CN107004876B - 用于断开燃料电池堆叠的方法以及燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于断开燃料电池系统(100)的方法，该燃料电池系统(100)带有：‑燃料电池堆叠(10)，该燃料电池堆叠(10)具有阳极室(13)和阴极室(12)，以及‑阴极供给装置(20)，带有用于将含氧的阴极运行气体供应到阴极室(12)中的阴极供给路径(21)、布置在阴极供给路径(21)中的压缩机(23)以及用于将阴极废气从阴极室(12)导出的阴极废气路径(22)。方法包括步骤：(a)在在使在阴极室(12)中存在的阴极运行气体的含氧量变低的情况下阻止利用阴极运行气体穿流阴极室(12)的情况下将阴极室(12)保持在超压下；(b)通过阴极供给路径(31)和/或阴极废气路径(22)扩胀在阴极室(12)中存在的并且含氧量变低的阴极运行气体，并且(c)使阴极室(12)与周围环境分离。

Description

用于断开燃料电池堆叠的方法以及燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种用于断开带有燃料电池堆叠的燃料电池系统的方法以及一种设立成用于执行该方法的燃料电池系统。
背景技术
燃料电池使用燃料与氧气化学转化成水，以为了生成电能。为此燃料电池含有作为核心构件的所谓的膜片电极单元(MEA membrane electrode assembly膜片电极组件)，该膜片电极单元是由起传递离子作用的(在大多数情况下起传递质子作用的)膜片和分别在两侧布置在膜片处的电极(阳极和阴极)组成的结构。此外气体扩散层(GDL)能够在膜片电极单元两侧布置在电极的背离膜片的侧边处。在单个的膜片电极单元之间通常布置有双极板(也称为流场板)，该双极板保证利用运行介质(即反应物)供给单个电池并且通常也用于冷却。此外双极板负责与膜片电极单元的可导电的接触。通常燃料电池通过大量布置成堆叠(stack)的MEA形成，增加其电功率。
在聚合物电解质膜片(PEM)燃料电池的运行中燃料(尤其氢气H2或含氢的气体混合物)通过双极板的阳极侧的开启的流场供应给阳极，其中从H2到H+的电化学的氧化在释放电子的情况下发生。通过电解质或将反应室气密地彼此分离并且电绝缘的膜片，发生将质子H+从阳极室以结合水或不结合水的方式运输到阴极室中。在阳极处提供的电子通过电线路导入阴极。阴极通过双极板的阴极侧的开启的流场供应有氧气或含氧的气体混合物(例如空气)，从而从O2到O2-的还原在接收电子的情况下发生。同时在阴极室中氧气阴离子与通过膜片运输的质子在形成水的情况下反应。
为了利用燃料电池堆叠的运行介质即反应物供给该燃料电池堆叠，该燃料电池堆叠一方面具有阳极供给装置并且另一方面具有阴极供给装置。阳极供给装置包括用于将阳极运行气体供应到阳极室中的阳极供给路径以及用于将阳极废气从阳极室导出的阳极废气路径。同样阴极供给装置包括用于将阴极运行气体供应到阴极室中的阴极供给路径和用于将阴极废气从燃料电池堆叠的阴极室导出的阴极废气路径。
在断开燃料电池堆叠后发生空气中的氧(Luftsauerstoff)穿入到堆叠的阳极室中，该空气中的氧在系统的重新启动(所谓的空气-空气-启动)时由于出现的高的电势导致燃料电池由于电极的催化材料的碳腐蚀以及氧化物形成引起的显著的老化。为了阻止该效果，堆叠在停止运转时尽可能地在阴极室中没有氧气的情况下停止，从而在短暂的时间后由于扩散过程不仅在阳极侧上而且在阴极侧上出现由水、氮气和水蒸气组成的气体混合物，该气体混合物在堆叠重新启动时保护堆叠。在该状态中氧气扩散到堆叠中并且在消耗存在的氢的情况下与该氢催化地反应而去除。
用于将氧气从阴极室中移除的已知的策略设置成，在断开空气供应后通过吹扫线路利用燃料(尤其氢气)充满该阴极室，该燃料一方面挤出空气并且另一方面与还存在的剩余氧气反应并且因此化学地结合该剩余氧气。为了这种转化，氢气和氧气必须聚集在阴极的催化材料处。不利的是，氢气与氧气在阴极室中的反应以部分地扩散受控的方式并且因此相对慢地进行。此外氧气的转化需要化学计量的量的水并且因此提高了对于水的总消耗。
文件DE 10 2012 023 799 A1描述了一种用于断开燃料电池系统的方法，在该方法中在停止从燃料电池提取电功率后在阳极侧和/或阴极侧上施加有负压，以为了干燥燃料电池，并且接着利用燃料填充阳极侧和/或阴极侧，以为了避免在停止期间氧的穿入。为了在阴极侧上生成负压使用制动助力器(Bremskraftverstärker)的真空泵，该真空泵在吸取侧与负压线路处于连接中，该负压线路将阴极废气线路和阳极废气线路互相连接。
在文件DE 10 2011 119 665 A1中描述了一种燃料电池系统，在该燃料电池系统中在阴极废气线路中布置有根据文氏管原理工作的气体喷射泵，该气体喷射泵的压力入口侧被加载有阴极排出空气(Kathodenabluft)并且该气体喷射泵的吸取侧联接到连结到阳极废气线路处的排出压力线路处。如果系统应当为燃料电池的重新启动做准备，借助于气体喷射泵在阳极室中生成负压，以为了将水从该阳极室中移除。水通过排出压力线路和气体喷射泵供应给阴极废气(排出空气)。
此外已知这样的断开策略，即在该断开策略中氧气的消耗通过燃料电池反应发生，也就是说通过经过膜片的质子。
文件DE 102012018875 A1公开了一种燃料电池系统，在该燃料电池系统中在进入空气线路和/或排出空气线路中布置有至少一个被动的阀设备，该阀设备依赖于空气流自动地开启和关闭。该阀设备用于，每当燃料电池系统不运行时，则相对于周围环境阻断燃料电池的阴极室。因此应当例如通过风效果(Windeffekt)、对流效果或诸如此类阻止氧气流动到阴极室中。以该方式应当尽可能久地保持尽可能不含氧气的状态，该状态在燃料电池系统停止时通过在燃料电池中的剩余氧气的消耗产生。
文件DE 10 2007 059 999 A1公开了一种用于断开燃料电池堆叠的方法，其中首先将初级的电消耗器(该电消耗器被供给有由燃料电池堆叠生成的电力)与燃料电池堆叠分离。此后阻止空气流动到阴极侧中并且在阳极侧处维持氢气超压。使燃料电池堆叠短路并且允许通过阳极侧的氢气消耗在阴极侧中的氧气。随后阳极侧和阴极侧的进入阀和排出阀关闭，藉此结束断开方法。
上述方法的缺点是，在断开燃料电池堆叠时氧气仅仅在单个电池的活性(aktiv)区域中消耗，然而不在电池的供给区域中和在阴极气体供给装置的线路系统中消耗。因此在断开系统后氧气重新扩散到电池中。在停止持续时间期间的保护持续时间因此是相对低的。
发明内容
现在本发明的任务在于，提供一种用于断开燃料电池系统的方法供使用，在该方法中在断开后通过含氧量低的气体混合物延长保护持续时间。该方法应当可利用低的耗费执行。
本任务通过带有独立权利要求的特征的用于断开燃料电池系统的方法以及适合于实施该方法的燃料电池系统解决。
根据本发明的方法燃料电池系统，该燃料电池系统包括：燃料电池堆叠，该燃料电池堆叠具有阴极室和阳极室；以及阴极供给装置，包括用于将含氧的阴极运行气体供应到阴极室中的阴极供给路径、布置在阴极供给路径中的压缩机以及用于将阴极废气从阴极室中导出的阴极废气路径。根据本发明的用于断开这样的燃料电池系统的方法包括步骤：
(a) 将阴极室保持在超压下并且在使在阴极室存在的阴极运行气体的含氧量变低的情况下阻止利用阴极运行气体穿流阴极室；
(b) 通过阴极供给路径和/或阴极废气路径扩胀在阴极室中存在的并且含氧量变低的阴极运行气体，并且
(c) 使阴极室与周围环境分离。
尤其通过根据本发明的使含氧量变低的阴极运行气体扩胀的步骤，在阴极供给路径内部在空气入口的方向上和/或在阴极废气路径内部在废气出口的方向上发生该阴极运行气体的容积膨胀。以该方式直到含氧的气体扩散到堆叠的阴极室中的持续时间(也就是说通过生成的惰性气体氛围保障的保护持续时间)延长。通过阻止氧在系统停止期间穿入到阴极室中阻止氧气通过聚合物电解质膜片扩散到堆叠的阳极室中。因此即使在系统的相对长的断开时间后燃料电池堆叠也被保护免于有害的空气-空气-启动，在该空气-空气-启动中氧气不仅在堆叠的阳极侧处而且在阴极侧处存在。通过含氧量变低的气体混合物的扩胀此外降低氧气在混合物中的可能含有的剩余浓度。
最终延长了燃料电池系统的耐用度和系统的使用寿命。
优选地燃料电池系统具有布置在阴极供给路径中的第一调整器和/或布置在阴极废气路径中的第二调整器。调整器能够以阀或阀片的形式设计，其中不仅阀而且阀片能够构造成可调节的。因为在许多燃料电池系统中如此的调整器总归存在，所以调整器不提高系统复杂度。
步骤(a)
在根据本发明的方法的优选的实施方案中步骤(a)包括，使阴极室与周围环境分离。这能够尤其通过关闭在阴极供给路径和/或阴极废气路径中的第一调整器和/或第二调整器发生。通过这样使阴极室与周围环境分离维持在阴极室中的运行压力，该运行压力在燃料电池系统的正常运行中存在。典型地在阴极室中的压力在燃料电池堆叠运行时为1.5到2.5bar(绝对压力)。该压力水平首先通过使阴极室与周围环境分离保留，从而在该压力水平中氧份额通过反应去除而降低。
在优选的实施方案中步骤(a)包括子步骤：
(a1) 在压缩机运行时关闭布置在阴极废气路径中的第一调整器，并且接着
(a2) 关闭布置在阴极供给路径中的第二调整器。
就此而言有利的是，阴极气体供给包括所谓的废气门线路，该废气门线路在压缩机下游从阴极供给路径分支出来并且(在第一调整器下游)通入到阴极废气路径中。在此在步骤(a1)中在压缩机运行期间开启废气门线路。以该方式压缩机负责利用压力加载阴极室并且通过废气门线路输送压缩的阴极气体到废气路径中。因此维持在阴极室中的超压，然而不促使利用阴极运行气体穿流阴极室。
在阴极室中存在的阴极运行气体的在步骤(a)期间发生的含氧量变低优选地通过氧气与燃料的反应尤其在生成水的情况下发生。特别地优选地这利用在阳极室中存在的燃料(尤其氢气，该氢气在该处催化地分解成质子H+，该质子H+然后通过聚合物电解质膜片扩散到阴极室中并且在该处与氧气反应成水)发生。因此这涉及正常的燃料电池反应。为了该目的有利的是，在步骤(a)期间维持在燃料电池堆叠的阳极室中的燃料氛围。这能够通过以下方式发生，即首先还维持到阳极室中的燃料电池供应或通过使利用燃料填充的阳极室与周围环境分离。在备选的设计方案中含氧量变低通过直接将燃料引入到燃料电池堆叠的阴极室中发生。供应的燃料能够从阳极供给装置的燃料罐或阳极废气(该阳极废气通常含有未转化的燃料)中取出。
优选地如此长地维持步骤(a)，即直到在阴极室中达到期望的氧气最终浓度。为了该目的能够确定和等待预确定的持续时间。备选地能够例如借助于氧气敏感的气体传感器或间接通过探测电池电压获得在阴极气体中的氧气浓度。当预确定的持续时间已经过去或达到氧气最小浓度或电池电压的下限时，结束步骤(a)。
步骤(b)
在结束步骤(a)后，也就是说在阴极室中得到期望的含氧量变低后，发生在阴极室中存在的气体扩胀到阴极供给路径和/或阴极废气路径中，优选地到两个路径中。扩胀能够以简单的方式通过开启布置在阴极供给路径中的第一调整器和/或布置在阴极废气路径中的第二调整器发生。以该方式确保了快速的扩胀。
在备选的设计方案中含氧量变低的阴极运行气体的扩胀能够通过泄漏引起的流动发生，即以被动的方式。该变型方案的优点是，主动的步骤和结构上的措施不是必要的。
典型地对于预确定的持续时间发生开启调整器以用于扩胀阴极气体，该持续时间处于0.5到30秒尤其0.5到5秒的范围中。扩胀的持续时间依赖于燃料电池堆叠和线路系统的应当利用含氧量低的阴极气体充满的容量确定。如果在阴极废气路径和/或阴极供给路径中存在调整器，优选地这样确定持续时间的大小，即使得含氧量低的阴极气体充满直到(一个或多个)调整器。备选地扩胀如此长地发生，即直到在系统中达到期望的压力，该压力能够扩展直到获得周围环境压力。优选地最终压力处于周围环境压力直到轻微的超压的范围内，尤其周围环境压力直到0.5bar超压，特别地优选地在周围环境压力直到0.2bar超压的范围内。
步骤(c)
在阴极气体的扩胀后在步骤(c)中发生使阴极室与周围环境分离，以为了阻止氧气通过供给线路的反扩散。优选地在步骤(c)中使阴极室与周围环境分离通过关闭在阴极供给路径和/或阴极废气路径中的第一调整器和/或第二调整器发生。以该方式得到氧气到阴极室中的良好的分离作用和低的反扩散。如果在阴极废气路径或阴极供给路径中存在获得一定的阻断作用的其他的构件，能够放弃单独的调整器。例如可能的是，在阴极供给路径中的压缩机在停机中确保了足够的密封性。在该情况中能够放弃在阴极供给路径中的第二阻断器。如果另一方面在阴极废气路径中布置有具有一定的阻断作用的涡轮，也能够在此放弃单独的调整器。
优选地燃料电池堆叠在步骤(a)前与电负荷(尤其利用燃料电池堆叠生成的电能运行的电的消耗器)分离。
本发明此外涉及一种燃料电池系统，包括：燃料电池堆叠，该燃料电池堆叠具有阳极室和阴极室；以及阴极供给装置，带有用于将含氧的阴极运行气体供应到阴极室中的阴极供给路径、布置在阴极供给路径中的压缩机以及用于将阴极废气从阴极室导出的阴极废气路径。燃料电池系统设立成实施根据本发明的用于断开燃料电池系统的方法。为了该目的燃料电池系统优选地包括控制器，该控制器具有相应的程序算法以用于实施方法。
本发明的另外的优选的设计方案从其余的在从属权利要求中提到的特征中得出。
本发明的在本申请中提到的不同的实施方式可有利地互相结合，只要在个别情况中未不同地阐述。
附图说明
随后在实施例中根据附图解释本发明。
图1示出了根据本发明的第一设计方案的燃料电池系统；
图2示出了根据本发明的第二设计方案的燃料电池系统；
图3示出了根据本发明的第一设计方案的用于断开根据图1或2的燃料电池系统的方法的流程图，并且
图4示出了根据本发明的第一设计方案的用于断开根据图1或2的燃料电池系统的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一设计方案的总体利用100标记的燃料电池系统。燃料电池系统100包括作为核心构件的燃料电池堆叠10。燃料电池堆叠10具有大量以堆叠形式布置的单个电池11，这些单个电池11中的每个分别具有阴极室12以及阳极室13，该阴极室12和该阳极室13通过可传递离子的聚合物电解质膜片14相互分离(参看局部细节)。阴极室和阳极室12,13分别包括催化电极(阳极和阴极)，该催化电极催化燃料电池转化的相应的部分反应(未呈现)。在两个膜片电极单元之间此外分别布置有双极板(同样未呈现)，该双极板用于将运行介质供应到阴极室和阳极室12,13中并且此外建立在单个的燃料电池11之间的电连接。
燃料电池堆叠10具有阳极入口15和阳极出口16，该阳极入口15和阳极出口16与总体未呈现的阳极供给装置连接。在此阳极供给装置包括阳极供给路径，该阳极供给路径将燃料储存器与阳极入口15连接并且用于将阳极运行气体(例如氢)供应到阳极室13中。阳极供给装置此外包括阳极废气路径，该阳极废气路径与堆叠10的阳极出口16连接并且将阳极废气从燃料电池堆叠10的阳极室13导出并且通常至少部分地通过再循环线路重新引入到阳极废气路径中。
为了给燃料电池堆叠10供给含氧的阴极运行气体(尤其空气)，燃料电池系统100此外具有阴极供给装置20。
阴极供给装置20包括阴极供给路径21，该阴极供给路径21通过阴极入口17将阴极运行气体(尤其空气)供应给燃料电池堆叠10的阴极室12。为了输送和压缩阴极运行气体在阴极供给路径21中布置有压缩机23，该压缩机23优选地以电动的形式运行。在压缩机23上游布置有过滤器24，该过滤器24阻挡个别的成分(灰尘)。
阴极供给装置20的阴极废气路径22将阴极废气(排出空气)从阴极室12通过燃料电池堆叠10的阴极出口18导出并且将阴极废气供应给可选的排气设备25，该排气设备25例如含有消声器。可选地如在此呈现的那样压缩机23能够通过涡轮26支持，该涡轮26布置在阴极废气路径22中并且通过未呈现的轴与压缩机23连接。
从阴极供给路径21分支出来的废气门线路27将阴极供给路径21与阴极废气路径22连接。废气门线路27用于当压缩的阴极运行气体例如在低负荷阶段中在燃料电池堆叠10中不被需要然而另一方面压缩机23不应当停止运转时绕开燃料电池堆叠10。可选地可在废气门线路27中布置有调整器28，该调整器28例如构造为阀片或调节阀。通过调整器28调节穿流废气门线路27的质量流量。因此燃料电池堆叠10的功率能够在压缩机功率恒定时通过调整器28来调节。
阴极供给装置20此外具有加湿器29，该加湿器29用于加湿阴极运行气体，以为了利用必要的湿度供给聚合物电解质膜片14。加湿器29优选地是膜片式加湿器，该膜片式加湿器通过水蒸气可渗透的膜片将待加湿的阴极运行气体与湿气分离。在此水蒸气从湿气通过膜片扩散到待加湿的阴极运行气体中。在本示例中作为湿气应用燃料电池堆叠10的阴极废气，该阴极废气由于燃料电池反应的产物水具有相对高的水蒸气含量。
在图1中呈现的系统此外包括布置在阴极供给路径21中的第一调整器30以及布置在阴极废气路径22中的第二调整器31。在图1中呈现的示例中第一调整器30布置在加湿器29下游且在燃料电池堆叠10的阴极入口17上游，而第二调整器31定位在阴极出口18后面且在加湿器29上游。
阴极供给装置20的各种各样另外的细节在简化的图1中由于为了清晰明了的原因未示出。因此阴极供给装置20能够具有热交换器，该热交换器用于预加热通过压缩机23压缩的空气。热交换器通常由作为热载体的源自阴极室12的热的排出空气穿流。在此热交换器能够不仅在阴极供给路径21方面而且在阴极废气路径22方面通过相应的旁路线路绕开。在阴极废气路径22方面能够此外设置有涡轮旁路线路，该涡轮旁路线路绕开涡轮26。此外已知没有涡轮26的系统。此外能够在阴极废气路径22中构建脱水机，以为了使从燃料电池反应中出现的产物水液化并且导引离开。
图2根据本发明示出了根据本发明的燃料电池系统100的另一设计方案。一致的元件利用与在图1中的相同的参考符号标记并且不再解释。在图2中呈现的系统在调整器30和31的位置方面区分于来自图1的系统。在此第一调整器30布置在压缩机23和加湿器29之间并且第二调整器31布置在加湿器29和涡轮26之间。尤其两个调整器30和31定位在废气门线路27和加湿器29之间。
根据图1和根据图2的调整器30,31的安置位置也能够互相组合。例如第一调整器30能够布置在加湿器29下游且在阴极入口17上游，而第二调整器31能够定位在加湿器29下游且在废气门线路27上游。相反地能够设置成第一调整器30在阴极供给路径21中布置在压缩机23下游且在加湿器29上游并且第二调整器31在阴极废气路径22中布置在阴极出口18下游且在加湿器29上游。
此外当在阴极供给线路更确切说阴极废气线路21和/或22中构建有本身相对于周围环境具有一定的阻断作用的构件时，能够放弃布置第一调整器和/或第二调整器30,31。当例如压缩机23具有足够的阻断作用时，第一调整器30能够省去。如果涡轮26具有足够的阻断作用，能够放弃第二调整器31。
在根据图1或图2的燃料电池系统100的正常运行中，阳极运行气体(尤其氢)通过未呈现的阳极供给装置供应给燃料电池堆叠10。同时，通过阴极供给装置20通过压缩机23的运行，阴极运行气体(尤其空气)被吸取、压缩并且供应给燃料电池堆叠10。为了断开燃料电池堆叠10采用根据本发明的方法，该方法在根据下面的图3和4的实施例中被解释。
根据图3在步骤S1中(在燃料电池系统100的正常运行期间)确定了燃料电池堆叠10的断开条件的存在。此后在步骤S2中发生将燃料电池堆叠10与电负荷也就是说与电消耗器(该电消耗器通过堆叠10的生成的电能运行)分离。
在随后的步骤S3中关闭布置在阴极废气线路22中的第二调整器31。同时在阴极供给路径21中的第一调整器30保持开启并且废气门调整器28被开启或保持开启。压缩机23继续运行并且将压缩的阴极运行剂通过开启的废气门线路27传送到阴极废气路径22中。以该方式维持在燃料电池堆叠10的阴极室12中的运行压力，而不发生穿流阴极室12。从该时间点起因此发生消耗在在阴极室12中存在的阴极运行气体中的氧气，因为该氧气继续通过燃料电池反应也就是说通过与从阳极室13通过膜片14扩散的质子的反应去除。因为不发生通过新鲜的阴极运行气体穿流到阴极室12中，氧气的浓度开始下降。
在下一步骤S4中也关闭在阴极供给路径21中的调整器30。现在燃料电池堆叠10的阴极室12与周围环境分离，其中然而保持维持例如1.5到2.5bar的高的压力等级。接着在步骤S5中断开压缩机23。由此在阴极废气路径22中在调整器31下游以及在废气门线路27中的压力等级下降到周围环境压力。然而同时阴极室12保持在高的压力等级上。
在接下来的询问步骤S6中发生检查，在阴极室12中是否达到期望的低的氧气等级。例如能够借助于相应的计时器检查自在步骤S3中关闭调整器31起预确定的时间的流逝。备选地借助于合适的气体传感器测量在阴极室12中的剩余氧气浓度。然而特别地优选地监视燃料电池堆叠10的电池电压并且将电池电压与下临界值比较。如果在步骤S6中例如通过探测的电池电压仍然处于临界值之上确定了过高的氧气浓度，方法返回，以为了在延迟后重新再一次到达询问S6。如果与之相反在步骤S6中确定了在阴极室12中的足够低的氧气浓度，方法继续到步骤S7。
在步骤S7中受控制地开启第一调整器和第二调整器30和31。因此含氧量低的阴极气体通过阴极供给路径21和阴极废气路径22在加湿器29的方向上流动或在图2的情形中流动通过加湿器29。通过含氧量低的阴极气体的扩胀每容积单位的氧气浓度下降。同时通过充满阴极供给装置20的线路系统发生惰性化的气体容积的膨胀。调整器30,31优选地如此长地保持开启，即直到含氧量变低的气体至少流动直到调整器30,31的安置位置。可选地调整器30和31的开启的持续时间能够借助于探测在阴极室12中存在的压力被监视，其中能够预设最终压力，该最终压力处于初始压力和周围环境压力之间，优选地在低的超压中。
最后在步骤S8中重新关闭调整器30和31。以该方式燃料电池堆叠10的阴极室12重新与周围环境分离，其中在阴极室12中存在的低的压力等级(例如周围环境压力或低的超压)保留。利用步骤S8结束断开过程。
根据本发明的用于断开燃料电池系统的方法的另一实施方案在图4中呈现。步骤S1到S3与来自图3的步骤S1到S3一致。
方法同样如在图3中呈现的那样在步骤S1中利用确定断开条件开始并且然后过渡到步骤S2，以为了将电负荷与燃料电池堆叠10分离。在S3中然后关闭布置在阴极废气路径22中的调整器31，而压缩机23继续输送压缩的供给气体通过开启的废气门线路27并且同时维持在阴极室12中的压力，然而不穿流该阴极室12。
利用步骤S3调整的状态(压缩机23在调整器31关闭时的运行)如此长地维持，即直到在阴极室12中达到期望的低的氧气等级。这在步骤S4中利用结合图3的步骤S6被解释的方法中的一种检查。如果在S4中确定，在燃料电池堆叠10的阴极室12中未达到足够低的氧气浓度，方法通过延迟级返回，以为了再一次经历询问S4。如果与之相反在S4中确定了足够低的氧气浓度，例如达到或低于用于电池电压的下临界值，则方法继续到步骤S5。
在步骤S5中断开压缩机23。因此含氧量低的气体的一小部分从阴极室12在调整器30和压缩机23的方向上流动返回。因此发生含氧量低的气体通过阴极供给路径21扩胀。
接着在步骤S6中关闭在阴极供给路径21中的调整器30，以为了将阴极室12在低的压力水平中与周围环境分离。
在根据图3和4描述的两个用于断开燃料电池系统100的策略中实现了，阴极室12不仅在活性区域中而且在燃料电池堆叠10的该阴极室12的供给区域中以及此外也在阴极供给装置20的线路系统的区域中利用通过含氧量变低而惰性化的气体混合物加载。因此在断开燃料电池系统100后在由于泄漏氧气能够达到燃料电池堆叠10前对于长的时间段保护燃料电池堆叠10。以该方式即使在长的停止时间后在该燃料电池堆叠10重新启动时也避免空气-空气-启动。最终延长了系统的寿命。
参考符号列表
100 燃料电池系统
10 燃料电池堆叠
11 单个电池
12 阴极室
13 阳极室
14 聚合物电解质膜片
15 阳极入口
16 阳极出口
17 阴极入口
18 阴极出口
20 阴极供给装置
21 阴极供给路径
22 阴极废气路径
23 压缩机
24 过滤器
25 排气设备
26 涡轮
27 废气门线路
28 废气门调整器
29 加湿器
30 调整器
31 调整器。

Claims (10)

1.一种用于断开燃料电池系统(100)的方法，该燃料电池系统(100)包括：燃料电池堆叠(10)，该燃料电池堆叠(10)具有阴极室(12)和阳极室(13)；以及阴极供给装置(20)，带有用于将含氧的阴极运行气体供应到所述阴极室(12)中的阴极供给路径(21)，布置在所述阴极供给路径(21)中的压缩机(23)以及用于将阴极废气从所述阴极室(12)导出的阴极废气路径(22)，其中所述方法包括步骤：
(a) 在在使在所述阴极室(12)中存在的阴极运行气体的含氧量变低的情况下阻止利用阴极运行气体穿流所述阴极室(12)的情况下将所述阴极室(12)保持在超压下；
(b) 通过开启布置在所述阴极供给路径(21)中的第一调整器(30)和/或布置在所述阴极废气路径(22)中的第二调整器(31)通过所述阴极供给路径(31)和/或所述阴极废气路径(22)扩胀在所述阴极室(12)中存在的并且含氧量变低的阴极运行气体，并且
(c) 使所述阴极室(12)与周围环境分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括使所述阴极室(12)与周围环境分离。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括(a1)在所述压缩机(23)运行时关闭布置在所述阴极废气路径(22)中的第二调整器(31)并且接着(a2)关闭布置在所述阴极供给路径(21)中的第一调整器(30)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阴极供给装置(20)包括废气门线路(27)，该废气门线路(27)在所述压缩机(23)下游从所述阴极供给路径(21)分支出来并且通入到所述阴极废气路径(22)中，其中所述废气门线路(27)在步骤(a1)中在压缩机(23)运行期间开启。
5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中使所述阴极室(12)与周围环境分离通过关闭布置在所述阴极供给路径(21)中的第一调整器(30)和/或布置在所述阴极废气路径(22)中的第二调整器(31)发生。
6.根据前述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中使在所述阴极室中存在的阴极运行气体的含氧量变低通过氧气与来自所述阳极室(13)的燃料或与引入到所述阴极室(12)中的燃料反应发生。
7.根据前述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(a)期间维持在燃料电池堆叠(10)的阳极室中的燃料氛围。
8.根据前述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤(a)前使所述燃料电池堆叠(10)与电负荷分离。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括关闭布置在所述阴极供给路径(21)中的第一调整器(30)和/或布置在所述阴极废气路径(22)中的第二调整器(31)。
10.一种燃料电池系统(100)，包括：燃料电池堆叠(10)，该燃料电池堆叠(10)具有阳极室(13)和阴极室(12)；阴极供给装置(20)，带有用于将含氧的阴极运行气体供应到所述阴极室(12)中的阴极供给路径(21)、布置在所述阴极供给路径(21)中的压缩机(23)以及用于将阴极废气从所述阴极室(12)中导出的阴极废气路径(22)；以及控制器，该控制器设立成实施根据权利要求1到9中任一项所述的方法。
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