DE102014212495A1

DE102014212495A1 - Brennstoffzellenvorrichtung mit einem einen Thermoisolierbehälter aufweisenden Brennstoffzellenstapel und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung

Info

Publication number: DE102014212495A1
Application number: DE102014212495.6A
Authority: DE
Inventors: Peter c/o Ballard Power Systems Bach; Ryan c/o Ballard Power Systems Paddon; Mark c/o Ballard Power Systems Hollet; Robert c/o Ballard Power Systems Croft
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2015-12-31
Also published as: WO2015197339A1; US20180198138A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung. Um die Brennstoffzellenvorrichtung bei einem Kaltstart effizient aufwärmen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Brennstoffzellenstapel (1) der Brennstoffzellenvorrichtung einen Thermoisolierbehälter (5) für Temperierfluid aufweist und das Temperierfluid beim Start der Brennstoffzellenvorrichtung aus dem Thermoisolierbehälter (5) in wenigstens eine Brennstoffzelle (2) des Brennstoffzellenstapels (1) geleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einem Brennstoffzellenstapel, der mindestens eine zwischen zwei Endplatten angeordnete Brennstoffzelle aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, bei dem die Brennstoffzellenvorrichtung mit einem Temperierfluid temperiert wird.
Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben von Brennstoffzellenvorrichtungen sind allgemein bekannt. Bei einem Kaltstart der Brennstoffzellenvorrichtung, also wenn diese beim Start eine Temperatur aufweist, die unterhalb eines optimalen Betriebstemperaturbereichs liegt, werden bekannte Brennstoffzellenvorrichtungen durch von der wenigstens einen Brennstoffzelle erzeugten Abwärme erwärmt, bis die Betriebstemperatur der Brennstoffzellenvorrichtung innerhalb des optimalen Betriebstemperaturbereiches liegt. Ein Aufwärmen der Brennstoffzellenvorrichtung mithilfe der Abwärme der Brennstoffzellen kann gerade bei einer geringen Last jedoch sehr lange dauern. Folglich ist bekannt, die Brennstoffzellenvorrichtung mithilfe eines Heizelementes beim Start aufzuheizen. Die vom Heizelement benötigte Energie kann von der Brennstoffzellenvorrichtung bereitgestellt werden. Die für das Heizelement bereitgestellte Energie steht dann jedoch nicht mehr für andere an die Brennstoffzellenvorrichtung angeschlossene Verbraucher zur Verfügung. Ferner steigt der Verbrauch an Betriebsmedien der Brennstoffzellenvorrichtung.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzellenvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung bereitzustellen, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung bei einem Kaltstart schnell und effizient aufgewärmt werden kann.
Für die eingangs genannte Brennstoffzellenvorrichtung ist die Erfindung dadurch gelöst, dass der Brennstoffzellenstapel einen Thermoisolierbehälter für ein Temperierfluid zum Temperieren der Brennstoffzellenvorrichtung aufweist. Die Aufgabe ist für das eingangs genannte Verfahren dadurch gelöst, dass das eine Restwärme aus vorherigem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung aufweisende Temperierfluid bei einem Startvorgang der Brennstoffzellenvorrichtung zum Aufwärmen der Brennstoffzellenvorrichtung verwendet wird.
Dadurch, dass das aufgewärmte Temperierfluid im Thermoisolierbehälter bereitgestellt wird, sinkt dessen Temperatur im Vergleich zum Brennstoffzellenstapel nur langsam, sodass bei einem normalen Betriebszyklus der Brennstoffzellenvorrichtung in dem im Thermoisolierbehälter enthaltenen Temperierfluid eine ausreichende Wärmemenge zum beschleunigten Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels enthalten ist. Das Temperierfluid ist insbesondere ein Wasser-Alkohol-Gemisch. Die Brennstoffzellenvorrichtung braucht beim Start nicht Energie nur für das Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels bereitzustellen, sodass die von der Brennstoffzellenvorrichtung beim Start zur Verfügung stellbare Energie externen Verbrauchern der Brennstoffzellenvorrichtung zur Verfügung steht.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte und, sofern nicht anders ausgeführt, beliebig miteinander kombinierbarer Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen.
So kann der Thermoisolierbehälter an einer der Endplatten angebracht sein. Hierdurch kann der Brennstoffzellenstapel kompakt ausgebildet sein, und es sind keine langen Leitungen zwischen dem Thermoisolierbehälter und dem Brennstoffzellenstapel notwendig. Beim Transport durch lange Leitungen könnte das Temperierfluid Wärme abgeben und somit den Brennstoffzellenstapel beim Start nicht ausreichend oder langsamer als ansonsten aufwärmen. Thermisch isolierte Leitungen sind teuer und benötigen noch mehr Bauraum als normale lange Leitungen.
Oftmals sind die Brennstoffzellen zwischen den Endplatten verspannt, sodass zwischen den Endplatten ein hoher Druck auf die Brennstoffzellen herrscht. Sollte der Thermoisolierbehälter ausreichend stabil ausgebildet sein, so kann er wie die wenigstes eine Brennstoffzelle zwischen den Endplatten angeordnet und von diesen verspannt sein. Sollte der Thermoisolierbehälter den innerhalb des Brennstoffzellenstapels wirkenden Kräften nicht dauerhaft widerstehen können oder falls ein Thermoisolierbehälter, der diesen Kräften widerstehen kann, zu schwer ist, kann die Endplatte, an der der Thermoisolierbehälter angebracht ist, zwischen dem Thermoisolierbehälter und der zumindest einen Brennstoffzelle angeordnet sein. Der Thermoisolierbehälter ist also vorzugsweise nicht zwischen den Endplatten angeordnet, sodass auf den Thermoisolierbehälter nicht die auf die mindestens eine Brennstoffzelle einwirkenden Kräfte wirken.
Damit der Brennstoffzellenstapel kompakt aufgebaut und einfach in der Brennstoffzellenvorrichtung eingebaut werden kann, kann die Endplatte, an der der Thermoisolierbehälter angebracht ist, den Thermoisolierbehälter und die zumindest eine Brennstoffzelle Temperierfluid leitend miteinander verbinden. Beispielsweise kann die Endplatte wenigstens einen Temperierfluidtunnel aufweisen, der den Thermoisolierbehälter Fluid leitend mit der zumindest einen Brennstoffzelle verbindet.
Oftmals weisen Brennstoffzellenvorrichtungen einen Temperierpfad zur Leitung des Temperierfluids und zum Temperieren der Brennstoffzellen auf. Insbesondere kann sich der Temperierpfad durch die wenigstens eine Brennstoffzelle erstrecken, damit das durch den Temperierpfad geleitete Temperierfluid Wärme mit der wenigstens einen Brennstoffzelle austauschen kann. Zusätzlich kann sich der Temperierpfad durch den Thermoisolierbehälter erstrecken, sodass kein separat ausgebildeter Temperierpfad notwendig ist.
Sollte die thermische Isolierung des Thermoisolierbehälters nicht ausreichen, um die Temperatur des im Thermoisolierbehälter angeordneten Temperierfluids bei einem Stillstand der Brennstoffzellenvorrichtung an einem zu starken Absinken zu hindern oder falls die Brennstoffzellenvorrichtung über einen langen Zeitraum stillsteht, kann der Thermoisolierbehälter ein Heizelement aufweisen, mit dem das im Thermoisolierbehälter angeordnete Temperierfluid beheizbar ist. Besonders effizient kann das Temperierfluid mit dem Heizelement erwärmt werden, wenn das Heizelement in einem freien Volumen für das Temperierfluid angeordnet ist und somit das Temperierfluid direkt kontaktieren kann. Insbesondere kann das Temperierfluid gerade beim Stillstand der Brennstoffzellenvorrichtung beheizt werden, um ein Absinken der Temperatur des im Thermoisolierbehälter angeordneten Temperierfluids unterhalb einer vorbestimmten Mindesttemperatur zu verhindern. Beispielsweise liegt die vorbestimmte Mindesttemperatur bei 40°C. Bei gut thermisch isolierenden Thermoisolierbehältern kann das Temperierfluid im Thermoisolierbehälter, ohne viel Leistung zu benötigen, auf der Mindesttemperatur, beispielsweise 40°C, gehalten werden, selbst wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist und bei zum Beispiel –28°C liegt. Da zum Beheizen des Temperierfluids dann lediglich 5 Watt elektrischer Leistung notwendig sind, kann die Temperatur des Temperierfluids im Thermoisolierbehälter ohne weiteres über einen langen Zeitraum und beispielsweise mehrere Tage auf oder über der Mindesttemperatur gehalten werden. Die elektrische Energie kann von der Brennstoffzellenvorrichtung oder einer elektrische Energie speichernden und von der Brennstoffzellenvorrichtung in deren Betrieb elektrische Energie empfangenden Speichereinrichtung, etwa eine wieder aufladbare Batterie oder ein Kondensator, zur Verfügung gestellt werden.
Damit das Temperierfluid aus dem Thermoisolierbehälter zu den Brennstoffzellen befördert werden kann, kann die Brennstoffzellenvorrichtung eine Temperierfluidpumpe aufweisen, die den Thermoisolierbehälter Temperierfluid leitend mit den Brennstoffzellen verbindet. Insbesondere kann mit der Temperierfluidpumpe Temperierfluid zwischen dem Thermoisolierbehälter und der Brennstoffzelle förderbar sein. Die Temperierfluidpumpe ist beispielsweise im Thermoisolierbehälter oder in beziehungsweise an der Endplatte, an der der Thermoisolierbehälter angebracht ist, angeordnet. Zum Beispiel kann die Temperierfluidpumpe im Temperierfluidtunnel angeordnet sein, sodass sich der vom Brennstoffzellenstapel benötigte Bauraum nicht erhöht. Die Temperierfluidpumpe ist vorzugsweise eine gesondert bereitgestellte Pumpe, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung eine weitere Temperierfluidpumpe aufweisen kann, die im normalen Betrieb der Temperierfluidpumpe Temperierfluid durch den Temperierpfad fördert.
Um zu vermeiden, dass das vorgewärmte und im Thermoisolierbehälter zu speichernde Temperierfluid aus diesem ungewollt herausläuft oder sich mit kälterem Temperierfluid im Thermoisolierbehälter vermischt, kann die Brennstoffzellenvorrichtung wenigstens ein Sperrventil aufweisen, mit dem ein Temperierfluidstrom zwischen dem Thermoisolierbehälter und der Brennstoffzelle unterbrechbar sein. Mit dem Sperrventil kann der Thermoisolierbehälter vom restlichen Temperierpfad beispielsweise trennbar sein. Insbesondere kann mit dem wenigstens einen Sperrventil das vom Thermoisolierbehälter umschlossene Volumen vom restlichen Temperierpfad abtrennbar sein. Das Sperrventil ist beispielsweise in oder an der am Thermoisolierbehälter befestigten Endplatte und beispielsweise im sich durch die Endplatte erstreckenden Temperierfluidkanal angeordnet, sodass sich der von der Brennstoffzellenvorrichtung benötigte Bauraum durch das wenigstens eine Sperrventil nicht erhöht.
Damit das Temperierfluid ohne Weiteres in den Thermoisolierbehälter fließen kann, kann dieser eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweisen, sodass der Temperierpfad sich in den Thermoisolierbehälter hinein und wieder aus diesem heraus erstrecken kann, ohne dass sich der Temperierpfad dabei selbst überlappt. Somit kann das Temperierfluid einfach in den Thermoisolierbehälter hinein, durch diesem hindurch und/oder aus diesem heraus fließen.
Die Restwärme kann dem Temperierfluid insbesondere aus Abwärme der Brennstoffzellenvorrichtung entnommen werden.
Insbesondere vor einem Startvorgang der Brennstoffzellenvorrichtung kann dem die Restwärme aufweisenden Temperierfluid zusätzlich Wärme zugeführt werden, falls dessen Temperatur unterhalb der vorgegebenen Mindesttemperatur liegt. Oftmals werden Brennstoffzellenvorrichtungen in regelmäßig wiederkehrenden Zeiträumen in Betrieb genommen, sodass die Temperatur des Temperierfluids automatisch erhöht werden kann, wenn sich ein wiederkehrender Startvorgang nähert. Beispielsweise werden Kraftfahrzeuge, die zumindest teilweise mit von der Brennstoffzellenvorrichtung bereitgestellter elektrischer Energie antreibbar sind, an Wochentagen regelmäßig morgens in Betrieb genommen, um mit dem Kraftfahrzeug zur Arbeit zu fahren. Stationäre Brennstoffzellenvorrichtungen, die beispielsweise elektrische Energie für Wohnhäuser oder Industrie- beziehungsweise Bürogebäude bereitstellen, werden ebenfalls oftmals morgens in Betrieb genommen. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein in der mindestens einen Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels der Brennstoffzellenvorrichtung enthaltenes Temperierfluid zumindest teilweise durch das Temperierfluid mit der Restwärme ersetzt werden, um die wenigstens eine Brennstoffzelle vorzuwärmen. Hierzu kann beispielsweise ein im Thermoisolierbehälter für das Temperierfluid vorhandenes Volumen im Wesentlichen dem Volumen des Temperierpfades zwischen den Endplatten, also an beziehungsweise in den Brennstoffzellen, entsprechen oder größer sein als dieses Volumen, sodass innerhalb der Brennstoffzellen enthaltenes Temperierfluid mit dem Thermoisolierbehälter aufnehmbaren Temperierfluid ersetzt werden kann.
Die Erfindung ist nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung,
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung.
Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
Zunächst sind Aufbau und Funktion einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 1 beschrieben.
1 zeigt einen Brennstoffzellenstapel 1 der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung schematisch in einer perspektivischen Darstellung. Der Brennstoffzellenstapel 1 weist wenigstens eine und insbesondere mehrere Brennstoffzellen 2 auf, die zwischen zwei Endplatten 3, 4 des Brennstoffzellenstapels 1 angeordnet und beispielsweise verspannt beziehungsweise zusammengedrückt sind. Die wenigstens eine Brennstoffzelle 2 kann zwei Bipolarplatten sowie wenigstens eine sogenannte Membran-Elektroden-Einheit aufweisen. Die Bipolarplatten können Betriebsmedien, wie etwa Wasserstoff und Luft, zur Membran-Elektroden-Einheit leiten, wo die Betriebsmedien zur Erzeugung elektrischer Energie miteinander reagieren. Ferner können die Bipolarplatten ein Temperierfluid an der Membran-Elektroden-Einheit vorbei und insbesondere durch die Brennstoffzelle 2 hindurchleiten, um die Brennstoffzelle 2 zu temperieren.
Der Brennstoffzellenstapel weist ferner einen Thermoisolierbehälter 5 auf, in dem ein Temperierfluid zum Temperieren der Brennstoffzellenvorrichtung speicherbar ist. Beispielsweise ist der Thermoisolierbehälter 5 an der Endplatte 3 angebracht beziehungsweise befestigt, wobei die Endplatte 3 vorzugsweise zwischen der wenigstens einen Brennstoffzelle 2 und dem Thermoisolierbehälter 5 angeordnet ist. Ein zwischen den Endplatten 3, 4 herrschender und auf die wenigstens eine Brennstoffzelle 2 einwirkender Druck wird also nicht an den Thermoisolierbehälter 5 geleitet.
Damit das im Betrieb durch die wenigstens eine Brennstoffzelle 2 geleitete Temperierfluid in den Thermoisolierbehälter 5 geleitet werden kann, ohne dass der für den Brennstoffzellenstapel 1 benötigte Bauraum ansteigt, weist die Endplatte 3 wenigstens einen Temperiertunnel 6 auf. Der Temperiertunnel 6 verbindet die zumindest eine Brennstoffzelle 2 Temperierfluid leitend mit dem Thermoisolierbehälter 5. Vorzugsweise ist der Thermoisolierbehälter 5 durch den Temperiertunnel 6 an einen sich durch die zumindest eine Brennstoffzelle 2 erstreckenden Temperierpfad angebunden, sodass das durch den Temperierpfad im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung strömende Temperierfluid in den Thermoisolierbehälter 5 hineinströmen kann.
Damit das Temperierfluid durch den Thermoisolierbehälter 5 hindurchfließen kann, weist die Endplatte 3 nicht nur einen, sondern zwei Temperiertunnel 6, 7 auf, wobei beispielsweise durch den Temperiertunnel 6 Temperierfluid in den Thermoisolierbehälter 5 hinein und durch den Temperiertunnel 7 aus dem Thermoisolierbehälter 5 hinaus fließen kann. Der Temperierpfad kann sich also nicht nur durch die zumindest eine Brennstoffzelle 2, sondern ferner auch durch den Thermoisolierbehälter 5 erstrecken.
Der Temperierpfad kann zwei sich in einer Stapelrichtung der Bipolarplatten und der Membran-Elektroden-Einheit erstreckende Leitungen aufweisen, durch die das Temperierfluid strömen kann. Eine der Leitungen kann in einem Randbereich der Bipolarplatten verlaufen und zum Beispiel im Temperiertunnel 6 münden. Die andere der Leitungen kann in einem anderen und insbesondere einen dem genannten Randbereich gegenüber liegenden Randbereich der Bipolarplatten verlaufen, und der Temperiertunnel 7 kann in diese Leitung münden. Die wenigstens eine Brennstoffzelle kann also fluidstömungstechnisch mit dem Thermoisolierbehälter 5 parallel geschaltet sein. Ein entlang einer der Bipolarplatten entlang führender und die Leitungen Fluid leitend miteinander verbindende Abschnitt des Temperierpfades kann parallel zum Thermoisolierbehälter 5 verlaufen.
Im Thermoisolierbehälter 5 kann ein Heizelement 8 angeordnet sein, um das im Thermoisolierbehälter 5 angeordnete Temperierfluid mit Wärmeenergie zu versorgen. Vor allem wenn die Brennstoffzellenvorrichtung nicht in Betrieb ist, kann das Heizelement 8 das im Thermoisolierbehälter 5 angeordnete Temperierfluid zumindest auf einer Mindesttemperatur halten.
Anschlusskontakte 9, 10 des Heizelementes 8 können durch eine Seitenwand 11 des Thermoisolierbehälters 5 geführt und von außerhalb des Thermoisolierbehälters 5 kontaktierbar sein. Das Heizelement 8 kann über die Anschlusskontakte 9, 10 mit einer Quelle elektrischer Energie, zum Beispiel einer Batterie oder einem Kondensator, verbindbar beziehungsweise verbunden sein, wobei die Quelle elektrischer Energie Teil der Brennstoffzellenvorrichtung oder separat bereitgestellt sein kann.
Der Brennstoffzellenstapel 1 kann ferner eine Temperierfluidpumpe T und/oder wenigstens ein Sperrventil S1, S2 aufweisen, um das im Thermoisolierbehälter 5 befindliche Temperierfluid aus diesem herausfördern beziehungsweise abgetrennt vom restlichen Temperierpfad in diesem speichern zu können. Die Temperierfluidpumpe T kann im Thermoisolierbehälter 5 angeordnet und zum Beispiel an einem der Temperiertunnel 6, 7, etwa dem Temperiertunnel 7 angeschlossen sein. Das wenigstens eine Sperrventil S1, S2 ist in einem beispielsweise so angeordnet, dass es einen der Temperiertunnel 6, 7 sperren und somit ein Strömen des Temperierfluids durch den gesperrten Temperiertunnel 6, 7 verhindern kann. Vorzugsweise ist jeder der Temperiertunnel 6, 7 jeweils durch ein Sperrventil S1, S2 sperr- oder verschließbar.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung schematisch als ein Flussdiagramm. Für Elemente der Brennstoffzellenvorrichtung, die im Folgenden für die beispielhafte Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens genannt sind, sind dieselben Bezugszeichen wie im Ausführungsbeispiel der 1 verwendet.
Das Verfahren 20 des Ausführungsbeispiels der 2 startet mit einem ersten Verfahrensschritt 21. Im folgenden Verfahrensschritt 22 wird ermittelt, ob die Brennstoffzellenvorrichtung im Betrieb oder außer Betrieb ist. Ist die Brennstoffzellenvorrichtung in Betrieb, kann auf den Verfahrensschritt 22 der Verfahrensschritt 23 folgen, in dem Temperierfluid, das von der zumindest einen Brennstoffzelle 2 abgegebene Abwärme enthält, in den Thermoisolierbehälter 5 geleitet wird. Das Temperierfluid kann im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung kontinuierlich durch den Thermoisolierbehälter 5 strömen.
Wird die Brennstoffzellenvorrichtung im nun folgenden Verfahrensschritt 24 außer Betrieb genommen, kann im nächsten Verfahrensschritt 25 der Thermoisolierbehälter 5 vom restlichen Temperierpfad abgetrennt und zum Beispiel mithilfe des zumindest einen Sperrventils verschlossen werden. Vor dem Abtrennen oder Verschließen des Thermoisolierbehälters 5 kann im Verfahrensschritt 25 Temperierfluid aus der zumindest einen Brennstoffzelle 2 in den Thermoisolierbehälter 5 geleitet werden, damit dieser Restwärme aufweisendes Temperierfluid enthält, selbst wenn das Temperierfluid im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung nicht durch den Thermoisolierbehälter 5 und zum Beispiel nur durch die wenigstens eine Brennstoffzelle 2 strömt.
Ist der Thermoisolierbehälter 5 verschlossen, kann im optional folgenden Verfahrensschritt 26 die Temperatur des Temperierfluids gemessen und beispielsweise überwacht werden. Die Temperatur kann beispielsweise in vorgegebenen Zeitabständen, in zuvor bestimmten Zeitpunkten oder kontinuierlich gemessen beziehungsweise überwacht werden. Liegt die Temperatur des Temperierfluids unterhalb einer vorgegebenen Mindesttemperatur, so kann auf den Verfahrensschritt 26 der Verfahrensschritt 27 folgen, in dem dem Temperierfluid Wärmeenergie zugeführt wird. Hierzu wird das Temperierfluid beispielsweise mit dem Heizelement 8 beheizt. Liegt die Temperatur des Temperierfluids oberhalb der vorbestimmten Mindesttemperatur, so kann der Verfahrensschritt 26 wiederholt werden oder auf den Verfahrensschritt 26 der Verfahrensschritt 28 folgen, in dem das Verfahren 20 endet und beispielsweise auf einen Neustart der Brennstoffzellenvorrichtung gewartet wird.
Wird im Verfahrensschritt 22 festgestellt, dass die Brennstoffzellenvorrichtung nicht in Betrieb ist oder außer Betrieb genommen wird, kann die Brennstoffzellenvorrichtung im Verfahrensschritt 29 in Betrieb genommen werden. Zum Beispiel bei einem nahenden Start eines von der Brennstoffzellenvorrichtung mit elektrischer Energie zu versorgenden Verbrauchers kann die Brennstoffzellenvorrichtung automatisch oder manuell in Betrieb genommen werden.
Im folgenden Verfahrensschritt 30 wird die Temperatur des im Thermoisolierbehälter 5 vorhandenen Temperierfluids und optional die Temperatur der Brennstoffzellenvorrichtung bestimmt. Liegt die Temperatur der Brennstoffzellenvorrichtung und insbesondere des Brennstoffzellenstapels 1 unterhalb einer optimalen Betriebstemperatur und liegt die Temperatur des Temperierfluids im Thermoisolierbehälter 5 unterhalb einer Mindesttemperatur, so kann auf den Verfahrensschritt 30 der Verfahrensschritt 31 folgen, in dem das Temperierfluid im Thermoisolierbehälter 5 erwärmt wird, zum Beispiel mit dem Heizelement 8. Hat die Temperatur des Temperierfluids die Mindesttemperatur erreicht, kann das Verfahren 20 im Verfahrensschritt 28 enden, indem die wenigstens eine Brennstoffzelle 2 mit dem Temperierfluid aus dem Thermoisolierbehälter 5 erwärmt und dieses hierzu vom Thermoisolierbehälter 5 in die mindestens eine Brennstoffzelle 2 geleitet wird.
Wird im Verfahrensschritt 30 festgestellt, dass die Temperatur des Temperierfluids der Mindesttemperatur entspricht oder größer ist als die Mindesttemperatur, kann sich der Verfahrensschritt 28 an den Verfahrensschritt 30 anschließen und die wenigstens eine Brennstoffzelle 2 mit dem Temperierfluid aus dem Thermoisolierbehälter 5 erwärmt und dieses hierzu vom Thermoisolierbehälter 5 in die mindestens eine Brennstoffzelle 2 geleitet werden.
Es kann zum Beispiel unnötig sein, das Temperierfluid im Verfahrensschritt 30 aufzuwärmen, wenn es trotz der Lagerung im Thermoisolierbehälter 5 noch ausreichend warm ist oder wenn ihm bereits während der Lagerung ausreichend Wärme zugeführt wurde.
Bezugszeichenliste

1: Brennstoffzellenstapel
2: Brennstoffzelle
3, 4: Endplatte
5: Thermoisolierbehälter
6, 7: Temperiertunnel
8: Heizelement
9, 10: Anschlusskontakte des Heizelementes
11: Seitenwand des Thermoisolierbehälters
20: Verfahren
21: Start
22: Brennstoffzellenvorrichtung im Betrieb?
23: Temperierfluid in Thermoisolierbehälter leiten
24: Brennstoffzellenvorrichtung außer Betrieb nehmen
25: Thermoisolierbehälter verschließen
26: Temperatur des Temperierfluids messen
27: Temperierfluid Wärmeenergie zuführen
28: Ende (Temperierfluid zur Brennstoffzelle leiten)
29: Brennstoffzellenvorrichtung in Betrieb nehmen
30: Temperatur des Temperierfluids messen
31: Temperierfluid aufwärmen
S1, S2: Sperrventil
T: Temperierfluidpumpe

Claims

Brennstoffzellenvorrichtung mit einem Brennstoffzellenstapel (1), der mindestens eine zwischen zwei Endplatten (3, 4) angeordnete Brennstoffzelle (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (1) einen Thermoisolierbehälter (5) für ein Temperierfluid zum Temperieren der Brennstoffzellenvorrichtung aufweist.
Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoisolierbehälter (5) an einer der Endplatten (3) angebracht ist.
Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte (3), an der der Thermoisolierbehälter (5) angebracht ist, zwischen dem Thermoisolierbehälter (5) und der zumindest einen Brennstoffzelle (2) angeordnet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte (3), an der der Thermoisolierbehälter (5) angebracht ist, den Thermoisolierbehälter (5) und die zumindest eine Brennstoffzelle (2) Temperierfluid leitend miteinander verbindet.
Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung einen Temperierpfad zur Leitung eines Temperierfluids und zum Temperieren der zumindest einen Brennstoffzelle (2) aufweist, wobei sich der Temperierpfad durch den Thermoisolierbehälter (5) erstreckt.
Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung wenigstens ein Sperrventil (S1, S2) aufweist, mit dem ein Temperierfluidstrom zwischen dem Thermoisolierbehälter (5) und der Brennstoffzelle (2) unterbrechbar ist, und/oder dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Temperierfluidpumpe (T) aufweist, mit der Temperierfluid zwischen dem Thermoisolierbehälter (5) und der Brennstoffzelle förderbar ist.
Verfahren (20) zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, bei dem die Brennstoffzellenvorrichtung mit einem Temperierfluid temperiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Restwärme aus vorherigem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung aufweisende Temperierfluid bei einem Startvorgang der Brennstoffzellenvorrichtung zum Aufwärmen der Brennstoffzellenvorrichtung verwendet wird (28).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Restwärme dem Temperierfluid aus Abwärme der Brennstoffzellenvorrichtung entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Temperierfluid vor dem Startvorgang der Brennstoffzellenvorrichtung zusätzlich Wärme zugeführt wird (31).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein in zumindest einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels der Brennstoffzellenvorrichtung enthaltenes Temperierfluid zumindest teilweise durch das Temperierfluid mit der Restwärme ersetzt wird (28).