DE102005004388B4 - Aufweckstrategie für Fahrzeuge auf Temperaturbasis, um Brennstoffzelleneinfrieren zu verhindern - Google Patents

Aufweckstrategie für Fahrzeuge auf Temperaturbasis, um Brennstoffzelleneinfrieren zu verhindern Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Entfernen von Feuchtigkeit aus einer Brennstoffzelle, mit den Schritten:a) Messen der Temperatur in der Nähe des Brennstoffzellenfahrzeugs, wenn die Fahrzeugzündung abgestellt wurde; undb) Spülen von Luft oder Stickstoff durch die Brennstoffzelle, wenn die Umgebungstemperatur unter eine vorherbestimmte Temperatur sinkt, wobei die Brennstoffzelle ausreichend lange mit Luft oder Stickstoff gespült wird, um eine ausreichende Menge Wasser aus der Brennstoffzelle zu entfernen, so dass die Brennstoffzelle durch das Frieren von Wasser nicht beschädigt wird, und Speichern des Auftretens des Schrittes des Spülens von Luft oder Stickstoff durch die Brennstoffzelle in einer Steuerung, welche die Luft oder Stickstoff anstellt, so dass dann, falls das Fahrzeug über die vorherbestimmte Temperatur aufwärmt und sodann unter die vorherbestimmte Temperatur fällt, Schritt b) solange nicht wiederholt wird, bis der Motor einen weiteren Anschalt- und Abstellzyklus durchläuft.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zum Entfernen von Feuchtigkeit aus einer Brennstoffzelle sowie ein System dafür, insbesondere bezieht es sich auf den Gefrierschutz von brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen und Systeme zum Entfernen von Feuchtigkeit aus einer Brennstoffzelle in einem Fahrzeug. Sie bezieht sich also auf das Entfernen von Feuchtigkeit aus einer Fahrzeugbrennstoffzelle während Zeiträumen des Nichtbetriebs, um eine Zersetzung durch Erfrieren zu vermeiden.
  • Brennstoffzellen sind Vorrichtungen, die Elektrizität durch ein elektrochemisches Verfahren ohne Brennstoffverbrennung produzieren. In der typischen Brennstoffzelle werden Wasserstoffgas und Sauerstoffgas elektrochemisch kombiniert, um Elektrizität zu produzieren. Der in diesem Verfahren eingesetzte Wasserstoff kann aus einem natürlichen Gas oder Methanol erhalten werden, während Luft als Sauerstoffquelle dient. Die einzigen Nebenprodukte dieses Verfahrens sind Wasserdampf und Wärme. Demzufolge reduzieren Brennstoffzellen angetriebene Elektrofahrzeuge Emissionen und das Bedürfnis an konventionellen fossilen Brennstoffen, indem der Verbrennungsmotor eliminiert wird (beispielsweise bei reinen Elektrofahrzeugen vollständig) oder indem der Motor lediglich an seinem effizientesten/bevorzugten Betriebspunkten betrieben wird (beispielsweise in elektrischen Hybridfahrzeugen). Obwohl Brennstoffzellen angetriebene Fahrzeuge reduzierte Fahrzeugemissionen haben, besitzen sie andere Nachteile.
  • Die typische Brennstoffzelle umfaßt beispielsweise eine Anode und eine Kathode, die durch einen Polymerelektrolyten oder eine Protonenaustauschmembran (PEM) getrennt sind. Jede der beiden Elektroden kann mit einer dünnen Platinschicht überzogen sein. An der Anode wird der Wasserstoff katalytisch in Elektron und Wasserstoffion aufgespalten. Das Elektron liefert Elektrizität, wenn sich das Wasserstoffion durch die Polymermembran in Richtung der Kathode bewegt. An der Kathode kombinieren die Wasserstoffionen mit Sauerstoff aus der Luft und Elektronen unter Bildung von Wasser. Bei einer typischen Automobilanwendung erfordert der hohe Energiebedarf, mehrere Brennstoffzellen gemeinsam zu kombinieren, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden.
  • Obwohl die derzeitige Brennstoffzellentechnologie eine beträchtliche Verbesserung für Automobilanwendungen erfahren hat, besteht eine Tendenz, dass Wasser im Brennstoffzellenstapel und damit verbundenen Komponenten des Systems verbleibt, wenn das Fahrzeug nach dem Betrieb abgeschaltet wird. Derartiges verbleibendes Wasser schädigt das Brennstoffzellenverhalten, speziell bei kaltem Wetter, wenn die Temperatur unter den Wassergefrierpunkt fällt. Die Ausbildung von Eisteilchen kann beispielsweise die Polymermembran einer PEM-Brennstoffzelle oder andere Komponenten im System, wie die.Leitungen für entionisiertes Wasser, schädigen.
  • So ist aus der DE 103 25 754 A1 ein Verfahren zum Spülen von Brennstoffzellen mit einem Trocknungsmedium bei fallenden Temperaturen, die Gefrieren bewirken könnten. Allerdings wird - im Gegensatz zur Erfindung - keine Memoryfunktion bekannt, die entsprechend einem vorherigen Trocknungsvorgang einen weiteren Trocknungsvorgang erst nach Betrieb des Motors veranlasst. Durch diese Funktion kann aber unnötiges energieaufwändiges Spülen vermieden werden.
  • US 2002/0009623 A1 betrifft das Trocknen einer Brennstoffzelle nach Abschalten des Betriebs, wobei aber keine temperaturabhängige Trocknung der Zelle durchgeführt wird, was zu energetisch unnötigen Spülvorgängen führt.
  • DE103 14 820 A1 bezieht sich ebenfalls auf ein Trocknungsverfahren, das allerdings komplexe Verfahrensschritte benötigt.
  • Demzufolge besteht ein Bedarf an einem verbesserten Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Entfernen von Wasser aus einem Brennstoffzellenstapel und dem System, bevor derartiges Wasser frieren und die Brennstoffzellenstrukturen und andere Systemkomponenten schädigen kann. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein System mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung umgeht die Probleme des Standes der Technik, indem bei einer Ausführungsform ein Verfahren zum Entfernen von Feuchtigkeit aus einem Brennstoffzellensystem und anderen Automobilsystemkomponenten geschaffen wird. Die Anwesenheit von flüssigem Wasser in einem Brennstoffzellenstapel ist beispielsweise unerwünscht, falls die Temperatur unter den Gefrierpunkt sinkt, da die Brennstoffzellenstapel Komponenten dann der Zersetzung und sogar Zerstörung durch Eisbildung und Expansion unterliegen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafter Weise angewendet, um alle Zellenkomponenten, die durch Frieren zersetzt werden könnten, zu schützen. Ferner ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur auf PEM-Brennstoffzellen eingeschränkt, sondern kann auch zum Schutz empfindlicher Komponenten anderer Brennstoffzellentypen eingesetzt werden, wie Feststoffoxid Brennstoffzellen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt das Messen der Umgebungstemperatur in der Nähe einer Brennstoffzelle nach Abschalten der Fahrzeugzündung und anschliessendes Spülen der Brennstoffzelle mit einem feuchtigkeitsentfernenden, wenn die Umgebungstemperatur auf einen vorherbestimmten Temperaturwert gefallen ist. Das feuchtigkeitsentfernende Medium wird ausreichend lange durch die Brennstoffzelle geleitet, um eine ausreichende Menge Wasser aus dem Brennstoffzellensystem zu entfernen, um die Brennstoffzelle vor Frieren zu schützen. Der Brennstoffzellenstapel besteht aus vielen individuellen Zellen, die elektrisch in Serie zusammengestapelt sind, um eine Energiequelle mit einer vorgegebenen Spannung und Strom zu erhalten. Es benötigt bei dieser Ausführungsform Luft und Wasserstoff von einer externen Quelle, um Elektrizität zu generieren. Produktwasser, das aus der Kombination von Sauerstoff und Wasserstoff stammt, wird im Brennstoffzellensystem durch das erfindungsgemäße Verfahren gemanagt. Dieses Produktwasser wird durch das erfindungsgemäße Verfahren entfernt. Flüssiges Kühlmittel wird ebenfalls zum Brennstoffzellenstapel zugeführt, falls notwendig, um eine geeignete Betriebstemperatur aufrecht zu erhalten.
  • Weiterhin wird ein System zum Entfernen von Feuchtigkeit aus einer Brennstoffzelle in einem Fahrzeug unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 12 geschaffen. Das erfindungsgemäße System umfaßt eine Temperaturmessvorrichtung, die die Temperatur nahe der Brennstoffzelle in einem Fahrzeug mißt, eine Quelle feuchtigkeitsentfernenden Mediums, eine Leitung zum Transportieren des feuchtigkeitsentfernenden Mediums zur Brennstoffzelle und eine Steuerung, die Temperaturdaten vom Temperaturmeßgerät erhält. Die Temperatursteuerung initiiert einen Mediumfluss, bei dem feuchtigkeitsentfernendes Medium durch die Brennstoffzelle gedrückt wird, wenn die Umgebungstemperatur unter eine vorherbestimmte Temperatur fällt. Die Steuerung erinnert sich, dass ein Mediumflussereignis während einer vorgegebenen Motorabschaltperiode aufgetreten ist, so dass dann, falls das Fahrzeug über die vorbestimmte Temperatur erwärmt und danach unter die vorbestimmte Temperatur fällt, ein nachfolgender Mediumfluss so lange nicht veranlaßt wird, bis das Fahrzeug einen weiteren Motor An- und Abschaltzyklus durchlaufen ist. Wie oben angegeben, mißt die Temperaturmessvorrichtung die Umgebungstemperatur kontinuierlich oder in sukzessiven Zeitintervallen, wenn das Fahrzeug nicht betrieben wird. Die vorherbestimmte Temperatur wird die gleiche, wie oben für die erfindungsgemäßen Verfahren angegeben, sein.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der speziellen Beschreibung sowie der beigefügten Zeichnung, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, auf welches diese keinesfalls eingeschränkt ist, näher erläutert. Darin zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung des Brennstoffzellenwasserentfernungssystems der Erfindung;
    • 2 eine schematische Darstellung eines Trägerschaltkreises, der im erfindungsgemäßen Brennstoffzellenwasserentfernungssystem eingesetzt wird; und
    • 3 ein Flußdiagramm, welche das erfindungsgemäße Verfahren zusammenfaßt
  • Nachfolgend wird detailliert auf zur Zeit bevorzugte Zusammensetzungen oder Ausführungsformen und Verfahren gemäß der Erfindung genommen, welche zur Zeit eine der besten Möglichkeiten der Durchführung der Erfindung darstellen.
  • In 1 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems gegeben. Das erfindungsgemäße System wird dazu eingesetzt, um ein Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug am Frieren zu hindern. Dieses System wurde auf dem Ford Motor Company C264 Brennstoffzellenfahrzeug und anderen entsprechenden Prototypen untersucht. Das System 2 umfasst das Messen der Temperatur nahe dem Brennstoffzellenstapel 4 mit dem Thermostat 6. In diesem System wurde eine Ballard Mark V Brennstoffzelle eingesetzt. Nichtsdestoweniger können das System und die erfindungsgemäßen Verfahren virtuell jeden Typ Brennstoffzelle verwenden. Zusätzliche Beispiele umfassen Ballard Mark V oder VII Brennstoffzellen. Der Thermostat 6 kann durch irgendeinen geeigneten Temperatursensor ersetzt werden. Der Thermostat 6 ist eine Temperaturmess-vorrichtung, die dazu verwendet wird, die Temperatur in der Umgebung des Brennstoffzellensystems oder des Inlinekühlmittels, das zum Brennstoffzellenstapel 4 geführt wird, zu messen. Das von dieser Vorrichtung abgegebene Ausgangssignal ist das Signal, welches das Relais 8 steuert. Wenn die Temperatur unter eine vorherbestimmte Temperatur fällt, wird das Relais 8 getriggert und sendet ein Signal an die Fahrzeugsystemsteuerung 10 über den Eingang 12. Die Fahrzeugsystemsteuerung 10 ist die Haupt - oder Mastermicrosteuerung im Fahrzeug. Die Steuerung wirkt als Mastersteuerung, welche die Gesamtfahrzeug-steuerung in der verteilten Steuerungsarchitektur steuert. Sowohl der Thermostat 6 als auch das Relais 8 werden durch die Niederspannungsquelle 14 mit Energie versorgt. Das Relais 8 ist ein typisches Automobilrelais, das dazu verwendet wird, die Steuerung der Niederspannungsenergiequelle 14 sicherzustellen. Wenn sie ein Steuersignal vom Thermostaten 6 empfängt, liefert sie Niederspannung an die Fahrzeugsystemsteuerung, welche es anstellt. Die Niederspannungsenergiequelle 14 ist eine konventionelle Niederspannungsbatterie (12Volt), die in den heutigen Fahrzeugen zu finden ist. Nach Empfang des Signals vom Relais 8 sendet die Fahrzeugsystemsteuerung 10 ein Signal zur Steuerung 16 der Hochspannungs-quelle über die Leitung 18, das die Hochspannungsquelle 20 aktiviert, den Brennstoffzellenluftkompressor 22 über die Leitung 24 dazu zu veranlassen, Luft durch den Brennstoffzellenstapel 4 fließen zu lassen. Bemerkenswerterweise wird Luft auch durch alle Brennstoffzellenkomponenten geleitet, die durch Frieren geschädigt werden könnten, wie die Leitungen für entionisiertes Wasser („DI“) und dazugehörige Komponenten. Ferner wird dann, falls nicht Luft als Feuchtigkeitsent-fernungsmedium eingesetzt wird, der Luftkompressor 22 durch einen das Feuchtig-keitsentfernungsmedium enthaltenden Tank ersetzt. Der Brennstoffzellenluftkompressor 22 ist eine Hochgeschwindigkeits-, mikrosteuerungsbasierte elektromechanische Vorrichtung, die Luft, die das Brennstoffzellensystem betritt, auf einen Druck über des Umgebungsdrucks komprimiert, um die Betriebseffizienz des Brennstoffzellensystems zu erhöhen. Die Fahrzeugsystemsteuerung 10 kommuniziert auch mit der Steuerung 16 der Hochspannungsenergiequelle über das Fahrzeug-multiplexkommunikationsnetzwerk 26 und der Brennstoffzellensteuerung 28. Der Sekundärbus 29 ermöglicht Kommunikation zwischen der Brennstoffzellensteuerung 28 und dem Luftkompressor 20. Die Hochspannungs-energiequelle 16 ist die Hochspannungstraktionsbatterie, die eine alternative Energiequelle zum Antrieb des Elektromotors schafft. Die Steuerung 16 der Hochspannungsenergie ist eine untergeordnete Mikrosteuerung, die für die Steuerung des Hochspannungsbusses zuständig ist. Eine Funktion besteht darin, die korrekte Bussspannung bei zwei Hochspannungsquellen aufrecht zu erhalten: dem Brennstoffzellenstapel und der Hochspannungsbatterie. Die Brennstoffzellensteuerung 28 ist eine Mikro-steuerung, die Teil der verteilten Steuerungsarchitektur im Brennstoffzellenfahrzeug ist. In der Steuerungshierarchie ist sie eine untergeordnete Steuerung, die auf die Mastersteuerung, die Fahrzeugsystemsteuerung 10, reagiert. Die Brennstoffzellensteuerung schafft eine lokalisierte Steuerung über das gesamte Brennstoffzellensystem, ein Subsystem des Fahrzeugs. Das Brennstoffzellensystem umfaßt den Brennstoffzellenstapel und andere notwendige Hilfsvorrichtungen, die dazu dienen, Luft, Wasserstoff, Wasser und Kühlmittel im Brennstoffzellensystem zu regulieren und zu steuern. Als Analogie: Das Brennstoffzellensystem ist wie ein Verbrennungsmotor, welcher Luft ansaugt und Verteiler, das Brennstoffverteilungs-system bis zum Brennstofftank und alle entsprechenden Sensoren und Betä-tigungseinrichtungen aufweist. Schließlich wird der elektrische Antriebsmotor 30 des Fahrzeugs durch den Brennstoffzellenstapel 4 über den Bus 32 und durch die Hochspannungsquelle 20 über den Hochspannungsbus 34 mit Energie versorgt. Der elektrische Antriebsmotor 30 des Fahrzeugs ist ein Traktionsmotor, der die Räder des Fahrzeugs antreibt. Er wird durch den Brennstoffzellenstapel 4 und die Hochspannungsenergiequelle 20 mit Energie versorgt.
  • 2 ist eine schematische Ansicht des im erfindungsgemäßen System verwendeten Triggermechanismus. Der Triggermechanismus 40 umfaßt den Thermostaten 42, der nach Messen einer Temperatur unter der vorherbestimmten Temperatur eine niedrige Spannung an Position 44, die von der 12Volt Spannungsleitung 46 durch den Resistor 48 getrennt ist, sendet. Der Zustand niedriger Spannung an Position 44 bewirkt einen temporären Zustand niedriger Spannung an Position 50, die von der Position 44 durch die Kapazität 52 getrennt ist. Eventuell kehrt die Position 50 auf einen Zustand hoher Spannung zurück, indem sie durch den Widerstand 54 auflädt. Der monostabile Multivibrator 56 mißt diesen Übergang von niedriger zu hoher Spannung an Position 50 über den Triggereingang 58, woraufhin der Ausgang 60 hoch wird. Die Pulsbreite des Ausgangspulses wird durch die Widerstände 62 und die Kapazität 64 bestimmt, deren Verbindungsleitung mit den Eingängen 66 und 68 des monostabilen Multivibrators 56 verbunden ist. Wenn der Ausgang 60 hoch wird, schließt das elektronische Lastrelais (SSR) 70 und sendet ein Signal zum Fahrzeugsteuersystem über den Ausgang 72. Schließlich mißt der monostabile Multivibrator, ob der Motor angestellt wird und setzt Eingang 74 zurück. Das Fahrzeug verwendet Eingang 74, um eine weitere zweite Abschaltebene zu vermeiden, bis ein Rückstellen des Zündschlüssels den Schaltkreis neu setzt. Das System ist durch den Eingang 76 geerdet. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Entfernen von Feuchtigkeit aus einem Brennstoffzellenstapel geschaffen. Die Anwesenheit von Feuchtigkeit in einem Brennstoffzellenstapel ist unerwünscht, falls die Temperatur unter den Gefrierpunkt sinkt, da die Membran im Brennstoffzellenstapel dann der Zerstörung durch Eisbildung und Expansion unterliegt. In 3 ist ein Flussdiagramm, welches das erfindungsgemäße Verfahren zusammenfasst, gezeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird, wie durch Block 100 angegeben, in dem ein Herunterfahren auf der Ebene 1 durchgeführt wird, wenn die Zündung abgestellt wird, initiiert (bei einem Herunterfahren auf der Ebene 1, das bei dem Abstellen des Zündschlüssels initiiert wird). Herunterfahren auf der Ebene 1 bedeutet, dass die Zündung abgestellt wird, aber die Temperatur immer noch überwacht wird. Die Umgebungstemperatur in der Nähe der Brennstoffzelle wird gemessen, wie durch Block 102 angegeben. Falls die Temperatur unter eine vorherbestimmte Temperatur sinkt (beispielsweise einen festgesetzten Punkt) (Block 104) wird ein Herunterfahren auf Ebene 2 begonnen, wie durch Block 106 gezeigt, indem Fluss des feuchtigkeitsentfernenden Mediums begonnen wird. Das feuchtigkeitsentfernende Medium kann jedes Gas sein, das Feuchtigkeit entfernen kann. Preiswerte Beispiele umfassen Luft und Stickstoff. Das feuchtigkeitsentfernende Medium kann in einem separaten Tank des Fahrzeugs befördert werden. Das bevorzugte feuchtigkeitsentfernende Medium ist aber Luft, die mit Hilfe eines auf dem Fahrzeug getragenen Kompressors eingesetzt werden kann. Das feuchtigkeitsentfernende Medium wird lange genug durchgespült, so dass zumindest ein Teil des Wassers aus der Brennstoffzelle entfernt ist. Spezifisch wird das feuchtigkeitsentfernende Medium ausreichend lange aus der Brennstoffzelle gespült, um eine ausreichende Menge des in der Brennstoffzelle befindlichen Wassers zu entfernen, so dass die Brennstoffzelle nicht durch das Frieren von Wasser beschädigt oder beeinträchtigt wird. In der Praxis wird dann, wenn die Umgebungstemperatur unter die vorherbestimmte Temperatur fällt, ein Signal generiert, das die Fahrzeugsystemsteuerung aufweckt, ein Herunterfahren auf Ebene 2 zu beginnen. Das Herunterfahren auf Ebene 2 wird fertiggestellt, wobei die Temperatur nicht mehr überwacht wird (Block 108). Falls die Temperatur nicht unter dem vorgegebenen Punkt liegt, wird die Temperatur wiederholt nachgemessen.
  • Die Schritte des Messens der Umgebungstemperatur werden kontinuierlich oder zu aufeinanderfolgenden Zeitintervallen durchgeführt, während das Fahrzeug abgestellt wird, bis es angestellt wird. Die Temperaturmessung kann durch jeden geeigneten Temperatursensor durchgeführt werden, wie ein Thermostatelement, einen thermischen Schalter oder dergleichen. Ein geeigneter thermischer Schalter ist Texas Instrumentes Klixon 4286. Ferner kann die Temperaturmesseinrichtung an jeder Position im Fahrzeug angeordnet werden, wobei eine Temperaturmessung eine Information über die Temperatur des Brennstoffzellenstapels liefert. Spezifisch kann der Temperatursensor außerhalb der Brennstoffzelle an einem Ort im Fahrzeug angeordnet werden, der mit der Brennstoffzellentemperatur in Beziehung steht. Geeignete Positionen umfassen beispielsweise das Kühlmittel am Einlaß zum Brennstoffzellenstapel, oder eine Position außerhalb der Brennstoffzelle an einer Stelle im gleichen Kompartment wie die Brennstoffzelle, in der Umgebungsatmosphäre neben den Brennstoffzellenstapeln (bestehend aus Luft- und Wasserstoff) oder im Wasser der Brennstoffzelle (nämlich im entionisierten Wasser).
  • Die in der Durchführung der Erfindung verwendete vorbestimmte Temperatur ist bevorzugt größer oder gleich etwa 0°C. Besonders bevorzugt wird die vorbestimmte Temperatur größer oder gleich als etwa 3°C sein. Ein günstiger Bereich für die vorherbestimmte Temperatur bewegt sich zwischen 3°C bis etwa 7°C. Sobald das feuchtigkeitsentfernende Medium den Fluß durch den Brennstoffzellenstapel begonnen hat, ist es wichtig, dass dies ausreichend lange fortgeführt wird, um die gesamte Feuchtigkeit zu entfernen. Dieser Zeitraum kann dynamisch durch Verwendung von Sensoren im Brennstoffzellenstapel bestimmt werden, die messen, ob die Wassermenge auf ein vorherbestimmtes niedriges Niveau abgesunken ist. Alternativ kann die Menge empirisch durch ein Eichverfahren bestimmt werden. Dies bedeutet, dass eine Brennstoffzelle mit einer typischen Menge Feuchtigkeit einem Luftfluß ausgesetzt und die zur Entfernung des Wassers notwendige Zeit gemessen wird. Ein Zeitraum, der größer als dieser empirisch bestimmte Zeitraum ist, wird sodann für alle betriebenen Brennstoffzellenfahrzeuge eingesetzt.
  • Für eine vorgegebene Fahrzeugabschaltsequenz ist es lediglich notwendig, dass das feuchtigkeitsentfernende Medium einmal die Brennstoffzelle durchfließt. Demzufolge kann bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Auftreten des Schrittes des Spülens der Brennstoffzelle mit feuchtigkeitsentfernendem Medium eine FLAG setzen, so dass dann, falls das Fahrzeug sich über die vorherbestimmte Temperatur erwärmt und sodann unter die vorbestimmte Temperatur fällt, Schritt b so lange nicht wiederholt wird, bis der Motor einen weiteren Fahrzyklus durchläuft. Hierin bedeutet der Ausdruck „Fahrzyklus“ die Sequenz, bei der das Fahrzeug gestartet und sodann abgestellt wird. Demzufolge kann dann, wenn die Temperaturmeßeinrichtung ein thermischer Schalter ist, der Schalter sich selbst zurücksetzen, damit er wiederum nachprüfen kann, ob die Umgebungstemperatur unter die vorherbestimmte Temperatur fällt, wenn das Fahrzeug durch Umdrehen des Zündschlüssels abgestellt wird (Abstellung der Ebene 1).
  • Dieses Merkmal der Erfindung kann unter Verwendung eines üblichen thermischen Schalters (wie der Texas Instruments Klixon 4286) oder einen Temperatursensor realisiert werden. Jedes Verfahren (Schalter oder Sensor) kann einen elektronischen Hardware Schaltkreis, wie einen Einmal-Timer-Schaltkreis oder einen Mikroprozessor mit Software einsetzen, um die benötigte Steuerlogik, die oben beschrieben wurde, umzusetzen.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Verfahren zum Entfernen von Feuchtigkeit die Fähigkeit, nur einem Luftdurchflußzyklus für jedes Fahrzeugabstellen zu ermöglichen. Bei dieser Ausführungsform umfaßt das Verfahren das Messen der Temperatur nahe eines Brennstoffzellenfahrzeugs, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug abgestellt wurde und Spülen von Luft durch die Brennstoffzelle, wenn die Umgebungstemperatur auf eine vorherbestimmte Temperatur fällt. Die Luft wird lange genug durchgespült so dass mindestens ein Teil des Wassers aus den Brennstoffzellensystem entfernt wird. Spezifisch wird Luft ausreichend lange durch das Brennstoffzellensystem gespült, um eine ausreichende Menge Wasser in der Brennstoffzelle zu entfernen, so dass das Brennstoffzellensystem durch Gefrieren von Wasser nicht beeinträchtigt oder zerstört wird, und dass das Auftreten des Schritts des Spülens von feuchtigkeitentfernendem Medium durch die Brennstoffzelle durch eine Steuerung abgespeichert wird, welche den Luftfluß anstellt, so dass dann, wenn sich das Fahrzeug über die vorherbestimmte Temperatur erwärmt und danach unter die vorherbestimmte Temperatur fällt, Schritt b solange nicht wiederholt wird, bis der Motor einen weiteren An-/Auszyklus durchläuft. Bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt des Messens der Umgebungstemperatur in der gleichen Weise wie oben durchgeführt.
  • Während die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen illustriert und beschrieben wurde, sollen diese Ausführungsformen keinesfalls alle möglichen Formen der Erfindung illustrieren und beschreiben. Stattdessen sollen die in der Beschreibung verwendeten Wort lediglich umschreibend als limitierend gesehen werden und selbstverständlich können verschiedenartigste Änderungen ohne Abweichung vom Kern und Schutzumfang der Erfindung durchgeführt werden.

Claims (18)

  1. Verfahren zum Entfernen von Feuchtigkeit aus einer Brennstoffzelle, mit den Schritten: a) Messen der Temperatur in der Nähe des Brennstoffzellenfahrzeugs, wenn die Fahrzeugzündung abgestellt wurde; und b) Spülen von Luft oder Stickstoff durch die Brennstoffzelle, wenn die Umgebungstemperatur unter eine vorherbestimmte Temperatur sinkt, wobei die Brennstoffzelle ausreichend lange mit Luft oder Stickstoff gespült wird, um eine ausreichende Menge Wasser aus der Brennstoffzelle zu entfernen, so dass die Brennstoffzelle durch das Frieren von Wasser nicht beschädigt wird, und Speichern des Auftretens des Schrittes des Spülens von Luft oder Stickstoff durch die Brennstoffzelle in einer Steuerung, welche die Luft oder Stickstoff anstellt, so dass dann, falls das Fahrzeug über die vorherbestimmte Temperatur aufwärmt und sodann unter die vorherbestimmte Temperatur fällt, Schritt b) solange nicht wiederholt wird, bis der Motor einen weiteren Anschalt- und Abstellzyklus durchläuft.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Messens der Umgebungstemperatur kontinuierlich oder zu aufeinanderfolgenden Zeitintervallen durchgeführt wird, während das Fahrzeug abgestellt wird, bis das Fahrzeug betrieben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Messens der Umgebungstemperatur kontinuierlich oder zu aufeinanderfolgenden Zeitintervallen durchgeführt wird, bis die Temperatur in der Nachbarschaft der Brennstoffzelle unter die vorherbestimmte Temperatur sinkt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Messens der Umgebungstemperatur durch einen Temperatursensor durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor im Kühlmittel am Einlass zum Brennstoffzellenstapel; in der Umgebung neben den Brennstoffzellenstapeln oder im Wasser in der Brennstoffzelle angeordnet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor ausserhalb der Brennstoffzelle an einem Ort im Fahrzeug angeordnet wird, der mit den Brennstoffzellentemperaturen korreliert ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorherbestimmte Temperatur größer oder gleich 0°C ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorherbestimmte Temperatur zwischen etwa 3°C bis etwa 7°C liegt.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausreichende Zeit, um Luft durch die Brennstoffzelle zu spülen so bestimmt wird, dass sie größer als die Zeit ist, die notwendig ist, um im Wesentlichendas gesamte in einer Brennstoffzelle gemessene Wasser zu entfernen.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine vorgegebenen Motorabschaltung das Auftreten des Schrittes des Spülens von Luft durch die Brennstoffzelle eine FLAG setzt, so dass dann, falls das Fahrzeug über die vorherbestimmte Temperatur aufwärmt und nachfolgend unter die vorherbestimmte Temperatur fällt, der Schritt B solange nicht wiederholt wird, bis der Motor einen weiteren Anschalt- und Abschaltzyklus durchläuft.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das feuchtigkeitsentfernende Medium Luft oder Stickstoffgas ist.
  12. System zum Entfernen von Feuchtigkeit aus einer Brennstoffzelle (4) in einem Fahrzeug, mit: - einer Temperaturmessvorrichtung (6), um die Temperatur neben der Brennstoffzelle (4) in einem Fahrzeug zu messen; - einer Feuchtigkeitsentfernungsmedium Quelle; - einer Leitung, um das Feuchtigkeitsentfernungsmedium zur Brennstoffzelle zu leiten; und - einer Steuerung, die Temperaturdaten vom Temperatursensor erhält, wobei die Temperatursteuerung ein Feuchtigkeitsentfernungsmedium-Spülereignis, bei dem das Feuchtigkeitsentfernungsmedium durch die Brennstoffzelle gespült wird, dann initiiert, wenn die Umgebungstemperatur unter eine vorherbestimmte Temperatur sinkt und die Steuerung feststellt, dass ein Spülereignis während eines vorgegebenen Motorabschaltzeitraums aufgetreten ist, so dass dann, falls das Fahrzeug über die vorherbestimmte Temperatur erwärmt und danach unter die vorherbestimmte Temperatur abkühlt, ein nachfolgendes Mediumspülereignis so lange nicht initiiert wird, bis das Fahrzeug einen weiteren Motoran- und Abschaltzyklus durchläuft.
  13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor die Umgebungstemperatur kontinuierlich oder zu aufeinanderfolgenden Zeitintervallen mißt, während das Fahrzeug abgestellt wird, bis das Fahrzeug betrieben wird.
  14. System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor ein Thermostatelement oder ein thermischer Schalter ist.
  15. System nach Anspruch 12-14, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor im Kühlmittel am Einlaß zum Brennstoffzellenstapel, in der Umgebungsatmosphäre in der Nähe der Brennstoffzellenstapel oder im Wasser in der Brennstoffzelle angeordnet ist.
  16. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor außerhalb der Brennstoffzelle an einem Ort im Fahrzeug angeordnet ist, der mit den Brennstoffzellentemperaturen korreliert ist.
  17. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vorherbestimmte Temperatur größer oder gleich 0°C ist.
  18. System nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass die vorherbestimmte Temperatur zwischen etwa 3° bis etwa 7°C liegt.
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