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Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems für ein Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erfassen der Betriebstemperatur von Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems; Speichern der in einem vorbestimmten Zeitraum aufgetretenen maximalen Betriebstemperatur; und Ausführen eines Desinfektionsbetriebs, bei dem die Betriebstemperatur auf eine Desinfektionstemperatur von mehr als 70°C, insbesondere 80°C. oder mehr, eingestellt wird und während einer vorbestimmten Desinfektionsdauer beibehalten wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem.
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Derartiges Regenerieren bzw. Desinfizieren von Brennstoffzellen wird beispielsweise in der
US 6,399,231 B1 , der
JP08138714 A und der
JP 2005327584 A thematisiert.
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Während des Betriebs von Brennstoffzellen bzw. einem Brennstoffzellenstapel treten ideale Umgebungsbedingungen für das Wachstum von Organismen, wie beispielsweise Bakterien und Pilze. Insbesondere liegt die relative Feuchtigkeit üblicherweise bei mehr als 50% und die Betriebstemperatur in den Brennstoffzellen bzw. dem Brennstoffzellenstapel bei etwa 60°C.
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Durch ein unerwünschtes Wachstum von derartigen Organismen verändert sich das chemische Verhalten der Brennstoffzellen bzw. des Brennstoffzellenstapels, wobei insbesondere die Spannungskennlinie abnimmt. Zudem können sich Ablagerungen in betreffenden Kanälen bzw. Leitungen der Brennstoffzellen bilden, was einen unerwünschten Einfluss auf die Medienversorgung der Brennstoffzelle hat.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle anzugeben, bei dem eine optimierte Desinfektion bzw. Regeneration erreicht wird und das sich optimal in den Normalbetrieb einer Brennstoffzelle integrieren lässt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle, ein Brennstoffzellensystem und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der jeweils unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird also ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems für ein Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Erfassen der Betriebstemperatur von Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems; Speichern der in einem vorbestimmten Zeitraum aufgetretenen maximalen Betriebstemperatur; und Ausführen eines Desinfektionsbetriebs, bei dem die Betriebstemperatur auf eine Desinfektionstemperatur von mehr als 70°C, insbesondere 80°C. oder mehr, eingestellt wird und während einer vorbestimmten Desinfektionsdauer beibehalten wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Betriebstemperatur der Brennstoffzellen erhöht wird durch Zuführen von erwärmtem Kühlmittel, das in einem Kühlmittelkreislauf des Brennstoffzellenstapels zirkuliert.
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Die Nutzung des üblicherweise zur Abfuhr von Wärme eingesetzten Kühlmittels als Wärmequelle zur gezielten Erwärmung der Brennstoffzellen stellt eine einfache Maßnahme dar, die in den laufenden Betrieb einer Brennstoffzelle bzw. eines Brennstoffzellenstapels aufgenommen bzw. integriert werden kann. Dabei sind durch das vorgeschlagene Verfahren keine strukturellen Veränderungen an dem Brennstoffzellensystem erforderlich, so dass das Verfahren kostengünstig eingesetzt werden kann.
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Bei dem Verfahren nach Anspruch kann das Ausführen des Desinfektionsbetriebs in regelmäßigen Zeitabständen oder in Abhängigkeit von vorbestimmten Einzelereignissen erfolgen. Wird die Brennstoffzelle bzw. das damit ausgerüstete Kraftfahrzeug beispielsweise täglich betrieben bzw. genutzt, könnte kann der Desinfektionsbetrieb beispielsweise periodisch alle paar Wochen, insbesondere alle 2 bis 4 Wochen, durchgeführt werden.
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Bei dem Verfahren kann die Temperatur des Kühlmittels eingangsseitig und ausgangsseitig von dem Brennstoffzellenstapel erfasst werden. Dabei kann die Zufuhr von erwärmten Kühlmittel derart erfolgen, dass die eingangsseitige Kühlmitteltemperatur und die ausgangsseitige Kühlmitteltemperatur größer oder gleich der Desinfektionstemperatur sind. Hierdurch wird sichergestellt, dass der gesamte Brennstoffzellenstapel im Wesentlichen gleichmäßig erwärmt und auf die Desinfektionstemperatur gebracht wird.
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Dabei kann die Temperaturdifferenz zwischen der eingangsseitigen Kühlmitteltemperatur und der ausgangsseitigen Kühlmitteltemperatur weniger als 10K, insbesondere weniger als 5K betragen. Eine geringe Temperaturdifferenz ist ein Parameter, der für eine gleichmäßige Temperaturverteilung in den Brennstoffzellen bzw. dem Brennstoffzellenstapel spricht, so dass von einer gleichmäßigen und gesamthaften Desinfektion bzw. Regenration ausgegangen werden kann.
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Bei dem Verfahren kann die Desinfektionsdauer eines aktuellen Desinfektionsbetriebs in Abhängigkeit von einem zeitlichen Abstand zu dem letzten durchgeführten Desinfektionsbetrieb festgelegt werden. Ist der zeitliche Abstand zwischen einem aktuellen und einem letzten Desinfektionsbetrieb beispielweise größer als vier Wochen, kann die Desinfektionsdauer verlängert werden. Umgekehrt kann eine aktuelle Desinfektionsdauer verkürzt werden, wenn der zeitliche Abstand zu dem letzten Desinfektionsbetrieb beispielweise nur zwei Wochen beträgt. Ferner ist es auch denkbar, einen aktuell anstehenden Desinfektionsbetrieb auszulassen, wenn der letzte Desinfektionsbetrieb zwar ausreichende lange zurückliegt, die Brennstoffzelle in der Zwischenzeit aber nicht oder nur wenig in Betrieb war. Dabei können beispielweise auch in der Zukunft liegende und bereits vorbestimmte zukünftige Desinfektionsbetriebe berücksichtigt werden.
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Bei dem Verfahren kann die Desinfektionstemperatur eines aktuellen Desinfektionsbetriebs erhöht werden, wenn die Desinfektionsdauer verkürzt werden soll. Hierdurch kann auch bei kürzerer Desinfektionsdauer eine ausreichende Erwärmung des gesamten Brennstoffzellenstapels gewährleistet werden einhergehend mit einer entsprechenden gesamthaften Desinfektion bzw. Regeneration des Brennstoffzellenstapels.
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Bei dem Verfahren kann der Desinfektionsbetrieb während eines Lastpunkts gestartet werden, bei dem der Brennstoffzellenstapel eine abnehmende oder reduzierte Leistung abgibt. Hierdurch kann das gezielte Erwärmen des Brennstoffzellenstapels mittels des Kühlmittels besser gesteuert bzw. geregelt werden. Dabei kann während des Desinfektionsbetriebs eine erhöhte Leistungsanforderung zumindest teilweise durch eine Batterie bereitgestellt werden. Mit anderen Worten dient die Batterie als Leistungspuffer, wenn der Brennstoffzellenstapel desinfiziert wird, aber von dem bzw. den elektrischen Verbraucher(n) des Fahrzeugs eine erhöhte Leistung angefordert wird.
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Weiter wird ein Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen mit einer eine Spannung erzeugenden Brennstoffzelle, wobei die Brennstoffzelle eine mit einem Anodenkreislauf strömungsverbundene Anode, eine mit einer Kathodenversorgung strömungsverbundene Kathode und eine die Kathode von der Anode trennende ionenleitfähige Membran umfasst, mit einem Kühlmittelkreislauf, der zur Wärmeübertragung mit dem Brennstoffzellensystem, insbesondere den Brennstoffzellen, thermisch verbunden ist, wobei der Kühlmittelkreis eine Kühlmittelpumpe, ein Thermostatventil und einen Wärmeübertrager aufweist, wobei der Wärmeübertrager direkt oder indirekt Wärme an die Umgebung oder/und an einen Kältemittelkreislauf des Kraftfahrzeugs überträgt; und mit einem Steuergerät zum Steuern oder/und Regeln des Betriebs des Brennstoffzellensystems. Dabei ist vorgesehen, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen.
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Bei dem Brennstoffzellensystem kann in dem Kühlmittelkreislauf eingangsseitig und ausgangsseitig von den Brennstoffzellen bzw. dem Brennstoffzellenstapel ein jeweiliger Temperatursensor angeordnet sein. Hierdurch wird die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erforderliche Einstellung der Kühlmitteltemperatur auf das Niveau der Desinfektionstemperatur ermöglicht.
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Das Steuergerät kann ferner dazu eingerichtet sein, das Thermostatventil oder/und die Kühlmittelpumpe derart anzusteuern, dass zirkulierendes Kühlmittel eine Temperatur aufweist, die im Wesentlichen der Desinfektionstemperatur entspricht. Insbesondere kann das Thermostatventil geschlossen werden, wenn das zirkulierende Kühlmittel seine gespeicherte Wärme an einem im Kühlmittelkreis vorhandenen Wärmeübertrager abgeben soll. Wird das Thermostatventil vollständig geöffnet, wird nur ein geringer Teilmassenstrom von Kühlmittel durch den Wärmeübertrager geleitet und der überwiegende Teil des Kühlmittels zirkuliert ohne weitere Wärmeabgabe im Kühlmittelkreis. Durch eine geeignete Einstellung des Thermostatventils und/oder der Leistung der Kühlmittelpumpe kann daher die Temperatur des Kühlmittels beeinflusst werden. Insbesondere ist es möglich, die Kühlmitteltemperatur auf ein Niveau anzuheben, das größer oder gleich einer Desinfektionstemperatur ist.
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Ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug kann mit einem oben beschriebenen Brennstoffzellensystem ausgerüstet sein. Das zum Brennstoffzellensystem zugehörige Steuergerät kann dabei auch Teil einer Gesamtfahrzeugsteuerung sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:
- 1 vereinfacht und schematisch ein Brennstoffzellensystem;
- 2 schematisch ein Betriebsverfahren für das Brennstoffzellensystem;
- 3 ein vereinfachtes Diagramm des Temperaturverlaufs über die Zeit für einen Desinfektionsbetrieb;
- 4 ein vereinfachtes Diagramm zur Veranschaulichung von Möglichkeiten der Dauer des Desinfektionsbetriebs;
- 5 ein vereinfachtes Diagramm für die Bestimmung eines Zeitpunkts zum Starten des Desinfektionsbetriebs.
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In 1 ist schematisch und vereinfacht ein Brennstoffzellensystem 10 dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 12, der mehrere in Reihe geschaltete Brennstoffzellen 14 aufweist. Die Brennstoffzellen 14 weisen jeweils eine Anode und eine Kathode auf, wobei die Anode und die Kathode durch eine protonenleitfähige Membran voneinander getrennt sind. Die Membran kann aus einem lonomer, beispielsweise einem sulfonierten Tetrafluorethylen-Polymer (PTFE) oder einem Polymer der perfluorierten Sulfonsäure (PFSA) gebildet sein. Alternativ kann die Membran auch als sulfonierte Hydrocarbon-Membran ausgeführt sein.
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Den Anoden oder/und den Kathoden der Brennstoffzellen 14 kann ein Katalysator beigemischt sein. Dabei können die Membranen auf ihrer ersten oder/und auf ihrer zweiten Seite mit einer Katalysatorschicht versehen bzw. beschichtet sein. Als Katalysator kommen beispielsweise Edelmetalle, wie Platin, Palladium, Ruthenium und dergleichen in Betracht oder Gemische mit diesen Edelmetallen. Dabei dienen die Katalysatoren als Reaktionsbeschleuniger bei der Reaktion der jeweiligen Brennstoffzelle 14.
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Über Anodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 12 wird den Anoden ein Anodengas bzw. 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 hindurch, ist aber undurchlässig für die Elektronen. An der Anode erfolgt dabei Oxidation bzw. Elektronenabgabe. Während die Protonen durch die Membran zur Kathode hindurchtreten, werden die Elektronen über einen externen Stromkreis 16 an die Kathode oder an einen elektrischen Verbraucher 18 geleitet. Über Kathodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 12 kann den Kathoden Kathodengas (zum Beispiel Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft) zugeführt werden, so dass kathodenseitig die Reduktion bzw. Elektronenaufnahme erfolgt. Der elektrische Verbraucher 18 kann beispielsweise ein Speicher sein, wie etwa eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, oder ein Elektromotor oder sonst eine mittels elektrischer Energie betriebene Einrichtung, insbesondere Fahrzeugkomponente.
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Luft- bzw. kathodenseitig ist ein Verdichter 20 angeordnet, der beispielsweise Umgebungsluft ansaugt und verdichtet. Durch die Verdichtung erhöht sich die Temperatur der angesaugten Luft bzw. des Kathodengases. Das Kathodengas wird daher über eine Verdichterleitung 22 zunächst an einen Ladeluftkühler 24 geleitet wird, um es wieder auf eine gewünschte Temperatur herunter zu kühlen. Ausgehend vom Ladeluftkühler 24 wird das angesaugte und komprimierte Kathodengas einem Befeuchter 26 zugeleitet. Im Befeuchter 26 wird das trockene Kathodengas mit der Feuchtigkeit des Kathodenabgases, welches über eine Kathodenabgasleitung 28 dem Befeuchter 26 zugeführt wird, vermischt und somit befeuchtet. Über eine Kathodenzufuhrleitung 30 wird das befeuchtete Kathodengas den Kathodenräumen des Brennstoffzellenstapels 12 zugeführt. Außerdem ist der Befeuchter 26 mit einer Abgasleitung 32 verbunden, über welche das verbleibende Kathodenabgas aus dem Brennstoffzellensystem 10 ausgeleitet wird.
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Die Anodenräume des Brennstoffzellenstapels 12 sind in diesem Beispiel stapeleintrittsseitig über eine Anodenzufuhrleitung 34, 36 mit einem das Anodengas bzw. den Brennstoff bereitstellenden Brennstoffspeicher 38 verbunden. Das Brennstoffzellensystem 10 weist einen Anodenkreislauf 40 auf, bei dem über eine Anodenrezirkulationsleitung 42 stapelaustrittsseitig an den Anoden nicht abreagierter Brennstoff bzw. nicht abreagiertes Anodenabgas den Anodenräumen erneut zugeführt werden kann. Hierzu ist die Anodenrezirkulationsleitung 42 mit der Anodenzufuhrleitung 34 verbunden, so dass ein Teil 36 der Anodenzufuhrleitung 34 zusammen mit der Anodenrezirkulationsleitung 42 den Anodenkreislauf 40 bildet.
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Die Anodenrezirkulationsleitung 42 weist ein Rezirkulationsgebläse 44 auf, das insbesondere fluidmechanisch in die Anodenrezirkulationsleitung 42 eingebunden ist. Im Bereich eines Verbindungspunktes der Anodenzufuhrleitung 34 und der Anodenrezirkulationsleitung 42 ist eine Strahlpumpe oder ein Ejektor 46 angeordnet, der die Zirkulation des Gemisches aus Anodenabgas und frischem Anodengas bzw. Brennstoff unterstützt. Zur Regelung der Zufuhr von frischem Brennstoff bzw. Anodengas ist in der Anodenzufuhrleitung 34, insbesondere stromaufwärts von dem Ejektor 46, eine Brennstoffstellventileinrichtung 48 angeordnet. Diese Brennstoffventileinrichtung 48 ist vorzugsweise als Druckregelventil ausgebildet. Stromaufwärts des Druckregelventils 48 ist ein Wärmetauscher 50, beispielsweise in Form eines Rekuperators, zur Konditionierung des Brennstoffes bzw. Anodengases angeordnet.
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Mit der Anodenrezirkulationsleitung 42 ist ein Purge-Ventil 52 verbunden, um das im Anodenkreislauf 40 befindliche Gasgemisch an die Umgebung oder an einen (nicht dargestellten) Verdünner abzugeben. Ferner kann in der Anodenrezirkulationsleitung 42 ein Flüssigkeitsabscheider 54, insbesondere ein Wasserabscheider, angeordnet sein.
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Das Brennstoffzellensystem 10 weist ferner ein Steuergerät 60 auf, das mit unterschiedlichen Komponenten des Brennstoffzellensystems 10 in Kommunikationsverbindung steht, was durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Das Steuergerät 60 ist in vorliegenden Beispiel insbesondere auch dazu ausgelegt, die von einer Brennstoffzelle 14 oder dem Brennstoffzellenstapel 12 erzeugte Spannung zu erfassen.
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Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst weiter einen Kühlmittelkreislauf 62. Der Kühlmittelkreislauf 62 ist zur Wärmeübertragung mit dem Brennstoffzellenstapel 12, insbesondere den Brennstoffzellen 14, thermisch verbunden. Der Kühlmittelkreislauf 62 umfasst eine Kühlmittelpumpe 64, ein Thermostatventil 66 und einen Wärmeübertrager 68 aufweist. Der Wärmeübertrager 68 kann direkt oder indirekt Wärme an die Umgebung oder/und an einen hier nicht dargestellten Kältemittelkreislauf des Kraftfahrzeugs übertragen.
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Im Kühlmittelkreislauf 62 ist an einem bezogen auf den Brennstoffzellenstapel 12 eingangsseitigen Leitungsabschnitt 62a ein eingangsseitiger Temperatursensor 70a vorgesehen. An einem ausgangsseitigen Leitungsabschnitt 62b ist ein ausgangsseitiger Temperatursensor 70b vorgesehen. Mittels der Temperatursensoren 70a, 70b kann die Kühlmitteltemperatur erfasst und überwacht werden. Insbesondere kann mittels der an den beiden Temperatursensoren 70a, 70b erfassten Temperaturen eine Temperaturdifferenz zwischen der eingangsseitigen Kühlmitteltemperatur und der ausgangsseitigen Kühlmitteltemperatur bestimmt werden.
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Der Kältemittelkreislauf 62 umfasst einen den Wärmeübertrager 68 umgehenden Leitungsabschnitt 72, der auch als Bypass bezeichnet werden kann. Mittels des Thermostatventils 66 kann das Durchströmen des Wärmeübertragers 68 bzw. des Leitungsabschnitts (Bypass) 72 eingestellt werden. Insbesondere kann das Thermostatventil geschlossen werden, wenn das zirkulierende Kühlmittel seine gespeicherte Wärme am Wärmeübertrager 68 abgeben soll. Wird das Thermostatventil 72 vollständig geöffnet, wird nur ein geringer Teilmassenstrom von Kühlmittel durch den Wärmeübertrager 68 geleitet und der überwiegende Teil des Kühlmittels strömt ohne weitere Wärmeabgabe von einer Abzweigung 74 direkt zur Kühlmittelpumpe 64.
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Durch eine geeignete Einstellung des Thermostatventils 66 und der Leistung der Kühlmittelpumpe 64 kann die Temperatur des Kühlmittels beeinflusst werden. Insbesondere ist es möglich, die Kühlmitteltemperatur auf ein Niveau anzuheben, das größer oder gleich einer Desinfektionstemperatur ist.
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2 zeigt ein schematisches Diagramm des Verfahrens 500 zum Betrieben des Brennstoffzellensystems 10. Gemäß einem Schritt S501 wird die Betriebstemperatur von Brennstoffzellen 14 des Brennstoffzellenstapels 14 des Brennstoffzellensystems 10 erfasst. Schritt S502 illustriert das Speichern der in einem vorbestimmten Zeitraum aufgetretenen maximalen Betriebstemperatur. Gemäß Schritt S503 wird ein Desinfektionsbetrieb ausgeführt, bei dem die Betriebstemperatur auf eine Desinfektionstemperatur von mehr als 70°C, insbesondere 80°C. oder mehr, eingestellt wird und während einer vorbestimmten Desinfektionsdauer beibehalten wird. Schritt S504 illustriert dabei, dass die Betriebstemperatur der Brennstoffzellen erhöht wird durch Zuführen von erwärmtem Kühlmittel, das in dem Kühlmittelkreislauf 62 des Brennstoffzellenstapels 14 zirkuliert.
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Schritt S504 kann beispielsweise das Anpassen der Leistung, insbesondere das Erhöhen der Leistung, der Kühlmittelpumpe 64 umfassen. Ferner kann Schritt S504 auch das Einstellen, insbesondere Öffnen bzw. Schließen, des Thermostatventils 66 umfassen. Diese Einstellungen von Kühlmittelpumpe 64 und Thermostatventil 66 können auch kombiniert bzw. aufeinander abgestimmt erfolgen.
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Der Desinfektionsbetrieb gemäß Schritt S503 kann in regelmäßigen Zeitabständen oder in Abhängigkeit von vorbestimmten Einzelereignissen erfolgen, was durch den Schritt S505 illustriert ist.
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Gemäß Schritt S506 wird die Temperatur des Kühlmittels eingangsseitig und ausgangsseitig von dem Brennstoffzellenstapel 12 erfasst. Hierzu können insbesondere die oben erwähnten Temperatursensoren 70a, 70b eingesetzt werden.
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Gemäß Schritt S507 erfolgt die Zufuhr von erwärmten Kühlmittel derart, dass die eingangsseitige Kühlmitteltemperatur T1 und die ausgangsseitige Kühlmitteltemperatur T2 größer oder gleich der Desinfektionstemperatur Tdes sind.
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Gemäß Schritt S508 kann überwacht werden, dass die Temperaturdifferenz Tdiff zwischen der eingangsseitigen Kühlmitteltemperatur T1 und der ausgangsseitigen Kühlmitteltemperatur T2 weniger als 10K, insbesondere weniger als 5K beträgt.
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Weitere Schritte des Verfahrens werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Diagramme der 3 bis 5 beschrieben.
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3 zeigt schematisch und vereinfacht ein Diagramm der eingangsseitigen Kühlmitteltemperatur T1 und der ausgangsseitigen Kühlmitteltemperatur T2. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass zum Zeitpunkt tDA die eingangsseitige Kühlmitteltemperatur T1 von etwa 60 bis 70° auf eine Desinfektionstemperatur Tdes von etwa 80°C. oder mehr eingestellt wird. Die ausgangsseitige Kühlmitteltemperatur T2 erhöht sich dabei entsprechend, wobei die ausgangsseitige Kühlmitteltemperatur T2 immer etwas höher liegt als die Kühlmitteltemperatur T1, weil die Brennstoffzellen weiterhin Wärme an das zirkulierende Kühlmittel abgeben. Der Desinfektionsbetrieb wird bis zu einem Zeitpunkt tDE beibehalten. Danach sinken die Temperaturen T1 und T2 wieder auf ein übliches Betriebsniveau von etwa 60 bis 70°C.
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4 zeigt vereinfacht und schematisch Möglichkeiten der Dauer des Desinfektionsbetriebs in Abhängigkeit von einem zeitlichen Abstand zu dem vorhergehenden (letzten) Desinfektionsbetrieb. Die Balken repräsentieren dabei einen aktivierten Desinfektionsbetrieb gemäß Schritt S503 des oben beschriebenen Verfahrens 500.
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Ein erster Desinfektionsbetrieb DB1 wird beispielweise in der Kalenderwoche KW1 durchgeführt. Der erste Desinfektionsbetrieb DB1 weist dabei eine normale Desinfektionsdauer DD. Die Desinfektionsdauer DD ist dabei rein qualitativ dargestellt und nicht maßstäblich in Bezug auf die in Kalenderwochen KW unterteilte Zeitachse t. Ein zweiter Desinfektionsbetrieb DB2 mit normaler Desinfektionsdauer DD wird in KW5 durchgeführt.
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Ein dritter Desinfektionsbetrieb DB3 wird in KW11 durchgeführt. Da der zeitliche Abstand zu dem letzten Desinfektionsbetrieb DB2 mehr als beispielsweise vier Wochen beträgt, wird die Desinfektionsdauer DD vergrößert verglichen mit der in der KW1 bzw. KW5 angewandten normalen Desinfektionsdauer DD.
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Da ein vierter Desinfektionsbetrieb DB4 nach einer beispielsweise üblichen Regelmäßigkeit von 4 Wochen in der KW13 fällig wäre, aber der vorhergehenden Desinfektionsbetrieb DB3 weniger als vier Wochen vorher stattgefunden hat, kann die Desinfektionsdauer DD des vierten Desinfektionsbetriebs DB4 verkürzt werden. Alternativ ist es auch denkbar, den vierten Desinfektionsbetrieb DB4 vollständig auszulassen und erst wieder den geplanten fünften Desinfektionsbetrieb DB5 in KW17 durchzuführen. Das mögliche Auslassen eines (beliebigen bzw. ausgewählten) Desinfektionsbetriebs, hier beispielhaft von DB4, ist durch die gestrichelte Darstellung des Balkens verdeutlicht.
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Die hier angegebene Zeitdauer von vier Wochen zwischen zwei Desinfektionsbetrieben ist rein beispielhaft. Sie kann auch kürzer oder länger gewählt werden. Ferner kann der zeitliche Abstand beispielsweise auch in Abhängigkeit davon festgelegt bzw. angepasst werden, wie oft bzw. wie lange das Brennstoffzellensystem 10 bzw. das Kraftfahrzeug in Betrieb ist. Beispielsweise kann der Desinfektionsbetrieb häufiger durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug und damit das Brennstoffzellensystem 10 täglich während mehrerer Stunden in Betrieb ist.
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Alternativ zu einer längeren Desinfektionsdauer DD ist es auch denkbar, dass die Desinfektionstemperatur Tdes von etwa 80°C. um wenige Grad C. erhöht wird, so dass auch bei einer kürzeren bzw. normalen Desinfektionsdauer DD das gewünschte Desinfektionsergebnis erreicht werden kann.
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Mit anderen Worten kann also die Desinfektionsdauer DD eines aktuellen Desinfektionsbetriebs (S503, DB2-DB5) in Abhängigkeit von einem zeitlichen Abstand zu dem letzten durchgeführten Desinfektionsbetrieb DB1-DB4 festgelegt werden. Dabei kann die Desinfektionstemperatur Tdes eines aktuellen Desinfektionsbetriebs erhöht werden, wenn die Desinfektionsdauer verkürzt werden soll.
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5 zeigt ein schematisches und vereinfachtes Diagramm für die Bestimmung eines Zeitpunkts zum Starten des Desinfektionsbetriebs (S503, DB1-DB5). In dem oberen Diagramm ist die Systemleistung Psys des Brennstoffzellensystems 10 gegen die Zeit t aufgetragen. In dem unteren Diagramm ist die Temperaturdifferenz Tdiff zwischen der eingangsseitigen Kühlmitteltemperatur T1 und der ausgangsseitigen Kühlmitteltemperatur T2 gegen die Zeit t aufgetragen.
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Der Desinfektionsbetrieb (S503 in 2 bzw. DB1-DB5 in 4) kann insbesondere während eines Lastpunkts gestartet werden, bei dem der Brennstoffzellenstapel 14 eine abnehmende oder reduzierte Leistung abgibt. Dies ist in dem Diagramm der 5 beispielweise zum Zeitpunkt tDA der Fall. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt dann mittels Einstellung des Thermostatventils 64 das Erhöhen der eingangsseitigen Kühlmitteltemperatur T1 auf ein Niveau von etwa 80°C. oder mehr. Wird während des Desinfektionsbetriebs eine höhere Systemleistung angefordert, kann eine derartige Leistungsabgabe durch die Brennstoffzellen mittels einer Batterie bereitgestellt werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass während des Desinfektionsbetriebs die Leistung der Brennstoffzelle nicht plötzlich ansteigt, was üblicherweise zu einer größeren Temperaturdifferenz Tdiff führen würde, die aber im Desinfektionsbetrieb nicht erwünscht ist. Die Leistungspufferung durch die Batterie ist in 5 durch die gestrichelten Verläufe der jeweiligen Kurven und den unter diesen Kurvenabschnitten schraffierten Bereichen verdeutlicht.
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Die unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschriebenen Verfahrensschritte können mittels des Steuergeräts 60 des Brennstoffzellensystem 10 umgesetzt werden. Insbesondere können mittels des Steuergeräts 60 das Thermostatventil 66 und die Kühlmittelpumpe 64 eingestellt werden. Ferner ist das Steuergerät 60 auch dazu eingerichtet, die an den Sensoren 70a und 70b erfassten Temperaturen zu verarbeiten und für die auszuführenden Verfahrensschritte bedarfsweise zu verwenden.
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Das Brennstoffzellensystem 10 der 1 kann in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein, das in der 1 durch das gestrichelte Rechteck 100 vereinfacht und schematisch dargestellt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6399231 B1 [0002]
- JP 08138714 A [0002]
- JP 2005327584 A [0002]
