DE102006046104A1 - Anodenströmungsumschaltung mit Ablaß bei geschlossenem Injektor - Google Patents
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Abstract
Es ist ein Brennstoffzellensystem vorgesehen, das eine Technik zum Ablassen von Stickstoff verwendet. Das Brennstoffzellensystem umfasst einen Brennstoffzellenstapel, der einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel aufweist, wobei die Wasserstoffgasströmung zwischen den Unterstapeln umgeschaltet wird. Ein erstes Stickstoffablassventil ist in einer Anodengaseingangsleitung vorgesehen, die mit dem ersten Unterstapel gekoppelt ist, und ein zweites Stickstoffablassventil ist in einer Anodengaseingangsleitung vorgesehen, die mit dem zweiten Unterstapel gekoppelt ist. Wenn der erste Unterstapel das Anodengas aufnimmt und ein Ablassen von Stickstoff angefordert wird, ist das erste Ablassventil geschlossen und das zweite Ablassventil geöffnet, um das Ablassen des Stickstoffs vorzusehen. Wenn der zweite Unterstapel das Anodengas aufnimmt und ein Ablassen von Stickstoff angefordert wird, ist das zweite Ablassventil geschlossen und das erste Ablassventil geöffnet, um das Ablassen von Stickstoff vorzusehen.
Description
- Diese Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren zum Ablassen von Stickstoff von der Anodenseite eines Brennstoffzellenstapels und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Ablassen von Stickstoff von der Anodenseite eines getrennten Brennstoffzellenstapels, der eine Strömungsumschaltung verwendet, wobei ein separates Ablassventil an einem Einlass-/Auslassende von zwei Unterstapeln vorgesehen ist.
- Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Eine Wasserstoffbrennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen umfasst. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf und die Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird in der Anode aufgespalten, um freie Protonen und Elektronen zu erzeugen. Die Protonen gelangen durch den Elektrolyt an die Kathode. Die Protonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode, um Wasser zu erzeugen. Die Elektronen von der Anode können nicht durch den Elektrolyt gelangen und werden somit durch eine Last geführt, in der sie Arbeit verrichten, bevor sie an die Kathode geliefert werden. Die Anode dient dazu, das Fahrzeug zu betreiben.
- Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) stellen populäre Brennstoffzellen für Fahrzeuge dar. Die PEMFC umfasst allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran, wie eine Perfluorsulfonsäuremembran. Die Anode und Kathode umfassen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel, gewöhnlich Platin (Pt), die auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem Ionomer gemischt ist. Die katalytische Mischung wird auf entgegengesetzten Seiten der Membran aufgetragen. Die Kombination der katalytischen Anodenmischung, der katalytischen Kathodenmischung und der Membran definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA).
- Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Beispielsweise kann ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug zweihundert oder mehr gestapelte Brennstoffzellen umfassen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodenreaktandengas, typischerweise eine Strömung aus Luft auf, die durch den Stapel über einen Kompressor gedrängt wird. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff von dem Stapel verbraucht, und ein Teil der Luft wird als ein Kathodenabgas ausgegeben, das Wasser als ein Stapelnebenprodukt umfassen kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffreaktandengas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt. Der Stapel umfasst auch Strömungskanäle, durch die ein Kühlfluid strömt.
- Der Brennstoffzellenstapel umfasst eine Serie von Strömungsfeldplatten oder bipolaren Platten, die zwischen den verschiedenen MEAs in dem Stapel positioniert sind. Die bipolaren Platten umfassen eine Anodenseite und eine Kathodenseite für benachbarte Brennstoffzellen in dem Stapel. An der Anodenseite der bipolaren Platten sind Anodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Anodengas an die Anodenseite der MEA strömen kann. An der Kathodenseite der bipolaren Platten sind Kathodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass Kathodengas an die Kathodenseite der MEA strömen kann. Die bipolaren Platten umfassen auch Strömungskanäle, durch die ein Kühlfluid strömt.
- Die MEAs sind porös und ermöglichen somit, dass Stickstoff in der Luft von der Kathodenseite des Stapels durch die Membran hindurchdringen und sich in der Anodenseite sammeln kann, was in der Industrie als Stickstoffübergang bezeichnet wird. Stickstoff in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels verdünnt den Wasserstoff, so dass, wenn die Stickstoffkonzentration über einen bestimmten Prozentsatz, wie 50%, ansteigt, der Brennstoffzellenstapel instabil wird und ausfallen kann.
- Für Kraftfahrzeuganwendungen sind typischerweise etwa 400 Brennstoffzellen nötig, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Da so viele Brennstoffzellen für den Stapel in Brennstoffzellensystemkonstruktionen für Kraftfahrzeuge erforderlich sind, wird der Stapel manchmal in zwei Unterstapel aufgeteilt, von denen jeder etwa 200 Brennstoffzellen umfasst, da es schwierig ist, einen gleichen Durchfluss von Wasserstoffgas durch 400 parallele Brennstoffzellen effektiv vorzusehen.
- Auch müssen die Membranen in einer Brennstoffzelle eine gewisse relative Feuchte besitzen, so dass der Ionenwiderstand über die Membran niedrig genug ist, um effektiv Protonen zu leiten. Diese Befeuchtung kann von dem Stapelwassernebenprodukt oder aus einer externen Befeuchtung stammen. Die Strömung von Wasserstoff durch die Anodengasströmungskanäle besitzt einen Austrocknungseffekt auf die Membran, der sich an einem Einlass der Wasserstoffströmung besonders bemerkbar macht. Auch kann die Ansammlung von Wassertröpfchen in den Anodengasströmungskanälen aus der relativen Feuchte der Membran und dem Wassernebenprodukt verhindern, dass Wasserstoff hindurch strömt, und kann bewirken, dass die Zelle aufgrund einer geringen Reaktandengasströmung ausfällt, wodurch die Stapelstabilität beeinträchtigt wird. Die Ansamm lung von Wasser in den Reaktandengasströmungskanälen ist bei niedrigen Stapelausgangslasten besonders problematisch.
- Bisher ist in der Technik vorgeschlagen worden, eine Strömungsumschaltung von Anodenreaktandengas vorzusehen, bei der die Richtung der Anodengasströmung durch den Stapel periodisch umgekehrt wird, so dass der Austrocknungseffekt von trockenem Wasserstoff an dem Anodeneinlass nicht kontinuierlich an einem Ende des Stapels auftritt. Ferner wird das von dem Stapel erzeugte Wasser durch die Bereitstellung der Strömungsumschaltung besser dazu verwendet, eine Befeuchtung der Membran vorzusehen.
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1 ist ein schematisches Schaubild eines Abschnitts eines bekannten Brennstoffzellensystems10 des oben beschriebenen Typs, das eine Strömungsumschaltung verwendet. Das Brennstoffzellensystem10 umfasst einen Brennstoffzellenstapel12 , der in einen ersten Unterstapel14 und einen zweiten Unterstapel16 unterteilt ist. Eine Anodeneinlasseinheit18 steuert die Strömung und den Druck des Wasserstoffs von einer Wasserstoffquelle20 , wie einem Druckwasserstofftank, zu einer ersten Anodeneingangsleitung22 , die mit dem Unterstapel14 gekoppelt ist, und einer zweiten Anodeneingangsleitung24 , die mit dem Unterstapel16 gekoppelt ist. Eine Verbinderleitung26 verbindet die Wasserstoffreaktandengasströmungskanäle in den Unterstapeln12 und14 , so dass das Anodengas, das einen der Unterstapel14 oder16 verlässt, in den anderen Unterstapel14 oder16 abhängig davon eintritt, auf welchem Weg das Anodengas strömt. Ein Wasserabscheider28 ist in der Leitung26 vorgesehen, der Wasser von dem durch die Leitung26 strömenden Gas entfernt. - Die Strömung von Wasserstoff in den Brennstoffzellenstapel
12 wird dahingehend umgeschaltet, dass Wasserstoffgas zuerst an der Anodenein gangsleitung22 an den Stapel12 geliefert wird und anschließend die Strömung umgekehrt wird, so dass das Wasserstoffgas an der Anodeneingangsleitung24 an den Stapel12 geliefert wird. Das Umkehren der Wasserstoffgasströmung wird auf diese Weise fortgesetzt. Die Strömungsumschaltung erfolgt typischerweise mit einem Zyklus von 1 bis 5 Sekunden für jede Strömungsrichtung für eine Gesamtzyklusperiode von 2–10 Sekunden. - Wasserstoffgas von der Wasserstoffquelle
20 wird auf Leitung30 vorgesehen. Wenn das Wasserstoffgas an den Stapel12 auf der Leitung22 geliefert wird, steuern Injektorventile32 ,34 und36 die Strömung des Wasserstoffgases an den Stapel12 . Bei geringen Durchflüssen schließt eine Steuereinheit (nicht gezeigt) die Injektorventile32 und34 und erhöht selektiv das Einschaltdauer des Injektors36 , wenn die Durchflussanforderung für Wasserstoffgas zunimmt. Wenn die Einschaltdauer des Injektorventils36 100% (kontinuierlich offen) erreicht, dann erhöht die Steuereinheit selektiv die Einschaltdauer des Injektorventils34 , wenn die Durchsatzanforderung für Wasserstoffgas zunimmt. Dieser Prozess dauert an, wenn die Anforderung zunimmt, bis alle drei Injektorventile32 ,34 und36 eine Einschaltdauer von 100% besitzen, wodurch ein maximaler Wasserstoffgasdurchfluss vorgesehen wird. Verringerungen des Wasserstoffgasdurchflusses werden auf dieselbe Weise vorgesehen. Bei anderen Konstruktionen können mehr oder weniger Injektorventile vorgesehen sein. Bei Strömungsumschaltungen zu der Eingangsleitung24 werden die Ventile32 –36 geschlossen, und die Ventile38 ,40 und42 werden dazu verwendet, die Wasserstoffgasströmung an den Stapel12 auf dieselbe Weise zu steuern. - Eine Kathodenleitung
46 ist mit dem Kathodeneingang (nicht gezeigt) des Stapels12 und der Leitung30 gekoppelt. Bei bestimmten Brennstoffzel lensystemkonstruktionen wird beim Systemstart eine kleine Menge an Wasserstoff an die Kathodenseite des Stapels12 geliefert. Der Wasserstoff reagiert mit Luft an der Kathodenseite des Stapels12 , um eine Reaktion vorzusehen, die Wärme erzeugt, so dass die Temperatur des Brennstoffzellenstapels12 schnell auf eine Soll-Betriebstemperatur erhöht werden kann. Die Bereitstellung des Wasserstoffgases an der Kathodenseite des Stapels12 beim Systemstart ist besonders bei Niedertemperaturumgebungen nützlich. Um den Wasserstoff selektiv an der Leitung46 vorzusehen, ist ein Steuerventil48 in der Leitung30 vorgesehen, das beim Systemstart auf die oben beschriebene Art und Weise zu diesem Zweck gesteuert wird. - Auch kann es bei bestimmten Brennstoffzellensystemkonstruktionen erstrebenswert sein, die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels
12 bei Abschaltung des Systems mit Luft von dem Kompressor (nicht gezeigt) zu spülen, um den restlichen Wasserstoff und das restliche Wasser in den Strömungskanälen in der Anodenseite des Stapels12 zu entfernen. Die Entfernung des Wasserstoffs von der Anodenseite bei einer Systemabschaltung besitzt bestimmte gut bekannte Vorteile, und das Entfernen des Wassers aus den Strömungskanälen verhindert, dass dieses in dem Stapel12 in Niedertemperaturumgebungen gefriert. Um die Anodenspülung vorzusehen, umfasst die Anodeneinlasseinheit18 ein Paar von Spülventilen50 und52 , die zwischen die Anodeneingangsleitung22 und die Kathodenleitung46 gekoppelt sind. Ähnlicherweise ist ein Paar von Spülventilen54 und56 zwischen die Anodeneingangsleitung24 und die Kathodenleitung46 gekoppelt. Daher werden bei Abschaltung des Systems die Ventile32 bis42 geschlossen und die Ventile50 bis56 werden geöffnet, um die Anodenseite des Stapels12 zu spülen. - Wie oben beschrieben ist, wird angestrebt, Stickstoff von der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels
12 während des Stapelbetriebs abzulassen, um die Stabilität des Stapels zu steigern. Ein Ablassventil64 ist mit der Leitung26 gekoppelt, um das Ablassen des Stickstoffs vorzusehen. Bei einer Konstruktion wird abgelassener Stickstoff, Wasserstoff, Wasser, etc. von dem Ablassventil64 an einen Kathodenaustrag des Systems10 geliefert. Die Konzentration von Wasserstoff in dem abgelassenen Material ist gering genug, so dass kein Verbrennungsproblem bewirkt wird. Wasserstoff wird periodisch von der Leitung26 durch die Ablassventile64 abhängig von verschiedenen Faktoren abgelassen. - Während der Zeiten, wenn das Anodengas durch das Ablassventil
64 abgelassen wird, um den Stickstoff zu entfernen, wird frischer Wasserstoff, der für den unterstromigen Unterstapel14 oder16 bestimmt ist, abgelassen und wird nicht an den Unterstapel14 oder16 geliefert. Nur eine kleine Menge an Wasserstoff kann, wenn das Ablassventil64 offen ist, hindurch zu dem unterstromigen Unterstapel14 oder16 infolge der Druckdifferenz gelangen, die durch das Ablassventil64 , das offen ist, und Wasserstoff erzeugt wird, der von dem unterstromigen Unterstapel14 oder16 verbraucht wird. Dieser Mangel an Wasserstoff für den Unterstapel14 oder16 beeinträchtigt die Stapelstabilität dahingehend, dass die Zellenspannungen dramatisch abfallen. Somit besitzt das Ablassen des Stickstoffs von dem Stapel12 in dem System10 eine Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit des Stapels. - Erfindungsgemäß ist ein Brennstoffzellensystem offenbart, das eine Technik zum Ablassen von Stickstoff verwendet. Das Brennstoffzellensystem umfasst einen Brennstoffzellenstapel, der einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel aufweist. Die Strömung von Wasserstoffgas zu dem Brennstoffzellenstapel wird durch eine Anodeneinlasseinheit gesteu ert, wobei die Wasserstoffgasströmung zwischen den Unterstapeln umgeschaltet wird. Ein erstes Stickstoffablassventil ist in einer Anodengaseingangsleitung vorgesehen, die mit dem ersten Unterstapel gekoppelt ist, und ein zweites Stickstoffablassventil ist in einer Anodengaseingangsleitung vorgesehen, die mit dem zweiten Unterstapel gekoppelt ist. Wenn der erste Unterstapel das Anodengas aufnimmt und ein Ablassen von Stickstoff angefordert ist, ist das erste Ablassventil in der Eingangsleitung für den ersten Unterstapel geschlossen und das zweite Ablassventil ist geöffnet, um das Ablassen des Stickstoffs vorzusehen. Wenn der zweite Unterstapel das Anodengas aufnimmt und ein Ablassen von Stickstoff angefordert wird, ist das zweite Ablassventil in der Eingangsleitung für den zweiten Unterstapel geschlossen und das erste Ablassventil ist geöffnet, um das Ablassen von Stickstoff vorzusehen.
- Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 ein schematisches Schaubild eines bekannten Brennstoffzellensystemsist, das einen Stapel aufweist, der einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel besitzt, wobei ein Stickstoffablassventil zwischen den Stapeln vorgesehen ist; und -
2 ein schematisches Schaubild eines Brennstoffzellensystems ist, das einen Brennstoffzellenstapel aufweist, der einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel besitzt, wobei ein Stickstoffablassventil in einer Eingangsleitung zu dem ersten Unterstapel und ein Stickstoffablassventil in einer Eingangsleitung zu dem zweiten Unterstapel gemäß ei ner Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind. - Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Brennstoffzellensystem gerichtet ist, das einen Brennstoffzellenstapel, der einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel aufweist, und ein erstes Stickstoffablassventil an einem Eingang zu dem ersten Unterstapel und ein zweites Stickstoffablassventil an dem Eingang des zweiten Unterstapels besitzt, ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
-
2 ist ein schematisches Schaubild eines Brennstoffzellensystems70 , das ähnlich dem Brennstoffzellensystem10 ist, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das Stickstoffablassventil64 zwischen den Unterstapeln12 und14 weggelassen worden. Ferner ist ein erstes Stickstoffablassventil72 in der Anodeneingangsleitung22 vorgesehen, und ein zweites Stickstoffablassventil74 ist in der Anodeneingangsleitung24 vorgesehen. Beide Ventile72 und74 sind in der geschlossenen Position gezeigt. Wenn die Anodenströmung umgeschaltet wird, so dass das Anodengas an die Anodeneingangsleitung22 geliefert wird, wie oben beschrieben ist, und die Steuereinheit ein Ablassen von Stickstoff angefordert hat, ist das erste Ablassventil72 geschlossen und das zweite Ablassventil74 geöffnet. Ähnlicherweise ist, wenn die Anodengasströmung umgeschaltet wird, so dass das Anodeneingangsgas an die zweite Anodeneingangsleitung24 geliefert wird und die Steuereinheit ein Ablassen von Stickstoff anfordert, das zweite Ablassventil74 geschlossen und das erste Ablassventil72 geöffnet. Daher wird, wenn ein Ablassen angefordert ist, das Ablassventil an dem Ausgang des unterstromigen Unterstapels14 oder16 geöffnet, so dass frischer Stickstoff an beide Unterstapel14 und16 geliefert wird, bevor das Ablassen des Stickstoffs erfolgt. Die Anforderung nach einem Ablassen von Stickstoff hängt von vielen Faktoren ab, wie dem Alter des Stapels. Ferner erfolgt die Strömungsumschaltung typischerweise mit einem Zyklus von 1 bis 5 Sekunden für jede Strömungsrichtung für eine Gesamtzyklusdauer von 2–10 Sekunden. - Die Kombination des Wasserstoffs, des Stickstoffs, des Wassers und anderen Materials, das durch die Ablassventile
72 und74 abgelassen wird, kann an eine beliebige geeignete Wasserdampfübertragung geliefert werden. Verschiedene Brennstoffzellensystemkonstruktionen können dieses abgelassene Produkt auf verschiedene Weise verwenden. Bei einer Ausführungsform wird das abgelassene Material mit dem Kathodenaustrag kombiniert und an die Umgebung geliefert. Die Konzentration von Wasserstoff in dem Material ist nicht ausreichend, als dass er ein Verbrennungsproblem darstellen würde. - Zusammengefasst ist ein Brennstoffzellensystem vorgesehen, das eine Technik zum Ablassen von Stickstoff verwendet. Das Brennstoffzellensystem umfasst einen Brennstoffzellenstapel, der einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel aufweist, wobei die Wasserstoffgasströmung zwischen den Unterstapeln umgeschaltet wird. Ein erstes Stickstoffablassventil ist in einer Anodengaseingangsleitung vorgesehen, die mit dem ersten Unterstapel gekoppelt ist, und ein zweites Stickstoffablassventil ist in einer Anodengaseingangsleitung vorgesehen, die mit dem zweiten Unterstapel gekoppelt ist. Wenn der erste Unterstapel das Anodengas aufnimmt und ein Ablassen von Stickstoff angefordert wird, ist das erste Ablassventil geschlossen und das zweite Ablassventil geöffnet, um das Ablassen des Stickstoffs vorzusehen. Wenn der zweite Unterstapel das Anodengas aufnimmt und ein Ablassen von Stickstoff angefordert wird, ist das zweite Ablassventil geschlossen und das erste Ablassventil geöffnet, um das Ablassen von Stickstoff vorzusehen.
Claims (20)
- Brennstoffzellensystem mit: einem geteilten Brennstoffzellenstapel, der einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel umfasst; einer ersten Anodeneingangsleitung, die mit dem ersten Unterstapel gekoppelt ist; einer zweiten Anodeneingangsleitung, die mit dem zweiten Unterstapel gekoppelt ist; einer Verbinderleitung zum Verbinden von Anodenströmungskanälen in dem ersten und zweiten Unterstapel; einer Wasserstoffquelle, um Wasserstoffgas an die erste und zweite Anodeneingangsleitung zu liefern; einem ersten Stickstoffablassventil, das mit der ersten Eingangsleitung gekoppelt ist; und einem zweitem Stickstoffablassventil, das mit der zweiten Eingangsleitung gekoppelt ist, wobei, wenn die Wasserstoffquelle das Wasserstoffgas an die erste Eingangsleitung liefert und ein Ablassen von Stickstoff angefordert ist, das erste Ablassventil geschlossen ist und das zweite Ablassventil geöffnet ist, und, wenn die Wasserstoffquelle das Wasserstoffgas an die zweite Anodeneingangsleitung liefert und ein Ablassen von Stickstoff angefordert ist, das zweite Ablassventil geschlossen ist und das erste Ablassventil geöffnet ist.
- System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anodeneinlasseinheit vorgesehen ist, wobei die Anodeneinlasseinheit eine Vielzahl von Steuerventilen umfasst, um die Wasserstoffgasströmung an die erste Anodeneingangsleitung und die zweite Anodeneingangsleitung zu steuern.
- System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodeneinlasseinheit sechs Steuerventile zur Steuerung der Wasserstoffgasströmung an die erste und zweite Anodenleitung umfasst, wobei drei der Vielzahl von Steuerventilen selektiv geöffnet und geschlossen werden, um den Durchfluss des Wasserstoffgases an die erste Eingangsleitung zu steuern, und drei der Vielzahl von Steuerventilen selektiv geöffnet und geschlossen werden, um den Durchfluss des Wasserstoffgases an die zweite Anodeneingangsleitung zu steuern.
- System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des Wasserstoffgases an die erste Anodeneingangsleitung und die zweite Anodeneingangsleitung umgeschaltet wird, wobei die Strömung des Wasserstoffgases auf eine zyklische Weise für eine vorbestimmte Zeitperiode an den ersten Unterstapel und dann für die vorbestimmte Zeitperiode an den zweiten Unterstapel geliefert wird.
- System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitperiode im Bereich von 1–5 Sekunden liegt.
- System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgelassene Stickstoff von dem ersten und zweiten Stickstoffablassventil mit einem Kathodenaustrag von dem Brennstoffzellenstapel kombiniert wird.
- System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Unterstapel jeweils etwa 200 Brennstoffzellen umfassen.
- System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserabscheider vorgesehen ist, der in der Verbinderleitung positioniert ist.
- System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Brennstoffzellensystem an einem Fahrzeug befindet.
- Brennstoffzellensystem mit: einem aufgeteilten Brennstoffzellenstapel, der einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel umfasst; einer Verbinderleitung zum Verbinden von Anodenströmungskanälen in dem ersten und zweiten Unterstapel; einer Wasserstoffquelle, um Wasserstoffgas an den Brennstoffzellenstapel zu liefern; und zumindest einem Stickstoffablassventil, das in einer Leitung zwischen dem Brennstoffzellenstapel und der Quelle vorgesehen ist, wobei das zumindest eine Stickstoffablassventil Stickstoff von dem Brennstoffzellenstapel ablässt.
- System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Stickstoffablassventil ein erstes Stickstoffablassventil, das in einer Anodeneingangsleitung positioniert ist, die mit dem ersten Unterstapel gekoppelt ist, und ein zweites Stickstoffablassventilumfasst, das in einer zweiten Anodeneingangsleitung positioniert ist, die mit dem zweiten Unterstapel gekoppelt ist.
- System nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des Wasserstoffgases zu der ersten Anodeneingangsleitung und der zweiten Anodeneingangsleitung umgeschaltet wird, wobei die Strömung des Wasserstoffgases auf eine zyklische Weise für eine vorbestimmte Zeitperiode an den ersten Unterstapel und dann für die vorbestimmte Zeitperiode an den zweiten Unterstapel geliefert wird.
- System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitperiode im Bereich von 1–5 Sekunden liegt.
- System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der abgelassene Stickstoff von dem ersten und zweiten Stickstoffablassventil mit einem Kathodenaustrag von dem Brennstoffzellenstapel kombiniert wird.
- System nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Unterstapel jeweils etwa 200 Brennstoffzellen umfassen.
- Verfahren zum Ablassen von Stickstoff von einem Brennstoffzellenstapel, wobei das Verfahren umfasst, dass: der Brennstoffzellenstapel in einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel unterteilt wird; Anodengasströmungskanäle in dem ersten Unterstapel und dem zweiten Unterstapel mit einer Verbinderleitung verbunden werden; eine Wasserstoffgasströmung zwischen dem ersten Unterstapel und dem zweiten Unterstapel umgeschaltet wird; Stickstoff durch ein erstes Stickstoffablassventil an einem Ausgang des zweiten Unterstapels abgelassen wird, wenn die Wasserstoffgasströmung an den ersten Unterstapel geliefert wird; und Stickstoff von einem zweiten Stickstoffablassventil an einem Ausgang des ersten Unterstapels abgelassen wird, wenn die Wasserstoffgasströmung an den zweiten Unterstapel geliefert wird.
- Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsumschaltung der Wasserstoffgasströmung umfasst, dass die Wasserstoffgasströmung auf eine zyklische Weise umgeschaltet wird, die einen Zyklus im Bereich von 2–10 Sekunden besitzt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der abgelassene Stickstoff von dem ersten und zweiten Stickstoffablassventil mit einem Kathodenaustrag von dem Brennstoffzellenstapel kombiniert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser von dem durch die Verbinderleitung strömenden Anodengas abgeschieden wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Unterstapel und der zweite Unterstapel jeweils etwa 200 Brennstoffzellen umfassen.
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