DE102016209062A1 - Verfahren zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels bereitgestellt. Das Verfahren enthält die Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff zum Brennstoffzellenstapel nach dem Start eines Aktivierungsprozesses in einem Brennstoffzellen-Aktivierungsprozess, damit der Stapel in einen Leerlaufzustand (OCV) gehen kann, und Abschalten der Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff. Benachbarte Zellen des Stapels werden durch eine Zellenspannungs-Messplatine elektrisch verbunden und kurzgeschlossen, um die Zellenspannung auf ca. 0 V abzusenken. Außerdem werden dem Stapel erneut Sauerstoff und Wasserstoff zugeführt und eine vorgegebene Stromdichte wird über eine vorgegebene Zeitspanne angelegt. Die Spannung wird erneut durch Kurzschließen auf 0 V abgesenkt, indem eine die vorgegebene Stromdichte überschreitenden Stromdichte über eine die vorgegebene Zeitspanne überschreitende Zeitspanne im Leerlaufzustand angelegt wird, um den im Stapel verbliebenen Sauerstoff zu entfernen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels und insbesondere ein Verfahren zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels zur Verkürzung der Prozesszdauer und zur Verringerung des Wasserstoffverbrauchs durch ein schnelles Absenken der Stapelspannung mittels eines elektrischen Kurzschlussphänomens zwischen benachbarten Zellen des Brennstoffzellenstapels und durch Entfernen des im Stapel verbliebenen Sauerstoffs.
  • HINTERGRUND
  • Da im Allgemeinen nach dem Zusammenbau und der Herstellung eines Brennstoffzellenstapels die Aktivität des Brennstoffzellenstapels als Folge einer elektrochemischen Reaktion beim erstmaligen Fahren gering ist, wird ein als Stapelaktivierung bekannter Prozess ausgeführt, um die normale Anfangsleistung des Brennstoffzellenstapels im größtmöglichen Umfang sicherzustellen. Die Aktivierung der Brennstoffzelle, die als Vorkonditionierung oder Einfahren bekannt ist, dient zum Aktivieren des nicht an der Reaktion beteiligten Katalysators und zum ausreichenden Hydrieren einer Elektrolytmenbran und eines in einer Elektrode enthaltenen Elektrolyten, um den Durchgang der Wasserstoffionen sicherzustellen. Um insbesondere die Leistung im Normalzustand nach dem Zusammenbau des Brennstoffzellenstapels sicherzustellen, wird der Stapelaktivierungsprozess mit dem Ziel durchgeführt, einen Elektroden-Reaktionsbereich in drei Phasen-sicherzustellen, Verunreinigungen der Polymer-Elektrolytmenbran oder der Elektrode zu entfernen und die Ionenleitfähigkeit der Polymer-Elektrolytmenbran zu verbessern.
  • Bei einem Verfahren zum Aktivieren eines Stapels gemäß der oben beschriebenen verwandten Technik wird eine Impulsentladung bei hoher Stromdichte im abgeschalteten Zustand wiederholt, wobei die Prozessdauer ca. 1,5 bis 2 Stunden auf Basis eines 220-Zellen-Submoduls beträgt. Insbesondere wird das Verfahren zum Aktivieren eines Stapels gemäß der verwandten Technik wiederholt ausgeführt, indem ein Prozess, bei dem eine hohe Stromdichte (z. B. 1,2 oder 1,4 A/cm2) 3 Minuten lang wiederholt entladen wird, und ein Prozess, bei dem die Impulsentladung 5 Minuten lang im abgeschalteten Zustand etwa 11 Mal erfolgt, ausgeführt werden.
  • Allerdings nimmt beim Aktivierungsprozess gemäß der verwandten Technik mittels der oben genannten Impulsentladung die Menge des verwendeten Wasserstoffs zu und die Prozessdauer wird länger. Mit anderen Worten, das bestehende Verfahren zum Aktivieren eines Stapels mittels der Impulsentladung im abgeschalteten Zustand hat den Vorteil, dass die Aktivierungsgeschwindigkeit durch eine Änderung der internen Wasserströmung in der Brennstoffzelle erhöht wird. Da jedoch die zur Aktivierung erforderliche Zeit etwa 105 Minuten beträgt und ca. 2,9 kg Wasserstoff auf Basis des 220-Zellen-Submoduls verbraucht werden, ist die Prozessdauer länger und der Wasserstoffverbrauch höher.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels bereit und insbesondere ein Verfahren zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels zur Verkürzung der Prozessdauer und zur Verringerung des Wasserstoffverbrauchs durch ein schnelles Absenken der Stapelspannung mittels eines elektrischen Kurzschlussphänomens zwischen benachbarten Brennstoffzellen und der Entfernung des im Stapel verbliebenen Sauerstoffs.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann ein Verfahren zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels enthalten: Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff zum Brennstoffzellenstapel nach dem Start eines Brennstoffzellen-Aktivierungsprozesses, damit der Stapel in einen Leerlaufzustand (OCV) gehen kann, und Abschalten der Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff; elektrisches Verbinden benachbarter Zellen aus einer Mehrzahl der den Stapel bildenden Zellen durch eine Zellenspannungs-Messplatine und Kurzschließen der benachbarten Zellen, damit die Zellenspannung 0 V beträgt; nach dem zweiten Schritt erneutes Zuführen von Sauerstoff und Wasserstoff zum Stapel und Ausführen eines Vorkonditionierungsprozesses durch Anlegen einer vorgegebenen Stromdichte über eine vorgegebene Zeitspanne; erneutes Absenken der Spannung auf 0 V durch Anlegen einer die vorgegebene Stromdichte überschreitenden Stromdichte über eine Zeitspanne, die die vorgegebene Zeitspanne überschreitet im Leerlaufzustand, um den im Stapel verbliebenen Sauerstoff zu entfernen; und nach einer vorgegebenen Ruheperiode (z. B. abgeschalteter Zustand) nach dem Entfernen des verbliebenen Sauerstoffs erneutes Zuführen von Sauerstoff und Wasserstoff.
  • Außerdem kann die vorgegebene Stromdichte auf ca. 0,6 bis 1,0 A/cm2 und die vorgegebene Zeitspanne auf ca. 10 bis 60 Sekunden eingestellt werden. Die die vorgegebene Stromdichte überschreitende Stromdichte kann auf ca. 1,0 bis 1,4 A/cm2 und die die vorgegebene Zeitspanne überschreitende Zeitspanne kann auf ca. 30 bis 180 Sekunden eingestellt werden. Die vorgegebene Zeitspanne zur erneuten Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff kann auf ca. 30 bis 300 Sekunden eingestellt werden. Außerdem kann die Zeitspanne, in der die Zellenspannung auf 0 V kurzgeschlossen wird, auf weniger als ca. 5 Sekunden eingestellt werden. Durch das etwa 11-malige Wiederholen des Spannungsabsenkens und der erneuten Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff kann die Dauer des Aktivierungsprozesses etwa 75 Minuten betragen und der Wasserstoffverbrauch kann auf 1,7 kg gesenkt werden. Die Zellenspannungs-Messplatine kann einen Anschlussteil haben, der ab der Mitte zu beiden Enden ausgebildet ist, um die benachbarten Zellen miteinander zu verbinden.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann ein Verfahren zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels enthalten: Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff zum Brennstoffzellenstapel nach dem Start eines Aktivierungsprozesses in einem Brennstoffzellen-Aktivierungsprozess, damit der Stapel in den Leerlaufzustand (OCV) gehen kann, und Abschalten der Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff; elektrisches Verbinden benachbarter Zellen aus der Mehrzahl Zellen, die den Stapel bilden, durch ein Anschlussteil in einer Zellenspannungs-Messplatine und Kurzschließen der benachbarten Zellen, um eine Zellenspannung von 0 V herzustellen; erneute Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff zum Stapel und Ausführen eines Vorkonditionierungsprozesses durch Anlegen einer Stromdichte von ca. 0,6 bis 1,0 A/cm2 über eine Dauer von ca. 10 bis 60 Sekunden; erneutes Absenken der Spannung auf 0 V durch Beaufschlagen mit einer Stromdichte von ca. 1,0 bis 1,4 A/cm2 über eine Dauer von 30 bis 180 Sekunden über den Leerlaufzustand, um den im Stapel verbliebenen Sauerstoff zu entfernen; und erneute Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff nach einer Ruheperiode von ca. 30 bis 300 Sekunden nach der Entfernung des verbliebenen Sauerstoffs. Insbesondere kann die Zeitspanne des Kurzschließens der Zellenspannung auf 0 V kann auf weniger als ca. 5 Sekunden eingestellt werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung erschließen sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen.
  • 1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; und
  • 2 ist ein Graph der durchschnittlichen Spannung und der Aktivierungsdauer des Verfahrens zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung und der verwandten Technik.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Es versteht sich, dass der Begriff ”Fahrzeug” oder ”fahrzeugtechnisch” oder andere ähnliche hierin verwendete Begriffe allgemein Kraftfahrzeuge betreffen, wie Personenkraftwagen, einschließlich Komfort-Geländewagen (sports utility vehicles; SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wassermotorfahrzeuge einschließlich verschiedene Boote und Schiffe, Luftfahrzeuge und dgl. und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (an der Steckdose aufladbar), Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge für alternative Kraftstoffe (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) umfasst. Wie hierin verwendet ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug mit zwei oder mehr Antriebsquellen, z. B. Fahrzeuge sowohl mit Benzin- als auch Elektroantrieb.
  • Obwohl das Ausführungsbeispiel so beschrieben wird, dass es eine Mehrzahl Einheiten zur Ausführung des beispielhaften Prozesses verwendet, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse auch von einem oder der Mehrzahl Module ausgeführt werden können. Außerdem versteht es sich, dass sich der Begriff Steuerung/Steuereinheit auf ein Hardware-Gerät bezieht, das einen Speicher und einen Prozessor enthält. Der Speicher ist zum Speichern der Module konfiguriert und der Prozessor ist speziell zum Ausführen der Module konfiguriert, um einen oder mehrere der später beschriebenen Prozesse auszuführen.
  • Die hierin verwendete Terminologie hat den Zweck, nur bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und soll die Erfindung nicht einschränken. Wie hierin verwendet sollen die Singularformen ”einer, eine, eines” und ”der, die, das” auch die Pluralformen umfassen, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes angibt. Außerdem versteht es sich, dass die Begriffe ”aufweisen” und/oder ”aufweisend” bei Verwendung in dieser Beschreibung das Vorhandensein angegebener Merkmale, ganzzahliger Größen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile angibt, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzzahliger Größen, Schritte, Operationen, Elemente Bauteile und/oder Gruppen derselben ausschließt. Wie hierin verwendet enthält die Formulierung ”und/oder” sämtliche Kombinationen eines oder mehrerer der aufgeführten Positionen.
  • Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Zusammenhang offensichtlich, ist der Begriff ”etwa, ca.” wie hierin verwendet so zu verstehen, dass er sich auf Werte innerhalb des normalen Toleranzbereichs der Technik bezieht, z. B. auf zwei Standardabweichungen vom Mittelwert. ”Etwa” oder ”ca.” kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes verstanden werden. Sofern aus dem Zusammenhang nicht anderweitig klar hervorgeht, sind alle hierin enthaltenen numerischen Werte durch den Begriff ”etwa, ca.” modifiziert.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden nunmehr anhand der beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • Wie in 1 dargestellt kann ein Verfahren zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung enthalten: Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff zum Brennstoffzellenstapel und Beenden der Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff in einem Brennstoffzellen-Aktivierungsprozess (S10), elektrisches Verbinden und Kurzschließen zwischen benachbarten Zellen des Stapels (S20), erneute Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff zum Stapel und Anlegen eines Stroms (S30), Absenken der Spannung durch einen Kurzschluss, um den im Stapel verbliebenen Sauerstoff zu entfernen (S40) und erneute Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff (S50).
  • Wie in in den 1 und 2 dargestellt können im Startprozess (S10) des Verfahrens zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels gemäß der vorliegenden Offenbarung Sauerstoff und Wasserstoff dem Brennstoffzellenstapel zugeführt werden, nachdem der Aktivierungsprozess im Brennstoffzellen-Aktivierungsprozess gestartet worden ist, wodurch der Stapel in den Leerlaufzustand (OCV) gehen kann.
  • Wenn sich der Stapel im Leerlaufzustand befindet, kann der Kurzschluss durch Beenden der Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff herbeigeführt werden. Insbesondere kann die Zellenspannung auf nahezu 0 V gesenkt werden (S20), indem benachbarte Zellen der Mehrzahl der den Stapel bildenden Zellen (z. B. elektrisch verbundene benachbarte Zellen) mittels einer Zellenspannungs-Messplatine elektrisch verbunden und die miteinander verbundenen benachbarten Zellen kurzgeschlossen werden. Die die Zellen verbindende Zellenspannungs-Messplatine kann ein Anschlussteil haben (nicht dargestellt), das ab der Mitte zu beiden Enden zum Verbinden der benachbarten Zellen ausgebildet ist.
  • Im Vorkonditionierungsprozess (S30) kann dem Stapel erneut Sauerstoff und Wasserstoff zugeführt werden und eine vorgegebene Stromdichte eine vorgegebene Zeitspanne lang nach Absenken der Zellenspannung auf nahezu 0 V (S20) angelegt werden. Insbesondere kann die vorgegebene Stromdichte auf ca. 0,6 bis 1,0 A/cm2 eingestellt werden, um defekte Zellen zu erkennen und um Spannungsstabilität sowohl bei niedriger als auch hoher Stromdichte sicherzustellen, und die vorgegebene Zeitspanne kann auf ca. 10 bis 60 Sekunden eingestellt werden, um Spannungsstabilität über eine Zeitspanne sicherzustellen. Die vorgegebene Stromstärke kann speziell auf ca. 360 A und die vorgegebene Zeitspanne auf etwa 30 Sekunden eingestellt werden.
  • Beim Entfernen des im Stapel verbliebenen Sauerstoffs (S40) kann die Spannung wieder auf ca. 0 V durch den Kurzschluss abgesenkt werden, indem eine die vorgegebene Stromdichte überschreitende Stromdichte (z. B. ca. 0,6 bis 1,0 A/cm2) über eine die vorgegebene Zeitspanne überschreitende Zeitspanne (z. B. ca. 10 bis 60 Sekunden) über den Leerlaufzustand nach dem Vorkonditionierungsprozess angelegt wird, um so den im Stapel verbliebenen Sauerstoff zu entfernen. Insbesondere kann die die vorgegebene Stromdichte überschreitende Stromdichte auf ca. 1,0 bis 1,4 A/cm2 eingestellt werden, um eine Verringerung des Massentransferwiderstands durch Quellen des Nafion um den Katalysator durch einem Impuls hoher Stromstärke zu erzielen und um eine strukturelle Änderung einer Elektrode von geschlossenen zu offenen Poren herbeizuführen, und die die vorgegebene Zeitspanne überschreitende Zeitspanne kann auf etwa 30 bis 180 Sekunden eingestellt werden, um eine hinreichende Verringerung des Massentransferwiderstands zu bewirken. Speziell die die vorgegebene Stromstärke von ca. 360 A überschreitende Stromstärke kann auf ca. 432 A eingestellt werden und die die vorgegebene Zeitspanne ca. 30 Sekunden überschreitende Zeitspanne kann auf etwa 120 Sekunden eingestellt werden.
  • Ferner kann eine kurze Haltezeit, in der die Zellenspannung auf 0 V kurzgeschlossen wird, auf weniger als ca. 5 Sekunden eingestellt werden (z. B. kann die Zeit des Spannungsabfalls so eingestellt werden, dass 5 Sekunden nicht überschritten werden) in Bezug auf die Wasserstoffstöchiometrie von 1,5 für die Pt-Ox-Reduktion und die Optimierung der Platin-/Bindemittelberührungsfläche durch die schnelle Entfernung des im Stapel verbliebenen Sauerstoffs mittels eines schnellen Spannungsabfalls, und kann auf unter ca. 5 Sekunden gehalten werden, wenn der Wert der Wasserstoffstöchiometrie bei der Aktivierung nicht geändert wird. Wenn die Spannung durch Anlegen einer externen Kurzschluss-Ersatzlast zwangsweise schnell abgesenkt wird, kann ein Strom von ca. 20 A angelegt werden. Insbesondere kann die Stromdichte proportional zum Aktivierungsbereich im Verhältnis zum Aktivierungsbereich von etwa 360 A/cm2 erhöht werden.
  • Bei der erneuten Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff (S50) nach Ablauf einer Ruheperiode (z. B. Abschalten) nach einer vorgegebenen Zeitspanne nach der Entfernung des verbliebenen Sauerstoffs, können Sauerstoff und Wasserstoff erneut zugeführt werden, um den Stapel zu aktivieren. Insbesondere kann die vorgegebene Zeitspanne auf etwa 30 bis 300 Sekunden eingestellt werden, um eine hinreichende Wirkung zur Verstärkung der Katalysator-Aktivierung durch Entfernen vermischter Verunreinigungen oder gebildeter Oberflächenoxide bei der Herstellung der Elektrode und verbliebener organischer Lösungsmittel (IPA-Alkokohle, Propanol und dgl.) von der Oberfläche während der Ruheperiode zu erzielen. Die vorgegebene Zeitspanne kann speziell auf etwa 180 Sekunden eingestellt werden. Die Ruheperiode ist abgeschlossen.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung können das wiederholte Absenken der Spannung durch den Kurzschluss zum Entfernen des im Stapel verbliebenen Sauerstoffs und die erneute Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff nach der Ruheperiode mindestens 11 Mal wiederholt werden, so dass der Brennstoffzellenstapel die Referenzleistung erfüllt, wodurch der Aktivierungsprozess beschleunigt werden kann. Insbesondere kann die Aktivierung aufgrund der Reduktionsgeschwindigkeit von Oxiden auf einer Pt-Katalysatoroberfläche, die sich während des Fertigungsprozesses der Elektrodentrennplatte in der Zelle gebildet haben, beschleunigt werden und infolge eines Abbaus der Katode durch Überspannung noch zunehmen, und der in einer Katode verbliebene Sauerstoff kann durch die Pt-Ox-Reduktion und die Optimierung der Platin-/Bindemittel-Berührungsfläche vollständig entfernt werden.
  • Mit anderen Worten kann gemäß der vorliegenden Offenbarung die Dauer eines Aktivierungsprozesses auf ca. 75 Minuten deutlich verkürzt werden, indem die Verbrauchszeit und die Anzahl der Wiederholungen eines Zwischenprozesses im Vergleich zur verwandten Technik verringert werden, und die Marktgängigkeit kann durch die Senkung des Wasserstoffverbrauchs verbessert werden (z. B. kann der Wasserstoffverbrauch auf Basis der Dauer des Aktivierungsprozesses und der Anzahl der Wiederholungen auf ca. 1,7 kg gesenkt werden).
  • Das Verfahren zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels kann enthalten: Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff zum Brennstoffzellenstapel nach dem Start des Aktivierungsprozesses im Brennstoffzellen-Aktivierungsprozess, damit der Stapel in den Leerlaufzustand (OCV) gehen kann, und Beenden der Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff (S10); elektrisches Verbinden benachbarter Zellen der Mehrzahl den Stapel bildender Zellen durch eine Zellenspannungs-Messplatine und Kurzschließen der benachbarten Zellen, um die Zellenspannung auf 0 V abzusenken (S20); erneute Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff zum Stapel und Ausführen eines Vorkonditionierungsprozesses durch Anlegen eines vorgegebenen Stroms über eine vorgegebene Zeitspanne (S30), Wiederholen des Absenkens der Spannung auf 0 V durch Kurzschließen, indem ein den vorgegebenen Strom überschreitender Strom über eine die vorgegebene Zeitspanne überschreitende Zeitspanne über den Leerlaufzustand angelegt wird, um den im Stapel verbliebenen Sauerstoff zu entfernen (S40); und erneute Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff nach Ablauf der Ruheperiode über eine vorgegebene Zeitspanne nach dem Entfernen des verbliebenen Sauerstoffs (S50).
  • Nachdem die Zellenspannung des Leerlaufzustands auf ca. 0 V durch Kurzschließen der benachbarten Zellen der Brennstoffzelle abgesenkt worden ist, kann die Aktivierung wiederholt und im Stapel verbliebener Sauerstoff kann durch schnelles Absenken der Spannung durch Kurzschließen während des Aktivierungsprozesses entfernt werden, um den Aktivierungsprozess zu beschleunigen, wodurch die zur Wiederherstellung erforderliche Zeit verkürzt und die für die Aktivierung verwendete Wasserstoffmenge verringert werden kann.
  • Obwohl die vorliegende Offenbarung vorstehend anhand der Ausführungsbeispiele und der beiliegenden Zeichnungen beschrieben worden sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, sondern kann durch den Fachmann, an den sich die vorliegende Offenbarung richtet, auf vielfache Weise modifiziert und geändert werden, ohne von Geist und Gültigkeitsbereich der vorliegenden Offenbarung, die in den angefügten Ansprüchen definiert sind, abzuweichen.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels, aufweisend: Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff zum Brennstoffzellenstapel nach dem Start eines Aktivierungsprozesses in einem Brennstoffzellen-Aktivierungsprozess, damit der Stapel in einen Leerlaufzustand (OCV) gehen kann, und Abschalten der Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff; elektrisches Verbinden benachbarter Zellen aus einer Mehrzahl der den Stapel bildenden Zellen durch eine Zellenspannungs-Messplatine und Kurzschließen der benachbarten Zellen, um die Zellenspannung auf ca. 0 V abzusenken; erneutes Zuführen von Sauerstoff und Wasserstoff zum Stapel und Ausführen eines Vorkonditionierungsprozesses durch Anlegen einer vorgegebenen Stromdichte über eine vorgegebene Zeitspanne; Wiederholen des Absenkens der Spannung auf ca. 0 V durch Kurzschließen, indem eine die vorgegebene Stromdichte überschreitenden Stromdichte über eine die vorgegebene Zeitspanne überschreitende Zeitspanne im Leerlaufzustand angelegt wird, um den im Stapel verbliebenen Sauerstoff zu entfernen; und nach Ablauf einer vorgegebenen Ruheperiode nach dem Entfernen des verbliebenen Sauerstoffs erneutes Zuführen von Sauerstoff und Wasserstoff.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Stromdichte auf ca. 0,6 bis 1,0 A/cm2 und die vorgegebene Zeitspanne auf ca. 10 bis 60 Sekunden eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die die vorgegebene Stromdichte überschreitende Stromdichte auf ca. 1,0 bis 1,4 A/cm2 und die die vorgegebene Zeitspanne überschreitende Zeitspanne auf ca. 30 bis 180 Sekunden eingestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die vorgegebene Zeitspanne für die erneute Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff auf ca. 30 bis 300 Sekunden eingestellt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zeitspanne des Absenkens der Zellenspannung auf ca. 0 V auf weniger als ca. 5 Sekunden eingestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei durch 11-maliges Wiederholen des Absenkens der Spannung und der erneuten Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff ein Aktivierungsprozess etwa 75 Minuten dauert und der Wasserstoffverbrauch auf ca. 1,7 kg verringert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zellenspannungs-Messplatine einen Anschlussteil enthält, der ab der Mitte zu beiden Enden ausgebildet ist, um die benachbarten Zellen miteinander zu verbinden.
  8. Verfahren zum Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels, aufweisend: Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff zum Brennstoffzellenstapel nach dem Start eines Aktivierungsprozesses in einem Brennstoffzellen-Aktivierungsprozess, damit der Stapel in einen Leerlaufzustand (OCV) gehen kann, und Abschalten der Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff; elektrisches Verbinden benachbarter Zellen aus einer Mehrzahl der den Stapel bildenden Zellen durch einen Anschlussteil einer Zellenspannungs-Messplatine und Kurzschließen der benachbarten Zellen, um die Zellenspannung auf ca. 0 V abzusenken; erneutes Zuführen von Sauerstoff und Wasserstoff zum Stapel und Ausführen eines Vorkonditionierungsprozesses durch Anlegen einer vorgegebenen Stromdichte von ca. 0,6 bis 1,0 A/cm2 über ca. 10 bis 60 Sekunden; Wiederholen des Absenkens der Spannung auf ca. 0 V durch Kurzschließen, indem eine Stromdichte von 1,0 bis 1,4 A/cm2 über ca. 30 bis 180 Sekunden im Leerlaufzustand angelegt wird, um den im Stapel verbliebenen Sauerstoff zu entfernen; und erneute Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff nach Ablauf einer Ruheperiode von ca. 30 bis 300 Sekunden nach der Entfernung des verbliebenen Sauerstoffs.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Zeitspanne des Absenkens der Zellenspannung auf ca. 0 V auf weniger als ca. 5 Sekunden eingestellt wird.
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CN (1) CN106450381B (de)
DE (1) DE102016209062A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022200187A1 (de) 2022-01-11 2023-07-13 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Einlaufen einer Brennstoffzelle sowie ein System zum Einlaufen einer Brennstoffzelle
WO2023247501A3 (de) * 2022-06-21 2024-06-13 Robert Bosch Gmbh Prüfstand und verfahren zur konditionierung eines brennstoffzellensystems

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6922836B2 (ja) * 2018-05-11 2021-08-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の活性化方法
KR20200138475A (ko) * 2019-05-29 2020-12-10 현대자동차주식회사 연료전지 회복 제어 시스템 및 방법
CN110416556B (zh) * 2019-07-05 2021-03-23 上海骥翀氢能科技有限公司 一种燃料电池电堆活化的方法
CN111430757A (zh) * 2020-05-09 2020-07-17 山东华硕能源科技有限公司 一种燃料电池系统的开机控制方法
CN111916800B (zh) * 2020-07-28 2021-07-09 上海神力科技有限公司 一种燃料电池膜电极的活化方法及应用
CN113594503B (zh) * 2021-09-28 2022-01-04 河南豫氢动力有限公司 一种燃料电池堆的快速活化方法
KR102441847B1 (ko) 2022-04-06 2022-09-08 인성기공(주) 연료전지용 활성화 설비 및 이를 위한 가습기
CN114883605B (zh) * 2022-07-12 2022-09-13 武汉氢能与燃料电池产业技术研究院有限公司 一种质子交换膜燃料电池单电池活化的方法
KR102476162B1 (ko) 2022-10-07 2022-12-09 인성기공(주) 연료전지 활성화 설비의 유량분배장치

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000277136A (ja) * 1999-03-24 2000-10-06 Sanyo Electric Co Ltd 固体高分子型燃料電池及び固体高分子型燃料電池の起動方法
KR100513541B1 (ko) * 2003-11-27 2005-09-07 현대자동차주식회사 고체 고분자 연료 전지의 초기 활성화 방법
KR100821768B1 (ko) * 2005-12-09 2008-04-11 현대자동차주식회사 차량용 연료전지의 활성화 방법
EP2030419B1 (de) 2006-06-07 2017-07-19 QUALCOMM Incorporated Effiziente adressenverfahren über funk und vorrichtung
JP5068052B2 (ja) 2006-09-29 2012-11-07 昭和電工株式会社 燃料電池用セパレータ、燃料電池用セルおよび燃料電池用セルユニット、ならびに燃料電池用セパレータおよび燃料電池用セルユニットの製造方法
KR101033889B1 (ko) * 2007-07-03 2011-05-11 자동차부품연구원 연료전지 가속 활성화 장치 및 방법
KR100941256B1 (ko) * 2008-05-15 2010-02-11 현대자동차주식회사 연료전지 가속 활성화 방법
CN101752582A (zh) * 2010-01-04 2010-06-23 新源动力股份有限公司 一种燃料电池电堆快速活化的方法
US9331217B2 (en) 2010-04-27 2016-05-03 University Of Florida Research Foundation, Inc. Electronic gate enhancement of Schottky junction solar cells
KR101315762B1 (ko) 2011-02-11 2013-10-10 현대자동차주식회사 진공 습윤을 이용한 연료전지 스택 활성화 방법
KR101776314B1 (ko) * 2011-07-18 2017-09-08 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 활성화 장치 및 방법
CN103840184B (zh) * 2012-11-23 2015-12-23 中国科学院大连化学物理研究所 一种直接硼氢化物燃料电池单电池活化方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022200187A1 (de) 2022-01-11 2023-07-13 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Einlaufen einer Brennstoffzelle sowie ein System zum Einlaufen einer Brennstoffzelle
WO2023247501A3 (de) * 2022-06-21 2024-06-13 Robert Bosch Gmbh Prüfstand und verfahren zur konditionierung eines brennstoffzellensystems

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