DE112011103046T5

DE112011103046T5 - Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion sowie Managementverfahren für das Brennstoffzellenmodul

Info

Publication number: DE112011103046T5
Application number: DE112011103046T
Authority: DE
Inventors: Zhongjun Hou; Keyong Wang; Renfang Wang; Xiqiang Yan; Ping Lv
Original assignee: Sunrise Power Co Ltd
Current assignee: Sunrise Power Co Ltd
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2031-10-01
Also published as: CN102035002B; WO2012071942A1; DE112011103046B4; CN102035002A

Abstract

Es ist ein Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion angegeben, welches einen Brennstoffzellenstapel, Versorgungseinheiten, eine Zellspannungsüberwachungseinheit und eine Stromabgabeneinheit innerhalb der Submodule eines Gehäuses sowie eine Strommanagementeinheit, ein Stepdown-Spannungswandler-Erhitzungssubmodul und ein Wassermanagementsubmodul innerhalb der Submodule des Gehäuses umfasst. Des Weiteren ist ein Managementverfahren für das Brennstoffzellenmodul angegeben.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzelle, insbesondere Brennstoffenzellenmodul.
Stand der Technik
Ein traditionelles Brennstoffzellenmodul umfasst einen Brennstoffzellenstapel, eine Wasserstoffversorgungseinheit, Luftversorgungseinheit, eine Kühlmittelversorgungseinheit, eine Zellspannungsüberwachungseinheit und eine Stromabgabeeinheit. Der Nachteil des traditionellen Brennstoffzellenmoduls liegt darin, dass das Modul intern keine Wasser- und Wärmemanagementfunktion hat, somit kann die Brennstoffzelle beim Betrieb nicht schnell den optimalen Betriebszustand erreichen.
Inhalt der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion bereitzustellen, damit kann das Brennstoffzellenmodul schnell den optimalen Betriebszustand erreichen.
Die technische Lösung der vorliegenden Erfindung: ein Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion, umfassend einen Brennstoffzellenstapel, Versorgungseinheiten, eine Zellspannungsüberwachungseinheit und eine Stromabgabeneinheit innerhalb der Submodule eines Gehäuses, wobei die Submodule des Gehäuses ein Gehäuse und am Gehäuse einen Lufteinlass, einen Luftauslass, einen Wasserstoffeinlass, einen Wasserstoffauslass, einen Kühlmitteleinlass, einen Kühlmittelauslass, Kommunikationsschnittstellen, eine Schnittstelle zur Kathode des Brennstoffzellenstapels und eine Schnittstelle zur Anode des Brennstoffzellenstapels umfassen, und wobei der Kühlmitteleinlass, der Kühlmittelauslass, der Lufteinlass, der Luftauslass, der Wasserstoffeinlass und der Wasserstoffauslass jeweils mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden sind, und wobei die Schnittstelle zur Anode des Brennstoffzellenstapels und die Schnittstelle zur Kathode des Brennstoffzellenstapels jeweils mit den Ausgängen des Brennstoffzellenstapels verbunden sind, und wobei die Versorgungseinheiten eine Wasserstoffversorgungseinheit, eine Luftversorgungseinheit und eine Kühlmittelversorgungseinheit umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das erfindungsgemäße Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion eine Strommanagementeinheit, ein Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmodul und ein Wassermanagementsubmodul innerhalb der Submodule des Gehäuses umfasst.
Die erfindungsgemäßen Submodule des Gehäuses umfassen zusätzlich ein Energiesteuergerät, eine Energiespeichereinheit, eine elektrische Erhitzungseinheit, einen Wasserstoffauslass, einen Lufteinlass der Belüftung und einen Luftauslass der Belüftung, auf der Innenseite des erfindungsgemäßen Gehäuses sind Wärmedämmstoffe aufgebracht, der Wasserstoffauslass, der Lufteinlass der Belüftung und der Luftauslass der Belüftung sind am Gehäuse angeordnet, der Lufteinlass der Belüftung ist mit einem Auslass eines Luftpressers/Lüfters des Brennstoffzellensystems verbunden, der Luftauslass der Belüftung ist mit einem Auslass des Brennstoffzellensystems verbunden, das erfindungsgemäße Energiesteuergerät ist innerhalb des Gehäuses angeordnet, die Eingänge des Energiesteuergerätes sind jeweils mit der Anode und der Kathode des Brennstoffzellenstapels verbunden, die Ausgänge des Energiesteuergerätes sind jeweils mit dem Energiespeicher und der elektrischen Erhitzungseinheit verbunden, die elektrischen Erhitzungselemente der elektrischen Erhitzungseinheit sind auf der Wärmedämmstoffe auf der Innenseite des Gehäuses angeordnet. Die Kommunikationsschnittstellen sind mit dem elektronischen Steuergerät der Strommanagementeinheit verbunden. Der Wasserstoffauslass des Brennstoffzellenmoduls ist über eine Wasserablassvorrichtung und über ein Pulselektromagnetventil mit dem Wasserstoffauslass des Brennstoffzellenstapels verbunden, der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel ist durch Platten auf dem Gehäuse angeordnet.
Die Strommanagementeinheit umfasst ein elektronisches Steuergerät, einen Lufttemperatursensor, einen Luftdrucksensor, einen Wasserstofftemperatursensor, einen Wasserstoffdrucksensor, einen Kühlmitteltemperatursensor, einen Kühlmitteldrucksensor, einen Spannungssensor, einen Stromsensor und Verbindungskabels, der Lufttemperatursensor und der Luftdrucksensor sind im Lufteinlasskanal des Brennstoffzellenstapels angeordnet, der Wasserstofftemperatursensor und der Wasserstoffdrucksensor sind im Wasserstoffeinlasskanal des Brennstoffzellenstapels angeordnet, der Kühlmitteltemperatursensor und der Kühlmitteldrucksensor sind im Kühlmitteleinlasskanal des Brennstoffzellenstapels angeordnet, der Spannungssensor und der Stromsensor sind mit der Stromausgangsschaltung des Brennstoffzellenstapels verbunden, der Lufttemperatursensor, der Luftdrucksensor, der Wasserstofftemperatursensor, der Wasserstoffdrucksensor, der Kühlmitteltemperatursensor, der Kühlmitteldrucksensor, der Spannungssensor und der Stromsensor sind über Signalkabels mit dem elektronischen Steuergerät verbunden.
Das Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmodul umfasst ein Einlassrückschlagventil, ein Auslassrückschlagventil, einen Erhitzungstank, einen elektrischen Widerstand und eine Kreislaufpumpe. Der Auslass des Erhitzungstanks ist mit dem Kühlmitteleinlass der Kühlmittelversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden, der Einlass des Erhitzungstanks ist über das Einlassrückschlagventil mit dem am Gehäuse angeordneten Kühlmitteleinlass des Brennstoffzellenmoduls verbunden, der Einlass des Auslassrückschlagventils ist mit dem Kühlmittelauslass der Kühlmittelversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden, der Auslass des Auslassrückschlagventils ist mit dem Kühlmittelauslass des Brennstoffzellenstapels verbunden, der Auslass der Kreislaufpumpe ist mit dem Erhitzungstank verbunden, der Einlass der Kreislaufpumpe ist mit dem Kühlmittelauslass der Kühlmittelversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden, der Steuerungsschalter der Kreislaufpumpe ist mit dem elektronischen Steuergerät verbunden, ein elektrischer Widerstand ist im Erhitzungstank angeordnet, der elektrische Widerstand ist an einem Ende mit der Kathode des Brennstoffzellenstapels verbunden und an dem anderen Ende über das elektrische Steuergerät mit der Anode des Brennstoffzellenstapels verbunden.
Das Wassermanagementsubmodul umfasst einen Wasserstoff-Wasserabscheider, einen Luft-Wasserabscheider, eine Wasserablassvorrichtung und ein Pulselektromagnetventil. Der am Gehäuse angeordnete Lufteinlass des Brennstoffzellenmoduls ist über den Luft-Wasserabscheider mit dem Lufteinlass der Luftversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden, der am Gehäuse angeordnete Luftauslass des Brennstoffzellenmoduls ist mit dem Luftauslass der Luftversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden, der am Gehäuse angeordnete Wasserstoffeinlass des Brennstoffzellenmoduls ist über den Wasserstoff-Wasserabscheider mit dem Wasserstoffeinlass der Wasserstoffversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden, der am Gehäuse angeordnete Wasserstoffauslass des Brennstoffzellenmoduls ist mit dem Wasserstoffauslass der Wasserstoffversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden, die Wasserablassvorrichtung ist an einem Ende mit dem Wasserstoffauslass des Brennstoffzellenstapels verbunden und an dem anderen Ende über ein Pulselektromagnetventil mit dem am Gehäuse angeordneten Wasserstoffauslass des Brennstoffzellenmoduls verbunden, die Wasserablassvorrichtung ist am tiefsten Punkt des Brennstoffzellenmoduls angeordnet, das Pulselektromagnetventil ist mit dem elektronischen Steuergerät der Strommanagementeinheit verbunden.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Steuergerät eine Zellspannungserfassungsschaltung, eine Temperaturerfassungsschaltung, eine Druckerfassungsschaltung, eine Stromerfassungsschaltung, eine Gesamtspannungserfassungsschaltung, eine Treiberschaltung für Widerstandsschalter, eine Treiberschaltung für Pulselektromagnetventil, eine Treiberschaltung für Kreislaufpumpe, Kommunikationsschaltungen und eine digitale Zentrale umfasst, wobei die Zellspannungserfassungsschaltung, die Temperaturerfassungsschaltung, die Druckerfassungsschaltung, die Stromerfassungsschaltung, die Gesamtspannungserfassungsschaltung jeweils über Signalkabel mit der einzelner Zelle des Brennstoffzellenstapels, dem Lufttemperatursensor, dem Wasserstofftemperatursensor, dem Kühlmitteltemperatursensor, dem Luftdrucksensor, dem Wasserstoffdrucksensor, dem Kühlmitteldrucksensor, dem Spannungssensor und dem Stromsensor verbunden sind, und wobei die Treiberschaltung für Widerstandsschalter elektronisch mit dem elektrischen Widerstand des Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmoduls verbunden ist, um den elektrischen Widerstand des Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmoduls ein-/auszuschalten, und wobei die Treiberschaltung für Pulselektromagnetventil mit dem Steuergerät des Pulselektromagnetventils des Wassermanagementsubmoduls verbunden ist, um das Pulselektromagnetventil ein-/auszuschalten, und wobei die Treiberschaltung für Kreislaufpumpe elektronisch mit der Kreislaufpumpe des Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmoduls verbunden ist, um die Kreislaufpumpe des Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmoduls ein-/auszuschalten, und wobei die Kommunikationsschaltungen über die Kommunikationsschnittstellen mit dem Steuergerät des Brennstoffzellensystems verbunden sind.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserablassvorrichtung einen Wasserabscheider, einen Isolierkasten und einen PTC-Widerstand umfasst, wobei der Wasserabscheider im Isolierkasten angeordnet ist, und wobei der PTC-Widerstand außerhalb des Wasserkollektors des Wasserabscheiders im Isolierkasten angeordnet ist, und wobei der PTC-Widerstand mit der Lastschaltung der Brennstoffzellen verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass das erfindungsgemäße Energiesteuergerät der Submodule des Gehäuses eine digitale Zentrale des Energiesteuergerätes, eine Spannungsumwandlungsvorrichtung, einen Aufladungsschalter, einen Erhitzungsschalter, eine Spannungserfassungsschaltung des Energiesteuergerätes und eine Temperaturerfassungsschaltung des Energiesteuergerätes umfasst, wobei die Spannungsumwandlungsvorrichtung als ein Step-down-Spannungswandler mit konstantem Ausgangsstrom ausgeführt ist, und wobei die digitale Zentrale des Energiesteuergerätes mit der Spannungsumwandlungsvorrichtung verbunden ist und über Signalkabel mit der Spannungserfassungsschaltung des Energiesteuergerätes und der Temperaturerfassungsschaltung des Energiesteuergerätes verbunden ist, und wobei die Eingänge der Spannungsumwandlungsvorrichtung jeweils mit der Anode und der Kathode des Brennstoffzellenmoduls verbunden sind, und wobei die Ausgänge der Spannungsumwandlungsvorrichtung über den Aufladungsschalter mit der Energiespeichereinheit verbunden sind, und wobei die Spannungserfassungsschaltung des Energiesteuergerätes mit der Energiespeichereinheit verbunden ist, und wobei die Energiespeichereinheit über den Erhitzungsschalter mit den elektronischen Erhitzungselementen verbunden ist, und wobei die erfindungsgemäße Energiespeichereinheit der Submodule des Gehäuses als Superkondensator, Lithium-Ionen-Batterie oder Nickel-Metallhybrid-Batterie ausgeführt ist, und wobei die elektrischen Erhitzungselemente der erfindungsgemäßen Erhitzungseinheit der Submodule des Gehäuses als elektrische Draht, elektrisches Band oder elektrisches Rohr ausgeführt sind.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass der erfindungsgemäßen Belüftung und der Auslass der erfindungsgemäßen Belüftung jeweils an der gegenüber liegenden senkrechten Seite und an einer Höhe von 1/5 im Abstand zum Dach des Gehäuses angeordnet sind.
Das erfindungsgemäße Managementverfahren des Brennstoffzellenmoduls mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass das Managementverfahren ein Strommanagementverfahren, ein Step-down-Spannungswandler-Erhitzungsmanagementverfahren, ein Temperaturmanagementverfahren und ein Wassermanagementverfahren umfasst, wobei das Strommanagementverfahren wie folgendes dargestellt ist: Das elektronische Steuergerät analysiert online den Ausgangszustand und die maximale Abgabenfähigkeit der Brennstoffzellen durch die Festlegung der Polarisationskurve, Alterungscharakteristik im Auslieferungszustand und durch die Online-Prüfung der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms des Brennstoffzellenmoduls, und wobei das Step-down-Spannungswandler-Erhitzungsmanagementverfahren wie folgendes dargestellt ist: Das elektronische Steuergerät überprüft die Gesamtspannung und die Kühlmitteltemperatur des Brennstoffzellenmoduls durch einen Spannungssensor und einen Kühlmitteltemperatursensor und kontrolliert den Betriebszustand des Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmoduls und den Betriebszustand der Energiemanagementeinheit der Submodule des Gehäuses, und wobei das Temperaturmanagementverfahren wie folgendes dargestellt ist: Das Energiesteuergerät überprüft die Kühlmitteltemperatur des Brennstoffzellenmoduls durch den Kühlmitteltemperatursensor und kontrolliert die Erhitzung bzw. die Abkühlung des Brennstoffzellenmoduls, und wobei das Wassermanagementverfahren wie folgendes dargestellt ist: Das elektronische Steuergerät überprüft die Zellspannung, die Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels und den Ausgangsstrom des Brennstoffzellenmoduls durch Zellspannungsüberwachungseinheit, einen Temperatursensor und einen Stromsensor und kontrolliert den Betriebszustand des Wassermanagementsubmoduls.
Das erfindungsgemäße Managementverfahren des Brennstoffzellenmoduls mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandsteuerung des Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmoduls eine Widerstand-ein/aus-Zustandssteuerung und eine Kreislaufpumpe-start/stop-Zustandssteuerung umfasst, wobei die Widerstand-ein/aus-Zustandssteuerung wie folgendes dargestellt ist: Die digitale Zentrale erfasst die Kühlmitteltemperatur T durch die Temperaturerfassungsschaltung, wenn die Temperatur T kleiner als einen Vorgabenwert T1 ist, wird der elektrische Widerstand durch die Treiberschaltung für elektrischen Widerstand eingeschaltet, wenn die Temperatur T größer als einen Vorgabenwert T2 ist, wird die digitale Zentrale anhand der durch die Spannungserfassungsschaltung erfassten Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels V beurteilen, wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels V größer als einen Vorgabenwert V1 ist, wird der elektrische Widerstand durch die Treiberschaltung für elektrischen Widerstand eingeschaltet, wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels V kleiner als einen Vorgabenwert V2 ist, wird der elektrische Widerstand durch die Treiberschaltung für elektrischen Widerstand ausgeschaltet, und wobei die Kreislaufpumpe-start/stop-Zustandssteuerung wie folgendes dargestellt ist: Die digitale Zentrale erfasst die Kühlmitteltemperatur T durch eine Temperaturerfassungsschaltung, wenn die Temperatur T kleiner als einen Vorgabenwert T1 ist, wird die Kreislaufpumpe durch die Treiberschaltung für Kreislaufpumpe eingeschaltet, um den Kühlmittelkreislauf im Brennstoffzellenmodul zu ermöglichen und die Temperatur des Brennstoffzellenmoduls zu erhöhen bzw. zu erhalten, wenn die Temperatur T größer als einen Vorgabenwert T1 ist, wird die Kreislaufpumpe durch die Treiberschaltung für Kreislaufpumpe ausgeschaltet, um den Kühlmittelkreislauf mit dem Kühlmittel des Brennstoffzellensystems außerhalb des Brennstoffzellenmoduls zu ermöglichen und die Temperatur des Brennstoffzellenmoduls zu reduzieren.
Das erfindungsgemäße Managementverfahren des Brennstoffzellenmoduls mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmanagement des Brennstoffzellenstapels der Submodule des Gehäuses wie folgendes dargestellt ist: Die digitale Zentrale des Energiesteuergerätes ladet die Energiespeichereinheit über die Steuerung des Ausgangstroms der Spannungsumwandlungsvorrichtung auf, die digitale Zentrale des Energiesteuergerätes erfasst online die Spannung der Energiespeichereinheit Ven über das Spannungserfassungsmodul, wenn Ven größer als einen Vorgabenwert Venset, wird der Aufladungsschalter durch die digitale Zentrale des Energiesteuergerätes ausgeschaltet, die Aufladung der Energiespeichereinheit wird somit abgebrochen, die digitale Zentrale des Energiesteuergerätes erfasst online die Kühlmitteltemperatur des Brennstoffzellenstapels Tmod über das Temperaturerfassungsmodul, wenn Tmod kleiner als einen Vorgabenwert Tmodset, wird der Erhitzungsschalter durch die digitale Zentrale des Energiesteuergerätes eingeschaltet, das Brennstoffzellenmodul wird durch die elektrischen Elemente erhitzt und die Temperatur wird erhalten.
Das erfindungsgemäße Managementverfahren des Brennstoffzellenmoduls mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Betriebszustands des Wassermanagementsubmoduls wie folgendes dargestellt ist: Die digitale Zentrale des elektronischen Steuergerätes steuert den Schaltzyklus und das Zeichen-Pause-Verhältnis des Pulselektromagnetventils über die Treiberschaltung für Pulselektromagnetventil anhand der niedrigsten Zellspannung, der Temperatur des Stapels und der Integration des Stroms, wenn eine Zellspannung des Brennstoffzellenstapels Vcellmin kleiner als den Vorgabenwert Vcellminset ist, wird das Wasser N-Mal kontinuierlich abgelassen, der Ablasszyklus ist Tcell, das Zeichen-Pause-Verhältnis ist 50%, wenn alle Zellspannungen des Brennstoffzellenstapels größer als den Vorgabenwert Vcellminset sind, ist das Ablass-Zeichen-Pause-Verhältnis eine Konstante DRnorm, der Ablasszyklus Tdr wird durch die Kühlmitteltemperatur und die Integration des Ausgangsstroms des Brennstoffzellenstapels bestimmt.
Das erfindungsgemäße Managementverfahren des Brennstoffzellenmoduls mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung für Pulselektromagnetventil eine elektronische Treiberschaltung ist und deren Struktur wie folgendes dargestellt ist: Die digitale Zentrale des elektronischen Steuergeräts ist mit einem Ende des elektrischen Widerstands I verbunden, das andere Ende des elektrischen Widerstands I ist mit der Basis der Triode I verbunden, ein Ende des elektrischen Widerstands II ist mit dem Kollektor der Triode I verbunden, das andere Ende des elektrischen Widerstands II ist mit dem Eingang des Optokopplers verbunden, der Ermittler der Triode I ist mit der Erde verbunden, der Ausgang des Optokopplers ist jeweils mit der Basis und mit dem Kollektor der Triode II verbunden, der Ermittler der Triode II ist mit der Erde verbunden, die Schaltung zwischen dem Ausgang des Optokopplers und der Basis der Triode II ist mit dem Pulselektromagnetventils verbunden, der Kollektor der Triode II ist über eine Diode mit der Erde verbunden.
Das Prinzip der vorliegenden Erfindung ist: Lufteinlass- und Luftauslasskanal werden am Gehäuse angeordnet, um den Wasserstoff durch Leckagen im Modul rechtzeitlich abzuführen, der Wasserkreislauf im Gehäuse wird mit dem Kühlwasser des Brennstoffzellenmsystems außerhalb des Gehäuses verbunden, um die optimale Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels im Modul innerhalb kurzer Zeit zu erreichen, gleichzeitig wird elektrischer Widerstand im Kühlwassertank im Gehäuse angeordnet, der elektrische Widerstand steht in direkter Beziehung mit der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels, um die durchschnittliche Spannung des Brennstoffzellenstapels kleiner als 0.85 V zu halten, durch die Wasserablassvorrichtung auf der Wasserstoffseite des Brennstoffzellenstapels im Gehäuse, durch die Erhitzung des Wassers in der Wasserablassvorrichtung über temperaturgesteuerten Widerstand und durch die Abfuhr des verdampften Wassers in den Wasserstoffauslass ist der Wasserablass auf der Wasserstoffseite vollständiger und einfacher, durch die Anordnung des Wärmedämmstoffs und der Erhitzungseinheit im Gehäuse ist die Temperatur im Gehäuse regelbar, damit hat das Brennstoffzellenmodul höhere Stabilität.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung: Das Brennstoffzellenmodul wird schnell den optimalen Betriebszustand erreichen, die Stabilität und die Sicherheit des Moduls werden erhöht.
Erläuterung der beigefügten Abbildungen
Die vorliegende Erfindung hat 9 Abbildungen. Es zeigen:
1 die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenmoduls.
2 die schematische Darstellung der Strommanagementeinheit
3 die schematische Darstellung der Treiberschaltung für Pulselektromagnetventil
4 die Steuerungsprozessschritte des Pulselektromagnetventils
5 die schematische Darstellung der Wasserablassvorrichtung auf der Wasserstoffseite
6 die schematische Darstellung der Wasserablassvorrichtung
7 die schematische Darstellung des Gehäuses des Brennstoffzellenmoduls
8 die schematische Darstellung des Energiemanagementgeräts
9 die schematische Darstellung der Verbindung zwischen den Brennstoffzellenstapeln mit einer Gesamtleistung von 40 kw im vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Es zeigen in der Abbildung, 100: Brennstoffzellenstapel, 1001: Brenstoffzellenstapel I, 1002: Brennstoffzellenstapel II, 210: Lufteinlass am Gehäuse, 220: Luftauslass am Gehäuse, 230: Luftversorgungseinheit, 2301: Lufteinlass des Brennstoffzellenstapel I, 2302: Lufteinlass des Brennstoffzellenstapel II, 2303: Luftauslass des Brennstoffzellenstapel I, 2304: Luftauslass des Brennstoffzellenstapels II, 240: Wasserabscheider für Wasserstoff, 310: Wasserstoffeinlass am Gehäuse, 320: Wasserstoffauslass am Gehäuse, 330: Wasserstoffversorgungseinheit, 3301: Wasserstoffeinlass des Brennstoffzellenstapels I, 3302: Wasserstoffeinlass des Brennstoffzellenstapels II, 3303: Wasserstoffauslass des Brennstoffzellenstapels I, 3304: Wasserstoffauslass des Brennstoffzellenstapels II, 340: Wasserabscheider für Luft, 350: Wasserablassvorrichtung, 3501: Trennplatte, 3502: Wasserabscheider der Wasserablassvorrichtung, 3503: Isolierkasten der Wasserablassvorrichtung, 3504: Wassereinlass der Wasserablassvorrichtung, 3505: Wasserauslass der Wasserablassvorrichtung, 3506: PTC-Widerstand, 360: Pulselektromagnetventil, 370: Wasserstoffauslass, 410: Kühlmitteleinlass am Gehäuse, 420: Kühlmittelauslass am Gehäuse, 430: Kühlmittelversorgungseinheit, 4301: Kühlmitteleinlass des Brennstoffzellenstapels I, 4302: Kühlmitteleinlass des Brennstoffzellenstapels II, 4303: Kühlmittelauslass des Brennstoffzellenstapels I, 4304: Kühlmittelauslass des Brennstoffzellenstapels II, 440: Einlassrückschlagventil, 450: Erhitzungstank, 460: elektrischer Widerstand, 470: Kreislaufpumpe, 480: Auslassrückschlagventil, 510: elektronisches Steuergerät, 520: Lufttemperatursensor, 530: Luftdrucksensor, 540: Wasserstofftemperatursensor, 550: Wasserstoffdrucksensor, 560: Kühlmitteltemperatursensor, 570: Kühlmitteldrucksensor, 580: Spannungssensor, 590: Stromsensor, 591 und 592: Kommunikationsschnittstellen am Gehäuse, 5110: Zellspannungserfassungsschaltung, 5111: Temperaturerfassungsschaltung, 5112: Druckerfassungsschaltung, 5113: Stromerfassungsschaltung, 5114: Gesamtspannungserfassungsschaltung, 5115: Treiberschaltung für elektrischen Widerstand, 5116: Treiberschaltung für Pulselektromagnetventil, 51161: elektrischer Widerstand I, 51162: Triode I, 51163: elektrischer Widerstand II, 51164: Optokoppler, 51165: Triode II, 51166: Diode, 5117: Treiberschaltung für Kreislaufpumpe, 5118: Kommunikationsschaltung, 5119: digitale Zentrale, 610: Anode der Brennstoffzellenstapel am Gehäuse, 620: Kathode der Brennstoffzellenstapel am Gehäuse, 6101: Anode des Brennstoffzellenstapels I, 6102: Kathode des Brennstoffzellenstapels I, 6103: Anode des Brennstoffzellenstapels II, 6104: Kathode des Brennstoffzellenstapels II, 710: Gehäuse, 720: Energiesteuergerät, 7200: digitale Zentrale des Energiesteuergerätes, 7201: Spannungsumwandlungsvorrichtung, 7202: Aufladungsschalter, 7203: Erhitzungsschalter, 7204: Spannungserfassungsmodul des Energiesteuergerätes, 7205: Temperaturerfassungsmodul des Energiesteuergerätes, 730: Energiespeichereinheit, 740: Erhitzungseinheit, 750: Lufteinlass der Belüftung, 760: Luftauslass der Belüftung, 800: Luftpresser/Lüfter des Brennstoffzellensystems
Ausführungsbeispiel
Das Ausführungsbeispiel ist ein Brennstoffzellenmodul mit einer Leistung von 40 kw und mit Wasser- und Wärmemanagemenffunktion.
Das Brennstoffzellenmodul umfasst zwei Brennstoffzellenstapel jeweils mit einer Leistung von 20 kw, jeder Brennstoffzellenstapel besteht aus 150 Zellen, der Betriebsdruck ist kleiner 100 kpa, die Alterungsgeschwindigkeit Vt ist 10 mV/h, der Luftwiderstandindex ist 20kp@50Nm3/h, der Wasserstoffwiderstandindex ist 25kpa@10Nm3/h.
Die Luftleitungen, die Wasserstoffleitungen und die Kühlmittelleitungen sind parallel geschaltet, der Stromausgang ist parallel geschaltet, wie in der dargestellt, 1001 und 1002 sind jeweils Brennstoffzellenstapel, der Lufteinlass 2301 des Brennstoffzellenstapels 1001 ist über die Luftversorgungseinheit 230 mit dem Lufteinlass 2302 des Brennstoffzellenstapels verbunden, der Luftauslass 2303 des Brennstoffzellenstapels 1001 ist über die Luftversorgungseinheit 230 mit dem Luftauslass 2304 des Brennstoffzellenstapels 1002 verbunden, der Wasserstoffeinlass 3301 des Brennstoffzellenstapels 1001 ist über die Wasserstoffversorgungseinheit 330 mit dem Wasserstoffeinlass 3302 des Brennstoffzellenstapels 1002 verbunden, der Wasserstoffauslass 3303 des Brennstoffzellenstapels 1001 ist über die Wasserstoffversorgungseinheit 330 mit dem Wasserstoffauslass 3304 des Brennstoffzellenstapels 1002 verbunden, der Kühlmitteleinlass 4301 des Brennstoffzellenstapels 1001 ist über die Kühlmittelversorgungseinheit 430 mit dem Kühlmitteleinlass 4302 des Brennstoffzellenstapels 1002 verbunden, der Kühlmittelauslass 4303 des Brennstoffzellenstapels 1001 ist über die Kühlmittelversorgungseinheit 430 mit dem Kühlmittelauslass 4304 des Brennstoffzellenstapels 1002 verbunden, 6101 ist die Anode des Brenstoffzellenstapels 1001, 6102 ist die Kathode des Brenstoffzellenstapels 1001, 6103 ist die Anode des Brenstoffzellenstapels 1002, 6104 ist die Kathode des Brenstoffzellenstapels 1002.
Die Wasserablassvorrichtung 350 ist in der beigefügten dargestellt. 3501: Trennplatte, 3502: Wasserabscheider, 3503: Isolierkasten, 3504: Wasserstoffeinlass, 3505: Wasserstoffauslass, 3506: PTC-Widerstand (Betriebsspannung: 150–300 V, Erhitzungsbereich: 150–250°C, Nennleistung: 300 W), das Durchmesser des Pulselektromagnetventil 360 ist 5 mm.
Der Erhitzungstank 450 ist als Wasserkasten aus Edelstahl ausgeführt, die Abmessung ist 200 × 300 mm, der Step-down-Spannungswandler-Erhitzungswiderstand 460 ist 5000 W/18 Ω, das Fördervolumen der Kreislaufpumpe 470 ist 6 L/min, das Durchmesser der Rückschlagventile 440 und 480 ist 25 mm.
Die Strommanagementeinheit 510 ist als Steuergerät mit Mikrokontroller MC9S12DP256 als Zentrale ausgeführt. Der Lufttemperatursensor 520, der Wasserstofftemperatursensor 540 und der Kühlmitteltemperatursensor 560 sind als PT1000 ausgeführt, der Messbereich des Luftdrucksensors 530, des Wasserstoffdrucksensors 550 und des Kühlmitteldrucksensors 570 ist 0~100 kpa, das Ausgangssignal ist 1~5 V, der Messbereich des Spannungssensors ist 0~500 V, der Messbereich des Stromsensors ist 0~300 A.
Die Schaltung 7201 im Energiesteuergerät 720 ist als buck-Step-down-Spannungswandler ausgeführt, die Ausgangssignale sind durch die digitale Zentrale 7200 als konstanter Strom ausgeführt, 7202 und 7203 sind als Relais GV50 ausgeführt. Die Energiespeichereinheit ist als Nickel-Metallhybrid-Batterie mit 24 V/40 Ah ausgeführt, die Leistung des elektrischen Bands ist 200 W.

Claims

Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion, umfassend einen Brennstoffzellenstapel, Versorgungseinheiten, eine Zellspannungsüberwachungseinheit und eine Stromabgabeneinheit innerhalb der Submodule eines Gehäuses, wobei die Submodule des Gehäuses ein Gehäuse und am Gehäuse einen Lufteinlass, einen Luftauslass, einen Wasserstoffeinlass, einen Wasserstoffauslass, einen Kühlmitteleinlass, einen Kühlmittelauslass, Kommunikationsschnittstellen, eine Schnittstelle zur Kathode des Brennstoffzellenstapels und eine Schnittstelle zur Anode des Brennstoffzellenstapels umfassen, und wobei der Kühlmitteleinlass, der Kühlmittelauslass, der Lufteinlass, der Luftauslass, der Wasserstoffeinlass und der Wasserstoffauslass jeweils mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden sind, und wobei die Schnittstelle zur Anode des Brennstoffzellenstapels und die Schnittstelle zur Kathode des Brennstoffzellenstapels jeweils mit den Ausgängen des Brennstoffzellenstapels verbunden sind, und wobei die Versorgungseinheiten eine Wasserstoffversorgungseinheit, eine Luftversorgungseinheit und eine Kühlmittelversorgungseinheit umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion eine Strommanagementeinheit, ein Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmodul und ein Wassermanagementsubmodul innerhalb der Submodule des Gehäuses umfasst, wobei die Submodule des Gehäuses zusätzlich ein Energiesteuergerät, eine Energiespeichereinheit, eine elektrische Erhitzungseinheit, einen Wasserstoffauslass, einen Lufteinlass der Belüftung und einen Luftauslass der Belüftung umfassen, wobei auf der Innenseite des Gehäuses Wärmedämmstoffe aufgebracht sind, wobei der Wasserstoffauslass, der Lufteinlass der Belüftung und der Luftauslass der Belüftung am Gehäuse angeordnet sind, wobei der Lufteinlass der Belüftung mit einem Auslass eines Luftpressers/Lüfters des Brennstoffzellensystems verbunden ist, wobei der Luftauslass der Belüftung mit einem Auslass des Brennstoffzellensystems verbunden ist, wobei das Energiesteuergerät innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, die Eingänge des Energiesteuergerätes jeweils mit der Anode und der Kathode des Brennstoffzellenstapels verbunden sind, die Ausgänge des Energiesteuergerätes jeweils mit dem Energiespeicher und der elektrischen Erhitzungseinheit verbunden sind, und wobei die elektrischen Erhitzungselemente der elektrischen Erhitzungseinheit auf der Wärmedämmstoffe auf der Innenseite des Gehäuses angeordnet sind, wobei die Kommunikationsschnittstellen mit dem elektronischen Steuergerät der Strommanagementeinheit verbunden sind, wobei der Wasserstoffauslass des Brennstoffzellenmoduls über eine Wasserablassvorrichtung und über ein Pulselektromagnetventil mit dem Wasserstoffauslass des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, und wobei der Brennstoffzellenstapel durch Platten auf dem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Strommanagementeinheit ein elektronisches Steuergerät, einen Lufttemperatursensor, einen Luftdrucksensor, einen Wasserstofftemperatursensor, einen Wasserstoffdrucksensor, einen Kühlmitteltemperatursensor, einen Kühlmitteldrucksensor, einen Spannungssensor, einen Stromsensor und Verbindungskabel umfasst, wobei der Lufttemperatursensor und der Luftdrucksensor im Lufteinlasskanal des Brennstoffzellenstapels angeordnet sind, der Wasserstofftemperatursensor und der Wasserstoffdrucksensor im Wasserstoffeinlasskanal des Brennstoffzellenstapels angeordnet sind, der Kühlmitteltemperatursensor und der Kühlmitteldrucksensor im Kühlmitteleinlasskanal des Brennstoffzellenstapels angeordnet sind, der Spannungssensor und der Stromsensor mit der Stromausgangsschaltung des Brennstoffzellenstapels verbunden sind, und wobei der Lufttemperatursensor, der Luftdrucksensor, der Wasserstofftemperatursensor, der Wasserstoffdrucksensor, der Kühlmitteltemperatursensor, der Kühlmitteldrucksensor, der Spannungssensor und der Stromsensor über Signalkabel mit dem elektronischen Steuergerät verbunden sind, wobei das Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmodul ein Einlassrückschlagventil, ein Auslassrückschlagventil, einen Erhitzungstank, einen elektrischen Widerstand und eine Kreislaufpumpe umfasst, wobei der Auslass des Erhitzungstanks mit dem Kühlmitteleinlass der Kühlmittelversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, der Einlass des Erhitzungstanks über das Einlassrückschlagventil mit dem am Gehäuse angeordneten Kühlmitteleinlass des Brennstoffzellenmoduls verbunden ist, der Einlass des Auslassrückschlagventils mit dem Kühlmittelauslass der Kühlmittelversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, der Auslass des Auslassrückschlagventils mit dem Kühlmittelauslass des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, der Auslass der Kreislaufpumpe mit dem Erhitzungstank verbunden ist, der Einlass der Kreislaufpumpe mit dem Kühlmittelauslass der Kühlmittelversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, der Steuerungsschalter der Kreislaufpumpe mit dem elektronischen Steuergerät verbunden ist, wobei ein elektrischer Widerstand im Erhitzungstank angeordnet ist, der elektrische Widerstand an einem Ende mit der Kathode des Brennstoffzellenstapels verbunden und an dem anderen Ende über das elektrische Steuergerät mit der Anode des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, wobei das Wassermanagementsubmodul einen Wasserstoff-Wasserabscheider, einen Luft-Wasserabscheider, eine Wasserablassvorrichtung und ein Pulselektromagnetventil umfasst, wobei der am Gehäuse angeordnete Lufteinlass des Brennstoffzellenmoduls über den Luft-Wasserabscheider mit dem Lufteinlass der Luftversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, der am Gehäuse angeordnete Luftauslass des Brennstoffzellenmoduls mit dem Luftauslass der Luftversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, der am Gehäuse angeordnete Wasserstoffeinlass des Brennstoffzellenmoduls über den Wasserstoff-Wasserabscheider mit dem Wasserstoffeinlass der Wasserstoffversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, der am Gehäuse angeordnete Wasserstoffauslass des Brennstoffzellenmoduls mit dem Wasserstoffauslass der Wasserstoffversorgungseinheit des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, die Wasserablassvorrichtung an einem Ende mit dem Wasserstoffauslass des Brennstoffzellenstapels verbunden und an dem anderen Ende über ein Pulselektromagnetventil mit dem am Gehäuse angeordneten Wasserstoffauslass des Brennstoffzellenmoduls verbunden ist, wobei die Wasserablassvorrichtung am tiefsten Punkt des Brennstoffzellenmoduls angeordnet ist, wobei das Pulselektromagnetventil mit dem elektronischen Steuergerät der Strommanagementeinheit verbunden ist.
Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Steuergerät eine Zellspannungserfassungsschaltung, eine Temperaturerfassungsschaltung, eine Druckerfassungsschaltung, eine Stromerfassungsschaltung, eine Gesamtspannungserfassungsschaltung, eine Treiberschaltung für Widerstandsschalter, eine Treiberschaltung für Pulselektromagnetventil, eine Treiberschaltung für Kreislaufpumpe, Kommunikationsschaltungen und eine digitale Zentrale umfasst; wobei die Zellspannungserfassungsschaltung, die Temperaturerfassungsschaltung, die Druckerfassungsschaltung, die Stromerfassungsschaltung, die Gesamtspannungserfassungsschaltung jeweils über Signalkabel mit jeder einzelnen Zelle des Brennstoffzellenstapels, dem Lufttemperatursensor, dem Wasserstofftemperatursensor, dem Kühlmitteltemperatursensor, dem Luftdrucksensor, dem Wasserstoffdrucksensor, dem Kühlmitteldrucksensor, dem Spannungssensor und dem Stromsensor verbunden sind, und wobei die Treiberschaltung für Widerstandsschalter elektronisch mit dem elektrischen Widerstand des Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmoduls verbunden ist, um den elektrischen Widerstand des Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmoduls ein-/auszuschalten, und wobei die Treiberschaltung für Pulselektromagnetventil mit dem Steuergerät des Pulselektromagnetventils des Wassermanagementsubmoduls verbunden ist, um das Pulselektromagnetventil ein-/auszuschalten, und wobei die Treiberschaltung für Kreislaufpumpe elektronisch mit der Kreislaufpumpe des Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmoduls verbunden ist, um die Kreislaufpumpe des Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmoduls ein-/auszuschalten, und wobei die Kommunikationsschaltungen über die Kommunikationsschnittstellen mit dem Steuergerät des Brennstoffzellensystems verbunden sind.
Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserablassvorrichtung einen Wasserabscheider, einen Isolierkasten und einen PTC-Widerstand umfasst, wobei der Wasserabscheider im Isolierkasten angeordnet ist, und wobei der PTC-Widerstand außerhalb des Wasserkollektors des Wasserabscheiders im Isolierkasten angeordnet ist, und wobei der PTC-Widerstand mit der Lastschaltung der Brennstoffzellen verbunden ist.
Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiesteuergerät der Submodule des Gehäuses eine digitale Zentrale des Energiesteuergerätes, eine Spannungsumwandlungsvorrichtung, einen Aufladungsschalter, einen Erhitzungsschalter, eine Spannungserfassungsschaltung des Energiesteuergerätes und eine Temperaturerfassungsschaltung des Energiesteuergerätes umfasst, wobei die Spannungsumwandlungsvorrichtung als ein Step-down-Spannungswandler mit konstantem Ausgangsstrom ausgeführt ist, und wobei die digitale Zentrale des Energiesteuergerätes mit der Spannungsumwandlungsvorrichtung verbunden und über Signalkabel mit der Spannungserfassungsschaltung des Energiesteuergerätes und der Temperaturerfassungsschaltung des Energiesteuergerätes verbunden ist, und wobei die Eingänge der Spannungsumwandlungsvorrichtung jeweils mit der Anode und der Kathode des Brennstoffzellenmoduls verbunden sind, und wobei die Ausgänge der Spannungsumwandlungsvorrichtung über den Aufladungsschalter mit der Energiespeichereinheit verbunden sind, und wobei die Spannungserfassungsschaltung des Energiesteuergerätes mit der Energiespeichereinheit verbunden ist, und wobei die Energiespeichereinheit über den Erhitzungsschalter mit den elektronischen Erhitzungselementen verbunden ist, und wobei die Energiespeichereinheit der Submodule des Gehäuses als Superkondensator, Lithium-Ionen-Batterie oder Nickel-Metallhybrid-Batterie ausgeführt ist, und wobei die elektrischen Erhitzungselemente der Erhitzungseinheit der Submodule des Gehäuses als elektrische Draht, elektrisches Band oder elektrisches Rohr ausgeführt sind.
Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass der Belüftung und der Auslass der Belüftung jeweils an der gegenüber liegenden senkrechten Seite und an einer Höhe von 1/5 im Abstand zum Dach des Gehäuses angeordnet sind.
Managementverfahren für das Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Managementverfahren ein Strommanagementverfahren, ein Step-down-Spannungswandler-Erhitzungsmanagementverfahren, ein Temperaturmanagementverfahren und ein Wassermanagementverfahren umfasst, wobei das Strommanagementverfahren, wie folgt, dargestellt ist: Das elektronische Steuergerät analysiert online den Ausgangszustand und die maximale Abgabenfähigkeit der Brennstoffzellen durch die Festlegung der Polarisationskurve, Alterungscharakteristik im Auslieferungszustand und durch die Online-Prüfung der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms des Brennstoffzellenmoduls, und wobei das Step-down-Spannungswandler-Erhitzungsmanagementverfahren, wie folgt, dargestellt ist: Das elektronische Steuergerät überprüft die Gesamtspannung und die Kühlmitteltemperatur des Brennstoffzellenmoduls durch einen Spannungssensor und einen Kühlmitteltemperatursensor und kontrolliert den Betriebszustand des Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmoduls, und wobei das Temperaturmanagementverfahren, wie folgt, dargestellt ist: Das Energiesteuergerät überprüft die Kühlmitteltemperatur des Brennstoffzellenmoduls durch den Kühlmitteltemperatursensor und kontrolliert die Erhitzung bzw. die Abkühlung des Brennstoffzellenmoduls, und wobei das Wassermanagementverfahren, wie folgt, dargestellt ist: Das elektronische Steuergerät überprüft die Zellspannung, die Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels und den Ausgangsstrom des Brennstoffzellenmoduls durch Zellspannungsüberwachungseinheit, einen Temperatursensor und einen Stromsensor und kontrolliert den Betriebszustand des Wassermanagementsubmoduls.
Managementverfahren für das Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandsteuerung des Step-down-Spannungswandler-Erhitzungssubmoduls eine Widerstand-ein/aus-Steuerung und eine Kreislaufpumpestart/stop-Zustandssteuerung umfasst, wobei die Widerstand-ein/aus-Zustandssteuerung, wie folgt, dargestellt ist: Die digitale Zentrale erfasst die Kühlmitteltemperatur T durch die Temperaturerfassungsschaltung, wenn die Temperatur T kleiner als einen Vorgabenwert T1 ist, wird der elektrische Widerstand durch die Treiberschaltung für elektrischen Widerstand eingeschaltet, wenn die Temperatur T größer als einen Vorgabenwert T2 ist, wird die digitale Zentrale anhand der durch die Spannungserfassungsschaltung erfassten Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels V beurteilen, wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels V größer als einen Vorgabenwert V1 ist, wird der elektrische Widerstand durch die Treiberschaltung für elektrischen Widerstand eingeschaltet, wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels V kleiner als einen Vorgabenwert V2 ist, wird der elektrische Widerstand durch die Treiberschaltung für elektrischen Widerstand ausgeschaltet, und wobei die Kreislaufpumpe-start/stop-Zustandssteuerung, wie folgt, dargestellt ist: Die digitale Zentrale erfasst die Kühlmitteltemperatur T durch eine Temperaturerfassungsschaltung, wenn die Temperatur T kleiner als einen Vorgabenwert T1 ist, wird die Kreislaufpumpe durch die Treiberschaltung eingeschaltet, um den Kühlmittelkreislauf im Brennstoffzellenmodul zu ermöglichen und die Temperatur des Brennstoffzellenmoduls zu erhöhen bzw. zu erhalten, wenn die Temperatur T größer als einen Vorgabenwert T1 ist, wird die Kreislaufpumpe durch die Treiberschaltung ausgeschaltet, um den Kühlmittelkreislauf mit dem Kühlmittel des Brennstoffzellensystems außerhalb des Brennstoffzellenmoduls zu ermöglichen und die Temperatur des Brennstoffzellenmoduls zu reduzieren.
Managementverfahren für das Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmanagement des Brennstoffzellenstapels der Submodule des Gehäuses, wie folgt, dargestellt ist: Die digitale Zentrale des Energiesteuergerätes ladet die Energiespeichereinheit über die Steuerung des Ausgangstroms der Spannungsumwandlungsvorrichtung auf, die digitale Zentrale des Energiesteuergerätes erfasst online die Spannung der Energiespeichereinheit Ven über das Spannungserfassungsmodul, wenn Ven größer als einen Vorgabenwert Venset, wird der Aufladungsschalter durch die digitale Zentrale des Energiesteuergerätes ausgeschaltet, die Aufladung der Energiespeichereinheit wird somit abgebrochen, die digitale Zentrale des Energiesteuergerätes erfasst online die Kühlmitteltemperatur des Brennstoffzellenstapels Tmod über das Temperaturerfassungsmodul, wenn Tmod kleiner als einen Vorgabenwert Tmodset, wird der Erhitzungsschalter durch die digitale Zentrale des Energiesteuergerätes eingeschaltet, das Brennstoffzellenmodul wird durch die elektrischen Elemente erhitzt und die Temperatur wird erhalten.
Managementverfahren für das Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Betriebszustands des Wassermanagementsubmoduls, wie folgt, dargestellt ist: Die digitale Zentrale des elektronischen Steuergerätes steuert den Schaltzyklus und das Zeichen-Pause-Verhältnis des Pulselektromagnetventils über die Treiberschaltung für Pulselektromagnetventil anhand der niedrigsten Zellspannung, der Temperatur des Stapels und der Integration des Stroms, wenn eine Zellspannung des Brennstoffzellenstapels Vicellmin kleiner als den Vorgabenwert Vicellminset ist, wird das Wasser N-Mal kontinuierlich abgelassen, der Ablasszyklus ist Tcell, das Zeichen-Pause-Verhältnis ist 50%, wenn alle Zellspannungen des Brennstoffzellenstapels größer als den Vorgabenwert Vicellminset sind, ist das Ablass-Zeichen-Pause-Verhältnis eine Konstante DRnorm, der Abiasszyklus Tdr wird durch die Kühlmitteltemperatur und die Integration des Ausgangsstroms des Brennstoffzellenstapels bestimmt.
Managementverfahren für das Brennstoffzellenmodul mit Wasser- und Wärmemanagementfunktion nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung für Pulselektromagnetventil eine elektronische Treiberschaltung ist und deren Struktur, wie folgt, dargestellt ist: Die digitale Zentrale des elektronischen Steuergeräts ist mit einem Ende des elektrischen Widerstands I verbunden, das andere Ende des elektrischen Widerstands 1 ist mit der Basis der Triode I verbunden, ein Ende des elektrischen Widerstands II ist mit dem Kollektor der Triode I verbunden, das andere Ende des elektrischen Widerstands II ist mit dem Eingang des Optokopplers verbunden, der Ermittler der Triode I ist mit der Erde verbunden, der Ausgang des Optokopplers ist jeweils mit der Basis und mit dem Kollektor der Triode II verbunden, der Ermittler der Triode II ist mit der Erde verbunden, die Schaltung zwischen dem Ausgang des Optokopplers und der Basis der Triode II ist mit dem Pulselektromagnetventils verbunden, der Kollektor der Triode II ist über eine Diode mit der Erde verbunden.