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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren zum Aufheizen
eines Brennstoffzellenstapels bei einem Systemstart und im Spezielleren
ein System und Verfahren zum Aufheizen eines Brennstoffzellenstapels
bei einem Systemstart, welche ein elektrisches Kurzschließen des
Stapels umfassen und Kathodenluft als begrenzenden Reaktanden verwenden.
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2. Erläuterung des Standes der Technik
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Wasserstoff
ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er sauber ist und verwendet
werden kann, um effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle
zu erzeugen. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische
Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem dazwischen
befindlichen Elektrolyt umfasst. Die Anode empfangt Wasserstoffgas
und die Kathode empfangt Sauerstoff oder Luft. Das Wasserstoffgas
wird in der Anode zerlegt, um freie Wasserstoffprotonen und Elektronen
zu erzeugen. Die Wasserstoffprotonen gelangen durch den Elektrolyt
hindurch zu der Kathode. Die Wasserstoffprotonen reagieren mit dem
Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode, um Wasser zu erzeugen.
Die Elektronen von der Anode können
nicht durch den Elektrolyt hindurch und werden daher durch eine
Last hindurch geleitet, um Arbeit zu verrichten, bevor sie zu der
Kathode geschickt werden.
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Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen
(PEMFC) sind gängige
Brennstoffzellen für
Fahrzeuge. Die PEMFC umfasst allgemein eine feste, protonenleitende
Polymerelektrolyt-Membran wie z. B. eine Perfluorsulfonsäuremembran.
Die Anode und die Kathode umfassen typischerweise fein verteilte katalytische
Partikel, üblicherweise
Platin (Pt), die auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem
Ionomer vermischt sind. Das katalytische Gemisch ist auf entgegengesetzten
Seiten der Membran abgeschieden. Die Kombination aus dem katalytischen Anodengemisch,
dem katalytischen Kathodengemisch und der Membran definiert eine
Membranelektrodenanordnung (MEA). MEAs sind relativ kostspielig
herzustellen und benötigen
bestimmte Bedingungen für
einen effektiven Betrieb.
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Mehrere
Brennstoffzellen sind typischerweise in einem Brennstoffzellenstapel
kombiniert, um die erwünschte
Leistung zu erzeugen. Zum Beispiel kann ein typischer Brennstoffzellenstapel
für ein Fahrzeug
zweihundert oder mehr gestapelte Brennstoffzellen aufweisen. Der
Brennstoffzellenstapel empfängt
ein Kathodeneingangsgas, typischerweise eine Strömung von Luft, die von einem
Verdichter durch den Stapel gezwungen wird. Der Stapel verbraucht
nicht den gesamten Sauerstoff, und etwas von der Luft wird als ein
Kathodenabgas, das Wasser als ein Stapel-Nebenprodukt enthalten
kann, abgegeben. Der Brennstoffzellenstapel empfängt auch ein Anoden-Wasserstoffeingangsgas,
das in die Anodenseite des Stapels strömt.
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Der
Brennstoffzellenstapel umfasst eine Reihe von bipolaren Platten,
die zwischen den verschiedenen MEAs in dem Stapel positioniert sind,
wobei die bipolaren Platten und die MEAs zwischen zwei Endplatten
positioniert sind. Die bipolaren Platten umfassen eine Anodenseite
und eine Kathodenseite für
benachbarte Brennstoffzellen in dem Stapel. Anodengas- Strömungskanäle sind
auf der Anodenseite der bipolaren Platten vorgesehen, die zulassen,
dass das Anodenreaktandengas zu der entsprechenden MEA strömt. Kathodengas-Strömungskanäle sind auf
der Kathodenseite der bipolaren Platten vorgesehen, die zulassen,
dass das Kathodenreaktandengas zu der entsprechenden MEA strömt. Eine
Endplatte umfasst Anodengas-Strömungskanäle und die
andere Endplatte umfasst Kathodengas-Strömungskanäle. Die bipolaren Platten und
die Endplatten sind aus einem leitfähigen Material wie z. B. Edelstahl
oder einem leitfähigen
Verbundmaterial hergestellt. Die Endplatten leiten die durch die
Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität aus dem Stapel heraus.
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Während eines
Betriebes bei niedrigen Temperaturen wie z. B. unter 50°C arbeitet
ein Brennstoffzellenstapel auf Grund eines niedrigen Wassersättigungsdruckes
allgemein mit flüssigem
Wasser in den Strömungskanälen. Dieses
flüssige
Wasser kann Strömungsverteilungsprobleme,
Probleme bei einem Start unter dem Gefrierpunkt und eine Elektrodenüberflutung
verursachen. Wenn die Stapeltemperatur erhöht wäre, könnten viele dieser Probleme
vermieden werden. Wenn sich der Stapel unter dem Gefrierpunkt befindet,
kann sich in den Strömungskanälen Eis
bilden, das bei einem Systemstart schnell zu flüssigem Wasser oder Wasserdampf
geschmolzen werden muss, sodass es aus den Strömungskanälen herausgespült werden
kann, um eine entsprechende Strömungsverteilung
vorzusehen. Beim Abstellen des Systems werden Maßnahmen getroffen, um so viel
Wasser wie möglich
aus dem Stapel zu entfernen, indem flüssige Wassertropfen aus den
Kanälen gespült werden
und die MEAs und Diffusionsmedien durch Verdampfen getrocknet werden.
Es ist im Allgemeinen jedoch nicht möglich, soviel Wasser wie erwünscht aus
den MEAs und Diffusionsmedien zu entfernen, insbesondere für Starts
bei niedrigen Temperaturen.
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Es
ist auf dem technischen Gebiet bekannt, die durch einen Brennstoffzellenstapel
erzeugte Abwärme
zu nutzen, um das System auf seine Betriebstemperatur zu bringen,
was auf Grund des natürlichen
Wirkungsgrades des Brennstoffzellenstapels relativ lange Zeit in
Anspruch nehmen kann. Es ist auch bekannt, eine Heizung zu verwenden,
um das Stapelkühlfluid
bei einem Systemstart aufzuheizen, sodass die Temperatur des Stapels
schneller ansteigt. Dieser Wärmeeintrag
in das System ist durch die Größe der Kühlfluidheizung
und die Fläche
begrenzt, über
der der Wärmtransport
stattfindet. Es ist auch bekannt, Wasserstoffgas in den Kathoden-Luftstrom zu dem
Stapel einzuleiten, um eine katalytische Verbrennung des Wasserstoffes
auf dem Katalysator in der Kathodenseite der Brennstoffzellen zuzulassen,
um Wärme
bereitzustellen. Dabei sind jedoch infolge von Bedenken in Bezug
auf die Brennbarkeit und das Austrocknen des Stapels Grenzen in Bezug
auf die Menge von Wasserstoff gesetzt, der zu der Kathode geschickt
werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In Übereinstimmung
mit der Lehre der vorliegenden Erfindung sind ein System und ein
Verfahren zum schnellen Erhöhen
der Temperatur eines Brennstoffzellenstapels, insbesondere bei einem
Stapelkaltstart, offenbart. Das Verfahren umfasst, dass ermittelt
wird, ob sich der Brennstoffzellenstapel unter einer ersten vorbestimmten
Temperaturschwelle befindet und, wenn ja, begonnen wird, ein Kühlfluid
bei normalen oder niedrigeren Strömungsraten durch den Stapel
strömen
zu lassen, und eine Kurzschlussschaltung über den Stapel hinweg oder
eine beliebige Art von elektrischer Last zugeschaltet wird, um die Stapelspannung
während
des Füllens
der Anode mit Wasserstoff nahe an 0 V zu klemmen, um so den Stapel
kurzzuschließen
und zu bewirken, dass der Stapel ineffizient arbeitet. Dann ermittelt
das Verfahren eine erwünschte
Aufheizrate des Brenn stoffzellenstapels und berechnet eine Kathoden-Luftströmung zu
dem Brennstoffzellenstapel auf der Basis der erwünschten Aufheizrate. Das Verfahren
verringert die Strömung
von Kathodenluft zu dem Stapel, wenn eine minimale Zellenspannung
unter einer vorbestimmten minimalen Zellenspannungsschwelle liegt, und
schaltet die Kurzschlussschaltung ab und legt Fahrzeuglasten an
den Stapel an, wenn die Stapeltemperatur eine zweite vorbestimmte
Temperaturschwelle erreicht.
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Weitere
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen in Verbindung mit den
beiliegenden Zeichnungen offensichtlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems, das ein Verfahren
zum schnellen Aufheizen eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet; und
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2 ist
ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Aufheizen des in 1 gezeigten
Brennstoffzellenstapels bei einem Stapelkaltstart gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsformen
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Die
nachfolgende Erläuterung
der Ausführungsformen
der Erfindung, die ein System und ein Verfahren zum Aufheizen eines
Brennstoffzellenstapels bei einem Stapelkaltstart durch Kurzschließen der
Pole des Stapels vorsieht, ist lediglich beispielhaft und soll die
Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen in keiner Weise
einschränken.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
ein System und ein Verfahren zum Verringern der Zeit vor, die benötigt wird,
um einen Brennstoffzellenstapel bei kalten Temperaturen auf eine
erwünschte
minimale Betriebstemperatur aufzuwärmen. Ein Systemkaltstart kann
jeder Start sein, bei dem die Temperatur des Kühlfluids, welches den Stapel
oder die Stapelinnentemperatur an den bipolaren Platten oder Endplatten
kühlt,
niedriger ist als die normale Stapelbetriebstemperatur. Eine vorbestimmte
Kaltstart-Temperatur
Tcold-start kann experimentell definiert
werden. Wenn sich der Stapel über
der Kaltstart-Temperatur Tcold-start befindet,
wird das Brennstoffzellensystem mit normalen Algorithmen beginnen.
Wenn die Kühlfluidtemperatur
jedoch unter der Kaltstart-Temperatur Tcold-start liegt,
dann kann der hierin beschriebene Algorithmus verwendet werden,
um den Brennstoffzellenstapel schneller aufzuheizen, sodass er die
erwünschte
Leistung bereitstellen kann.
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1 ist
ein Blockdiagramm des Brennstoffzellensystems 10, das einen
Brennstoffzellenstapel 12 umfasst. Kathodeneingangsluft
wird durch einen Verdichter 14 bereitgestellt und wird
zu der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 an
einer Kathodeneingangsleitung 16 geschickt. Die Strömung der
Kathodeneingangsluft wird durch einen Massenströmungsmesser 18 gemessen
und das Kathodenabgas wird aus dem Brennstoffzellenstapel 12 an
der Kathodenabgasleitung 20 abgegeben. Die von dem Massenstromungsmesser 18 gemessene
Kathoden-Luftströmung
wird verwendet, um zu steuern, wie viel von der Kathodenluft in
den Brennstoffzellenstapel 12 strömen wird und wie viel von der
Kathodenluft den Brennstoffzellenstapel 12 an der Umgehungsleitung 22 umgehen
wird. Ein Umgehungsventil 24 kann in der Umgehungsleitung 22 vorgesehen sein, um
auf der Basis der Massenströmungsmessung
die Menge von Kathodeneingangsluft selektiv zu steuern, die den
Stapel 12 umgehen wird und direkt zu der Kathodenabgasleitung 20 geschickt
wird. Das Umgehungsventil 24 ist optional und ist für einen korrekten
Betrieb des Systems 10 nicht erforderlich.
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Wasserstoffgas
wird von einer Wasserstoffquelle 38 an einer Anodeneingangsleitung 26 an
die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 bereitgestellt.
Ein Injektor oder ein geeignetes Strömungssteuerungsventil 28 ist
in der Anodeneingangsleitung vorgesehen, um die Menge von Wasserstoffgas
zu steuern, die von dem Stapel 12 aufgenommen wird. Das
Anodenabgas wird an der Anodenabgasleitung 30 aus dem Brennstoffzellenstapel 12 abgegeben. Der
Stapelausgangsdruck wird höher
gehalten als der Umgebungsdruck, sodass immer überschüssiger Wasserstoff verfügbar ist
und eine Anodenspülung möglich ist,
um Stickstoff und andere Inertgase aus dem Stapel 12 zu
entfernen. Ohne überschüssigen Wasserstoff
kann der Stapel 12 einen Brennstoffmangel erleiden, was
zu einem Schaden an den Elektroden in den Brennstoffzellen in dem
Stapel 12 führt.
Ein Drucksensor 32 stellt eine Messung des anodenseitigen
Drucks des Brennstoffzellenstapels 12 bereit, um eine zwangsläufige Mitnahme
zum Ablassen aufrechtzuerhalten und eine Rückmeldung für das Wasserstoffzufuhrsystem
bereitzustellen. Darüber
hinaus könnte
das Verfahren eine Wasserstoffinjektor-Einschaltdauer oder einen
Massenströmungsmesser
verwenden, um sicherzustellen, dass Wasserstoff im Überschuss
an den Brennstoffzellenstapel 12 bereitgestellt wird.
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Das
Brennstoffzellensystem 10 umfasst auch ein thermisches
Untersystem, das die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 während eines
Betriebes des Stapels 12 steuert. Im Speziellen umfasst das
Brennstoffzellensystem 10 einen Kühlmittelkreis 34 außerhalb
des Stapels 12, wobei ein Kühlfluid von einer Pumpe 36 durch
den Kühlmittelkreis 34 und Kühlmittel-Strömungskanäle innerhalb
des Stapels 12 gepumpt wird. Ein Kühlfluid-Temperatursensor 46 misst
die Temperatur des Kühlfluids
in dem Kühlmittelkreis 34 außerhalb
des Stapels 12. Ein Kühler (nicht
gezeigt) ist typischerweise in dem thermischen Untersystem vorgesehen,
um das Kühlfluid,
das aus dem Stapel 12 heraus strömt, zu kühlen. Zusätzliche Temperatursensoren
an dem Kühlmitteleinlass
und ein Kühlmittelströmungsmesser
können
verwendet werden, um die Systemzuverlässigkeit zu verbessern.
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Der
Brennstoffzellenstapel 12 umfasst einen Pluspol 40 und
einen Minuspol 42, von wo die Ausgangsleistung des Stapels 12 bereitgestellt
wird. In Übereinstimmung
mit der Erfindung ist ein Kurzschlussschalter 44 vorgesehen,
der die Pole 40 und 42 selektiv elektrisch koppelt
und trennt. Der Schalter 44 wird geschlossen, um den Brennstoffzellenstapel 12 kurzzuschließen und
die Stapelspannung auf oder nahe an 0 V während Kaltstarts zu verringern,
sodass der Brennstoffzellenstapel 12 ineffizient arbeitet
und beträchtliche
Wärme erzeugt.
Der Kurzschlussschalter 44 besitzt einen viel niedrigeren
Widerstand als der Hochfrequenzwiderstand des Stapels, sodass sich
die Brennstoffzellen bei einem Grenzstrom befinden. Wenngleich in
dieser Ausführungsform
der Kurzschlussschalter 44 vorgesehen ist, können weitere
Ausführungsformen
einen niederohmigen elektrischen Widerstand verwenden, der in die
und aus der Schaltung oder eine/r anderen Art von Spannungsregelungsvorrichtung
zum Steuern der Ausgangsspannung des Stapels 12 geschaltet
wird, sodass sie bei oder nahe bei 0 Volt liegt. Der elektrische Kurzschlusswiderstand
kann über
den Stapel 12 hinweg gekoppelt sein oder elektrische Kurzschlusswiderstände können über jede
Brennstoffzelle oder Gruppen von Brennstoffzellen in dem Stapel 12 hinweg
gekoppelt sein.
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Wenn
sich die Stapelspannung bei oder nahe bei 0 Volt befindet und Luft
und Wasserstoff auf den Brennstoffzellenstapel 12 aufgebracht
werden, arbeitet der Stapel 12, um beinahe die gesamte
Wärme zu
erzeugen. Wenn der Stapel 12 sich in dieser Konfiguration
bei geschlossenem Schalter 44 befindet, müssen bestimmte
Steuerprozeduren vorgenommen werden, um den Stapel 12 sicher
zu betreiben, sodass die Verteilung von Luft und Wasserstoff über den
gesamten Stapel 12 entsprechend bereitgestellt wird. Es
ist insbesondere wünschenswert, dass
jede Brennstoffzelle des Stapels 12 eine entsprechende
Menge von Wasserstoff aufweist. Durch Steuern des Betriebes des
Verdichters 14 kann die Wärmemenge, die durch den Stapel 12 bei
geschlossenem Schalter 44 erzeugt wird, gesteuert werden. Eine
geringe Menge von Wasserstoff würde
zu den Strömungskanälen in dem
Stapel 12 verteilt werden, während die Verdichterdrehzahl
auf etwas weniger als die stöchiometrische
Menge gesteuert würde.
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2 ist
ein Flussdiagramm 50, welches ein nicht einschränkendes
Verfahren gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, wie der Brennstoffzellenstapel 12 bei
Systemkaltstarts schnell aufgeheizt werden kann. Der Algorithmus
ermittelt bei Feld 52, ob eine Brennstoffzellensystem-Startanforderung
vorhanden ist, und, wenn ja, detektiert er bei Feld 54 die
Brennstoffzellenstapeltemperatur mithilfe z. B. des Kühlfluid-Temperatursensors 46 oder
einer internen Stapeltemperaturmessung. Der Algorithmus kann die
Temperatur des Brennstoffzellenstapels z. B. durch Messen der Temperatur
der Kathoden-Luftströmung
oder des Anodenflusses oder Messen der Temperatur einer bipolaren
Platte, Gasdiffusionsschicht (GDL von gas diffusion layer), MEA
oder Endplatte in dem Brennstoffzellenstapel 12 ermitteln.
Der Algorithmus ermittelt bei der Entscheidungsraute 56,
ob die Stapeltemperatur über
der vorbestimmten Temperaturschwelle Tcold-start liegt,
und, wenn ja, startet der Algorithmus bei Feld 58 das System
normal, da der Kaltstart-Algorithmus nicht notwendig ist.
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Wen
die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 bei der Entscheidungsraute 56 unter
der Temperaturschwelle Tcold-start liegt,
dann startet der Algorithmus die Kühlfluidpumpe 36 und
beginnt bei Feld 60, Kühlfluid
durch den Stapel 12 strömen
zu lassen. Die Bereitstellung einer Kühlfluidströmung durch den Stapel 12 während des
Aufheizvorganges hilft dabei, die Gleichmäßigkeit des Aufheizens zu verbessern,
und eliminiert jegliche schädigenden Wärmestaustellen
innerhalb des Stapels 12. Der Algorithmus schaltet bei
Feld 62 auch den Kurzschlussschalter 44 zu um
einen Kurzschluss über
die Pole 40 und 42 hinweg vorzusehen, sodass sich
die Stapelspannung bei oder nahe bei 0 V befindet und der Stapel 12 ineffizient
arbeitet. Wenn der Schalter 44 geschlossen ist, werden
jegliche Reaktanden innerhalb des Stapels 12 sofort verbraucht.
Durch Schließen des
Schalters 44 wird sich die Stapelspannung nahe bei 0 V
befinden, wodurch die meiste Wärme
erzeugt wird. Dann bewirkt der Algorithmus, dass Wasserstoffgas
zu der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 geschickt
wird, wo die Wasserstoffgasversorgung zumindest in stöchiometrischen
Mengen vorhanden ist, um einen Brennstoffmangel zu verhindern. Die
Wasserstoffgasströmung
muss jedoch begrenzt sein, da eine zu große Wasserstoffgasströmung zur
Folge haben könnte,
dass übermäßig viel Wasserstoffgas
von der Anoden- zu der Kathodenseite des Stapels 12 gepumpt
wird.
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Dann
ermittelt der Algorithmus bei Feld 66 die erforderliche
Aufheizrate des Stapels 12, um den Stapel 12 so
schnell wie möglich
auf die erwünschte Temperatur
zurückzubringen.
Es gehen verschiedene Faktoren einschließlich der Wärmespeichermasse des Stapels 12,
der Umgebungstemperatur etc. in die Ermittelung der Aufheizrate
des Stapels 12 ein. Der Algorithmus wird auf der Basis
dieser Faktoren ermitteln, wie viel Wärme notwendig ist, um es dem Fahrer
des Fahrzeuges zu erlauben, das Fahr zeug innerhalb einer vorbestimmten
minimalen Zeitspanne für
die aktuellen Systemfaktoren zu betreiben. Die vorbestimmte Zeitspanne
wird abhängig
von den Faktoren wie z. B. der Umgebungstemperatur und der maximalen
Rate, bei der der Stapel 12 aufgeheizt werden kann, variieren.
Der Algorithmus berechnet bei Feld 68 die erforderliche
Kathodenluft, die an den Stapel 12 bereitgestellt werden
soll, um der ermittelten Aufheizrate gerecht zu werden. Die Kathodenluft wird
bei einer gesteuerten Rate, die durch die Aufheizanforderungen vorgegeben
ist, in die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 dosiert.
Der Strom, den der Stapel 12 erzeugt, basiert auf der Anzahl
der Mole Luft. Die durch diese Reaktion erzeugte Wärme ist
die maximal mögliche,
da auf Grund des Kurzschlussschalters 44 nur ein kleiner
Anteil der freien Energie der Reaktion verwendet wird, um elektrischen
Strom zu produzieren. Der Rest der Energie geht direkt in Wärme auf,
die von dem in dem Kühlmittelkreis 34 strömenden Kühlfluid
weggenommen wird.
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Sobald
die richtige Menge von Kathodenluft bei Feld 66 berechnet
ist, wird diese Menge bei Feld 70 zu dem Brennstoffzellenstapel 12 strömen gelassen.
Die Wasserstoffgasströmung
zu der Anodenseite des Stapels 12 wird bei Feld 72 derart
gesteuert, dass ein übermäßiges Pumpen
von Wasserstoff vermieden wird. Der Algorithmus steuert die Menge
von zu dem Stapel 12 strömendem Wasserstoff derart, dass
kein überschüssiger Wasserstoff
vorhanden ist, der durch die MEAs in den Brennstoffzellen zu der Kathodenseite
des Stapels 12 strömen
könnte.
Es ist typischerweise wünschenswert,
einen stöchiometrischen Überschuss
von Wasserstoffströmung
gegenüber
der Luftströmung
zu dem Stapel 12 aufrechtzuerhalten. Dann misst der Algorithmus
bei Feld 74 die Stapelkühlfluid-Temperatur
und ermittelt, ob die Kühlfluidtemperatur über einer
vorbestimmten Temperaturschwelle liegt, die höher sein kann als die Kaltstart-Temperatur
Tcold-start.
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Wenn
die Temperatur des Kühlfluids
bei der Entscheidungsraute 76 nicht über der vorbestimmten Schwelle
liegt, dann ermittelt der Algorithmus bei Feld 78 die minimale
Zellenspannung und ermittelt bei der Entscheidungsraute 80,
ob die minimale Zellenspannung unter einer minimalen Zellenspannungsschwelle
liegt. Durch Überwachen
der minimalen Zellenspannung, während
der Stapel 12 aufgeheizt wird, kann verhindert werden,
dass Brennstoffzellen in dem Stapel 12 infolge des Aufheizvorganges
Schaden nehmen, wenn sie dazu neigen, ihr elektrisches Potential
umzukehren. Wenn die minimale Zellenspannung bei der Entscheidungsraute 80 unter
der minimalen Schwelle liegt, dann verringert der Algorithmus bei
Feld 82 den Kathodenluft-Sollwert und kehrt dann zu dem
Feld 70 zurück,
um die neue Kathodenströmungsrate
zu dem Stapel 12 vorzusehen. Wenn die minimale Zellenspannung
bei der Entscheidungsraute 80 nicht unter der minimalen Schwelle
liegt, dann erhöht
der Algorithmus bei Feld 92 die Kathoden-Luftströmung um
einen vorbestimmten Betrag, bis eine maximale Strömung erreicht
ist. Die neu berechnete Kathoden-Luftströmung wird dann bei dem Feld 70 an
die Kathodenseite des Stapels geschickt.
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Wenn
die Stapeltemperatur bei der Entscheidungsraute 76 über der
Schwelle liegt, dann wird der Stapel 12 entsprechend aufgeheizt
und der Kurzschlussschalter 44 wird bei Feld 84 gelöst. Die
elektrischen Fahrzeuglasten werden dann bei Feld 86 angelegt
und das Brennstoffzellensystem 10 beginnt bei Feld 88 den
normalen Betrieb. Dann wird es dem Fahrer bei Feld 90 gestattet,
das Fahrzeug in Betrieb zu nehmen.
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Die
vorhergehende Erläuterung
offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann wird aus dieser Erläuterung
und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen ohne weiteres erkennen,
dass verschiedene Änderungen,
Modifikationen und Abwandlungen daran vorgenommen werden können, ohne
von dem Geist und dem Schutzumfang der Erfindung, die in den nachfolgenden
Ansprüchen
definiert sind, abzuweichen.
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- 52
- FCS-Start-Anforderung
- 54
- Brennstoffzellenstapeltemperatur
bei Start wird detektiert
- 56
- Temperatur über Schwelle?
- 58
- Starte
Fahrzeug normal
- 60
- Starte
Kühlmittelpumpe
und beginne Strömung
durch den Stapel
- 62
- Schalte
Kurzschlussschalter zu
- 64
- Fülle Anode
mit Wasserstoff mithilfe der normalen Startprozedur
- 66
- Ermittle
erforderliche Aufheizrate
- 68
- Berechne
erforderliche Kathodenluft
- 70
- Leite
berechnete Kathodenluftströmung
- 72
- Steuere
Wasserstoffströmung,
um übermäßiges Pumpen
von Wasserstoff zu verhindern
- 74
- Miss
Stapelkühlmitteltemperatur
- 76
- Temperatur über Schwelle?
- 78
- Überwache
minimale Zellenspannung
- 80
- Zellenspannung
unter minimaler Schwelle?
- 82
- Setze
Kathodenluft-Sollwert herab
- 84
- Löse Kurzschlussschalter
- 86
- Lege
elektrische Fahrzeuglast an
- 88
- Beginne
normalen FCS-Betrieb
- 90
- Erlaube
Fahrer, das Fahrzeug in Betrieb zu nehmen
- 92
- Erhöhe Kathoden-Luftströmung um
einen vorbestimmten Betrag, bis eine maximale Strömung erreicht
ist