DE102012222819A1 - Vorrichtung und verfahren zum starten einer brennstoffzelle - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Starten einer Brennstoffzelle, insbesondere ein Verfahren zum Starten einer Brennstoffzelle, sind offenbart, durch die das Starten einer Brennstoffzelle in einer Notsituation, wie beispielsweise wenn eine auf einem Brennstoffzellenfahrzeug montierte Hochspannungsbatterie komplett entladen ist, ohne die Unterstützung einer Hochspannungs-Leistungsquelle erzielt werden kann. Zu diesem Zweck ist ein mit einer Notluftversorgungsvorrichtung verbundener Luftversorgungsanschluss auf einer Luftversorgungsleitung ausgebildet, die zum Versorgen einer Kathode eines Brennstoffzellenstapels mit Luft vorgesehen ist, und führt die Notluftversorgungsvorrichtung bei kompletter Entladung einer Hochspannungsbatterie die Luft zum Brennstoffzellenstapel zu und ist mit dem Luftversorgungsanschluss lösbar in Eingriff gebracht.

Description

  • HINTERGRUND
  • (a) Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Starten einer Brennstoffzelle und genauer ein Verfahren zum Starten einer Brennstoffzelle, durch die während einer Notlage, wie beispielsweise wenn eine Hochspannungsbatterie, die auf einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert ist, vollständig entladen wird (d. h., die Batterie leer ist), das Starten der Brennstoffzelle ohne Unterstützung einer Hochspannungs-Leistungsquelle erzielt werden kann.
  • (b) Hintergrund der Erfindung
  • Aufgrund der jüngsten hohen Ölpreise und strengen CO2-Emissionsbeschränkungen konzentriert die Fahrzeugindustrie ihre gesamte Energie auf die Entwicklung von umweltfreundlichen Fahrzeugen, wie beispielsweise Elektrofahrzeuge mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle, rein elektrisch betriebene Fahrzeuge, etc. Unter den umweltfreundlichen Fahrzeugen erzeugt das Elektrofahrzeug mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und der Luft und treibt einen Motor mit der erzeugten Elektrizität an, um das Fahrzeug mit einer Antriebskraft zu versorgen. Zum gleichmäßigen Versorgen des Brennstoffzellenstapels mit Wasserstoff und der Luft wird ein Hochspannungsbauteil (z. B. ein Luftgebläse, eine Pumpe, etc.) verwendet und auch für das Starten der Brennstoffzelle wird ein Hochspannungsteil verwendet, das zum Speisen von Hochspannungselektrizität fähig ist.
  • Bei einem herkömmlichen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor (d. h. Benzin oder Diesel) wird bei kompletter Entladung einer Niederspannungsbatterie Leistung zur Niederspannungsbatterie gespeist (d. h., Starthilfe wird angewendet) und folglich das Anlassen ermöglicht. Bei einem umweltfreundlichen Elektrofahrzeug gibt es jedoch noch keine wirkliche Art und Weise zum leichten „Fremdstarten” einer Hochspannungsbatterie. D. h., bei einem Brennstoffzellenfahrzeug, das eine Art eines rein elektrisch betriebenen Fahrzeugs ist, wird Hochspannungselektrizität unter Verwendung einer Hochspannungsbatterie oder eines Superkondensators beim Starten der Brennstoffzelle gespeist, aber wenn die Batterie leer (d. h. vollständig entladen) ist oder die Batterie ausfällt, wird das Starten unmöglich. Dies erfordert, dass der Fahrer einen Abschleppwagen rufen und sehr hohe Reparaturgebühren und eine erhebliche Unannehmlichkeit erleiden muss.
  • Zudem speist eine stationäre Brennstoffzelle eine Hochspannung beim Starten durch Verwenden einer Hochspannungs-Stromversorgung anstelle einer Hochspannungsbatterie. Jedoch wird auch in diesem Fall das Starten auch unmöglich, wenn die Hochspannungs-Stromversorgung außer Betrieb ist oder ein Leistungsausfall auftritt. Zudem weist die stationäre Brennstoffzelle bei Verwendung derselben Beschränkungen auf, da eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) schwer als Notleistungsquelle zu verwenden ist, wenn in einem Gebäude ein Leistungsausfall auftritt.
  • Unter Berücksichtung der Schwierigkeiten, die mit dem erneuten Anlassen eines Fahrzeugs im Fall der kompletten Entladung einer Hochspannungsbatterie eines Elektrofahrzeugs mit Wasserstoff-Brennstoffzelle, eines rein elektrisch betriebenen Fahrzeugs, eines Hybridelektrofahrzeugs, etc. assoziiert werden, wurden verschiedene Pläne zum erneuten Starten vorgeschlagen, die einen Hochspannungs-Ladeanschluss, etc. enthalten. Aufgrund der Implementierungskosten und Schwierigkeit bei der Konstruktion wurde der Hochspannungs-Ladeanschluss bislang von keinem Fahrzeughersteller übernommen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
  • Folglich erfolgte die vorliegende Erfindung zum Lösen des vorangehenden Problems und liefert eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Starten einer Brennstoffzelle, durch die selbst in einer Notlage, in der eine Hochspannungs-Leistungsquelle, wie beispielsweise eine Hochspannungsbatterie, die auf einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert ist, vollständig entladen (d. h. „leer”) ist, das Starten einer Brennstoffzelle ohne Unterstützung der Hochspannungs-Leistungsquelle erzielt werden kann.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Starten einer Brennstoffzelle geliefert, bei der ein Luftversorgungsanschluss, der mit einer Notluftversorgungsvorrichtung in Eingriff gebracht werden kann, auf einer Luftversorgungsleitung ausgebildet ist, die eine Kathode eines Brennstoffzellenstapels mit Luft versorgt, und die Notluftversorgungsvorrichtung, die den Brennstoffzellenstapel mit Luft versorgt, wenn die Hochspannungsbatterie vollständig entladen ist, mit dem Luftversorgungsanschluss lösbar in Eingriff steht.
  • Vorzugsweise kann die Notluftversorgungsvorrichtung auf der Luftversorgungsleitung eines Luftgebläses lösbar montiert werden. Insbesondere kann die Notluftversorgungsvorrichtung eine beliebige Einrichtung enthalten, die aus einem Druckluftzylinder und einem mit der Druckluft gefüllten Druckgefäß und einem mit Niederspannungsleistung arbeiteten Gebläse ausgewählt wird. Zudem kann ein Absperrventil einer manuellen oder automatischen Steuerungsart auf der Lufteinlassleitung eines Luftgebläses montiert sein.
  • Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Starten einer Brennstoffzelle geliefert, das in einer Notsituation, in der eine Hochspannungsbatterie vollständig entladen ist, das in Eingriff Bringen einer Notluftversorgungsvorrichtung mit einem Luftversorgungsanschluss, der auf einer Lufteinlassleitung eines Luftgebläses ausgebildet ist, das Zuführen der Druckluft in die Notluftversorgungsvorrichtung zu einer Kathode des Brennstoffzellenstapels und das Erzeugen von Elektrizität in dem Brennstoffzellenstapel durch eine elektrochemische Reaktion zwischen der der Kathode des Brennstoffzellenstapels zugeführten Luft und dem einer Anode des Brennstoffzellenstapels zugeführten Wasserstoffs enthält.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die oben erwähnten und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun in Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform derselben detailliert beschrieben werden, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht ist, die nachstehend nur zur Veranschaulichung dienen und die vorliegende Erfindung folglich nicht beschränken und in denen:
  • 1 eine schematische Darstellung ist, die eine Vorrichtung zum Starten einer Brennstoffzelle nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine schematische Darstellung ist, die eine herkömmliche Vorrichtung zum Starten einer Brennstoffzelle zeigt; und
  • 3 eine schematische Darstellung zum Beschreiben einer Struktur eines auf einem Brennstoffzellenfahrzeugs montierten Brennstoffzellensystems ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Nachstehend wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben werden, um jemandem mit technischen Fähigkeiten zu ermöglichen die vorliegende Erfindung leicht auszuführen.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine” und „der/die/das” auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird ferner klar sein, dass die Ausdrücke „weist auf” und/oder „aufweisend”, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder” irgendeine oder alle Kombinationen aus einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Gegenstände.
  • Es ist klar, dass der Ausdruck „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-” oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, der hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen enthält, wie beispielsweise Personenkraftwagen, die Geländefahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Geschäftswagen enthalten, Wasserfahrzeuge, die eine Vielzahl an Booten und Schiffen enthalten, Luftfahrzeuge und Ähnliches, und Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybrid-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Brennstoffen enthält (z. B. Brennstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl gewonnen werden). Wie hierin bezeichnet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, wie beispielsweise sowohl benzinbetriebene als auch durch eine Brennstoffzelle elektrisch betriebene Fahrzeuge.
  • Zunächst wird zum Erleichtern des Verständnisses der vorliegenden Erfindung die Struktur eines Brennstoffzellensystems beschrieben werden, das auf einem Elektrofahrzeug mit Wasserstoff-Brennstoffzelle montiert ist. Das auf dem Brennstoffzellenfahrzeug montierte Brennstoffzellensystem kann ein Brennstoffversorgungssystem, das einen Brennstoffzellenstapel mit einem Brennstoff (Wasserstoff) versorgt, ein Luftversorgungssystem, das ein Luftgebläse und eine Befeuchtungsvorrichtung enthält, zum Versorgen des Brennstoffzellenstapels mit Luftsauerstoff, der als Oxidationsmittel dient, das zur elektrochemischen Reaktion erforderlich ist, ein System 40 zum Regeln bzw. Steuern von Wärme und Wasser zum Steuern einer Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels usw. enthalten.
  • Wie in 3 gezeigt, kann das Brennstoffversorgungssystem 20 einen Wasserstofftank 21 der zum Versorgen einer Brennstoffanode eines Brennstoffzellenstapels 10 mit Wasserstoff vorgesehen ist, ein Wasserstoffversorgungsgebläse 22, das zum erneuten Zuführen eines Anteils des Wasserstoffes vorgesehen ist, der im Stapel 10 zur Reaktion gebracht wurde, usw. enthalten. Das Luftversorgungssystem 30 kann einen Filter 31, der zum Filtern von Fremdsubstanzen aus der Luft vorgesehen ist, ein Luftgebläse 32, das zum Ansaugen der gefilterten Luft vorgesehen ist, eine Befeuchtungsvorrichtung 33, die zum Befeuchten der trockenen Luft und Versorgen einer Kathode des Stapels 10 mit der befeuchteten Luft vorgesehen ist, usw. enthalten. Das System 40 zum Steuern von Wärme und Wasser kann derart strukturiert sein, dass eine Wasserpumpe 41, ein Vibrationsthermostat 43, ein Kühler 42, etc. in Richtung von einem Kühlwasserauslass zu einem Kühlwassereinlass sequentiell angeordnet sind.
  • Insbesondere muss für das Starten einer Brennstoffzelle ein Hochspannungselement, wie beispielsweise das Luftgebläse 32, arbeiten und zu diesem Zweck ist zum Versorgen jedes Hochspannungselementes mit Leistung eine Hochspannungs-Leistungsversorgungseinrichtung, wie beispielsweise eine Hochspannungsbatterie 50 oder ein Superkondensator, darin montiert, um dies während des normalen Betriebs zu tun. Auch nutzen das Wasserstoffversorgungsgebläse 22 und die Wasserpumpe 41 Leistung von einer 12 V-Hilfsbatterie (nicht gezeigt), damit dieselben ohne Problem beim Startprozess arbeiten können.
  • Wenn jedoch, wie zuvor erwähnt wurde, die Hochspannungsbatterie 50 vollständig entladen ist oder ausfällt, kann das Luftgebläse 32 nicht arbeiten und daher wird das Starten der Brennstoffzelle unmöglich. Folglich wurde zum Liefern eines Verfahrens zum Anlassen des Fahrzeugs, sobald die Hochspannungsbatterie ausgefallen ist, vorgeschlagen, dass, wie in 2 gezeigt, ein externer Ladeanschluss 52 innerhalb des Fahrzeugs montiert ist und zum Versorgen und Laden der Hochspannungsbatterie 50 mit externer Leistung vorgesehen sei. Sobald die Hochspannungsbatterie 50 durch den externen Ladeanschluss 52 aufgeladen wurde, kann eine Hochspannungs-Versorgungsvorrichtung 54 angetrieben werden.
  • Diese Lösung erfordert jedoch hohe Entwicklungskosten zum Implementieren des externen Ladeanschlusses 52 und die Gestaltung und Konstruktion zum Montieren des externen Ladeanschlusses 52 sind schwer zu erzielen. Aus diesem Grund wurde der externe Ladeanschluss 52 noch nicht von Fahrzeugherstellern übernommen. Folglich besteht eine Notwendigkeit einer Lösung zum Starten für ein Brennstoffzellenfahrzeug in einer Notlage, die durch die komplette Entladung der Hochspannungsbatterie 50 verursacht wird.
  • Zu diesem Zweck liefert die vorliegende Erfindung anstelle eines Luftgebläses (das Leistung der Hochspannungsbatterie 50 erfordert) eine Notluftversorgungsvorrichtung (z. B. einen Druckluftzylinder), die zum Zuführen von Luft zu einem Brennstoffzellenstapel vorgesehen ist, wenn die Hochspannungsbatterie 50 komplett entladen ist.
  • Wie in 1 gezeigt, ist eine Notluftversorgungsvorrichtung 60 nach der vorliegenden Erfindung an einer Einlassposition einer Kathode eines Brennstoffzellenstapels 10, vorzugsweise auf einer Lufteinlassleitung 34 eines Luftgebläses 32, lösbar montiert. Für die Notluftversorgungsvorrichtung 60 können beispielsweise ein Druckluftzylinder/Druckgefäß oder ein über eine Niederspannungs-Leistungsquelle (z. B. eine Batterie, etc.) arbeitendes Gebläse verwendet werden.
  • An einer Lufteinlassleitung 34 des Luftgebläses 32 ist ein Luftversorgungsanschluss 62 ausgebildet, der mit der Notluftversorgungsvorrichtung 60 auf eine Weise eines Schnellanschluss-Eingriffs direkt verbunden werden kann (z. B. sehr ähnlich wie das in Eingriff Bringen einer Butangasdose mit einem tragbaren Gaskocher).
  • Vorzugsweise ist ferner ein Absperrventil 64 der manuellen oder automatischen Steuerungsart auf der Lufteinlassleitung 34 montiert, so dass das Absperrventil 64 normalerweise geschlossen ist und zur Luftzuführung offen ist, wenn die Notluftversorgungsvorrichtung 60 mit demselben in Eingriff steht.
  • Hiernach erfolgt eine Beschreibung eines Verfahrens zum Starten einer Brennstoffzelle nach der vorliegenden Erfindung basierend auf der obigen Struktur. Wenn eine Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie 50 in einem Normalzustand gehalten wird, arbeitet das Luftgebläse 32 normalerweise unter Verwendung der Hochspannungsbatterie 50 als Leistungsquelle, so dass das Absperrventil 64, das auf der Lufteinlassleitung 34 des Luftgebläses 32 montiert ist, geschlossen gehalten wird.
  • In einer Notsituation, in der die Hochspannungsbatterie 50 vollständig entladen ist, wird zum temporären Zuführen der Luft zum Brennstoffzellenstapel 10 durch das Luftgebläse 32 die Notluftversorgungsvorrichtung 60 mit dem Luftversorgungsanschluss 62, der auf der Lufteinlassleitung 34 des Luftgebläses 32 ausgebildet ist, in Eingriff gebracht und dann das Absperrventil 64 geöffnet. D. h., der Druckluftzylinder/das Druckgefäß, das mit Druckluft gefüllt ist, oder ein mit Niederspannungsleistung arbeitendes Gebläse können selektiv mit dem Luftversorgungsanschluss 62, der auf einer Lufteinlassleitung 34 des Luftgebläses 32 ausgebildet ist, auf die zuvor erwähnte Weise eines Schnellanschluss-Eingriffs verbunden werden. Daher strömt die Druckluft in der Notluftversorgungsvorrichtung 60 durch das Luftgebläse 32 und die Befeuchtungsvorrichtung und wird dann der Kathode des Brennstoffzellenstapels 10 zur Verfügung gestellt.
  • In diesem Zustand arbeitet das Wasserstoffversorgungsgebläse 22 unter Verwendung einer 12 V-Hilfsbatterie, die in dem Fahrzeug als Leistungsquelle montiert ist, so dass Wasserstoff in einem Wasserstofftank einer Anode des Brennstoffzellenstapels 10 zugeführt wird. Folglich kann der Brennstoffzellenstapel 10 unter Verwendung einer elektrochemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und der Luft Elektrizität erzeugen. D. h., die Oxidation des Wasserstoffs wird in der Anode des Brennstoffzellenstapels 10 durchgeführt, wobei Protonen und Elektronen erzeugt werden, und die erzeugten Protonen und Elektronen bewegen sich durch eine Elektrolytschicht bzw. eine Trennplatte zur Kathode. In der Kathode wird durch eine elektrochemische Reaktion zwischen den Protonen und Elektronen, die von der Anode kommen, und Sauerstoff in der Luft Wasser erzeugt und zugleich elektrische Energie aus dem Elektronenfluss erzeugt. zu dieser zeit wird Hochspannung, die im Brennstoffzellenstapel 10 erzeugt wird, dem Luftgebläse 32, das ein Hochspannungselement ist, durch die Hochspannungs-Versorgungsvorrichtung 54 zugeführt, so dass das Luftgebläse 32 normal arbeiten kann.
  • Nach dem normalen Starten der Brennstoffzelle wird die Notluftversorgungsvorrichtung 60 entfernt und das Absperrventil 64 geschlossen. Die Notluftversorgungsvorrichtung 60 kann bei Bedarf später erneut verwendet werden. An sich kann selbst beim Auftreten einer kompletten Entladung einer Hochspannungsbatterie durch Verwenden einer Notluftversorgungsvorrichtung das Starten einer Brennstoffzelle, d. h. die Elektrizitätserzeugung eines Brennstoffzellenstapels, erzielt werden, so dass bei einer Situation einer kompletten Entladung einer Hochspannungsbatterie eines Brennstoffzellenfahrzeugs Abhilfe geschaffen werden kann und eine Maßnahme vor Ort ergriffen werden kann, wobei folglich die Annehmlichkeit, Verkäuflichkeit, Stabilität, etc. des Brennstoffzellenfahrzeugs verbessert werden.
  • Vorteilhafterweise kann nach der vorliegenden Erfindung das Starten einer Brennstoffzelle durch das Ergreifen einer einfachen Maßnahme zum in Eingriff Bringen einer Notluftversorgungsvorrichtung mit einer Luftversorgungsleitung auf eine Weise eines Schnellanschluss-Eingriffs selbst in einer Notlage erzielt werden, in der eine Hochspannungsbatterie eines Brennstoffzellenfahrzeugs entladen ist, und dadurch dem Fahrer ermöglicht werden eine Maßnahme vor Ort direkt zu ergreifen, wenn die Hochspannungsbatterie des Brennstoffzellenfahrzeugs komplett entladen wurde, und folglich die Annehmlichkeit, Verkäuflichkeit, Stabilität, etc. des Brennstoffzellenfahrzeugs verbessert werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Brennstoffzellenstapel
    20
    Brennstoffversorgungssystem
    21
    Wasserstofftank
    22
    Wasserstoffversorgungsgebläse
    30
    Luftversorgungssystem
    31
    Filter
    32
    Luftgebläse
    33
    Befeuchtungsvorrichtung
    40
    System zum Steuern von Wärme und Wasser
    41
    Wasserpumpe
    42
    Kühler
    50
    Hochspannungsbatterie
    52
    Externer Ladeanschluss
    54
    Hochspannungs-Versorgungsvorrichtung
    60
    Notluftversorgungsvorrichtung
    62
    Luftversorgungsanschluss
    64
    Absperrventil

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Starten einer Brennstoffzelle mit: einem Luftversorgungsanschluss, der mit einer Notluftversorgungsvorrichtung verbunden ist, wobei der Luftversorgungsanschluss auf einer Luftversorgungsleitung ausgebildet ist, die eine Kathode eines Brennstoffzellenstapels mit Luft versorgt; und wobei die Notluftversorgungsvorrichtung mit dem Luftversorgungsanschluss lösbar in Eingriff steht und den Brennstoffzellenstapel mit Luft versorgt, wenn eine Hochspannungsbatterie komplett entladen wurde.
  2. Vorrichtung zum Starten einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Notluftversorgungsvorrichtung auf der Luftversorgungsleitung eines Luftgebläses lösbar montiert ist.
  3. Vorrichtung zum Starten einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Notluftversorgungsvorrichtung aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Druckluftzylinder, einem mit der Druckluft gefüllten Druckgefäß und einem über Niederspannungsleistung arbeitenden Gebläse besteht.
  4. Vorrichtung zum Starten einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei ein Absperrventil der manuellen oder automatischen Steuerungsart auf der Lufteinlassleitung eines Luftgebläses zwischen einem Filter und dem Luftversorgungsanschluss montiert ist.
  5. Verfahren zum Starten einer Brennstoffzelle mit: in Eingriff Bringen einer Notluftversorgungsvorrichtung mit einem auf einer Lufteinlassleitung eines Luftgebläses ausgebildeten Luftversorgungsanschlusses in einer Notsituation, in der eine Hochspannungsbatterie vollständig entladen ist; Versorgen einer Kathode eines Brennstoffzellenstapels mit Druckluft in der Notluftversorgungsvorrichtung; und Erzeugen von Elektrizität im Brennstoffzellenstapel durch eine elektrochemische Reaktion zwischen der der Kathode des Brennstoffzellenstapels zugeführten Luft und dem einer Anode des Brennstoffzellenstapels zugeführten Wasserstoffs in Erwiderung auf das Aufnehmen der Druckluft durch die Kathode.
  6. Verfahren zum Starten einer Brennstoffzelle nach Anspruch 5, wobei die Notluftversorgungsvorrichtung aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Druckluftzylinder und einem mit der Druckluft gefüllten Druckgefäß und einem mit Niederspannungsleistung arbeitenden Gebläse besteht, um die Kathode des Brennstoffzellenstapels temporär mit Luft zu versorgen, wenn die Hochspannungsbatterie vollständig entladen ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4044303A1 (de) * 2021-02-16 2022-08-17 KNORR-BREMSE Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Luftversorgung einer brennstoffzelle
DE102022121606A1 (de) 2022-08-26 2024-02-29 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Brennstoffzellenbetriebsvorrichtung und Brennstoffzellenbetriebsverfahren

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101567695B1 (ko) 2014-05-21 2015-11-10 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 비상시동 방법 및 시스템
KR101795175B1 (ko) 2015-12-07 2017-11-08 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 시동/셧다운 방법
KR101846687B1 (ko) * 2016-07-21 2018-04-09 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 재시동 시스템과 제어기 및 재시동 방법
CN110061263A (zh) * 2018-01-19 2019-07-26 郑州宇通客车股份有限公司 一种混合式燃料电池空气子系统、车辆及控制方法
JP7012589B2 (ja) * 2018-04-18 2022-02-14 株式会社豊田自動織機 燃料電池式産業車両
TW202201169A (zh) * 2020-06-23 2022-01-01 大陸商光寶電子(廣州)有限公司 備援電池系統
CN112373355B (zh) * 2020-11-16 2022-08-19 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种氢能燃料电池汽车的热管理系统及控制方法
CN112615027A (zh) * 2020-12-07 2021-04-06 国网北京市电力公司 一种燃料电池发电车及其点火方法
JP2022106335A (ja) * 2021-01-07 2022-07-20 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
CN114094143A (zh) * 2021-11-23 2022-02-25 中国第一汽车股份有限公司 燃料电池系统及其运行方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3408668B2 (ja) * 1995-07-25 2003-05-19 三菱重工業株式会社 固体高分子型燃料電池
GB9722124D0 (en) * 1997-10-20 1997-12-17 European Community A reactor
US6007930A (en) * 1998-05-06 1999-12-28 Ford Global Technologies, Inc. Method for initiating a fuel cell
US6616424B2 (en) 2000-08-25 2003-09-09 General Motors Corporation Drive system and method for the operation of a fuel cell system
DE10047200A1 (de) * 2000-09-23 2002-08-29 Xcellsis Gmbh Startvorrichtung für mobile Brennstoffzellensysteme
KR20040005144A (ko) * 2002-07-08 2004-01-16 현대자동차주식회사 연료 전지 에어 공급장치
JP2004247052A (ja) 2003-02-10 2004-09-02 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
DE10308473B4 (de) * 2003-02-20 2005-11-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Inbetriebnahme/Außerbetriebnahme eines Brennstoffzellensystems
JP4756307B2 (ja) * 2004-07-01 2011-08-24 東芝燃料電池システム株式会社 燃料電池発電システムとその操作制御方法
DE102004058430B4 (de) * 2004-12-03 2010-07-29 Airbus Deutschland Gmbh Versorgungssystem zur Energieversorgung in einem Luftfahrzeug, Luftfahrzeug und Verfahren zum Versorgen eines Luftfahrzeugs mit Energie
DE102005004426A1 (de) * 2005-01-31 2006-08-10 P21 - Power For The 21St Century Gmbh Brennstoffzellensystem mit Druckluftbetrieb
DE102005010399B4 (de) * 2005-03-07 2010-08-05 Airbus Deutschland Gmbh Luftfahrzeug mit einem Brennstoffzellen-Notsystem und Verfahren zur außenluftunabhängigen Energie-Notversorgung
JP2006278264A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Toshiba Corp 燃料電池システム
JP5000865B2 (ja) * 2005-07-20 2012-08-15 東芝燃料電池システム株式会社 燃料電池発電システム及びその保守方法
GB0604597D0 (en) * 2006-03-07 2006-04-19 Dfc Energy Ltd A fuel cell assembly
KR20070106334A (ko) 2006-04-29 2007-11-01 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 공기공급기의 제어방법
JP5135784B2 (ja) * 2006-12-14 2013-02-06 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池の電極内部に残留する不純物の除去方法
JP2008166022A (ja) * 2006-12-27 2008-07-17 Yamaha Motor Co Ltd 燃料電池システムおよびその運転方法
JP2009087862A (ja) * 2007-10-02 2009-04-23 Mitsubishi Materials Corp 燃料電池の運転停止方法および燃料電池発電装置
US20100021778A1 (en) * 2008-07-25 2010-01-28 Lynntech, Inc. Fuel cell emergency power system
JP2011181474A (ja) * 2010-03-04 2011-09-15 Panasonic Corp 燃料電池システム
JP5609205B2 (ja) * 2010-03-26 2014-10-22 三菱マテリアル株式会社 燃料電池システム
KR20120020686A (ko) * 2010-08-31 2012-03-08 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 비상 시동 장치 및 방법
KR101090714B1 (ko) 2010-10-25 2011-12-08 현대자동차주식회사 연료전지 차량용 고전압 구동부품 시동 장치 및 이의 제어 방법
JP2016006022A (ja) * 2014-06-20 2016-01-14 株式会社カネカ イオン液体およびその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4044303A1 (de) * 2021-02-16 2022-08-17 KNORR-BREMSE Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Luftversorgung einer brennstoffzelle
DE102022121606A1 (de) 2022-08-26 2024-02-29 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Brennstoffzellenbetriebsvorrichtung und Brennstoffzellenbetriebsverfahren

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