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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren zur Bestimmung,
ob Ablassventile in einem Brennstoffzellensystem mit Eis blockiert sind,
und insbesondere ein System und ein Verfahren zur Bestimmung, ob
verschiedene Ventile in einer Ablassverteilereinheit, die mit abgeteilten
Unterstapeln in einem Brennstoffzellensystem in Verbindung steht,
blockiert sind.
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2. 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 Elektro lyt 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 geteiltem Stapel befindet sich der typische Ort, um das Ablassen
des Anodenabgases bereitzustellen, an dem Ende der Stapelströmung. Daher
werden zwei Ablassventile (engl.: bleed values) 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-Ablass-Verfahren
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 soll te 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 offenbart, um
zu bestimmen, ob Ventile in einer BMU mit Eis blockiert sind oder
anderweitig funktionsgestört
sind. Die BMU ist in einem Brennstoffzellensystem vorgesehen, das
einen ersten und zweiten abgeteilten Unterstapel aufweist. Die BMU
umfasst ein erstes Ablassventil, ein zweites Ablassventil, ein Austragsventil,
eine Strömungsbeschränkung sowie
einen Drucksensor, der den Druck über die Strömungsbeschränkung misst. Ein Controller
bestimmt in Stufen, ob die Ventile in der BMU blockiert sind, wobei
der Controller das erste Ablassventil öffnet, das zweite Ablassventil
schließt
und das Austragsventil öffnet,
und dann das Drucksignal von dem Drucksensor liest, um zu bestimmen,
ob eine Strömung
durch die Strömungsbeschränkung vorhanden
ist, um zu bestimmen, ob das erste Ablassventil oder das Austragsventil
blockiert ist. Der Controller schließt dann das Austragsventil
und lässt
das erste Ablassventil offen und liest wiederum das Drucksignal,
um den Druckabfall über
die Strömungsbeschränkung zu
bestimmen, was angibt, ob die Strömungsbeschränkung oder die Drucksensorleitungen
blockiert sind. Der Controller schließt dann das erste Ablassventil
und öffnet
das zweite Ablassventil, um zu bestimmen, ob das Drucksignal eine
Strömung
durch das zweite Ablassventil angibt.
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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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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems, das abgeteilte
Unterstapel und eine BMU verwendet; und
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2 ist
ein Flussdiagramm, das einen Prozess zur Bereitstellung 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 System und ein Verfahren zur Bestimmung
gerichtet ist, ob eine BMU eines Brennstoffzellensystems mit Eis
blockiert ist oder anderweitig funktionsgestört 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 mit 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 mit Anodenströmungswechsel arbeitet und kein
Ablassen angewiesen ist, sind die Ablassventile 36 und 38 beide
geschlos sen, 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.
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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 Schutzumfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert
ist, durchgeführt werden
können.