DE102011109588A1

DE102011109588A1 - Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems

Info

Publication number: DE102011109588A1
Application number: DE102011109588A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2013-02-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems (1) mit wenigstens einem beweglichen Bauteil (6, 8, 13, 14, 15, 16), welches in einem zumindest zeitweise feuchten Gasstrom angeordnet ist, bei welchem eine Brennstoffzelle (3) abgestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine bewegliche Bauteil (6, 8, 13, 14, 15, 16) nach dem Abstellen der Brennstoffzelle (3) in Abhängigkeit der Zeit seit dem Abstellen der Brennstoffzelle (3) und/oder in Abhängigkeit der Temperatur bewegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems.
Brennstoffzellensysteme sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie werden beispielsweise in Fahrzeugen eingesetzt, um elektrische Leistung für Bordkomponenten und/oder den Antrieb in dem Fahrzeug zu erzeugen. Die Brennstoffzellensysteme selbst weisen dabei zumindest eine Brennstoffzelle, typischerweise einen Stapel von Einzelzellen, einen sogenannten Brennstoffzellenstack, auf. Dieser Brennstoffzellenstack kann beispielsweise in PEM-Technologie ausgebildet sein.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, dass Brennstoffzellensysteme beim Wiederstart unter Umgebungsbedingungen mit Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts entsprechend anfällig sind, da durch das in der Brennstoffzelle entstandene Produktwasser nach dem Betrieb der Brennstoffzelle, dieses in Peripheriebauteilen des Brennstoffzellensystems um die Brennstoffzelle sehr leicht einfrieren kann. Im Bereich des Brennstoffzellensystems sind dabei insbesondere bewegliche Bauteile wie beispielsweise Ventile, Gebläse oder dergleichen besonders stark von der Problematik des Einfrierens betroffen. Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es daher bekannt, das Brennstoffzellensystem nach dem Abstellen der Brennstoffzelle, typischerweise mittels zugeführter Luft, solange zu durchströmen, bis diese Bereiche entsprechend abgetrocknet sind. Ein solcher vergleichsweise aufwändiger und energieintensiver Abstell-Vorgang kann zwar auf Situationen beschränkt werden, in denen bis zum Wiederstart des Systems Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts zu erwarten sind. Da man beim Abstellen des Brennstoffzellensystems jedoch keine genaue Kenntnis über die Dauer der geplanten Abstellung hat, ist dies sehr ungenau und muss mit vergleichsweise großen Sicherheiten belegt werden. Insgesamt entsteht damit ein sehr energieintensives Abstellen des Brennstoffzellensystems, welches zwar einen zügigen Wiederstart ermöglicht, jedoch den Gesamtwirkungsgrad des Brennstoffzellensystems nachteilig beeinflusst.
Eine Alternative dazu besteht in einer elektrischen Beheizung, beispielsweise Von Ventilen, um diese, falls sie eingefroren sind, vor dem Start des Brennstoffzellensystems aufzutauen. Eine solche Vorgehensweise wird beispielsweise in der DE 10 2004 055 728 A1 beschrieben. Sie ist ebenfalls sehr energieintensiv. Außerdem verzögert sie die Zeit zwischen einem Startwunsch und dem möglichen Wiederstart des Brennstoffzellensystems erheblich, da im Falle eingefrorener beweglicher Bauteile diese zuerst komplett erwärmt und aufgetaut werden müssen. Zusätzlicher Aufwand entsteht durch die benötigten Heizelemente sowie die Leitungsführung für Sensorik und Leistung zu diesen Heizelementen.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems anzugeben, welches die oben genannten Nachteile vermeidet, und welches mit minimalem Aufwand an Bauteilen, Bauraum und Energie einen sicheren und zuverlässigen Wiederstart des Brennstoffzellensystems bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt in einem Brennstoffzellensystem, in dem wie üblich wenigstens ein bewegtes Bauteil in einem zumindest teilweise feuchten Gasstrom angeordnet ist, die übliche und ohnehin vorhandene Steuerungselektronik, um dieses bewegliche Bauteil in Abhängigkeit der Zeit seit dem Abstellen der Brennstoffzelle und/oder der Temperatur zu bewegen. Das entsprechende Bauteil, welches beispielsweise ein Ventilkörper, das Laufrad eines Verdichters, der Ventilator eines Wasserstoffrezirkulationsgebläses oder dergleichen sein kann, wird also nach dem Abstellen der eigentlichen Brennstoffzelle und nachdem eine gewisse Zeit abgewartet worden ist und/oder eine gewisse Temperatur unterschritten worden ist, kurzzeitig wieder bewegt. Diese kurzzeitige Bewegung beispielweise eines Ventilkörpers eines Magnetventils oder eines Ventilators in einem Wasserstoffrezirkulationsgebläse verhindert zu dem Zeitpunkt, in dem das Wasser alter Voraussicht nach gefriert, ein Festfrieren dieser Bauteile aufgrund der in diesem Zeitraum erfolgenden Bewegung. Damit kann ein Festfrieren des wenigstens einen bewegten Bauteils verhindert werden. Dies ist mit minimalem Energieaufwand, nämlich nur der Energie, die zur Bewegung des beweglichen Bauteils während eines kurzen Zeitraums notwendig ist, möglich. Ein Wiederstart des Brennstoffzellensystems ist dann auch nach langer Stillstandszeit ohne zusätzlichen Energieaufwand und ohne zeitliche Verzögerung schnell und effizient möglich.
In einer besonders günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine bewegliche Bauteil nach einer vorgegeben Zeitspanne ab dem Abstellen der Brennstoffzelle bewegt wird. Die Bewegung startet bei diesem besonders bevorzugten und einfachen Verfahren also nach einer vorgegebenen Zeitspanne. Diese Zeitspanne kann beispielsweise auf Erfahrungswerten basieren, welche wiederum eine Abkühlung des Brennstoffzellensystems entsprechend abschätzen. Damit kann die Zeitspanne so vorgegeben werden, dass die Bewegung des wenigstens einen beweglichen Bauteils dann erfolgt, wenn dieses noch nicht (ganz) festgefroren ist, aber ein Festfrieren desselben droht.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es ferner vorgesehen sein, dass die Zeitspanne in Abhängigkeit einer Temperatur oder einer Temperaturänderung vorgegeben wird. Die Zeitspanne kann beispielweise in Abhängigkeit einer typischerweise ohnehin erfassten Temperatur entweder innerhalb des Brennstoffzellensystems oder in der Umgebung des Brennstoffzellensystems entsprechend vorgegeben werden. Damit kann beispielsweise bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen diesen Rechnung getragen werden, indem dann zu erwarten ist, dass das Abstellen des Brennstoffzellensystems beziehungsweise der Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems relativ schnell zu einer Auskühlung des gesamten Brennstoffzellensystems führt und damit vergleichsweise schnell die Bewegung des wenigstens einen beweglichen Bauteils zum Verhindern, dass dieses einfriert, erforderlich macht. Ergänzend oder alternativ dazu läst sich ein Temperaturgradient, also eine Änderung der Temperatur, zum Parametrisieren der Zeitspanne verwenden. Die so erfasste Temperaturänderung kann insbesondere die Temperatur in einem Bereich im inneren des Brennstoffzellensystems sein. In Abhängigkeit der erreichten Betriebstemperatur des Brennstoffzellensystems, welche je nach Betriebsdauer und Lastbedingungen des Brennstoffzellensystems entsprechend variieren kann, lässt sich dann eine Abkühlung bestimmen. Aus einem solchen Temperaturgradienten lässt sich dann einfach und effizient eine Zeitspanne vorgeben, zu welcher die Bewegung des wenigstens einen beweglichen Bauteils erfolgen soll, um sein Einfrieren zu verhindern.
Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es dagegen vor, dass das wenigstens eine bewegliche Bauteil unterhalb einer vorgegebenen Grenztemperatur bewegt wird. Bei dieser besonders einfachen Variante ist lediglich ein Temperatursensor notwendig, welcher über die ohnehin erfolgende Ansteuerung der beweglichen Bauteile diese ab einer bestimmten Grenztemperatur bewegt.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung erfolgt die Bewegung des beweglichen Bauteils dann für einen vorgegebenen Zeitraum. Dieser Zeitraum kann vergleichsweise kurz sein, da eine Bewegung im entscheidenden Augenblick ein Einfrieren sicher und zuverlässig verhindert, auch wenn sie nur für einige Sekunden anhält.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung hiervon kann es dabei vorgesehen sein, dass der Zeitraum in Abhängigkeit der Temperatur oder der Temperaturänderung vorgegeben wird. Der Zeitraum, über welchen hinweg die beweglichen Bauteile bewegt werden, kann also ebenfalls in Abhängigkeit der Temperatur vorgegeben werden, um diesen entweder in Abhängigkeit der Temperatur oder insbesondere in Abhängigkeit eines Temperaturgradienten genau so lang zu gestalten, wie es unbedingt notwendig ist, um ein Einfrieren zu verhindern. Damit wird eine durch die Bewegung des wenigstens einen beweglichen Bauteils verursachte Leistungsaufnahme und Geräuschemission auf ein notwendiges Minimum beschränkt.
In einer weiteren sehr günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es darüber hinaus vorgesehen, dass das abzustellende Brennstoffzellensystem ein Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug ist, welches mit elektrischer Leistung aus dem Brennstoffzellensystem zumindest teilweise elektrisch angetrieben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt sehr schnell das Abstellen eines Brennstoffzellensystems und seinen sehr energieeffizienten Wiederstart aufgrund der Tatsache, dass bewegte Bauteile in dem Brennstoffzellensystem zu einem hinsichtlich des Einfrierens kritischen Zeitpunkt bewegt werden, um das Einfrieren so zu verhindern. Das Verfahren eignet sich daher insbesondere für Brennstoffzellensysteme, welche häufig derartigen Bedingungen ausgesetzt sind und häufig bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts abgestellt und wieder gestartet werden müssen. Dies gilt insbesondere für Brennstoffzellensysteme, welche in Fahrzeugen, beispielsweise in gleisgebundenen oder gleislosen Landfahrzeugen, Schiffen oder dergleichen eingesetzt werden, da diese einerseits häufig gestartet und wieder abgestellt werden und andererseits häufig bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts bis zum Wiederstart des Brennstoffzellensystems ausharren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
In der einzigen beigefügten Figur ist ein Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug dargestellt.
In der einzigen beigefügten Figur ist ein Brennstoffzellensystem 1 in einer stark schematisierten Darstellung zu erkennen, welches in einem Fahrzeug 2 installiert sein soll. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst im Wesentlichen eine Brennstoffzelle 3, welche hier als PEM-Brennstoffzelle ausgebildet sein soll. Protonendurchlässige Membranen trennen dabei einen Anodenraum 4 von einem Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3. Dem Kathodenraum 5 wird in an sich bekannter Art und Weise Luft über eine Luftfördereinrichtung 6, beispielsweise einen Strömungsverdichter, ein Roots-Gebläse oder dergleichen, zugeführt. Die Luft gelangt dann über einen Befeuchter 7, in dessen Bereich sie befeuchtet wird, in den Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3. Die an Sauerstoff abgereicherte Abluft aus dem Kathodenraum 5 strömt wiederum durch den Befeuchter 7 und gibt die in der Brennstoffzelle 3 in Form des dampfförmigen Produktwassers aufgenommene Feuchtigkeit an den Zuluftstrom in dem Befeuchter 7 ab. Anschließend kann die Abluft zur Rückgewinnung von Druckenergie über eine Turbine 8 an die Umgebung entspannt werden. Die Turbine 8 sitzt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Luftfördereinrichtung 6 gemeinsam auf einer Welle. Die im Bereich der Turbine 8 zurückgewonnene Energie kann damit die Luftfördereinrichtung 6 antreiben. Da diese Energie typischerweise nicht ausreichen wird, ist außerdem eine elektrische Maschine 9 auf der Welle vorgesehen, welche die zusätzliche für die Luftfördereinrichtung 6 benötigte Energie bereitstellt. Kommt es zu einem Energieüberschuss im Bereich der Turbine 8, so kann über die elektrische Maschine 9 außerdem elektrische Energie zur anderweitigen Verwendung erzeugt werden.
Dem Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 wird Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 10 zugeführt. Der Wasserstoff gelangt von dem Druckgasspeicher 10 über eine mit 11 bezeichnete Druckregel- und Dosiereinheit in den Anoderaum 4. Typischerweise wird der Anodenraum 4 dabei mit mehr Wasserstoff versorgt, als in diesem elektrochemisch umgesetzt wird. Der Restwasserstoff wird dann über eine Rezirkulationsleitung 12 und eine Rezirkulationsfördereinrichtung 13, beispielsweise ein Rezirkulationsgebläse, in den Bereich des Eingangs des Anodenraums 4 zurückgefördert und strömt, vermischt mit dem frischen Wasserstoff aus der Druckregel- und Dosiereinheit 11, dem Anodenraum 4 erneut zu. In diesem sogenannten Anodenkreislauf beziehungsweise Anodenloop reichert sich mit der Zeit Produktwasser an, da ein kleiner Teil des Produktwassers der Brennstoffzelle 3 auch im Bereich des Anodenraums 4 entsteht. Außerdem diffundieren inerte Gase wie beispielsweise Stickstoff durch die Membranen hindurch in den Anodenraum 4. Dies führt letzten Endes im Bereich der Rezirkulationsleitung 12 zu einer sich mit der Zeit verringernden Wasserstoffkonzentration. Um diesem entgegenzuwirken, wird typischerweise von Zeit zu Zeit Gas und/oder Wasser aus dem Bereich der Rezirkulationsleitung 12 abgelassen. Hierfür dient ein Ablassventil 14, welches in einer nicht näher bezeichneten Ablassleitung angeordnet ist.
Da das abgelassene Gemisch aus Wasser und Gas immer auch eine gewisse Menge an Restwasserstoff enthält, wird dieses typischerweise in den Bereich einer katalytischen Einheit abgelassen, in dem dieser Wasserstoff umgesetzt wird. Dies kann beispielsweise ein Katbrenner sein, welcher insbesondere in dem Abluftstrom in Strömungsrichtung vor der Turbine 8 angeordnet ist, oder es kann sich bei der katalytischen Einheit um einen eigenen Katalysator oder den im Kathodenraum 5 vorhandenen Katalysator handeln.
Das in der Figur dargestellte Brennstoffzellensystem 1 weist außerdem zwei zusätzliche Ventile 15, 16 auf. Diese sind im Bereich der Kathodenzuluft beziehungsweise der Kathodenabluft in dem Luftstrom angeordnet. Sie können insbesondere nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems 1 und nachdem der Restsauerstoff im Bereich der Kathode aufgebraucht worden ist, geschlossen werden, um nachteilige Einflüsse auf die Brennstoffzelle beim Wiederstart zu verhindern. Dies ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und wird so beispielsweise in der DE 10 2007 059 999 A1 beschrieben.
Typischerweise sind zur Ansteuerung beispielsweise der Luftfördereinrichtung 6 und der Turbine 8 sowie des Elektromotors 9 und der hier mit 15 und 16 bezeichneten Ventile ebenso wie zur Ansteuerung anderer Komponenten Steuergeräte vorhanden. Beispielhaft sind hier zwei derartige Steuergeräte 17, 18 dargestellt. Das erste Steuergerät 17 soll als „Kathoden”-Steuergerät ausgebildet sein und steuert die Luftversorgung zum Kathodenraum 5 sowie die hier optional angedeuteten Ventile 15, 16. Das andere Steuergerät 18 soll als „Anoden”-Steuergerät ausgebildet sein und steuert die Dosierung des Wasserstoffs, die Rezirkulationsfördereinrichtung 13 und das Ablassventil 14. Selbstverständlich können die Steuergeräte zusammengefasst sein oder auch in weitere einzelne Steuergeräte aufgeteilt sein. Außerdem ist es denkbar, dass diese mit anderen Steuergeräten, insbesondere des Fahrzeugs, in übergeordneter oder untergeordneter Ebene entsprechend zusammenwirken.
Das bis hierher beschriebene Brennstoffzellensystem 1 ist so aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Problematisch wird es nun, wenn dieses Brennstoffzellensystem 1 beim Abstellen des Fahrzeugs 2 abgestellt wird. Typischerweise wird dann zuerst die Brennstoffzelle abgestellt, beispielsweise in der in der oben genannten DE 10 2007 059 999 A1 beschriebenen Art und Weise. Andere Ausgestaltungen und Möglichkeiten sind aber selbstverständlich ebenso denkbar. Problematisch ist es nun, dass in allen Leitungssystemen, in denen feuchte Gase vorhanden sind, die Gefahr besteht, dass in dem Gas enthaltene Feuchtigkeit kondensiert, sich niederschlägt und bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts festfriert. Da die Feuchtigkeit im Bereich des Brennstoffzellensystems 1 typischerweise aus dem Produktwasser der Brennstoffzelle 3 stammende Feuchtigkeit ist, ist diese hochrein und gefriert damit bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts sofort.
Insbesondere bewegte Bauteile in solchen feuchten Gasströmen, also beispielsweise Ventilkörper der Ventile 14, 15, 16 aber auch drehende Bauteile wie beispielsweise der Ventilator beziehungsweise das Laufrad in der Rezirkulationsfördereinrichtung 13, die Turbine 8 sowie bis zu einem gewissen Grad auch Drehkolben oder Verdichterlaufräder im Bereich der Luftfördereinrichtung 6 können hier betroffen sein. Im Bereich der Luftfördereinrichtung 6 liegt dabei typischerweise kein feuchtes Gas oder nur unter widrigen Bedingungen ein feuchtes Gas vor, sodass die Problematik sich schwerpunktmäßig auf die anderen genannten beweglichen Bauteile bezieht.
Kommt es nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts also zu einem Abkühlen dieser Bauteile auf Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts und es befindet sich Wasser im Bereich der Bauteile, dann kann bereits ein einziger gefrierender Tropfen ausreichen, um das bewegte Bauteil festfrieren zu lassen. So können beispielsweise Ventilkörper am Ventilsitz festfrieren oder im Bereich der Turbine 8 oder des Rezirkulationsgebläses 13 kann ein Festfrieren des Laufrads erfolgen, oder zumindest ein Festfrieren von Tröpfchen an den Wandungen, welche dann die freie Bewegung des Laufrads blockieren.
Um dies zu verhindern geht man nun so vor, dass in Abhängigkeit einer vorgegeben Zeitspanne nach dem Abstellen der Brennstoffzelle 3 und/oder in Abhängigkeit einer Temperatur eine Bewegung der beweglichen Bauteile, also insbesondere der Bauteile 8, 13, 14, 15, 16 erfolgt. Hierfür können die üblichen Steuergeräte 17, 18 zur Ansteuerung der jeweiligen Bauteile entsprechend genutzt werden. Zum Bewegen der Turbine 8 kann dann beispielsweise die elektrische Maschine 9 entsprechend angesteuert werden, wodurch sich die Turbine und typischerweise die auf der gleiche Welle angeordnete Luftfördereinrichtung 6 entsprechend bewegt. Diese Bewegung, insbesondere wenn sie während der kritischen Phase des Festfrierens des flüssigen Wassers in dem Brennstoffzellensystem 1 erfolgt, verhindert dann sicher und zuverlässig ein Festfrieren der beweglichen Bauteile, sodass diese auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts weiterhin frei beweglich sind und im Fall eines Wiederstarts des Brennstoffzellensystems 1 unverzüglich verwendet werden können.
Um den für die Bewegung der beweglichen Bauteile benötigten Energieaufwand möglichst gering zu halten und eine Geräuschemission, welche durch das Bewegen der beweglichen Bauteile unvermeidlich ist, auf ein Minimum zu reduzieren, ist es nun vorgesehen, dass die Zeitspanne ab dem Abstellen der Brennstoffzelle 3, nach der die beweglichen Bauteile bewegt werden, möglichst exakt vorgegeben wird. Diese kann beispielsweise auf Schätzwerten basieren und somit lediglich eine Zeitspanne vorgeben.
Zusätzlich kann diese Vorgabe bei Bedarf über Temperaturwerte parametrisiert werden. So kann beispielsweise ein Außentemperatursensor 19 genutzt werden, um festzustellen, ob die Temperaturen überhaupt unterhalb des Gefrierpunkts liegen, und ob eine solche Bewegung der beweglichen Bauteile notwendig ist. Ergänzend oder alternativ hierzu können auch Temperaturen im Inneren des Brennstoffzellensystems 1 oder im Bereich der beweglichen Bauteile selbst erfasst werden. Rein beispielhaft sind hier zwei Temperatursensoren 20, 21 im Bereich der Steuergeräte 17, 18 angedeutet. Neben der reinen Überwachung der Temperatur kann außerdem eine Temperaturänderung einfließen. Dann reicht es beispielsweise aus, im Inneren des Brennstoffzellensystems 1, beispielsweise über den Temperatursensor 21 die Temperatur zu erfassen. Eine Änderung dieser Temperatur, also der Temperaturgradient, lässt Rückschlüsse auf einen Abkühlungsgradienten des Brennstoffzellensystems 1 zu und erlaubt somit vergleichsweise exakt die Zeitspanne vorzugeben, nach welcher die beweglichen Bauteile bewegt werden müssen.
Ergänzend oder alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass die Bewegung lediglich in Abhängigkeit der Temperatur gestartet wird. Dies ist dann insbesondere von hoher Qualität, wenn die Temperatur unmittelbar im Bereich des bewegten Bauteils selbst gemessen wird, und somit einen zuverlässigen Rückschluss auf ein Auftreten von Bedingungen, unter denen Wasser gefriert, gewährleistet.
Der Zeitraum für welchen die bewegten Bauteile bewegt werden sollen, kann dabei annähernd beliebig vorgegeben werden. Die Erfahrung hat gezeigt, dass typischerweise bereits ein sehr kurzer Zeitraum ausreicht, um sicher und zuverlässig ein Festfrieren der bewegten Bauteile an Wandungen, feststehenden Gegenelementen oder auch bewegten Gegenelementen zu vermeiden. Der Zeitraum kann vorzugsweise in Abhängigkeit einer Temperatur oder auch eines Temperaturgradienten vorgegeben werde, da je nach Temperatur unterschiedlich lange Zeiten notwendig sein können, um ein Festfrieren sicher und zuverlässig zu vermeiden. Auch können unterschiedliche Bauteile unterschiedliche Zeiten erfordern. Im Allgemeinen reichen jedoch bereits wenige Sekunden aus, um ein Festfrieren sicher und zuverlässig zu verhindern.
Da die Abkühlung des Brennstoffzellensystems 1 nicht nur in Abhängigkeit der Temperatur und der Zeit vorhergesagt werden kann, kann bei Bedarf außerdem eine Betriebshistorie mit einbezogen werden, um bei der Parametrisierung entweder der Zeitspanne und/oder des Zeitraums und/oder der Grenztemperatur, ab welcher die bewegten Bauteile bewegt werden, vorzunehmen. Eine solche Betriebshistorie kann beispielsweise die entnommene Leistung, die während des Betriebs aufgetretene Kühlleistung und weitere Parameter berücksichtigen, um so einerseits die entstandene Menge an Produktwasser und damit letztlich die Feuchte der Gasströme und andererseits die zu erwartende Abkühlung der bewegten Bauteile mit in eine möglichst effiziente und energieoptimierte Strategie zur Bewegung der bewegten Bauteile nach dem Abstellen der Brennstoffzelle 3 mit einzubeziehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004055728 A1 [0004]
DE 102007059999 A1 [0020, 0022]

Claims

Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems (1) mit wenigstens einem beweglichen Bauteil (6, 8, 13, 14, 15, 16), welches in einem zumindest zeitweise feuchten Gasstrom angeordnet ist, bei welchem eine Brennstoffzelle (3) abgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine bewegliche Bauteil (6, 8, 13, 14, 15, 16) nach dem Abstellen der Brennstoffzelle (3) in Abhängigkeit der Zeit seit dem Abstellen der Brennstoffzelle (3) und/oder in Abhängigkeit der Temperatur bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine bewegte Bauteil (6, 8, 13, 14, 15, 16) nach einer vorgegebenen Zeitspanne ab dem Abstellen der Brennstoffzelle (3) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne in Abhängigkeit einer Temperatur oder einer Temperaturänderung vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine bewegte Bauteil (6, 8, 13, 14, 15, 16) unterhalb einer vorgegebenen Grenztemperatur bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine bewegte Bauteil (6, 8, 13, 14, 15, 16) für einen vorgegebenen Zeitraum bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum in Abhängigkeit einer Temperatur oder einer Temperaturänderung vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in dem Brennstoffzellensystem (1) insbesondere im Bereich des wenigstens einen bewegten Bauteils (6, 8, 13, 14, 15, 16), gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum, die Zeitspanne und/oder die Grenztemperatur in Abhängigkeit der Betriebshistorie des Brennstoffzellensystems (1) vor dem Abstellen der Brennstoffzelle (3) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens ein bewegliches Bauteil (6, 8, 13, 14, 15, 16) zumindest eines der folgenden Bauteile bewegt wird: – Ventilkörper – Turbinenrad – Laufrad eines Strömungsverdichters – Ventilator eines Gebläses – Drehkolben eines Drehkolbengebläses.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das abzustellende Brennstoffzellensystem (1) ein Brennstoffzellensystem (1) in einem Fahrzeug (2) ist, welches mit elektrischer Leistung aus dem Brennstoffzellensystem (1) zumindest teilweise elektrisch angetrieben wird.