DE102012221595A1

DE102012221595A1 - System und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems

Info

Publication number: DE102012221595A1
Application number: DE102012221595A
Authority: DE
Inventors: Ik Jae Son; Bong Hyun Jung
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2013-12-24
Also published as: KR101417290B1; KR20130142572A; US20130344410A1; JP6129519B2; CN103515635A; JP2014003003A; CN103515635B

Abstract

Es wird ein System und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems beschrieben, das die Haltbarkeit eines Brennstoffzellenstapels durch Spülen von in eine Luftelektrode des Brennstoffzellenstapels eindiffundierenden Sauerstoff verbessert, während das Brennstoffzellenfahrzeug parkt. Das heißt, die vorliegende Erfindung stellt ein System und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems bereit, das durch periodisches Zuführen von Wasserstoff zu einer Kathode verhindert, dass eine Übergangsstelle zwischen Sauerstoff und Wasserstoff an einer Anode gebildet wird, um Sauerstoff zu spülen, wenn die Sauerstoffkonzentration größer als eine vorbestimmte Höhe ist, um zu verhindern, dass Sauerstoff in der Luft in die Kathode während einem Parken des Brennstoffzellenfahrzeugs eindiffundiert, wodurch verhindert wird, dass sich die Haltbarkeit einer Membran-Elektroden-Anordnung eines Brennstoffzellenstapels verschlechtert.

Description

HINTERGRUND
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems. Sie betrifft insbesondere ein System und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, das die Haltbarkeit eines Brennstoffzellenstapels durch Ausspülen von Sauerstoff, der in eine Luftelektrode des Brennstoffzellenstapels während einem Parken eines Brennstoffzellenfahrzeugs eindiffundiert, verbessert.
(b) Stand der Technik
Viele Automobil-Unternehmen haben damit begonnen, Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge in dem Bemühen zu entwickeln, um umweltfreundliche Fahrzeuge zu schaffen, die eine Alternative zu Fahrzeugen mit Gasmotor bieten. Ein bei einem Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeug eingesetztes Brennstoffzellensystem umfasst im Allgemeinen einen Brennstoffzellenstapel, der eingerichtet ist, um Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion zu erzeugen, ein Wasserstoff-Versorgungssystem, das eingerichtet ist, um Wasserstoff als einen Brennstoff zu dem Brennstoffzellenstapel zuzuführen, ein Sauerstoff-(Luft)Versorgungssystem, das eingerichtet ist, um Sauerstoff-enthaltende Luft als ein für die elektrochemische Reaktion in dem Brennstoffzellenstapel erforderliches Oxidationsmittel zuzuführen, ein Wärme-Management-System (Thermal Management System – TMS), das eingerichtet ist, um Reaktionswärme von dem Brennstoffzellenstapel zu der Außenseite des Brennstoffzellensystems abzuführen, um Betriebstemperaturen des Brennstoffzellenstapels zu steuern und um Wasser-Management-Funktionen durchzuführen; und eine Systemsteuerung, die eingerichtet ist, um einen Gesamtbetrieb des Brennstoffzellensystems zu steuern.
Der Brennstoffzellenstapel stellt eine Form einer Energieerzeugungsvorrichtung dar, die Elektrizität als Hauptenergiequelle des Brennstoffzellenfahrtzeugs erzeugt, und weist eine Anordnung auf, in der eine Brennstoffelektrode, die mit Wasserstoff versorgt wird, und eine Luftelektrode, die mit Luft versorgt wird, auf beiden Seiten einer Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) gestapelt sind, so dass Sauerstoff in der Luft mit extern zugeführten Wasserstoff elektrochemisch reagiert, um elektrische Energie zu erzeugen.
Demgemäß wird während einem Betrieb des Brennstoffzellensystems Wasserstoff mit einem hohen Reinheitsgrad zu der Brennstoffelektrode (”Anode”) zugeführt und gleichzeitig wird Sauerstoff von der Luft direkt zu der Luftelektrode (”Kathode”) durch das Luftversorgungssystem, z. B. ein Gebläse, zugeführt, um elektrische Energie zu erzeugen.
Der zu dem Brennstoffzellenstapel zugeführte Wasserstoff wird in Wasserstoffionen und Elektronen durch einen Katalysator der Anode dissoziiert. Die dissoziierten Wasserstoffionen werden zu der Kathode durch eine Elektrolyt-Membran übertragen und gleichzeitig verbindet sich der zu der Kathode zugeführte Sauerstoff mit den durch einen externen Leitungsdraht übertragenen Elektronen, wodurch elektrische Energie mit Wasser als Nebenprodukt erzeugt wird. Die erzeugte elektrische Energie wird verwendet, um einen Antriebsmotor anzutreiben, und damit kann das mit dem Brennstoffzellenstapel ausgerüstete Brennstoffzellenfahrzeug entsprechend angetrieben werden.
Nach einem Betrieb des Brennstoffzellenfahrzeugs wird eine Übergangsstelle zwischen dem Wasserstoff und Sauerstoff an der Anode durch in die Kathode des Brennstoffzellenstapels eindiffundierenden Sauerstoff gebildet, während das Fahrzeug geparkt ist, und gleichzeitig wird eine potenzielle Retentionszeit verlängert. Dieses Phänomen verschlechtert jedoch die Haltbarkeit der Membran-Elektroden-Anordnung.
Ein Verfahren zum Verringern der Wahrscheinlichkeit von diesem Phänomen wird in dem US-Patent Nr. 6,887,599 beschrieben, das ein Verfahren für eine Inbetriebnahme eines Brennstoffzellensystems während einer Brennstoff-Spülung offenbart, in dem Luft nach Abführen der an einer Anode gebildeten Übergangsstelle zwischen dem Wasserstoff und Sauerstoff zu einer Kathode zugeführt wird, und Wasserstoff an die Anode während einer Inbetriebsetzung eines Brennstoffzellenfahrzeugs zuführt. Jedoch ist in dem obigen Patent eine Retentionszeit zum Beseitigen der Übergangsstelle zwischen Wasserstoff und Sauerstoff an der Anode während der Inbetriebsetzung erforderlich.
Darüber hinaus offenbart die US-Patentanmeldung Nr. 20060046106 ein Verfahren zum Verwenden einer H₂-Spülung für eine Inbetriebnahme/Außerbetriebnahme eines Stapels, um die Haltbarkeit des Stapels zu verbessern, in dem während einer Inbetriebnahme und Außerbetriebnahme eines Brennstoffzellenfahrzeugs Wasserstoffgas gleichzeitig in eine Anode und eine Kathode eingeführt wird, um Sauerstoff zu beseitigen und um die Übergangsstelle zwischen an der Anode gebildeten Wasserstoff und Sauerstoff zu eliminieren. Jedoch führt das obige Verfahren nur Wasserstoffgas zu der Anode und der Kathode zu, um Sauerstoff während der Inbetriebnahme und Außerbetriebnahme des Fahrzeugs zu beseitigen. Darüber hinaus wird die Übergangsstelle zwischen Wasserstoff und Sauerstoff an der Anode durch in die Kathode eindiffundierenden Sauerstoff gebildet, während das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt ist, und gleichzeitig wird die potenzielle Retentionszeit verlängert, wodurch sich die Haltbarkeit des Brennstoffzellenstapels verschlechtert.
Die obige in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und kann daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Es werden Systeme und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems bereitgestellt, die verhindern, dass eine Übergangsstelle zwischen Sauerstoff und Wasserstoff an einer Anode gebildet wird, indem periodisch Wasserstoff zu einer Kathode zugeführt wird, um Sauerstoff auszuspülen, wenn die Sauerstoffkonzentration größer als eine vorbestimmte Höhe ist, um zu verhindern, dass Sauerstoff in der Luft in die Kathode eindiffundiert, während das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt ist, wodurch verhindert wird, dass sich die Haltbarkeit einer Membran-Elektroden-Anordnung eines Brennstoffzellenstapels verschlechtert.
In einer Ausgestaltung stellt die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems bereit. Insbesondere wird eine Wasserstoff-Spülung einer Kathode basierend auf einer Sauerstoffkonzentration gemäß der Zeitdauer bestimmt, die das Brennstoffzellenfahrzeug nach Abstellen geparkt bleibt; und Ausspülen von Sauerstoff von der Kathode durch Zuführen von Wasserstoff zu der Kathode bei jedem bestimmten Wasserstoff-Spülzyklus.
In dem Ausführungsbeispiel kann der Wasserstoff-Spülzyklus als die Zeitdauer bestimmt werden, die die Sauerstoffkonzentration in/an der Kathode benötigt, um einen vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations-Schwellenwert zu überschreiten, wenn sich die Parkzeit erhöht.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Sauerstoffkonzentrations-Schwellenwert als die Sauerstoffkonzentration bei einem Zeitpunkt bestimmt werden, wenn eine Leerlaufspannung für jede Sauerstoffkonzentration des Brennstoffzellenstapels, die nach zwangsweisem Einleiten von Sauerstoff in die Kathode überwacht wird, auf einen vorbestimmten Wert ansteigt. Die Sauerstoffkonzentration kann ebenfalls durch einen an der Kathode angebrachten Sauerstoffsensor gemessen werden.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das System und Verfahren ferner ein Zuführen von Wasserstoff und Luft zu einer Anode und der Kathode zur selben Zeit ohne eine Zeitdauer, bei der ein hohes Potential während einer Inbetriebnahme nach einem Parken des Brennstoffzellenfahrzeugs erhalten bleibt, umfassen.
Weitere Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf deren bestimmte beispielhafte Ausführungsformen ausführlich beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, welche nachfolgend lediglich der Veranschaulichung dienen und somit für die vorliegende Erfindung nicht einschränkend sind, wobei:
1 zeigt einen Graph, der beispielhafte Messergebnisse der Sauerstoffkonzentration an einer Kathode gemäß der Zeitdauer, die ein Fahrzeug geparkt bleibt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 zeigt einen Graph, der beispielhafte Messergebnisse einer Zellenspannung gemäß einer Sauerstoffkonzentration an einer Kathode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
3 zeigt einen Graph, der beispielhafte Messergebnisse eines Stapelspannungs-Verhaltens gemäß einer Sauerstoffkonzentration an einer Kathode während einer Inbetriebnahme, nachdem ein Brennstoffzellenfahrzeug geparkt worden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Es ist zu beachten, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabgerecht sind und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen darstellen, die der Veranschaulichung der Grundsätze der Erfindung dienen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Einbauorte und Formen werden zum Teil durch die eigens dafür vorgesehene Anmeldung und die Arbeitsumgebung bestimmt.
In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Erfindung überall in den einzelnen Figuren der Zeichnungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend wird nun ausführlich auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und unterhalb beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es zu beachten, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu vorgesehen ist, die Erfindung auf jene beispielhafte Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegensatz dazu ist die Erfindung dazu vorgesehen, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern ebenso verschiedenste Alternativen, Abänderungen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen, welche innerhalb dem Geist und dem Umfang der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen bestimmt ist, umfasst sein können.
Es ist zu beachten, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Das nachstehende beispielhafte Verfahren und System kann durch eine Steuerung, die eingerichtet ist, um den nachstehenden Prozess durchzuführen, betrieben werden. Es versteht sich jedoch, dass die nachstehenden Prozesse auch durch eine Mehrzahl von Steuerungen durchgeführt werden können, die Prozessoren darauf ausführen.
Darüber hinaus kann die die vorliegende Erfindung berechnende Steuerlogik, als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuerung oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserstoff-Spülung durch Erfassen einer Änderung der Sauerstoffkonzentration gemäß der Zeitdauer, die ein Brennstoffzellenfahrzeug geparkt geblieben ist, periodisch durchgeführt wird, um zu verhindern, dass eine Übergangsstelle zwischen Sauerstoff und Wasserstoff an einer Anode durch in eine Kathode eindiffundierenden Sauerstoff in der Luft gebildet wird, während das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt ist.
Genauer gesagt wird in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Sauerstoffkonzentration an der Kathode eines Brennstoffzellenstapels gemäß der Zeitdauer gemessen, die das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt geblieben ist, nachdem das Fahrzeug zunächst abgestellt worden ist. Vorzugsweise kann die Sauerstoffkonzentration an der Kathode durch Anbringen eines Sauerstoffsensors direkt auf der Kathode gemessen werden, oder kann anderenfalls unter Verwendung eines typischen Berechnungsverfahrens auf der Grundlage von mit umgebenden Umweltfaktoren (wie Außentemperatur, Höhe, relative Luftfeuchtigkeit im Freien etc.) in Verbindung stehenden tatsächlichen Messwerten berechnet werden. Nach Messen der Sauerstoffkonzentration an der Kathode gemäß der Zeitdauer, die das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt geblieben ist, kann ein Wasserstoff-Spülzyklus der Kathode auf der Grundlage der Messergebnisse bestimmt werden und ein Beispiel davon ist in 1 dargestellt.
1 zeigt einen Graph, der eine Änderung der Sauerstoffkonzentration an der Kathode in Bezug auf die Zeitdauer, die das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt bleibt, darstellt, woraus ersichtlich ist, dass Sauerstoff von der Außenluft zunehmend in die Kathode eindiffundiert, wenn die Parkzeit zunimmt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Wasserstoff-Spülzyklus auf der Grundlage der gemessenen Daten, die die Änderung der Sauerstoffkonzentration an der Kathode gemäß der Parkzeit zeigen, bestimmt werden. Vorzugsweise wirkt sich das Ausmaß, in dem der Sauerstoff in die Kathode eindiffundiert, nicht auf die Haltbarkeit einer Membran-Elektroden-Anordnung in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aus. Somit ist es bevorzugt, dass der Wasserstoff-Spülzyklus zu dem Zeitpunkt bestimmt wird, wenn die Sauerstoffkonzentration einen vorbestimmten Schwellenwert von z. B. 0,01% überschreitet.
Besonders bevorzugt, wie in 2 dargestellt, als ein System und Verfahren zum Bestimmen des Sauerstoffkonzentrations-Schwellenwertes, kann die Leerlaufspannung (Open Circuit Voltage – OCV) für jede Sauerstoffkonzentration des Brennstoffzellenstapels nach einem zwangsweisen Einleiten von Sauerstoff in die Kathode überwacht werden und die Sauerstoffkonzentration in der Zeit, wenn die überwachte Leerlaufspannung auf einen vorbestimmten Wert ansteigt, kann als der Sauerstoffkonzentrations-Schwellenwert bestimmt werden. Hierbei bedeutet das, wenn die Leerlaufspannung größer als der vorbestimmte Wert ist, dass sich die Sauerstoffkonzentration auf einer Höhe befindet, bei welcher der in die Kathode eindiffundierende Sauerstoff, während das Fahrzeug geparkt ist, mit in der Anode verbleibenden Wasserstoff reagiert, um so ein ziemlich hohes Potential zu erzeugen, und somit wird die Membran-Elektroden-Anordnung infolgedessen durch das hohe Potential korrodiert. Somit ist es bevorzugt, dass die Leerlaufspannung unter den vorbestimmten Wert gehalten wird. Demzufolge wird durch den oberhalb beschriebenen Prozess die Sauerstoffkonzentration zu der Zeit, wenn die Leerlaufspannung auf den vorbestimmten Wert ansteigt, als der Sauerstoffkonzentrations-Schwellenwert bestimmt.
Sobald der Wasserstoff-Spülzyklus bestimmt worden ist, vorzugsweise in der oben beschriebenen Art und Weise, wird der Sauerstoff automatisch von der Kathode durch periodisches Zuführen von Wasserstoff zu der Kathode bei jedem Wasserstoff-Spülzyklus nach außen gespült. Somit wird, wenn die Konzentration von in die Kathode eindiffundierendem Sauerstoff in der Luft größer als der obige Sauerstoffkonzentrations-Schwellenwert ist, der Wasserstoff zu der Kathode zugeführt, um den Sauerstoff in und um die Kathode zu spülen, so dass die Bildung einer Übergangsstelle zwischen Wasserstoff und Sauerstoff an der Anode verhindert werden kann, während das Fahrzeug geparkt ist, wodurch in wirksamer Weise verhindert wird, dass sich die Haltbarkeit des Brennstoffzellenstapels aufgrund der Korrosion der Membran-Elektroden-Anordnung verschlechtert.
3 zeigt einen Graph, der beispielhafte Messergebnisse eines Stapelspannungs-Verhaltens gemäß der Sauerstoffkonzentration an der Kathode während einer Inbetriebnahme darstellt, nachdem ein Fahrzeug geparkt worden ist, wobei die gestrichelte Linie darstellt, dass die Sauerstoffkonzentration unterhalb dem Schwellenwert (0,01%) durch die Wasserstoff-Spülung der Kathode während dem Parken gehalten wird, und die durchgezogene Linie stellt dar, dass die Sauerstoffkonzentration oberhalb dem Schwellenwert (0,01%) gehalten wird. In 3 stellt Abschnitt (a) die erste Inbetriebnahme nach dem Parken des Brennstoffzellenfahrzeugs dar, Abschnitt (b) stellt die Wasserstoff-Spülung dar, bei welcher Wasserstoff und Luft gleichzeitig zu der Anode und der Kathode zugeführt werden, und Abschnitt (c) stellt den Abschluss der Inbetriebnahme dar. Darüber hinaus stellt die Fläche von (c) in 3 einen Bereich eines maximalen Stapel-Spannungsausgangs durch eine Brennstoffzelle bei 21% der Sauerstoffkonzentration dar, wie Sauerstoff normalerweise bei der Inbetriebnahme zugeführt wird; der Spannungsausgang innerhalb der Fläche (b) variiert abhängig von der Sauerstoffkonzentration an der Kathode; und die Spannung für (a) (d. h., '100% in Y-Achse') stellt die maximale theoretische Stapelspannung dar.
Unter Bezugnahme auf 3, wenn die Sauerstoffkonzentration bei oder oberhalb des Schwellenwertes (0,01%) gehalten wird, wird die Übergangsstelle zwischen Wasserstoff und Sauerstoff an der Anode gebildet, zu der der in die Kathode eindiffundierende Sauerstoff übertragen wird, bevor die Inbetriebnahme des Fahrzeugs abgeschlossen ist, und somit wird ein hohes Potential, z. B. 70%–80% der Leerlaufspannung mit 21% Sauerstoffgehalt erzeugt, wie dies durch die durchgezogene Linie in Abschnitt (b) dargestellt ist. Als Ergebnis wird die Zeitdauer, bei der ein hohes Potential vorliegt, verlängert, und somit kann sich die Haltbarkeit des Brennstoffzellenstapels verschlechtern.
Als Referenz verursachen die elektrochemische Reaktion, die aufgrund des Sauerstoffs in der Kathode des Brennstoffzellenstapels während einer Inbetriebnahme und Außerbetriebnahme des Brennstoffzellenfahrzeugs auftritt, und die dadurch erzeugte Leerlaufspannung eine Korrosion von mit einem Katalysator angereicherten Kohlenstoff und eine Verschlechterung der Haltbarkeit des Brennstoffzellenstapels. Demzufolge wird, um diese Probleme zu lösen, eine Sauerstoffverzehrkathode (Cathode Oxygen Depletion – COD), die eine Art von Widerstand darstellt, der in einer COD-Heizeinrichtung umfasst ist, an beide Anschlüsse des Brennstoffzellenstapels angeschlossen, um die Leerlaufspannung zu eleminieren.
Im Gegensatz dazu wird, wenn die Sauerstoffkonzentration unterhalb des Schwellenwertes (0,01%) gehalten wird, die Übergangsstelle zwischen Wasserstoff und Sauerstoff nicht gebildet, und somit wird das hohe Potential nicht erzeugt, wie dies durch die gestrichelte Linie in Abschnitt (b) dargestellt ist. Als Ergebnis ist es möglich, Sauerstoff und Luft zu der Anode beziehungsweise der Kathode ohne eine hohe potentielle Retentionszeit zuzuführen, und somit ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Haltbarkeit des Brennstoffzellenstapels aufgrund des hohen Potentials verschlechtert.
Wie oberhalb beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Wirkungen bereit.
Es ist möglich, die Bildung der Übergangsstelle zwischen Wasserstoff und Sauerstoff an der Anode durch periodisches Zuführen von Wasserstoff zu der Kathode zu verhindern, um den Sauerstoff zu spülen, wenn die Sauerstoffkonzentration an der Kathode gemäß der Parkzeit gemessen wird und die gemessene Sauerstoffkonzentration größer als ein Sauerstoffkonzentrations-Schwellenwert ist. Somit ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Haltbarkeit des Brennstoffzellenstapels aufgrund der Korrosion der Membran-Elektroden-Anordnung verschlechtert, die durch die Übergangsstelle zwischen Wasserstoff und Sauerstoff verursacht wird, wodurch die Haltbarkeit des Brennstoffzellenstapels verbessert wird.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen davon ausführlich beschrieben. Allerdings wird der Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass Änderungen in diesen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von den Grundsätzen und dem Geist der Erfindung abzuweichen, wobei deren Umfang in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten festgelegt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6887599 [0007]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, das Verfahren aufweisend: Bestimmen, durch eine Steuerung, eines Wasserstoff-Spülzyklus einer Kathode auf der Grundlage einer Sauerstoffkonzentration, die in Bezug auf eine Zeitdauer gemessen wird, die ein Brennstoffzellenfahrzeug nach Außerbetriebnahme geparkt geblieben ist; und Spülen von Sauerstoff von der Kathode durch Zuführen von Wasserstoff zu der Kathode bei jedem Wasserstoff-Spülzyklus.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wasserstoff-Spülzyklus eine Zeit darstellt, bei der die Sauerstoffkonzentration an der Kathode einen vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations-Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Sauerstoffkonzentrations-Schwellenwert als die Sauerstoffkonzentration zu einer Zeit bestimmt wird, wenn eine Leerlaufspannung für jede Sauerstoffkonzentration des Brennstoffzellenstapels, die nach zwangsweisem Einleiten von Sauerstoff in die Kathode überwacht wird, einen vorbestimmten Wert erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sauerstoffkonzentration durch einen auf der Kathode angebrachten Sauerstoffsensor gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein gleichzeitiges Zuführen von Wasserstoff und Luft zu einer Anode und der Kathode ohne ein einen vorbestimmten Wert für eine Zeitdauer während einer Inbetriebnahme überschreitendes Potential, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt worden ist.
System zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, wobei das System aufweist: eine Steuerung, die eingerichtet ist, um einen Wasserstoff-Spülzyklus einer Kathode auf der Grundlage einer Sauerstoffkonzentration zu bestimmen, die in Bezug auf eine Zeitdauer gemessen wird, die ein Brennstoffzellenfahrzeug nach Außerbetriebnahme geparkt geblieben ist, und um Sauerstoff von der Kathode durch Steuern der Zufuhr von Wasserstoff zu der Kathode bei jedem Wasserstoff-Spülzyklus zu spülen.
System nach Anspruch 6, wobei der Wasserstoff-Spülzyklus eine Zeit darstellt, bei der die Sauerstoffkonzentration an der Kathode einen vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations-Schwellenwert überschreitet.
System nach Anspruch 7, wobei der Sauerstoffkonzentrations-Schwellenwert als die Sauerstoffkonzentration zu einer Zeit bestimmt wird, wenn eine Leerlaufspannung für jede Sauerstoffkonzentration des Brennstoffzellenstapels, die nach zwangsweisem Einleiten von Sauerstoff in die Kathode überwacht wird, einen vorbestimmten Wert erreicht.
System nach Anspruch 6, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um die Zufuhr von Wasserstoff und Luft zu einer Anode und der Kathode zur gleichen Zeit ohne ein einen vorbestimmten Wert für eine Zeitdauer während einer Inbetriebnahme überschreitendes Potential zu steuern, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt worden ist.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium, das Programmbefehle umfasst, die durch eine Steuerung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems ausgeführt werden, das computerlesbare Medium aufweisend: Programmbefehle, die einen Wasserstoff-Spülzyklus einer Kathode auf der Grundlage einer Sauerstoffkonzentration bestimmt, die in Bezug auf eine Zeitdauer gemessen wird, die ein Brennstoffzellenfahrzeug nach Außerbetriebnahme geparkt geblieben ist; und Programmbefehle, die die Spülung von Sauerstoff von der Kathode durch Zuführen von Wasserstoff zu der Kathode bei jedem Wasserstoff-Spülzyklus steuern.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 10, wobei der Wasserstoff-Spülzyklus eine Zeit darstellt, bei der die Sauerstoffkonzentration an der Kathode einen vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations-Schwellenwert überschreitet.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 11, wobei der Sauerstoffkonzentrations-Schwellenwert als die Sauerstoffkonzentration zu einer Zeit bestimmt wird, wenn eine Leerlaufspannung für jede Sauerstoffkonzentration des Brennstoffzellenstapels, die nach zwangsweisem Einleiten von Sauerstoff in die Kathode überwacht wird, einen vorbestimmten Wert erreicht.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 11, ferner aufweisend Programmbefehle, die Wasserstoff und Luft zu einer Anode und der Kathode zur gleichen Zeit ohne ein einen vorbestimmten Wert für eine Zeitdauer während einer Inbetriebnahme überschreitendes Potential zuführen, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt worden ist.