DE102007029420B4 - Verfahren zur selektiven Ausführung einer Spülung eines Brennstoffzellenstapels und Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur selektiven Ausführung einer Spülung eines Brennstoffzellenstapels in einem Brennstoffzellensystem, wobei das Verfahren umfasst, dass: auf Grundlage vorbestimmter Parameter bestimmt wird, ob bei einer Abschaltung eines Brennstoffzellensystems ein potentieller Gefrierzustand vorhanden ist (14); Reaktandengasströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel gespült werden, wenn der potentielle Gefrierzustand vorhanden ist (18); das Brennstoffzellensystem normal ohne eine Reaktandengasströmungskanalspülung abgeschaltet wird, wenn das Potential für einen Gefrierzustand nicht vorhanden ist (22); nach der normalen Abschaltung periodisch bestimmt wird, ob ein potentieller Gefrierzustand vorhanden ist, wenn die normale Systemabschaltung ausgeführt ist (24), und, wenn hierbei das Vorhandensein eines potentiellen Gefrierzustandes bestimmt wird, die Reaktandengasströmungskanalspülung ausgeführt wird; dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Ausführung der Reaktandenkanalspülung eine Warmhaltestrategie eingeleitet wird (28), wenn bestimmt wird, dass nach einer Systemabschaltung ein potentieller Gefrierzustand vorhanden ist; dass bestimmt wird, ob ausreichend Brennstoff und/oder Batterieenergie zur Ausführung der Warmhaltestrategie vorhanden ist; wobei die Warmhaltestrategie nur eingeleitet wird, wenn ausreichend Brennstoff und/oder Batterieenergie zur Ausführung der Warmhaltestrategie vorhanden ist, und wenn dies nicht der Fall ist, die Spülung ausgeführt wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und ein Brennstoffzellensystem, das einen Algorithmus verwendet, um zu bestimmen, ob es wahrscheinlich ist, dass Produktwasser in einem Brennstoffzellenstapel nach einer Systemabschaltung gefriert, und wenn dies so ist, um eine Stapelspülung auszuführen, und insbesondere ein Brennstoffzellensystem, das einen Algorithmus verwendet, um periodisch zu bestimmen, ob nach einer Systemabschaltung Bedingungen unter Null existieren können, um so selektiv eine Stapelspülung auszuführen. Solch ein Brennstoffzellensystem, das die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist, ist aus der DE 10 2005 004 388 A1 bekannt.
  • Ferner ist es aus der US 2003/0087139 A1 bekannt, dass ein Gefrierzustand einer Brennstoffzelle durch eine Warmhaltestrategie vermieden werden kann.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen aufweist. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf, und die Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird in der Anode aufgespalten, um freie Wasserstoffprotonen und Elektronen zu erzeugen. Die Wasserstoffprotonen gelangen durch den Elektrolyt an die Kathode. Die Wasserstoffprotonen 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.
  • Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) stellen eine populäre Brennstoffzelle für Fahrzeuge dar. Die PEMFC weist allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran auf, wie eine Perfluorsulfonsäuremembran. Die Anode und die Kathode weisen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel, gewöhnlich Platin (Pt), auf, die auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem Ionomer gemischt sind. Die katalytische Mischung wird auf entgegengesetzten Seiten der Membran aufgebracht. Die Kombination der katalytischen Anodenmischung, der katalytischen Kathodenmischung und der Membran definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA). MEAs sind relativ teuer herzustellen und erfordern bestimmte Bedingungen für einen effektiven Betrieb 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 aufweisen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodeneingangsgas, typischerweise eine Strömung aus Luft auf, die über den Stapel durch einen Kompressor getrieben 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 enthalten kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffeingangsgas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
  • Der Brennstoffzellenstapel weist eine Serie von Bipolarplatten auf, die zwischen den verschiedenen MEAs in dem Stapel positioniert sind. Die Bipolarplatten weisen eine Anodenseite und eine Kathodenseite für benachbarte Brennstoffzellen in dem Stapel auf. Auf der Anodenseite der Bipolarplatten sind Anodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Anodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. Auf der Kathodenseite der Bipolarplatten sind Kathodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Kathodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. Die Bipolarplatten bestehen aus einem leitenden Material, wie rostfreiem Stahl, so dass sie die von den Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität aus dem Stapel heraus leiten. Die Bipolarplatten weisen auch Strömungskanäle auf, durch die ein Kühlfluid strömt.
  • Wie es in der Technik gut bekannt ist, arbeiten Brennstoffzellen mit einer bestimmten relativen Feuchte auf Grundlage der Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels und des Drucks in dem Stapel, um einen effizienten Stapelbetrieb vorzusehen. Auch erzeugt der Stapel Produktwasser. Wenn der Brennstoffzellenstapel abgeschaltet wird, besitzen die MEAs in dem Stapel dann eine bestimmte Menge an Feuchtigkeit. Wenn sich das Brennstoffzellensystem in einer Umgebung unter Null befindet, kann diese Feuchtigkeit gefrieren, was die MEAs, die Diffusionsmedien, Platten und/oder Dichtungen beschädigen kann. Daher ist es in der Technik bekannt, den Brennstoffzellenstapel und die Membrane darin bei einer Systemabschaltung zu trocknen, um zu verhindern, dass der Stapel aufgrund eines Gefrierens beschädigt wird.
  • Bei einer bekannten Technik wird trockene Luft durch den Stapel mit dem Kompressor getrieben, um eine Wasserspülung und eine Stapeltrocknung vorzusehen. Der größte Teil der Feuchtigkeit ist in der Kathodenseite der MEAs aufgrund des Produktwassers vorhanden, wobei sich jedoch einige Feuchtigkeit in der Anodenseite der MEAs befindet, da die MEA feucht ist und Feuchtigkeit durch die MEA von der Kathodenseite zu der Anodenseite diffundiert. Daher lenken Stapeltrocknungstechniken die Kathodenluft auch durch die Anodenkanäle zu Trocknungszwecken. In der Technik sind verschiedene Vorgehensweisen bekannt, um die Anodenströmungskanal- und/oder Kathodenströmungskanalspülung vorzusehen. Bei einer bekannten Technik wird die Brennstoffzellenstapelleistung dazu verwendet, den Kompressor zu betreiben, um die Luftspülung vorzusehen. Dies erfordert jedoch Brennstoff zur Durchführung. Alternativ dazu kann Batterieenergie verwendet werden, um die Spülung vorzusehen. Jedoch reduziert dies die in der Batterie gespeicherte Energie.
  • Es ist bevorzugt, dass die Reaktandengasströmungskanalspülung nicht ausgeführt wird, wenn das Produktwasser in dem Stapel nicht gefriert, da ein Spülen die Membrane austrocknet, deren Lebensdauer potentiell reduziert und Energie zum Betrieb des Kompressors erfordert, um die Spülung vorzusehen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die soeben genannten Negativeffekte, die im Rahmen einer Reaktandengasströmungskanalspülung auftreten können, zumindest teilweise aufzuheben.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Brennstoffzellensystem dem den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
  • Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem offenbart, das ein Verfahren zur Bestimmung des Potentials, dass ein Gefrierzustand existiert, nachdem das System abgeschaltet ist, auf Grundlage eines vorbestimmten Eingangs verwendet, wie Umgebungstemperatur, geografischer Ort, Datum, Wetterberichte, etc. Wenn das System bestimmt, dass ein Gefrierzustand möglich oder wahrscheinlich ist, dann leitet das System eine Spülabschaltung des Brennstoffzellensystems ein, bei der Wasser und Wasserdampf aus den Anodenströmungskanälen und/oder Kathodenströmungskanälen gespült werden. Wenn das System bestimmt, dass ein Gefrierzustand unwahrscheinlich ist, dann leitet es eine normale Abschaltprozedur bzw. Herunterfahrprozedur ohne Spülung der Anodenströmungskanäle und/oder der Kathodenströmungskanäle ein. Das System bestimmt dann periodisch, ob sich die Zustände geändert haben, und leitet die Reaktandengasströmungskanalspülung ein, wenn ein Gefrierzustand nachfolgend möglich wird. Wenn das System eine Warmhaltestrategie aufweist und ein potentieller Gefrierzustand existiert, dann bestimmt das System, ob ausreichend Brennstoff und/oder Batterieenergie vorhanden ist, um die Warmhaltestrategie auszuführen, und wenn dies nicht der Fall ist, die Strömungskanalströmung auszuführen.
  • Das System weist eine Aufweckzeitgeberschaltung mit niedriger Leistung auf, um einen Motorcontroller periodisch aufzuwecken und die Bestimmung durchzuführen, ob sich die Wahrscheinlichkeit eines Gefrierzustandes nach einer Abschaltung bzw. einem Herunterfahren geändert hat. Alternativ dazu kann das System eine Aufweckprüfschaltung mit niedriger Leistung aufweisen, die die Temperatur bestimmt, anstelle der Verwendung des Motorcontrollers mit höherem Leistungsverbrauch, um zu bestimmen, ob sich das Gefrierpotential nach einer Abschaltung geändert hat.
  • Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Flussschaubild, das einen Prozess zur Bestimmung, ob ein potentieller Gefrierzustand bei einer Abschaltung eines Brennstoffzellensystems vorhanden ist, und wenn dies der Fall ist, zur Ausführung einer Reaktandengasströmungskanalspülung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist ein schematisches Schaubild einer Aufweckzeitgeberschaltung, die periodisch den Motorcontroller anruft, um zu bestimmen, ob sich ein potentieller Gefrierzustand nach einer Systemabschaltung geändert hat, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 3 ist ein schematisches Schaubild einer Aufweckprüfschaltung, die den Motorcontroller aufweckt, wenn die Temperatur nach einer Systemabschaltung unter eine vorbestimmte Schwellentemperatur geht, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 ist ein Flussschaubild 10, das einen Prozess zur Bestimmung, ob eine Stapelspülung bei einer Abschaltung eines Brennstoffzellensystems notwendig ist, aufgrund des Potentials für einen Gefrierzustand und periodisch danach gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Algorithmus bestimmt bei Entscheidungsraute 12, ob eine Fahrzeugabschaltanforderung durchgeführt worden ist. Wenn bei der Entscheidungsraute 12 eine Abschaltanforderung durchgeführt worden ist, dann betreibt der Algorithmus einen Temperaturalgorithmus, um bei Kasten 14 zu bestimmen, ob ein Gefrierzustand gegenwärtig existiert oder wahrscheinlich oder möglich ist. Zu diesem Zweck kann ein beliebiger geeigneter Temperaturalgorithmus verwendet werden, wie ein Ablesen eines Temperatursensors, der eine Umgebungstemperatur, Kühlfluidtemperatur, Stapeltemperatur oder andere geeignete Temperaturen vorsieht. Zusätzlich kann der Algorithmus drahtlose Kommunikationssysteme verwenden, wie das On-StarTM von GM, oder kann GPS-Signale empfangen. Bei der Ausführungsform mit GM On-StarTM kann der Algorithmus Datum und Ort identifizieren, um die Wahrscheinlichkeit eines Gefrierzustandes zu bestimmen, und sogar gegenwärtige Wetterinformation empfangen. Beispielsweise besitzt ein Fahrzeug in Florida in der Sommermitte ein geringes Potential eines Gefrierzustandes bei einer Fahrzeugabschaltung, und ein Fahrzeug im Januar in Michigan besitzt ein großes Potential eines Gefrierzustandes. Bei der GPS-Ausführungsform kann der Algorithmus Datum und Ort identifizieren, um die Wahrscheinlichkeit eines Gefrierzustandes zu bestimmen.
  • Der Algorithmus liefert dann die Information an eine Entscheidungsraute 16, die bestimmt, ob ein potentieller Gefrierzustand existiert. Wenn ein potentieller Gefrierzustand existiert, dann leitet der Algorithmus bei Kasten 18 eine Spülabschaltung ein, bei der die anodenseitigen und/oder kathodenseitigen Reaktandengasströmungskanäle in dem Stapel unter Verwendung von Kompressorluft gespült werden. Während einer Spülabschaltung können verschiedene Dinge erfolgen, einschließlich einer Umgehung einer Wasserdampfübertragungs-(WVT)-Vorrichtung an dem Kathodenauslass, einem Stoppen der Kühlfluidströmung, einem Absenken des Brennstoffzellenstapeldrucks und einer Bereitstellung einer hohen Kathodenstöchiometrie. Einige dieser Schritte sind so entworfen, um das flüssige Wasser in Dampf umzuwandeln, so dass es leichter von den Strömungskanälen entfernt wird, wie einer Absenkung des Systemdrucks. Ferner hält ein Stoppen der Kühlfluidströmung den Stapel davon ab, seine Temperatur schnell zu reduzieren, was zu verhindern hilft, dass Wasserdampf in die flüssige Stufe übergeht. Der Systemdruck wird durch Öffnen eines Kathodenabgasgegendruckventils abgesenkt. Die Bereitstellung einer hohen Kathodenstöchiometrie sieht eine relativ hohe Strömung an Luft von dem Kompressor vor. Durch Verwendung von Brennstoffzellenstapelleistung zum Betrieb des Kompressors kann Batterieenergie gespart werden, wobei jedoch eine kleine Menge an Produktwasser kontinuierlich erzeugt wird.
  • Wenn der Algorithmus an der Entscheidungsraute 16 bestimmt, dass kein potentieller Gefrierzustand existiert, dann leitet er bei Kasten 22 die Normalabschaltung bzw. ein normales Herunterfahren ein, die/das keine Strömungskanalspülung aufweist, um so die Feuchtigkeit der Membrane so hoch wie möglich für den nächsten Systemstart beizubehalten. Da es nicht bekannt ist, wie schnell sich die Wetterbedingungen ändern, wie lange das Fahrzeug abgeschaltet bleibt und ob das Fahrzeug bewegt wird, während es abgeschaltet ist, ist es notwendig, periodisch zu bestimmen, ob sich das Gefrierzustandspotential nach einer Systemabschaltung geändert hat. Daher weckt, nachdem das Fahrzeug für eine vorbestimmte Zeitdauer abgeschaltet gewesen ist, der Algorithmus den Fahrzeugelektronikcontroller oder eine andere Vorrichtung bei Kasten 24 auf, um erneut zu bestimmen, ob die Wetterbedingungen einen potentiellen Gefrierzustand rechtfertigen. Der Algorithmus, der bei dem Kasten 24 bestimmt, ob der potentielle Gefrierzustand existiert, kann gleich dem bei Kasten 14 verwendeten Algorithmus sein, wie die Verwendung von Umgebungstemperatursensoren, GPS-Empfängern, etc. Auf Grundlage der von dem Algorithmus bei dem Kasten 24 bestimmten Information bestimmt der Algorithmus dann bei Entscheidungsraute 26, ob ein potentieller Gefrierzustand existiert.
  • Wenn kein potentieller Gefrierzustand bei der Entscheidungsraute 26 existiert, dann läuft der Algorithmus wiederum durch den Prozess zum periodischen Aufwecken bei dem Kasten 24, um den Temperaturalgorithmus auszuführen. Der Algorithmus ist so entworfen und geschrieben, dass das Zeitintervall zur Durchführung der Bestimmung auf vielen Faktoren basiert. Das Intervall zur Durchführung der Gefrierzustandsbestimmung beeinflusst, wie wahrscheinlich die Spülabschaltung anfänglich bei der Systemabschaltung ausgeführt wird. Mit anderen Worten wird, wenn das System die Gefrierzustandsbestimmung relativ oft durchführt, dann die anfängliche Entscheidung zur Spülung bei einer Systemabschaltung entscheiden, solange nicht zu spülen, bis das Gefrierzustandspotential relativ hoch ist. Bei einer Ausführungsform wird die Bestimmung jede Stunde ausgeführt. Alternativ dazu kann ein Modell die geeignete Zeit auf Grundlage von Sensoreingaben, wie den Stapel- und Umgebungstemperaturen abschätzen.
  • Wenn der Temperaturalgorithmus bei der Entscheidungsraute 26 bestimmt, dass ein potentieller Gefrierzustand vorhanden ist, dann bestimmt der Algorithmus bei der Entscheidungsraute 28, ob das Fahrzeug eine ”Warmhalte”-Strategie besitzt. Einige Brennstoffzellenfahrzeuge können einen Algorithmus zum Betrieb des Brennstoffzellenstapels aufweisen, wenn das Fahrzeug abgeschaltet ist, so dass der Brennstoffzellenstapel aufheizen und verhindern kann, dass das Produktwasser in dem Stapel gefriert. Wenn das Fahrzeug keine ”Warmhalte”-Strategie aufweist, wird bei Kasten 30 das System dann neu gestartet, um die Spülabschaltung bei dem Kasten 18 auszuführen.
  • Wenn das Fahrzeug bei der Entscheidungsraute 28 eine ”Warmhalte”-Strategie verwendet, dann bestimmt der Algorithmus bei der Entscheidungsraute 32, ob ausreichend Brennstoff und/oder Batterieenergie vorhanden ist, um die ”Warmhalte”-Strategie auszuführen. Wenn der Algorithmus bestimmt, wie viel Brennstoff und/oder Batterieenergie akzeptabel ist, könnte er geografische und/oder Anwendergebrauchsprofilinformation berücksichtigen. Beispielsweise könnte der Algorithmus die Entscheidung auf Grundlage der Distanz zu einer Tankstelle treffen. Wenn das Fahrzeug nicht ausreichend Brennstoff und/oder Batterieenergie besitzt, dann geht der Algorithmus zu dem Systemneustart bei Kasten 30, um den Spülabschaltbetrieb bei dem Kasten 18 auszuführen. Wenn das Fahrzeug ausreichend Brennstoff und/oder Batterieenergie bei der Entscheidungsraute 32 aufweist, dann betreibt der Algorithmus die ”Warmhalte”-Strategie bei Kasten 34 und kehrt dann nach einer vorbestimmten Zeitdauer zu dem Kasten 24 zurück, um zu bestimmen, dass ein potentieller Gefrierzustand existiert, wie oben beschrieben ist. In der Technik sind verschiedene Vorgehensweisen bekannt, um die ”Warmhalte”-Strategie auszuführen, einschließlich einem Betrieb des Brennstoffzellenstapels für eine vorbestimmte Zeitdauer oder einem Betrieb von elektrischen Heizern unter Verwendung von Batterieenergie, die den Stapel, das Kühlfluid und/oder andere Komponenten für eine vorbestimmte Zeitdauer warmhalten.
  • 2 ist ein schematisches Schaubild eines Systems 40, um das Aufwecken des Systems bei dem Kasten 24 vorzusehen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 40 weist eine Aufweckzeitgeberschaltung 42 und einen Motorcontroller 44 auf. Die Aufweckzeitgeberschaltung 42 könnte Teil des Motorcontrollers 44 sein. Die Aufweckzeitgeberschaltung 42 weist einen Zeitgeber 46 und einen Transistorschalter 48 auf. Wenn der Motorcontroller 44 bei normalen Bedingungen arbeitet, wird ein High-Signal an die Basis des Transistorschalters 48 auf Leitung 50 angelegt, das ermöglicht, dass der Transistorschalter 48 leitet. Ein Eingang eines UND-Gatters 62 ist mit dem Kollektoranschluss des Transistorschalters 48 verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 62 ist ein Zeitgeberaktivierungssignal auf Leitung 52, das low ist, wenn der Transistorschalter 48 leitet, wodurch der Zeitgeber 46 außer Betrieb gesetzt wird. Der andere Eingang zu dem UND-Gatter 62 ist ein komplementärer Ausgang einer Sperrschaltung 64, der allgemein high ist.
  • Wenn der Motorcontroller 44 bei dem Herunterfahren des Systems abschaltet, stoppt der Transistorschalter 48 den leitenden Zustand, so dass beide Eingänge zu dem UND-Gatter 62 high sind und die Zeitgeberaktivierungsleitung 52 high wird, wodurch der Zeitgeber 46 aktiviert wird. Wenn der Zeitgeber 46 seine voreingestellte Zählung durchläuft, gibt er ein High-Signal auf Leitung 54 aus, das eine Sperrschaltung 56 setzt und den Motorcontroller 44 auf Leitung 58 aufweckt, was zur Folge hat, dass der Transistorschalter 48 leitet und den Zeitgeber 46 abschaltet. Der Motorcontroller 44 durchläuft dann durch den Prozess zur Bestimmung des Potentials für einen Gefrierzustand, wie oben beschrieben ist, unter Verwendung eines geeigneten Sensors oder anderer Techniken. Nachdem der Motorcontroller 44 den Prozess zur Bestimmung des potentiellen Gefrierzustandes durchlaufen hat, setzt er die Sperrschaltung 56 auf Leitung 60 zurück.
  • Wenn der Motorcontroller 44 bestimmt, dass eine Stapelspülung erforderlich ist, da sich das Gefrierzustandspotential geändert hat, wie oben beschrieben ist, gibt er ein High-Signal auf Leitung 66 aus, um die Sperrschaltung 64 zu setzen, was zur Folge hat, dass der komplementäre Ausgang der Sperrschaltung 64 low wird, so dass der Zeitgeber 46 nach der Spülung abschaltet und der Motorcontroller 44 heruntergefahren wird. Der Rücksetzanschluss der Sperrschaltung 64 ist mit der Fahrzeugzündung verbunden, so dass die Sperrschaltung 64 zurückgesetzt wird, wenn das Fahrzeug gestartet wird. Daher wird der Motorcontroller 44 nur periodisch betrieben, was die Leistungsentnahme von der Batterie reduziert. Die Aufweckzeitgeberschaltung 42 zieht minimale Leistung und ist nicht groß von Belang.
  • 3 ist ein schematisches Schaubild eines Systems 70 ähnlich dem System 40, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform ist die Aufweckzeitgeberschaltung 42 durch eine Aufweckprüfschaltung 72 ersetzt, die den Transistorschalter 48, das UND-Gatter 62 und die Sperrschaltung 64 aufweist. Die Aufweckprüfschaltung 72 könnte auch Teil des Motorcontrollers 44 sein. Die Aufweckprüfschaltung 72 weist auch eine Temperaturschaltung 74 auf, die auf der Leitung 52 aktiviert wird. Die Temperaturschaltung 74 weist einen Temperatursensor 76 und eine Schwellenschaltung 78 auf. Das Temperatursignal von dem Temperatursensor 76 und das Schwellensignal von der Schwellenschaltung 78 werden an eine Temperaturvergleichsvorrichtung 80 angelegt, wie einen Operationsverstärker. Wenn die Temperatur unter die vorbestimmte Schwelle geht, weckt die Temperaturvergleichsschaltung 80 den Motorcontroller 44 auf der Leitung 58 auf, um die Spülung auszuführen. Der Ausgang der Temperaturvergleichsvorrichtung 80 setzt auch die Sperrschaltung 64, so dass die Aufweckprüfschaltung 72 nach der Spülung auf die oben beschriebene Weise außer Betrieb gesetzt wird. Es sei angemerkt, dass die Aufweckzeitgeberschaltung 42 und die Aufweckprüfschaltung 72 als eine kombinierte Schaltung vorgesehen sein könnten.
  • Bei dieser Ausführungsform weckt der Motorcontroller 44 nur auf, wenn ein potentieller Gefrierzustand vorhanden ist, und nicht jedes Mal, wenn ein vorbestimmtes Zeitintervall vergangen ist. Daher können sogar obwohl die Aufweckprüfschaltung 72 etwas teurer ist und etwas mehr Leistung als die Aufweckzeitgeberschaltung 42 verbraucht, Einsparungen hinsichtlich der Größe der Leistung gemacht werden, die von dem Motorcontroller 44 verwendet wird, um die Bestimmung durchzuführen, ob ein potentieller Gefrierzustand existiert. Alternativ dazu kann der Motorcontroller 44 den potentiellen Gefrierzustand verifizieren, sobald er durch die Temperaturvergleichsschaltung 80 aufgeweckt worden ist. Der Temperatursensor 76 kann ein Thermoelementdraht sein, der an einem beliebigen geeigneten Aufbau in dem Brennstoffzellensystem positioniert ist, wie einem Rohr in einem Brennstoffzellenstapel.

Claims (12)

  1. Verfahren zur selektiven Ausführung einer Spülung eines Brennstoffzellenstapels in einem Brennstoffzellensystem, wobei das Verfahren umfasst, dass: auf Grundlage vorbestimmter Parameter bestimmt wird, ob bei einer Abschaltung eines Brennstoffzellensystems ein potentieller Gefrierzustand vorhanden ist (14); Reaktandengasströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel gespült werden, wenn der potentielle Gefrierzustand vorhanden ist (18); das Brennstoffzellensystem normal ohne eine Reaktandengasströmungskanalspülung abgeschaltet wird, wenn das Potential für einen Gefrierzustand nicht vorhanden ist (22); nach der normalen Abschaltung periodisch bestimmt wird, ob ein potentieller Gefrierzustand vorhanden ist, wenn die normale Systemabschaltung ausgeführt ist (24), und, wenn hierbei das Vorhandensein eines potentiellen Gefrierzustandes bestimmt wird, die Reaktandengasströmungskanalspülung ausgeführt wird; dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Ausführung der Reaktandenkanalspülung eine Warmhaltestrategie eingeleitet wird (28), wenn bestimmt wird, dass nach einer Systemabschaltung ein potentieller Gefrierzustand vorhanden ist; dass bestimmt wird, ob ausreichend Brennstoff und/oder Batterieenergie zur Ausführung der Warmhaltestrategie vorhanden ist; wobei die Warmhaltestrategie nur eingeleitet wird, wenn ausreichend Brennstoff und/oder Batterieenergie zur Ausführung der Warmhaltestrategie vorhanden ist, und wenn dies nicht der Fall ist, die Spülung ausgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmten Parameter eines oder mehrere aus Umgebungstemperatur, Kühlfluidtemperatur, Stapeltemperatur, geografischem Ort, Anwendergebrauchsprofil, Datum und Wetterberichten aufweisen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das periodische Bestimmen, ob ein potentieller Gefrierzustand vorhanden ist, aufweist, dass eine Aufweckzeitgeberschaltung (42, 72) verwendet wird, um einen Motorcontroller (44) periodisch aufzuwecken, der auf Grundlage der vorbestimmten Parameter bestimmt, ob der potentielle Gefrierzustand vorhanden ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das periodische Bestimmen, ob ein potentieller Gefrierzustand vorhanden ist, aufweist, dass eine Aufweckprüfschaltung (72) verwendet wird, die einen Temperatursensor (76), der eine Temperaturmessung vorsieht, und eine Vergleichsvorrichtung (80) besitzt, die die gemessene Temperatur mit einer Schwellentemperatur vergleicht, um zu bestimmen, ob der potentielle Gefrierzustand vorhanden ist, und wenn dies so ist, ein Motorcontroller (44) aufgeweckt wird, um die Spülung auszuführen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Entscheidung, ob ausreichend Brennstoff und/oder Batterieenergie zur Ausführung der Warmhaltestrategie vorhanden ist, auf Grundlage vorbestimmter Kriterien erfolgt, die aus der Gruppe gewählt sind, die umfasst: geografische Information, Anwenderprofilinformation und Entfernung zu einer Tankstelle.
  6. Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug, wobei das System umfasst: einen Brennstoffzellenstapel, der Reaktandengasströmungskanäle aufweist; einen Kompressor zum Treiben von Luft durch die Reaktandengasströmungskanäle; einen Controller (44) zur Steuerung des Brennstoffzellensystems, wobei der Controller auf Grundlage vorbestimmter Parameter bestimmt, ob ein potentieller Gefrierzustand bei einer Abschaltung des Brennstoffzellensystems vorhanden ist, wobei der Controller (44) bewirkt, dass der Kompressor die Reaktandengasströmungskanäle spült, wenn der potentielle Gefrierzustand vorhanden ist, wobei der Controller das Brennstoffzellensystem normal ohne eine Reaktandengasströmungskanalspülung abschaltet, wenn das Potential für einen Gefrierzustand nicht vorhanden ist, wobei der Controller nach der normalen Abschaltung periodisch bestimmt, ob ein potentieller Gefrierzustand vorhanden ist, und, wenn hierbei das Vorhandensein eines potentiellen Gefrierzustandes bestimmt wird, die Reaktandengasströmungskanalspülung ausführt; und eine Aufweckschaltung (42, 72) zum Aufwecken des Controllers (44), um die Reaktandengasströmungskanalspülung nach der Systemabschaltung auszuführen; dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (44) vor einer Ausführung der Reaktandengasströmungskanalspülung eine Warmhaltestrategie einleitet, wenn der Controller (44) bestimmt, dass ein potentieller Gefrierzustand nach einer Systemabschaltung vorhanden ist; wobei der Controller (44) ferner bestimmt, ob ausreichend Brennstoff und/oder Batterieenergie vorhanden ist, um die Warmhaltestrategie auszuführen; wobei der Controller (44) die Warmhaltestrategie nur dann einleitet, wenn ausreichend Brennstoff und/oder Batterieenergie vorhanden ist, und andernfalls die Spülung ausführt.
  7. System nach Anspruch 6, ferner mit einem Temperatursensor (76), wobei der Temperatursensor (76) ein Temperatursignal an den Controller (44) liefert, das angibt, ob der potentielle Gefrierzustand vorhanden ist.
  8. System nach Anspruch 6, ferner mit einem Empfänger, der drahtlose Signale empfängt, die eine Angabe des potentiellen Gefrierzustandes vorsehen.
  9. System nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmten Parameter eines oder mehrere aus Umgebungstemperatur, Kühlfluidtemperatur, Stapeltemperatur, geografischem Ort, Datum und Wetterberichten aufweisen.
  10. System nach Anspruch 6, wobei die Aufweckschaltung (42, 72) eine Aufweckzeitgeberschaltung (42) ist, die den Controller nach einer Systemabschaltung periodisch aufweckt, um auf Grundlage vorbestimmter Parameter zu bestimmen, ob der potentielle Gefrierzustand vorhanden ist.
  11. System nach Anspruch 6, wobei die Aufweckschaltung (42, 72) eine Aufweckprüfschaltung (72) ist, die einen Temperatursensor (76) zur Messung der Temperatur aufweist, wobei die Aufweckprüfschaltung (72) die gemessene Temperatur mit einer Temperaturschwelle vergleicht, um zu bestimmen, ob der potentielle Gefrierzustand vorhanden ist, und wenn dies der Fall ist, den Controller (44) aufweckt, um die Spülung auszuführen.
  12. System nach Anspruch 6, wobei die Entscheidung, ob ausreichend Brennstoff und/oder Batterieenergie zur Ausführung der Warmhaltestrategie vorhanden ist, auf Grundlage vorbestimmter Kriterien erfolgt, die aus der Gruppe gewählt sind, die umfasst: geografische Information, Anwenderprofilinformation und Entfernung zu einer Tankstelle.
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