CN111201654A - 用于关停燃料电池系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于关停燃料电池系统(1)的方法，其中，所述燃料电池系统(1)具有燃料电池(2)、用于将氧化剂输送到所述燃料电池(2)中的空气输送管路(3)和用于将所述氧化剂从所述燃料电池(2)中排出的废气管路(4)。在所述空气输送管路(3)中布置有压缩机(11)，并且在所述废气管路(4)中布置有废气涡轮(13)。所述方法具有以下步骤：a)求取(130)所述燃料电池系统(1)的区域中的温度(T)；b)通过控制器检验(140)所述温度(T)是否低于允许的极限温度(TL)；c)如果所述温度(T)低于所述允许的极限温度(TL)，采取至少一个措施(150)来避免所述废气涡轮(13)冻结。

Description

用于关停燃料电池系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于关停燃料电池系统的方法，其中，所述燃料电池系统尤其被用在车辆中。
背景技术
燃料电池系统由现有技术、例如由公开文献DE 10 2012 224 052 A1已知。所述已知的燃料电池系统具有用于将氧化剂输送到燃料电池中的输送管路和用于将氧化剂或者说废气从燃料电池中排出的废气管路。此外，所述燃料电池系统具有涡轮机，该涡轮机具有能由驱动装置驱动的轴。在所述轴上布置有压缩机和废气涡轮。所述压缩机压缩输送管路中的氧化剂。所述废气涡轮使废气管路中的废气卸载。
发明内容
废气根据自然属性具有高的湿度，使得废气管路中的部件在环境温度低的情况下遭受冻结风险。现在，根据本发明提供一种方法，该方法防止燃料电池系统的废气涡轮冻结。
为此，所述燃料电池系统包括燃料电池、用于将氧化剂输送到燃料电池中的空气输送管路和用于将氧化剂从燃料电池中排出的废气管路。在空气输送管路中布置有压缩机，并且在废气管路中布置有废气涡轮。有利地，压缩机和废气涡轮布置在一个轴上，使得废气涡轮驱动压缩机。
所述方法具有以下步骤：
a)求取燃料电池系统的区域中的温度(T)；
b)通过控制器检验所述温度(T)是否低于允许的极限温度(TL)；
c)如果所述温度(T)低于允许的极限温度(TL)，采取至少一个措施来避免废气涡轮冻结。
优选，极限温度(TL)在此处于2℃至5℃的范围内。所求取的温度(T)在扩展方法中也可以是例如由天气服务所预测的预测温度。
由此避免废气涡轮在温度低的情况下冻结。因此避免废气涡轮上的霜冻损失，并且由此提高废气涡轮的寿命。此外，燃料电池系统可以在重新启动时更快地再次提高功率(hochfahren)，因为不必首先对废气涡轮除冰。
在该方法的一个有利扩展方案中，如果温度(T)不低于允许的极限温度(TL)，控制器被关断并且在时间间隔(Δt)之后又被接通。因此，视燃料电池系统的关停阶段的持续时间而定，步骤a)和b)可以以任意的频度重复进行。例如，因此可以求取预测的每日最低温度作为24小时周期中的温度(T)。因此，即使在长时间的关停阶段中也可以防止废气涡轮冻结，而无需采取不必要的措施。
优选，在时间间隔(Δt)之后重新求取温度(T)，并且在进一步检验之后，在必要时采取一个或多个措施来避免废气涡轮冻结。优选，所述措施在此是废气涡轮的吹干或摇动(Trockenblasen oder Rütteln)，使得所述措施在每个关停阶段最多仅须执行一次。
尤其在吹干时，优选也将废气管路纳入到所述措施中，使得不会有进一步的湿气从那里到达废气涡轮中。
温度(T)的求取可以以不同的方式进行。这例如借助于GPS(全球定位系统)和构建在其上的天气服务或者借助于在燃料电池系统附近的温度传感器来进行。
在该方法的一个有利实施方式中，在步骤a)之前将燃料电池系统的GPS位置传输给云功能。之后，借助于所述云功能来执行步骤a)。所述云功能为此例如可以访问天气服务，所述天气服务针对车辆的该位置确定温度(T)并且必要时也针对将来预测温度。为此，云功能优选利用车辆外部的数据存储器来工作。在有利的扩展方案中，云功能在长时间的关停阶段期间多次实施，直至温度低于极限温度(TL)并且因此采取措施或者说直至关停阶段结束。
在一个替代的有利实施方式中，燃料电池系统布置在车辆中，并且步骤a)借助于车辆的温度传感器来执行。优选，温度传感器总归布置在车辆中，例如用于测量环境温度。因此，可以省去通过GPS进行的费用较高的温度测量。
在所有实施方式中，燃料电池系统优选可以设置为用于驱动机动车的驱动装置。
附图说明
本发明的其他可选细节和特征由下面对优选实施例以及所述方法的说明得到，它们在附图中示意性地被示出。
图1示意性地示出了具有来自现有技术的涡轮机的燃料电池系统。
图2示意性地示出了用于避免废气涡轮冻结的本发明方法的流程图。
图3示意性地示出了用于避免废气涡轮冻结的另一方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了一种由DE 10 2012 224 052 A1已知的燃料电池系统1。该燃料电池系统1包括燃料电池2、输送管路3、废气管路4、压缩机11、废气涡轮13、用于降低压力的旁通阀5。旁通阀5例如可以是调节活门。例如也可以使用废气阀作为旁通阀5。
燃料电池2是原电池，所述原电池将经由未示出的燃料输送管路输送的燃料与氧化剂的化学反应能量变换为电能，在此处所示的实施方式中，所述氧化剂是经由输送管路3输送给燃料电池2的吸入空气。所述燃料优选可以是氢气或甲烷或甲醇。相应地，水蒸气或者水蒸气和二氧化碳作为废气产生，它们经由废气管路4从燃料电池2流回。燃料电池2例如设置为用于驱动机动车的驱动装置。例如，由燃料电池2产生的电能在此驱动机动车的电动机。优选，燃料电池系统1由未示出的控制器来控制。
压缩机11布置在输送管路3中。废气涡轮13布置在废气管路4中。压缩机11和废气涡轮13经由轴14机械连接。轴14可由驱动装置20电驱动。废气涡轮13用于支持驱动装置20来驱动所述轴14或者说压缩机11。压缩机11、轴14和废气涡轮13共同构成涡轮机10。
废气涡轮13借助非常潮湿的废气被驱动。与此相应地，对于废气涡轮13而言，在燃料电池系统1的关停阶段中在冷的环境下存在冻结危险。管路中的潮湿废气冷凝并且在废气涡轮13的小空气间隙中冻结。这一方面可能导致在形成冰期间出现冻伤损失。另一方面，如果环境温度始终低于0℃，则必须在下一次起动之前使废气涡轮13化冻，这导致显著的起动延迟。为此，必须安装附加的部件(例如电加热器)并对其进行操控。为此，也必须提供能量需求，例如通过通常在寒冷的情况下不能提供那么多能量或者说功率的电池来提供。
下面说明的本发明方法通过监控在燃料电池系统1中或在燃料电池系统附近的局部温度来防止废气涡轮13在关停阶段期间冻结。由此得到以下优点：
·缩短燃料电池系统1的起动时间。
·在寒冷的情况下的少的能量需求。
·简化了燃料电池系统1，因为不需要用于废气涡轮13的电加热器。
·例如在温暖的环境下，防止废气涡轮13的不必要的吹干。
图2示出了用于避免废气涡轮13冻结的本发明方法的示意性流程图。在第一步骤110中，启动燃料电池系统1或者说具有燃料电池系统1的车辆的关停阶段。在第二步骤120中，将燃料电池系统1的或者说车辆的最新GPS位置传输给云功能。在第三步骤130中，该功能求取车辆附近的温度T。例如，该功能为此定位车辆附近的温度数据、优选监控其温度变化曲线并且求取温度T；必要时，考虑平均值或最小值作为求取的温度T。在扩展的实施方式中，也可以使用针对未来时间区间的最低预测温度作为求取的温度T。
在下一方法步骤140中，将所求取的温度T与极限温度TL进行比较。如果所求取的温度T低于极限温度TL，则云功能唤醒控制器并且采取措施150来避免废气涡轮13冻结。一种可能的措施是，通过运行压缩机11来吹干废气管路4和/或废气涡轮13。之后，在另一步骤160中，控制器再次被关断并且燃料电池系统1被关停。
作为替代措施150，例如可以通过轴14的旋转方向的快速变化使废气涡轮13摇动几秒钟。由此使在废气涡轮13的空气间隙中形成的水滴脱离。吹干和摇动这两个过程的组合是特别有利的。
利用本发明的方法也可以反复进行干燥或摇动过程。因此，例如可以在温度T为5℃的情况下(伴随附加地预测到进一步温度下降)开始第一干燥和/或摇动过程，在3℃的情况下开始第二干燥和/或摇动过程，并且在1℃的情况下开始第三干燥和/或摇动过程。因此，逐渐冷凝的水量被排出，并且避免了在废气涡轮13中的冻结。
在替代的实施方式中，可以跳过第二步骤120，其方式例如是，有利地借助于总归存在于车辆中的温度传感器测量紧邻燃料电池系统1附近的温度T。
为此，图3以示意性流程图示出了本发明的用于避免废气涡轮13冻结的另一方法。在第一步骤110中，启动燃料电池系统1或者说具有燃料电池系统1的车辆的关停阶段。在下一步骤125中，激活或者说唤醒控制器。在第三步骤130中，例如通过车辆的用于测量外部温度的温度传感器来测量紧邻燃料电池系统附近的温度T。
在下一方法步骤140中，将所求取的温度T与极限温度TL进行比较。如果所求取的温度T低于极限温度TL，则采取所述措施150或者多个措施150来避免废气涡轮13冻结。之后，在另一步骤160中，控制器被再次关断，并且燃料电池系统1被关停。
如果在方法步骤140中温度T不低于极限温度TL，则在一个替代的方法步骤145中所述控制器被再次关断并且接下来在方法步骤125中在一定的时间间隔(Δt)之后被再次唤醒，以便因此在方法步骤130中重新求取温度T。
视关停阶段的持续时间而定，为了求取在车辆中或者说在废气涡轮13附近的温度T，必须在关停阶段期间多次唤醒和关断所述控制器。

Claims (7)

1.一种用于关停燃料电池系统(1)的方法，其中，所述燃料电池系统(1)具有燃料电池(2)、用于将氧化剂输送到所述燃料电池(2)中的空气输送管路(3)和用于将所述氧化剂从所述燃料电池(2)中排出的废气管路(4)，其中，在所述空气输送管路(3)中布置有压缩机(11)，并且，在所述废气管路(4)中布置有废气涡轮(13)，其中，所述方法具有以下步骤：
a)求取(130)所述燃料电池系统(1)的区域中的温度(T)；
b)通过控制器检验(140)所述温度(T)是否低于允许的极限温度(TL)；
c)如果所述温度(T)低于所述允许的极限温度(TL)，采取至少一个措施(150)来避免所述废气涡轮(13)冻结。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，如果所述温度(T)不低于所述允许的极限温度(TL)，所述控制器被关断并且在时间间隔(Δt)之后被再次接通。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，在所述时间间隔(Δt)之后重新求取所述温度(T)，并且在进一步检验(140)之后必要时采取至少一个措施(150)用于避免所述废气涡轮(13)冻结。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，所述措施(150)包括所述废气管路(4)和/或所述废气涡轮(13)的吹干。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，
其特征在于，所述措施(150)包括所述废气涡轮(13)的摇动。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，
其特征在于，在所述步骤a)之前将所述燃料电池系统(1)的GPS位置传输给云功能，借助于所述云功能来执行所述步骤a)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述燃料电池系统(1)布置在车辆中，
其特征在于，借助于所述车辆的温度传感器来执行所述步骤a)。
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