DE102008052461A1

DE102008052461A1 - Verfahren zur Verbesserung der Zuverlässigkeit eines Brennstoffzellenstapels nach einem Endzellenheizerausfall

Info

Publication number: DE102008052461A1
Application number: DE102008052461A
Authority: DE
Inventors: Derek R. Lebzelter; Willam S. Marley; John P. Salvador; Abdullah B. Alp; Loren Devries
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2028-10-22
Also published as: US20090110966A1; DE102008052461B4; US8231989B2; CN101420041A; CN101420041B

Abstract

Verfahren zum Verbessern der Zuverlässigkeit eines Brennstoffzellensystems in dem Falle eines Endzellenheizerausfalls in einem Brennstoffzellenstapel. Das Verfahren umfasst, dass detektiert wird, dass ein Endzellenheizer ausgefallen ist. Wenn ein Endzellenheizerausfall detektiert wird, dann führt das Verfahren eines oder mehrere aus Einstellen einer Kühlfluidpumpe auf eine vorbestimmte Drehzahl, die ein Kühlfluid durch Kühlfluidströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel treibt, Begrenzen der Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels oder der Nettoleistung des Brennstoffzellensystems, Begrenzen der maximalen Temperatur des aus dem Stapel strömenden Kühlfluides, Abschalten von Stapelflutungsverhinderungsalgorithmen, die dazu verwendet werden können, Wasser von Reaktandengasströmungskanälen in dem Stapel zu entfernen, und Abschalten von Kathodenstöchiometrieeinstellungen zur Steuerung der relativen Feuchte in Ansprechen auf sich in Kathodenströmungskanälen in dem Brennstoffzellenstapel ansammelndem Wasser aus.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren zur Verbesserung der Zuverlässigkeit eines Brennstoffzellensystems und insbesondere ein System und ein Verfahren, um in Ansprechen auf einen Endzellenheizerausfall in einem Brennstoffzellenstapel vorbeugende Maßnahmen zu unternehmen, um solange eine Stapeldegradation zu minimieren und/oder einen Stapelausfall zu verhindern, bis eine Reparatur möglich ist.
2. Diskussion des Standes der Technik
Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen aufweist. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf, und die Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird in der Anode aufgespalten, um freie Protonen und Elektronen zu erzeugen. Die Protonen gelangen durch den Elektrolyt an die Kathode. Die Protonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode, um Wasser zu erzeugen. Die Elektronen von der Anode können nicht durch den Elektrolyt gelangen und werden somit durch eine Last geführt, in der sie Arbeit verrichten, bevor sie an die Kathode geliefert werden.
Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) stellen eine populäre Brennstoffzelle für Fahrzeuge dar. Die PEMFC weist allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran auf, wie eine Perfluorsulfonsäuremembran. Die Anode und die Kathode weisen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel auf, gewöhnlich Platin (Pt), die auf Kohlenstoffpartikeln geträgert und mit einem Ionomer gemischt sind. Die katalytische Mischung wird auf entgegengesetzten Seiten der Membran abgeschieden. Die Kombination der katalytischen Anodenmischung, der katalytischen Kathodenmischung und der Membran definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA).
Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodenreaktandengas, typischerweise eine Luftströmung auf, die durch den Stapel über einen Kompressor getrieben wird. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff von dem Stapel verbraucht, und ein Teil der Luft wird als ein Kathodenabgas ausgegeben, das Wasser als ein Stapelnebenprodukt enthalten kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffreaktandengas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt. Der Stapel weist auch Strömungskanäle auf, durch die ein Kühlfluid strömt.
Ein Brennstoffzellenstapel weist typischerweise eine Serie von Bipolarplatten auf, die zwischen den verschiedenen MEAs in dem Stapel positioniert sind, wobei die Bipolarplatten und die MEAs zwischen zwei Endplatten positioniert sind. Die Bipolarplatten weisen eine Anodenseite und eine Ka thodenseite für benachbarte Brennstoffzellen in dem Stapel auf. An der Anodenseite der Bipolarplatten sind Anodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Anodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. An der Kathodenseite der Bipolarplatten sind Kathodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Kathodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. Eine Endplatte weist Anodengasströmungskanäle auf, und die andere Endplatte weist Kathodengasströmungskanäle auf. Die Bipolarplatten und Endplatten bestehen aus einem leitenden Material, wie rostfreiem Stahl oder einem leitenden Komposit. Die Endplatten leiten die von den Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität aus dem Stapel heraus. Die Bipolarplatten weisen auch Strömungskanäle auf, durch die ein Kühlfluid strömt.
Die Membran in einer Brennstoffzelle muss eine gewisse relative Feuchte aufweisen, so dass der Ionenwiderstand über die Membran niedrig genug ist, um effektiv Protonen zu leiten. Diese Befeuchtung kann von dem Stapelwassernebenprodukt oder einer externen Befeuchtung stammen. Die Strömung des Reaktandengases durch die Strömungskanäle besitzt einen austrocknenden Effekt auf die Membran, der an einem Einlass der Strömungskanäle am auffälligsten ist. Auch kann die Ansammlung von Wassertröpfchen in den Strömungskanälen aus der relativen Feuchte der Membran und Wassernebenprodukt verhindern, dass Reaktandengas hindurch strömt, und einen Zellenausfall zur Folge haben, wodurch die Stapelstabilität beeinträchtigt wird. Die Ansammlung von Wasser in den Reaktandengasströmungskanälen ist bei niedrigen Stapelausgangslasten besonders störend.
Die Endzellen in einem Brennstoffzellenstapel besitzen typischerweise eine andere Leistungsfähigkeit und Empfindlichkeit gegenüber Betriebsbedingungen als die anderen Zellen in dem Stapel. Insbesondere befinden sich die Endzellen in ihrer Anordnung am nächsten zu den umliegenden Temperaturumgebungen des Stapels und besitzen somit einen Temperaturgradienten, der zur Folge hat, dass diese infolge verschiedener Wärmeverluste bei einer geringeren Temperatur arbeiten. Da die Endzellen typischerweise kühler als der Rest der Zellen in dem Stapel sind, kondensiert gasförmiges Wasser leichter in flüssiges Wasser, so dass die Endzellen eine höhere relative Feuchte besitzen, was zur Folge hat, dass sich Wassertröpfchen leichter in den Strömungskanälen der Endzellen bilden. Ferner ist bei geringen Stapellasten die Menge an Reaktandengasströmung, die verfügbar ist, um das Wasser aus den Strömungskanälen zu drücken, signifikant reduziert. Auch ist bei geringen Stapellasten die Temperatur des Kühlfluides reduziert, was die Temperatur des Stapels reduziert und die relative Feuchte der Reaktandengasströmung typischerweise erhöht.
In der Technik ist es bekannt, die Endzellen eines Brennstoffzellenstapels unter Verwendung von Widerstandsheizern zu heizen, die zwischen der Endeinheit und der Unipolarplatte positioniert sind, um so Wärmeverluste zu kompensieren. Jedoch fallen diese Endzellenheizer manchmal aus, wobei sie eingeschaltet bleiben, was ein größeres Problem zur Folge haben kann, als ein Stapel ohne Endzellenheizer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung sind ein System und ein Verfahren offenbart, um eine Zuverlässigkeit eines Brennstoffzellensystems in dem Fall eines Endzellenheizerausfalls in einem Brennstoffzellenstapel zu verbessern. Das Verfahren umfasst, dass detektiert wird, dass ein Endzellenheizer in einem kontinuierlich eingeschalteten Zustand ausgefallen ist. Wenn ein Endzellenheizerausfall detektiert wird, dann führt das Verfahren eines oder mehrere aus Einstellen einer Kühlfluidpumpe auf eine vorbestimmte Drehzahl, die ein Kühlfluid durch Kühlfluidströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel treibt, Begrenzen der Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels, Begrenzen der Maximaltemperatur des aus dem Stapel strömenden Kühlfluides, Abschalten von Stapelantiflutungsalgorithmen bzw. Stapelflutungsverhinderungsalgorithmen, die dazu verwendet werden können, Wasser von Reaktandengasströmungskanälen in dem Stapel zu entfernen, und Abschalten von Kathodenstöchiometrieeinstellungen zur Steuerung der relativen Feuchte in Ansprechen auf sich in Kathodenströmungskanälen in dem Brennstoffzellenstapel ansammelndem Wasser aus.
Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Draufsicht eines Brennstoffzellensystems; und
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb zur Verbesserung einer Zuverlässigkeit eines Brennstoffzellensystems in dem Fall eines Endzellenheizerausfalls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein System und ein Verfahren zur Verbesserung der Zuverlässigkeit eines Brennstoffzellensystems in dem Falle eines Endzellenheizerausfalls gerichtet ist, ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
1 ist eine Draufsicht eines Brennstoffzellensystems 10, das einen Brennstoffzellenstapel 12 aufweist. Der Brennstoffzellenstapel 12 weist Endzellenheizer 14 und 16 auf, die in den Endzellen des Stapels 12 positioniert sind. Bei einer nicht beschränkenden Ausführungsform sind die Endzellenheizer 14 und 16 Widerstandsheizer. Der Typ von Endzellenheizer, die Positionierung der Endzellenheizer 14 und 16 sowie die Steuerung der Endheizer 14 und 16 während des normalen Betriebs des Brennstoffzellensystems 10 sind für den Fachmann alles gut bekannte Parameter.
Der Brennstoffzellenstapel 12 nimmt eine Kathodeneingangsluft von einem Kompressor 18 auf einer Kathodeneingangsleitung 20 auf und gibt ein Kathodenabgas auf einer Kathodenausgangsleitung 22 aus. Gleichermaßen nimmt der Brennstoffzellenstapel 12 eine Wasserstoffgasströmung auf Anodeneingangsleitung 24 auf und gibt ein Anodenabgas auf einer Anodenausgangsleitung 26 aus. In den Bipolarplatten in dem Brennstoffzellenstapel 12 sind Kühlfluidströmungskanäle vorgesehen. Ein Kühlfluid wird durch die Kühlfluidströmungskanäle durch eine Pumpe 30 und durch eine Kühlfluidschleife 32 außerhalb des Stapels 12 gepumpt. Das Kühlfluid in der Schleife 32 von dem Stapel 12 wird an einen Kühler 34 geliefert, an dem dessen Temperatur reduziert wird, bevor es zurück an den Brennstoffzellenstapel 12 geliefert wird. Ein Kühlerbypassventil 36 erlaubt einen Durchfluss einer gesteuerten Menge des Kühlfluides durch den Kühler 34 oder eine Umgehung des Kühlers 34 an einer Bypassleitung 38, um so die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 auf eine Art und Weise steuern zu helfen, die dem Fachmann in der Technik gut bekannt ist. Ein Controller 40 nimmt verschiedene Eingangssignale von dem System 10 auf, einschließlich Temperaturmesssignalen von den Endzellenheizern 14 und 16. Der Controller 40 steuert auch die verschiedenen Elemente in dem System 10, einschließlich den Kompressor 18, die Pumpe 30 und das Bypassventil 36.
Der Controller 40 liefert ein bestimmtes Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Signal an die Endzellenheizer 14 und 16 mit einem bestimmten Schaltverhältnis, das ermittelt, wann die Heizer 14 und 16 für einen bestimmten Systembetrieb eingeschaltet sind und wann sie ausgeschaltet sind. Die Leistung, die die Endzellenheizer 14 und 16 eigentlich betreibt, kann durch den Leistungsausgang des Brennstoffzellenstapels 12 bereitgestellt werden. Da die Endzellenheizer 14 und 16 und die damit in Verbindung stehende Schaltung sich in einer etwas rauen Umgebung befinden, ist es möglich, dass ein Teil der Endzellen 14 und 16 oder deren Schaltung ausfallen kann, was zur Folge hat, dass die Endzellenheizer 14 und 16 im ein- oder ausgeschalteten Zustand hängen bleiben.
Wenn die Endzellenheizer 14 und 16 im kontinuierlich eingeschalteten Zustand hängen bleiben, wird durch die Endzellenheizer 14 und 16 eine signifikante Wärmemenge erzeugt, die den Brennstoffzellenstapel 12, insbesondere die Membrane darin, schädigen könnte. In der Technik ist vorgeschlagen worden, eine bestimmte Schaltung bereitzustellen, die bewirkt, dass die Enzellenheizer 14 und 16 kontinuierlich im ausgeschalteten Zustand bleiben, wenn ein Fehler aufgetreten ist oder detektiert wurde. Jedoch bewirkt ein derartiger Zustand das Problem, das oben beschrieben wurde, wenn in dem Stapel 12 keine Endzellenheizer vorgesehen wären. Wenn einer der Endzellenheizer 14 und 16 in der kontinuierlich eingeschalteten Position hängen bleibt, werden die Endzellen des Stapels 12 heiß und trocken, wodurch aufgrund eines hohen Ionenwiderstandes eine schlechte Zellenleistung bewirkt wird. Dieses Problem verstärkt sich, wenn der Fahrzeugbediener Hochleistung anfordert, bei der der Stapel 12 eine hohe Stromdichte erzeugt, die zur Folge hat, dass die Leistungsfähigkeit der Endzellen signifikant abnimmt. Daher wäre es erwünscht, einen Algorithmus zu haben, der verschiedene Abhilfeschritte in Ansprechen auf einen Endzellenheizerausfall in der eingeschalteten Position unternimmt, so dass das Brennstoffzellensystem 10 kontinuierlich betrieben werden kann, ohne einen Schaden an dem Stapel 12 zu bewirken, und zwar so lange, bis das Brennstoffzellensystem 10 gewartet werden kann.
2 ist ein Flussdiagramm 50, das einen Prozess zur Minderung oder zum Verhindern eines Brennstoffzellenstapelschadens in Ansprechen auf einen Endzellenheizerausfall gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Algorithmus ermittelt bei Kasten 52 einen Endzellenheizerausfall. Dies kann auf eine beliebige geeignete Art und Weise erreicht werden, wie Messen der Temperatur der Endzelle und der Temperatur des durch die Kühlfluidschleife 32 strömenden Kühlfluids, um zu bestimmen, ob zwischen den beiden eine signifikante Differenz besteht. Auch kann der an die Endzellenheizer 14 und 16 angelegte Strom gemessen werden, um zu bestimmen, ob von den Endzellenheizern 14 und 16 mehr Strom gezogen wird, als für ein bestimmtes Schaltverhältnis des PWM-Signals erforderlich ist. Wenn der Algorithmus bestimmt, dass ein Endzellenheizer ausgefallen ist, kann dies zur Folge haben, dass eine Warnung an den Fahrzeugbediener ausgegeben wird, die den Ausfall angibt, wie das Einschalten einer Wartungsankündigungsleuchte.
Wenn der Algorithmus bestimmt, dass einer oder beide der Endzellenheizer 14 und 16 im kontinuierlich eingeschalteten Zustand ausgefallen sind, setzt der Algorithmus die Drehzahl der Kühlfluidpumpe 30 bei Kasten 54 auf eine vorbestimmte maximale Drehzahl. Durch Erhöhung des Durchflusses des Kühlfluides durch den Stapel 12 ist der Temperaturanstieg der Brennstoffzellen in dem Stapel 12 begrenzt, da mehr Kühlfluid in den Stapel 12 eintritt, um überschüssige Wärme abzuziehen. Daher ist mit der Drehzahl der Kühlfluidpumpe 30 in dieser Position die Austrocknung und Überhitzung der Endzellen des Stapels 12 nicht so stark.
Der Algorithmus kann bei Kasten 56 auch eine vorbestimmte maximale Ausgangsleistung von dem Stapel 12 festsetzen. Bei einer nicht beschränkenden Ausführungsform wird die maximale Stapelleistung auf 10 kW eingestellt. Wenn zugelassen wird, dass mehr als diese maximale Leistungsmenge von dem Stapel 12 gezogen wird, dann wird mehr Strom von den Endzellen gezogen, die bereits überhitzt sind, was die Spannung der Endzellen reduzieren würden, wodurch möglicherweise bewirkt wird, dass diese instabil werden. Mit anderen Worten geht, wenn die Temperatur der Endzelle nach oben geht, die relative Feuchte innerhalb der Endzelle nach unten, was zur Folge hat, dass der Widerstand der Zelle nach oben geht. Wenn in diesem Zustand mehr Strom von einer Endzelle gezogen wird, treten mehr Spannungsverluste auf, was zur Folge hat, dass die Spannung über die Endzelle nach unten geht. Wenn dieses Phänomen anhält, kann die Spannung über die Endzelle negativ werden, wodurch möglicherweise ein Endzellen- und/oder Stapelausfall bewirkt wird.
Ferner kann der Algorithmus bei Kasten 58 die maximale Temperatur des Kühlfluides aus dem Stapel 12 so begrenzen, dass sie unter einem Normalsystemmaximum liegt, wenn die Endzellenheizer 14 und 16 richtig arbeiten. Bei einer nicht beschränkenden Ausführungsform, kann die maximal zulässige Kühlfluidtemperatur etwa 70°C betragen. Durch Begrenzen der Temperatur des Kühlfluides kann die Temperatur der Endzellen in dem Stapel 12 reduziert werden, um Probleme mit einem chemischen Ab bau sowie Leistungsprobleme zu verhindern. Der Algorithmus kann die Temperatur des Kühlfluides dadurch reduzieren, dass bewirkt wird, dass mehr Kühlfluid durch den Kühler 34 strömt, im Gegensatz zu einem Umgehen des Kühlers 34 an der Bypassleitung 38. Insbesondere steuert der Controller 40 das Bypassventil 36, um die Menge an Kühlfluid zu reduzieren oder zu beseitigen, die durch die Bypassleitung 38 strömt, so dass die Temperatur des Kühlfluides weiter reduziert wird.
Der Algorithmus kann bei Kasten 60 auch Flutungsverhinderungsalgorithmen abschalten, die Systemparameter auf eine vorbestimmte Art und Weise ändern können, um die Menge an Wasseransammlung in den verschiedenen Reaktandengasströmungskanälen in den Bipolarplatten in dem Stapel 12 zu steuern. Algorithmen zu diesem Zweck sind dem Fachmann in der Technik gut bekannt. Da die Endzellen sich bei einer höheren Temperatur befinden, wenn die Endzellenheizer 14 und 16 kontinuierlich eingeschaltet sind, wird die Menge an Wasser in den Kathoden- oder Anodenströmungskanälen von einem normalen Endzellenheizerbetrieb reduziert. Daher kann es erwünscht sein, die Algorithmen abzuschalten, die dazu dienen, die Wassermenge in den Strömungskanälen zu begrenzen, da es von dem Gesichtspunkt des Flutungsverhinderungsalgorithmus erscheint, dass das Brennstoffzellensystem richtig arbeitet, d. h. die Endzellenheizer richtig arbeiten.
Der Algorithmus kann auch bei Kasten 62 Kathodenstöchiometrieeinstellungen zur Steuerung der relativen Feuchte des Stapels abschalten. Die Kathodenstöchiometrie, d. h. die Beziehung zwischen der Kathodeneingangsluftströmung und dem Stapelausgangsstrom besitzt für jede Stapelstromdichte einen bestimmten Sollwert. Eine Kathodenstöchiometriesteuerung wird typischerweise bei Leistungsübergängen verwendet, bei denen die Steuerung der relativen Feuchte in den Kathodenströmungskanälen durch die Wassererzeugungsrate, d. h. Strom, des Stapels 12 und die Strömung von Kathodeneingangsluft zu dem Stapel 12 beeinflusst wird. Wenn das System versucht, die Kathodenstöchiometrie zu erhöhen, um die Wasseransammlung in dem Kathodenströmungskanal zu reduzieren, kann es erwünscht sein, den Betrieb dieses Algorithmus zu stoppen, da die Endzellen von dem ausgefallenen Endzellenheizer bereits heiß sind, was deren Fähigkeit zur Ansammlung von Wasser reduziert. Durch Erhöhung der Drehzahl des Kompressors 18 zur Erhöhung der Kathodenstöchiometrie wird mehr Trocknungsluft durch die Reaktandengasströmungskanäle getrieben, was sogar noch zu einer weiteren Austrocknung einer bereits erhitzten und trockenen Zelle führen kann.
Der Algorithmus kann bei Kasten 64 auch die Temperatur der Endzellenheizer 14 und 16 periodisch überprüfen. Sogar mit allen der anderen vorhergehenden Schritte des Algorithmus kann die Endzellenheizertemperatur immer noch zu hoch sein, um einen Leistungsverlust und eine erhöhte Zellendegradation zu verhindern. Eine geeignete Aktion in diesem Fall könnte, ist jedoch nicht darauf beschränkt, eine weitere Reduzierung der Temperatur der Kühlung oder eine Systemabschaltung sein. Daher kann der Algorithmus zu dem Schritt des Kastens 58 zurückkehren, um die Temperatur der Kühlung auf einen noch niedrigeren Wert weiter zu reduzieren.
Der Algorithmus kann bei Kasten 66 auch die Endzellenheizersteuerbetriebsart für die nächste Systeminbetriebnahme aufrecht erhalten. Nachdem der Algorithmus bestimmt hat, dass ein Endzellenheizerausfall erfolgt ist, bei dem der Endzellenheizer in der eingeschalteten Position hängt, und eine oder mehrere der oben diskutierten Maßnahmen unternommen hat, um eine Stapeldegradation zu verringern, kann es erwünscht sein, die Endzellenheizerausfallsteuerbetriebsart aufrecht zu er halten, nachdem das Fahrzeug abgeschaltet und wieder gestartet worden ist. Durch Beibehaltung der Endzellenheizerausfallsteuerbetriebsart für die nächste Inbetriebnahme muss das System den Prozess nicht erneut durchlaufen, der bestimmt, dass der Endzellenheizer 14 und/oder 16 ausgefallen ist.
Die vorhergehende Diskussion offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann erkennt leicht aus einer derartigen Diskussion und aus den begleitenden Zeichnungen und Ansprüchen, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Variationen darin ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert ist, durchgeführt werden können.

Claims

Verfahren, um in Ansprechen auf einen Endzellenheizerausfall in einem Brennstoffzellenstapel eine Abhilfeaktion zu unternehmen, wobei das Verfahren umfasst, dass: ermittelt wird, dass der Endzellenheizer in einem kontinuierlich eingeschalteten Zustand ausgefallen ist; eine Kühlfluidpumpe auf eine vorbestimmte maximale Drehzahl eingestellt wird, die ein Kühlfluid durch Kühlfluidströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel treibt; die maximale Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels begrenzt wird; die maximale Temperatur des durch den Stapel strömenden Kühlfluides begrenzt wird; Flutungsverhinderungsprozesse abgeschaltet werden, die dazu verwendet werden können, eine Wasseransammlung in Reaktandengasströmungskanälen in dem Stapel zu reduzieren; und Kathodenstöchiometrieeinstellungen zur Steuerung der relativen Feuchte von sich in Kathodenströmungskanälen in dem Brennstoffzellenstapel ansammelndem Wasser abgeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln eines Endzellenheizerausfalls umfasst, dass die Temperatur der Endzelle und die Temperatur des durch eine Kühlfluidschleife strömenden Kühlfluides gemessen werden, um zu bestimmen, ob zwischen den beiden eine signifikante Differenz besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln eines Endzellenheizerausfalls umfasst, dass bestimmt wird, ob mehr Strom von dem Endzellenheizer gezogen wird, als für ein bestimmtes Schaltverhältnis eines pulsbreitenmodulierten Signals, das den Endzellenheizer steuert, erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass die Endzellenheizerausfallbetriebsart von einer Systemabschaltung zu der nächsten Systeminbetriebnahme aufrecht erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Begrenzen der maximalen Temperatur des Kühlfluides umfasst, dass die Menge an Kühlfluid, die einen Kühler außerhalb des Stapels umgeht, reduziert oder beseitigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass die Temperatur der Endzellen bestimmt wird, und wobei das Begrenzen der maximalen Temperatur des Kühlfluides umfasst, dass die Temperatur des Kühlfluides weiter begrenzt wird, wenn die Temperatur der Endzellen als zu hoch bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Heizer Widerstandsheizer sind.
Verfahren, um in Ansprechen auf einen Endzellenheizerausfall in einem Brennstoffzellenstapel eine Abhilfeaktion zu unternehmen, wobei das Verfahren umfasst, dass: ermittelt wird, dass der Endzellenheizer in einem kontinuierlich eingeschalteten Zustand ausgefallen ist; eine Kühlfluidpumpe auf eine vorbestimmte maximale Drehzahl eingestellt wird, die ein Kühlfluid durch Kühlfluidströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel treibt; und die maximale Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass die maximale Temperatur des durch den Stapel strömenden Kühlfluides begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Begrenzen der maximalen Temperatur des Kühlfluides umfasst, dass die Menge an Kühlfluid, die einen Kühler außerhalb des Stapels umgeht, reduziert oder beseitigt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass Flutungsverhinderungsprozesse abgeschaltet werden, die dazu verwendet werden können, eine Wasseransammlung in Reaktandengasströmungskanälen in dem Stapel zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass Kathodenstöchiometrieeinstellungen zur Steuerung der relativen Feuchte von sich in Kathodenströmungskanälen in dem Brennstoffzellenstapel ansammelndem Wasser abgeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ermitteln eines Endzellenheizerausfalls umfasst, dass die Temperatur der Endzelle und die Temperatur des durch eine Kühlfluidschleife strömenden Kühlfluides gemessen werden, um zu bestimmen, ob zwischen den beiden eine signifikante Differenz besteht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ermitteln eines Endzellenheizerausfalls umfasst, dass bestimmt wird, ob mehr Strom von dem Endzellenheizer gezogen wird, als für ein bestimmtes Schaltverhältnis eines pulsbreitenmodulierten Signals, das den Endzellenheizer steuert, erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass die Endzellenheizerausfallbetriebsart von einer Systemabschaltung zu der nächsten Systeminbetriebnahme aufrecht erhalten wird.
Verfahren, um in Ansprechen auf einen Endzellenheizerausfall in einem Brennstoffzellenstapel eine Abhilfeaktion zu unternehmen, wobei das Verfahren umfasst, dass: ermittelt wird, dass der Endzellenheizer in einem kontinuierlich eingeschalteten Zustand ausgefallen ist; eine Kühlfluidpumpe auf eine vorbestimmte maximale Drehzahl eingestellt wird, die ein Kühlfluid durch Kühlfluidströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel treibt; die maximale Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels begrenzt wird; und Flutungsverhinderungsprozesse abgeschaltet werden, die dazu verwendet werden können, eine Wasseransammlung in Reaktandengasströmungskanälen in dem Stapel zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend, dass die maximale Temperatur des durch den Stapel strömenden Kühlfluides begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Begrenzen der maximalen Temperatur des Kühlfluides umfasst, dass die Menge an Kühlfluid, die einen Kühler außerhalb des Stapels umgeht, reduziert oder beseitigt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend, dass Kathodenstöchiometrieeinstellungen zur Steuerung der relativen Feuchte von sich in Kathodenströmungskanälen in dem Brennstoffzellenstapel ansammelndem Wasser abgeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ermitteln eines Endzellenheizerausfalls umfasst, dass die Temperatur der Endzelle und die Temperatur des durch eine Kühlfluidschleife strömenden Kühlfluides gemessen werden, um zu bestimmen, ob zwischen den beiden eine signifikante Differenz besteht.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ermitteln eines Endzellenheizerausfalls umfasst, dass bestimmt wird, ob mehr Strom von dem Endzellenheizer gezogen wird, als für ein bestimmtes Schaltverhältnis eines Pulsbreitenmodulationssignals, das den Endzellenheizer steuert, erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend, dass die Endzellenheizerausfallbetriebsart von einer Systemabschaltung zu der nächsten Systeminbetriebnahme aufrecht erhalten wird.