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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Platinoxidanteils in einer Katalysatorschicht einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels für ein Kraftfahrzeug sowie ein Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahrzeug.
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Beim Einsatz eines Brennstoffzellensystems in einem Kraftfahrzeug baut sich je nach Betriebszustand des Kraftfahrzeugs während des Betriebs, insbesondere während der Fahrt, Platinoxid auf und beeinflusst die Spannungslage des Brennstoffzellenstapels. Um bei einem Brennstoffzellenstapel Alterungskriterien einhalten zu können, ist es wünschenswert, im Betrieb des Brennstoffzellensystems bzw. des Kraftfahrzeugs unterhalb einer Grenzspannung zu bleiben. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die aktuelle Spannungslage stark von dem Parameter des Platinoxidanteils abhängt.
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Liegt bei einem Brennstoffzellensystem in den Brennstoffzellen ein hoher Anteil an Platinoxid in Kombination mit hoher Feuchtigkeit in der Membran an, erfolgt eine verstärkte, insbesondere beschleunigte Alterung der Brennstoffzellen aufgrund von Platinablösung bzw. Platinauswaschung. Wenn der Anteil an Platinoxid gering ist, können sich sehr hohe Leistungen ergeben, was beispielsweise bei bestimmten Betriebsarten des Kraftfahrzeugs, wie etwa dem Stadtbetrieb (stop-and-go), zu Herausforderungen beim Antriebsstrangmanagement führt, weil die hohe Leistung des Brennstoffzellensystem in geeigneter Weise an elektrische Verbraucher abgegeben oder gespeichert werden muss. Diese Problematik wird anhand des Diagramms der 6 hier kurz erläutert. Das Diagramm zeigt schematisch Spannungs-Stromdichte-Kennlinien bei hohem Platinoxidanteil (durchgezogene Linie) und bei geringem Platinoxidanteil (gestrichelte Linie). Vergleicht man bei gleichbleibender Spannung U die Stromdichte, ist ersichtlich, dass bei geringem Platinoxidanteil die Stromdichte größer ist. Entsprechend resultiert hieraus bei geringem Platinoxidanteil bei gleicher (Zell-)Spannung eine höhere (Mindest-)Leistung P2 der Brennstoffzelle (Produkt aus Spannung und Strom) verglichen mit der (Mindest-)Leistung P1 bei einem hohen Platinoxidanteil.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein optimierter Betrieb eines Brennstoffzellensystems ermöglicht ist, so dass eine vorzeitige Alterung vermieden werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird also ein Verfahren zur Regelung des Platinoxidanteils in einer Katalysatorschicht einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte:
- modellbasiertes Bestimmen eines aktuellen Anteils an Platinoxid in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebszustand;
- Bestimmen der elektrischen Spannung oder/und einer Spannungsänderung in Abhängigkeit von dem aktuellen Anteil an Platinoxid;
- Anpassen des Anteils an Platinoxid in Abhängigkeit von einem zu erwartenden oder/und angeforderten Betriebszustand der Brennstoffzelle oder/und des Fahrzeugs.
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Durch ein derartiges Verfahren wird mittels eines Modells laufend der aktuelle Anteil an Platinoxid berechnet und dessen Einfluss auf die Spannung in der Brennstoffzelle bestimmt. Weitere Faktoren bzw. Parameter, wie beispielsweise Partialdrücke von der Brennstoffzelle zugeführten Gasen, wie etwa Wasserstoff, Alterungszustand der Brennstoffzelle, Kontamination der Brennstoffzelle, können bei dem Verfahren ergänzend berücksichtigt werden.
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Bei dem Verfahren kann der Anteil an Platinoxid reduziert werden durch Entladen der Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels auf eine Spannung die kleiner oder gleich 0,5 Volt beträgt, insbesondere bei Start- bzw. Stopp-Phasen der Brennstoffzelle.
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Der Anteil an Platinoxid kann reduziert werden durch Anpassung der kathodenseitig zugeführten Luftmenge, so dass die Spannung in der Brennstoffzelle oder im Brennstoffzellenstapel reduziert wird.
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Der Anteil an Platinoxid kann auch reduziert werden durch Erhöhung der abgegebenen Leistung der Brennstoffzelle oder des Brennstoffzellenstapels, so dass die Spannung in der Brennstoffzelle oder im Brennstoffzellenstapel reduziert wird. Dabei kann mittels der von der Brennstoffzelle oder dem Brennstoffzellen abgegebenen Leistung eine Batterie geladen werden.
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Bei dem Verfahren kann der Anteil an Platinoxid erhöht oder zumindest beibehalten werden durch Reduktion der abgegebenen Leistung der Brennstoffzelle oder des Brennstoffzellenstapels bei gleichzeitig erhöhter Leistungsabgabe durch eine Batterie. Hierdurch können beispielsweise Betriebspunkte bzw. Betriebssituationen vermieden werden, in denen Platinoxid reduziert wird. Dabei wird eine benötigte Leistung mittels der Batterie gepuffert bzw. aus dieser entnommen, so dass der Betriebszustand der Brennstoffzelle in Bezug auf den Anteil an Platinoxid optimiert werden kann.
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Der Anteil an Platinoxid kann auch erhöht werden durch Erzeugen eines negativen Lastsprungs, wobei temporär bzw. zunächst eine höhere Leistung eingestellt wird, die unterhalb einer Leistung eines Referenzbetriebs der Brennstoffzelle liegt, bevor danach eine Zielleistung eingestellt wird, wobei durch den erzeugten Lastsprung eine geringere Mindestleistung erreicht wird als in dem Referenzbetrieb. Dabei führt das Verfahren der aktiven Platinoxid-Regelung dazu, dass Platinoxid bei der zunächst höheren Leistung gezielt nicht abgebaut wird verglichen mit dem Referenzbetrieb. Bei einem anschließenden negativen Lastsprung kann daher eine deutlich geringere Mindestleistung erreicht werden verglichen mit dem Referenzbetrieb, so dass dabei der Anteil an Platinoxid erhöht werden kann.
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Bei einem festgestellten hohen Anteil an Platinoxid kann die relative Feuchte der kathodenseitig zugeführten Luft reduziert werden. Hierdurch kann der Degradation bzw. Alterung der Brennstoffzelle entgegengewirkt werden, insbesondere kann mittels der reduzierten Feuchtigkeit einer Platinablösung bzw. Platinauswaschung vorgebeugt werden.
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Das Anpassen, insbesondere das Reduzieren oder Erhöhen, des Anteils an Platinoxid kann in Abhängigkeit von einem laufend bestimmten Spannungsgradienten oder/und einem laufend bestimmten Wirkungsgradgradienten bestimmt werden. Dabei kann das Anpassen in Abhängigkeit von einem Zeitanteil bestimmt werden, während dem eine bestimmte Spannung vorliegt. Hierdurch kann eine zeitdiskrete Regelung erreicht werden, wobei berücksichtigt wird, dass sich der Anteil an Platinoxid bei einer bestimmten Spannung ändert, und zwar in Abhängigkeit davon, wie lange dieser Spannungswert anliegt.
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Vorgeschlagen wird auch ein Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahrzeug mit einer eine Spannung erzeugenden Brennstoffzelle, wobei die Brennstoffzelle eine mit einem Anodenkreislauf strömungsverbundene Anode, eine mit einer Kathodenversorgung strömungsverbundene Kathode, eine die Kathode von der Anode trennende ionenleitfähige Membran und eine Katalysatorschicht aus Platinoxid umfasst. Ferner weist das Brennstoffzellensystem ein Steuergerät auf, das dazu eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen.
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Bei einem solchen Brennstoffzellensystem kann die Kathodenversorgung eine Luftzufuhrleitung aufweisen mit einem Befeuchter und einem den Befeuchter umgehenden Befeuchterbypass. Dabei kann in der Luftzufuhrleitung oder/und im Befeuchterbypass wenigstens eine Ventileinrichtung angeordnet sein, um das Durchströmen des Befeuchterbypasses zu steuern. Dieser strukturelle Aufbau mit Befeuchterbypass ermöglicht die gezielte Steuerung bzw. Regelung der Feuchte des kathodenseitig zugeführten Luftstroms zu der Brennstoffzelle.
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Ein Kraftfahrzeug, insbesondere elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, kann mit einem oben beschriebenen Brennstoffzellensystem ausgerüstet 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 ein Brennstoffzellensystem mit einem Befeuchterbypass;
- 2 Ein Diagramm, in dem qualitativ der Zusammenhang zwischen Strom, Spannung sowie Aufbau und Abbau von Platinoxid in einer Brennstoffzelle dargestellt ist;
- 3 ein vereinfachtes Diagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Regelung des Platinoxidanteils in einer Katalysatorschicht einer Brennstoffzelle;
- 4 ein Diagramm, in dem qualitativ die Leistung über die Zeit dargestellt ist bei einem negativen Lastsprung;
- 5 ein Diagramm, in dem qualitativ der Zusammenhang zwischen dem Spannungsgradienten und dem Wirkungsgradgradienten mit daraus abzuleitenden Maßnahmen dargestellt ist;
- 6 ein Diagramm, in dem qualitativ und schematisch der Zusammenhang zwischen der Zellspannung und der Stromdichte bei unterschiedlichen Platinoxidanteilen dargestellt ist.
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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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Stromaufwärts von dem Befeuchter 28 zweigt ein Befeuchterbypass 29 ab. Der Befeuchterbypass 29 mündet nach dem Befeuchter 28 wieder in die Kathodenzufuhrleitung 30. Stromaufwärts von dem Befeuchter 28 bzw. in dem Befeuchterbypass 29 kann wenigstens eine Ventileinrichtung 31 vorgesehen bzw. angeordnet sein, um das zumindest teilweise Durchströmen des Befeuchterbypasses 29 einzustellen. Auch wenn in der 1 rein beispielhaft zwei Ventileinrichtung 31 dargestellt sind, ist es klar, dass auch eine einzige Ventileinrichtung 31 ausreichend sein kann. Die in der 1 dargestellten Ventileinrichtungen 31 können also alternativ, aber auch kumulativ vorgesehen werden. Die wenigstens eine Ventileinrichtung 31 bzw. eine einzige Ventileinrichtung ist so anzuordnen, dass sowohl der Massenstrom von Luft vollständig durch den Befeuchter 28 oder vollständig durch den Befeuchterbypass geleitet werden kann. Selbstverständlich kann die Ventileinrichtung 31 auch so vorgesehen sein, dass sie auf eine Zwischenstellung einstellbar ist, so dass durch den Befeuchter 28 und den Befeuchterbypass 29 jeweils ein Teilmassenstrom von Luft geleitet 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. Stapeleingangsseitig kann eine Sensoreinrichtung 58, insbesondere ein Druck-/Temperatursensor, angeordnet sein. Ferner kann stapelausgangsseitig eine Sensoreinrichtung 59, insbesondere ein Druck-/Temperatursensor, 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. Ferner kann das Steuergerät 60 dazu eingerichtet sein, die Druck- oder/und Temperaturwerte an den Sensoreinrichtungen 58, 59 zu erfassen bzw. von diesen zu erhalten. Die Kommunikationsverbindungen zwischen dem Steuergerät 60 und den Sensoreinrichtungen 58, 59 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, auch wenn diese vorhanden sind. Ferner ist auch eine üblicherweise vorhandene Kommunikationsleitung zu der wenigstens einen Ventileinrichtung 31 zur Ansteuerung bzw. Regelung des Durchflusses von Luft durch den Befeuchter 28 oder/und den Befeuchterbypass 29 nicht dargestellt.
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2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung Kurven für die Spannung U und Strom I einer Brennstoffzelle über die Zeit t. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass bei hohen Spannungen im Bereich von etwa 0,8 V ein Aufbau von Platinoxid +PtOx in der Katalysatorschicht einer Brennstoffzelle erfolgt. Sinkt die Spannung auf einen Wert unterhalb von 0,8 V, etwa im Bereich von 0,4 bis 0,6V erfolgt in der Katalysatorschicht ein Abbau von Platinoxid -PtOx. Mit anderen Worten wird Platinoxid aufgebaut, wenn die Leistung der Brennstoffzelle gering ist (bei hoher Spannung), also insbesondere auch in Phasen eines Mindestleistungsbetriebs der Brennstoffzelle. Platinoxid wir verringert bzw. reduziert, wenn die Leistung der Brennstoffzelle hoch ist (bei geringer Spannung), also insbesondere auch in Phasen von Volllast.
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Das in 2 gezeigte Verhalten von Aufbau bzw. Abbau von Platinoxid in der Katalysatorschicht kann beispielsweis als Grundlage dienen für die verfahrenstechnische Regelung des Platinoxidanteils während des Betriebs der Brennstoffzelle.
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3 zeigt vereinfacht und schematisch einige Schritte eines Verfahrens 500 zur Regelung des Platinoxidanteils, wobei das Anpassen des Anteils an Platinoxid in Abhängigkeit von einem zu erwartenden oder/und angeforderten Betriebszustand der Brennstoffzelle oder/und des Fahrzeugs. Bei dem Verfahren 500 erfolgt in Schritt S501 ein modellbasiertes Bestimmen eines aktuellen Anteils an Platinoxid in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebszustand. In Schritt S502 erfolgt ein Bestimmen der elektrischen Spannung oder/und einer Spannungsänderung in Abhängigkeit von dem aktuellen Anteil an Platinoxid. In Schritt S503 erfolgt schließlich das Anpassen des Anteils an Platinoxid in Abhängigkeit von einem zu erwartenden oder/und angeforderten Betriebszustand der Brennstoffzelle oder/und des Fahrzeugs.
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Bei dem Verfahren 500 kann gemäß einem Schritt S504 der Anteil an Platinoxid reduziert werden durch Entladen der Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels auf eine Spannung die kleiner oder gleich 0,5 Volt beträgt, insbesondere bei Start- bzw. Stopp-Phasen der Brennstoffzelle.
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Der Anteil an Platinoxid kann alternativ oder ergänzend auch reduziert werden durch Anpassung der kathodenseitig zugeführten Luftmenge, so dass die Spannung in der Brennstoffzelle oder im Brennstoffzellenstapel reduziert wird, was durch den Schritt S505 illustriert ist.
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Bei dem Verfahren 500 kann gemäß Schritt S506 alternativ oder ergänzend der Anteil an Platinoxid reduziert werden durch Erhöhung der abgegebenen Leistung der Brennstoffzelle oder des Brennstoffzellenstapels, so dass die Spannung in der Brennstoffzelle oder im Brennstoffzellenstapel reduziert bzw. verringert wird. Dabei kann gemäß Schritt S506 mittels der von der Brennstoffzelle oder dem Brennstoffzellen abgegebenen Leistung eine Batterie geladen werden.
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Gemäß Schritt S507 kann der Anteil an Platinoxid erhöht oder zumindest beibehalten werden durch Reduktion der abgegebenen Leistung der Brennstoffzelle oder des Brennstoffzellenstapels bei gleichzeitige erhöhter Leistungsabgabe durch eine Batterie. Dabei wird der Batterie temporär mehr Energie bzw. Leistung entnommen, als von der Brennstoffzelle für die Batterie bereitgestellt wird. Die Batterie dient dabei also als eine Art Energie- bzw. Strompuffer, wobei es gewünscht bzw. beabsichtigt ist, dass die Batterie temporär stärker belastet wird zu Gunsten eines für die Brennstoffzelle verbesserten, Betriebs im Hinblick auf die Regulierung des Anteils an Platinoxid in der Katalysatorschicht.
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Alternativ oder ergänzend kann der Anteil an Platinoxid erhöht werden durch Erzeugen eines negativen Lastsprungs, bei dem temporär eine höhere Leistung eingestellt wird, die unterhalb einer Leistung eines Referenzbetriebs der Brennstoffzelle liegt, bevor danach eine Zielleistung eingestellt wird, wobei durch den erzeugten Lastsprung eine geringere Mindestleistung erreicht wird als in dem Referenzbetrieb, was durch Schritt S508 illustriert ist. Diese Art der Regelung des Platinoxidanteils kann insbesondere beim Start des Brennstoffzellensystems angewendet werden.
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Der in Schritt S508 angewandte Verfahrensschritt ist in 4 in einem vereinfachten Diagramm für die Leistung P über die Zeit t illustriert. In dem Diagramm entspricht die gestrichelt dargestellte Linie einem Referenzbetrieb einer Brennstoffzelle bzw. eines Brennstoffzellenstapels. Die durchgezogene Linie stellt den Leistungsverlauf dar, wenn dabei das beschriebene Verfahren 500 zur modellbasierten Regelung des Platinoxidanteils eingesetzt wird. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass beim Starten der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellensystems zunächst, insbesondere während der etwa ersten 20 Sekunden des Betriebs, die Leistung etwas geringer gehalten wird, wodurch gezielt weniger Platinoxid abgebaut wird. Bei dem anschließenden negativen Lastsprung kann über einen längeren Zeitraum eine deutlich verringerte Mindestleistung erreicht werden verglichen mit dem Referenzbetrieb. Die Leistungskurven von dem Betrieb mit geregeltem Platinoxidanteil (durchgezogene Linie) und dem Referenzbetrieb (gestrichelte Linie) gleichen sich nach etwas 150 bis 200 Sekunden an. Somit kann insbesondere in einer Startphase eine Brennstoffzelle bzw. eines Brennstoffzellensystems bzw. eine Fahrzeugs ein optimierter Betrieb ermöglicht werden, bei dem mittels der Berücksichtigung und Regelung des Platinoxidanteils auch vorteilhafte Zustände für die Brennstoffzelle im Hinblick auf eine mögliche Mindestleistung erreicht werden.
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Gemäß einem Schritt S509 kann bei einem festgestellten hohen Anteil an Platinoxid die relative Feuchte der kathodenseitig zugeführten Luft reduziert werden. Dabei kann der oben beschriebene Befeuchterbypass 29 (1) bzw. die wenigstens eine zugeordnete Ventileinrichtung 31 von dem Steuergerät 60 entsprechend angesteuert werden, so dass Luft unter zumindest teilweiser Umgehung des Befeuchters 28, kathodenseitig der Brennstoffzelle zugeführt wird. Hierdurch wird erreicht, dass weniger feuchte Luft die Brennstoffzelle erreicht, was einer Auswaschung von Platinoxid und somit einer Verschlechterung bzw. Alterung der Brennstoffzelle entgegenwirkt.
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Bei dem Verfahren 500 kann das Anpassen, insbesondere das Reduzieren oder Erhöhen, des Anteils an Platinoxid, wie beispielsweise gemäß einem der oben beschriebenen Schritte S503 bis S509, in Abhängigkeit von einem laufend bestimmten Spannungsgradienten oder/und einem laufend bestimmten Wirkungsgradgradienten bestimmt werden. Hierzu wird auf das Diagramm der 5 verwiesen, das vereinfacht und schematisch zeigt, bei welchem Spannungsgradienten dU welche Maßnahme ausgewählt wird zur Regelung des Platinoxidanteils.
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Ein großer Spannungsgradient dU geht beispielweise einher mit einem gezielten Startvorgang der Brennstoffzelle, insbesondere einem negativen Lastsprung, wie dies oben unter Bezugnahme auf den Verfahrensschritt S508 und 4 beschrieben worden ist. Dies kann beispielsweise ein gezieltes Entladen des Brennstoffzellenstapels zu einem geeigneten Zeitpunkt sein, wobei die Zellspannung beispielsweise um 30mV reduziert wird, wodurch sich der Brennstoffzellenwirkungsgrad beispielsweise um 2% verringert.
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Bei einem mittleren Spannungsgradienten kann beispielsweise die Leistung der Brennstoffzelle angehoben werden und an die Batterie abgegeben werden, wie dies in Bezug auf Schritt S506 erläutert worden ist. Das Verschieben des Lastpunkts kann beispielsweise eine Reduktion der Zellspannung um 20mV bewirken, wobei der Brennstoffzellenwirkungsgrad um beispielsweise 4% reduziert werden kann.
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Bei einem geringen Spannungsgradienten dU kann Einfluss genommen werden auf das kathodenseitige Zuströmen von Luft, insbesondere auch auf Feuchtigkeit der Luft, wie dies unter Bezugnahme auf Schritt S509 beschrieben worden ist. Durch eine Veränderung, insbesondere Verringerung, der zugeführten Luftmenge kann beispielsweise eine Reduktion der Zellspannung von 10 mV erreicht werden, wobei der Brennstoffzellenwirkungsgrad um beispielsweise 1 % reduziert wird.
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Bei dem Verfahren 500, insbesondere bei Berücksichtigung des Spannungsgradienten kann das Anpassen in Abhängigkeit von einem Zeitanteil bestimmt werden, während dem eine bestimmte Spannung vorliegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch eine Entwicklung des Platinoxidanteils während des Beibehaltens einer Spannung während einer bestimmten, insbesondere längeren Zeitdauer, berücksichtigt wird.
