellt den Betrieb ein und setzt damit die fluidführenden Komponenten 24 außer Betrieb.

Zeitgleich oder mit einer kurzen Verzögerung danach wird in Schritt 415 von dem zweiten Steuergerät 307 an das erste Steuergerät 305 der Steuerbefehl Bvi übersandt, woraufhin in Schritt 417 die Ventilanordnung 25 ihre Freigabestellung F einnimmt. In Schritt 419 kann wiederum für die Dauer ts des Spülvorgangs die Ventilanordnung 25 in ihrer Freigabestellung F verharren, um den kathodenseitigen Strömungspfad 16 im Bereich der fluidführenden Komponenten 24 zu trocknen, bis in Schritt 421 die Ventilanordnung 25 erneut ihre Sperrstellung S einnimmt. Dies kann verursacht sein, wie zuvor, durch einen Steuerbefehl Bvo des zweiten Steuergeräts 307, oder selbsttätig durch das erste Steuergerät 305 gesteuert werden.

Der programmiertechnische Aufwand zur Implementierung des Verfahrens ist einfach und effizient. Die Erfindung stellt damit ein äußerst wirkungsvolles und gleichzeitig einfach zu implementierendes System zum Erhöhen der Standfestigkeit und Verbesserung des Wirkungsgrads des Brennstoffzellensystems 100 des Fahrzeugs 200 zur Verfügung.

Im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 ist eine Verdichteranordnung 1 eines Brennstoffzellensystems 100 gezeigt, wobei das Brennstoffzellensystem 100 mehrere fluidführende Komponenten 24 aufweist, die jeweils (ungewollt) Kondensat K ansammeln können. Die Erfindung ist aber nicht auf die gezeigte Konfiguration beschränkt, sondern wird dem Wesen nach genauso von Systemen umgesetzt, die eine geringere Anzahl fluidführender Komponenten 24 aufweisen, oder eine größere Anzahl fluidführender Komponenten 24.

Bezugszeichen (Teil der Beschreibung):

1 Verdichteranordnung

3 Verdichtergehäuse

5 Rotorwelle

7 elektrische Maschine

9 Luftlageranordnung

9a, 9b erstes und zweites Luftlager

11 Verdichterstufe

13 Verdichterkammer

14 Strömungspfad

15 Verdichterrad

16 Strömungspfad

17 Expanderstufe

19 Expanderkammer

21 Expanderrad

23 Kondensatabscheider

24 fluidführende Komponente

25 Ventilanordnung

27a, b, c Fluidleitungen

100 Brennstoffzellensystem

101 Brennstoffzelle

200 Fahrzeug

300 Bremssystem

301 Druckluftversorgung

303 Partikelfilter

305 (erstes) Steuergerät, Bremssystem

307 (zweites) Steuergerät, Brennstoffzellensystem

401 Schritt: Startwunsch 403 Schritt: Ansteuern

405 Schritt: Freigabestellung

407 Schritt: Einblasen trockener Druckluft

409 Schritt: Sperrstellung

411 Schritt: Inbetriebnehmen der fluidführenden Komponenten

413 Schritt: Stoppwunsch, Außerbetriebsetzen

415: Schritt: Ansteuern

417 Schritt: Freigabestellung

419 Schritt: Einblasen trockener Druckluft

421 Schritt. Sperrstellung

F Freigabestellung

K Kondensat

L Luft

LK Kathodenabgas

LT Druckluft

S Sperrstellung ts Spüldauer

U Umgebung

BFCO Steuerbefehl, Verdichteranordnung

BFCI Steuerbefehl, Verdichteranordnung

Bvo Steuerbefehl, Ventilanordnung

Bvi Steuerbefehl, Ventilanordnung