DE102008006729B4 - Verfahren zum Starten und Abschalten eines Brennstoffzellensystems - Google Patents
Verfahren zum Starten und Abschalten eines Brennstoffzellensystems Download PDFInfo
- Publication number
- DE102008006729B4 DE102008006729B4 DE102008006729.6A DE102008006729A DE102008006729B4 DE 102008006729 B4 DE102008006729 B4 DE 102008006729B4 DE 102008006729 A DE102008006729 A DE 102008006729A DE 102008006729 B4 DE102008006729 B4 DE 102008006729B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- stack
- hydrogen
- time period
- fuel cell
- purge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
- H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04231—Purging of the reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
- H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04858—Electric variables
- H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
- H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems,
wobei das System einen ersten geteilten Stapel, einen zweiten geteilten Stapel, eine Verbindungsleitung zwischen dem ersten geteilten Stapel und dem zweiten geteilten Stapel, eine Abgasleitung, ein Ablassventil und ein Spülventil aufweist, wobei das Ablassventil und das Spülventil in zueinander parallelen Pfaden zwischen die Verbindungsleitung und die Abgasleitung geschaltet sind und wobei das Ablassventil eine kleinere Öffnung als das Spülventil aufweist, wobei das Verfahren umfasst:
Strömen lassen eines Spülgases mit einer ersten Strömrate durch eine Anodenseite des ersten geteilten Stapels und das geöffnete Ablassventil sowie das geöffnete Spülventil über einen ersten Zeitraum;
Strömen lassen des Spülgases mit der ersten Strömrate durch eine Anodenseite des zweiten geteilten Stapels und das geöffnete Ablassventil sowie das geöffnete Spülventil über einen zweiten Zeitraum nach dem ersten Zeitraum; und
Strömen lassen des Spülgases mit einer zweiten Strömrate durch die Anodenseiten sowohl des ersten geteilten Stapels als auch des zweiten geteilten Stapels über einen dritten Zeitraum nach dem zweiten Zeitraum, wobei die zweite Strömrate langsamer als die erste Strömrate ist und das Ablassventil während des dritten Zeitraums geöffnet ist und das Spülventil während des dritten Zeitraums geschlossen ist.
wobei das System einen ersten geteilten Stapel, einen zweiten geteilten Stapel, eine Verbindungsleitung zwischen dem ersten geteilten Stapel und dem zweiten geteilten Stapel, eine Abgasleitung, ein Ablassventil und ein Spülventil aufweist, wobei das Ablassventil und das Spülventil in zueinander parallelen Pfaden zwischen die Verbindungsleitung und die Abgasleitung geschaltet sind und wobei das Ablassventil eine kleinere Öffnung als das Spülventil aufweist, wobei das Verfahren umfasst:
Strömen lassen eines Spülgases mit einer ersten Strömrate durch eine Anodenseite des ersten geteilten Stapels und das geöffnete Ablassventil sowie das geöffnete Spülventil über einen ersten Zeitraum;
Strömen lassen des Spülgases mit der ersten Strömrate durch eine Anodenseite des zweiten geteilten Stapels und das geöffnete Ablassventil sowie das geöffnete Spülventil über einen zweiten Zeitraum nach dem ersten Zeitraum; und
Strömen lassen des Spülgases mit einer zweiten Strömrate durch die Anodenseiten sowohl des ersten geteilten Stapels als auch des zweiten geteilten Stapels über einen dritten Zeitraum nach dem zweiten Zeitraum, wobei die zweite Strömrate langsamer als die erste Strömrate ist und das Ablassventil während des dritten Zeitraums geöffnet ist und das Spülventil während des dritten Zeitraums geschlossen ist.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- 1. Gebiet der Erfindung
- Diese Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Reduzieren einer Katalysatordegradation in den MEAs eines Brennstoffzellenstapels bei einem Systemeinschalten, und insbesondere ein Verfahren zum Reduzieren einer Kathodenkatalysatordegradation in den MEAs eines Brennstoffzellenstapels bei einem Systemabschalten und Systemeinschalten, was das Ermitteln einer Anodenspülgeschwindigkeit und -zeit abhängig von der Dauer des Abschaltens des Stapels umfasst.
- 2. Beschreibung des Stands der Technik
- Wasserstoff ist ein sehr interessanter Brennstoff, da er sauber ist und zum effizienten Erzeugen von Strom in einer Brennstoffzelle verwendet werden kann. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle 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 gespalten, um freie Protonen und Elektronen zu erzeugen. Die Protonen wandern durch den Elektrolyt zur 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 treten und werden daher durch eine Last geleitet, um Arbeit zu verrichten, bevor sie zur Kathode geleitet werden.
- Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC, kurz vom engl. Proton Exchange Membrane Fuel Cells) sind eine beliebte Brennstoffzelle für Fahrzeuge. Die PEMFC umfasst im Allgemeinen eine Protonen leitende Festpolymerelektrolytmembran, beispielsweise eine Perfluorsulfonsäure-Membran. Die Anode und die Kathode umfassen typischerweise fein verteilte katalytische Partikel, für gewöhnlich Platin (Pt), die auf Kohlenstoffpartikeln gelagert sind und mit einem Ionomer gemischt sind. Die katalytische Mischung ist auf gegenüberliegenden Seiten der Membran aufgebracht. Die Kombination aus katalytischer Mischung der Anode, katalytischer Mischung der Kathode und der Membran bildet eine Membranelektrodeneinheit (MEA, kurz vom engl. Membrane Electrode Assembly).
- Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die Sollleistung zu erzeugen. Bei dem voranstehend erwähnten Brennstoffzellenstapel eines Kraftfahrzeugs kann der Stapel zweihundert oder mehr Brennstoffzellen aufweisen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodenreaktantgas auf, typischerweise einen von einem Verdichter durch den Stapel gedrückten Luftstrom. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff von dem Stapel aufgebracht, und ein Teil der Luft wird als Kathodenabgas ausgegeben, das Wasser als Stapelnebenprodukt umfassen kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anoden-Wasserstoffreaktantgas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
- Der Brennstoffzellenstapel umfasst eine Reihe von Bipolarplatten, die zwischen den mehreren MEAs in dem Stapel positioniert sind, wobei die Bipolarplatten und die MEAs zwischen zwei Endplatten positioniert sind. Die Bipolarplatten umfassen eine Anodenseite und eine Kathodenseite für benachbarte Brennstoffzellen in dem Stapel. An der Anodenseite der Bipolarplatten sind Anodengas-Strömkanäle vorgesehen, die das Anodenreaktantgas zu der jeweiligen MEA strömen lassen. Kathodengas-Strömkanäle sind an der Kathodenseite der Bipolarplatten vorgesehen, die das Kathodenreaktantgas zu der jeweiligen MEA strömen lassen. Eine Endplatte umfasst Anodengas-Strömkanäle und die andere Endplatte umfasst Kathodengas-Strömkanäle. Die Bipolarplatten und die Endplatten bestehen aus einem leitenden Material, beispielsweise Edelstahl oder einem leitfähigen Verbundstoff. Die Endplatten leiten den von den Brennstoffzellen erzeugten elektrischen Strom aus dem Stapel heraus. Die Bipolarplatten umfassen auch Strömkanäle, durch die ein Kühlfluid strömt.
- Wenn ein Brennstoffzellensystem abgeschaltet wird, verbleibt nicht reagiertes Wasserstoffgas in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels. Dieses Wasserstoffgas kann durch oder über die Membran diffundieren und mit dem Sauerstoff in der Kathodenseite reagieren. Wenn das Wasserstoffgas zur Kathodenseite diffundiert, wird der Gesamtdruck an der Anodenseite des Stapels auf einen Wert unter dem Umgebungsdruck gesenkt. Diese Druckdifferenz saugt Luft aus der Umgebung in die Anodenseite des Stapels. Wenn die Luft in die Anodenseite des Stapels eindringt, erzeugt sie eine Luft/Wasserstoff-Front, die einen Kurzschluss in der Anodenseite erzeugt, was zu einem seitlichen Strömen von Wasserstoffionen aus dem mit Wasserstoff gefluteten Teil der Anodenseite zu dem mit Luft gefluteten Teil der Anodenseite führt. Dieser hohe Ionenstrom verbunden mit dem hohen seitlichen Ionenwiderstand der Membran erzeugt einen signifikanten seitlichen Potentialabfall (~0,5 V) über der Membran. Dies erzeugt ein lokales hohes Potential zwischen der Kathodenseite gegenüber dem luftgefüllten Teil der Anodenseite und angrenzend zum Elektrolyt, was eine schnelle Kohlenstoffkorrosion antreibt und ein Dünnerwerden der Kohlenstoffschicht bewirkt. Dies reduziert den Träger der Katalysatorpartikel, was die Leistung der Brennstoffzelle verringert.
- Im Stand der Technik ist es bekannt, das Wasserstoffgas bei einem Systemabschalten aus der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels zu spülen, indem Luft von dem Verdichter bei hohem Druck in die Anodenseite gedrückt wird. Das Luftspülen erzeugt auch eine Luft/Wasserstoff-Front, welche die Kohlenstoffkorrosion der Kathode bewirkt, wie voranstehend erläutert wurde. Somit ist es wünschenswert, die Verweilzeit der Luft/Wasserstoff-Front so kurz wie möglich zu halten, wobei die Verweilzeit der Front als das Anodenströmkanalvolumen dividiert durch die Luftspül-Strömrate festgelegt ist. Höhere Spülraten reduzieren die Verweilzeit der Front bei einem festen Anodenströmkanalvolumen.
- Im Stand der Technik ist es ebenfalls bekannt, ein Kathodenumwälzen vorzusehen, um eine Kathodenkorrosion bei einem Systemabschalten zu mindern. Insbesondere ist es bekannt, bei einem Systemabschalten eine Mischung aus Luft und einer kleinen Menge an Wasserstoff durch die Kathodenseite des Stapels zu pumpen, so dass sich der Wasserstoff und der Sauerstoff in der Kathodenseite vereinen, um die Sauerstoffmenge und somit das Potential, das die Kohlenstoffkorrosion bewirkt, zu senken.
- Es ist auch bekannt, bei einem Systemabschalten den Stapel mit einem Widerstand kurzzuschließen, um die Sauerstoffmenge an der Kathodenseite des Stapels und somit die Kathodenseitenkorrosion zu mindern. Es hat sich gezeigt, dass diese beiden Techniken eine Minderung von Kohlenstoffkorrosion an der Kathodenseite des Stapels bieten. Es können aber Verbesserungen vorgenommen werden.
- Beim nächsten Systemeinschalten werden unter der Annahme, dass genügend Zeit verstrichen ist, sowohl die Kathoden- als auch die Anoden-Strömkanäle allgemein mit Luft gefüllt. Wenn bei einem Systemeinschalten Wasserstoff in die Anodenströmkanäle eingeleitet wird, drückt der Wasserstoff die Luft in den Anodenströmkanälen heraus, was ebenfalls eine Wasserstoff/Luft-Front erzeugt, die sich durch die Anodenströmkanäle bewegt. Die Wasserstoff/Luft-Front bewirkt eine katalytische Reaktion entlang der Länge der Membran in jeder Brennstoffzelle, wenn sich die Front bewegt, die kombiniert mit der Reaktion über der Membran ein hohes elektrisches Spannungspotential erzeugt. Dieses kombinierte elektrische Spannungspotential ist hoch genug, um den Katalysator und die Kohlenstoffpartikel, an denen der Katalysator ausgebildet ist, stark zu degradieren, was die Lebensdauer der MEAs in dem Brennstoffzellenstapel verkürzt. Insbesondere ist die durch die Wasserstoff/Luft-Front erzeugte Reaktion kombiniert mit der normalen Brennstoffzellenreaktion um Größenordnungen stärker als die Brennstoffzellenreaktion über der Membran allein. Es wurde zum Beispiel gezeigt, dass ohne ein Beheben der Degradationswirkungen der Wasserstoff/Luft-Front bei einem Systemeinschalten nur etwa 100 Abschalt- und Einschaltzyklen erforderlich sind, um den Brennstoffzellenstapel auf diese Weise zu zerstören.
- Im Stand der Technik wurde vorgeschlagen, die Degradationswirkung der Wasserstoff/Luft-Front bei einem Systemeinschalten durch schnellstmögliches Drücken von Wasserstoff durch die Anodenströmkanäle zu vermindern, um die Zeit zu verkürzen, bei der die Degradation eintritt. Es wurde ferner vorgeschlagen, Wasserstoff mit einer langsamen Rate in die Anodenströmkanäle einzuleiten, um ein aktives Mischen der Luft und des Wasserstoffs vorzusehen, um die Wasserstoff/Luft-Front zu beseitigen. Es wurde im Stand der Technik auch vorgeschlagen, die Brennstoffzelle vor dem Entfernen des Wasserstoffs aus den Anodenströmkanälen zu kühlen.
- Alle diese Lösungen haben aber nicht die Wasserstoff/Luft-Degradation ausreichend gemindert, um eine erwünschte Lebensdauer des Brennstoffzellenstapels bereitzustellen. Insbesondere behebt das schnelle Bewegen der Wasserstoff/Luft-Front die Degradation des Katalysators nicht vollständig und erfordert übergroße Rohre und andere Komponenten zum schnellen Spülen der Luft aus den Anodenströmkanälen. Das langsame Einleiten des Wasserstoffs bei einem Einschalten hat den Nachteil, dass es eine Umwälzpumpe erfordert, die mehrere Minuten braucht, um die Luft vollständig aus den Anodenströmkanälen zu entfernen. Weiterhin ist die Anforderung einer präzisen Steuerung der Wasserstoffmenge in die Anodenströmkanäle schwierig zu implementieren.
- Im Stand der Technik wurde auch vorgeschlagen, die Materialien in den MEAs zu ersetzen, so dass der Kohlenstoff weniger anfällig für die Wasserstoff/Luft-Reaktion ist. Ein Beispiel ist die Verwendung von graphitiertem Kohlenstoff. Bei dieser Lösung gibt es aber gewisse Probleme, welche die Leistung des Brennstoffzellenstapels senken.
- Im Stand der Technik wurde auch vorgeschlagen, über dem Brennstoffzellenstapel eine Last vorzusehen, beispielsweise einen Widerstand, um das durch die Wasserstoff/Luft-Front erzeugte elektrische Potential zu senken. Eine äußerst niedrige Widerstandslast erfordert aber elektrische Komponenten mit einer hohen Belastbarkeit. Ferner kann ein Strömen und Ausgleichen zwischen Zellen in einem Brennstoffzellenstapel zu Korrosion bei den Zellenanoden führen. Weiterhin ist in den meisten Ausführungsformen ein Widerstand typischerweise allein nicht ausreichend, um eine Kohlenstoffkorrosion zu minimieren.
- Ein herkömmliches Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems ist aus der Druckschrift
JP 2006 155 997 A DE 10 2007 059 999 A1 beschrieben, wobei diese Druckschrift erst nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung offengelegt wurde. - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Nach der erfindungsgemäßen Lehre werden ein Verfahren zum Mindern einer Kathodenkohlenstoffkorrosion während eines Abschaltens und Einschaltens eines Brennstoffzellenstapels offenbart. Beim Systemabschalten wird der Kathodenluftstrom unterbunden und die Kathodenseite des Stapels wird abgedichtet. Das Strömen von Wasserstoff zur Anodenseite des Stapels wird fortgeführt, so dass irgendwelcher in dem Stapel verbleibender Sauerstoff aufgebraucht wird. Die Anodenseite des Stapels wird abgedichtet, so dass das Strömen nur zum Ersetzen des Wasserstoffs dient, der zur Kathodenseite des Stapels gepumpt wurde, statt eines Strömens von Wasserstoff, der aus dem Anodensubsystem austritt. Wenn die Stapelleistung auf einen vorbestimmten Pegel fällt, wird der durch den Stapel erzeugte elektrische Strom zu einer Batterie geleitet. Wenn die Stapelleistung auf einen weiteren vorbestimmten Pegel sinkt, wird die Stapellast zu einem Widerstand umgeschaltet. Sobald der Sauerstoff aus dem Stapel aufgebraucht ist, wird der Wasserstoffstrom abgeschaltet und die Anodenseite des Stapels wird abgedichtet, so dass sowohl die Anodenseite als auch die Kathodenseite des Stapels ein N2/H2-Gemisch aufweisen.
- Wenn seit dem letzten Systemabschalten ein ausreichend langer Zeitraum verstrichen ist, dann werden sowohl die Anodenseite als auch die Kathodenseite des Stapels mit Luft gefüllt. Wenn das System geteilte Unterstapel umfasst, dann nutzt eine Einschaltfolge ein schnelles Wasserstoffspülen separat durch jeden Unterstapel, um die Zeit des Strömens der Wasserstoff/Luft-Front durch die Anodenseite der Stapel zu minimieren. Ferner wird ein Verdichter betrieben, um Kathodenluft an eine Kathodenabgasleitung zu liefern, welche die Unterstapel umgeht, so dass irgendwelcher Wasserstoff, der in dem Spülgas vorhanden sein kann, verdünnt wird. Dann nutzt die Einschaltfolge zu dem gleichen Zeitpunkt, da der Verdichter Luft zur Kathodenseite des Stapels strömen lässt, ein langsames Wasserstoffspülen durch die Unterstapel. Wenn die Zeit seit dem letzten Abschalten kurz genug ist, wobei noch eine signifikante Wasserstoffmenge in der Kathodenseite und der Anodenseite der Unterstapel vorhanden ist, dann kann auf das schnelle Wasserstoffspülen verzichtet werden und die Einschaltfolge rückt direkt zu dem langsamen Wasserstoffspülen vor.
- Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den Begleitzeichnungen hervor.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems, das nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform verschiedene Techniken zum Mindern von Kathodenkohlenstoffdegradation bei Systemabschalten und -einschalten nutzt. - EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein System und Verfahren zum Minimieren von Kathodenkohlenstoffdegradation bei Systemabschalten und -einschalten gerichtet ist, ist lediglich beispielhafter Natur und soll in keiner Weise die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Gebrauchsmöglichkeiten beschränken.
-
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems10 mit einem ersten geteilten Brennstoffzellenstapel12 und einem zweiten geteilten Brennstoffzellenstapel14 . Ein Verdichter16 liefert an einer Kathodeneingangsleitung18 Kathodeneingangsluft durch ein normalerweise geschlossenes Kathodeneingangsventil20 zu den geteilten Stapeln12 und14 . Das Kathodenabgas wird von dem geteilten Stapel an Leitung24 abgegeben und das Kathodenabgas wird von dem geteilten Stapel14 an Leitung26 abgegeben, wobei das Kathodenabgas in einer einzigen Kathodenausgangsleitung28 vereint wird. Ein normalerweise geschlossenes Kathodengegendruckventil30 steuert das Strömen des Kathodenabgases durch die Leitung28 . Eine zwischen der Eingangsleitung18 und der Ausgangsleitung28 vorgesehene Kathodenumgehungsleitung32 ermöglicht es der Kathodeneingangsluft, die Stapel12 und14 zu umgehen. Ein normalerweise geschlossenes Umleitventil34 steuert, ob die Kathodenluft die Stapel12 und14 umgeht. Wenn die Ventile20 und30 geschlossen sind und das Ventil34 offen ist, dann umgeht Luft von dem Verdichter16 die Stapel12 und14 . Typischerweise ist eine (nicht dargestellte) Kathodenbefeuchtungseinheit an einer geeigneten Stelle in der Kathodeneingangsleitung18 vorgesehen. - In dieser nicht einschränkenden Ausführungsform nutzen die geteilten Stapel
12 und14 ein Umschalten der Anodenströmung, wobei das Anodenreaktantgas mit einem vorbestimmten Zyklus in einer Weise durch die geteilten Stapel12 und14 vor und zurück strömt, die dem Fachmann gut bekannt ist. In abwechselnder Folge spritzt ein Injektor38 Wasserstoffgas aus einer Wasserstoffgasquelle40 durch eine Anodenleitung42 zu dem geteilten Stapel12 ein und ein Injektor44 spritzt Wasserstoffgas aus einer Wasserstoffquelle46 durch eine Anodenleitung48 zu dem geteilten Stapel14 ein. Zum Vorsehen des Umschaltens der Anodenströmung werden normalerweise geschlossene Anodenströmungsumschaltventile50 und52 verwendet. Wenn das Ventil50 geschlossen ist und das Ventil52 geöffnet ist, strömt Wasserstoffgas aus der Quelle40 auf der Leitung42 in den Stapel12 , durch eine Verbindungsleitung54 zwischen den geteilten Stapeln12 und14 , in den geteilten Stapel14 und durch das Ventil52 aus der Anodenleitung46 heraus, um mit dem Kathodenabgas in der Kathodenabgasausgangsleitung28 gemischt zu werden. Wenn analog das Ventil52 geschlossen ist und das Ventil50 geöffnet ist, strömt Wasserstoffgas von der Wasserstoffquelle46 auf der Leitung46 in den geteilten Stapel14 , durch die Verbindungsleitung54 , in den geteilten Stapel12 und durch das Ventil50 , um mit dem Kathodenabgas in der Leitung28 gemischt zu werden. - Ein Wasserabscheider
60 ist mit der Verbindungsleitung54 verbunden und sammelt Wasser in dem Anodengasstrom zwischen den geteilten Stapeln12 und14 . Ein normalerweise geschlossenes Ablassventil62 wird regelmäßig geöffnet, um auf einer Leitung64 das Wasser zu der Kathodenabgasleitung28 abzulassen. Ferner ist ein Anodenabgasspülventil66 mit der Verbindungsleitung54 und der Leitung64 aus Gründen verbunden, die aus der nachstehenden Erörterung hervorgehen. - Die Brennstoffzellenstapel
12 und14 erzeugen elektrischen Strom. Während eines normalen Stapelbetriebs wird der von den Stapeln12 und14 erzeugte elektrische Strom zum Antreiben von Systemlasten verwendet, beispielsweise eines elektrischen Antriebssystems (ETS, kurz vom englischen Electrical Traction System)70 an einem Fahrzeug. Wie nachstehend näher erörtert wird, kann der von den Stapeln12 und14 erzeugte elektrische Strom während einer Abschaltfolge zum Laden einer Batterie72 verwendet werden oder durch andere Systemkomponenten dissipiert werden und dann durch einen Widerstand74 dissipiert werden. - Bei einem Systemabschalten wird der Verdichter
16 angehalten und die Ventile20 und30 werden geschlossen, um die Kathodenseite der Stapel12 und14 abzudichten. Das Strömen von Wasserstoff wird fortgeführt, so dass irgendwelcher in den Stapeln12 und14 verbleibender Sauerstoff aufgebraucht wird. Wenn die Stapelleistung auf einen vorbestimmten Pegel fällt, wird der von den Stapeln12 und14 erzeugte elektrische Strom von dem ETS70 zur Batterie72 umgeschaltet. Wenn die Stapelleistung auf einen weiteren vorbestimmten Pegel fällt, wird die Stapellast zu dem Widerstand74 umgeschaltet. Sobald die elektrische Spannung sich insbesondere auf eine feste Sperrspannung verschlechtert hat, wird die Stapellast zu dem Widerstand74 umgeschaltet. Die Sperrspannung könnte der untere Grenzwert eines (nicht dargestellten) Gleichspannungswandlers oder der untere Grenzwert einer Leistungsvorrichtung sein. Das Ziel der Batterielast ist das Aufbrauchen und/oder Speichern von Energie, die ansonsten verloren gehen würde. Es mindert auch die Energieverbrauchsanforderungen der Widerstandslast. - Sobald der Sauerstoff aus den Stapeln
12 und14 aufgebraucht ist, wird der Wasserstoffstrom abgeschaltet und die Ventile50 ,52 ,62 und66 werden geschlossen, um die Anodenseite der Stapel12 und14 abzudichten. Wenn das System10 auf diese Weise abgeschaltet ist, umfassen die Stapel12 und14 eine N2/H2-Mischung sowohl in der Kathodenseite als auch in der Anodenseite. Im Laufe der Zeit leckt Luft in die Stapel12 und14 , und der Wasserstoff in dem Stapel12 und14 verbraucht zunächst den Sauerstoff. Zudem leckt der Wasserstoff langsam aus den Stapeln12 und14 . Dadurch verändert sich die Zusammensetzung der Gase in den Stapeln12 und14 im Laufe der Zeit zwischen einem wasserstoffreichen Gemisch in Stickstoff und Wasser zu einem Luftgemisch. - Die vorliegende Erfindung schlägt eine bestimmte Schrittfolge beim nächsten Systemeinschalten vor, um die Kathodenkatalysatorkorrosion zu minimieren. Die Schrittfolge ändert sich abhängig davon, wie lange das System
10 abgeschaltet war, d. h. wie weit die Anodenseite und die Kathodenseite der Stapel12 und14 von einem Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch zu Luft gewechselt sind. Die Folge ist in einen schnellen Wasserstoffspülzustand und einen langsamen Wasserstoffspülzustand der Anodenseite der Stapel12 und14 unterteilt. Wie nachstehend näher erörtert wird, hängen die Schnelligkeit des Wasserstoffstroms durch die Anodenseite der Stapel12 und14 und die Zeitdauer der beiden Zustände von der Zeit, die das System10 abgeschaltet ist, der Umgebungstemperatur und anderen Faktoren ab, wobei die Zeitdauer seit dem vorherigen Systemabschalten festgehalten wird. - Im Stand der Technik ist es bekannt, bei einem Systemeinschalten so schnell wie möglich Wasserstoff durch die Anodenseite der Stapel
12 und14 zu drücken, um die Zeit zu minimieren, in der die Wasserstoff/Luft-Front in den Anodenströmkanälen vorliegt, die eine Kathodenkatalysatordegradation bewirkt. Aus Tests und verschiedenen Berechnungen ist bekannt, wie lange die Stapel12 und14 brauchen, um sich nach einem Systemabschalten mit Luft zu füllen. Wenn die Stapel12 und14 keine signifikante Luftmenge enthalten, dann ist eine langsamere Wasserstoff/Luft-Front annehmbar. Wenn die Stapel12 und14 eine signifikante Luftmenge enthalten, dann ist eine schnelle Geschwindigkeit der Wasserstoff/Luft-Front besser. - Wenn die anfängliche Wasserstoff/Luft-Front durch die Stapel
12 und14 strömt, wird der Widerstand74 über dem Stapel aktiviert. Der Widerstand74 dient zum teilweisen Unterbinden der Kathodenspannung. Typischerweise weist der Widerstand74 einen kleinen Widerstandswert zum Vorsehen eines höheren Leistungsstroms und niedrigerer Kohlenstoffkorrosion auf. In gleicher Weise ist die Kohlenstoffkorrosion umso geringer, je schneller die Wasserstoff/Luft-Front ist. - Unter der Annahme, dass das System
10 ausreichend lange abgeschaltet war, so dass sich die Stapel12 und14 mit Luft füllen konnten, führt das System10 den schnellen Wasserstoffspülzustand zuerst aus. Erfindungsgemäß werden die geteilten Stapel12 und14 bei einem Systemeinschalten separat mit Wasserstoff gespült. Während der Einschaltfolge ist der Wasserdampfspeicher60 leer. Der Injektor38 wird so gesteuert, dass eine vorbestimmte Wasserstoffmenge in den Stapel12 bei hoher Geschwindigkeit eingespritzt wird. Das Ablassventil62 und das Spülventil66 werden geöffnet, so dass die Luft in der Anodenseite des geteilten Stapels12 durch die Verbindungsleitung54 , durch die Ventile62 und66 , durch die Leitung64 und in die Kathodenabgasleitung28 gedrückt wird. Der Verdichter16 wird betrieben und das Umleitventil34 wird geöffnet, so dass Luft mit dem Anodenspülgas gemischt wird, um eventuell vorhandenen Wasserstoff weiter zu verdünnen. Wenn der Stapel12 gespült wird, ist das durch das Ablassventil62 und das Spülventil66 gedrückte Gas zunächst Luft, dann eine Mischung aus Wasserstoff und Luft und dann nahezu reiner Wasserstoff. Die Wasserstoffmenge, die durch den geteilten Stapel12 gedrückt werden kann, steht im Verhältnis zum Betrag der Verdünnung, die durch die Verdichterluft vorgesehen werden kann. In einer Ausführungsform muss die Wasserstoffkonzentration, die an die Umwelt ausgestoßen werden kann, unter 4% liegen. Sobald der Stapel12 gespült ist, wird dann der Injektor44 eingeschaltet, um den geteilten Stapel14 durch das Ablassventil62 und das Spülventil66 in gleicher Weise zu spülen. Daher kann eine hohe Gasgeschwindigkeit zum schnellen separaten Spülen der Anodenseite der geteilten Stapel12 und14 verwendet werden, um die Verweilzeit der Wasserstoff/Luft-Front durch die geteilten Stapel12 und14 zu verringern. - Da nur einer der geteilten Stapel
12 und14 jeweils gespült wird, kann das Spülen schneller sein, da die Rohre ein höheres Gasvolumen von einem Stapel aufnehmen können als bei einer Kombination von zwei Stapeln. Das Strömenlassen von Wasserstoff zu einem Stapel zu einem Zeitpunkt würde die Geschwindigkeit durch jeden Unterstapel bei der gleichen Abgasstromrate verdoppeln. Die Geschwindigkeit des Wasserstoffs von den Quellen40 und44 legt den Druck in der Anodenseite der geteilten Stapel12 und14 direkt fest. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform drücken die Injektoren38 und44 den Wasserstoff über einen Zeitraum in dem Bereich von 0,1–0,4 Sekunden bei einem Druck von etwa 40 kPa durch die geteilten Stapel12 und14 . Weiterhin sollte der erste Stapel, zu dem Wasserstoff strömt, zufällig gewählt werden. - Die Wasserstoffmenge, die zum Spülen der geteilten Stapel
12 und14 verwendet wird, kann beruhend auf dem Volumen der Anodenseite der Stapel12 und14 , der Temperatur der Stapel12 und14 und dem Druck in den geteilten Stapeln12 und14 berechnet werden. Der Wasserstoffstrom in die Stapel12 und14 sollte in etwa ein Anodenvolumen betragen. Wenn eine ungenügende Wasserstoffmenge in den Stapel strömt, könnten einige der Brennstoffzellen weiterhin eine H2/O2-Front enthalten. Wenn zuviel Wasserstoff in den ersten Stapel strömt, wird überschüssiger Wasserstoff an das Abgas verschwendet und könnte durch Verdichtung in den zweiten Stapel eindringen, was zu einer stagnierenden Wasserstoff/Luft-Front führt, die eine übermäßige Degradation der elektrischen Spannung bewirkt. Das Kreislaufvolumen für jeden der Stapel wird berechnet, und diese Information wird während des Einschaltens mit der Wasserstoffströmrate kombiniert, um die Spülzeit für den ersten Stapel zu ermitteln. - Sobald die beiden geteilten Stapel
12 und14 wie vorstehend beschrieben gespült sind, rückt das System10 dann zum langsamen Wasserstoffspülzustand vor. In diesem Zustand werden beide Injektoren38 und44 gleichzeitig einen bestimmten Zeitraum lang bei einer langsameren Strömrate betrieben, um einen parallelen Wasserstoffstrom durch die Stapel12 und14 vorzusehen. Bei dem langsamen Wasserstoffspülzustand wird das Spülventil66 geschlossen und das Ablassventil62 geöffnet. Das Ablassventil62 weist eine viel kleinere Öffnung als das Spülventil66 auf, und somit kann weniger Spülgas durch dieses strömen. Ferner wird das Umleitventil34 während des langsamen Spülzustands allmählich geschlossen, um die Verdichterluft durch die Stapel12 und14 zu leiten. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Druck der Anodenseite des Stapels12 oder14 während des langsamen Wasserstoffspülzustands um etwa 25 kPa größer als der Druck in der Kathodenseite des Stapels12 oder14 . - Wenn das System
10 nur einen kurzen Zeitraum lang abgeschaltet wurde, wobei noch der meiste oder nahezu der meiste Wasserstoff und Stickstoff in den Anoden- und Kathodenseiten der Stapel12 und14 ist, dann wird auf den schnellen Wasserstoffspülzustand verzichtet und es wird nur der langsame Wasserstoffspülzustand verwendet. Insbesondere werden die geteilten Stapel12 und14 nicht separat mit Wasserstoff hoher Geschwindigkeit gespült. Die Einschaltfolge geht direkt zu dem parallelen Spülen der Stapel12 und14 durch das Ablassventil62 bei niedriger Wasserstoffgeschwindigkeit. - Wie vorstehend erläutert wird die Einschaltfolge abhängig von der Dauer des Abschaltens des Systems
10 und von anderen Faktoren, die bestimmen, wie viel Luft sich in den Anodenströmkanälen befindet, angepasst. Die Geschwindigkeit des Wasserstoffspülens kann sowohl für den schnellen Wasserstoffspülzustand als auch den langsamen Wasserstoffspülzustand gesteuert werden. Ferner kann die Spülzeit gesteuert werden. Es kann eine Kennkurve für das System10 erzeugt werden, welche die in den Stapeln12 und14 verbleibende Wasserstoffmenge als Funktion der Zeit seit dem letzten Abschalten festlegt. Diese Kurve ist der Kehrwert der Luftinfiltration in den Stapel als Funktion der Zeit seit dem letzten Abschalten. Basierend auf diesen Kurven ergibt sich eine resultierende Kurve, die der bei Einschalten zur Sicherheit erforderliche Mindestwasserstoff als Funktion der Zeit seit dem letzten Abschalten ist. Diesen erforderlichen Mindestwasserstoff kann man dann so schnell wie gewünscht bis zur maximalen Wasserstoffkonzentration der Abgasforderung strömen lassen. Langsamere Wasserstoffströme ergeben eine längere, flachere Abgaskonzentrationskurve. Schnellere Wasserstoffströme ergeben eine kürzere, pulsartige Abgaskonzentrationskurve. - Es ist möglich, dass das System
10 ein schnelles Abschalten oder ein ungewolltes Abschalten erfahren könnte, bei dem die Wasserstoffmenge in den Stapeln12 und14 nicht bekannt ist. In diesem Fall kann ein Notfallneustart verwendet werden, der eine ausreichend langsame Wasserstoffströmrate nutzt, so dass, selbst wenn das System 100% Wasserstoffemissionen durch die Stapel12 und14 zu der Kathodenabgasleitung28 aufweist, die Wasserstoffkonzentration in dem Abgas immer noch annehmbar ist. Des Weiteren sollte der Notfallneustart eine ausreichend lange Wasserstoffströmrate aufweisen, so dass, selbst wenn das System 0% Wasserstoffgas aufweisen würde, die Stapel12 und14 vollständig mit Wasserstoff gefüllt würden, bevor irgendeine Last an den Stapeln12 und14 entnommen wird. - Wie vorstehend erläutert nutzt das System
10 ein Umschalten der Anodenströmung. Andere Systeme können aber ein Anodenumwälzen nutzen, wobei das Anodenabgas in einer Weise zurück zu dem Anodeneingang geleitet wird, die dem Fachmann bekannt ist. Alle oder die meisten der verschiedenen Schritte für das Abschalten und Einschalten, welche die vorstehend erläuterte Kathodenkatalysatorkorrosion minimieren, können auch bei diesen Arten von Systemen verwendet werden. - Die vorstehende Beschreibung offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann wird dieser Beschreibung und den Begleitzeichnungen sowie den Ansprüchen mühelos entnehmen, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Veränderungen darin vorgenommen werden können, ohne von dem in den folgenden Ansprüchen dargelegten Wesen und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Claims (9)
- Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems, wobei das System einen ersten geteilten Stapel, einen zweiten geteilten Stapel, eine Verbindungsleitung zwischen dem ersten geteilten Stapel und dem zweiten geteilten Stapel, eine Abgasleitung, ein Ablassventil und ein Spülventil aufweist, wobei das Ablassventil und das Spülventil in zueinander parallelen Pfaden zwischen die Verbindungsleitung und die Abgasleitung geschaltet sind und wobei das Ablassventil eine kleinere Öffnung als das Spülventil aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Strömen lassen eines Spülgases mit einer ersten Strömrate durch eine Anodenseite des ersten geteilten Stapels und das geöffnete Ablassventil sowie das geöffnete Spülventil über einen ersten Zeitraum; Strömen lassen des Spülgases mit der ersten Strömrate durch eine Anodenseite des zweiten geteilten Stapels und das geöffnete Ablassventil sowie das geöffnete Spülventil über einen zweiten Zeitraum nach dem ersten Zeitraum; und Strömen lassen des Spülgases mit einer zweiten Strömrate durch die Anodenseiten sowohl des ersten geteilten Stapels als auch des zweiten geteilten Stapels über einen dritten Zeitraum nach dem zweiten Zeitraum, wobei die zweite Strömrate langsamer als die erste Strömrate ist und das Ablassventil während des dritten Zeitraums geöffnet ist und das Spülventil während des dritten Zeitraums geschlossen ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Strömen lassen des Spülgases in eine Kathodenabgasleitung nach der Abgasleitung.
- Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin umfassend: Betreiben eines Verdichters, so dass während des ersten und des zweiten Zeitraums Verdichterluft zu der Kathodenabgasleitung strömt, um das Spülgas zu verdünnen, ohne durch den ersten geteilten Stapel und den zweiten geteilten Stapel zu strömen.
- Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Strömen lassen von Luft durch eine Kathodenseite des ersten geteilten Stapels und des zweiten geteilten Stapels während des dritten Zeitraums.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Strömen lassen des Spülgases ein Strömen lassen eines Wasserstoffgases umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Strömrate, die zweite Strömrate, der erste Zeitraum, der zweite Zeitraum und der dritte Zeitraum alle basierend darauf gesteuert werden, wie lange das Brennstoffzellensystem abgeschaltet war.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das System in zufälliger Weise wählt, ob das Spülgas während des ersten Zeitraums und des zweiten Zeitraums zu dem ersten geteilten Stapel oder dem zweiten geteilten Stapel strömen gelassen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das System ein Umschalten der Anodenströmung einsetzt.
- Verfahren zum Abschalten eines Brennstoffzellensystems, wobei das System einen Brennstoffzellenstapel und einen Verdichter aufweist, der Luft zu einer Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels liefert, wobei das Verfahren umfasst: Abschalten des Verdichterluftstroms zu der Kathodenseite des Stapels; Schließen von Ventilen zum Abdichten der Kathodenseite des Stapels; Strömen lassen von Wasserstoff zu der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels zum Verbrauchen von Sauerstoff in dem Stapel; Umschalten einer Last an dem Stapel von einer ersten Systemkomponente zu einer zweiten Systemkomponente, wenn die Stapelleistung auf einen ersten vorbestimmten Pegel fällt, wobei die zweite Systemkomponente eine Batterie ist, die durch den Stapel geladen wird; Umschalten der Last an dem Stapel zu einem Widerstand, wenn die Stapelleistung auf einen zweiten vorbestimmten Pegel fällt, der kleiner als der erste vorbestimmte Pegel ist; und Abschalten des Strömens von Wasserstoff und Schließen von Ventilen, um die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels abzudichten, sobald der Sauerstoff aus dem Stapel aufgebraucht wurde.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/669,893 US7862942B2 (en) | 2007-01-31 | 2007-01-31 | Strategies for mitigating cell degradation during start-up and shutdown with H2/N2 storage |
US11/669,893 | 2007-01-31 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102008006729A1 DE102008006729A1 (de) | 2008-08-28 |
DE102008006729B4 true DE102008006729B4 (de) | 2014-02-06 |
Family
ID=39646220
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102008006729.6A Active DE102008006729B4 (de) | 2007-01-31 | 2008-01-30 | Verfahren zum Starten und Abschalten eines Brennstoffzellensystems |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7862942B2 (de) |
JP (1) | JP4996493B2 (de) |
CN (1) | CN101262069B (de) |
DE (1) | DE102008006729B4 (de) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5231750B2 (ja) * | 2007-05-07 | 2013-07-10 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
US8349507B2 (en) * | 2007-09-11 | 2013-01-08 | GM Global Technology Operations LLC | Implementation of an engine controller unit's non-volatile memory for measuring the time of a fuel cell system in a shut-off or standby state |
DE102007054826A1 (de) * | 2007-11-16 | 2009-05-20 | Daimler Ag | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems |
US8192885B2 (en) * | 2009-01-26 | 2012-06-05 | GM Global Technology Operations LLC | Shutdown strategy for enhanced water management |
DE102009001630A1 (de) * | 2009-03-18 | 2010-09-23 | Volkswagen Ag | Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit Standby-Funktion sowie Brennstoffzellensystem mit Standby-Funktion |
JP4887408B2 (ja) * | 2009-08-25 | 2012-02-29 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
CN102668209B (zh) * | 2009-10-07 | 2015-04-08 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统以及燃料电池系统的停止方法 |
WO2011146041A1 (en) * | 2010-05-20 | 2011-11-24 | Utc Power Corporation | Quick restart of fuel cell power plant as alternative to idling |
US9537160B2 (en) * | 2012-02-15 | 2017-01-03 | GM Global Technology Operations LLC | Operational method for a simplified fuel cell system |
KR101534920B1 (ko) | 2013-09-05 | 2015-07-07 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 시동 장치 및 방법 |
KR101551024B1 (ko) | 2013-12-23 | 2015-09-08 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지 시스템의 시동 제어 방법 |
DE102014221321A1 (de) | 2014-10-21 | 2016-04-21 | Volkswagen Ag | Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Abschalten eines Brennstoffzellenstapels |
JP6414158B2 (ja) * | 2016-07-25 | 2018-10-31 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
JP6847816B2 (ja) * | 2017-11-10 | 2021-03-24 | 本田技研工業株式会社 | 車両用プラントの制御装置 |
JP7110925B2 (ja) | 2018-11-09 | 2022-08-02 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
DE102021214693A1 (de) * | 2021-12-20 | 2023-06-22 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem |
DE102022206248A1 (de) | 2022-06-22 | 2023-12-28 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit mindestens zwei Brennstoffzellenstacks und einem Luftkompressionssystem und Brennstoffzellensystem |
CN115332582B (zh) * | 2022-10-17 | 2023-01-31 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种燃料电池低温启动控制系统 |
CN116130707B (zh) * | 2022-12-28 | 2024-01-12 | 上海氢晨新能源科技有限公司 | 燃料电池系统的控制方法、装置和燃料电池系统 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006155997A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの掃気方法 |
DE102007059999A1 (de) * | 2006-12-18 | 2008-07-10 | GM Global Technology Operations, Inc., Detroit | Verfahren zum Mindern von Brennstoffzellen-Verschlechterung aufgrund von Einschalten und Abschalten mittels Wasserstoff-/Stickstoffspeicherung |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3976506A (en) * | 1975-02-12 | 1976-08-24 | United Technologies Corporation | Pressurized fuel cell power plant with air bypass |
DE10024570A1 (de) * | 2000-05-19 | 2002-04-18 | Xcellsis Gmbh | Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems |
US20020076582A1 (en) | 2000-12-20 | 2002-06-20 | Reiser Carl A. | Procedure for starting up a fuel cell system using a fuel purge |
US7169491B2 (en) * | 2003-02-26 | 2007-01-30 | General Motors Corporation | Flexible system for hydrogen recirculation |
US7479336B2 (en) * | 2003-07-02 | 2009-01-20 | General Motors Corporation | Gas control and operation method of a fuel cell system for water and gas distribution |
JP2007018910A (ja) * | 2005-07-08 | 2007-01-25 | Honda Motor Co Ltd | 車載用燃料電池システム |
US8232018B2 (en) * | 2005-09-29 | 2012-07-31 | GM Global Technology Operations LLC | Anode flowshifting with closed-injector bleeding |
-
2007
- 2007-01-31 US US11/669,893 patent/US7862942B2/en active Active
-
2008
- 2008-01-30 DE DE102008006729.6A patent/DE102008006729B4/de active Active
- 2008-01-31 CN CN2008100856115A patent/CN101262069B/zh active Active
- 2008-01-31 JP JP2008021058A patent/JP4996493B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006155997A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの掃気方法 |
DE102007059999A1 (de) * | 2006-12-18 | 2008-07-10 | GM Global Technology Operations, Inc., Detroit | Verfahren zum Mindern von Brennstoffzellen-Verschlechterung aufgrund von Einschalten und Abschalten mittels Wasserstoff-/Stickstoffspeicherung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102008006729A1 (de) | 2008-08-28 |
JP4996493B2 (ja) | 2012-08-08 |
US7862942B2 (en) | 2011-01-04 |
CN101262069B (zh) | 2011-08-17 |
CN101262069A (zh) | 2008-09-10 |
US20080182138A1 (en) | 2008-07-31 |
JP2008192614A (ja) | 2008-08-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102008006729B4 (de) | Verfahren zum Starten und Abschalten eines Brennstoffzellensystems | |
DE102007037304B4 (de) | Brennstoffzellensystem mit verminderter Korrosionsneigung während des Abschaltens sowie Verwendung des Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug | |
DE102010005294B4 (de) | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Spülen von Wasser aus einem Brennstoffzellenstapel bei Systemabschaltung | |
DE102008047393B4 (de) | Verfahren zum schnellen und zuverlässigen Starten von Brennstoffzellensystemen | |
DE102007026330B4 (de) | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Begrenzen der Wasserstoffkonzentration im gemischten Abgas eines Brennstoffzellenstapels | |
DE10295887B4 (de) | Verfahren zum Abschalten eines Brennstoffzellensystems mit einer Anodenabgas-Rückführungsschleife | |
DE102005038927B4 (de) | Verfahren zum Abschalten eines Brennstoffzellensystems durch Verwendung einer Luftspülung bei niedriger Zellentemperatur sowie ein Brennstoffzellensystem zur Durchführung des Verfahrens | |
DE102005039872B4 (de) | Verfahren zur Verwendung einer H2-Spülung beim Abschalten eines Brennstoffzellenstapels zur Verbesserung seiner Haltbarkeit | |
DE102006046104B4 (de) | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Ablassen von Stickstoff | |
DE112005001063B4 (de) | Brennstoffzellensystem | |
DE112006001024B4 (de) | Minderung einer Start/Abschaltschädigung von Brennstoffzellen | |
DE112004002279T5 (de) | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Starten desselben | |
DE102010053632A1 (de) | Brennstoffzellenbetriebsverfahren zur Sauerstoffabreicherung bei Abschaltung | |
DE102014201558A1 (de) | Startverfahren eines Brennstoffzellensystems | |
DE102014210511A1 (de) | Brennstoffzellenverwaltungsverfahren | |
DE102011010113A1 (de) | Verfahren und Prozesse zum Rückgewinnen von Verlust elektrischer Spannung eines PEM-Brennstoffzellenstapels | |
DE102010048253B4 (de) | Verfahren zur Rekonditionierung eines Brennstoffzellenstapels | |
DE102013100398A1 (de) | Betriebsverfahren für ein vereinfachtes Brennstoffzellensystem | |
DE102016110451A1 (de) | Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem | |
WO2016083104A1 (de) | Verfahren zum abschalten eines brennstoffzellenstapels sowie brennstoffzellensystem | |
WO2016030096A1 (de) | Verfahren zum starten einer brennstoffzelle sowie brennstoffzellensystem | |
AT507763B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum austragen verbrauchter und zum teil explosionsfähiger betriebsmedien einer brennstoffzelle | |
DE112007000575T5 (de) | Brennstoffzellensystem | |
DE102013100400A1 (de) | Reaktantenregelungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem im Leerlauf-Stopp-Betrieb | |
DE102008046243A1 (de) | Implementierung eines nichtflüchtigen Speichers einer Motorcontrollereinheit zur Messung der Zeitdauer eines Brennstoffzellensystems in einem Abschalt- oder Bereitschaftzustand |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: PFANDRECHT |
|
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: PFANDRECHT AUFGEHOBEN |
|
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: PFANDRECHT |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC , ( N. D. , US |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC (N. D. GES, US Free format text: FORMER OWNER: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS, INC., DETROIT, MICH., US Effective date: 20110323 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20141107 |