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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft allgemein ein System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie aus der
DE 10 2006 046 104 A1 bekannt, und ein Verfahren zur Ausführung eines Ablassens von Anodenabgas, um Stickstoff von der Anodenseite eines Brennstoffzellenstapels zu entfernen, und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Ausführen eines Ablassens von Anodenabgas, um Stickstoff von der Anodenseite eines Brennstoffzellenstapels in dem Falle zu entfernen, dass eine Ablassverteilereinheit (BMU) ausgefallen bzw. funktionsgestört ist.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er sauber ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Eine Wasserstoffbrennstoffzelle 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.
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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, gewöhnlich Platin (Pt), auf, 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). MEAs sind relativ teuer herzustellen und erfordern bestimmte Bedingungen für einen effektiven Betrieb.
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Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Beispielsweise kann ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug zweihundert oder mehr gestapelte Brennstoffzellen aufweisen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodeneingangsreaktandengas, typischerweise eine Strömung aus Luft auf, die mittels eines Kompressors durch den Stapel 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.
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Der Brennstoffzellenstapel weist 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 Kathodenseite für benachbarte Brennstoffzellen in dem Stapel auf. Auf der Anodenseite der Bipolarplatten sind Anodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Anodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. Auf 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 die Endplatten bestehen aus einem leitenden Material, wie rostfreiem Stahl oder einem leitenden Verbundstoff bzw. 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.
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Die MEAs sind permeabel und ermöglichen somit, dass Stickstoff in der Luft von der Kathodenseite des Stapels hindurch dringen und sich in der Anodenseite des Stapels sammeln kann, was in der Industrie als ein Stickstoffübertritt bezeichnet wird. Obwohl der anodenseitige Druck höher als der kathodenseitige Druck sein kann, bewirken die kathodenseitigen Partialdrücke, dass Luft durch die Membran hindurch dringt. Stickstoff in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels verdünnt den Wasserstoff derart, dass, wenn die Stickstoffkonzentration über einen bestimmten Prozentsatz, wie 50 %, zunimmt, der Brennstoffzellenstapel instabil wird und ausfallen kann. In der Technik ist es bekannt, ein Ablassventil an dem Anodenabgasausgang des Brennstoffzellenstapels vorzusehen, um Stickstoff von der Anodenseite des Stapels zu entfernen.
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Es kann ein Algorithmus verwendet werden, um eine prozessgekoppelte bzw. online erfolgende Abschätzung der Stickstoffkonzentration in dem Anodenabgas während eines Stapelbetriebs bereitzustellen, um Kenntnis darüber zu erlangen, wann das Ablassen des Anodenabgases ausgelöst werden soll. Der Algorithmus kann die Stickstoffkonzentration über die Zeit in der Anodenseite des Stapels auf Grundlage der Permeationsrate von der Kathodenseite zu der Anodenseite und der periodischen Ablassungen des Anodenabgases verfolgen. Wenn der Algorithmus eine Zunahme in der Stickstoffkonzentration über eine vorbestimmte Schwelle, beispielsweise 10 %, berechnet, kann dieser das Ablassen auslösen. Das Ablassen wird typischerweise für eine Zeitdauer ausgeführt, die ermöglicht, dass mehrere Stapelanodenvolumen abgelassen werden können, wodurch die Stickstoffkonzentration unter die Schwelle reduziert wird.
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Einige Brennstoffzellensysteme verwenden einen Anodenströmungswechsel, bei dem der Brennstoffzellenstapel in Unterstapel abgeteilt ist und das Anodenreaktandengas durch die abgeteilten Unterstapel in abwechselnden Richtungen strömt. Bei diesen Typen von Konstruktionen kann eine Ablassverteilereinheit (BMU) bereitgestellt werden, die Ventile aufweist, um das Ablassen des Anodenabgases bereitzustellen. Da Wasser in dem Anodenabgas vorhanden ist, ist es wahrscheinlich, dass die BMU bei Systemabschaltung in dieser verbleibendes Wasser ungeachtet dessen aufweist, welche Maßnahmen unternommen werden, um das Wasser zu entfernen. Dieses Wasser kann gefrieren, wenn die äußere Umgebungstemperatur für eine ausreichend lange Zeitdauer niedrig genug ist. Bei der nächsten Inbetriebnahme kann ein Ablassen von Anodenabgas erforderlich sein, bevor die BMU ausreichend aufgetaut ist, wobei Eis die Strömung in der BMU blockieren kann. Bei bestimmten Brennstoffzellensystemkonstruktionen wird ein kontinuierliches Ablassen von Anodenaustrag während der Inbetriebnahmeabfolge ausgeführt, da der Brennstoffzellenstapel besonders empfindlich gegenüber während dieser Zeitdauer gesammeltem Stickstoff ist.
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Für ein System mit abgeteiltem Stapel befindet sich der typische Ort, um das Ablassen des Anodenabgases bereitzustellen, an dem Ende der Stapelströmung. Daher werden zwei Ablassventile [engl.: bleed valves] verwendet, um das Anodenablassen abhängig von der Strömungsrichtung bereitzustellen. Da eine BMU oftmals vorgesehen ist, um diese Form des Ablassens anzupassen, wird dies typischerweise als das BMU-AblassVerfahren bezeichnet. Jedoch kann auch ein Mittenablass verwendet werden, der den Anodenaustrag von einem Ablaufventil in einer die beiden Unterstapel verbindenden Leitung ablässt. Der Mittenablass ist aufgrund der größeren Größe des Ablaufventils typischerweise weniger effizient als ein Endströmungs- oder BMU-Ablass.
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Der Ort für den Ablass stellt eine Charakteristik dar, und die Häufigkeit und Dauer des Ablasses stellen eine andere Charakteristik dar. Für einen gefrorenen Stapel sollte das Ablassventil so oft wie möglich geöffnet werden, um jeglichen lokalen Wasseraufbau zu vermeiden. Dies wird als ein kontinuierlicher Ablass bezeichnet und kann ein ineffizientes Verfahren zum Ablassen darstellen, da während des Ablassens des Anodenabgases auch Wasserstoff verloren geht. Somit sollte das System zu einem normalen Ablassplan zurückkehren, sobald das System aufgewärmt ist. Das normale Ablassverfahren sollte die Ablassungen so selten wie möglich bereitstellen, um den Systemwirkungsgrad zu maximieren, während dennoch ein guter Stapelbetrieb aufrechterhalten wird. In dieser Betriebsart können die Ablassventile während des Betriebs über einen signifikanten Prozentsatz der Zeit geschlossen sein.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung sind ein System und ein Verfahren zur Bereitstellung eines Ablassens von Anodenabgas in einem Brennstoffzellensystem offenbart. Das Brennstoffzellensystem umfasst einen ersten und zweiten abgeteilten Unterstapel sowie eine Ablassverteilereinheit, die ein erstes Ablassventil, ein zweites Ablassventil, ein Austragsventil, eine Strömungsbeschränkung und einen Drucksensor über die Strömungsbeschränkung aufweist. Das System umfasst auch ein Ablaufventil in einer Verbindungsleitung zwischen dem ersten und zweiten abgeteilten Unterstapel. Ein Controller steuert das erste und zweite Ablassventil und das Ablaufventil zur Bereitstellung eines anodenseitigen Ablassens von dem ersten und zweiten Unterstapel.
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Ein Algorithmus bestimmt, ob das erste oder zweite Ablassventil allgemein mit Eis blockiert ist, und ob die Temperatur des ersten oder zweiten abgeteilten Unterstapels unterhalb einer vorbestimmten Temperatur liegt. Der Controller sieht ein normales anodenseitiges Ablassen unter Verwendung des ersten und zweiten Ablassventils vor, wenn das erste und zweite Ablassventil nicht blockiert sind und die Temperatur des ersten und zweiten abgeteilten Unterstapels größer als die vorbestimmte Temperatur ist, sieht ein kontinuierliches anodenseitiges Ablassen unter Verwendung des ersten und zweiten Ablassventils vor, wenn das erste und zweite Ablassventil nicht blockiert sind und die Temperatur des ersten und zweiten abgeteilten Unterstapels kleiner als die vorbestimmte Temperatur ist, sieht einen normalen Mittenanodenablass durch das Ablaufventil vor, wenn das erste oder zweite Ablassventil blockiert ist und die Temperatur des ersten und zweiten abgeteilten Unterstapels über der vorbestimmten Temperatur liegt, und sieht einen kontinuierlichen anodenseitigen Mittenablass durch das Ablaufventil vor, wenn das erste oder zweite Ablassventil blockiert ist und die Temperatur des ersten und zweiten abgeteilten Unterstapels unter der vorbestimmten Temperatur liegt.
Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems, das abgeteilte Unterstapel und eine BMU verwendet; und
- 2 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zum Bereitstellen eines Ablassens von Stapelanodenabgas in dem Falle eines BMU-Ausfalls zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Verfahren zum Bereitstellen eines Ablassens von Anodenabgas in einem Brennstoffzellensystem in dem Falle eines BMU-Ausfalls bzw. einer BMU-Funktionsstörung gerichtet ist, ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
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1 ist ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems 10, das abgeteilte Brennstoffzellen-Unterstapel 12 und 14 aufweist, die unter einem Anodenströmungswechsel betrieben werden. Wenn die Strömung in einer Richtung erfolgt, injiziert eine Injektorreihe 16 frischen Wasserstoff in die Anodenseite des Unterstapels 12 auf der Anodeneingangsleitung 24. Anodengas, das von dem Unterstapel 12 ausgegeben wird, wird auf einer Verbindungsleitung 20 an den Unterstapel 14 geliefert. Wenn die Strömung in der entgegengesetzten Richtung erfolgt, injiziert eine Injektorreihe 18 frischen Wasserstoff in die Anodenseite des Unterstapels 14 auf der Anodeneingangsleitung 26, der von dem Unterstapel 14 ausgegeben und auf Leitung 20 an den Unterstapel 12 geliefert wird. Ein Ablaufventil 22 ist in der Leitung 20 vorgesehen und kann für einen Mittenablass verwendet werden, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
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Eine BMU 30 ist an einem Anodeneingang zu den abgeteilten Unterstapeln 12 und 14 vorgesehen und stellt ein Ablassen von Anodenabgas während bestimmter Zeiten bereit, um Stickstoff von der Anodenseite der Unterstapel 12 und 14 auf Grundlage eines beliebigen geeigneten Ablassplans zu entfernen. Die BMU 30 umfasst eine Leitung 32, die die Anodeneingangsleitungen 24 und 26 verbindet, und eine Austragsleitung 34, die die Leitung 32 mit dem Austrag des Systems 10, typischerweise dem kathodenseitigen Austrag der Unterstapel 12 und 14 verbindet. Ein erstes Ablassventil 36 ist in der Leitung 32 nahe des Unterstapels 12 vorgesehen, und ein zweites Ablassventil 38 ist in der Leitung 32 nahe dem Unterstapel 14 vorgesehen. Ein Austragsventil 40 ist in der Leitung 34 vorgesehen, das während dem Anodenablass und anderer Zeiten, wie es erforderlich sein kann, geöffnet ist. Eine Strömungsbeschränkung 44 ist in der Leitung 34 vorgesehen, um die Menge an Anodenabgas zu beschränken, die in die Umgebung abgelassen werden kann.
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Ein Differenzdrucksensor 46 ist über die Strömungsbeschränkung 44 vorgesehen und misst eine Druckdifferenz über die Strömungsbeschränkung 44, um den Durchfluss durch die Strömungsbeschränkung 44 festzustellen. Wenn die Strömung durch die Strömungsbeschränkung 44 beginnt, steigt der Drucksensor 46 von einem Wert von Null oder einem Wert nahe Null abhängig von der Auflösung des Sensors 46 auf einen Druck, der eine korrekte Strömung durch die Strömungsbeschränkung 44 angibt.
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Wenn das System 10 unter Anodenströmungswechsel arbeitet und kein Ablassen angewiesen ist, sind die Ablassventile 36 und 38 beide geschlossen, so dass abhängig von der Richtung der Anodengasströmung der Ausgang des zweiten Unterstapels geschlossen ist. Wenn ein Ablassen angewiesen wird und der Strömungswechsel in der Richtung von dem Unterstapel 12 zu dem Unterstapel 14 durch die Leitung 20 erfolgt, dann wird das Ablassventil 38 geöffnet und das Ablassventil 36 wird geschlossen. Gleichermaßen wird, wenn ein Ablassen angewiesen ist und die Strömung in der Richtung von dem Unterstapel 14 zu dem Unterstapel 12 durch die Leitung 20 erfolgt, dann das erste Ablassventil 36 geöffnet und das zweite Ablassventil 38 geschlossen. Somit wird das Anodenabgas aus der Austragsleitung 34 durch die Strömungsbeschränkung 44 und das Austragsventil 40 heraus abgelassen.
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Ein Controller 48 steuert die Injektorreihen 16 und 18, steuert die Ventile 36, 38 und 40 und nimmt ein Druckablesungssignal von dem Drucksensor 46 auf.
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Wie oben beschrieben ist, kann die BMU 30 Wasser an verschiedenen Stellen sammeln, wenn die Anodenabgasströmung hindurch strömt, und kann Wasser halten, nachdem das System 10 abgeschaltet ist. Dieses Wasser kann gefrieren, wenn das System 10 sich in einer ausreichend kalten Umgebung für eine ausreichend lange Zeitdauer befindet. Somit kann bei der nächsten Systeminbetriebnahme Wasser in der BMU 30 an Stellen gefroren sein, wie den Ablassventilen 36 und 38, der Strömungsbeschränkung 44, dem Austragsventil 40 und den Leitungen zu dem Drucksensor 46, was die Strömung des Anodenabgases blockieren kann, wenn ein Ablassen erwünscht ist.
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Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zur Bereitstellung eines geeigneten Ablassens von Anodenabgas während derjenigen Zeiten vor, wenn die BMU 30 sich in einer Fehlfunktionsbetriebsart befindet, wie beispielsweise wenn gefrorenes Wasser die Strömung blockiert, was ein Ablassen durch die BMU 30 verhindern kann. 2 ist ein Flussdiagramm 50, das einen Prozess zur Bereitstellung eines Ablassens von Anodenabgas zeigt, der diese Betrachtung enthält. Wenn das System 10 bei Kasten 52 gestartet wird, führt es typischerweise unmittelbar bei Kasten 54 eine BMU-Diagnoseprüfung durch, um zu bestimmen, ob die BMU 30 korrekt arbeitet. Bei bestimmten Systemen kann die BMU-Diagnoseprüfung aufgrund der Komplexität über fünf Sekunden bis zur Beendigung einnehmen. Die erste BMU-Diagnoseprüfung sollte bei Inbetriebnahme ausgeführt werden, bevor Stickstoff und Wasser eine Möglichkeit zum Aufbau in den Unterstapeln 12 und 14 besitzen. Die BMU-Diagnoseprüfung kann eine Anzahl von Diagnosen an der BMU 30 ausführen, einschließlich einer Bestimmung, ob die BMU 30 gefroren ist oder eine Fehlfunktion aufweist.
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Um die vollständige Funktion der BMU 30 zu bestimmen, kann sie mit drei Stufen geprüft werden. Für eine erste Stufe wird eines der Ablassventile 36 oder 38 abhängig von der Anodenströmungsrichtung geöffnet und das Austragsventil 40 wird geöffnet. Wenn das geöffnete Ablassventil 36 oder 38 und das Austragsventil 40 eine Strömung zu dem Systemaustrag ermöglichen, dann stellt der Drucksensor 46 eine Druckablesung über die Strömungsbeschränkung 44 bereit. Wenn die Strömung durch die BMU 30 unbeschränkt ist, dann sollte der Drucksensor 46 eine Druckablesung bereitstellen, die etwa gleich dem Differenzdruck zwischen der Kathode und Anode der abgeteilten Unterstapel 12 und 14 ist.
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Wenn eine korrekte Strömung bei der ersten Stufe detektiert wird, dann umfasst eine zweite Stufe ein Schließen des Austragsventils 40, um zu bestimmen, ob der Drucksensor 46 einen Pegel von Null oder nahezu Null misst, und wenn dies der Fall ist, ist die Strömungsbeschränkung 44 nicht mit Eis blockiert. Wenn der Drucksensor 46 eine ausreichend hohe Druckablesung bereitstellt, kann die Strömungsbeschränkung 44 oder können die Leitungen von dem Drucksensor 46 zu der Leitung 34 beschränkt sein, wie durch Eis. Wenn Eis den Durchgang unterstromig der Anodenseite zu dem Drucksensor 46 blockiert, kann die bei der ersten Stufe betrachtete Strömungsdetektion tatsächlich gerade die Druckdifferenz zwischen dem anodenseitigen Druck und dem kathodenseitigen Druck sein, der vorhanden ist, wenn die Leitung 34 gefroren ist. Wenn nur die erste Stufe verwendet würde, würde die Diagnose versagen, Eis in diesen Teilen der BMU 30 zu detektieren.
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Für die dritte Stufe der Diagnose wird das Ablassventil, das in der ersten Stufe geöffnet wurde, geschlossen, und das Ablassventil, das in der ersten Stufe geschlossen wurde, wird geöffnet, um zu bestimmen, ob es mit Eis blockiert ist. Insbesondere wird, wenn während der ersten Stufe das Ablassventil 36 geöffnet wurde und das Ablassventil 38 geschlossen wurde, während der dritten Stufe das Ablassventil 36 geschlossen und das Ablassventil 38 geöffnet, oder umgekehrt. Das Austragsventil 40 muss nicht geschlossen werden, da diese Funktion bereits in der zweiten Stufe geprüft worden ist, obwohl andere Variationen eines Ventilverschlusses, wie einem Schließen aller Ventile als eine Endkanalströmung (engl. „final channel flow“) enthalten sein können, um eine Implementierung innerhalb des Rahmens des existierenden Anodenströmungswechsels und -steuerns zu vereinfachen. Wenn alle Stufen eine Strömung angeben, dann arbeitet die BMU 30 korrekt ohne Strömungsbeschränkungen und die BMU 30 besteht die Diagnoseprüfung. Wenn eine der Stufen angibt, dass die BMU 30 nicht korrekt arbeitet, dann kann das System 10 zu einem Mittenablass durch das Ablaufventil 22 schalten, um die Unterstapel 12 und 14 betriebsfähig zu halten, oder kann eine andere Abhilfemaßnahme ausführen.
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Ein in dem System 10 betriebener Algorithmus bestimmt bei Entscheidungsraute 56, ob die Diagnoseprüfung bestanden wurde. Wenn die BMU-Diagnose an der Entscheidungsraute 56 bestanden wurde, dann bestimmt der Algorithmus an der Entscheidungsraute 58, ob es kalt genug ist, um von Eis, das die Strömungskanäle in der BMU 30 blockiert, betroffen zu sein, sogar, obwohl sie gegenwärtig korrekt funktioniert. Der Algorithmus kann eine beliebige geeignete Technik verwenden, um zu bestimmen, ob die Umgebung zu kalt ist, wie eine Umgebungstemperaturablesung, eine Stapeltemperaturablesung, eine Kühlfluidtemperaturablesung, etc. Der Algorithmus kann für diese Bestimmung eine beliebige geeignete Temperaturschwelle verwenden, wie beispielsweise 50°C. Wenn das System an der Entscheidungsraute 58 nicht zu kalt ist, dann verwendet der Algorithmus bei Kasten 60 den normalen BMU-Ablassplan, der die Ablassventile 36 und 38 verwendet. Auf Grundlage der Ansammlung von Stickstoff auf der Anodenseite der abgeteilten Unterstapel 12 und 14 kann ein beliebiger geeigneter BMU-Ablassplan verwendet werden.
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Der Algorithmus bestimmt dann an der Entscheidungsraute 62, ob eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, zu der eine andere BMU-Diagnoseprüfung ausgeführt werden sollte. Das System kann eine BMU-Diagnoseprüfung während eines normalen Betriebs ausführen, um die BMU-Strömung zu prüfen, was nichts mit Eis zu tun hat, jedoch bezüglich anderer Funktionsstörungen ausgeführt werden könnte. Wenn es bei der Entscheidungsraute 62 nicht an der Zeit für die nächste BMU-Diagnoseprüfung ist, dann kehrt der Algorithmus zur Bereitstellung eines normalen BMU-Ablasses zurück. Wenn es Zeit für eine BMU-Diagnoseprüfung ist, verhindert der Algorithmus bei Kasten 64 das Ablassen von Anodenabgas und kehrt zu dem Kasten 54 zurück, um die BMU-Diagnoseprüfung auszuführen.
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Wenn die Inbetriebnahmetemperatur an der Entscheidungsraute 58 kalt genug ist, ist es möglich, dass aufgrund von Eis in der BMU 30 ein Zustand mit fehlender Strömung auftritt. In dieser Situation geht der Algorithmus bei Kasten 66 zu einem kontinuierlichen BMU-Ablass über, bei dem eines oder das andere der Ablassventile 36 oder 38 abhängig von der Strömungsrichtung durch die Unterstapel 12 und 14 stets geöffnet ist.
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Wenn die Diagnoseprüfung an der Entscheidungsraute 56 fehlschlägt, geht der Algorithmus in die weniger erwünschte Mittenablassbetriebsart unter Verwendung des Ablaufventils 22. Typischerweise ist das Ablaufventil 22 größer als die Ablassventile 36 und 38, und somit ist die Menge an Wasserstoff, die während einem Mittenablass verloren geht, signifikant. Ferner wird, wenn das Ablaufventil 22 für einen Ablass verwendet wird, wenig bis kein Anodenaustrag während des Strömungswechselprozesses an den unterstromigen abgeteilten Stapel geliefert, da der größte Teil desselben aus dem Ablaufventil 22 ausgetragen wird. Es ist möglich, während des Mittenablasses eine parallele Strömung in beide abgeteilte Stapel 12 und 14 gleichzeitig auszuführen. Jedoch verliert ein derartiger Betriebsablauf noch mehr Wasserstoff.
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Der Algorithmus bestimmt an Entscheidungsraute 68 zunächst, ob es zu kalt für einen normalen Mittenablass ist. Wenn es an der Entscheidungsraute 68 nicht zu kalt ist, dann führt der Algorithmus bei Kasten 70 den normalen Mittenablass aus, bei dem das Ablaufventil 22 nach einem gewünschten Plan auf Grundlage der Ansammlung von Stickstoff in den abgeteilten Unterstapeln 12 und 14 geöffnet und geschlossen wird. Der Algorithmus bestimmt an der Entscheidungsraute 72 periodisch, ob es Zeit für eine BMU-Diagnoseprüfung ist, und wenn dies nicht der Fall ist, kehrt er bei dem Kasten 70 zu dem normalen Mittenablass zurück. Die BMU-Ablassdiagnose kann nicht während des Mittenablassbetriebsablaufs ausgeführt werden, da, wenn die BMU 30 arbeitet, die Wasserstoffströmung von dem Mittenablass und dem BMU-Ablass Wasserstoffemissionsgrenzen überschreiten kann, wie beispielsweise 4 %. Der Mittenablass wird bei Kasten 74 zeitweilig ausgesetzt, damit die BMU-Diagnose ausgeführt werden kann. Die Zeit ohne den Ablass kann ein Risiko für den Stapelbetrieb darstellen. Daher wird der Mittenablass beibehalten und die BMU-Diagnose ausgesetzt, bis das System auf eine Temperatur erwärmt ist, die keinen kontinuierlichen Ablass erfordert, beispielsweise 40°C. Wenn es an der Entscheidungsraute 68 zu kalt ist, dann führt der Algorithmus bei Kasten 76 einen kontinuierlichen Mittenablass durch das Ablaufventil 22 aus, bis die Temperatur hoch genug ist, bei der kein Eis die Strömungskanäle blockiert.
