DE112005000061T5

DE112005000061T5 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112005000061T5
Application number: DE112005000061T
Authority: DE
Inventors: Yoshihito Toyota Kanno
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2025-08-25
Also published as: US7662494B2; DE112005000061B4; JP2006066112A; WO2006021866A1; JP4797346B2; WO2006021866A8; US20070128481A1; CN1898831A; CN100405651C

Abstract

Brennstoffzellensystem, dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes aufweist:
eine Brennstoffzelle (10), die mit einer Elektrolytmembran (11) versehen ist;
einen Zirkulationsdurchlass (28), durch den ein von einer Kathode (13) der Brennstoffzelle (10) ausgelassenes Kathodenabgas zu einem Durchlass (25) zum Zuführen eines sauerstoffenthaltenden Gases zu der Brennstoffzelle (10) zugeführt wird;
eine Strömungssteuereinheit (50, 55, 56), die eine Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass (28) steuert;
eine Stoppsteuereinheit (60), die die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass (28) durch Steuern der Strömungssteuereinheit (50, 55, 56) stoppt, wenn das Brennstoffzellensystem gestoppt ist; und
eine Startsteuereinheit (60), die die Strömungssteuereinheit (50, 55, 56) nach dem Starten des Brennstoffzellensystems steuert, bis die Brennstoffzelle (10) in einen vorbestimmten Betriebszustand gebracht ist, um die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass (28) in einem gestoppten Zustand beizubehalten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem und genauer gesagt auf ein Brennstoffzellensystem, das dazu dient, ein Kathodenabgas zu einer Brennstoffzelle zirkulieren zu lassen, um eine Elektrolytmembran zu befeuchten.

In dem Fall, in dem die Brennstoffzelle von der Bauart einer Polymerelektrolytmembran ist, bei der zwischen einer Anode und einer Kathode eine Elektrolytmembran zwischengeordnet ist, muss die Elektrolytmembran ausreichend befeuchtet sein, um die Protonenleitfähigkeit zu verbessern. Die veröffentlichte japanische Übersetzung der PCT-Anmeldung JP-T-8-500931 offenbart die Technologie, gemäß der ein dampfenthaltendes Kathodenabgas, das durch eine elektrochemische Reaktion einer Brennstoffzelle erzeugt wurde, zusammen mit einem sauerstoffenthaltenden Gas (Luft) teilweise zirkulieren gelassen wird, um die Elektrolytmembran einfach zu befeuchten. Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-22487 A kann ebenso als für die Erfindung relevant betrachtet werden.

Es kann der Fall eintreten, gemäß dem das in dem Kathodenabgas enthaltene Wasser das Ventil zum Steuern der Zirkulation des Kathodenabgases einfriert, wenn das System in einer Niedertemperaturumgebung gestoppt wird. Das in dem geöffneten Zustand eingefrorene Ventil versagt darin, die Zirkulationsmenge des Kathodenabgases nach dem Start des Systems auf geeignete Weise zu steuern. Dies kann eine übermäßige Menge des Dampf oder Stickstoff enthaltenden Kathodenabgases zu der Brennstoffzelle zuführen, was zu einem Fluten führt. Der Partialdruck des Sauerstoffs in dem sauerstoffenthaltenden Gas wird verringert, so dass die Energieerzeugungseffizienz verschlechtert wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, in dem ein Kathodenabgas zu der Brennstoffzelle zirkuliert wird, um verschiedene Arten von Problemen zu vermeiden, die verursacht werden, wenn das Brennstoffzellensystem in der Niedertemperaturumgebung gestoppt wird.

Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung hat ein Brennstoffzellensystem eine mit einer Elektrolytmembran ausgestattete Brennstoffzelle einen Zirkulationsdurchlass, durch den das von einer Kathode der Brennstoffzelle ausgelassene Kathodenabgas zu einem Durchlass zum Zuführen eines sauerstoffenthaltenden Gases zu der Brennstoffzelle zugeführt wird, eine Strömungssteuereinheit, die eine Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass steuert, eine Stoppsteuereinheit, die den Strom des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass stoppt, indem die Steuereinheit gesteuert wird, wenn das Brennstoffzellensystem gestoppt ist, und eine Startsteuereinheit, die die Strömungssteuereinheit nach dem Starten des Brennstoffzellensystems steuert, bis die Kraftstoffzelle in einen vorbestimmten Betriebszustand gebracht ist, um die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass in einem gestoppten Zustand zu halten.

Gemäß dem vorstehend erwähnten Gesichtspunkt wird beim Stoppen des wie vorstehend aufgebauten Brennstoffzellensystems die Strömung des Kathodenabgases gestoppt und danach wird der Zustand, in dem die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass gestoppt ist, fortgeführt, bis die Brennstoffzelle einen vorbestimmten Zustand erreicht. Selbst wenn das System in dem Zustand gestartet wird, in dem sich die Strömungssteuereinheit in einem betriebslosen Zustand befindet, da sie nach dem Stoppen des Systembetriebs in der Niedertemperaturumgebung eingefroren ist, strömt Kathodenabgas mit einem hohen Wasser- oder Stickstoffgehalt kaum versehentlich in die Brennstoffzelle. Dies macht es möglich, verschiedene Arten von Problemen zu vermeiden, bspw. das Fluten nach dem Starten des Systems, die Verringerung des Sauerstoffpartialdrucks und die dadurch verursachte Verringerung der Energieerzeugungseffizienz.

In dem wie vorstehend aufgebauten Kraftstoffzellensystem kann die Strömungssteuereinheit folgendes aufweisen:
einen Einlass, der das von der Kathode ausgelassene Kathodenabgas zugibt, einen ersten Auslass, an den der Zirkulationsdurchlass angeschlossen ist, einen zweiten Auslass, durch den das Kathodenabgas zu einem sich von dem Zirkulationsdurchlass unterscheidenden Durchlass ausgelassen wird, und ein Auswahlventil mit einem Ventilkörper, welches zwischen dem ersten Auslass und dem zweiten Auslass auswählt, um das durch den Einlass zugegebene Kathodenabgas auszulassen. Die Stoppsteuereinheit kann so aufgebaut sein, dass sie den ersten Auslass, der durch das Auswahlventil ausgewählt wurde, schließt, um die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass zu stoppen. Die Startsteuereinheit kann so aufgebaut sein, dass sie den ersten Auslass, der durch das Auswahlventil ausgewählt wurde, geschlossen hält, um den Strom des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass in dem gestoppten Zustand zu halten.

Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau macht es das Auswahlventil möglich, die Strömung des Kathodenabgases in den Zirkulationsdurchlass einfach zu steuern. Das Auswahlventil kann ein Dreiwegeventil sein, das einen Einlass und zwei Auslässe aufweist. Der zweite Auslass kann an einen Durchlass zum Auslassen des Kathodenabgases in die Atmosphäre angeschlossen sein. Die Strömung des Kathodenabgases in den Zirkulationsdurchlass kann durch eine in dem Zirkulationsdurchlass vorgesehene Pumpe gesteuert werden. Das Umschaltventil kann in dem Zirkulationsdurchlass vorgesehen sein und dort betätigt werden, um die Strömung des Kathodenabgases zu steuern.

In dem wie vorstehend aufgebauten Brennstoffzellensystem kann der Betriebszustand der Brennstoffzelle durch eine Menge von in der Elektrolytmembran enthaltenem Wasser wiedergegeben werden. Die Startsteuereinheit kann so aufgebaut sein, dass sie den gestoppten Zustand der Strömung des Kathodenabgases solange hält, bis die Menge des Wassers gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Menge wird.

Das vorstehend erwähnte System kann die Zirkulation des durch die Strömungssteuereinheit zugeführten Kathodenabgases in dem gestoppten Zustand halten, bis das in der Elektrolytmembran enthaltene Wasser unzureichend wird. Dementsprechend kann dies das Fluten oder die Abnahme des Sauerstoffpartialdrucks nach dem Starten des Systems verhindern. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Strömungssteuereinheit das Kathodenabgas in dem zirkulierenden Zustand einfriert, kann verringert werden, um das Kathodenabgas nicht unnötigerweise zirkulieren zu lassen.

In dem wie vorstehend aufgebauten Brennstoffzellensystem wird der Betriebszustand der Brennstoffzelle durch eine Betriebstemperatur der Brennstoffzelle wiedergegeben. Die Startsteuereinheit kann so aufgebaut sein, dass sie den gestoppten Zustand der Strömung des Kathodenabgases hält, bis die Betriebstemperatur höher als eine vorbestimmte Temperatur wird.

In dem wie vorstehend aufgebauten Brennstoffzellensystem kann die Startsteuereinheit so aufgebaut sein, dass sie eine Startsteuerung auf der Grundlage eines vorbestimmten Kennfelds ausführt, so dass eine Zirkulationsmenge des Kathodenabgases Null wird, wenn die Betriebstemperatur gleich oder niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist.

In dem wie vorstehend aufgebauten Brennstoffzellensystem kann der Betriebszustand der Brennstoffzelle durch eine Gesamtenergieerzeugungsmenge wiedergegeben werden, die seit dem Starten der Brennstoffzelle angefallen ist. Die Startsteuereinheit kann so aufgebaut sein, dass sie den gestoppten Zustand der Strömung des Kathodenabgases beibehält, bis die Gesamtenergieerzeugungsmenge eine vorbestimmte Menge überschreitet.

In dem wie vorstehend aufgebauten Brennstoffzellensystem kann der Betriebszustand der Brennstoffzelle durch eine seit dem Starten der Brennstoffzelle verstrichene Zeitspanne wiedergegeben werden. Die Startsteuereinheit kann so aufgebaut sein, dass die den gestoppten Zustand der Strömung des Kathodenabgases beibehält, bis die verstrichene Zeitspanne eine vorbestimmte Zeitspanne erreicht.

In dem wie vorstehend aufgebauten Brennstoffzellensystem kann der Betriebszustand der Brennstoffzelle durch eine seit dem Starten der Brennstoffzelle erhaltene Wasserstoffverbrauchsmenge wiedergegeben werden. Die Startsteuereinheit kann so aufgebaut sein, dass der gestoppte Zustand der Strömung des Kathodenabgases beibehalten wird, bis die Wasserstoffverbrauchsmenge eine vorbestimmte Menge erreicht.

Bei dem vorstehend erwähnten System kann der Betriebszustand der Brennstoffzelle durch eine Betriebstemperatur der Brennstoffzelle, die Gesamtmenge der seit dem Starten der Brennstoffzelle erzeugten Energie, die seit dem Starten der Brennstoffzelle gezählte verstrichene Zeit und die Wasserstoffverbrauchsmenge wiedergegeben werden, auf deren Grundlage bestimmt wird, ob die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass in dem gestoppten Zustand beizubehalten ist. Wenn die Betriebstemperatur relativ hoch ist, wird bestimmt, dass der Wassergehalt der Elektrolytmembran unzureichend ist, da mehr Wasser davon verdampft wird. Wenn der Gesamtbetrag der erzeugten Energie groß ist, oder die seit dem Starten der Brennstoffzelle verstrichene Zeitspanne lang ist, oder die Wasserstoffverbrauchsmenge groß ist, kann in Betracht gezogen werden, dass die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle zugenommen hat. Es wird daher bestimmt, dass der Wassergehalt der Elektrolytmembran abnimmt. Selbst wenn die vorstehend erwähnten Betriebszustände zum Bestimmen des Betriebszustands verwendet werden, ist es möglich zu bestimmen, ob der Wassergehalt der Elektrolytmembran unzureichend wird. Dies macht es möglich, das Fluten und die Abnahme des Sauerstoffpartialdrucks zu verhindern.

Bei dem wie vorstehend erwähnt aufgebauten Brennstoffzellensystem kann die Stoppsteuereinheit so aufgebaut sein, dass sie auf der Grundlage einer Außentemperatur eine Stoppsteuerung ausführt.

Die Erfindung kann als ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems bereitgestellt sein, das folgendes aufweist: Zuführen eines sauerstoffenthaltenden Gases zu einer Brennstoffzelle, die mit einer Elektrolytmembran versehen ist, Zirkulierenlassen eines von einer Kathode der Brennstaffzelle ausgelassenen Kathodenabgases zu einem Durchlass, durch den das sauerstoffenthaltende Gas zugeführt wird, Stoppen einer Zirkulation des Kathodenabgases, wenn das Brennstoffzellensystem gestoppt ist, und Halten der Zirkulation des Kathodenabgases in einem gestoppten Zustand, bis die Brennstoffzelle nach dem Starten des Brennstoffzellensystems in einen vorbestimmten Betriebszustand gebracht wurde.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorgenannten und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen zum Bezeichnen gleicher Elemente verwendet werden, und wobei:

1 eine Ansicht ist, die eine Struktur eines Brennstoffzellensystems 100 schematisch zeigt;

2 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Zirkulationssteuerroutine wiedergibt;

3 ein Ablaufdiagramm ist, das ein modifiziertes Beispiel der Zirkulationssteuerroutine wiedergibt; und

4 eine Ansicht ist, die einen Aufbau eines Brennstoffzellensystems 100b als ein modifiziertes Beispiel schematisch zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Die Erfindung wird mit Bezug auf Abschnitte beschrieben, d.h. A: Aufbau des Brennstoffzellensystems, B: Zirkulationssteuerung des Kathodenabgases und C: modifiziertes Beispiel, wobei in den Ausführungsbeispielen die Wirkungen der Erfindung weiter klargestellt werden.
A. Aufbau des Brennstoffzellensystems:
1 ist eine Ansicht, die den Aufbau des Brennstoffzellensystems des Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung schematisch zeigt. Ein Brennstoffzellensystem 100 wird als eine Energiequelle eines Motors 110 verwendet, der als eine Energiequelle bspw. für ein Elektrofahrzeug dient.
Unter Bezugnahme auf 1 hat das Brennstoffzellensystem 100 eine Brennstoffzelle 10, die Energie erzeugt, nachdem sie Wasserstoff und Sauerstoff empfangen hat, einen Kompressor 20, der komprimierte Luft in die Brennstoffzelle 10 zuführt, einen Wasserstofftank 30, der Wasserstoff im Hochdruckzustand speichert, eine Steuereinheit 60, die mit Bezug auf das Brennstoffzellensystem verschiedene Arten von Steuerungen ausführt, und dgl.
Die Brennstoffzelle 10 ist eine Brennstoffzelle einer Polymerelektrolytmembranbauweise, die Energie durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Die Brennstoffzelle 10 hat einen Stapelaufbau, der durch Stapeln einer Vielzahl von einzelnen Zellen ausgebildet ist. Jede der einzelnen Zellen hat eine Elektrolytmembran 11 mit einer guten Protonenleitfähigkeit in einem nassen bzw. feuchten Zustand, bspw. Nafion^®. Die Elektrolytmembran 11 ist zwischen einer Wasserstoffelektrode (im weiteren Verlauf als Anode bezeichnet) 12 und einer Sauerstoffelektrode (im weiteren Verlauf als Kathode bezeichnet) 13 zwischengeordnet. Die Brennstoffzelle 10 in der Zeichnung ist zum leichteren Verständnis schematisch dargestellt.
Der Wasserstofftank 30 ist an der stromaufwärtigen Stelle der Anode 12 der Brennstoffzelle 10 über einen Wasserstoffzuführdurchlass 35 angeschlossen. Der Druck des Wasserstoffs in dem Hochdruckzustand, der von dem Wasserstofftank 30 ausgelassen wurde, wird durch ein in dem Wasserstoffzuführdurchlass 35 vorgesehenes Druckverringerungsventil 37 auf ein vorbestimmtes Niveau verringert, um in die Anode 12 zugeführt zu werden. Der Wasserstoff (Anodenabgas), der für die elektrochemische Reaktion innerhalb der Brennstoffzelle 10 nicht verbraucht wurde, strömt durch einen an der stromabwärtigen Stelle der Anode 12 angeschlossenen Anodenabgasdurchlass 36. Das Anodenabgas wird durch eine (nicht gezeigte) Verdünnungsvorrichtung verdünnt und zu der Außenseite des Brennstoffzellensystems 100 ausgelassen.
Der Kompressor 20 ist über einen Luftzuführdurchlass 25 an einer stromaufwärtigen Stelle der Kathode 13 der Brennstoffzelle 10 an einen Luftfilter 40 angeschlossen. Luft als das sauerstoffenthaltende Gas, das durch den Luftfilter 40 zugeführt wird, wird durch den Kompressor 20 druckbeaufschlagt und strömt durch den Luftzuführdurchlass 25 in die Kathode 13 der Brennstoffzelle 10. Luft, deren Sauerstoff durch die elektrochemische Reaktion in der Brennstoffzelle 10 verbraucht wurde, d.h. das Kathodenabgas, wird durch den Kathodenabgasdurchlass 26, der an der stromabwärtigen Stelle der Kathode 13 angeschlossen ist, ausgelassen. Der Kathodenabgasdurchlass 26 ist mit einem Druckregulierungsventil 27 versehen, durch das der Druck der Luft innerhalb der Kathode 13 eingestellt wird.
Der Kathodenabgasdurchlass 26 hat ein Ende, das an einem Einlass 51 eines Dreiwegeventils 50 angeschlossen ist. Das Dreiwegeventil 50 hat den Einlass 51 und die beiden Auslässe 52, 53. Das Kathodenabgas, das durch den Einlass 51 zugeführt wurde, kann wahlweise zu einem der Auslässe 52 und 53 ausgelassen werden.
Der erste Auslass 52 des Dreiwegeventils 50 ist an einem Zirkulationsdurchlass 28 angeschlossen, der zwischen dem Kompressor 20 und dem Luftfilter 40 in dem Luftzuführdurchlass 25 angeschlossen ist. Das Kathodenabgas wird zusammen mit der Luft, die zu der Kathode 13 der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird, durch den Kompressor druckbeaufschlagt, wenn es den Zirkulationsdurchlass 28 passiert. Unterdessen ist der zweite Auslass 53 des Dreiwegeventils 50 an einem Auslassdurchlass 29 angeschlossen, durch den das Kathodenabgas zu der Atmosphäre ausgelassen wird.
Das Kathodenabgas, das durch das Dreiwegeventil 50 zugeführt wurde, wird wahlweise durch die Steuereinheit ausgegeben. Nach dem Empfangen eines AN-Signals von der Steuereinheit 60 bewegt sich der innere Ventilkörper des Dreiwegeventils 50 in diesem Ausführungsbeispiel so, dass eine Verbindung zwischen dem Kathodenabgasdurchlass 26 und dem Zirkulationsdurchlass 28 ermöglicht ist. Wenn ein AUS-Signal empfangen wird, wird der Kathodenabgasdurchlass 26 mit dem Auslassdurchlass 29 in Verbindung gebracht. Die Steuereinheit 60 führt die Betriebssteuerung des AN-/AUS-Signals aus, um die Strömungsrate des durch den Zirkulationsdurchlass 28 strömenden Kathodenabgases einzustellen. In dem Ausführungsbeispiel dient das Dreiwegeventil 50 als die Strömungssteuereinheit der Erfindung.
Die Steuereinheit 60 ist aus einem Mikrocomputer ausgebildet, der eine CPU, einen RAM und einen ROM in sich aufweist. Ein Eingabeanschluss der CPU ist an einem Startschalter 80 zum Starten des Brennstoffzellensystems 100 und an einem Temperatursensor 70 zum Erfassen einer Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 10 angeschlossen. Die CPU dient zum Ausführen des Schaltbetriebs des Dreiwegeventils 50 in Übereinstimmung mit der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 10, die durch einen Temperatursensor 70 unter einem in dem ROM gespeicherten vorbestimmten Steuerprogramm erfasst wurde, wobei der RAM als der Arbeitsbereich verwendet wird. Der Temperatursensor kann an einer beliebigen Stelle vorgesehen sein, solange es ihm ermöglicht ist, die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 10 zu erfassen. Bspw. kann er an einer Umhüllung der Brennstoffzelle 10 oder innerhalb des Kathodenabgasdurchlasses 26 angebracht sein. Wahlweise kann er in einem Kühlsystem (nicht gezeigt) zum Kühlen der Brennstoffzelle 10 vorgesehen sein. In dem Ausführungsbeispiel dient die Steuereinheit 60 als die Stoppsteuereinheit und als die Startsteuereinheit, wie sie vorstehend beschrieben wurden.
Die elektrochemische Reaktion in der Brennstoffzelle 10 wird nun beschrieben. In der Brennstoffzelle 10 schreitet die elektrochemische Reaktion zwischen einem von dem Wasserstofftank 30 in die Anode 12 zugeführten Wasserstoff und einem in der Luft, die durch den Kompressor 20 der Kathode 13 zugeführt wurde, enthaltenem Sauerstoff fort, wie dies durch die nachstehenden Formeln gezeigt ist. H₂ → 2H⁺ + 2e^– Formel (1) 2H⁺ + 2e^– + (1/2)O₂ → H₂O Formel (2) H₂ + (1/2)O₂ → H₂O Formel (3)
Die Formel (1) gibt die Reaktion an der Anode 12 wieder, die Formel (2) gibt die Reaktion an der Kathode 13 wieder, und die Formel (3) gibt die Reaktion wieder, die in der Brennstoffzelle insgesamt fortschreitet. Wie durch die Formel (1) gezeigt ist, bewegt sich das in der Reaktion an der Anode 12 erzeugte Elektron (e^–) durch die äußere Schaltung, etwa den Motor 110, zu der Kathode 13, so dass es zu der durch die Formel (2) wiedergegebene Reaktion zugeführt wird. Das Proton (H⁺), das in der durch die Formel (1) wiedergegebenen Reaktion erzeugt wird, durchdringt die Elektrolytmembran 11, um sich so in die Kathode 13 zu bewegen, die der durch die Formel (2) wiedergegebenen Reaktion unterworfen wird.
Die durch die Formel (2) wiedergegebene Reaktion erzeugt Wasser (H₂O) an der Kathode 13. Das so erzeugte Wasser (hergestellte Wasser) wird durch die Elektrolytmembran 11 teilweise absorbiert und teilweise zusammen mit dem Kathodenabgas ausgelassen. Die Menge des Wassers, das durch die Elektrolytmembran 11 absorbiert wurde, schwankt in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 10. Das heißt, wenn die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 10 relativ niedrig ist, bspw. gleich oder niedriger als 40°C, dann ist die Menge des hergestellten zu verdampfenden Wassers gering. Dann wird bestimmt, dass die Elektrolytmembran 11 einen hohen Wassergehalt aufweist. Wenn stattdessen die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 10 relativ hoch ist, bspw. gleich oder höher als 70°C, dann wird das hergestellte Wasser verdampft, so dass es zusammen mit dem Kathodenabgas ausgelassen wird. Wenn das in der Elektrolytmembran 11 enthaltene Wasser auch verdampft wird, wird bestimmt, dass der Wassergehalt der Elektrolytmembran verringert ist. In dem Brennstoffzellensystem 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel wird die Zirkulationssteuerungsroutine zum Zweck der Befeuchtung der Elektrolytmembran 11 durchgeführt, indem wasserenthaltendes Kathodenabgas durch den Zirkulationsdurchlass 28 in die Kathode 13 zugeführt wird.
B. Zirkulationssteuerung des Kathodenabgases
2 ist ein Ablaufdiagramm, das die Zirkulationssteuerungsroutine zeigt, die durch die Steuereinheit 60 ausgeführt wird. Die Routine wird ab dem Starten des Brennstoffzellensystems 100 bis zu dessen Stopp kontinuierlich ausgeführt.
Wenn unter Bezugnahme auf 2 das Brennstoffzellensystem 100 nach dem Anschalten des Starterschalters 80 in Schritt S100 gestartet wird, stoppt die Steuereinheit 60 die Steuerung des Zweiwegeventils 50 in Schritt S110. Die Betriebstemperatur T der Brennstoffzelle 10 wird durch den Temperatursensor 70 erfasst, der in Schritt S120 mit einem vorbestimmten oberen Nichtbefeuchtungstemperaturgrenzwert Tset verglichen wird. Die obere Nichtbefeuchtungsgrenztemperatur Tset wird als die obere Grenzbetriebstemperatur derjenigen Brennstoffzelle 10 eingestellt, die mit dem in der elektrochemischen Reaktion erzeugten Wasser zufriedenstellend befeuchtet wird, ohne dass es nötig ist, die Elektrolytmembran 11 mit dem Kathodenabgas zu befeuchten. In dem Ausführungsbeispiel kann die obere Nichtbefeuchtungsgrenztemperatur Tset auf 40°C eingestellt sein.
Wenn in Schritt S120 bestimmt wird, dass die Betriebstemperatur T gleich oder niedriger als die obere Nichtbefeuchtungsgrenztemperatur Tset ist, d.h. wenn in Schritt S120 NEIN erhalten wird, dann wird der Prozess durch die Steuereinheit 60 auf den Schritt S110 zurückgestellt, so dass die Steuerung des Dreiwegeventils 50 so fortgeführt wird, dass sie in dem gestoppten Zustand gehalten wird. Wenn, wie im weiteren Verlauf beschrieben ist, das Brennstoffzellensystem 100 des Ausführungsbeispiel gestoppt ist, dann ist der Auslass 52 des Dreiwegeventils 50 an der Seite des Zirkulationsdurchlasses ständig geschlossen. In der vorstehend beschriebenen Prozedur wird das Kathodenabgas durch den Auslassdurchlass 29 zu der Atmosphäre ausgelassen, ohne dass es den Zirkulationsdurchlass 28 passiert, bis das Brennstoffzellensystem 100 gestartet ist und die Betriebstemperatur T der Brennstoffzelle 10 die obere Nichtbefeuchtungsgrenztemperatur Tset überschreitet.
Wenn in Schritt S120 bestimmt wird, dass die Betriebstemperatur T der Brennstoffzelle 10 die obere Nichtbefeuchtungsgrenztemperatur Tset überschreitet, das heißt, wenn in Schritt S120 JA erhalten wird, dann wird in Schritt S130 die Strömungsrate des dem Zirkulationsdurchlass 28 zuzuführenden Kathodenabgases in Übereinstimmung mit der Betriebstemperatur T durch die Steuereinheit 60 auf Grundlage eines in dem ROM gespeicherten vorbestimmten Kennfelds bestimmt. Der in Schritt S130 gezeigte Graph gibt ein Beispiel des Kennfelds wieder, auf dessen Grundlage die Zirkulationsmenge des Kathodenabgases bestimmt wird. Unter Bezugnahme auf das Kennfeld, wird die Zirkulationsmenge des Kathodenabgases größer, je höher die Betriebstemperatur T wird. Dementsprechend kann eine größere Wassermenge zu der Kathode 13 zugeführt werden.
Wenn die Zirkulationsmenge des Kathodenabgases in Schritt 130 durch die Steuereinheit 60 bestimmt ist, wird das Dreiwegeventil 50 in Schritt S140 so gesteuert, dass die bestimmte Menge des Kathodenabgases durch den Zirkulationsdurchlass 28 strömt. Während der Steuerung gibt die Steuereinheit 60 das AN-/AUS-Signal zu dem Dreiwegeventil 50 aus, um ein Ventilöffnungsverhältnis des ersten Auslasses 52 gemäß der Erhöhung der bestimmten Zirkulationsmenge des Kathodenabgases zu erhöhen.
Durch die Steuereinheit 60 wird in Schritt S150 bestimmt, ob das Brennstoffzellensystem 100 nach dem Ausschalten des Startschalters 80 gestoppt wurde. Wenn das Brennstoffzellensystem nicht gestoppt wurde, das heißt, wenn in Schritt S150 NEIN erhalten wurde, dann wird der Prozess wieder auf Schritt S130 rückgestellt, um die Zirkulationssteuerung des Kathodenabgases in Übereinstimmung mit der Betriebstemperatur T der Brennstoffzelle 10 kontinuierlicher auszuführen. Wenn stattdessen das System gestoppt ist, das heißt, wenn in Schritt S150 JA erhalten wird, wird in Schritt S160 das AUS-Signal zu dem Dreiwegeventil 50 geschickt, um den ersten Auslass 52 zu schließen, um dem Kathodenabgas nicht zu ermöglichen, durch den Zirkulationsdurchlass 28 zu strömen. Die Routine endet durch Ausführung der Prozeduren. In der vorliegenden Routine wird die Bestimmung darüber, ob das Brennstoffzellensystem 100 gestartet oder gestoppt wurde, auf Grundlage der Schaltbetätigung des Startschalters 80 ausgeführt. Alternativ kann der Startzustand des Brennstoffzellensystems 100 bestimmt werden, wenn in dem System nach dem Anschalten des Startschalters 80 durch einen vorbestimmten Anormalitätserfassungsprozess keine Anormalität erfasst wird. Der gestoppte Zustand des Brennstoffzellensystems 100 kann zudem dann bestimmt werden, wenn die Menge des in dem Wasserstofftanks 30 gespeicherten Wasserstoffs gleich oder niedriger als das vorbestimmte Niveau wird.
In dem wie vorstehend aufgebauten Brennstoffzellensystem 100 des Ausführungsbeispiels wird der Auslass 52 des Dreiwegeventils 50 an dem Zirkulationsdurchlass 28 geschlossen, wenn das System gestoppt ist. In dem geöffneten Zustand wird der Auslass 52 nicht eingefroren, wenn er nach dem Stoppen des Systems der Niedertemperaturumgebung ausgesetzt ist. Dementsprechend enthält das Kathodenabgas in dem Fall, in dem die Brennstoffzelle 10 bei der oberen Nichtbefeuchtungsgrenztemperatur Tz oder niedriger, an der die Befeuchtung mit dem Kathodenabgas nicht erforderlich ist, gestartet wird, ausreichend Wasser, und Stickstoff strömt nicht versehentlich in die Brennstoffzelle 10. Dies kann das Fluten, die Verringerung des Sauerstoffpartialdrucks und die Erzeugung von sich ergebenden verschiedenen nachteiligen Effekten, etwa die Verringerung der Energieerzeugungseffizienz, vermeiden.
Unter der Annahme, dass der Auslass 52 in dem Zustand geöffnet ist, in dem das Dreiwegeventil 50 nicht unmittelbar nach dem Starten des Brennstoffzellensystems 100 gefroren ist, wenn die Temperatur um das Dreiwegeventil 50 niedrig ist, kann der Ventilkörper des Dreiwegeventils 50 durch das Niedertemperaturwasser oder Eis, das zusammen mit dem Kathodenabgas eingeführt wurde, eingefroren werden. Dementsprechend gerät das Dreiwegeventil 50 außer Kontrolle. In dem Brennstoffzellensystem 100 des Ausführungsbeispiels kann das Dreiwegeventil 50 nicht einfach geöffnet werden, indem die Zirkulation des Kathodenabgases gestoppt gehalten wird, bis die Betriebstemperatur T der Brennstoffzelle 10 nach dem Starten des Systems die obere Nichtbefeuchtungsgrenztemperatur Tset überschreitet. Dementsprechend kann dies die Möglichkeit des Einfrierens des Auslasses 52 des Dreiwegeventils 50, das während dem Betrieb des Systems geöffnet wird, beseitigen.
C. Modifiziertes Beispiel
Wie dies unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, ist sie nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt und sie kann in verschiedenen Formen implementiert werden, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist in dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel der Auslass 52 des Dreiwegeventils 50 nach dem Stoppen des Systems immer geschlossen, um zu verhindern, dass der Auslass 52 in seinem geöffneten Zustand einfriert. Stattdessen kann eine solche Steuerung nur dann ausgeführt werden, wenn die Bestimmung mit Bezug auf die Möglichkeit des Einfrierens des Dreiwegeventils 50 auf Grundlage der erfassten Außentemperatur durchgeführt wird. Die Bestimmung darüber, ob das Dreiwegeventil 50 gefroren ist oder nicht, wird auf Grundlage einer solchen Information durchgeführt, etwa der Wettervorhersage oder der Temperaturvorhersage, die durch das Radio oder das Internet zusätzlich zu der Außentemperatur bereitgestellt wird. Die Erfindung kann folgendermaßen modifiziert werden.
Modifiziertes Beispiel 1
3 ist ein Ablaufdiagramm eines modifizierten Beispiels der Zirkulationssteuerroutine. Wie das Ablaufdiagramm von 2 zeigt, wird in der Zirkulationssteuerroutine des vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiels die Zirkulationsmenge des Kathodenabgases auf Grundlage des Kennfelds lediglich dann eingestellt, wenn die Betriebstemperatur T der Brennstoffzelle 10 die obere Nichtbefeuchtungsgrenztemperatur Tset nach dem Starten des Systems überschreitet. Wie Schritt S200 des Ablaufdiagramms von 3 zeigt, kann der gleiche Prozess durch die Verwendung des Kennfelds ausgeführt werden, bei dem es im Vorfeld so definiert ist, dass die Zirkulationsmenge des Kathodenabgases auf null gesetzt ist, wenn die Betriebstemperatur T gleich oder niedriger als die obere Nichtbefeuchtungsgrenztemperatur Tset ist.
In diesem modifizierten Beispiel wird, wie in 3 gezeigt ist, die Zirkulationsmenge des Kathodenabgases in Übereinstimmung mit der Betriebstemperatur T auf Grundlage des Kennfelds durch die Steuereinheit 60 in Schritt S200 bestimmt. Wenn die Betriebstemperatur T der Brennstoffzelle 10 gleich oder niedriger als die obere Nichtbefeuchtungsgrenztemperatur Tset ist, dann wird die Zirkulationsmenge des Kathodenabgases null. Dann wird in Schritt S210 das Dreiwegeventil 50 so gesteuert, dass die Zirkulationsmenge zu dem vorbestimmten Wert wird. Wenn unter der Steuerung die Zirkulationsmenge des Kathodenabgases null ist, wird der Auslass 52 des Dreiwegeventils 50 geschlossen gehalten. Wenn das System gestoppt ist, das heißt, wenn in Schritt S220 JA erhalten wird, dann wird in Schritt 230 der Auslass 52 des Dreiwegeventils 50 an dem Zirkulationsdurchlass 28 geschlossen. In dem modifizierten Beispiel kann die Zirkulationssteuerung des Kathodenabgases durch einen einfachen Prozess ausgeführt werden.
Modifiziertes Beispiel 2
4 ist eine Ansicht, die eine Struktur eines Brennstoffzellensystems 100b als ein modifiziertes Beispiel der Erfindung schematisch zeigt. In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Strom des Kathodenabgases zu dem Zirkulationsdurchlass 28 durch das Dreiwegeventil 50 gesteuert. Stattdessen wird in dem modifizierten Beispiel die Zirkulation des Kathodenabgases durch Betätigen von Schaltventilen 55 und 56 gesteuert, die an der Seite des Zirkulationsdurchlasses 28 bzw. des Auslassdurchlasses 29 vorgesehen sind. Ein Ende des Kathodenabgasdurchlasses 26 ist an einem Einlass 51 angeschlossen. Der Einlass 51 ist durch das Schaltventil 55 an dem Zirkulationsdurchlass 28 angeschlossen, und zudem ist der Einlass 51 durch das Schaltventil 56 an dem Auslassdurchlass 29 angeschlossen. Das Schaltventil 55 hat einen ersten Auslass 52 und das Schaltventil 56 hat einen zweiten Auslass 53. In dem modifizierten Beispiel öffnet die Steuereinheit 60 das Schaltventil 55 und schließt das Schaltventil 56 zum Zwecke des Strömenlassens des Kathodenabgases zu dem Zirkulationsdurchlass 28. Um die Zirkulation des Kathadenabgases zu stoppen, wird das Schaltventil 55 geschlossen und das Schaltventil 56 wird geöffnet. Das wie vorstehend aufgebaute System macht es möglich, die Zirkulationssteuerung des Kathodenabgases auf die gleiche Art und Weise wie in dem Ausführungsbeispiel auszuführen. Wahlweise kann in dem Zirkulationsdurchlass 28 an Stelle des Schaltventils 55 eine Pumpe vorgesehen sein, um die Zirkulationsmenge des Kathodenabgases zu steuern.
Modifiziertes Beispiel 3
In dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel wird, wie in Schritten S120 und S130 des Ablaufdiagramms von 2 gezeigt ist, die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 10 erfasst, auf deren Grundlage bestimmt wird, ob die Zirkulation des Kathodenabgases gestartet ist oder nicht, oder es wird die Zirkulationsmenge eingestellt. Die Betriebstemperatur kann jedoch auf Grundlage verschiedener Betriebszustände der Brennstoffzelle abgeschätzt werden, ebenso wie sie direkt durch einen Temperatursensor 70 erfasst werden kann.
Beispielsweise steigt die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 10 mit dem Verstreichen der Zeit seit dem Starten des Systems an. Die seit dem Starten des Systems verstrichene Zeit wird erfasst, und auf deren Grundlage wird die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle abgeschätzt. Die Betriebstemperatur des Systems nimmt mit der Zunahme der Gesamtenergieerzeugungsmenge oder der Wasserstoffverbrauchsmenge nach dem Starten des Systems zu. Die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle kann auf Grundlage der vorstehend erwähnten Werte abgeschätzt werden, die den Zustand des Systems wiedergeben. Die seit dem Starten des Systems verstrichene Zeit, die Gesamtenergieerzeugungsmenge nach dem Starten des Systems und die Wasserstoffverbrauchsmenge können als Parameter erfasst werden, auf deren Grundlage die Zirkulationsmenge des Kathodenabgases gesteuert wird. Alternativ kann die Zirkulationssteuerung des Kathodenabgases ausgeführt werden, indem der Wassergehalt der Elektrolytmembran 11 direkt erfasst wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Wenn ein Betriebszustand eines Brennstoffzellensystems (100) gestoppt ist, ist eine Strömung eines Kathodenabgases in einen Zirkulationsdurchlass (28) gestoppt. Ein gestoppter Zustand der Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass (28) wird selbst nach einem Starten des Systems (100) beibehalten, bis die Brennstoffzelle (10) in einen vorbestimmten Zustand gebracht ist. Ein solcher Aufbau verhindert, dass ein Auslass (52) eines Dreiwegeventils (50) in einem geöffneten Zustand eingefroren wird. Dementsprechend strömt das Kathodenabgas, das eine große Menge von Wasser und Stickstoff enthält, kaum versehentlich in die Brennstoffzelle (10). Dies macht es möglich, verschiedene Arten von Problemen, beispielsweise die Erzeugung einer Flutung nach dem Starten des Systems, eine Verringerung des Sauerstoffpartialdrucks und eine daraus resultierenden Verringerung der Energieversorgungseffizienz zu vermeiden.

Claims

Brennstoffzellensystem, dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes aufweist: eine Brennstoffzelle (10), die mit einer Elektrolytmembran (11) versehen ist; einen Zirkulationsdurchlass (28), durch den ein von einer Kathode (13) der Brennstoffzelle (10) ausgelassenes Kathodenabgas zu einem Durchlass (25) zum Zuführen eines sauerstoffenthaltenden Gases zu der Brennstoffzelle (10) zugeführt wird; eine Strömungssteuereinheit (50, 55, 56), die eine Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass (28) steuert; eine Stoppsteuereinheit (60), die die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass (28) durch Steuern der Strömungssteuereinheit (50, 55, 56) stoppt, wenn das Brennstoffzellensystem gestoppt ist; und eine Startsteuereinheit (60), die die Strömungssteuereinheit (50, 55, 56) nach dem Starten des Brennstoffzellensystems steuert, bis die Brennstoffzelle (10) in einen vorbestimmten Betriebszustand gebracht ist, um die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass (28) in einem gestoppten Zustand beizubehalten.
Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1, wobei die Strömungssteuereinheit (50, 55, 56) folgendes aufweist: einen Einlass (51), der das von der Kathode (13) ausgelassene Kathodenabgas zugibt, einen ersten Auslass (52), an dem der Zirkulationsdurchlass (28) angeschlossen ist, einen zweiten Auslass (53), durch den das Kathodenabgas zu einem Durchlass (29) ausgelassen wird, der sich von dem Zirkulationsdurchlass (28) unterscheidet, und eine Auswähleinheit, die zwischen dem ersten Auslass (52) und dem zweiten Auslass (53) auswählt, um das durch den Einlass (51) zugegebene Kathodenabgas auszulassen; wobei die Stoppsteuereinheit (60) den ersten Auslass (52), der durch die Auswähleinheit ausgewählt wurde, schließt, um die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass (28) zu stoppen; und wobei die Startsteuereinheit (60) den ersten Auslass (52), der durch die Auswähleinheit ausgewählt wurde, geschlossen hält, um die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass (28) in dem geschlossenen Zustand zu halten.
Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 2, wobei die Strömungssteuereinheit (50) folgendes aufweist: einen Einlass (51), der das von der Kathode (13) ausgelassene Kathodenabgas zugibt, einen ersten Auslass (52), an dem der Zirkulationsdurchlass (28) angeschlossen ist, einen zweiten Auslass (53), durch den das Kathodenabgas zu dem Durchlass (29) ausgelassen wird, der sich von dem Zirkulationsdurchlass (28) unterscheidet, und ein Auswählventil mit einem Ventilkörper, das zwischen dem ersten Auslass (52) und dem zweiten Auslass (53) auswählt, um das durch den Einlass (51) zugegebene Kathodenabgas auszulassen; wobei die Stoppsteuereinheit (60) den ersten Auslass (52) schließt, der durch das Auswählventil ausgewählt wurde, um die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass (28) zu stoppen; und wobei die Startsteuereinheit (60) den ersten Auslass (52), der durch das Auswählventil ausgewählt wurde, geschlossen hält, um die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass (28) in dem gestoppten Zustand zu halten.
Brennstoffstellensystem gemäß Anspruch 2, wobei die Strömungssteuereinheit (50) folgendes aufweist: den Einlass (51), der das von der Kathode (13) ausgelassene Kathodenabgas zugibt, den ersten Auslass (52), an dem der Zirkulationsdurchlass (28) angeschlossen ist, den zweiten Auslass (53), durch den das Kathodenabgas zu dem Durchlass (29) ausgelassen wird, der sich von dem Zirkulationsdurchlass (28) unterscheidet, ein erstes Schaltventil (55), das dem durch den Einlass (51) zugegebenen Kathodenabgas ermöglicht, in den ersten Auslass (52) zu strömen, und ein zweites Schaltventil (56), das dem durch den Einlass (51) zugegebenen Kathodenabgas ermöglicht, in den zweiten Auslass (53) zu strömen; wobei die Stoppsteuereinheit (60) das erste Schaltventil (55) schließt, um die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass (52) zu stoppen; und die Startsteuereinheit (60) das erste Schaltventil (55) geschlossen hält, um die Strömung des Kathodenabgases in dem Zirkulationsdurchlass (28) in dem gestoppten Zustand zu halten.
Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Betriebszustand der Brennstoffzelle (10) eine Menge von in der Elektrolytmembran (11) enthaltenem Wasser aufweist; und die Startsteuereinheit (60) den gestoppten Zustand der Strömung des Kathodenabgases hält, bis die Menge des Wassers gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Menge wird.
Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Betriebszustand der Brennstoffzelle (10) eine Betriebstemperatur der Brennstoffzelle (10) aufweist; und die Startsteuereinheit (60) den gestoppten Zustand der Strömung des Kathodenabgases hält, bis die Betriebstemperatur höher als eine vorbestimmte Temperatur wird.
Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 6, wobei die Startsteuereinheit (60) eine Startsteuerung auf Grundlage eines vorbestimmten Kennfelds ausführt, sodass eine Zirkulationsmenge des Kathodenabgases null wird, wenn die Betriebstemperatur gleich oder niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist.
Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Betriebszustand der Brennstoffzelle (10) einen Gesamtenergieerzeugungsbetrag aufweist, der sich seit dem Start der Brennstoffzelle (10) angesammelt hat; und die Startsteuereinheit (60) den gestoppten Zustand der Strömung des Kathodenabgases hält, bis die Gesamtenergieerzeugungsmenge einen vorbestimmten Betrag überschreitet.
Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Betriebszustand der Brennstoffzelle (10) eine verstrichene Zeitspanne seit dem Starten der Brennstoffzelle (10) aufweist; und die Startsteuereinheit (60) den gestoppten Zustand der Strömung des Kathodenabgases beibehält, bis die verstrichene Zeitspanne eine vorbestimmte Zeitspanne erreicht.
Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Betriebszustand der Brennstoffzelle (10) eine Wasserstoffverbrauchsmenge aufweist, die seit dem Start der Brennstoffzelle (10) erhalten wurde; und die Startsteuereinheit (60) den gestoppten Zustand der Strömung des Kathodenabgases beibehält, bis die Wasserstoffverbrauchsmenge eine vorbestimmte Menge erreicht.
Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Stoppsteuereinheit (60) eine Stoppsteuerung auf Grundlage einer Außentemperatur ausführt.
Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes aufweist: Zuführen eines sauerstoffenthaltenden Gases zu einer Brennstoffzelle (10), die mit einer Elektrolytmembran (11) versehen ist; Zirkulieren eines von einer Kathode (13) der Brennstoffzelle (10) ausgelassenen Kathodenabgases zu einem Durchlass (25), durch den das sauerstoffenthaltende Gas zugeführt wird; Stoppen einer Zirkulation des Kathodenabgases, wenn das Brennstoffzellensystem gestoppt ist; und Halten der Zirkulation des Kathodenabgases in einem gestoppten Zustand, bis die Brennstoffzelle (10) nach dem Starten des Brennstoffzellensystems in einen vorbestimmten Betriebszustand gebracht wurde.