DE10350691B4 - Verfahren zum Aufwärmen eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

Verfahren zum Aufwärmen eines Brennstoffzellensystems Download PDF

Info

Publication number
DE10350691B4
DE10350691B4 DE10350691A DE10350691A DE10350691B4 DE 10350691 B4 DE10350691 B4 DE 10350691B4 DE 10350691 A DE10350691 A DE 10350691A DE 10350691 A DE10350691 A DE 10350691A DE 10350691 B4 DE10350691 B4 DE 10350691B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
capacitor
heater
electrical energy
charging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10350691A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10350691A1 (de
Inventor
Naoyuki Wako Enjoji
Kazuya Wako Sasamoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Publication of DE10350691A1 publication Critical patent/DE10350691A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10350691B4 publication Critical patent/DE10350691B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04731—Temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04037—Electrical heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Verfahren zum Aufwärmen eines Brennstoffzellensystems, welches eine Brennstoffzelle (12), einen Heizer (14) zum Heizen der Brennstoffzelle (12) und einen mit der Brennstoffzelle (12) elektrisch verbundenen Kondensator (16) aufweist, wobei die Brennstoffzelle (12) eine Elektrolytelektrodenanordnung (22) mit einem Paar von Elektroden (32, 34) und einem zwischen den Elektroden (32, 34) angeordneten Elektrolyt (30) sowie Separatoren (24, 26) zur sandwichartigen Aufnahme der Elektrolytelektrodenanordnung (22) umfasst,
wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
kontinuierliches Erzeugen von elektrischer Energie in der Brennstoffzelle (12) zum Zuführen von elektrischer Energie zu einer peripheren Komponente (18) der Brennstoffzelle (12),
Zuführen von elektrischer Energie zu dem Kondensator, um den Kondensator (16) zu laden und
Zuführen von elektrischer Energie, welche von dem Kondensator (16) entladen wurde, zu dem Heizer (14) zum Aufwärmen der Brennstoffzelle (12) durch den Heizer (14),
wobei Laden und Entladen des Kondensators (16) während des kontinuierlichen Betriebs der Brennstoffzelle (12) wiederholt...

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufwärmen eines Brennstoffzellensystems, welches eine Brennstoffzelle, einen Heizer zum Heizen der Brennstoffzelle und einen mit der Brennstoffzelle elektrisch verbundenen Kondensator umfasst. Die Brennstoffzelle umfasst eine Elektrolytelektrodenanordnung, welche zwischen einem Paar Separatoren angeordnet ist. Die Elektrolytelektrodenanordnung umfasst ein Paar Elektroden sowie einen zwischen den Elektroden angeordneten Elektrolyt.
  • Beschreibung des betreffenden Fachgebiets
  • Im Allgemeinen verwendet eine Brennstoffzelle mit Festpolymerelektrolyt eine Membranelektrodenanordnung (MEA), welche zwei Elektroden (Anode und Kathode) und eine zwischen den Elektroden angeordnete Elektrolytmembran umfasst. Die Elektrolytmembran ist eine Polymerionen-Austauschmembran. Die Membranelektrodenanordnung ist zwischen Separatoren angeordnet. Die Membranelektrodenanordnung und die Separatoren bilden eine Einheit der Brennstoffzelle zum Erzeugen von Elektrizität. Eine vorbestimmte Anzahl von Brennstoffzellen sind aneinander gestapelt, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden.
  • In der Brennstoffzelle wird ein Brenngas, wie ein wasserstoffhaltiges Gas, der Anode zugeführt. Der Katalysator der Anode induziert eine chemische Reaktion des Brenngases, um das Wasserstoffmolekül in Wasserstoffionen (Protonen) und Elektronen aufzuspalten. Die Wasserstoffionen bewegen sich in Richtung zur Kathode durch den Elektrolyt und die Elektronen fließen durch einen äußeren Stromkreis zur Kathode, wobei sie einen elektrischen Gleichstrom erzeugen. Ein sauerstoffhaltiges Gas oder Luft wird der Kathode zugeführt. An der Kathode kombinieren die Wasserstoffionen von der Anode mit den Elektronen und Sauerstoff, um Wasser zu erzeugen.
  • Hat die Brennstoffzelle zum Zeitpunkt des Beginns des Betriebs eine geringe Temperatur, so kann die Energieerzeugung nicht effizient ablaufen. Es dauert beträchtliche Zeit, die Temperatur der Brennstoffzelle auf eine Soll-Temperatur zur Energieerzeugung zu erhöhen. Insbesondere ist es dann, wenn der Betrieb der Brennstoffzelle bei einer Temperatur unter Null (Gefrierpunkt) gestartet wird, wahrscheinlich, dass Wasserkondensation aufgrund der von der Brennstoffzelle nach außen abgestrahlten Wärme auftritt, und das bei der Reaktion der Brennstoffzelle erzeugte Wasser wird nicht reibungslos von der Brennstoffzelle abgeleitet. Es ist somit möglich, dass die gewünschte Leistung in der Energieerzeugung der Brennstoffzelle nicht erreicht wird.
  • In einem Versuch, das Problem anzugehen, offenbart das US-Patent Nr. 5,798,186 ein Brennstoffzellensystem, in welchem ein Brennstoffzellenstapel mit einem externen elektrischen Stromkreis verbunden ist und die Zufuhr von elektrischem Strom zu dem externen elektrischen Stromkreis von dem Brennstoffzellenstapel eingeleitet wird, so dass die Temperatur der Membranelektrodenanordnung die Gefriertemperatur von Wasser überschreitet.
  • In dem Brennstoffzellensystem des US-Patents wird die Temperatur des gesamten Brennstoffzellenstapels durch Selbsterwärmung erhöht. Wird der Betrieb des Brennstoffzellenstapels bei einer geringen Temperatur begonnen, so wird eine große Menge an Heizenergie benötigt, um den gesamten Brennstoffzellenstapel aufzuwärmen. Wird zum Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels ein elektrischer Heizer verwendet, so wird eine beträchtlich lange Zeit benötigt und der elektrische Heizer muss eine beträchtlich große elektrische Kapazität aufweisen. Insbesondere dann, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels bei einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts begonnen wird, kann das in dem Brennstoffzellenstapel produzierte Wasser in den Gasdiffusionsschichten oder Reaktionspartner-Gaskanälen unerwünschterweise gefrieren und der Aufwärmbetrieb kann möglicherweise nicht kontinuierlich durchgeführt werden.
    •
  • Überblick über die Erfindung
  • Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aufwärmen eines Brennstoffzellensystems bereitzustellen, in welchem das Brennstoffzellensystem zuverlässig innerhalb einer kurzen Zeitperiode durch einen einfachen Vorgang aufgewärmt wird und der Betrieb des Brennstoffzellensystems schnell gestartet werden kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einer Brennstoffzelle zum Zuführen von elektrischer Energie zu einer peripheren Komponente der Brennstoffzelle elektrische Energie kontinuierlich erzeugt. Elektrische Energie wird einem Kondensator (Energiespeichereinrichtung) zugeführt, um den Kondensator zu laden. Von dem Kondensator entladene elektrische Energie wird dem Heizer zum Aufwärmen der Brennstoffzelle durch den Heizer zugeführt. Laden und Entladen des Kondensators werden während des kontinuierlichen Betriebs in der Brennstoffzelle wiederholt.
  • Die Brennstoffzelle ist somit beim Erzeugen von elektrischer Energie für die Speisung der peripheren Komponente und die Speisung zum Laden des Kondensators selbst-geheizt. Die Brennstoffzelle wird durch die kontinuierliche Energieerzeugung schnell aufgewärmt. Der Kondensator wird ebenfalls schnell aufgewärmt, während das Laden und Entladen des Kondensators wiederholt durchgeführt wird.
  • Durch den einfachen Vorgang werden die Brennstoffzelle und der Kondensator zuverlässig innerhalb einer kurzen Zeitperiode aufgewärmt und der Betrieb des Brennstoffzellensystems kann bei einer geringen Temperatur effizient begonnen werden. Die Brennstoffzelle und der Kondensator können selbst dann wunschgemäß funktionieren, wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystems bei einer geringen Temperatur aufgenommen wird. Der zuverlässige Aufwärmbetrieb gewährleistet die gewünschten Funktionen der Komponenten in dem Brennstoffzellensystem und der Betrieb des Brennstoffzellensystems kann bei einer geringer Temperatur wunschgemäß aufgenommen werden.
  • In einer Ausführungsform sind ein erster und zweiter Kondensator parallel zueinander angeordnet und wahlweise mit der Brennstoffzelle verbindbar. Wenn die Brennstoffzelle mit dem ersten Kondensator zum Laden des ersten Kondensators verbunden ist, so wird elektrische Energie von dem zweiten Kondensator entladen und dem Heizer zugeführt. Wenn die Brennstoffzelle mit dem zweiten Kondensator zum Laden des zweiten Kondensators verbunden ist, so wird elektrische Energie von dem ersten Kondensator entladen und dem Heizer zugeführt.
  • Elektrische Energie wird abwechselnd vom ersten und zweiten Kondensator zu dem Heizer zugeführt, um die Brennstoffzelle aufzuwärmen. Der Heizer wird zum Heizen der Brennstoffzelle kontinuierlich betrieben und somit wird die Brennstoffzelle zuverlässig in einer kurzen Zeitdauer aufgewärmt.
  • In einer Ausführungsform sind eine erste und eine zweite Brennstoffzelle parallel zueinander angeordnet. Der Aufwärmbetrieb wird auf einfache Weise gesteuert/geregelt. Nachdem der Aufwärmbetrieb beendet ist, werden die erste und zweite Brennstoffzelle elektrisch in Reihe miteinander verbunden und der erste und zweite Kondensator werden elektrisch in Reihe miteinander verbunden.
  • Die oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch illustrative Beispiele gezeigt sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Ansicht, welche schematisch ein Brennstoffzellensystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist ein Zeitdiagramm, welches den Betrieb einer Brennstoffzelle und eines Kondensators in dem Brennstoffzellensystem zeigt;
  • 3 ist eine Ansicht, welche den Betrieb zeigt, in welchem elektrische Energie von dem Kondensator in dem Brennstoffzellensystem entladen wird.
  • 4 ist eine Ansicht, welche schematisch ein Brennstoffzellensystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 ist ein Zeitdiagramm, welches den Betrieb einer Brennstoffzelle und eines ersten und zweiten Kondensators zeigt;
  • 6 ist eine Ansicht, welche den Betrieb zeigt, in welchem elektrische Energie von dem ersten Kondensator entladen wird und elektrische Energie auf den zweiten Separator geladen wird;
  • 7 ist eine Ansicht, welche einen normalen Betrieb des Brennstoffzellensystems zeigt;
  • 8 ist eine Ansicht, welche ein Brennstoffzellensystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 9 ist eine Ansicht, welche ein Brennstoffzellensystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt und
  • 10 ist eine Ansicht, welche einen normalen Betrieb des Brennstoffzellensystems zeigt.
    •
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • 1 ist eine Ansicht, welche schematisch ein Brennstoffzellensystem 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 enthält wenigstens eine Brennstoffzelle 12, einen in der Brennstoffzelle 12 zum Heizen der Brennstoffzelle 12 vorgesehenen Heizer 14, einen elektrisch mit der Brennstoffzelle 12 verbundenen Kondensator (Energiespeichereinrichtung) 16 sowie einen Schalter 20, um den Kondensator 16 wahlweise mit der Brennstoffzelle 12 und dem Heizer 14 zu verbinden. In der Ausführungsform wird die Brennstoffzelle 12 direkt durch den Heizer 14 geheizt. Obwohl es nicht gezeigt ist, kann alternativ ein Heizer zum Heizen eines Kühlmittels verwendet werden.
  • In 1 sind eine Mehrzahl von Brennstoffzellen 12 in einer durch einen Pfeil A angezeigten Richtung zusammengestapelt, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden. Alternativ enthält das Brennstoffzellensystem 10 nur eine einzelne Brennstoffzelle 12. Die Brennstoffzelle 12 enthält eine Membranelektrodenanordnung 22 und einen ersten und zweiten Separator 24, 26 zum sandwichartigen Aufnehmen der Membranelektrodenanordnung 22. Die Membranelektrodenanordnung 22 umfasst eine Anode 32, eine Kathode 34 und eine Festpolymerelektrolytmembran 30, welche zwischen der Anode 32 und der Kathode 34 angeordnet ist. Die Festpolymerelektrolytmembran 30 ist beispielsweise durch Imprägnieren einer dünnen Membran von Perfluorsulfonsäure mit Wasser gebildet.
  • Sowohl die Anode 32 als auch die Kathode 34 weisen jeweils eine Gasdiffusionsschicht wie ein poröses Kohlepapier und eine Elektrodenkatalysatorschicht aus einer an porösen Kohlenstoffteilchen getragenen Platinlegierung auf. Die Kohlenstoffteilchen der Elektrodenkatalysatorschicht sind gleichmäßig auf der Oberfläche der Gasdiffusionsschicht verteilt. Die Elektrodenkatalysatorschicht der Anode 32 und die Elektrodenkatalysatorschicht der Kathode 34 sind an beiden Oberflächen der Festpolymerelektrolytmembran 30 jeweils festgelegt.
  • Der erste Separator 24 weist an seiner der Membranelektrodenanordnung 22 zugewandten Fläche ein Brenngasströmungsfeld 35 zum Zuführen eines Brenngases wie einem wasserstoffhaltigen Gas zur Anode 32 auf. Der zweite Separator 26 weist an seiner der Membranelektrodenanordnung 22 zugewandten Fläche ein Strömungsfeld 36 für sauerstoffhaltiges Gas auf, zum Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases zur Kathode 34. Ein Kühlmittelströmungsfeld 38 zum Zuführen eines Kühlmittels zum Kühlen der Membranelektrodenanordnung 22 ist zwischen dem ersten und zweiten Separator 24, 26 ausgebildet.
  • Die Brennstoffzelle 12 und eine Last 18 sind parallel miteinander verbunden. Ein Ende der Brennstoffzelle 12 und ein Ende des Heizers 14 sind mit einem Ende des Kondensators 16 verbunden. Das andere Ende der Brennstoffzelle 12 ist mit einem ersten Kontakt 40 eines Schalters 20 verbunden und das andere Ende des Heizers 14 ist mit einem zweiten Kontakt 42 des Schalters 20 verbunden. Das andere Ende des Kondensators 16 ist mit einem gemeinsamen Kontakt 44 des Schalters 20 verbunden. Der gemeinsame Kontakt 44 ist wahlweise mit dem ersten Kontakt 40 und dem zweiten Kontakt 42 verbunden, um den Kondensator 16 wahlweise mit der Brennstoffzelle 12 und dem Heizer 14 zu verbinden.
  • Nachfolgend wird der Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 unter Bezugnahme auf ein in 2 gezeigten Zeitdiagramm beschrieben.
  • Wird der Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 beispielsweise bei einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts aufgenommen, so ist es möglich, dass das kondensierte Wasser unerwünschterweise während des Betriebs gefriert. Es ist somit notwendig, das Brennstoffzellensystem 10 aufzuwärmen. In 1 ist der gemeinsame Kontakt 44 des Schalters 20 mit dem ersten Kontakt 40 verbunden. Der Kondensator 16 und die Last 18 sind elektrisch mit der Brennstoffzelle 12 verbunden. Unter der Bedingung wird eine Energieerzeugung der Brennstoffzelle 12 durchgeführt. Genauer wird ein Brenngas wie ein wasserstoffhaltiges Gas dem Brenngasströmungsfeld 35 am ersten Separator 24 zugeführt, um eine elektrochemische Reaktion an der Anode 32 zu induzieren, und ein sauerstoffhaltiges Gas wird dem Strömungsfeld 36 für sauerstoffhaltiges Gas am zweiten Separator 26 zugeführt, um eine elektrochemische Reaktion an der Kathode 34 zu induzieren. In der Membranelektrodenanordnung 22 werden das der Anode 32 zugeführte Brenngas und das der Kathode 34 zugeführte sauerstoffhaltige Gas in den elektrochemischen Reaktionen an den Elektrodenkatalysatorschichten der Anode 32 und der Kathode 34 verbraucht, um Elektrizität zu erzeugen.
  • Ferner wird dem Kühlmittelströmungsfeld 38 zwischen dem ersten und zweiten Separator 24, 26 ein durch einen Heizer (nicht gezeigt) wie benötigt erwärmtes Kühlmittel zugeführt. Zum Zeitpunkt des Starts des Betriebs der Brennstoffzelle 12 ist die Temperatur des Kühlmittels gering. Die Zufuhr des Kühlmittels zum Kühlmittelströmungsfeld 38 kann zum Zeitpunkt des Starts des Betriebs der Brennstoffzelle 12 gestoppt werden, um zu verhindern, dass die Brennstoffzelle 12 unerwünscht durch das Kühlmittel gekühlt wird.
  • Wie oben beschrieben wird dann, wenn der Kondensator 16 während der Energieerzeugung der Brennstoffzelle 12 elektrisch mit der Brennstoffzelle 12 verbunden ist, von der Brennstoffzelle 12 zugeführte elektrische Energie auf den Kondensator 16 geladen. Ferner führt die Brennstoffzelle 12 elektrische Energie der Last 18 zu, um periphere Komponenten der Brennstoffzelle 12 wie eine Pumpe zum Zuführen des Brenngases und eine Pumpe zum Zuführen des sauerstoffhaltigen Gases anzutreiben.
  • Wenn das elektrische Laden des Kondensators 16 abgeschlossen ist, wird der Schalter 20 betätigt, um den gemeinsamen Kontakt 44 mit dem zweiten Kontakt 42 zu verbinden. Dadurch wird der Kondensator 16 von der Brennstoffzelle 12 getrennt und mit dem Heizer 14 verbunden. Elektrische Energie wird von dem Kondensator 16 entladen und dem Heizer 14 zugeführt. Der Heizer 14 in der Brennstoffzelle 12 wärmt somit die Brennstoffzelle 12 auf.
  • Ist das elektrische Entladen des Kondensators 16 abgeschlossen, so wird der Schalter 20 betätigt, um den gemeinsamen Kontakt 44 mit dem ersten Kontakt 40 zu verbinden. Der Kondensator 16 wird damit von dem Heizer 14 getrennt und mit der Brennstoffzelle 12 verbunden.
  • Wie oben beschrieben, wird das Schaltbetätigen des Schalters 20 so ausgeführt, dass elektrisches Laden und Entladen des Kondensators 16 abwechselnd wiederholt wird. Die Temperatur des Heizers 14 wird gesteigert, um die Brennstoffzelle 12 aufzuwärmen. Während der elektrischen Entladungsperiode des Kondensators 16 wird kontinuierlich eine Energieerzeugung der Brennstoffzelle 12 durchgeführt, um der Last 18 elektrische Energie zuzuführen.
  • In der ersten Ausführungsform ist die Brennstoffzelle 12 bei Erzeugen von elektrischer Energie für die Last 18 der peripheren Komponente und die Last zum Laden des Kondensators 16 selbst-geheizt. Die Brennstoffzelle 12 wird durch kontinuierliche Energieerzeugung schnell aufgewärmt. Der Kondensator 16 ist ebenfalls selbst-geheizt, während ein Laden und Entladen des Kondensators wiederholt durchgeführt wird, und somit wird der Kondensator 16 schnell aufgewärmt. Mit dem einfachen Prozess werden die Brennstoffzelle 12 und der Kondensator 16 zuverlässig innerhalb einer kurzen Zeitperiode aufgewärmt und der Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 kann bei niedriger Temperatur schnell gestartet werden.
  • Wenn die Brennstoffzelle 12 und der Kondensator 16 beispielsweise zum Bewegen des Fahrzeugs betrieben werden, so funktionieren die Brennstoffzelle 12 und der Kondensator 16 nicht einwandfrei, bevor die Brennstoffzelle 12 und der Kondensator 16 ausreichend aufgewärmt sind. Wie oben beschrieben, können gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Brennstoffzelle 12 und der Kondensator 16 zuverlässig innerhalb einer kurzen Zeitperiode aufgewärmt werden. Das die Brennstoffzelle 12 und der Kondensator 16 verwendende Brennstoffzellensystem 10 ist somit im Stande, das Fahrzeug mit hoher Funktionsleistung zu bewegen.
  • Nachdem der Aufwärmbetrieb abgeschlossen ist, wird der Schalter 20 betätigt, um den gemeinsamen Kontakt 44 mit dem ersten Kontakt 40 zu verbinden, und die Brennstoffzelle 12 wird mit dem Kondensator 16 verbunden (siehe 1).
  • In dem Zustand wird der Kondensator 16 geeignet verwendet, typischerweise als Beschleunigungshilfskomponente oder als regenerative Bremskomponente.
  • 4 ist eine Ansicht, welche schematisch ein Brennstoffzellensystem 60 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 4 sind die konstituierenden Elemente, welche mit denen des Brennstoffzellensystems 10 gemäß der ersten Ausführungsform identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf einer Beschreibung dieser wird verzichtet.
  • Das Brennstoffzellensystem 60 enthält einen ersten und einen zweiten Kondensator 16a, 16b, welche parallel zueinander angeordnet sind, einen Transformator 62 sowie einen ersten bis fünften Schalter 20a, 20b, 20c, 20d, 20e. Wird elektrische Energie abwechselnd auf den ersten und zweiten Kondensator 16a, 16b geladen, so reduziert der Transformator 62 die an den ersten Kondensator 16a oder den zweiten Kondensator 16b angelegte Spannung um die Hälfte.
  • Der erste Schalter 20a weist einen mit dem Heizer 14 verbundenen ersten Kontakt 40a, einen mit der Niedrigspannungsseite des Transformators 62 verbundenen zweiten Kontakt 42a und einen mit dem ersten Kondensator 16a verbundenen gemeinsamen Kontakt 44a auf. Der zweite Schalter 20b weist einen mit dem Heizer 14 verbundenen ersten Kontakt 40b, einen mit der Brennstoffzelle 12 verbundenen zweiten Kontakt 42b, einen mit der Niedrigspannungsseite des Transformators 62 verbundenen dritten Kontakt 64 und einen mit dem zweiten Kondensator 16b verbundenen gemeinsamen Kontakt 44b auf.
  • Der dritte Schalter 20c weist einen mit dem ersten Kondensator 16a verbundenen ersten Kontakt 40c und einen mit der Niedrigspannungsseite des Transformators 62 verbundenen zweiten Kontakt 42c sowie einen mit dem zweiten Kondensator 16b verbundenen gemeinsamen Kontakt 44c auf. Der vierte Schalter 20d weist einen mit dem fünften Schalter 20e verbundenen ersten Kontakt 40d einen mit der Niedrigspannungsseite des Transformators 62 verbundenen zweiten Kontakt 42d und einen mit dem ersten Kondensator 16a verbundenen gemeinsamen Kontakt 44d auf.
  • Der fünfte Schalter 20e weist einen mit der Hochspannungsseite des Transformators 62 verbundenen ersten Kontakt 40e und einen mit dem vierten Kontakt 20d verbundenen zweiten Kontakt 42e sowie einen mit der Brennstoffzelle 12 verbundenen gemeinsamen Kontakt 44e auf.
  • In der zweiten Ausführungsform werden zum Zeitpunkt des Starts des Betriebs des Brennstoffzellensystems 60 bei einer niedrigen Temperatur die Brennstoffzelle 12, der erste und der zweite Kondensator 16a, 16b in einer Weise aufgewärmt, wie sie in dem in 5 gezeigten Zeitdiagramm gezeigt ist.
  • In 4 ist der gemeinsame Kontakt 44a des ersten Schalters 20a mit dem zweiten Kontakt 42a verbunden, der gemeinsame Kontakt 44b des zweiten Schalters 20b ist mit dem ersten Kontakt 40b verbunden, der gemeinsame Kontakt 44c des dritten Schalters 20c ist mit dem zweiten Kontakt 42c verbunden, der gemeinsame Kontakt 44d des vierten Schalters 20d ist mit dem zweiten Kontakt 42d verbunden und der gemeinsame Kontakt 44e des fünften Schalters 20e ist mit dem ersten Kontakt 40e verbunden.
  • Wird in der Brennstoffzelle 12 die Energieerzeugung durchgeführt, um der Last 18 elektrische Energie zuzuführen, so reduziert der Transformator 62 die Spannung der Brennstoffzelle 12 um die Hälfte und legt die reduzierte Spannung an den ersten Kondensator 16a an, um den ersten Kondensator 16a aufzuladen. Der zweite Kondensator 16b ist elektrisch mit dem Heizer 14 verbunden. Elektrische Energie wird von dem zweiten Kondensator 16b entladen und dem Heizer 14 zugeführt. Die Brennstoffzelle 12 wird somit durch den Heizer 14 aufgewärmt.
  • Wenn dann das Laden des ersten Kondensators 16a und das Entladen des zweiten Kondensators 16b abgeschlossen sind, so werden die elektrischen Verbindungen wie in 6 gezeigt, durch den ersten und zweiten Schalter 20a, 20b geändert. Der erste Kondensator 16a ist elektrisch mit dem Heizer 14 durch den ersten und vierten Schalter 20a, 20d verbunden von dem ersten Kondensator 16a entladene elektrische Energie wird dem Heizer zugeführt und die Brennstoffzelle 12 wird kontinuierlich aufgewärmt. Der zweite Kondensator 16b wird mit der Niedrigspannungsseite des Transformators 62 durch die zweiten und dritten Schalter 20b, 20c verbunden. Elektrische Energie der Brennstoffzelle 12 wird dem zweiten Kondensator 16b zum Laden des zweiten Kondensators 16b zugeführt.
  • Ist das Entladen des ersten Kondensators 16a und das Laden des zweite Kondensators 16b abgeschlossen, so werden die elektrischen Verbindungen durch den ersten und zweiten Schalter 20a, 20b so wie in 4 gezeigt, verändert. Laden des ersten Kondensators 16a und Entladen des zweiten Kondensators 16b werden wieder gestartet und der erste und zweite Kondensator 16a, 16b werden aufgewärmt.
  • Nachdem die Brennstoffzelle 12 und der erste und zweite Kondensator 16a, 16b wie oben beschrieben aufgewärmt worden sind, werden die elektrischen Verbindungen durch den ersten bis fünften Schalter 20a bis 20e so wie in 7 gezeigt, verändert. Die Brennstoffzelle 12 und der erste und zweite Kondensator 16a, 16b werden in Reihe verbunden, um in den normalen Betriebsmodus einzutreten.
  • In der zweiten Ausführungsform sind der erste und zweite Kondensator 16a, 16b zueinander parallel angeordnet und werden während des Aufwärmbetriebs wahlweise mit der Brennstoffzelle 12 verbunden. Ist der erste Kondensator 16a mit der Brennstoffzelle 12 verbunden, um den ersten Kondensator 16a durch die Brennstoffzelle 12 zu laden, so ist der zweite Kondensator 16b mit dem Heizer 14 verbunden und von dem zweiten Kondensator 16b entladene elektrische Energie wird dem Heizer 14 zugeführt. Wenn dann der zweite Kondensator 16b mit der Brennstoffzelle 12 zum Laden des zweiten Kondensators 16b durch die Brennstoffzelle 12 verbunden wird, so wird der erste Kondensator 16a mit dem Heizer 14 verbunden und von dem ersten Kondensator 16a entladene elektrische Energie wird dem Heizer 14 zugeführt.
  • Der erste und zweite Kondensator 16a, 16b werden abwechselnd entladen, um dem Heizer 14 elektrische Energie zuzuführen. Elektrische Energie wird somit dem Heizer 14 zum Heizen der Brennstoffzelle 12 kontinuierlich zugeführt. Da die Brennstoffzelle 12 durch ihren Energieerzeugungsbetrieb selbst-geheizt ist und durch den Heizer 14 kontinuierlich geheizt wird, wird die Brennstoffzelle 12 innerhalb einer kurzen Zeitdauer effizient aufgewärmt.
  • 8 ist eine Ansicht, welche schematisch ein Brennstoffzellensystem 80 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 8 sind konstituierende Elemente, welche mit denen des Brennstoffzellensystems 60 gemäß der ersten Ausführungsform identisch sind, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf deren Beschreibung wird verzichtet.
  • Das Brennstoffzellensystem 80 enthält einen ersten und einen zweiten Kondensator 16c, 16d. Die an den ersten und an den zweiten Kondensator 16c, 16d angelegte Spannung ist gleich der durch die Brennstoffzelle 12 erzeugten Spannung. Der erste und zweite Kondensator 16c, 16d sind parallel zueinander angeordnet und durch den ersten bis vierten Schalter 20a bis 20d wahlweise mit der Brennstoffzelle 12 verbunden. In der dritten Ausführungsform werden der Transformator 62 und der Schalter 20e des Brennstoffzellensystems 60 gemäß der zweiten Ausführungsform nicht eingesetzt.
  • Im Brennstoffzellensystem 80 werden der erste bis fünfte Schalter 20a bis 20d, wie durch durchgezogene Linien in 8 gezeigt, beim Zuführen von elektrischer Energie der Brennstoffzelle 12 zum ersten Kondensator 16c zum Laden des ersten Kondensators 16c und beim Zuführen der von dem zweiten Kondensator 16d entladenen Energie zu dem Heizer 14 betätigt. Der erste bis vierte Schalter 20a bis 20d werden dann, wie durch Zweipunkt-Strich-Linien in 8 gezeigt, beim Zuführen von elektrischer Energie der Brennstoffzelle 12 zum zweiten Kondensator 16d zum Laden des zweiten Kondensators 16d und beim Zuführen von von dem ersten Kondensator 16c entladener Energie zum Heizer 14 betätigt.
  • In der dritten Ausführungsform weist das Brennstoffzellensystem 80 eine einfache Struktur auf und wird auf einfache Weise gesteuert/geregelt. Von dem ersten und zweiten Kondensator 16c, 16d wird elektrische Energie dem Heizer 14 kontinuierlich zugeführt. Die Brennstoffzelle 12 kann somit wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform innerhalb einer kurzen Zeitperiode effizient aufgewärmt werden.
  • 9 ist eine Ansicht, welche schematisch ein Brennstoffzellensystem 90 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 9 sind die konstituierenden Elemente, welche mit dem des Brennstoffzellensystems 80 gemäß der dritten Ausführungsform identisch sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und auf eine Beschreibung dieser wird verzichtet.
  • Das Brennstoffzellensystem 90 weist eine erste und eine zweite Brennstoffzelle 12a, 12b auf. Die erste und zweite Brennstoffzelle 12a, 12b sind während des Aufwärmbetriebs parallel miteinander verbunden. Ein erster Heizer 14a wird in der ersten Brennstoffzelle 12a und ein zweiter Heizer 14b wird in der zweiten Brennstoffzelle 12b bereitgestellt. Fünfter und sechster Schalter 20e, 20f werden verwendet, um die erste und zweite Brennstoffzelle 12a, 12b wahlweise parallel oder in Reihe zu verbinden.
  • Der fünfte Schalter 20e weist einen mit der ersten Brennstoffzelle 12a verbundenen gemeinsamen Kontakt 44e, einen mit dem ersten Schalter 20a verbundenen ersten Kontakt 40e und einen mit dem sechsten Schalter 20f verbundenen zweiten Kontakt 42e auf. Der sechste Schalter 20f weist einen mit dem fünften Schalter 20e verbundenen ersten Kontakt 40f, einen mit dem dritten und vierten Schalter 20c, 20d verbundenen zweiten Kontakt 42f sowie einen mit der zweiten Brennstoffzelle 12b verbundenen gemeinsamen Kontakt 44f auf. Der dritte Schalter 20c weist zusätzlich zum ersten und zweiten Kontakt 40c, 42c einen dritten Kontakt 64c auf, welcher mit dem zweiten Heizer 14b verbunden ist.
  • In der vierten Ausführungsform werden dann, wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystems 90 bei einer geringen Temperatur aufgenommen wird, der erste bis sechste Schalter 20a bis 20f so betätigt, wie es durch durchgezogene Linien in 9 gezeigt ist. Durch die erste und zweite Brennstoffzelle 12a, 12b erzeugte elektrische Energie wird der Last 18 zugeführt. Ferner wird dem ersten Kondensator 16a elektrische Energie zugeführt, um den ersten Kondensator 16a zu laden. Der zweite Kondensator 16b ist mit dem zweiten Heizer 14b verbunden und von dem zweiten Kondensator 16b entladene elektrische Energie wird dem zweiten Heizer 14b zum Aufwärmen der zweiten Brennstoffzelle 12b zugeführt.
  • Sind das Laden des ersten Kondensators 16a und das Entladen des zweite Kondensators 16b abgeschlossen, so werden der erste bis fünfte Schalter 20a bis 20d so wie durch die Zweipunktlinien in 9 gezeigt, betätigt, um die elektrischen Verbindungen zu ändern. Durch die erste und zweite Brennstoffzelle 12a, 12b erzeugte elektrische Energie wird dem zweiten Kondensator 16b zum Laden des zweiten Kondensators 16b zugeführt. Der erste Kondensator 16a wird mit dem ersten Heizer 14a verbunden und von dem ersten Kondensator 16a entladene elektrische Energie wird dem ersten Heizer 14a zum Aufwärmen der ersten Brennstoffzelle 12a zugeführt.
  • Der erste und zweite Kondensator 16a, 16b werden durch Schaltbetätigung des ersten bis fünften Schalters 20a bis 20d abwechselnd und wiederholt geladen und entladen. Die erste und die zweite Brennstoffzelle 12a, 12b sind während der Energieerzeugung selbst-geheizt und werden außerdem durch die Heizer 14a bzw. 14b jeweils geheizt. Der erste und zweite Kondensator 16a, 16b sind selbst-geheizt, während der erste und zweite Kondensator 16a, 16b wiederholt geladen und entladen werden.
  • Das Brennstoffzellensystem 90 weist eine einfache Struktur auf und ein Betrieb des Brennstoffzellensystems 90 wird auf einfache Weise gesteuert/geregelt. Die erste und zweite Brennstoffzelle 12a, 12b sowie der erste und zweite Kondensator 12a, 12b werden innerhalb einer kurzen Zeitperiode wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform effizient aufgewärmt.
  • In der vierten Ausführungsform werden der erste bis sechste Schalter 20a bis 20f während des normalen Betriebs so wie in 10 gezeigt betätigt. Die erste und zweite Brennstoffzelle 12a, 12b sind miteinander in Reihe verbunden, um eine gewünschte Spannung zu erzeugen, und der erste und zweite Kondensator 16a, 16b sind zur Verwendung, typischerweise als Beschleunigungshilfskomponenten oder regenerative Bremskomponenten, in Reihe miteinander verbunden.
  • Bei dem Verfahren des Aufwärmens eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung wird elektrische Energie in einer Brennstoffzelle kontinuierlich erzeugt, um elektrische Energie einer peripheren Komponente der Brennstoffzelle zuzuführen. Elektrische Energie wird einem Kondensator zum Laden des Kondensators bereitgestellt. Von dem Kondensator entladene elektrische Energie wird einem Heizer zum Aufwärmen der Brennstoffzelle durch den Heizer bereitgestellt. Laden und Entladen des Kondensators werden während des kontinuierlichen Betriebs der Brennstoffzelle wiederholt.
  • Die Brennstoffzelle ist somit selbst-geheizt, indem es elektrische Energie für die Speisung der peripheren Komponente und die Last zum Laden des Kondensators erzeugt. Die Brennstoffzelle wird durch die kontinuierliche Energieerzeugung schnell aufgewärmt. Der Kondensator wird ebenfalls schnell aufgewärmt, während Laden und Endladen des Kondensators wiederholt durchgeführt werden. Mit dem einfachen Prozess werden die Brennstoffzelle und der Kondensator zuverlässig innerhalb einer kurzen Zeitperiode aufgewärmt und ein Betrieb des Brennstoffzellensystems kann bei einer geringen Temperatur effizient gestartet werden.
  • Ein Brennstoffzellensystem (10) umfasst eine Brennstoffzelle (12), einen in der Brennstoffzelle (12) bereitgestellten Heizer (14), eine Last (18) wie eine periphere Komponente der Brennstoffzelle (12), einen Kondensator (16) sowie einen Schalter (20). Eine Energieerzeugung der Brennstoffzelle (12) wird kontinuierlich durchgeführt, um der Last (18) elektrische Energie zuzuführen und den Kondensator (16) zu laden. Wenn das Laden des Kondensators (16) abgeschlossen ist, so wird der Schalter (20) betätigt, so dass von dem Kondensator (16) entladene elektrische Energie dem Heizer (14) zugeführt wird, um die Brennstoffzelle (12) durch den Heizer (14) aufzuwärmen.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Aufwärmen eines Brennstoffzellensystems, welches eine Brennstoffzelle (12), einen Heizer (14) zum Heizen der Brennstoffzelle (12) und einen mit der Brennstoffzelle (12) elektrisch verbundenen Kondensator (16) aufweist, wobei die Brennstoffzelle (12) eine Elektrolytelektrodenanordnung (22) mit einem Paar von Elektroden (32, 34) und einem zwischen den Elektroden (32, 34) angeordneten Elektrolyt (30) sowie Separatoren (24, 26) zur sandwichartigen Aufnahme der Elektrolytelektrodenanordnung (22) umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: kontinuierliches Erzeugen von elektrischer Energie in der Brennstoffzelle (12) zum Zuführen von elektrischer Energie zu einer peripheren Komponente (18) der Brennstoffzelle (12), Zuführen von elektrischer Energie zu dem Kondensator, um den Kondensator (16) zu laden und Zuführen von elektrischer Energie, welche von dem Kondensator (16) entladen wurde, zu dem Heizer (14) zum Aufwärmen der Brennstoffzelle (12) durch den Heizer (14), wobei Laden und Entladen des Kondensators (16) während des kontinuierlichen Betriebs der Brennstoffzelle (12) wiederholt werden.
  2. Aufwärmverfahren nach Anspruch 1, wobei der Kondensator (16) einen ersten und einen zweiten Kondensator (16a, 16b) umfasst, welche parallel zueinander angeordnet und wahlweise mit der Brennstoffzelle (12) verbindbar sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Verbinden der Brennstoffzelle (12) und des ersten Kondensators (16a), um den ersten Kondensator (16a) zu laden, während von dem zweiten Kondensator (16b) entladene elektrische Energie dem Heizer (14) zugeführt wird, und Verbinden der Brennstoffzelle (12) und des zweiten Kondensators (16b) zum Laden des zweiten Kondensators (16b), während von dem ersten Kondensator (16a) entladene elektrische Energie dem Heizer (14) zugeführt wird.
  3. Aufwärmverfahren nach Anspruch 2, wobei der erste und zweite Kondensator (16a, 16b) mit der Brennstoffzelle (12) über einen Transformator (62) verbindbar sind und in welchem eine durch die Brennstoffzelle (12) erzeugte Spannung durch den Transformator (62) um die Hälfte reduziert und abwechselnd an den ersten und zweiten Kondensator (16a, 16b) zum Laden des ersten und zweiten Kondensators (16a, 16b) angelegt wird.
  4. Aufwärmverfahren nach Anspruch 2, in welchem nach dem Abschluss des Aufwärmbetriebs der erste und der zweite Kondensator (16a, 16b) elektrisch in Reihe miteinander verbunden werden.
  5. Aufwärmverfahren nach Anspruch 2, in welchem die Brennstoffzelle (12) eine erste und eine zweite Brennstoffzelle (12a, 12b) umfasst, die parallel zueinander angeordnet sind, und wobei der Heizer (14) einen ersten Heizer (14a) zum Heizen der ersten Brennstoffzelle (12a) und einen zweiten Heizer (14b) zum Heizen der zweiten Brennstoffzelle (12b) umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Verbinden der ersten und zweiten Brennstoffzelle (12a, 12b) und des ersten Kondensators (16a) zum Laden des ersten Kondensators (16a), während von dem zweiten Kondensator (16b) entladene elektrische Energie dem zweiten Heizer (14b) zum Aufwärmen der zweiten Brennstoffzelle (12b) zugeführt wird, und Verbinden der ersten und zweiten Brennstoffzelle (12a, 12b) und des zweiten Kondensators (16b) zum Laden des zweiten Kondensators (16b), während von dem ersten Kondensator (16a) entladene elektrische Energie dem ersten Heizer (12a) zum Aufwärmen der ersten Brennstoffzelle (12a) zugeführt wird.
  6. Aufwärmverfahren nach Anspruch 5, in welchem nach Abschluss des Aufwärmbetriebs die erste und zweite Brennstoffzelle (12a, 12b) elektrisch in Reihe miteinander verbunden werden und der erste und zweite Kondensator (16a, 16b) elektrisch in Reihe miteinander verbunden werden.
DE10350691A 2002-10-31 2003-10-30 Verfahren zum Aufwärmen eines Brennstoffzellensystems Expired - Fee Related DE10350691B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002-318558 2002-10-31
JP2002318558A JP3857214B2 (ja) 2002-10-31 2002-10-31 燃料電池システムの暖機方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10350691A1 DE10350691A1 (de) 2004-06-03
DE10350691B4 true DE10350691B4 (de) 2007-04-19

Family

ID=32211780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10350691A Expired - Fee Related DE10350691B4 (de) 2002-10-31 2003-10-30 Verfahren zum Aufwärmen eines Brennstoffzellensystems

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7078116B2 (de)
JP (1) JP3857214B2 (de)
DE (1) DE10350691B4 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3700061B2 (ja) * 2003-02-19 2005-09-28 トヨタ自動車株式会社 電気自動車および性能設定方法
JP4626125B2 (ja) * 2003-03-14 2011-02-02 日産自動車株式会社 燃料電池システム
DE102004001298A1 (de) * 2004-01-08 2005-07-28 Daimlerchrysler Ag Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel und wenigstens einer elektrischen Energiespeichereinrichtung
DE102004051542B4 (de) * 2004-10-21 2006-10-26 Andreas Hermann Heizeinrichtung für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzellen-Anordnung
JP4516093B2 (ja) 2007-05-22 2010-08-04 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及びその始動方法
KR100957363B1 (ko) 2007-12-03 2010-05-12 현대자동차주식회사 연료전지 하이브리드 버스의 연료전지 프리히팅 및 동절기실내히팅 장치와 이의 제어방법
KR101470106B1 (ko) 2012-12-28 2014-12-05 현대자동차주식회사 연료전지 히팅장치
DE102013210221A1 (de) * 2013-06-03 2014-12-04 Robert Bosch Gmbh Energiesystem mit einer Brennstoffzellenanordnung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5798186A (en) * 1996-06-07 1998-08-25 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for commencing operation of a fuel cell electric power generation system below the freezing temperature of water

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4465945B2 (ja) * 2002-04-12 2010-05-26 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池スタック
JP4626125B2 (ja) * 2003-03-14 2011-02-02 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP4666130B2 (ja) * 2003-03-24 2011-04-06 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2005050638A (ja) * 2003-07-28 2005-02-24 Denso Corp 車両用燃料電池システム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5798186A (en) * 1996-06-07 1998-08-25 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for commencing operation of a fuel cell electric power generation system below the freezing temperature of water

Also Published As

Publication number Publication date
JP3857214B2 (ja) 2006-12-13
US7078116B2 (en) 2006-07-18
JP2004152681A (ja) 2004-05-27
US20040091755A1 (en) 2004-05-13
DE10350691A1 (de) 2004-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69720489T2 (de) Rohrförmige brennstoffzellenanordnung mit polymerelektrolyten
DE19857398B4 (de) Brennstoffzellensystem, insbesondere für elektromotorisch angetriebene Fahrzeuge
DE10393030B4 (de) Verfahren zum Steuern von Strom, Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Starten
DE102007056119A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum beschleunigten Aktivieren einer Brennstoffzelle
DE102004017848B4 (de) Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems sowie ein Brennstoffzellensystem
DE102004033169B4 (de) Hochfahrbetriebsverfahren einer Brennstoffzelle bei niedriger Temperatur
DE10350691B4 (de) Verfahren zum Aufwärmen eines Brennstoffzellensystems
DE10393032B4 (de) Verfahren zum Starten einer gefrorenen Brennstoffzelle
WO2021073881A1 (de) Verfahren zum inbetriebsetzen eines brennstoffzellen-stack
WO2015155125A1 (de) Bipolarplatte und brennstoffzelle
DE10220183A1 (de) Brennstoffzelle
DE10023036A1 (de) Verfahren zum Kaltstart von Brennstoffzellen einer Brennstoffzellenanlage und zugehörige Brennstoffzellenanlage
DE10234821B4 (de) Elektrochemische Zelle
DE102015119150B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle
DE102006057198A1 (de) Verfahren zur Temperierung einer Brennstoffzelle und eine Brennstoffzelle mit einer Temperiereinrichtung
DE102020102398A1 (de) Verfahren zur Regeneration einer Brennstoffzellenvorrichtung sowie eine Brennstoffzellenvorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung
DE102020114746B4 (de) Verfahren zum Abstellen einer Brennstoffzellenvorrichtung sowie Brennstoffzellenvorrichtung und Kraftfahrzeug
EP4169099B1 (de) Verfahren für einen froststart einer brennstoffzellenvorrichtung, brennstoffzellenvorrichtung sowie kraftfahrzeug mit einer brennstoffzellenvorrichtung
DE102022103047B3 (de) Brennstoffzellenfahrzeug
EP1465276B1 (de) Niedertemperatur-Brennstoffzelle sowie Verfahren zum Betreiben derselben
DE102023100157A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzellenanordnung und Brennstoffzellenanordnung
DE102021113080A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102022113200A1 (de) Luftgekühltes Brennstoffzellensystem
DE102020124577A1 (de) Verfahren zum Regeln und Einstellen von Spannungs-Strom-Paaren wenigstens einer Brennstoffzelle, Brennstoffzellensystem und Kraftfahrzeug
DE102020128290A1 (de) Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee