DE102008028007A1

DE102008028007A1 - Umfassendes Verfahren zum Auslösen von Anodenentlüftungsvorgängen in einem Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102008028007A1
Application number: DE102008028007A
Authority: DE
Inventors: Jon R. Sienkowski; David A. Arthur; Abdullah B. Alp; Prasad Gade
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2028-06-13
Also published as: US20080311442A1; CN101330154B; CN101330154A; US8057941B2; DE102008028007B4

Abstract

Ein Verfahren zum Auslösen einer Anodenentlüftung von geteilten Brennstoffzellenstapeln in einem Brennstoffzellensystem, das Anodenströmungsumschalten verwendet. Das Verfahren fordert die Entlüftung, wenn eine von drei verschiedenen Bedingungen erfüllt ist. Diese Bedingungen umfassen, dass die Stickstoffkonzentration in der Anodenseite der geteilten Stapel über einem vorbestimmten Prozentwert liegt, die Spannungsbandbreite zwischen der Zellenhöchstspannung und der Zellenmindestspannung der beiden Brennstoffzellen in den geteilten Stapeln größer als eine vorbestimmte Spannungsbandbreite ist und der absolute Wert der Differenz zwischen der Gesamtspannung der beiden geteilten Stapel größer als eine vorbestimmte Spannung ist. Die Stickstoffkonzentration in der Anode kann auf eine beliebige geeignete Weise ermittelt werden, beispielsweise durch ein Stickstoffübertrittsmodell oder einen Sensor.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Auslösen einer Anodenentlüftung von einem Brennstoffzellenstapel und insbesondere ein Verfahren zum Auslösen einer Anodenentlüftung von geteilten Brennstoffzellenstapeln, das umfasst: das Auslösen der Entlüftung, wenn eine geschätzte Konzentration an Stickstoff in der Anode größer als eine vorbestimmte Schwellenkonzentration ist, Auslösen der Entlüftung, wenn der absolute Wert der Differenz zwischen den mittleren elektrischen Zellenspannungen des geteilten Stapels größer als eine vorbestimmte Schwellenspannung ist, oder Auslösen der Entlüftung, wenn die Spannungsbandbreite der Brennstoffzellenspannungen in einem der geteilten Brennstoffzellenstapel größer als eine vorbestimmte Schwellenspannung ist.
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 ge spalten, 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 zurückgeleitet 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 vorstehend erwähnten Brennstoffzellenstapel eines Kraftfahrzeugs kann der Stapel zweihundert oder mehr Brennstoffzellen aufweisen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodenreaktandgas auf, typischerweise einen von einem Verdichter durch den Stapel gedrückten Luftstrom. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff von dem Stapel aufgebraucht, und ein Teil der Luft wird als Kathodenabgas ausgegeben, das Wasser als Stapelnebenprodukt umfassen kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anoden-Wasserstoffreaktandgas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
Ein 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-Strömungskanäle vorgesehen, die das Anodenreaktandgas zu der jeweiligen MEA strömen lassen. Kathodengas-Strömungskanäle sind an der Kathodenseite der Bipolarplatten vorgesehen, die das Kathodenreaktandgas zu der jeweiligen MEA strömen lassen. Eine Endplatte umfasst Anodengas-Strömungskanäle, und die andere Endplatte umfasst Kathodengas-Strömungskanäle. Die Bipolarplatten und die Endplatten bestehen aus einem leitenden Material, beispielsweise Edelstahl oder einem leitenden Verbundstoff. Die Endplatten leiten den von den Brennstoffzellen erzeugten elektrischen Strom aus dem Stapel heraus. Die Bipolarplatten umfassen auch Strömungskanäle, durch die ein Kühlfluid strömt.
Die MEAs sind permeabel und lassen daher Stickstoff in der Luft von der Kathodenseite des Stapels dadurch durchtreten und sich in der Anodenseite des Stapels sammeln, was in der Branche als Stickstoffdurchtritt bezeichnet wird. Auch wenn der anodenseitige Druck etwas höher als der kathodenseitige Druck sein kann, lassen die kathodenseitigen Partialdrücke Luft durch die Membran dringen. Stickstoff in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels verdünnt den Wasserstoff, so dass bei Ansteigen der Stickstoffkonzentration über einen bestimmten Prozentsatz, beispielsweise 50%, der Brennstoffzellenstapel instabil wird und ausfallen kann. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, ein Entlüftungsventil an dem Anodenabgasausgang des Brennstoffzellenstapels vorzusehen, um Stickstoff von der Anodenseite des Stapels zu entfernen.
Im Stand der Technik wurde vorgeschlagen, in einem Brennstoffzellensystem, das geteilte Stapel verwendet, ein Wechseln der Stapelreihenfolge oder ein Umschalten der Anodenströmung vorzusehen. Insbesondere werden Ventile und Installation in dem System vorgeschlagen, so dass in zyklischer Weise das aus einem ersten Unterstapel austretende Anodenabgas zu der Anode eines zweiten Unterstapels geleitet wird und das aus dem zweiten Unterstapel austretende Anodenabgas zu der Anode des ersten Unterstapels geleitet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Nach der erfindungsgemäßen Lehre wird ein Verfahren zum Auslösen einer Anodenentlüftung von geteilten Brennstoffzellenstapeln in einem Brennstoffzellensystem, das Umschalten von Anodenströmung verwendet, offenbart. Das Verfahren ordnet das Entlüften an, wenn eine von drei verschiedenen Bedingungen erfüllt ist. Diese Bedingungen umfassen, dass die Stickstoffkonzentration in der Anodenseite der geteilten Stapel über einem vorbestimmten Prozentsatz liegt, die Spannungsbandbreite zwischen der Zellenhöchstspannung und der Zellenmindestspannung der beiden Brennstoffzellen in einem der geteilten Stapel größer als eine vorbestimmte Spannungsbandbreite ist und der absolute Wert der Differenz zwischen der mittleren Zellenspannung der geteilten Stapel größer als eine vorbestimmte Spannung ist. Die Stickstoffkonzentration in der Anode kann in geeigneter Weise ermittelt werden, beispielsweise durch ein Stickstoffübertrittsmodell oder einen Sensor.
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 Anodenströmungsumschalten einsetzt; und
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zum Auslösen einer Anodenentlüftung von den in 1 gezeigten geteilten Stapeln nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
Eingehende Beschreibung der Ausführungsformen
Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Verfahren zum Auslösen einer Anodenentlüftung von geteilten Stapeln in einem Brennstoffzellensystem gerichtet ist, ist lediglich beispielhafter Natur und soll in keiner Weise die Erfindung oder ihren Anwendungen oder Gebrauchsmöglichkeiten beschranken.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems 10 mit einem ersten geteilten Brennstoffzellenstapel 12 und einem zweiten geteilten Brennstoffzellenstapel 14. Ein Verdichter 16 liefert an einer Kathodeneingangsleitung 18 Kathodeneingangsluft durch ein normalerweise geschlossenes Kathodeneingangsventil 20 zu den geteilten Stapeln 12 und 14. Das Kathodenabgas wird von dem geteilten Stapel 12 an Leitung 24 abgegeben und das Kathodenabgas wird von dem geteilten Stapel 14 an Leitung 26 abgegeben, wobei das Kathodenabgas in einer einzigen Kathodenausgangsleitung 28 vereint wird. Ein normalerweise geschlossenes Kathodengegendruckventil 30 steuert das Strömen des Kathodenabgases durch die Leitung 28. Eine zwischen der Eingangsleitung 18 und der Ausgangsleitung 28 vorgesehene Kathodenumgehungsleitung 32 ermöglicht es der Kathodeneingangsluft, die Stapel 12 und 14 zu umgehen. Ein nor malerweise geschlossenes Umleitventil 34 steuert, ob die Kathodenluft die Stapel 12 und 14 umgeht. Wenn die Ventile 20 und 30 geschlossen sind und das Ventil 34 offen ist, dann umgeht Luft von dem Verdichter 16 die Stapel 12 und 14. Typischerweise ist eine (nicht dargestellte) Kathodenbefeuchtungseinheit an einer geeigneten Stelle in der Kathodeneingangsleitung 18 vorgesehen.
In dieser nicht einschränkenden Ausführungsform nutzen die geteilten Stapel 12 und 14 ein Umschalten der Anodenströmung, wobei das Anodenreaktandgas bei einem vorbestimmten Zyklus in einer Weise durch die geteilten Stapel 12 und 14 vor und zurück strömt, die dem Fachmann gut bekannt ist. In abwechselnder Folge spritzt ein Injektor 38 Wasserstoffgas aus einer Wasserstoffgasquelle 40 durch die Anodenleitung 42 zu dem geteilten Stapel 12 ein und ein Injektor 44 spritzt Wasserstoffgas aus einer Wasserstoffquelle 46 durch eine Anodenleitung 48 zu dem geteilten Stapel 14 ein.
Ein Wasserabscheider 60 ist mit der Verbindungsleitung 54 verbunden und sammelt Wasser in dem Anodengasstrom zwischen den geteilten Stapeln 12 und 14. Es kann ein normalerweise geschlossenes Ablassventil 62, das regelmäßig geöffnet wird, um das Wasser zu der Kathodenabgasleitung 28 an Leitung 64 abzulassen, verwendet werden. Ferner kann ein Anodenabgasspülventil 66 vorgesehen werden.
Wie vorstehend erläutert ist es wünschenswert, die Anodenseite der geteilten Stapel 12 und 14 regelmäßig zu entlüften, um Stickstoff aus der Anodenseite der Stapel 12 und 14 zu entfernen, der andernfalls den Wasserstoff verdünnen und die Zellenleistung beeinträchtigen kann. Zu diesem Zweck werden normalerweise geschlossene Entlüftungsventile 50 und 52 vorgesehen. Wenn eine Anodenentlüftung angeordnet wird, wird das Ent lüftungsventil 50 oder 52 geöffnet und das abgelassene Anodenabgas wird abhängig von der Richtung, in die das Anodengas gerade strömt, zur Kathodenabgasleitung 28 geleitet. Insbesondere wenn das Wasserstoffgas bei Auslösen eines Entlüftens von der Quelle 40 in den geteilten Stapel 12 eingespritzt wird, dann wird das Entlüftungsventil 52 geöffnet. Wenn analog das Wasserstoffgas von der Quelle 46 in den geteilten Stapel 14 eingespritzt wird, wenn ein Entlüften ausgelöst wird, dann wird das Entlüftungsventil 50 geöffnet. Das Strömungsumschalten erfolgt typischerweise mehrmals während einer normalen Entlüftungsdauer, so dass die Entlüftungsventile 50 und 52 mehrmals rechtzeitig mit dem Strömungsumschalten geöffnet und geschlossen werden müssen.
Es wird ein Verfahren zum Steuern der Entlüftungsventile 50 und 52 vorgeschlagen, so dass Stickstoff effektiv aus der Anodenseite der geteilten Stapel 12 und 14 entfernt wird und eine effiziente Nutzung de Wasserstoffs beibehalten wird. Wie nachstehend erläutert wird, wird eine Anodenentlüftung angeordnet, wenn eine der drei separaten Bedingungen erfüllt ist.
2 ist ein Flussdiagramm 70, das einen Prozess zum Anordnen einer Anodenentlüftung nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt. Bei Kästchen 72 wird eine Fahrerleistungsforderung vorgesehen, die ein Signal ist, das die von den geteilten Stapeln 12 und 14 gerade erzeugte Stromdichte anzeigt. Die Konzentration bzw. der Prozentsatz des Stickstoffs in der Anodenseite der geteilten Stapel 12 und 14 wird in proaktiver Weise bei Kästchen 74 ermittelt. Es kann ein Stickstoffübertrittsmodell verwendet werden, um die Stickstoffkonzentration in der Anodenseite der geteilten Stapel 12 und 14 zu ermitteln. Für die hierin beschriebenen Zwecke kann jedes geeignete Stickstoffübertrittsmodell verwendet werden, wobei viele davon aus dem Stand der Technik bekannt sind. Alternativ kann ein Sensor in der Anodeneingangsströmungsleitung vorgesehen werden, um eine Messung des Stickstoffs in der Anodenseite der geteilten Stapel 12 und 14 vorzusehen, solange er für die nasse Brennstoffzellenumgebung robust genug ist. Ein Stickstoffentlüftungsbefehl wird auf diese Weise proaktiv ermittelt, da die Entlüftung erst angeordnet wird, wenn die Stickstoffkonzentration zu hoch wird. Dieses Verfahren ist das primäre Verfahren zum Auslösen einer Anodenentlüftung, solange die Stapelleistung stabil ist, d. h. die Stapelspannungen stabil und gleichmäßig bleiben.
Das Fahrerleistungsforderungssignal und die Konzentration von Stickstoff aus dem Stickstoffmodell oder der Sensormessung werden zu einer Entscheidungsraute 76 geleitet, die ermittelt, ob die Stickstoffkonzentration in der Anodenseite der geteilten Stapel 12 und 14 größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn die Stickstoffkonzentration bei einer bestimmten Stromdichte des Stapels über dem vorbestimmten Schwellenwert liegt, dann löst der Algorithmus bei Kästchen 78 eine Entlüftungsforderung aus.
Die beiden anderen Entlüftungsauslöser, die manchmal als Rückschlagen und Spannweite bezeichnet werden, sind als reaktiv charakterisiert, da sie als Sicherheitsfaktor dienen, sobald die Stapel 12 und 14 instabil werden. Diese Verfahren betrachten die Zellenspannungen direkt, um Stapelleistung und -stabilität darzustellen.
Gleichzeitig mit der Ermittlung der Stickstoffkonzentration in der Anodenseite der geteilten Stapel 12 und 14 werden die Höchstspannung der Brennstoffzellen in einem der geteilten Stapel 12 und 14 und eine Mindestspannung der Brennstoffzellen in dem gleichen geteilten Stapel 12 oder 14 aus Zellenspannungsmessungen durch den Algorithmus bei Kästchen 80 ermittelt. Die Zellenhöchst- und Mindestspannungen und das Fahrerleistungsforderungssignal werden zu einer Entscheidungsraute 82 geleitet, die ermittelt, ob die Zellenhöchstspannung minus der Zellenmindestspannung größer als ein vorbestimmter Spannweitenschwellenwert ist. Wenn die Zellenhöchstspannung minus der Zellenmindestspannung größer als der vorbestimmte Spannweitenschwellenwert ist, dann wird ermittelt, dass der Stapel instabil ist. Der Algorithmus ermittelt, dass eine Stickstoffentlüftung erforderlich ist, um mindestens Wasser aus dem Anodenströmungsfeld zu entfernen, und sieht bei Kästchen 78 die Entlüftungsforderung vor. Eine größere Spannweite der elektrischen Spannung zwischen der Zellenhöchstspannung und der Zellenmindestspannung ist ein Hinweis auf Zelleninstabilität, die ein Hinweis auf zu viel Wasser in der Anodenseite der geteilten Stapel 12 und 14 sein kann. Dieses Verfahren des Auslösens einer Anodenentlüftung wird im Stand der Technik als Rückschlagverfahren bezeichnet und ist eine reaktive Methode zum Ermitteln, wann eine Anodenentlüftung erforderlich ist. Statt der Zellenhöchstspannung kann die mittlere Zellenspannung verwendet werden.
Der Algorithmus ermittelt bei Kästchen 84 die mittlere Spannung der Brennstoffzellen sowohl im geteilten Stapel 12 und als auch dem geteilten Stapel 14. Die mittleren Zellenspannungen des ersten und zweiten geteilten Stapels 12 und 14 und das Fahrerleistungsforderungssignal werden zu einer Entscheidungsraute 86 geleitet, die ermittelt, ob der absolute Wert der Differenz zwischen der mittleren Spannung des ersten geteilten Stapels und der mittleren Spannung des zweiten geteilten Stapels größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn die mittlere Zellenspannung des geteilten Stapels 12 minus der mittleren Zellenspannung des geteilten Stapels 14 größer als ein vorbestimmter Rückschlagschwellenwert ist, dann schließt der Algorithmus auch, dass Zelleninstabilität, wahrscheinlich durch zu viel Wasser in dem Anodenströmungsfeld, vorliegt und fordert bei Kästchen 78 ein Entlüften. Dieser Prozess ist ein se kundärer Hinweis auf Stickstoff in der Anodenseite der geteilten Stapel 12 und 14 und ein ausgezeichneter Hinweis auf Wasseransammlung in dem zweiten Stapel eines Strömungsumschaltsystems. Dies liegt daran, dass der zweite Stapel die niedrigste Anodenstöchiometrie im System erhält, bis die Strömung umgekehrt wird. Wenn sich Wasser sammelt, werden Stapel besonders empfindlich bezüglich Anodenstöchiometrie. Daher verleiht dieses Kriterium der Ermittlung der Stickstoffkonzentration in der Anodenseite eine zusätzliche Dimension.
Wenn daher eine der vorstehend erläuterten Techniken zum Ermitteln, dass eine Stickstoffentlüftung erforderlich oder erwünscht ist, eintritt, dann ordnet der Algorithmus bei Kästchen 78 die Anodenabgasentlüftung an. Somit kann die Anodenentlüftung zuverlässiger als bei Verwendung von nur einer einzigen der Techniken sein. Die Länge der Entlüftung wird durch viele Faktoren bestimmt, einschließlich der Stromdichtenausgabe der geteilten Stapel 12 und 14, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Es kann wünschenswert sein, nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung noch einen anderen Entlüftungsauslöser zu implementieren. Der Algorithmus berechnet bei Kästchen 88 die Standardabweichung der einzelnen Brennstoffzellenspannungen der geteilten Stapel 12 und 14. Die Standardabweichung und das Fahrerleistungsforderungssignal werden der Entscheidungsraute 90 geliefert, die ermittelt, ob die Standardabweichung der einzelnen Brennstoffzellenspannungen größer als ein vorbestimmter Standardabweichungsschwellenwert ist, dann löst der Algorithmus bei Kästchen 78 eine Entlüftung aus.
Die vorstehend erwähnten Schwellenwerte können über die Lebensdauer der geteilten Stapel 12 und 14 hinweg angepasst werden. Bei Alterung der Stapel können die Zellenspannungen bei einer vorgegebenen Stapelstromdichte eine größere Spannweite haben. Wenn die Schwellenwerte gleich bleiben, wird der Entlüftungsbefehl ständig ausgelöst. Daher können die Schwellenwerte als Funktion von Stapelstunden angehoben werden. Als zusätzliches Merkmal kann diese Kombination von Auslösern als veränderliche Größen zum Quantifizieren von Stapelstabilität dienen. Ein Stapel gilt mit anderen Worten solange als stabil, als weder die Rückschlag- noch die Spannweiten-Schwellenwerte überschritten werden. Dies kann bei der Nachbearbeitung und Beurteilung der Gesamtstapelstabilität hilfreich sein.
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

Verfahren zum Anordnen einer Anodenentlüftung von einer Anodenseite eines Brennstoffzellenstapels, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln der Stickstoffkonzentration in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels; Ermitteln einer Zellenhöchstspannung der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel; Ermitteln einer Zellenmindestspannung der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel; und Anordnen der Anodenentlüftung, wenn die Stickstoffkonzentration in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels größer als eine vorbestimmte Schwellenkonzentration ist oder die Differenz zwischen der Zellenhöchstspannung und der Zellenmindestspannung größer als eine vorbestimmte Spannungsbandbreite ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der Stickstoffkonzentration in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels das Verwenden eines Stickstoffübertrittsmodells zum Schätzen der Stickstoffkonzentration umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der Stickstoffkonzentration in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels das Messen der Stickstoffkonzentration mit einem Sensor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Ermitteln der Standardabweichung der Spannungen der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel und wobei das Anordnen der Anodenentlüftung das Anordnen der Entlüftung umfasst, wenn die Standardabweichung größer als eine vorbestimmte Schwellenstandardabweichung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Brennstoffzellenstapel einen ersten geteilten Stapel und einen zweiten geteilten Stapel umfasst, die unter Anodenströmungsumschalten arbeiten.
Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: Ermitteln des absoluten Werts der Differenz zwischen der mittleren Spannung der Brennstoffzellen in dem ersten geteilten Stapel und der mittleren Spannung der Brennstoffzellen in dem zweiten geteilten Stapel und wobei das Anordnen der Anodenentlüftung das Anordnen der Entlüftung umfasst, wenn der absolute Wert größer als ein vorbestimmter Rückschlagschwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Spannungsbandbreite über die Lebenszeit eines Brennstoffzellenstapels angehoben wird.
Verfahren zum Anordnen einer Anodenentlüftung von einer Anodenseite eines ersten geteilten Stapels und eines zweiten geteilten Stapels, die unter einem Anodenströmungsumschalten arbeiten, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln der Stickstoffkonzentration in der Anodenseite des ersten und zweiten geteilten Stapels; Ermitteln einer Zellenhöchstspannung der Brennstoffzellen in einem von erstem und zweitem geteilten Stapel; Ermitteln einer Zellenmindestspannung der Brennstoffzellen in dem einen ersten oder zweiten geteilten Stapel; Ermitteln einer mittleren Zellenspannung der Brennstoffzellen in dem ersten geteilten Stapel; Ermitteln einer mittleren Zellenspannung der Brennstoffzellen in dem zweiten geteilten Stapel; und Anordnen der Anodenentlüftung, wenn die Stickstoffkonzentration in der Anodenseite des ersten und zweiten geteilten Stapels größer als eine vorbestimmte Schwellenkonzentration ist, die Differenz zwischen der Zellenhöchstspannung und der Zellenmindestspannung größer als eine vorbestimmte Spannungsbandbreite ist oder der absolute Wert der Differenz zwischen der mittleren Zellenspannung der Brennstoffzellen in dem ersten geteilten Stapel und der mittleren Zellenspannung der Brennstoffzellen in dem zweiten geteilten Stapel größer als eine vorbestimmte Rückschlagspannung ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ermitteln der Stickstoffkonzentration in der Anodenseite der geteilten Stapel das Verwenden eines Stickstoffübertrittsmodells zum Schätzen der Stickstoffkonzentration umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ermitteln der Stickstoffkonzentration in der Anodenseite der geteilten Stapel das Messen der Stickstoffkonzentration mit einem Sensor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend: Ermitteln der Standardabweichung der Spannungen der Brennstoffzellen in entweder dem ersten geteilten Stapel oder dem zweiten geteilten Stapel und wobei das Anordnen der Anodenentlüftung das Anordnen der Entlüftung umfasst, wenn die Standardabweichung größer als eine vorbestimmte Schwellenstandardabweichung ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die vorbestimmten Spannungsbandbreite und die vorbestimmte Rückschlagspannung über die Lebensdauer der geteilten Stapel angehoben wird.
Verfahren zum Anordnen einer Anodenentlüftung von einer Anodenseite eines ersten geteilten Stapels und eines zweiten geteilten Stapels in einem Brennstoffzellensystem, wobei das Verfahren umfasst: Verwenden eines proaktiven Prozesses zum Ermitteln, ob die Anodenentlüftung notwendig ist; Verwenden eines ersten reaktiven Prozesses zum Ermitteln, ob die Anodenentlüftung notwendig ist; Verwenden eines zweiten reaktiven Prozesses, der sich von dem ersten reaktiven Prozess unterscheidet, zum Ermitteln, ob die Anodenentlüftung notwendig ist; und Anordnen der Anodenentlüftung, wenn einer von proaktivem Prozess oder erstem und zweitem reaktiven Prozess anzeigt, dass eine Anodenentlüftung notwendig ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verwenden des proaktiven Prozesses das Ermitteln der Stickstoffkonzentration in der Anodenseite der geteilten Stapel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Ermitteln der Stickstoffkonzentration in der Anodenseite der geteilten Stapel das Verwenden eines Stickstoffübertrittsmodells zum Schätzen der Stickstoffkonzentration umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Ermitteln der Stickstoffkonzentration in der Anodenseite der geteilten Stapel das Messen der Stickstoffkonzentration mit einem Sensor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verwenden eines ersten reaktiven Prozesses das Ermitteln einer Zellenhöchstspannung der Brennstoffzellen in dem ersten oder zweiten geteilten Stapel, das Ermitteln einer Zellenmindestspannung der Brennstoffzellen in dem ersten oder zweiten geteilten Stapel umfasst und wobei das Anordnen der Anodenentlüftung das Anordnen der Anodenentlüftung umfasst, wenn die Differenz zwischen der Zellenhöchstspannung und der Zellenmindestspannung größer als eine vorbestimmte Spannungsbandbreite ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verwenden eines zweiten reaktiven Prozesses das Ermitteln des absoluten Werts der Differenz zwischen der mittleren Spannung der Brennstoffzellen in dem ersten geteilten Stapel und der mittleren Spannung der Brennstoffzellen in dem zweiten geteilten Stapel umfasst und wobei das Anordnen der Anodenentlüftung das Anordnen der Anodenentlüftung umfasst, wenn der absolute Wert größer als ein vorbestimmter Rückschlagschwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: Ermitteln der Standardabweichung der Spannungen in dem ersten oder zweiten geteilten Stapel und wobei das Anordnen der Anodenentlüftung das Anordnen der Entlüftung umfasst, wenn die Standardabweichung größer als eine vorbestimmte Schwellenstandardabweichung ist.