DE102017220360A1 - Method for determining the tightness of adjusting means of a fuel cell system, fuel cell system and vehicle - Google Patents
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Abstract
Um ein Verfahren zur Bestimmung der Dichtigkeit von einem ersten und einem zweiten Stellmittel (38, 39) zur Absperrung eines Brennstoffzellenstapels (10) eines Brennstoffzellensystems (100), , das eine Degradation der Brennstoffzellen des Brennstoffzellensystems (100) verlangsamt, bereitzustellen, wird vorgeschlagen, dass folgende Schritte vorgesehen sind:a1) Einstellen des Verdichters (33) auf eine vorgegebene Drehzahl,b1) Schließen eines der beiden Stellmittel (38),c1) Entladen des Brennstoffzellenstapels (10) und Bestimmung der Entladezeit,d1) Bewertung der bestimmten Entladezeit,e1) Übergang in den Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems (100), und optionala2) Einstellen des Verdichters (33) auf eine vorgegebene Drehzahl,b2) Schließen des anderen Stellmittels (39),c2) Entladen des Brennstoffzellenstapels (10) und Bestimmung der Entladezeit,d2) Bewertung der bestimmten Entladezeit,e2) Übergang in den Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems (100).Zudem werden ein Brennstoffzellensystem (100) und ein Fahrzeug offenbart.In order to provide a method for determining the tightness of a first and a second actuating means (38, 39) for shutting off a fuel cell stack (10) of a fuel cell system (100), which slows down degradation of the fuel cells of the fuel cell system (100), it is proposed to the following steps are provided: a1) setting the compressor (33) to a predetermined rotational speed, b1) closing one of the two actuating means (38), c1) discharging the fuel cell stack (10) and determining the discharge time, d1) evaluating the determined discharge time, e1) transition to normal operation of the fuel cell system (100), and optionallya2) setting the compressor (33) to a predetermined speed, b2) closing the other actuator (39), c2) discharging the fuel cell stack (10) and determining the discharge time, d2 ) Evaluation of the specific discharge time, e2) transition to the normal operation of the fuel cell system (100). In addition, a Brennstoffze System (100) and discloses a vehicle.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Dichtigkeit von einem ersten und einem zweiten Stellmittel zur Absperrung eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems, wobei in einer Kathodenversorgung des Brennstoffzellensystems ein Verdichter zur Förderung von sauerstoffhaltigem Gas zum Einlass des Brennstoffzellenstapels vorgesehen ist, ein Brennstoffzellensystem, wobei das Brennstoffzellensystem eine Steuereinrichtung umfasst, die eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen, und ein Fahrzeug mit dem Brennstoffzellensystem.The invention relates to a method for determining the tightness of a first and a second adjusting means for shutting off a fuel cell stack of a fuel cell system, wherein in a cathode supply of the fuel cell system, a compressor for conveying oxygen-containing gas to the inlet of the fuel cell stack is provided, a fuel cell system, wherein the fuel cell system a Control device that is configured to perform the method, and a vehicle with the fuel cell system.
Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Anordnung (MEA für membrane electrode assembly), die ein Gefüge aus einer ionenleitenden (meist protonenleitenden) Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten katalytischen Elektrode (Anode und Kathode) ist. Letztere umfassen zumeist geträgerte Edelmetalle, insbesondere Platin. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Anordnung an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein.Fuel cells use the chemical transformation of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells contain as a core component the so-called membrane electrode assembly (MEA for membrane electrode assembly), which is a microstructure of an ion-conducting (usually proton-conducting) membrane and in each case on both sides of the membrane arranged catalytic electrode (anode and cathode). The latter mostly comprise supported noble metals, in particular platinum. In addition, gas diffusion layers (GDL) can be arranged on both sides of the membrane-electrode arrangement on the sides of the electrodes facing away from the membrane.
In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl im Stapel (stack) angeordneter MEA gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen den einzelnen Membran-Elektroden-Anordnungen sind in der Regel Bipolarplatten (auch Flussfeld- oder Separatorplatten genannt) angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten, sicherstellen und üblicherweise auch der Kühlung dienen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Anordnungen.As a rule, the fuel cell is formed by a multiplicity of stacked MEAs whose electrical powers add up. As a rule, bipolar plates (also called flow field plates or separator plates) are arranged between the individual membrane electrode assemblies, which ensure that the individual cells are supplied with the operating media, ie the reactants, and are usually also used for cooling. In addition, the bipolar plates provide an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies.
Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff (Anodenbetriebsmedium), insbesondere Wasserstoff, über ein Flussfeld der Bipolarplatte der Anode zugeführt und unter Abgabe von Elektronen elektrochemisch zu Protonen oxidiert (H2 → 2 H+ + 2 e-). Über den Elektrolyten oder die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht und elektrisch voneinander isoliert, erfolgt ein Transport der Protonen aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet.During operation of the fuel cell, the fuel (anode operating medium), in particular hydrogen, is supplied to the anode via a flux field of the bipolar plate and electrochemically oxidized to protons with release of electrons (H 2 → 2 H + + 2 e - ). About the electrolyte or the membrane, which gas-tight and electrically isolated from each other, the reaction chambers, a transport of protons from the anode compartment into the cathode compartment. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line.
Der Kathode wird im Betrieb der Brennstoffzelle Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch (zum Beispiel Luft) als Kathodenbetriebsmedium zugeführt, sodass eine Reduktion von O2 zu O2- unter Aufnahme der Elektronen stattfindet (½ O2 + 2 e- → O2-). Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum die Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser (O2- + 2 H+ → H2O).The cathode is supplied during operation of the fuel cell, oxygen or an oxygen-containing gas mixture (for example air) as a cathode operating medium, so that a reduction of O 2 to O 2- with absorption of the electrons takes place (½ O 2 + 2 e - → O 2-). At the same time, the oxygen anions in the cathode compartment react with the protons transported via the membrane to form water (O 2- + 2 H + → H 2 O).
Um einen Brennstoffzellenstapel mit den Betriebsmedien zu versorgen, weist dieser eine Anodenversorgung und eine Kathodenversorgung auf. Die Anodenversorgung weist einen Anodenversorgungspfad für ein Zuführen des Anodenbetriebsmediums in die Anodenräume der Brennstoffzelle hinein und einen Anodenabgaspfad für ein Abführen eines Anodenabgases aus den Anodenräumen heraus auf. Zudem ist eine Rezirkulationsleitung in der Anodenversorgung angeordnet, um nicht verbrauchten und aus dem Brennstoffzellenstapel ausgetragenen Wasserstoff erneut in den Stapel einzuspeisen. Die Kathodenversorgung weist einen Kathodenversorgungspfad für ein Zuführen des Kathodenbetriebsmediums in die Kathodenräume der Brennstoffzelle hinein und einen Kathodenabgaspfad für ein Abführen eines Kathodenabgases aus den Kathodenräumen heraus auf.In order to supply a fuel cell stack with the operating media, this has an anode supply and a cathode supply. The anode supply includes an anode supply path for supplying the anode operating medium into the anode chambers of the fuel cell and an anode exhaust gas path for discharging an anode exhaust gas out of the anode chambers. In addition, a recirculation line is arranged in the anode supply in order to feed unused and discharged from the fuel cell stack hydrogen in the stack again. The cathode supply includes a cathode supply path for supplying the cathode operating medium into the cathode chambers of the fuel cell and a cathode exhaust path for discharging a cathode exhaust gas out of the cathode compartments.
Die Degradation der Komponenten eines Brennstoffzellensystems stellt naturgemäß ein Problem dar, diese ist daher zu überwachen und möglichst zu verhindern oder zumindest zu verzögern. So ist die Dichtigkeit der beiden Absperrklappen des Brennstoffzellenstapels von Bedeutung, da bei deren Undichtigkeit bei einem Start sowohl auf den Anoden als auch auf der Kathoden Sauerstoff vorliegt (Luft-Luft-Start), was deutlich zu einer Alterung des Stapels beiträgt. Wenn eine der beiden Klappen undicht ist, z.B. weil eine Beschädigung der Dichtung vorliegt, gelangt Sauerstoff unkontrolliert in den Brennstoffzellenstapel, so dass Luft-Luft-Starts häufiger bzw. schon nach geringen Standzeiten des Fahrzeugs auftreten.The degradation of the components of a fuel cell system is of course a problem, it should therefore be monitored and, if possible, to prevent or at least delay. Thus, the tightness of the two shut-off valves of the fuel cell stack is important because in their leakage at a start both on the anodes and on the cathode oxygen is present (air-air start), which significantly contributes to aging of the stack. If one of the two flaps leaks, e.g. Because there is damage to the seal, oxygen enters the fuel cell stack in an uncontrolled manner, so that air-air starts occur more frequently or even after the vehicle has had a short service life.
In der
Ein Verfahren zum Bestimmen eines chemischen Kurzschlusses wird in der
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren, ein entsprechend eingerichtetes Brennstoffzellensystem sowie ein Fahrzeug bereitzustellen, mit dem eine Degradation der Brennstoffzellen des Brennstoffzellensystems verlangsamt werden kann.The object of the invention is to provide a method, a suitably configured fuel cell system and a vehicle with which a degradation of the fuel cell of the fuel cell system can be slowed down.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung der Dichtigkeit von Stellmitteln zum Absperren eines Brennstoffzellenstapels, ein verfahrensgemäß betreibbares Brennstoffzellensystem sowie ein Fahrzeug mit diesem Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by a method for determining the tightness of adjusting means for shutting off a fuel cell stack, a fuel cell system which can be operated according to the method, and a vehicle having this fuel cell system having the features of the independent claims. Advantageous embodiments are characterized in the subclaims.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung der Dichtigkeit von einem ersten und einem zweiten Stellmittel zur Absperrung eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems bereitgestellt, wobei in einer Kathodenversorgung des Brennstoffzellensystems ein Verdichter zur Förderung von sauerstoffhaltigem Gas zum Einlass des Brennstoffzellenstapels vorgesehen ist, folgende Schritte, die in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden, aufweisend:
- a1) Einstellen des Verdichters auf eine vorgegebene Drehzahl,
- b1) Schließen eines der beiden Stellmittel,
- c1) Entladen des Brennstoffzellenstapels und Bestimmung der Entladezeit,
- d1) Bewertung der bestimmten Entladezeit in Abhängigkeit von Vergleichswerten,
- e1) Übergang in den Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems,
- a2) Einstellen des Verdichters auf eine vorgegebene Drehzahl,
- b2) Schließen des anderen Stellmittels der beiden Stellmittel,
- c2) aktives Entladen des Brennstoffzellenstapels und Bestimmung der Entladezeit,
- d2) Bewertung der bestimmten Entladezeit in Abhängigkeit von Vergleichswerten,
- e2) Übergang in den Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems.
- a1) setting the compressor to a predetermined speed,
- b1) closing one of the two actuating means,
- c1) discharging the fuel cell stack and determining the discharge time,
- d1) evaluation of the specific discharge time as a function of comparative values,
- e1) transition to normal operation of the fuel cell system,
- a2) setting the compressor to a predetermined speed,
- b2) closing the other actuating means of the two actuating means,
- c2) actively discharging the fuel cell stack and determining the discharge time,
- d2) evaluation of the determined discharge time as a function of comparative values,
- e2) transition to normal operation of the fuel cell system.
Die Stellmittel zum Absperren des Brennstoffzellenstapels sind vorzugsweise als Absperrklappen, Absperrventile oder dergleichen ausgebildet. Die Auswahl der Stellmittel erfolgt in Abhängigkeit vom jeweiligen Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellensystem.The adjusting means for shutting off the fuel cell stack are preferably designed as shut-off valves, shut-off valves or the like. The selection of the actuating means takes place as a function of the respective fuel cell stack or fuel cell system.
Die beiden Stellmittel sind vorzugsweise direkt am Brennstoffzellenstapel angeordnet, wobei je nach Brennstoffzellensystem auch davon abgewichen werden kann.The two adjusting means are preferably arranged directly on the fuel cell stack, it also being possible to deviate from this depending on the fuel cell system.
Es ist daher ein Stellmittel in einem Kathodenversorgungspfad und ein Stellmittel im Kathodenabgaspfad vorzusehen. Welches der beiden Stellmittel zuerst geprüft wird, ist für das erfindungsgemäße Verfahren nicht von Bedeutung.It is therefore necessary to provide an adjusting means in a cathode supply path and an adjusting means in the cathode exhaust path. Which of the two actuating agents is tested first is not important to the process according to the invention.
Das Entladen des Brennstoffzellenstapels kann aktiv oder passiv erfolgen, bei der passiven Entladung ist ein entsprechender Verbraucher vorzusehen.The discharge of the fuel cell stack can be active or passive, in the passive discharge is to provide a corresponding consumer.
Vorteilhafterweise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren innerhalb des Fahrzeugbetriebes untersucht werden, ob eines der beiden Stellmittel eine Leckage aufweist. Dass beide Stellmittel gleichzeitig defekt sind, ist in der Regel nicht gegeben, lässt sich jedoch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls feststellen.Advantageously, can be examined by the inventive method within the vehicle operation, whether one of the two actuating means has a leak. That both actuating means are defective at the same time is generally not given, but can also be determined with the method according to the invention.
Wenn zumindest eines der beiden Stellmittel geschlossen ist, tritt bei unbeschädigten Stellmittel kein neuer Sauerstoff in den Brennstoffzellenstapel ein. Somit nimmt die Stapelspannung beim Entladen durch das Abreagieren des Sauerstoffes im Brennstoffzellenstapel ab.If at least one of the two actuating means is closed, no new oxygen enters the fuel cell stack when the actuating means are undamaged. Thus, the stack voltage during discharge decreases by the reaction of the oxygen in the fuel cell stack.
Kommt es bei der Bestimmung der Entladezeiten zu Verzögerung gegenüber den Vergleichsmessungen, deutet dies auf eine Leckage in zumindest einem der beiden Stellmittel hin, da durch das Nachströmen von Sauerstoff die Zellreaktion länger andauert, als wenn die Stellmittel dicht sind.If there is a delay in the determination of the discharge times compared to the comparative measurements, this indicates a leakage in at least one of the two actuating means, since the post-flow of oxygen, the cell reaction lasts longer than if the actuating means are dense.
Vorzugsweise werden beide Stellmittel verfahrensgemäß überprüft. Es ist jedoch auch möglich, die Prüfung eines Stellmittels ein- oder mehrmals noch zu wiederholen, um Messfehler auszuschließen.Preferably, both actuating means are checked according to the method. However, it is also possible to repeat the test of an actuating agent one or more times to exclude measurement errors.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren aus dem Normalbetrieb eines Brennstoffzellensystems heraus initiiert. Dazu erfolgt eine Anfrage nach einer Start/Stopp-Prozedur. Es wird vor deren Einleitung geprüft, ob ein vorgegebenes Prüfintervall zur Prüfung der Dichtheit der Stellmittel erreicht ist. Die Vorgabe des Prüfintervalls erfolgt in Abhängigkeit der eingesetzten Stellmittel und gegebenenfalls des Brennstoffzellensystems.The method according to the invention is preferably initiated from the normal operation of a fuel cell system. For this purpose, there is a request for a start / stop procedure. It is checked before their initiation, whether a predetermined test interval for testing the tightness of the actuating means is reached. The specification of the test interval is carried out as a function of the adjusting means used and optionally the fuel cell system.
Ist das Intervall noch nicht erreicht, erfolgt eine Start-Stopp-Prozedur nach dem Stand der Technik. Bei Erreichen des Intervalls wird das Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung durchgeführt.If the interval has not yet been reached, a start-stop procedure is performed according to the status of Technology. When the interval is reached, the leakage test is carried out.
Zwischen den Teilprüfungen für die Stellmittel wird das Brennstoffzellensystem kurzzeitig im Normalbetrieb gefahren, um vor den Teilprüfungen definierte Bedingungen einzustellen.Between the partial tests for the actuating means, the fuel cell system is briefly operated in normal operation to set conditions defined before the partial tests.
Nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ebenfalls ein Übergang zum Normalbetrieb.After carrying out the method according to the invention, a transition to normal operation also takes place.
Eine Abweichung der Entladezeit und dementsprechend der Dichtheit von Vergleichswerten von bis zu 20% kann toleriert werden. Liegt die Abweichung zwischen 20 und 30% wird eine Fehlermeldung ausgegeben und bei Überschreiten von 30% wird zusätzlich der betreffende BrennstoffzellenstapelA deviation of the discharge time and accordingly the tightness of comparison values of up to 20% can be tolerated. If the deviation is between 20 and 30%, an error message is output and if it exceeds 30%, the fuel cell stack in question is also output
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Bewertung der Entladezeit in Abhängigkeit von der aktuellen Konditionierung des Brennstoffzellenstapels, vorzugsweise in Abhängigkeit des Feuchtigkeitsgehalts der Brennstoffzellen, einer H2-Konzentration an der Anode, dem Systemdruck, der Systemtemperatur und/oder dem Alter des Brennstoffzellensystems.According to a preferred embodiment of the invention, the evaluation of the discharge takes place in dependence on the current conditioning of the fuel cell stack, preferably as a function of the moisture content of the fuel cell, a H 2 concentration at the anode, the system pressure, the system temperature and / or the age of the fuel cell system.
Nach einer weitern bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor den Schritten a1) bis e1) und den Schritten a2) bis e2) folgende Schritte ausgeführt
- a) Einstellen des Verdichters auf eine vorgegebene Drehzahl,
- b) Schließen beider Stellmittel,
- c) Entladen des Brennstoffzellenstapels und Bestimmung einer Entladezeit,
- d) Bewertung der bestimmten Entladezeit anhand von Laborwerten,
- e) Übergang in den Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems.
- a) adjusting the compressor to a predetermined speed,
- b) closing both actuating means,
- c) unloading the fuel cell stack and determining a discharge time,
- d) evaluation of the specific discharge time on the basis of laboratory values,
- e) transition to normal operation of the fuel cell system.
Durch diese vorgelagerten Schritte können für das Brennstoffzellensystem spezifische Werte für die Entladezeiten ermittelt werden, die dann vorzugsweise für eine Bewertung der Entladezeiten für die einzelnen Klappen herangezogen werden können. Ansonsten erfolgt die Bewertung dieser Entladezeiten ebenfalls auf der Grundlage von Laborwerten.As a result of these upstream steps, specific values for the discharge times can be determined for the fuel cell system, which values can then preferably be used for an evaluation of the discharge times for the individual flaps. Otherwise, the evaluation of these discharge times is also based on laboratory values.
Die Verwendung der Entladezeiten gemäß Schritt c) ist möglich, da es unwahrscheinlich ist, das beide Stellmittel gleichzeitig defekt sind (Doppelfehler). Der Vorteil bei der Verwendung dieser Werte besteht darin, dass die aktuelle Konditionierung des Brennstoffzellenstapels damit berücksichtigt werden kann.The use of the discharge times in step c) is possible because it is unlikely that both actuating means are defective at the same time (double error). The advantage of using these values is that the current conditioning of the fuel cell stack can be taken into account.
Vorzugsweise wird beim Schließen einer oder beider Stellmittel eine zwischen einer Kathodenversorgungsleitung und einem Kathodenabgaspfad angeordnete Wastegate-Leitung geöffnet, so dass vorteilhafterweise der Verdichter nicht ins Pumpen gerät und eventuell eine Schädigung dieses Bauteils eintritt.Preferably, when closing one or both actuating means, a wastegate line arranged between a cathode supply line and a cathode exhaust path is opened, so that advantageously the compressor does not get into the pump and possibly damage this component.
Nach der Bewertung der ermittelten Entladezeiten sind vorzugsweise nachfolgend aufgeführte Maßnahmen vorgesehen, von denen zumindest eine durchgeführt wird:
- Ausgabe einer Fehlermeldung an den Nutzer des Brennstoffzellensystem und/oder in einen Fehlerspeicher und/oder
- Einleitung von Maßnahmen zum Schutz des Brennstoffzellenstapels, beispielsweise Einleiten von Wasserstoff während des Stillstandes oder Außerbetriebsetzen des betreffenden Brennstoffzellenstapels. Auch kann eine Abstellprozedur zur Erhöhung der Sicherheit aufgrund der höheren Klappenleackage geändert werden, wobei jedoch Stapellebenszeit reduziert wird.
- Output of an error message to the user of the fuel cell system and / or in a fault memory and / or
- Initiate measures to protect the fuel cell stack, such as introducing hydrogen during standstill or decommissioning of the relevant fuel cell stack. Also, a shutdown procedure may be changed to increase safety due to the higher flap lapse, but reduce stack life.
Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Brennstoffzellensystem mit einer Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.The invention also relates to a fuel cell system with a control device which is set up to carry out the method according to the invention.
Das Brennstoffzellensystem weist neben der Steuereinrichtung einen Brennstoffzellenstapel mit einer ersten am Kathodeneinlass und einer zweiten am Kathodenauslass angeordnetes Stellmittel auf, wobei in einer Kathodenversorgung des Brennstoffzellensystems ein Verdichter zur Förderung von sauerstoffhaltigem Gas zum Einlass des Brennstoffzellenstapels vorgesehen ist.In addition to the control device, the fuel cell system has a fuel cell stack with a first actuating means arranged on the cathode inlet and a second actuating means on the cathode outlet, wherein a compressor for supplying oxygen-containing gas to the inlet of the fuel cell stack is provided in a cathode supply of the fuel cell system.
Um den Brennstoffzellenstapel mit den Betriebsgasen zu versorgen, weist das Brennstoffzellensystem eine Anodenversorgung und genannte Kathodenversorgung auf. Die Kathodenversorgung umfasst einen Kathodenversorgungspfad, und einen Kathodenabgaspfad. Zur Förderung und Verdichtung des Kathodenbetriebsmediums ist in dem Kathodenversorgungspfad der Verdichter angeordnet.In order to supply the fuel cell stack with the operating gases, the fuel cell system has an anode supply and said cathode supply. The cathode supply includes a cathode supply path, and a cathode exhaust path. For conveying and compressing the cathode operating medium, the compressor is arranged in the cathode supply path.
Die Kathodenversorgung weist vorzugsweise eine Wastegate-Leitung auf, welche die Kathodenversorgungsleitung mit der Kathodenabgasleitung verbindet. Ein in der Wastegate-Leitung angeordnetes Stellmittel dient der Steuerung der Menge des den Brennstoffzellenstapel umgehenden Kathodenbetriebsmediums.The cathode supply preferably has a wastegate line which connects the cathode supply line to the cathode exhaust gas line. An actuating means arranged in the wastegate line serves to control the quantity of the cathode operating medium bypassing the fuel cell stack.
Die Steuereinrichtung weist vorzugsweise einen Spannungssensor für eine Messung der Spannung U der Brennstoffzelle oder des Brennstoffzellenstapels auf, vorzugsweise des Brennstoffzellenstapels, da dies technisch leichter zu realisieren ist. Zudem ist ein Zeitgeber vorgesehen.The control device preferably has a voltage sensor for measuring the voltage U of the fuel cell or the fuel cell stack, preferably of the Fuel cell stack, as this is technically easier to implement. In addition, a timer is provided.
vorzugsweise sind zudem vorgesehen ein Stromsensor für den erfassten Strom I der Brennstoffzelle, ein Temperatursensor, ein Drucksensor für Drücke p im Anoden- und/oder Kathodenraum und dergleichen.Preferably, a current sensor for the detected current I of the fuel cell, a temperature sensor, a pressure sensor for pressures p in the anode and / or cathode space and the like are also provided.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug , das mit einem vorbeschriebenen Brennstoffzellensystem ausgerüstet ist.Another object of the invention is a vehicle that is equipped with a fuel cell system described above.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung, -
2 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, und -
3 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer weiteren Ausführungsform.
-
1 FIG. 2 is a block diagram of a fuel cell system according to a preferred embodiment; FIG. -
2 a block diagram of the method according to the invention, and -
3 a block diagram of the inventive method according to another embodiment.
In
Das Brennstoffzellensystem
Um den Brennstoffzellenstapel
Die Anodenversorgung
Die Kathodenversorgung
Zur Förderung und Verdichtung des Kathodenbetriebsmediums ist in dem Kathodenversorgungspfad
Die Kathodenversorgung
Das Brennstoffzellensystem
Im Kathodenversorgungspfad
Diese Stellmittel
Dies soll verhindern, dass beim Start des Brennstoffzellenstapels
Wenn eine der beiden Stellmittel
Nach dem Stand der Technik wird eine Start/Stopp-Prozedur des Brennstoffzellensystems
Die Stellmittel
Verschiedene weitere Einzelheiten der Anoden- und Kathodenversorgung
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem
Anhand der
Gemäß
Die in
Nach den Schritten
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Brennstoffzellensystem The fuel cell system
- 1010
- Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
- 1111
- Einzelzellesingle cell
- 1212
- Anodenraumanode chamber
- 1313
- Kathodenraumcathode space
- 1414
- PolymerelektrolytmembranPolymer electrolyte membrane
- 1515
- Bipolarplatte bipolar
- 2020
- Anodenversorgunganode supply
- 2121
- AnodenversorgungspfadAnode supply path
- 2222
- Anodenabgaspfad Anode exhaust gas path
- 3030
- Kathodenversorgungcathode supply
- 3131
- KathodenversorgungspfadCathode supply path
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- Verdichtercompressor
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- 3535
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- Stellmittelactuating means
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- Stellmittelactuating means
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- Überprüfung des PrüfintervallsChecking the check interval
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- Start-Stopp-ProzedereStart-stop procedure
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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