DE102019211594A1 - Verfahren zum Abstellen einer Brennstoffzellenvorrichtung und Brennstoffzellenvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abstellen einer Brennstoffzellenvorrichtung (1), die einen eine Mehrzahl von Brennstoffzellen umfassenden Brennstoffzellenstapel (2) aufweist, welcher strömungsmechanisch in eine Kühlmittelleitung (5) eingebunden und zwischen zwei in die Kühlmittelleitung (5) mündende Anschlussenden (7, 8) eines Kühlmittelteilkreislaufs (6) geschaltet ist, in welchem ein Reservoir (3) für Kühlmittel vorhanden ist, umfassend den Schritt des Senkens der Wärmekapazität des Brennstoffzellenstapels (2) durch Überführen des im Brennstoffzellenstapel (2) vorhandenen Kühlmittels in das Reservoir (3) im oder vor dem Zeitpunkt des Abstellens der Brennstoffzellenvorrichtung (1), wenn Frostbedingungen vorliegen oder im Zeitpunkt eines Neustarts der Brennstoffzellenvorrichtung (1) erwartet werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennstoffzellenvorrichtung (1).
Description
- Die Erfindung ist gebildet durch ein Verfahren zum Abstellen einer Brennstoffzellenvorrichtung, die einen eine Mehrzahl von Brennstoffzellen umfassenden Brennstoffzellenstapel aufweist, welcher strömungsmechanisch in eine Kühlmittelleitung eingebunden und zwischen zwei in die Kühlmittelleitung mündende Anschlussenden eines Kühlmittelteilkreislaufs geschaltet ist, in welchem ein Reservoir für Kühlmittel vorhanden ist. Die Erfindung ist außerdem gebildet durch eine Brennstoffzellenvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
- Brennstoffzellenvorrichtungen, insbesondere wenn sie in mobilen Einheiten wie Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, können variierenden Umgebungsbedingungen unterliegen, wobei insbesondere die Umgebungstemperatur bedeutsam für den Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung einschließlich von deren Start und Stopp ist. Liegen nämlich Frostbedingungen beim Start der Brennstoffzellenvorrichtung vor, oder sind beim Abstellen der Brennstoffzellenvorrichtung Frostbedingungen bei einem nachfolgenden Start zu erwarten, müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um Eisblockaden in dem durch eine Mehrzahl von Brennstoffzellen gebildeten Brennstoffzellenstapel zu vermeiden, da Eisblockaden die Zufuhr der Reaktanten, also des wasserstoffhaltigen Brennstoffes und des sauerstoffhaltigen Gases, insbesondere Luft, beeinträchtigen oder sogar vollständig blockieren können. Eisblockaden können zusätzlich zu einer sogenannten Zellumkehr führen, womit negative Ströme innerhalb einzelner Zellen vorliegen, die zu Schädigungen an der Vorrichtung führen können. Zur Vermeidung von Eisblockaden sind geeignete Verfahrensschritte bekannt, die das Trocknen des Brennstoffzellenstapels beim Abstellen der Brennstoffzellenvorrichtung einschließen; Eisblockaden können aber auch entstehen, wenn beim Start der Brennstoffzellenvorrichtung entstehendes Produktwasser einfriert. Auch dazu sind geeignete Maßnahmen bekannt, um durch Anwendung geeigneter Froststart-Strategien das Einfrieren von Produktwasser zu verhindern.
- Eine Möglichkeit zur Beseitigung von Eisblockaden ist dabei gegeben durch die Bereitstellung ausreichender Heizleistung, und zwar durch die Brennstoffzellenvorrichtung selber, wobei nur eine geringe elektrische Leistung generiert werden soll. Dies kann erreicht werden durch einen geringen Wirkungsgrad der Brennstoffzellen, indem bei der üblichen Bereitstellung des Sauerstoffes aus der Luft der Luftmassenstrom reduziert wird. Dadurch wird der vom Transportwiderstand dominierte Bereich in dem Strom-Spannungsdiagramm zu kleineren Strömen hin verschoben.
- Das vorstehend dargelegte selbsttätige Erwärmen der Brennstoffzellenvorrichtung lässt sich allerdings nur durchführen, wenn die Temperatur einer entsprechenden Selbststarttemperatur des Stapels entspricht oder darüber liegt, welche für einen Stapel auch als eine Grenztemperatur zu verstehen ist. Wird diese Temperatur unterschritten, so kann der Brennstoffzellenstapel nicht durch eine geänderte Betriebsweise selbsttätig gestartet werden. Die Leistungsverfügbarkeit bei oder nach dem Start ist dabei zu gering.
- Aus der
EP 1 513 209 A2 ist es aus diesem Grunde bekannt, die Wärmekapazität des Brennstoffzellenstapels vor einem Neustart zu senken, so dass eine geringere Arbeit geleistet werden muss, um den Brennstoffzellenstapel auf Betriebstemperatur zu erwärmen. Andere Verfahren zum Neustarten des Brennstoffzellensystems unter Frostbedingungen sind auch in derJP 2012 212 683 A EP 2 084 770 B1 angegeben. - Es ist gegenüber den darin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizienteres Verfahren zum Abstellen und gegebenenfalls Neustarten einer Brennstoffzellenvorrichtung sowie eine effizientere Brennstoffzellenvorrichtung anzugeben.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einer Brennstoffzellenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei insbesondere den Schritt des Senkens der Wärmekapazität des Brennstoffzellenstapels durch Überführen des im Brennstoffzellenstapel vorhandenen Kühlmittels in das Reservoir im oder vor dem Zeitpunkt des Abstellens der Brennstoffzellenvorrichtung, wenn Frostbedingungen vorliegen oder im Zeitpunkt eines Neustarts der Brennstoffzellenvorrichtung erwartet werden.
- Damit ist der Vorteil verbunden, dass nur ein geringer Teil des gesamten in der Brennstoffzellenvorrichtung vorhandenen Kühlmittels bewegt und gegebenenfalls für einen Neustart erwärmt werden muss, was zeit- und energieoptimal erfolgen kann. Vorzugsweise entspricht das Volumen des Reservoirs in etwa dem Volumen, welches das Kühlmittel innerhalb des Brennstoffzellenstapels einnimmt, was zu einer deutlich geringeren Masse für das erneute Erwärmen beim Neustart führt und die für den Froststart benötigte Energie senkt.
- Es ist sinnvoll, wenn das Senken der Wärmekapazität des Brennstoffzellenstapels durch ein Verschieben eines ein Gasvolumen vom Kühlmittelvolumen trennenden Trennmittels im Reservoir derart erfolgt, dass zumindest ein Teil des Gasvolumens in den Brennstoffzellenstapel unter Verdrängung des darin befindlichen Kühlmittels eingebracht wird. Durch den Einsatz eines verschiebbaren Trennmittels kann auf eine aufwändige und in ihren Abmessungen sehr große Pumpe zur Förderung sowohl von flüssigem Kühlmittel als auch von Gas im Kühlmittelteilkreislauf verzichtet werden. Das Verstellen des Trennmittels kann dabei motorisch erfolgen. Das Trennmittel ist beispielswiese eine Platte, eine Membran, ein Kolben (ggfs. verbunden mit einem Pleuel oder dergleichen.
- Es ist sinnvoll, wenn jedem der Anschlussenden ein Sperrglied zugeordnet ist, das zwischen einer ein Fluidstrom ermöglichenden Durchflusskonfiguration und einer einen Fluidstrom unterbindenden Sperrkonfiguration umschaltbar ist, und wenn in der Kühlmittelleitung stromab des ersten Anschlussendes und stromauf des zweiten Anschlussendes jeweils ein Absperrventil vorhanden ist. Somit können also die Absperrventile geschlossen werden, sodass der Kühlmittelteilkreislauf in geschlossener Form vorliegt. In diesen Kühlmittelteilkreislauf ist sowohl das flüssige Kühlmittel als auch eine Gasvorlage vorhanden, die durch Verschieben des Trennmittels zu einer Verlagerung des Kühlmittels bzw. zu einer Verlagerung der Gasvorlage im Kühlmittelteilkreislauf, in welchem der Brennstoffzellenstapel eingebunden ist, führt.
- In diesem Zusammenhang wird dabei beim Abstellen der Brennstoffzellenvorrichtung jedes der Absperrventile geschlossen und die Sperrglieder der Anschlussenden in die Durchlasskonfiguration verstellt, um das Kühlmittel in das im Kühlmittelteilkreislauf vorhandene Reservoir zu überführen oder aus dem Reservoir zurück in den Brennstoffzellenstapel zu leiten.
- Es besteht außerdem die Möglichkeit, dass der Kühlmittelteilkreislauf teilweise geöffnet und zumindest zeitweise strömungsmechanisch mit einer Leitung verbunden wird, die ausgebildet ist, das vom kathodenseitig vorhandenen Verdichter geförderte Gas in den Kühlmittelteilkreislauf zu leiten. Somit kann als Gas die Umgebungsluft genutzt werden, die vom Verdichter gefördert wurde.
- In diesem Zusammenhang ist es sinnvoll, wenn überschüssiges Gas aus dem Reservoir und/oder aus dem Kühlmittelteilkreislauf über ein Ventil abgelassen wird, um einen vom Verdichter ausgeübten Überdruck im Kühlmittelteilkreislauf zu vermeiden.
- Der Start der Brennstoffzellenvorrichtung erfolgt dann mit flüssigkeitsleerem Brennstoffzellenstapel. Für ein schnelles Erwärmen der Brennstoffzellen ist es sinnvoll, wenn beim oder vor dem Neustart das im Reservoir befindliche Kühlmittel mittels einer Heizeinrichtung erwärmt und anschließend in den Brennstoffzellenstapel eingebracht wird.
- Zusätzlich oder alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass der Brennstoffzellenstapel zunächst in einem Froststartbetrieb mit einer gegenüber einem Normalbetrieb erhöhten Wärmeentwicklung beim Neustart so lange betrieben wird, bis die Temperatur im Brennstoffzellenstapel eine vorgegebene Zieltemperatur, insbesondere die Grenztemperatur erreicht hat. Anschließend kann der Brennstoffzellenstapel in den Normalbetrieb übergehen und/oder eine Fahrfreigabe erteilt werden.
- Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung umfasst einen Brennstoffzellenstapel, der eine Mehrzahl von Brennstoffzellen aufweist. Der Brennstoffzellenstapel ist zudem strömungsmechanisch in eine Kühlmittelleitung eingebunden und zwischen zwei in die Kühlmittelleitung mündende Anschlussenden eines Kühlmittelteilkreislaufs geschaltet. Im Kühlmittelteilkreislauf ist ein Reservoir für Kühlmittel vorhanden, wobei in dem Reservoir ein verschiebbares, ein Gasvolumen vom Kühlmittelvolumen trennendes Trennmittel vorhanden ist. Jedem der Anschlussenden ist ein Sperrglied zugeordnet, das zwischen einer einen Fluidstrom ermöglichenden Durchflusskonfiguration und einer einen Fluidstrom unterbindenden Sperrkonfiguration umschaltbar ist. Zusätzlich ist in der Kühlmittelleitung stromab des ersten Anschlussendes und stromauf des zweiten Anschlussendes jeweils ein Absperrventil vorhanden. Zusätzlich weist die Brennstoffzellenvorrichtung ein Steuergerät auf, dass ausgebildet ist, ein Senken der Wärmekapazität des Brennstoffzellenstapels zu veranlassen durch Überführen des im Brennstoffzellenstapel vorhandenen Kühlmittels in das Reservoir im oder vor dem Zeitpunkt des Abstellens der Brennstoffzellenvorrichtung, wenn Frostbedingungen vorliegen oder im Zeitpunkt eines Neustarts der Brennstoffzellenvorrichtung erwartet werden.
- Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung .
- Während der Kühlmittelteilkreislauf mit entsprechenden Ventilstellungen zu einem geschlossenen Kreislauf geformt werden kann, ist zusätzlich die Möglichkeit eröffnet, dass der Kühlmittelteilkreislauf zumindest zeitweise strömungsmechanisch mit einem kathodenseitig des Brennstoffzellenstapels vorhandenen Verdichters derart verbunden ist, dass der Verdichter Gas in den Kühlmittelteilkreislauf unter Verdrängung des im Brennstoffzellenstapel vorhandenen Kühlmittels fördert. Dann liegt der Kühlmittelteilkreislauf als teilweise geöffneter Kreislauf vor und es ist eine kompaktere Brennstoffzellenvorrichtung geschaffen.
- Um etwaigen Überdruck im Kühlmittelteilkreislauf zu vermeiden, ist es sinnvoll, wenn überschüssiges Gas aus dem Reservoir und/oder aus dem Kühlmittelteilkreislauf über ein Ventil abgelassen werden kann.
- Es besteht die Möglichkeit, dass das Reservoir ein Volumen für Kühlmittel aufweist, welches dem vom Brennstoffzellenstapel bereitgestellten Volumen für aufzunehmendes Kühlmittel entspricht. Damit ist gewährleistet, dass nicht eine größere Menge an Kühlmittel erwärmt wird, als für die passive Aufheizung des Brennstoffzellenstapels notwendig ist.
- Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung, wobei links der Fall während des Betriebs und rechts der Fall beim oder nach dem Abstellen illustriert ist, -
2 eine der1 entsprechende Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung, und -
3 eine der1 entsprechende Darstellung einer nochmals weiteren erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung. - In den
1 bis3 ist schematisch der zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung betreffende Teil einer Brennstoffzellenvorrichtung1 gezeigt. Eine Brennstoffzellenvorrichtung1 umfasst in der Regel einen Brennstoffzellenstapel2 , der eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Brennstoffzellen aufweist. - Jede der Brennstoffzellen umfasst eine Anode und eine Kathode sowie eine die Anode von der Kathode trennende protonenleitfähige Membran. Die Membran ist aus einem lonomer, vorzugsweise einem sulfonierten Tetrafluorethylen-Polymer (PTFE) oder einem Polymer der perfluorierten Sulfonsäure (PFSA) gebildet. Alternativ kann die Membran als eine sulfonierte Hydrocarbon-Membran gebildet sein.
- Den Anoden und/oder den Kathoden kann zusätzlich ein Katalysator beigemischt sein, wobei die Membranen vorzugsweise auf ihrer ersten Seite und/oder auf ihrer zweiten Seite mit einer Katalysatorschicht aus einem Edelmetall oder aus Gemischen umfassend Edelmetalle wie Platin, Palladium, Ruthenium oder dergleichen beschichtet sind, die als Reaktionsbeschleuniger bei der Reaktion der jeweiligen Brennstoffzelle dienen.
- Über Anodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels
2 wird den Anoden Brennstoff (zum Beispiel Wasserstoff) zugeführt. In einer Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle) werden an der Anode Brennstoff oder Brennstoffmoleküle in Protonen und Elektronen aufgespaltet. Die Membran lässt die Protonen (zum Beispiel H+) hindurch, ist aber undurchlässig für die Elektronen (e-). An der Anode erfolgt dabei die folgende Reaktion: 2H2 → 4H+ + 4e- (Oxidation/Elektronenabgabe). Während die Protonen durch die Membran zur Kathode hindurchtreten, werden die Elektronen über einen externen Stromkreis an die Kathode oder an einen Energiespeicher geleitet. Über Kathodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels2 kann den Kathoden Kathodengas (zum Beispiel Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft) zugeführt werden, so dass kathodenseitig die folgende Reaktion stattfindet: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (Reduktion/Elektronenaufnahme). - In den
1 bis3 ist eine Kühlmittelleitung5 eines Kühlmittelkreislaufs gezeigt, in welche der Brennstoffzellenstapel2 strömungsmechanisch eingebunden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich hierbei nicht zwangsläufig um einen Kreislauf handeln muss, und dass es sich beim Kühlmittelkreislauf auch um einen Teilkreis eines verzweigten Kühlmittelsystems handeln kann. - Der Brennstoffzellenstapel
2 ist zwischen zwei in die Kühlmittelleitung5 mündende Anschlussenden7 ,8 eines Kühlmittelteilkreislaufs6 geschaltet, in welchem ein Reservoir3 für Kühlmittel vorhanden ist. Jedem der Anschlussenden7 ,8 ist ein Sperrglied11 zugeordnet, das zwischen einer einen Fluidstrom ermöglichenden Durchflusskonfiguration und einer einen Fluidstrom unterbindenden Sperrkonfiguration umschaltbar ist. In der Kühlmittelleitung5 ist stromab des ersten Anschlussendes7 und stromauf des zweiten Anschlussendes8 jeweils ein Absperrventil10 vorhanden, durch welches ein geschlossener oder auch teilgeschlossener Kühlmittelteilkreislauf6 erzeugbar ist. In dem Kühlmittelteilkreislauf6 ist sowohl Gas als auch Kühlmittel als Flüssigkeit vorhanden. Innerhalb des Reservoirs3 ist hierfür eine Trennfläche oder ein Trennmittel9 vorhanden, um das Gasvolumen vom Kühlmittelvolumen zu trennen. Dieses Trennmittel9 ist verschiebbar im Reservoir3 gelagert. - In den
1 und2 lässt sich das Trennmittel9 aktiv verstellen, um die Lage des Gasvolumens und des Kühlmittelvolumens innerhalb des Kühlmittelkreislaufs6 zu verschieben. Hierzu kann ein entsprechender Stellmotor Verwendung finden, wobei auch andere Möglichkeiten der Verstellung des Trennmittels9 , beispielsweise hydraulische oder pneumatische, gegeben sind. - Um die Brennstoffzellenvorrichtung
1 abzustellen werden die Absperrventile10 geschlossen und die Sperrglieder11 geöffnet, mithin in ihre Durchflusskonfiguration geschaltet. Anschließend wird das Trennmittel9 im Reservoir3 derart verschoben, dass zumindest ein Teil des Gasvolumens in den Brennstoffzellenstapel2 unter Verdrängung des darin befindlichen Kühlmittels eingebracht wird. Der Neustart der Brennstoffzellenvorrichtung1 erfolgt dann mit flüssigkeitsleerem Brennstoffzellenstapel2 , wobei erst bei Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen Zieltemperatur, das im Kühlmittelteilkreislauf6 vorhandene Kühlmittel zurück in den Brennstoffzellenstapel2 gebracht wird durch Verschieben des Trennmittel9 innerhalb des im Reservoirs3 . Anschließend werden die Sperrglieder11 geschlossen, so dass der normale Kühlkreislauf wiederhergestellt ist. - Während sich bei
1 das Gasvolumen zwischen dem zweiten Anschlussende8 und dem Reservoir3 befindet, ist das Gasvolumen in2 zwischen dem Reservoir3 und dem ersten Anschlussende7 angeordnet. Um das Kühlmittel in den oder aus dem Brennstoffzellenstapel2 zu fördern, liegt also bei der Ausgestaltung nach1 eine kinematische Umkehrung gegenüber der Ausgestaltung nach2 vor. Während das Trennmittel9 in1 vertikal im Bild nach oben verschoben wird, um das Kühlmittel aus dem Brennstoffzellenstapel2 zu fördern, ist bei der Ausgestaltung nach2 das Trennmittel9 vertikal nach unten zu verstellen, um das Kühlmittel aus dem Brennstoffzellenstapel2 zu entfernen. - Das Beispiel nach
3 unterscheidet sich von denjenigen nach1 und2 dadurch, dass der Kühlmittelteilkreislauf6 als teilgeschlossener Kreislauf vorliegt, da er strömungsmechanisch stromab eines kathodenseitig vorhandenen Verdichters der Brennstoffzellenvorrichtung1 verbunden ist. Wird dieser Verdichter nun betrieben, so fördert bei entsprechender Ventilstellung der Verdichter die Umgebungsluft, was durch den Pfeil angedeutet ist, in den Brennstoffzellenstapel2 unter Verdrängung des darin befindlichen Kühlmittels, welches von dort weiter in das Reservoir3 im Kühlmittelteilkreislauf6 gefördert wird. Um einen etwaigen Überdruck im Kühlmittelteilkreislauf6 zu vermeiden, ist dem Reservoir3 vorliegend ein Ventil12 zugeordnet, um überschüssiges Gas aus dem Kühlmittelteilkreislauf6 abzulassen. Der Kühlmittelteilkreislauf6 kann auch nur zeitweise strömungsmechanisch mit dem Verdichter verbunden werden, wozu ein entsprechendes Stellglied vorhanden sein kann. - Im Ergebnis zeichnet sich die vorliegende Erfindung durch ein zeit- und/oder energieoptimiertes Verfahren zum Abstellen und zur erneuten Erwärmung, mithin zum Neustarten der Brennstoffzellenvorrichtung
1 aus. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Brennstoffzellenvorrichtung
- 2
- Brennstoffzellenstapel
- 3
- Reservoir
- 4
- Heizeinrichtung
- 5
- Kühlmittelleitung
- 6
- Kühlmittelteilkreislauf
- 7
- erstes Anschlussende
- 8
- zweites Anschlussende
- 9
- Trennmittel
- 10
- Absperrventil
- 11
- Sperrglied
- 12
- Ventil
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- EP 1513209 A2 [0005]
- JP 2012 [0005]
- JP 212683 A [0005]
- EP 2084770 B1 [0005]
Claims (10)
- Verfahren zum Abstellen einer Brennstoffzellenvorrichtung (1), die einen eine Mehrzahl von Brennstoffzellen umfassenden Brennstoffzellenstapel (2) aufweist, welcher strömungsmechanisch in eine Kühlmittelleitung (5) eingebunden und zwischen zwei in die Kühlmittelleitung (5) mündende Anschlussenden (7, 8) eines Kühlmittelteilkreislaufs (6) geschaltet ist, in welchem ein Reservoir (3) für Kühlmittel vorhanden ist, umfassend den Schritt des Senkens der Wärmekapazität des Brennstoffzellenstapels (2) durch Überführen des im Brennstoffzellenstapel (2) vorhandenen Kühlmittels in das Reservoir (3) im oder vor dem Zeitpunkt des Abstellens der Brennstoffzellenvorrichtung (1), wenn Frostbedingungen vorliegen oder im Zeitpunkt eines Neustarts der Brennstoffzellenvorrichtung (1) erwartet werden.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Senken der Wärmekapazität des Brennstoffzellenstapels (2) durch ein Verschieben eines ein Gasvolumen vom Kühlmittelvolumen trennenden Trennmittel (9) im Reservoir (3) derart erfolgt, dass zumindest ein Teil des Gasvolumens in den Brennstoffzellenstapel (2) unter Verdrängung des darin befindlichen Kühlmittels eingebracht wird. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Anschlussenden (7, 8) ein Sperrglied (11) zugeordnet ist, das zwischen einer ein Fluidstrom ermöglichenden Durchflusskonfiguration und einer einen Fluidstrom unterbindenden Sperrkonfiguration umschaltbar ist, und dass in der Kühlmittelleitung (5) stromab des ersten Anschlussendes (7) und stromauf des zweiten Anschlussendes (8) jeweils ein Absperrventil (10) vorhanden ist. - Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass beim Abstellen die Absperrventile (10) geschlossen sind oder geschlossen werden, und dass sich die Sperrglieder (11) der Anschlussenden (7, 8) in der Durchlasskonfiguration befinden, um das Kühlmittel in das im Kühlmittelteilkreislauf (6) vorhandene Reservoir (3) zu überführen. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen mittels eines kathodenseitig des Brennstoffzellenstapels (2) vorhandenen Verdichters bereitgestellt wird, der zumindest zeitweise strömungsmechanisch mit dem Kühlmittelteilkreislauf (6) verbunden ist. - Verfahren nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass überschüssiges Gas aus dem Reservoir (3) und/oder aus dem Kühlmittelteilkreislauf (6) über ein Ventil (12) abgelassen wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass beim oder vor dem Neustart das im Reservoir (3) befindliche Kühlmittel mittels einer Heizeinrichtung (4) erwärmt und anschließend in den Brennstoffzellenstapel (2) eingebracht wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (2) in einem Froststartbetrieb mit gegenüber einem Normalbetrieb erhöhter Wärmeentwicklung im oder vor dem Zeitpunkt des Neustartes solange betrieben wird, bis die Temperatur im Brennstoffzellenstapel (2) eine vorgegebene Zieltemperatur erreicht hat. - Brennstoffzellenvorrichtung (1) mit einem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen umfassenden Brennstoffzellenstapel (2), welcher strömungsmechanisch in eine Kühlmittelleitung (5) eingebunden und zwischen zwei in die Kühlmittelleitung (5) mündende Anschlussenden (7, 8) eines Kühlmittelteilkreislaufs (6) geschaltet ist, in welchem ein Reservoir (3) für Kühlmittel vorhanden ist, wobei in dem Reservoir (3) ein verschiebbares, ein Gasvolumen vom Kühlmittelvolumen trennendes Trennmittel (9) vorhanden ist, wobei jedem der Anschlussenden (7, 8) ein Sperrglied (11) zugeordnet ist, das zwischen einer ein Fluidstrom ermöglichenden Durchflusskonfiguration und einer einen Fluidstrom unterbindenden Sperrkonfiguration umschaltbar ist, wobei in der Kühlmittelleitung (5) stromab des ersten Anschlussendes (7) und stromauf des zweiten Anschlussendes (8) jeweils ein Absperrventil (10) vorhanden ist, und mit einem Steuergerät, das ausgebildet ist, ein Senken der Wärmekapazität des Brennstoffzellenstapels (2) zu veranlassen durch Überführen des im Brennstoffzellenstapel (2) vorhandenen Kühlmittels in das Reservoir (3) im oder vor dem Zeitpunkt des Abstellens der Brennstoffzellenvorrichtung (1), wenn Frostbedingungen vorliegen oder im Zeitpunkt eines Neustarts der Brennstoffzellenvorrichtung (1) erwartet werden.
- Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach
Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelteilkreislauf (6) zumindest zeitweise strömungsmechanisch mit einem kathodenseitig des Brennstoffzellenstapels (2) vorhandenen Verdichters derart verbunden ist, dass der Verdichter Gas in den Kühlmittelteilkreislauf (6) unter Verdrängung des im Brennstoffzellenstapel (2) vorhandenen Kühlmittels fördert.
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