DE102007059996B4

DE102007059996B4 - Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellenstapels

Info

Publication number: DE102007059996B4
Application number: DE102007059996.1A
Authority: DE
Inventors: Paul Taichiang Yu
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2016-12-29
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: CN101207217B; JP4870065B2; US7678477B2; JP2008177161A; US20080145717A1; CN101207217A; DE102007059996A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels, umfassend, dass: ein Brennstoffzellenstapel (10) im Normalbetrieb betrieben wird, was umfasst, dass Wasserstoff in ein Anodenreaktandengasströmungsfeld (16) eingeleitet wird und Luft, die Sauerstoff und Stickstoff umfasst, in ein Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) des Brennstoffzellenstapels (10) eingeleitet wird, und Elektrizität mit dem Brennstoffzellenstapel (10) erzeugt wird, um eine primäre elektrische Vorrichtung (62) in einer mit dem Brennstoffzellenstapel (10) verbundenen externen Schaltung zu betreiben; der Brennstoffzellenstapel (10) abgeschaltet wird, was umfasst, dass: die primäre elektrische Vorrichtung (62) von dem Brennstoffzellenstapel (10) getrennt wird; Gas in dem Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) dadurch gespült wird, dass Luft, die Sauerstoff und Stickstoff umfasst, in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) eingeleitet wird; anschließend Gas von dem Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) dadurch gespült wird, dass Wasserstoff in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) eingeleitet wird; Gas von dem Anodenreaktandengasströmungsfeld (16) dadurch gespült wird, dass Luft, die Sauerstoff und Stickstoff umfasst, in das Anodenreaktandengasströmungsfeld (16) eingeleitet wird; und anschließend das Anodenreaktandengasströmungsfeld (16) mit Wasserstoff gefüllt wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Spülen des Kathodenreaktandengasströmungsfelds (14) und das Füllen des Anodenreaktandengasströmungsfelds (16) mit Wasserstoff unabhängig davon durchgeführt werden, ob und wann der Brennstoffzellenstapel (10) zu einem späteren Zeitpunkt wieder im Normalbetrieb betrieben wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der US 2006/0046106 A1 bekannt geworden ist.
HINTERGRUND
Bei Fahrzeuganwendungen kann es erforderlich sein, dass ein Brennstoffzellenstapel mehr als 30.000 Start-/Abschaltzyklen ausgesetzt ist. Im Normalbetrieb des Brennstoffzellenstapels strömt Luft kontinuierlich in die Kathodenseite des Stapels und strömt Wasserstoff kontinuierlich in die Anodenseite des Stapels. Beim Abschalten, wenn die elektrische Schaltung unterbrochen wird und keine Last mehr an der Zelle anliegt, können sich nicht akzeptable Anoden- und Kathodenpotenziale entwickeln, was eine Katalysator- und Katalysatorträgeroxidation und -korrosion sowie eine Zellenpotenzialverschlechterung zur Folge hat.
ZUSAMMENFASSUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Es wurde ein Verfahren für den Betrieb eines Brennstoffzellenstapels erfunden, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Andere beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
1 ein Flussschaubild ist, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ein schematisches Flussdiagramm eines Brennstoffzellensystems und eines Verfahrens zum Betrieb desselben gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist; und
3 einen Teil eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, die eine Anzahl von Schritten umfasst. Bei einem ersten Schritt 200 kann ein Brennstoffzellenstapel dadurch betrieben werden, dass Wasserstoff in das Anodenreaktandengasströmungsfeld eingeleitet wird und Luft in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld eingeleitet wird und Elektrizität mit dem Stapel erzeugt wird, um eine primäre elektrische Vorrichtung in einer externen Schaltung zu betreiben. Bei einem zweiten Schritt 202 wird während des Abschaltens des Brennstoffzellenstapels die primäre elektrische Vorrichtung von dem Brennstoffzellenstapel getrennt. Bei einem dritten Schritt 204 wird Gas in dem Kathodenreaktandengasströmungsfeld dadurch gespült, dass Luft in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld eingeleitet wird. Anschließend wird bei einem vierten Schritt 206 das Gas in dem Kathodenreaktandengasströmungsfeld dann wiederum dadurch gespült, dass Wasserstoff in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld eingeleitet wird. Bei einem fünften Schritt 208 wird Gas in dem Anodenreaktandengasströmungsfeld dadurch gespült, dass Luft in das Anodenreaktandengasströmungsfeld eingeleitet wird. Bei einem sechsten Schritt 210 wird anschließend das Anodenreaktandengasströmungsfeld mit Wasserstoff gefüllt. Bei einem siebten Schritt 212 kann ein Start des Brennstoffzellenstapels dadurch erreicht werden, dass Wasserstoff in das Anodenreaktandengasströmungsfeld eingeleitet wird, wobei der Stapel kurzgeschlossen ist, gefolgt durch Unterbrechen des kurzgeschlossenen Stapels und Einleiten von Luft (um beim Start einen Brennstoffmangel zu vermeiden) in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld.
Nun Bezug nehmend auf 2 umfasst eine Ausführungsform der Erfindung ein Brennstoffzellensystem 100, das einen Brennstoffzellenstapel 10 aufweist, der eine Vielzahl von Brennstoffzellen aufweist. Jede Brennstoffzelle weist eine Elektrolytmembran 12 und eine Kathodenseite 14, die ein Kathodenreaktandengasströmungsfeld besitzt, und eine Anodenseite 16 auf, die ein Anodenreaktandengasströmungsfeld besitzt. Es ist eine Lufteinlassleitung 18 vorgesehen, die mit einem Kompressor 20 verbunden ist. Eine Kompressorauslassleitung 22 ist von dem Kompressor 20 zu der Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels verbunden. Ein erstes Ventil 24 ist in der Kompressorauslassleitung 22 zur Steuerung der Gasströmung durch die Leitung 22 vorgesehen.
Es ist eine Wasserstoffquelle 26 vorgesehen, wie ein komprimierter Wasserstoff in einem Speichertank oder flüssiger Wasserstoff in einem Speichertank. Eine erste Wasserstofftankauslassleitung 28 verläuft von der Wasserstoffquelle 26 zu der Anodenseite 16 des Brennstoffzellenstapels 10. Ein zweites und drittes Ventil 30, 32 sind in der ersten Wasserstofftankauslassleitung 28 vorgesehen, um die Strömung von Gas durch Teile derselben zu steuern. Es ist eine erste Bypassleitung 34 vorgesehen, die zwischen der Luftkompressorauslassleitung 22 an einer Stelle zwischen dem Kompressor 20 und dem ersten Ventil 24 zu der ersten Wasserstofftankauslassleitung 28 an einer Position zwischen dem zweiten Ventil 30 und dem dritten Ventil 32 verläuft. Es ist eine zweite Wasserstoffgasauslassleitung 38 mit der Wasserstoffquelle 26 und mit der Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels 10 verbunden. Ein fünftes Ventil 40 ist in der zweiten Wasserstofftankauslassleitung 38 vorgesehen, um die Gasströmung hindurch zu steuern. Eine Wasserstoffverteilervorrichtung 42 ist in der Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels 10 vorgesehen. Eine Kathodenaustragsleitung 44 ist mit der Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels verbunden und weist ein sechstes Ventil 46 darin zur Steuerung der Gasströmung durch die Kathodenaustragsleitung 44 auf. Eine Anodenaustragsleitung 48 ist mit der Anodenseite 16 des Brennstoffzellenstapels 10 verbunden, und ein siebtes Ventil 50 ist in der Anodenaustragsleitung 48 vorgesehen, um die Gasströmung hindurch zu steuern.
Der Brennstoffzellenstapel 10 kann unter Verwendung eines Kühlsystems 51 gekühlt werden, das eine Kühlmittelfluidauslassleitung 52 aufweist, die an einem Ende mit dem Brennstoffzellenstapel 10, beispielsweise an der Anodenseite 16, und an einem zweiten Ende mit einer Kühlmittelpumpe 54 verbunden ist. Eine Kühlmittelfluideinlassleitung 56 ist an einem Ende mit der Kühlmittelpumpe 54 und an dem anderen Ende mit der Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels 10 verbunden. In dem Kühlmittelkreislauf kann ein Wärmetauscher 58 beispielsweise zwischen der Pumpe 54 und der Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels 10 vorgesehen sein.
Die von dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugte Elektrizität wird in einem ersten elektrischen Pfad 60 verwendet, der eine Primärlast 62 aufweist, wie einen Elektromotor oder eine elektrische Maschine, und der einen ersten elektrischen Schalter 64 zum Verbinden der Primärlast 62 mit dem Brennstoffzellenstapel 10 und zum Trennen der Primärlast 62 von diesem aufweist. Es ist ein zweiter elektrischer Pfad 66 vorgesehen, der mit dem Brennstoffzellenstapel 10 verbunden ist und eine Vorrichtung 68 mit relativ geringer Last aufweist, wie einen Widerstand, und der einen zweiten elektrischen Schalter 70 zum Verbinden der Vorrichtung 68 mit geringer Last mit dem Brennstoffzellenstapel 10 und zum Trennen der Vorrichtung 68 mit geringer Last von diesem aufweist. Die Vorrichtung 68 mit geringer Last wird dazu verwendet, den Brennstoffzellenstapel kurzzuschließen, wie nachfolgend beschrieben ist. Es kann eine Batterie 400 vorgesehen sein, die mit dem Luftkompressor 20 und der Kühlmittelpumpe 54 zum Antrieb derselben verbunden ist.
Wiederum Bezug nehmend auf 2 werden beim Normalbetrieb des Brennstoffzellenstapels 10 die Ventile 24, 32, 30, 50 und 46 geöffnet, und die Ventile 36 und 40 werden geschlossen. Diese Anordnung erlaubt eine Strömung von Wasserstoff- und Luftgasen in die Anoden- und Kathodenseiten 16 bzw. 14 im Normalbetrieb. Um den Brennstoffzellenstapel 10 abzuschalten, wird das siebte Ventil 50 in der Anodenaustragsleitung 48 geschlossen. Trockene Luft wird durch die Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels 10 für eine relativ kurze Zeitdauer gepumpt, um flüssiges Wasser und Dampf zu entfernen. Bei einer Ausführungsform wird die trockene Luft durch die Kathodenseite 14 für weniger als 20 Sekunden gepumpt. Es wird ermöglicht, dass eine relativ kleine Wasserstoffmenge in die Anodenseite 16 des Brennstoffzellenstapels strömen kann, um einen Überdruck an der Anodenseite 16 aufrecht zu erhalten.
Anschließend wird der Luftkompressor 20 abgeschaltet, und der erste elektrische Schalter 64 in dem ersten elektrischen Pfad 60 wird geöffnet, um die Primärlast 62 von dem Brennstoffzellenstapel 10 zu trennen. Das erste Ventil 24 in der Luftkompressorauslassleitung 22 wird geschlossen, und das fünfte Ventil 40 in der zweiten Wasserstofftankauslassleitung 38 wird geöffnet, um Gas in dem Kathodenreaktandengasströmungsfeld dadurch zu spülen, dass Wasserstoff in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld eingeleitet wird. Ein Einleiten von Wasserstoff in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld zieht die Leerlaufspannung hinunter auf Null und verbraucht Sauerstoff in der Kathodenseite 16 durch Oxidation von Wasserstoff. Gleichzeitig kann eine Batterie 400 dazu verwendet werden, die Kühlmittelpumpe 54 anzutreiben und damit Kühlmittel durch den Stapel 10 umzuwälzen, um die Temperatur des Stapels 10 zu reduzieren. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Temperatur des Stapels auf einen Temperaturbereich zwischen etwa 70°C bis etwa 50°C reduziert. Wenn Wasserstoff das sechste Ventil 46 in der Kathodenaustragsleitung 44 erreicht, wird das sechste Ventil 46 geschlossen. Das fünfte Ventil 40 in der zweiten Wasserstofftankauslassleitung 38 wird so eingestellt, dass an der Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels 10 ein Wasserstoffüberdruck von etwa 1 bis 2 kPa oberhalb Umgebungsdruck aufrecht erhalten wird.
Anschließend wird das zweite Ventil 30 in der ersten Wasserstofftankauslassleitung 28 geschlossen, und das vierte Ventil 36 in der ersten Bypassleitung 42 wird geöffnet. Das siebte Ventil 50 in der Anodenaustragsleitung 48 wird geöffnet, und der Luftkompressor 20 wird unter Verwendung von Hilfsleistung von der Batterie 400 betrieben, während das dritte Ventil 32 in der ersten Wasserstofftankauslassleitung 28 geöffnet bleibt, und so dass die Anodenseite 16 des Brennstoffzellenstapels 10 für eine relativ kurze Zeitdauer mit Luft gespült wird. Bei einer Ausführungsform wird die Anodenseite für weniger als 20 Sekunden mit Luft gespült. Die Verweilzeit der Luft/Wasserstoff-Front in der Anodenseite 16 des Brennstoffzellenstapels 10 ist nicht problematisch, da die Kathodenseite 14 mit Wasserstoff gefüllt ist. Folglich kann die Rate der Luftspülung der Anodenseite 16 einen breiten Bereich besitzen. Wenn die Anodenseite 16 vollständig mit Luft gespült worden ist, sind sowohl die Anodenseite 16 als auch die Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels 10 relativ trocken und daher gefrierbeständig.
Anschließend wird der Luftkompressor 20 abgeschaltet, und das vierte Ventil 36 in der ersten Bypassleitung 34 wird geschlossen. Das zweite Ventil 30 in der ersten Wasserstofftankauslassleitung 28 wird geöffnet, um zu ermöglichen, dass Wasserstoff die Anodenseite 16 des Brennstoffzellenstapels 10 füllen kann. Wenn Wasserstoff das siebte Ventil 50 in der Anodenaustragsleitung 48 erreicht, wird das siebte Ventil 50 geschlossen. An diesem Punkt werden sowohl die Anodenseite 16 als auch die Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels mit trockenem Wasserstoff gefüllt, und die Leerlaufspannung zwischen der Anode und der Kathode liegt nahe bei Null. Anschließend wird der zweite elektrische Schalter 70 in dem zweiten elektrischen Pfad 66 geschlossen, um den Stapel kurzzuschließen und damit zu verhindern, dass der Stapel 10 eine Zellenspannung von größer als Null aufgrund von Luft aus der Umgebung erzeugt, die ungleichmäßig in die Anodenseite 16 und der Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels 10 diffundiert. Eine Lufteindringung kann sogar auftreten, obwohl sowohl das siebte Ventil 50 in der Anodenaustragsleitung 48 als auch das sechste Ventil 46 in der Kathodenaustragsleitung 44 dicht geschlossen sind. Bei einer Ausführungsform der Erfindung steht der Druck in dem Stapel in Ausgleich mit dem Umgebungsdruck, so dass eine Wasserstoff/Luft-Binärdiffusion durch dicht geschlossene Ventile relativ langsam erfolgt. Nachdem dieser Brennstoffzellenstapel 10 abgeschaltet worden ist, beginnt die Stapeltemperatur allmählich abzukühlen. Da die Leerlaufspannung Null ist und die Stapeltemperatur relativ niedrig ist, verhindert dies, dass der Stapel beschädigt wird.
Um den Brennstoffzellenstapel 10 zu starten, wird das erste Ventil 24 in der Luftkompressorauslassleitung 22 geöffnet, das dritte Ventil 32 in der ersten Wasserstofftankauslassleitung 28 wird geöffnet, das zweite Ventil 30 in der ersten Wasserstofftankauslassleitung 28 wird ebenfalls geöffnet, das siebte Ventil 50 in der Anodenaustragsleitung 48 wird geöffnet und das sechste Ventil 46 in der Kathodenaustragsleitung 44 wird geöffnet. Das fünfte Ventil 40 in der zweiten Wasserstofftankauslassleitung 38 wie auch das vierte Ventil 36 in der ersten Bypassleitung 34 werden geschlossen. Der zweite elektrische Schalter 70 in dem zweiten elektrischen Pfad 36 wird geschlossen, um den Widerstand 68 mit dem Brennstoffzellenstapel zu verbinden. Der Wasserstoff kann in die Anodenseite 16 des Brennstoffzellenstapels 10 strömen, gefolgt durch ein Öffnen des Widerstandes 68 von dem. Brennstoffzellenstapel, und der Luftkompressor 20 wird betrieben, um Luft in die Kathodenseite 14 einzuleiten. Anschließend wird der erste elektrische Schalter 64 in dem ersten elektrischen Pfad 60 geschlossen, um die Primärlast 62 mit dem Brennstoffzellenstapel 10 zu verbinden.
Nun Bezug nehmend auf 3 kann eine Ausführungsform der Erfindung einen Brennstoffzellenstapel 10 verwenden, der eine Bipolarplatte 302 sowie einen aus weichen Komponenten, sogenannten Soft Goods, bestehenden Abschnitt 312 aufweist. Die Bipolarplatte 302 und der aus weichen Komponenten bestehende Abschnitt 312 wiederholen sich, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden, wobei die Bipolarplatten in Reihe geschaltet sind. Die Bipolarplatte 302 kann ein einzelnes Stück sein oder kann ein erstes Stück 301 und ein zweites Stück 302 aufweisen, die beispielsweise durch Schweifen aneinander angebracht worden sind. Die Bipolarplatte 302 kann eine Vielzahl von Konfigurationen annehmen, einschließlich eines Metallsubstrats, das maschinell bearbeitet worden ist, stanzgeprägte Metallfolien, die aneinander angebracht sind, oder ein elektrisch leitendes Kompositmaterial. Die Bipolarplatte 302 weist eine erste Seite 304 auf, die eine Vielzahl von Stegen 306 und Kanälen 308, die darin definiert sind, besitzt. Die Bipolarplatte 302 kann eine zweite Seite 310 aufweisen, die ähnlicherweise eine Vielzahl von Stegen 306 und eine Vielzahl von Kanälen 308, die darin geformt sind, aufweist. Die Kanäle 308 auf einer Seite 304 der Bipolarplatte 302 können das Anodenreaktandengasströmungsfeld bilden, und die Kanäle 308 auf der anderen Seite 310 der Bipolarplatte 302 können das Kathodenreaktandengasströmungsfeld bilden. In der Bipolarplatte 302 können Kühlkanäle 310 vorgesehen werden.
Der aus weichen Komponenten bestehende Abschnitt 312 kann eine Festelektrolytmembran 314 aufweisen, die eine erste Seite 316 und eine gegenüberliegende zweite Seite 318 besitzt. An der ersten Seite 316 der Elektrolytmembran 314 kann eine poröse Kathode 320 vorgesehen sein. Die Die Kathode 320 weist einen Katalysator und einen leitenden Träger, wie Kohlenstoffpartikel, und ein Ionomer auf. Über der Kathode 320 kann eine mikroporöse Schicht 322 vorgesehen sein. Die mikroporöse Schicht 322 besitzt relativ kleine Poren und kann Partikel in einem Binder aufweisen, wie Kohlenstoffpartikel und Polytetrafluorethylen (PTFE). Über der mikroporösen Schicht 322 kann eine poröse Gasdiffusionsmediumschicht 324 vorgesehen sein. Die poröse Gasdiffusionsmediumschicht 324 kann ein beliebiges poröses, elektrisch leitendes Material sein, wie Kohlepapier oder Filz. Die Bipolarplatte 302 kann über der Gasdiffusionsmediumschicht 324 vorgesehen sein. Unter der zweiten Seite 318 der Festelektrolytmembran 314 liegend kann eine poröse Anode 326 vorgesehen sein. Die Anode 316 weist einen Katalysator auf einem elektrisch leitenden Träger, wie Kohlenstoffpartikel, und ein Ionomer auf. Eine zweite mikroporöse Schicht 328 kann unter der Anode 326 liegend vorgesehen sein. Eine zweite Gasdiffusionsmediumschicht 330 kann unter der zweiten mikroporösen Schicht 328 liegend vorgesehen sein. Eine andere Bipolarplatte 302 ist unter der zweiten Gasdiffusionsmediumschicht 330 liegend gezeigt.
Wenn der Begriff ”Luft” dazu verwendet ist, ein Reaktandengas oder ein Spülgas zu beschreiben, soll dieser als gleichwertig zu einem sauerstoffreichen Gas, wie sauerstoffreicher Luft oder reinem Sauerstoff, betrachtet werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels, umfassend, dass: ein Brennstoffzellenstapel (10) im Normalbetrieb betrieben wird, was umfasst, dass Wasserstoff in ein Anodenreaktandengasströmungsfeld (16) eingeleitet wird und Luft, die Sauerstoff und Stickstoff umfasst, in ein Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) des Brennstoffzellenstapels (10) eingeleitet wird, und Elektrizität mit dem Brennstoffzellenstapel (10) erzeugt wird, um eine primäre elektrische Vorrichtung (62) in einer mit dem Brennstoffzellenstapel (10) verbundenen externen Schaltung zu betreiben; der Brennstoffzellenstapel (10) abgeschaltet wird, was umfasst, dass: die primäre elektrische Vorrichtung (62) von dem Brennstoffzellenstapel (10) getrennt wird; Gas in dem Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) dadurch gespült wird, dass Luft, die Sauerstoff und Stickstoff umfasst, in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) eingeleitet wird; anschließend Gas von dem Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) dadurch gespült wird, dass Wasserstoff in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) eingeleitet wird; Gas von dem Anodenreaktandengasströmungsfeld (16) dadurch gespült wird, dass Luft, die Sauerstoff und Stickstoff umfasst, in das Anodenreaktandengasströmungsfeld (16) eingeleitet wird; und anschließend das Anodenreaktandengasströmungsfeld (16) mit Wasserstoff gefüllt wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Spülen des Kathodenreaktandengasströmungsfelds (14) und das Füllen des Anodenreaktandengasströmungsfelds (16) mit Wasserstoff unabhängig davon durchgeführt werden, ob und wann der Brennstoffzellenstapel (10) zu einem späteren Zeitpunkt wieder im Normalbetrieb betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Spülen von Gas aus dem Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) durch Einleiten von Luft in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) umfasst, dass trockene Luft in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) eingeleitet wird, um Wasser und Dampf darin zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend, dass ein Wasserstoffüberdruck in dem Anodenreaktandengasströmungsfeld (16) während des Spülens des Kathodenreaktandengasströmungsfelds (14) durch Einleiten von Wasserstoff in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass ein Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel (10) umgewälzt wird, um die Temperatur des Stapels (10) zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Umwälzen eines Kühlmittels umfasst, dass eine Kühlmittelpumpe (54) unter Verwendung von Hilfsleistung betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass ein Wasserstoffüberdruck auf der Kathodenseite (14) des Brennstoffzellenstapels (10) nach einem Spülen des Kathodenreaktandengasströmungsfelds (14) durch Strömen von Wasserstoff darin aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Wasserstoffüberdruck auf der Kathodenseite (14) im Bereich von 1 bis 30 kPa liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Spülen von Gas aus dem Anodenreaktandengasströmungsfeld (16) durch Einleiten von Luft, wie Sauerstoff und Stickstoff umfasst, in das Anodenreaktandengasströmungsfeld (16) für weniger als 20 Sekunden ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Spülen von Gas aus dem Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) und das Spülen von Gas aus dem Anodenreaktandengasströmungsfeld (16) den Brennstoffzellenstapel (10) ausreichend trocken macht, damit dieser Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes ohne Schaden an dem Brennstoffzellenstapel (10) aushält.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass der Stapel (10) nach einem Füllen des Anodenreaktandengasströmungsfelds (16) mit Wasserstoff kurzgeschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Kurzschließen des Stapels (10) umfasst, dass der Brennstoffzellenstapel (10) mit einer einen Widerstand (68) umfassenden externen Schaltung verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Spülen von Gas aus dem Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) durch Einleiten von Wasserstoff in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) und Füllen des Anodenreaktandengasströmungsfeldes (16) mit Wasserstoff derart durchgeführt wird, dass der Stapel (10) mit Umgebungsdruck in Ausgleich steht oder der Stapelwasserstoffdruck zwischen 1 bis 30 kPa höher als Umgebungsdruck ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Spülen des Gases aus dem Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) durch Einleiten von Wasserstoff in das Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) derart durchgeführt wird, dass der Sauerstoff in dem Kathodenreaktandengasströmungsfeld (14) entweder durch Wasserstoff gespült oder durch Reaktion mit Wasserstoff verbraucht wird.