DE60210464T2 - Brennstoffzellenwiederbelebungsverfahren und vorrichtung - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellen und insbesondere Steuersysteme für Brennstoffzellen.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Elektrochemische Brennstoffzellen wandeln Brennstoff und ein Oxidationsmittel in Elektrizität um. Elektrochemische Festpolymer-Brennstoffzellen verwenden üblicherweise eine Membran/Elektrodenanordnung ("MEA"), welche eine Ionentauschermembran oder einen Festpolymerelektrolyten aufweist, angeordnet zwischen zwei Elektroden, welche typischerweise eine Schicht aus porösen elektrisch leitfähigem Schichtmaterial aufweisen, beispielsweise Kohlefaserpapier oder Kohlenstoffgewebe. Die MEA enthält eine Schicht eines Katalysators, typischerweise in Form von feinstgemahlenem Platin an jeder Grenzfläche Membran/Elektrode, um die gewünschte elektrochemische Reaktion zu induzieren. Im Betrieb sind die Elektroden elektrisch miteinander verbunden, um einen Schaltkreis zur Leitung von Elektroden durch einen externen Schaltkreis zu bilden. Typischerweise wird eine Anzahl von MEAs in Serie elektrisch verbunden, um einen Brennstoffzellenstapel mit einem gewünschten Leitungsausgang zu schaffen.
  • Bei typischen Brennstoffzellen ist die MEA zwischen zwei elektrisch leitfähigen Fluidströmungsfeldplatten oder Separatorplatten angeordnet. Fluidströmungsfeldplatten haben wenigstens einen Strömungsdurchlass, welcher in wenigstens einer der Hauptebenenoberfläche hiervon ausgebildet ist. Der Strömungsdurchlass richtet den Brennstoff und das Oxidationsmittel auf die jeweiligen Elektroden, nämlich die Anode auf der Brennstoffseite und die Kathode auf der Oxidationsmittelseite. Die Fluidströmungsfeldplatten wirken als Stromkollektoren, schaffen eine Stütze für die Elektroden, schaffen Zugriffskanäle für Brennstoff- und Oxidationsmittel an die jeweilige Anoden- und Kathodenoberfläche und schaffen Kanäle zur Entfernung von Reaktionsprodukten, wie Wasser, welche sich während des Betriebs der Zelle bilden.
  • Aufgrund ihrer Null- oder Niedrigemissionsnatur und der Fähigkeit, unter Verwendung erneuerbarer Brennstoffe zu arbeiten, wird die Verwendung von Brennstoffzellen als primäre und/oder Reserveleistungsversorgung wahrscheinlich zunehmend wichtiger. Beispielsweise kann ein Brennstoffzellenstapel als eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für eine Computer-, Medizin- oder Kühlausstattung in einem Haus, Büro oder einem Geschäft dienen. Andere Anwendungsfälle sind natürlich möglich.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es besteht eine Notwendigkeit für verbesserte Steuer- und Betriebssysteme für Brennstoffzellensysteme und für Verfahren zum Steuern und Betreiben solcher Brennstoffzellensysteme, insbesondere wenn es eine Leistungsabnahme gibt. Solche Systeme und Verfahren können beispielsweise eine niedrigere Brennstoffzellenstapelleistung erkennen und durch vorübergehendes Einstellen des Reaktandflusses an den Brennstoffzellenstapel darauf reagieren, um zu versuchen, die Leistung zu verbessern und/oder um den Brennstoffzellenstapelbetrieb abzubrechen, falls ein solcher Versuch fehlschlägt.
  • Gemäß einem Aspekt enthält ein Brennstoffzellensystem Brennstoffzellen zur Bildung eines Brennstoffzellenstapels mit einem Brennstoffdurchlass und einem Oxidationsmitteldurchlass und einer Steuerung, die zum vorübergehenden Erhöhen der Reaktandstromflussrate wenigstens entweder des Oxidationsmittels oder des Brennstoffs durch den jeweiligen Reaktanddurchlass des Brennstoffzellenstapels in Antwort auf einen Parameter dient, der einen Leistungsabfall des Brennstoffzellenstapels anzeigt und/oder zu festen Zeitintervallen während des Betriebs des Stapels. Die vorübergehende Erhöhung der Reaktandstrom-Flussrate führt vorzugsweise zu einem vorübergehenden Anstieg der Stöchiometrie des Reaktanden. Der Parameter, der die Leistung des Brennstoffzellenstapels anzeigt, kann die Spannung über einer oder mehrerer der Brennstoffzellen in dem Stapel sein. Beispielsweise kann bei einem Brennstoffzellensystem mit einem Luftkompressor zur Zufuhr von Oxidationsmittelluft an den Stapel die Luftströmung durch Erhöhen eines Taktzyklus des Luftkompressors um annähernd 50 % für eine Wiederbelebungsdauer von annähernd 5 bis 10 Sekunden erhöht werden, wenn eine Spannung über irgendeinem Paar von Brennstoffzellen niedriger als eine definierte Schwellenwertspannung ist. Wenn der Parameter, der die Leistung anzeigt, eine unzureichende Leistungserholung angibt, sobald die Reaktandstrom-Flussrate der vorübergehenden Erhöhung folgend verringert wird, kann die Steuerung so angeschlossen sein, dass der Brennstoffzellenbetrieb beendet wird.
  • Wenn beispielsweise eine Spannung über einem Paar von Brennstoffzellen niedriger als eine Schwellenwertspannung während einer definierten Zwischenwiederbelebungsdauer nach der vorübergehenden Erhöhung der Reaktandstrom-Flussrate ist, kann die Steuerung den Brennstoffzellenbetrieb abbrechen. Was die vorübergehende Erhöhung der Reaktandstrom-Flussrate zu festen Zeitintervallen während des Betriebs des Stapels betrifft, so kann dies unabhängig von irgendeinem Parameter gemacht werden, der die Brennstoffzellenleistung angibt, jedoch ist eine Erhöhung der Oxidationsmittelstrom-Flussrate besonders wirksam zur Verbesserung der Leistung während Perioden eines Betriebs mit geringer Leistung, beispielsweise wenn der Leistungsausgang des Stapels oder wenn die elektrische Last an dem Stapel unter einen Schwellenwert fällt.
  • Bei Ausführungsformen, in denen die Brennstoffzelle mit einem im wesentlichen reinen Brennstoffstrom zu arbeiten vermag, wobei der Brennstoffdurchlass endseitig geschlossen ist, jedoch mit einem Entleerventil zum periodischen Ablass von Verunreinigungen aus dem Brennstoffdurchlass verbunden ist, kann die Steuerung mit dem Entleerventil verbunden sein und kann das Entleerventil für eine Spüldauer zur gleichen Zeit, zu der die Steuerung die Oxidationsmittelstrom-Flussrate durch den Oxidationsmitteldurchlass des Brennstoffzellenstapels gemäß obiger Beschreibung erhöht, öffnen. Die Steuerung kann das Entleerventil auch unter anderen Bedingungen öffnen, ohne dass gleichzeitig die Oxidationsmittelstrom-Flussrate erhöht wird. In einer besonderen Ausführungsform enthält ein Wiederbelebungssystem zur Verwendung mit einer Brennstoffzellenanordnung ein Entleerventil, welches anschließbar ist, um Verunreinigungen aus einem Brennstoffdurchlass eines Brennstoffzellenstapels abzuführen; eine Luftströmungsquelle, welche anschließbar ist, um eine Luftströmung durch den Brennstoffzellenstapel zu liefern; und eine Steuerung, welche mit dem Entleerventil verbunden ist, und das Entleerventil für eine Spüldauer zu öffnen vermag und die Luftströmung von der Luftströmungsquelle zu erhöhen vermag, wenn eine Spannung über einem Paar benachbarter Brennstoffzellen niedriger als eine definierte Schwellenwertspannung ist.
  • In einem weiteren Aspekt enthält ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems das vorübergehende Erhöhen der Reaktandstrom-Flussrate wenigstens des Oxidationsmittels oder des Brennstoffs durch den jeweiligen Reaktanddurchlass des Brennstoffzellenstapels während einer Wiederbelebungsdauer in Antwort auf einen Parameter, der einen Abfall der Leistung des Brennstoffzellenstapels anzeigt. Das Verfahren weist auf: das Überwachen eines Parameters, der die Leistung der Brennstoffzelle anzeigt, und das Vergleichen desselben mit einem Schwellenwert.
  • Beispielsweise kann das Verfahren das Überwachen der Spannung über einem Paar von Brennstoffzellen umfassen und kann bestimmen, ob diese niedriger als eine definierte Schwellenwertspannung ist. Der Schwellenwert kann ein definierter Absolutwert oder ein variabler Referenzwert sein, beispielsweise der tatsächlichen momentanen durchschnittlichen Stapelspannung zugeordnet sein. Das Verfahren kann weiterhin das Beenden des Brennstoffzellenbetriebs aufweisen, wenn der Parameter, der die Leistung anzeigt, eine ungenügende Leistungserholung während einer definierten Zwischenwiederbelebungsdauer anzeigt, sobald die Reaktandstrom-Flussrate der vorübergehenden Erhöhung folgend wieder verringert wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt enthält ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems das vorübergehende Erhöhen der Reaktandstrom-Flussrate wenigstens des Oxidationsmittels oder des Brennstoffs durch den jeweiligen Reaktanddurchlass des Brennstoffzellenstapels zu definierten Zeitintervallen während des Betriebs des Stapels. Dieser Aspekt des Verfahrens ist besonders effektiv zur Verbesserung der Leistung während Betriebsperioden mit geringer Leistung, insbesondere auf der Oxidationsmittelseite. Beispielsweise kann das Verfahren das Überwachen des Leistungsausgangs des Stapels oder der elektrischen Last an dem Stapel enthalten, sowie das vorübergehende Erhöhen der Oxidationsmittelstrom-Flussrate zu festen Zeitintervallen, wenn der Leistungsausgang oder wenn die elektrische Last unter einen Schwellenwert fällt.
  • Die voranstehenden Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, welche das Einstellen der Oxidationsmittelstrom-Flussrate verwenden, können in Kombination durchgeführt werden und können weiterhin das Öffnen eines Entleerventils, welches mit einem Brennstoffdurchlass des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, während einer Entleerdauer gleichzeitig mit dem Erhöhen der Oxidationsmittelstrom-Flussrate aufweisen, wie beschrieben.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt enthält ein computerlesbares Medium Anweisungen, um einen Prozessor zu veranlassen, den Betrieb eines Brennstoffzellensystems zu steuern, indem bestimmt wird, ob ein Parameter, der die Brennstoffzellenleistung anzeigt, kleiner als ein definierter Schwellenwert ist und in dem vorübergehend eine Reaktandstrom-Flussrate durch einen Reaktanddurchlass des Brennstoffzellenstapels erhöht wird und in manchen Fällen gleichzeitig ein Brennstoffentleerventil eines Brennstoffzellenstapels während einer Entleerdauer geöffnet wird, wenn der Parameter kleiner als ein definierter Schwellenwert ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • In der Zeichnung bezeichnen identische Bezugszeichen ähnliche Elemente oder Abläufe. Die Größen und Relativlagen von Elementen in der Zeichnung sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Beispielsweise sind die Formen von verschiedenen Elementen und die Winkel nicht maßstäblich dargestellt und einige dieser Elemente sind beliebig vergrößert und angeordnet, um die Lesbarkeit der Zeichnung zu verbessern. Weiterhin sollen die besonderen Formgebungen der zeichnerisch dargestellten Elemente nicht irgendwelche Informationen betreffend die tatsächliche Form der bestimmten Elemente enthalten; sie wurden alleine zur Erleichterung der Erkennbarkeit in der Zeichnung gewählt.
  • 1 ist eine isometrische und teilweise auseinandergezogene Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit einem Brennstoffzellenstapel und der Steuerungselektronik einschließlich eines Brennstoffzellenüberwachungs- und -steuersystems.
  • 2 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Brennstoffströmung durch einen kaskadierten Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems aus 1.
  • 3 ist eine schematische Darstellung eines Teils des Brennstoffzellenüberwachungs- und -steuersystems aus 1.
  • 4 ist eine schematische Darstellung eines zusätzlichen Abschnittes des Brennstoffzellenüberwachungs- und -steuersystems aus 3 einschließlich einer Brennstoffzellenmikrosteuerung, welche selektiv zwischen den Brennstoffzellenstapel und eine Batterie geschaltet ist.
  • 5 ist eine schematische Ansicht von rechts oben auf die Anordnung verschiedener Bauteile des Brennstoffzellensystems aus 1.
  • 6 ist eine isometrische Ansicht von rechts oben auf die Anordnung verschiedener Bauteile des Brennstoffzellensystems aus 1 mit entfernter Abdeckung.
  • 7 ist eine isometrische Ansicht von links oben auf die Anordnung verschiedener Bauteile des Brennstoffzellensystems aus 5.
  • 8 ist eine isometrische Ansicht von rechts oben auf einen Druckreglerabschnitt des Brennstoffzellensystems aus 5.
  • 9A und 9B sind in Kombination ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betrieb des Brennstoffzellensystems der 1 und 2, einschließlich der Erkennung einer Niederspannungssituation und einer Wiederbelebung der Brennstoffzelle.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In der folgenden Beschreibung werden bestimmte spezielle Details ausgeführt, um ein vollständiges Verständnis verschiedener Ausführungsformen der Erfindung zu liefern. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt jedoch, dass die Erfindung ohne diese Details in der Praxis umgesetzt werden kann. Weiterhin sind allgemein bekannte Anordnungen im Zusammenhang mit Brennstoffzellen, Mikrosteuerungen, Sensoren und Stellgliedern nicht im Detail beschrieben worden, um eine unnötige Überfrachtung der Beschreibungen der Ausführungsformen der Erfindung zu vermeiden.
  • Solange es der Zusammenhang nicht anders notwendig macht, sind in der Beschreibung und den folgenden Ansprüchen das Wort "aufweisen" und Abwandlungen hiervon, wie "aufweisend" und "weist auf" in einem offenen, einschließenden Sinn zu verstehen, das heißt als "enthaltend, jedoch nicht hierauf beschränkt".
  • Brennstoffzellensystem-Überblick
  • 1 zeigt einen Abschnitt eines Brennstoffzellensystems 10, nämlich einen Brennstoffzellenstapel 12 und ein elektronisches Brennstoffzellenüberwachungs- und -steuersystem 14. Der Brennstoffzellenstapel 12 enthält mehrere Brennstoffzellenanordnungen 16, welche zwischen einem Paar von Endplatten 18a und 18b angeordnet sind, wobei eine der Brennstoffzellenanordnungen 16 teilweise aus dem Brennstoffzellenstapel 12 entfernt ist, um den Aufbau der Brennstoffzellenanordnung 16 besser darstellen zu können. Zuganker (nicht gezeigt) erstrecken sich zwischen den Endplatten 18a und 18b und wirken mit Befestigungsmuttern 17 zusammen, um die Endplatten 18a und 18b aufeinander zu vorzuspannen, so dass Druck auf die verschiedenen Bauteile ausgeübt wird, um guten Kontakt zwischen ihnen sicherzustellen.
  • Jede Brennstoffzellenanordnung 16 enthält eine Membranelektrodenanordnung 20, welche die beiden Elektroden, nämlich die Anode 22 und die Kathode 24 enthält, die durch eine Ionentauschermembran 26 voneinander getrennt sind. Die Elektroden 22 und 24 können aus einem porösen elektrisch leitfähigen Schichtmaterial gebildet sein, beispielsweise Kohlenstofffaserpapier oder -gewebe, welches für die Reaktanden durchlässig ist. Jede der Elektroden 22 und 24 ist an einer Oberfläche benachbart der Ionentauschermembran 26 mit einem Katalysator 27 beschichtet, beispielsweise einer dünnen Schicht aus Platin, um jede Elektrode elektrochemisch aktiv zu machen.
  • Die Brennstoffzellenanordnung 16 enthält auch ein Paar von Separatoren oder Strömungsfeldplatten 28, welche zwischen sich die Membranelektrodenanordnung 20 einschließen. In der dargestellten Ausführungsform enthält jede der Strömungsfeldplatten 28 einen oder mehrere Reaktandkanäle 30, welche auf einer ebenen Oberfläche der Strömungsfeldplatte 28 benachbart einer der zugehörigen Elektroden 22 und 24 ausgebildet sind, um Brennstoff der Anode 22 bzw. ein Oxidationsmittel der Kathode 24 zuzuführen. (In 1 ist nur der Reaktandkanal 30 an einer der Strömungsfeldplatten 28 sichtbar). Die Reaktandkanäle 30, welche das Oxidationsmittel führen, führen auch Abluft und Produktwasser von der Kathode 24 weg. Wie nachfolgend noch genauer beschrieben wird, ist der Brennstoffzellenstapel 12 dafür ausgelegt, in einer Betriebsart ohne Brennstoffausgang zu arbeiten, so dass im wesentlichen der gesamte Wasserstoff-Brennstoff, der ihm während des Betriebs zugeführt wird, verbraucht wird und wenig oder gar kein Wasserstoff während des normalen Betriebs des Systems 10 vom Stapel 12 abgeführt wird. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind jedoch bei Brennstoffzellensystemen anwendbar, welche mit verdünnten Brennstoffen arbeiten, und welche nicht ohne Ausgang sind.
  • In der dargestellten Ausführungsform enthält jede Strömungsfeldplatte 28 vorzugsweise eine Mehrzahl von Kühlkanälen 32, welche auf der ebenen Oberfläche der Strömungsfeldplatte 28 gegenüber der ebenen Oberfläche ausgebildet ist, die den Reaktandkanal 30 aufweist. Wenn der Stapel zusammengebaut wird, wirken die Kühlkanäle 32 von jeweils benachbarten Brennstoffzellenanordnungen 16 zusammen, so dass geschlossene Kühlkanäle 32 zwischen jeder Membranelektrodenanordnung 20 gebildet werden. Die Kühlkanäle 32 übertragen Kühlluft durch den Brennstoffzellenstapel 12. Die Kühlkanäle 32 sind vorzugsweise geradlinig und parallel zueinander und überqueren jede Platte 28, so dass Kühlkanaleinlässe und -auslässe an den jeweiligen Kanten der Platte 28 liegen.
  • Obgleich die dargestellte Ausführungsform zwei Strömungsfeldplatten 28 in jeder Brennstoffzellenanordnung 16 enthält, können andere Ausführungsformen eine einzelne bipolare Strömungsfeldplatte (nicht gezeigt) zwischen benachbarten Membranelektrodenanordnungen 20 aufweisen. In solchen Ausführungsformen führt ein Kanal auf einer Seite der bipolaren Platte Brennstoff zur Anode der einen benachbarten Membranelektrodenanordnung 20, während ein Kanal auf der anderen Seite der Platte ein Oxidationsmittel zur Kathode der anderen benachbarten Membranelektrodenanordnung 20 führt. In solchen Ausführungsformen können zusätzliche Strömungsfeldplatten 28 mit Kanälen zum Führen eines Kühlmittels (z. B. einer Flüssigkeit oder Gas wie Kühlluft) durch den Brennstoffzellenstapel 12 hindurch verlaufend beabstandet sein, um je nach Bedarf ausreichend Kühlluft für den Stapel 12 zu liefern.
  • Die Endplatte 18a enthält einen Brennstoffstrom-Einlassanschluss (nicht gezeigt) zum Einbringen eines Versorgungs-Brennstoffstroms in den Brennstoffzellenstapel 12. Die Endplatte 18b enthält einen Brennstoffstrom-Auslassanschluss 35 zur Abgabe eines austretenden Brennstoffstroms aus dem Brennstoffzellenstapel 12, der hauptsächlich Wasser und nicht reaktive Bestandteile und Verunreinigungen aufweist, beispielsweise solche, welche in dem Versorgungsbrennstoffstrom eingebracht wurden oder in den Brennstoffstrom im Stapel eingetreten sind. Der Brennstoffstrom-Auslassanschluss 35 ist normalerweise während des Betriebs ohne Ausgang mit einem Ventil verschlossen. Obgleich der Brennstoffzellenstapel 12 im wesentlichen der gesamten Wasserstoffbrennstoff zu verbrauchen vermag, der ihm während des Betriebs zugeführt wird, können Spuren von nicht reagiertem Wasserstoff durch den Brennstoffstrom-Auslassanschluss 35 während eines Spülens des Brennstoffzellenstapels 12 abgegeben werden, was durch vorübergehendes Öffnen eines Ventils am Brennstoffstrom-Auslassanschluss 35 erfolgt. Jede Brennstoffzellenanordnung 16 weist in sich ausgebildete Öffnungen ein, um mit entsprechenden Öffnungen in benachbarten Anordnungen 16 zusammen zu wirken, so dass interne Brennstoffversorgungs- und -abgabeverteiler (nicht gezeigt) gebildet werden, welche sich über die Länge des Stapels 12 erstrecken. Der Brennstoffstrom-Einlassanschluss steht über jeweilige Reaktandkanäle 30 in Fluidverbindung mit dem Fluid-Ausgangsanschluss 35, welche in Fluidverbindung mit den jeweiligen Brennstoffzufuhr- und -abgabeverteilern sind.
  • Die Endplatte 18b enthält einen Oxidationsflussstrom-Einlassanschluss 37 zum Einbringen von Versorgungsluft (Oxidationsmittelstrom) in den Brennstoffzellenstapel 12 und einen Oxidationsmittelstrom-Ausgangsanschluss 39 zum Abführen von Abluft aus dem Brennstoffzellenstapel 12. Jede Brennstoffzellenanordnung 16 weist in sich ausgebildete Öffnungen 31 und 34 zur Zusammenwirkung mit entsprechenden Öffnungen in benachbarten Brennstoffzellenanordnungen 16 auf, um Oxidationsmittelzufuhr- und -abführverteiler zu bilden, welche sich über die Länge des Stapels 12 erstrecken. Der Oxidationsmitteleinlassanschluss 34 steht in Fluidverbindung mit dem Oxidationsmittelauslassanschluss 39 über jeweilige Reaktandkanäle 30, welche in Fluidverbindung mit den Oxidationsmittelzufuhr- und -ablassverteilern sind.
  • In einer Ausführungsform enthält der Brennstoffstapel 12 47 Brennstoffzellenanordnungen 16. (Die 1 und 2 lassen eine Anzahl der Brennstoffzellenanordnung 16 weg, um die Klarheit der Zeichnung zu verbessern). Der Brennstoffzellenstapel 12 kann eine größere oder geringere Anzahl von Brennstoffzellenanordnungen enthalten, um mehr bzw. weniger Leistung zu liefern.
  • Wie in 2 gezeigt, wird Brennstoff durch den Brennstoffzellenstapel 12 in einem kaskadenartigen Strömungsmuster geführt. Ein erster Satz 11 ist aufgebaut aus den ersten 43 Brennstoffzellenanordnungen 16, die so angeordnet sind, dass der Brennstoff innerhalb des Satzes in einer gemeinsamen parallelen Richtung (durch die Pfeile 13 dargestellt) fließt, welche im wesentlichen entgegengesetzt zur Strömungsrichtung von Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel 12 ist. Die Brennstoffströmung durch einen nächsten Satz 15 von zwei Brennstoffzellenanordnungen 16 ist in Serie bezüglich der Brennstoffströmung im ersten Satz 11 und in einer gemeinsamen parallelen Richtung innerhalb des Satzes 15 (in einer Richtung, die durch die Pfeile 17 dargestellt ist), welche im wesentlichen gemeinsam zur Strömungsrichtung von Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel 12 ist. Die Brennstoffströmung durch einen letzten Satz 19 zweier Brennstoffzellenanordnungen 16 ist in Serie bezüglich der ersten und zweiten Sätze 11 und 15 und in einer gemeinsamen parallelen Richtung innerhalb des Satzes 19 (in einer Richtung, die durch den Pfeil 21 dargestellt ist) und im wesentlichen entgegengesetzt zur Strömung von Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel 12. Das Oxidationsmittel wird jeder der 74 Brennstoffzellen parallel in der gleichen allgemeinen Richtung wie die Strömung von Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt.
  • Der letzte Satz 19 von Brennstoffzellenanordnungen 16 weist den Spülzellenabschnitt 36 des Brennstoffzellenstapels auf. Der Spülzellenabschnitt 36 sammelt nichtreaktive Bestandteile, welche periodisch durch Öffnen eines Spülventils abgelassen werden.
  • Jede Membranelektrodenanordnung 20 ist in der Lage, eine nominelle Potentialdifferenz von ungefähr 0,6 V zwischen der Anode 22 und der Kathode 24 zu erzeugen.
  • Die Reaktanden (Wasserstoff und Luft) werden den Elektroden 22 und 24 von jeder Seite der Ionentauschermembran 26 über die Reaktandkanäle 30 zugeführt. Wasserstoff wird der Anode 22 zugeführt, wo der Platinkatalysator 27 seine Aufspaltung in Protonen und Elektronen fördert, welche als verwendbare Elektrizität durch einen externen Schaltkreis (nicht gezeigt) laufen. Auf der entgegengesetzten Seite der Membranelektrodenanordnung 20 strömt Luft durch die Reaktandenkanäle 30 zur Kathode 24, wo der Sauerstoff in der Luft mit den Protonen reagiert, welche durch die Ionentauschermembran 26 gelaufen sind, um Produktwasser zu erzeugen.
  • Brennstoffzellensystemsensoren und -stellglieder
  • Weiterhin bezugnehmend auf 1 weist das elektronische Überwachungs- und Steuersystem 14 verschiedene elektrische und elektronische Bestandteile auf einer Platine 38 und verschiedene Sensoren 44 und Stellglieder 46 auf, welche über das Brennstoffzellensystem 10 verteilt sind. Die Platine 38 trägt einen Mikroprozessor oder eine Mikrosteuerung 40, welche geeignet programmiert oder konfiguriert ist, um den Betrieb des Brennstoffzellensystems durchzuführen. Die Mikrosteuerung 40 kann in Form einer Atmel AVR RISC-Mikrosteuerung sein, welche von Atmel Corporation in San Jose, Kalifornien, erhältlich ist. Das elektronische Überwachungs- und Steuersystem 14 enthält auch einen bleibenden Speicher 42, beispielsweise einen EEPROM-Abschnitt der Mikrosteuerung 40 oder ein diskretes, nichtflüchtiges, von der Steuerung lesbares Medium.
  • Die Mikrosteuerung 40 ist so angeschlossen, dass sie einen Eingang von den Sensoren 44 empfängt und Ausgänge an die Stellglieder 46 liefert. Die Eingabe und/oder Ausgabe kann in Form entweder digitaler und/oder analoger Signale erfolgen. Eine wiederaufladbare Batterie 47 versorgt das elektronische Überwachungs- und Steuersystem 14, bis der Brennstoffzellenstapel 12 ausreichende Leistung an das elektronische Überwachungs- und Steuersystem 14 liefern kann. Die Mikrosteuerung 40 ist selektiv zwischen den Brennstoffzellenstapel 12 und die Batterie 47 schaltbar, um Leistung während des Betriebs des Brennstoffzellensystems umzuschalten und/oder um die Batterie 47 während des Brennstoffzellenbetriebs zu laden.
  • 3 zeigt verschiedene Elemente des Brennstoffzellensystems 10 näher und zeigt verschiedene andere Elemente, welche in 1 aus Gründen der Einfachheit der Darstellung weggelassen sind.
  • Unter spezieller Bezugnahme auf 3 liefert das Brennstoffzellensystem 10 mittels eines Brennstoffsystems 50 Brennstoff (z. B. Wasserstoff) an die Anode 22. Das Brennstoffsystem 50 enthält eine Brennstoffquelle, beispielsweise einen oder mehrere Brennstofftanks 52 und ein Brennstoffreguliersystem 54 zur Steuerung der Zufuhr des Brennstoffs. Die Brennstofftanks 52 können Wasserstoff oder einen anderen Brennstoff wie Methanol enthalten. Alternativ können die Brennstofftanks 52 einen Prozessstrom darstellen, aus welchem Wasserstoff durch einen Reformvorgang von beispielsweise Methan oder Erdgas erhalten werden kann (wobei in diesem Fall im Brennstoffzellensystem 10 ein Reformer vorhanden ist).
  • Die Brennstofftanks 52 enthalten jeweils ein Brennstofftankventil 56 zur Steuerung der Strömung von Brennstoff aus dem jeweiligen Brennstofftank 52. Die Brennstofftankventile 56 können automatisch von der Mikrosteuerung 40 gesteuert werden und/oder sie können manuell durch eine Bedienungsperson gesteuert werden. Die Brennstofftanks 52 können nachfüllbar oder wegwerfbar sein. Die Brennstofftanks 52 können mit dem Brennstoffsystem 50 und/oder dem Brennstoffsystem 10 eine Einheit bilden oder sie können die Form von getrennten Einheiten haben. In dieser Ausführungsform sind die Brennstofftanks 52 Hydridspeichertanks. Die Brennstofftanks 52 sind innerhalb des Brennstoffzellensystems 10 angeordnet, so dass sie durch die abgeführte Kühlluft heizbar sind, welche durch die Hitze erwärmt wird, welche vom Brennstoffzellenstapel 12 erzeugt wird. Eine solche Heizung erleichtert die Freigabe von Wasserstoff aus dem Hydridspeichermedium.
  • Das Brennstoffzellenüberwachungs- und -steuersystem 14 enthält einen Wasserstoffkonzentrationssensor S5, einen Wasserstoffheizstromsensor S6 und einen Wasserstoffsensorprüfsensor S11. Der Wasserstoffheizstromsensor S6 kann die Form eines Stromsensors haben, der angeschlossen ist, um ein Wasserstoffheizelement zu überwachen, welches ein integraler Bestandteil des Wasserstoffkonzentrationssensors S5 ist. Der Wasserstoffsensorprüfsensor S11 überwacht die Spannung über einen positiven Anschluss einer Wheatstone'schen Brücke in einem Wasserstoffkonzentrationssensor S5, wie nachfolgend erläutert, um zu bestimmen, ob der Wasserstoffkonzentrationssensor S5 funktionsfähig ist.
  • Die Kraftstofftanks 52 sind mit dem Kraftstoffreguliersystem 54 über einen Filter 60 verbunden, der sicherstellt, dass partikelförmige Verunreinigungen nicht in das Brennstoffreguliersystem 54 eindringen. Das Brennstoffreguliersystem 54 enthält einen Luftdrucksensor 62 zur Überwachung des Drucks des Brennstoffes in Brennstofftanks 52, der angibt, wie viel Brennstoff in den Brennstofftanks 52 verblieben ist.
  • Ein Überdruckventil 64 arbeitet automatisch, um Überdruck aus dem Brennstoffsystem 50 abzugeben. Das Überdruckventil 64 kann die Form eines Kugelfederventils haben. Ein Hauptgasventil-Solenoid CS5 öffnet und schließt ein Hauptgasventil 66 in Antwort auf Signale von der Mikrosteuerung 40, um eine Fluidverbindung zwischen den Brennstofftanks 52 und dem Brennstoffreguliersystem 54 zu schaffen. Zusätzliche Solenoide CS7 steuern die Strömung durch die Brennstofftankventile 56. Ein Wasserstoffregulator 68 reguliert die Strömung von Wasserstoff von den Brennstofftanks 52. Brennstoff wird den Anoden 22 der Brennstoffzellenanordnungen 16 über eine Wasserstoffeinlassleitung 69 geliefert, welche mit dem Brennstoffstrom-Einlassanschluss des Stapels 12 verbunden ist. Sensoren 44 des Brennstoffreguliersystems 54 überwachen eine Anzahl von Brennstoffzellensystem-Betriebsparametern, um den Betrieb des Brennstoffzellensystems innerhalb akzeptabler Grenzen aufrecht zu erhalten. Beispielsweise misst ein Stapelspannungssensor S3 die Gesamtspannung über dem Brennstoffzellenstapel 12. Ein Spülzellenspannungssensor S4 überwacht die Spannung über dem Spülzellenabschnitt 36 (dem letzten Satz 19 von Brennstoffzellenanordnung 16 in der Kaskadengestaltung von 2). Ein Zellenspannungsüberprüfer S9 stellt sicher, dass eine Spannung über jeder der Brennstoffzellen 20 innerhalb eines akzeptablen Grenzwertes ist. Jeder der Sensoren S3, S4 und S9 liefert Eingänge an die Mikrosteuerung 40, in 3 durch Pfeile dargestellt, welche in Richtung der Blöcke mit der Bezeichnung "FCM" weisen (FCM = fuel cell microcontroller = Brennstoffzellen-Mikrosteuerung 40).
  • Ein Brennstoffspülventil 70 ist am Brennstoffstrom-Auslassanschluss 35 des Brennstoffzellenstapels 12 angeordnet und ist typischerweise in einer geschlossenen Position, wenn der Stapel 12 in Betrieb ist. Brennstoff wird somit dem Brennstoffzellenstapel 12 nur soweit zugeführt, dass die gewünschte Rate an elektrochemischer Reaktion aufrecht erhalten wird. Aufgrund des kaskadenartigen Strömungsdesigns neigen jegliche Verunreinigungen (z. B. Stickstoff) in dem Brennstoffversorgungsstrom dazu, sich während des Betriebs in dem Spülzellenabschnitt 36 zu sammeln. Eine Ansammlung von Verunreinigungen im Spülzellenabschnitt 36 neigt dazu, die Leistung des Spülzellenabschnittes 36 zu verringern; sollte der Spülzellenspannungssensor S4 einen Leistungsabfall unter einen Schwellenwertspannungspegel erkennen, kann die Mikrosteuerung 40 ein Signal an eine Spülventilsteuerung CS4 senden, beispielsweise einen Solenoiden, um das Spülventil 36 zu öffnen und die Verunreinigungen und andere nichtreaktive Bestandteile abzugeben, welche sich in dem Spülzellenabschnitt 36 angesammelt haben können (zusammenfassend als "Spülentleerung" bezeichnet). Das Ablassen von Wasserstoff durch das Spülventil 70 während einer Spülung ist beschränkt, um zu verhindern, dass das Überwachungs- und Steuersystem 14 einen Fehler oder eine Fehlfunktion auslöst, wie nachfolgend erläutert wird.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 liefert Sauerstoff in einer Luftströmung an die Kathodenseite der Membranelektrodenanordnungen 20 mittels eines Sauerstoffzufuhrsystems 72. Eine Quelle 74 für Sauerstoff oder Luft kann die Form eines Lufttanks oder der Umgebungsatmosphäre haben. Ein Filter 76 stellt sicher, dass partikelförmige Verunreinigungen nicht in das Sauerstoffzufuhrsystem 72 eindringen. Eine Luftkompressorsteuerung CS1 steuert einen Luftkompressor 78, um die Luft dem Brennstoffzellenstapel 12 mit einer gewünschten Strömungsrate zu liefern. Ein Massenluftflusssensor S8 misst die Luftströmungsrate in dem Brennstoffzellenstapel 12 und liefert den Wert als einen Eingang an die Mikrosteuerung 40. Ein Feuchtigkeitstauscher 80 fügt Wasserdampf der Luft hinzu, um die Ionentauschermembran 26 feucht zu halten. Der Feuchtigkeitstauscher 80 entfernt auch Wasserdampf, der ein Nebenprodukt der elektrochemischen Reaktion ist. Überschüssiges flüssiges Wasser wird über eine Leitung 81 einem Verdampfer 88 zugeführt.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 führt Überschusswärme aus dem Brennstoffzellenstapel 12 ab und verwendet die Überschusswärme zur Erwärmung der Brennstofftanks 52 mittels eines Kühlsystems 82. Das Kühlsystem 82 enthält einen Brennstoffzellentemperatursensor S1, beispielsweise einen Thermistor, der die Kerntemperatur des Brennstoffzellenstapels 12 überwacht. Die Temperatur wird als Eingang für die Mikrosteuerung 40 geliefert. Ein Stapelstromsensor S2, beispielsweise ein Hallsensor, misst den Gesamtstrom durch den Brennstoffzellenstapel 12 und liefert den Wert des Stroms als Eingang an die Mikrosteuerung 40. Eine Kühlgebläsesteuerung CS3 steuert den Betrieb eines oder mehrerer Kühlgebläse 84 zur Kühlung des Brennstoffstapels 12. Nachdem sie den Brennstoffzellenstapel 12 durchlaufen hat, zirkuliert die erwärmte Kühlluft um die Brennstofftanks 52. Die erwärmte Kühlluft läuft dann durch den Verdampfer 58. Eine Leistungsrelaysteuerung CS6, beispielsweise ein Solenoid, verbindet bzw. trennt den Brennstoffstapel 12 mit bzw. von einem externen elektrischen Schaltkreis in Antwort auf die Mikrosteuerung 40. Eine Leistungsdiode 59 schafft eine Einwegeisolation des Brennstoffzellensystems 10 gegenüber der externen Last, um einen Schutz des Brennstoffzellensystems 10 vor der externen Last zu haben. Eine Batterierelaissteuerung CS8 schaltet das Brennstoffzellenüberwachungs- und -steuersystem 14 zwischen den Brennstoffzellenstapel 12 und die Batterie 47 bzw. trennt es hiervon.
  • Das Brennstoffzellenüberwachungs- und -steuersystem 14 (in 4 dargestellt) enthält Sensoren zur Überwachung der Umgebung des Brennstoffzellensystems 10 und Stellglieder zur entsprechenden Steuerung des Brennstoffzellensystems 10. Beispielsweise dient ein Wasserkonzentrationssensor S5 (in 3 gezeigt) zur Überwachung des Wasserstoffkonzentrationswertes in der Umgebungsatmosphäre um den Brennstoffzellenstapel 12 herum. Der Wasserstoffkonzentrationssensor S5 kann die Form eines Heizelements mit einem wasserstoffempfindlichen Thermistor haben, der temperaturkompensiert sein kann. Ein Sauerstoffkonzentrationssensor S7 (wie in 4 gezeigt), dient zur Überwachung des Sauerstoffkonzentrationswertes in der Umgebungsatmosphäre um das Brennstoffzellensystem 10 herum. Ein Umgebungstemperatursensor S10 (in 3 gezeigt), beispielsweise ein digitaler Sensor, dient zur Überwachung der Umgebungslufttemperatur um das Brennstoffzellensystem 10 herum.
  • Bezugnehmend auf 4 empfängt die Mikrosteuerung 40 die verschiedenen Sensormessungen wie Umgebungslufttemperatur, Brennstoffdruck, Wasserstoffkonzentration, Sauerstoffkonzentration, Brennstoffzellenstapelstrom, Luftmassenstrom, Zellenspannungsprüfstatus, Spannung über dem Brennstoffzellenstapel und Spannung über dem Spülzellenabschnitt des Brennstoffzellenstapels von den verschiedenen nachfolgend beschriebenen Sensoren. Die Mikrosteuerung 40 liefert die Steuersignale an die verschiedenen Stellglieder, beispielsweise die Luftkompressorsteuerung CS1, die Kühlgebläsesteuerung CS3, die Spülventilsteuerung CS4, den Hauptgasventilsolenoiden CS5, die Leistungsschaltkreisrelaysteuerung CS6, den Wasserstofftankventilsolenoiden CS7 und die Batterierelaysteuerung CS8.
  • Brennstoffzellensystem-Anordnung
  • Die 58 zeigen den strukturellen Aufbau der Bestandteile im Brennstoffzellensystem 10. Die Bezeichnungen "oben", "unten", "oberhalb", "unterhalb" und ähnliche Beschreibungen werden alleine als Bezugspunkte in der Beschreibung verwendet und obgleich sie der allgemeinen Ausrichtung des dargestellten Brennstoffzellensystems 10 im Betrieb entsprechen, sollen sie nicht die Ausrichtung des Brennstoffzellensystems 10 während des Betriebs oder ansonsten einschränken.
  • Bezugnehmend auf die 57, so sind der Luftkompressor 78 und das Kühlgebläse 84 an einem Ende ("Luftzufuhrende") des Brennstoffzellenstapels 12 gruppiert. Die Brennstofftanks 52 (in den 57 nicht gezeigt), sind an dem Brennstoffzellensystem 10 an der Oberseite von und entlang der Länge des Brennstoffzellensta pels 12 anordenbar. Die Bestandteile des Brennstoffreguliersystems 54 stromaufwärts des Brennstoffzellenstapels 12 liegen üblicherweise am Ende des Stapels 12 ("Wasserstoffzufuhrende") gegenüber dem Luftzufuhrende.
  • Der Luftkompressor 78 ist innerhalb eines isolierenden Gehäuses 700 aufgenommen, welches entfernbar an dem Luftzufuhrende des Brennstoffzellenstapels 12 angebracht ist. Das Gehäuse 700 hat eine Luftzufuhröffnung 702, die vom Filter 76 abgedeckt ist und welche ermöglicht, dass Luft in das Gehäuse 700 eintritt. Der Luftkompressor 78 ist vom Niederdruck-Verdrängertyp und betreibbar, Luft der Luftversorgungsleitung 81 mit einer Strömungsrate zuzuführen, welche von der Bedienungsperson steuerbar ist. Die Luftversorgungsleitung 81 läuft durch eine Leitungsöffnung 704 im Kompressorgehäuse 700 und steht mit einem Luftversorgungseinlass 706 des Feuchtigkeitstauschers 80 in Verbindung. Der Massenflusssensor S8 liegt an einem Einlass des Luftkompressors 78 und vorzugsweise innerhalb des Kompressorgehäuses 700.
  • Der Feuchtigkeitstauscher 80 kann von dem Typ sein, wie er in der US-PS 6,106,964 offenbart ist und ist an einer Seite des Brennstoffzellenstapels 12 nahe des Luftversorgungsendes angeordnet. In den Feuchtigkeitstauscher 80 über die Luftversorgungsleitung 81 eintretende Luft wird befeuchtet und dann von dem Feuchtigkeitstauscher 80 abgegeben und in den Brennstoffzellenstapel 12 (über den Versorgungsluftanschluss der Endplatte 18b) geführt. Abluft von dem Brennstoffzellenstapel 12 tritt über den Abluftauslassanschluss in der Endplatte 18b aus und wird in den Feuchtigkeitstauscher 80 geführt, wo Wasser in dem Abluftstrom auf den Luftzufuhrstrom übertragen wird. Der Abluftstrom verlässt dann den Feuchtigkeitstauscher 80 über den Abluftauslass 712 und wird über eine Abluftleitung (nicht gezeigt) dem Verdampfer 58 (in den 57 nicht gezeigt) übertragen, der an einer Abdeckung (nicht gezeigt) oberhalb des Brennstoffzellenstapels 12 anordenbar ist.
  • Das Kühlgebläse 84 ist innerhalb eines Gebläsegehäuses 720 aufgenommen, welches entfernbar an dem Luftzufuhrende des Brennstoffzellenstapels 12 und unterhalb des Kompressorgehäuses 200 angeordnet ist. Das Gebläsegehäuse 720 weist eine Leitung 724 auf, welche Kühlluft vom Kühlgebläse 84 zu den Kühlkanalöffnungen am Boden des Brennstoffzellenstapels 12 führt. Die Kühlluft wird nach oben und durch den Brennstoffzellenstapel 12 (über die Kühlkanäle 32) geführt und von den Kühlkanalöffnungen an der Oberseite des Brennstoffzellenstapels 12 abgegeben. Im Betrieb wird vom Brennstoffzellenstapel 12 durch die Kühlluft entnommene Wärme verwen det, die Brennstofftanks 52 zu erwärmen, welche direkt oberhalb oder entlang der Länge des Stapels 12 anordenbar sind. Ein Teil der erwärmten Kühlluft kann in die Luftversorgungsöffnung 702 des Kompressorgehäuses 700 zur Verwendung als Oxidationsmittel zuführende Luft zurückgeführt werden.
  • Bezugnehmend insbesondere auf 7 ist die Platine 38, welche die Mikrosteuerung 40, den Sauerstoffsensor S7 und den Umgebungstemperatursensor S10 trägt, an der Seite des Brennstoffzellenstapels 12 entgegengesetzt dem Feuchtigkeitstauscher 80 mittels einer Befestigungsschelle 730 angeordnet. Positive und negative elektrische Energieversorgungsleitungen 732 und 734 erstrecken sich von jedem Ende des Brennstoffzellenstapels 12 und sind mit einer externen Basis verbindbar. Ein elektrisch leitfähiger Anzapfdraht 736 von jeder der Energieversorgungsleitungen 732 und 734 ist mit der Platine 38 an einem Stapel-Leistungseingangsanschluss 738 verbunden und überträgt einen Teil der vom Brennstoffzellenstapel 12 erzeugten Elektrizität zur Versorgung der Bauteile auf der Platine 38, sowie der Sensoren 44 und Stellglieder 46, welche elektrisch mit der Platine 38 am Anschluss 739 verbunden sind. Auf ähnliche Weise ist die Batterie 47 (in den 57 nicht gezeigt) mit der Platine 38 an einem Batterieleistungs-Eingangsanschluss 740 angeschlossen. Die Batterie 47 liefert Leistung an die Platinenbauteile, Sensoren 44 und Stellglieder 46, wenn der Ausgang des Brennstoffzellenstapels noch nicht Nominalwerte erreicht hat (z. B. beim Hochfahren); sobald der Brennstoffzellenstapel 12 nominale Betriebsbedingungen erreicht hat, kann der Brennstoffzellenstapel 12 auch Energie liefern, um die Batterie 47 wieder zu laden.
  • Allgemein bezugnehmend auf die 57 und insbesondere auf 8 ist eine Halterung 741 an dem Wasserstoffzufuhrende zur Anordnung eines Brennstofftankventilanschlusses 53, eines Wasserstoffdrucksensors 62, eines Überdruckventils 64, eines Hauptgasventils 66 und eines Wasserstoffdruckreglers 68 oberhalb des Brennstoffzellenstapels 12 an dem Wasserstoffzufuhrende angeordnet. Ein geeigneter Druckregulator kann ein Druckregulator des Typs 912, erhältlich von Fisher Controls in Marhalltown, Iowa, sein. Ein geeigneter Drucksensor kann ein Transducer von Texas Instruments, Dallas, Texas, sein. Ein geeignetes Überdruckventil kann von Schraeder-Bridgeport, Buffalo Grove, Illinois, bezogen werden. Das Überdruckventil 64 ist für die Brennstofftanks 52 vorgesehen und kann so eingestellt werden, dass es bei ungefähr 350 psi öffnet. Ein Niederdruckventil 742 ist für den Brennstoffzellenstapel 12 vorgesehen. Die Halterung 741 liefert auch eine Befestigung für den Wasserstoffkonzentrationssensor S5, den Wasserstoffheizstromsensor S6 und den Wasserstoffsensorprüfsensor S11, welche in 6 sichtbar sind, wo die Halterung 741 transparent dargestellt ist. Die Brennstofftanks 52 sind mit dem Brennstofftankanschluss 53 verbindbar. Wenn der Brennstofftank und die Hauptgasventile 56 und 66 geöffnet werden, wird Wasserstoff unter einem gesteuerten Druck (überwacht vom Drucksensor 62 und einstellbar durch den Wasserstoffdruckregulator 68) über die Brennstoffversorgungsleitung 69 dem Brennstoffeinlassanschluss der Endplatte 18a zugeführt. Das Spülventil 70 liegt am Brennstoffauslassanschluss an der Endplatte 8b.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 und die Brennstofftanks 52 sind an Befestigungspunkten 744 mit einer (nicht gezeigten) Basis verbunden und innerhalb einer Brennstoffzellensystemabdeckung (nicht gezeigt) aufgenommen. Von der Oberseite des Brennstoffzellenstapels 12 ausgestoßene Kühlluft wird somit von der Abdeckung entweder zum Versorgungslufteinlass 702 oder über das Brennstoffreguliersystem 54 zu einer Kühlluftabgabeöffnung in dem Gehäuse geführt.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 ist so ausgelegt, dass Bauteile, die dazu dienen, Wasserstoff abzugeben oder welche ein Leckrisiko für Wasserstoff darstellen, soweit als praktikabel in dem Kühlluftpfad liegen oder dass ihr Auslass/ihre Leckmöglichkeit zu dem Kühlluftpfad weist. Der Kühlluftpfad wird von der Leitung 724, den Kühlluftkanälen des Stapels 12 und dem Abschnitt der Systemabdeckung oberhalb des Stapels 12 definiert; ein Kühlluftstrom, der durch den Kühlluftpfad verläuft, ist in den 5, 6 und 7 mit den Pfeilen veranschaulicht. Die Bauteile, die direkt im Kühlluftpfad sind, umfassen die Brennstofftanks 52 und die Bestandteile des Brennstoffreguliersystem 54 wie Überdruckventil 64, Hauptgasventil 66 und Wasserstoffregulator 68. Bauteile, die nicht direkt in dem Kühlluftpfad sind, sind in Fluidverbindung mit dem Kühlluftpfad und umfassen das Spülventil 70 in Verbindung mit der Leitung 724 über eine Spülleitung (nicht gezeigt) und das Niederdruckventil 742 in Verbindung mit einem Auslass nahe dem Brennstoffreguliersystem 54 über eine Leitung 746. Wenn das Kühlluftgebläse 84 im Betrieb ist, führt der Kühlluftstrom ausgetretenen/abgegebenen Wasserstoff über die Leitung 724, über den Stapel 12 und aus dem System 10 in Richtung der Pfeile in den 5, 6 und 7. Der Wasserstoffkonzentrationssensor S5 ist strategisch soweit als möglich stromab in dem Kühlluftstrom angeordnet, um Wasserstoff zu erkennen, der in dem Kühlluftstrom mitgeführt wird. Der Wasserstoffkonzentrationssensor S5 ist auch im Nahbereich der Bestandteile des Brennstoffreguliersystems 54 angeordnet, um die Erkennung von Wasserstofflecks/-abgaben von dem Brennstoffreguliersystem 54 zu verbessern.
  • Beispiel eines Betriebsverfahrens
  • Das Brennstoffzellensystem 10 kann eine Anzahl von Betriebszuständen verwenden, welche bestimmen können, welche Abläufe oder Aufgaben die Mikrosteuerung 40 durchführt und welche das Ansprechverhalten der Mikrosteuerung 40 auf verschiedene Auslesewerte oder Messungen der Brennstoffzellensystem-Betriebsparameter bestimmen können. Die Mikrosteuerung 40 arbeitet mit einer Software, welche in einen Ein-Chip-Flash-Speicher der Mikrosteuerung 40 oder in einem anderen von der Steuerung lesbaren Speicher programmiert und hieraus abgerufen werden kann. Insbesondere kann das Brennstoffzellensystem 10 einen Betriebsbereit-Zustand, einen Startzustand, einen Laufzustand, einen Warmzustand, einen Fehlerzustand und einen Stopzustand verwenden.
  • In dem Betriebsbereit-Zustand ist der Brennstoffstapel 12 nicht im Betrieb und die Mikrosteuerung 40 überwacht eine Startleitung auf ein Hochfahrsignal. Beispielsweise kann die Betätigung eines Startknopfes oder -schalters (nicht gezeigt) durch eine Bedienungsperson das Hochfahrsignal auf der Hochfahrleitung erzeugen.
  • Im Startzustand initialisiert sich die Mikrosteuerung 40 selbst, versetzt alle Stellglieder und Steuervorrichtungen in ihre richtigen Anfangszustände, macht eine serielle Schnittfläche betriebsbereit, startet einen Überwachungszeitgeber und führt eine Reihe von Überprüfungen durch, um sicher zu stellen, dass alle Systeme und Bauteile betriebsbereit sind. Wenn die Ergebnisse der Überprüfungen befriedigend sind, veranlasst die Mikrosteuerung 40, dass die externe Last angeschlossen wird und tritt in einen Betriebszustand ein; ansonsten geht das Brennstoffzellensystem 10 in einen Fehlerzustand, ohne in den Betrieb zu gehen.
  • In dem Betriebszustand werden Brennstoff und Oxidationsmittel dem völlig betriebsbereiten Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt. Die Mikrosteuerung 40 überwacht die Leistung des Brennstoffzellensystems 10 basierend auf den gemessenen Betriebsparametern und steuert die verschiedenen Systeme über die verschiedenen oben erläuterten Stellglieder. Wenn die Mikrosteuerung 40 feststellt, dass einer oder mehrere Betriebsparameter außerhalb eines Warnbereichs liegen, versetzt die Mikrosteuerung 40 das Brennstoffzellensystem 10 in den Warnzustand. Wenn die Mikrosteuerung 40 bestimmt, dass einer oder mehrere Betriebsparameter außerhalb eines Fehlerbereichs liegen, versetzt die Mikrosteuerung 40 das Brennstoffzellensystem in den Fehlerzustand. Ansonsten fährt das Brennstoffzellensystem 10 mit dem Betriebszu stand fort, bis ein Stopsignal auf der Hochfahrleitung empfangen wird. In Antwort auf das Stopsignal versetzt die Mikrosteuerung 40 das Brennstoffzellensystem 10 vom Betriebszustand in einen Stopzustand, wenn das Brennstoffzellensystem 10 für wenigstens eine Minute im Betriebszustand war. Wenn dies der Fall ist, beginnt die Mikrosteuerung 40 mit einer verlängerten Abschaltprozedur, welche annähernd 55 Sekunden dauert, wobei das Brennstoffzellensystem 12 während dieser Zeit in einem Stopzustand ist. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Mikrosteuerung 40 in die normale Abschaltprozedur und das Brennstoffzellensystem 10 geht direkt von einem Betriebszustand in den Betriebsbereitschaftszustand.
  • Im Warnzustand kann die Mikrosteuerung 40 eine Warnmitteilung an die Bedienungsperson ausgeben, dass man sich außerhalb des Warnbereiches befindet; im Übrigen fährt das Brennstoffzellensystem mit dem Betrieb fort. Zusätzlich kann die Mikrosteuerung 40 einen Warnbedingungscode entsprechend der Bedingung, das man sich außerhalb des Warnbereichs befindet, in den bleibenden Speicher 42 schreiben.
  • Im Fehlerzustand stoppt die Mikrosteuerung 40 sofort den Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 und schreibt einen Fehlerbedingungscode in den nichtflüchtigen Speicher 42. Das Brennstoffzellensystem 10 verbleibt in dem Fehlerzustand, bis ein Stopsignal auf der Startleitung empfangen wird. In Antwort auf das Stopsignal schließt die Mikrosteuerung 40 das Abschalten des Brennstoffzellensystems 10 ab und versetzt das Brennstoffzellensystem 10 in den Betriebsbereitschaftszustand.
  • Im Stopzustand schaltet die Mikrosteuerung 40 die verschiedenen Bestandteile des Brennstoffzellensystems 10 ab und stoppt den Betrieb des Brennstoffzellensystems 10. Sobald die verschiedenen Bestandteile abgeschaltet worden sind, versetzt die Mikrosteuerung 40 das Brennstoffzellensystem 10 in den Betriebsbereitschaftszustand.
  • Die 9A und 9B zeigen ein Beispiel eines Wiederbelebungsverfahrens 100 zur Verbesserung der Leistung der einen oder der mehreren Brennstoffzellenanordnungen 16, nachdem die Leistung der einen oder der mehreren Brennstoffzellenanordnungen 16 unter einen Schwellenwert gefallen ist. Ein solcher Leistungsabfall kann insbesondere das Ergebnis unzureichender Mengen an Reaktanden sein, welche den Elektrokatalysator in jeder Brennstoffzellenanordnung 16 erreichen, z. B. wenn Wasser an einen oder mehrere der Reaktandkanäle in der Brennstoffzelle eingeströmt ist. Das Verfahren beginnt mit Schritt 102. Im Schritt 104 prüft die Mikrosteuerung 40 die Spannung über Paaren der Brennstoffzellenanordnungen 16. Die Mikrosteuerung 40 kann auf einen digitalen Ausgang des Zellenspannungüberprüfers S9 zurückgreifen. Wenn beispielsweise der Ausgang des Zellenspannungsüberprüfers S9 "0" oder LOW ist, bestimmt die Mikrosteuerung 40, dass die Spannung über wenigstens einem Paar der Brennstoffzellenanordnungen 16 unterhalb einer Schwellenwertspannung liegt.
  • Obgleich jeder Schaltkreis geeignet ist, der die Spannung über einen oder mehrere Brennstoffzellenanordnungen 16 zu bestimmen, ist der Zellenspannungsprüfer S9, beschrieben in der anmelderidentischen US-Patentanmeldungs-Serien-Nr. 09/mit dem Titel "FUEL CELL ANOMALY DETECTION METHOD AND APPARATUS" mit dem gleichen Anmeldungstag wie die vorliegende Anmeldung (Anwalts-Aktenzeichen 130109.406) für das beschriebene Brennstoffzellensystem 10 besonders geeignet. Eine geeignete Schwellenwerspannung kann zwischen annähernd 0,8 V und 0,85 V für ein Paar von Brennstoffzellenanordnungen 16 liegen, wobei jede Brennstoffzellenanordnung 16 in dem Paar nominal annähernd 0,6 V zwischen Anode 22 und Kathode 24 erzeugt.
  • Im Schritt 106 gibt die Mikrosteuerung 40 die Steuerung an den Schritt 108, wo eine erste Warteschleife durchgeführt wird, wenn die Spannung über einem Paar der Brennstoffzellenanordnung 16 nicht niedriger als die Schwellenwertspannung ist. Die Mikrosteuerung 40 gibt die Steuerung an den Schritt 110 weiter, wenn die Spannung über einem Paar der Brennstoffzellenanordnung 16 niedriger als die Schwellenwertspannung ist.
  • Im Schritt 110 setzt die Mikrosteuerung 140 einen Zeitgeber zurück. Das Brennstoffzellenüberwachungs- und -steuersystem 14 kann einen oder mehrere Zeitgeber verwenden, welche integral mit der Mikrosteuerung 40 sein können oder diskrete Bauteile sein können. Im Schritt 112 startet die Mikrosteuerung 40 den Zeitgeber. Im Schritt 114 schickt die Mikrosteuerung 40 ein passendes Signal an die Spülventilsteuerung CS4, um das Spülventil 70 zu öffnen, welches mit dem Reaktandkanal 30 in Verbindung steht, der den Brennstoff in dem Spülzellenabschnitt 36 führt. Im Schritt 116 liefert die Mikrosteuerung 40 Signale an die Luftkompressorsteuerung CS1, um den Arbeitstakt des Luftkompressors 78 zu erhöhen, so dass die Luftströmung erhöht wird. Ein geeigneter Anstieg im Arbeitstakt kann 50 % über dem Standard-Betriebsarbeitstakt betragen. Eine geeignete Spül- und Wiederbelebungsdauer kann zwischen annähernd 5 und 10 Sekunden liegen.
  • In bestimmten Situationen, in denen die Mikrosteuerung 40 feststellt, dass der Grund des Leistungsverlustes eine Ansammlung von Verunreinigungen im Spülzellenabschnitt 36 ist, veranlasst die Mikrosteuerung 40 nur, dass das Brennstoffspülventil 70 geöffnet wird, ohne die Luftflussrate durch den Brennstoffzellenstapel 12 zu erhöhen. In einer anderen Ausführungsform erhöht die Mikrosteuerung 40 nur die Luftflussrate durch den Brennstoffzellenstapel 12, ohne das Spülventil 70 zu öffnen, wenn die Mikrosteuerung 40 bestimmt, dass der Grund für den Leistungsfluss eine unzureichende Luftzufuhr zu dem Elektrokatalysator in der Brennstoffzellenanordnung 16 sein könnte.
  • Im Schritt 118 bestimmt die Mikrosteuerung 40, ob der Zeitgeberlesewert gleich oder größer als die Spüldauer ist. Die Mikrosteuerung 40 gibt die Steuerung an Schritt 120 weiter, wo eine zweite Warteschleife durchgeführt wird, wenn der Zeitgeberlesewert nicht größer oder gleich der Spüldauer ist. Die Mikrosteuerung 40 gibt die Steuerung an den Schritt 122 weiter, wenn der Zeitgeberlesewert größer oder gleich der Spüldauer ist.
  • Im Schritt 122 schickt die Mikrosteuerung 40 ein geeignetes Signal an die Luftkompressorsteuerung CS1, um den Arbeitstakt des Luftkompressors 78 zu senken, so dass die Luftströmung verringert wird. Im Schritt 124 schickt die Mikrosteuerung 40 ein geeignetes Signal an die Spülventilsteuerung CS4, um das Spülventil 70 zu schließen, so dass der Wiederbelebungsvorgang beendet wird.
  • Im Schritt 126 setzt die Mikrosteuerung 40 den Zeitgeber als Vorbereitung für einen Zwischenwiederbelebungsvorgang zurück. Die Zwischenbelebungsperiode ist als Zeitperiode definiert, welche der Anwendung eines Wiederbelebungsschrittes unmittelbar folgt und während der aufeinander folgende Versuche einer Leistungsrückgewinnung durch Wiederbelebung verhindert sind. Eine geeignete Zwischenwiederbelebungsperiode kann annähernd 20 Sekunden betragen. Im Schritt 128 startet die Mikrosteuerung 40 den Zeitgeber.
  • Im Schritt 130 prüft die Mikrosteuerung 40 die Spannung über den Brennstoffzellenpaaren auf ähnliche Weise wie im Schritt 104. Im Schritt 132 gibt die Mikrosteuerung 40 die Steuerung an den Schritt 134 weiter, um in einen Fehlerzustand einzutreten und den Betrieb des Brennstoffzellenstapels zu stoppen, wenn die Spannung über einem Paar von Brennstoffzellen niedriger als eine Schwellenwertspannung (welche die gleiche oder unterschiedlich zu der Schwellenwertspannung zur Verwendung im Schritt 106 sein kann) während einer Zwischenwiederbelebungsperiode ist und um das Wiederbelebungsverfahren 100 im Schritt 136 zu beenden. Dieser Zustand bildet einen wieder startbaren Fehler, so dass die Mikrosteuerung 40 ein nicht-startbar-Statusflag nicht setzt. Wenn die Spannung über einem Paar von Brennstoffzellenanordnungen 16 nicht niedriger als die Schwellenwertspannung im Schritt 132 ist, gibt die Mikrosteuerung 40 die Steuerung an den Schritt 138 weiter.
  • Im Schritt 138 bestimmt die Mikrosteuerung 40, ob der Zeitgeberlesewert gleich oder größer als die Zwischenwiederbelebungsdauerperiode ist. Die Mikrosteuerung 40 gibt die Steuerung an den Schritt 136 weiter, wenn der Zeitgeberlesewert gleich oder größer als die Zwischenwiederbelebungsperiode ist. Die Mikrosteuerung 40 gibt die Steuerung an den Schritt 140 weiter, wo eine dritte Warteschleife durchgeführt wird, wenn der Zeitgeberlesewert nicht größer oder gleich der Zwischenwiederbelebungsperiode ist. Nachdem die Zwischenwiederbelebungsperiode vollständig ist, kehrt die Mikrosteuerung zum vorherigen Zustand zurück und kann bei Bedarf weitere Wiederbelebungsschritte durchführen.
  • Das oben beschriebene Wiederbelebungsverfahren kann in einem Brennstoffzellensystem durchgeführt werden, welches in verschiedenen Leistungsausgängen oder Lastfestlegungen betreibbar ist. Das Brennstoffzellensystem 10 kann mit "niedriger Last", beispielsweise unter 15 A für das dargestellte System 10 betrieben werden, wenn eine geringe Anzahl elektrischer Vorrichtungen mit geringer Leistung mit dem Brennstoffzellensystem 10 verbunden sind und hiervon Leistung bezieht, oder wenn das Brennstoffzellensystem im Leerlauf ist. Wenn mit niedriger Last gearbeitet wird, kann die Oxidationsmittelluft-Strömungsrate, die zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Stöchiometrie (typischerweise ungefähr 2,0) notwendig ist, unzureichend sein, sich an der Kathode ansammelndes Wasser zu entfernen und eine Flutung der Kathode einer oder mehrerer Brennstoffzellenanordnungen im System 10 kann schließlich auftreten. Um Probleme zu verhindern oder zumindest zu verringern, welche mit der Kathodenflutung während des Betriebs mit niedriger Last einhergehen, kann ein Wiederbelebungsverfahren in Zwischenintervallen als Teil einer Wassermanagementstrategie für den Betrieb mit Niedriglast verwendet werden. Wenn in diesem Zusammenhang das Brennstoffzellensystem unter Niederlastbedingungen arbeitet (beispielsweise unterhalb eines Leistungsschwellenwertausgangs), kann die Oxidationsmittelluftflussrate intermittierend und vorübergehend erhöht werden (was typischerweise die Stöchiometrie über den Nominalwert anhebt), um Überschusswasser in der Kathode zu entfernen und optional kann das Brennstoffspülventil (falls vorhanden) intermittierend und vorübergehend geöffnet werden. Das Wiederbelebungsverfahren kann somit zu definierten Zeitintervallen durchgeführt werden, wenn der Leistungsausgang unterhalb eines Schwellenwerts liegt und wann immer der Zellenspannungsprüfer S9 erkennt, dass ein Brennstoffzellenpaar unter eine Schwellenwertspannung gefallen ist. Dieser Schwellenwert kann einer Spannung eines Brennstoffzellenpaars entsprechen, welches unter Kathodenflutung leidet.
  • Tests wurden an einem Brennstoffzellenstapel 12 durchgeführt, um ein geeignetes Intervall zwischen zeitlich festgelegten Wiederbelebungsschritten zu bestimmen, sowie eine geeignete Dauer des Wiederbelebungsschritts. Um eine geeignete Frequenz zu bestimmen, wurde die Mikrosteuerung 40 programmiert, Wiederbelebungsschritte auszulösen, wann immer die Zellenspannung eines überwachten Zellenpaars unter 75 % der Durchschnittsspannung der Zellenpaare im Stapel fiel. Die Minimum-, Maximum- und Durchschnittszeit zwischen den Wiederbelebungsschritten wurde gemessen. Die Tests wurden für Lasten zwischen 1 und 15 A durchgeführt. Die nominale Luftflussrate wurde so gesetzt, dass eine Stöchiometrie von 2,0 erhalten wurde, mit einer minimalen nominalen Luftflussrate von 16 slpm, um die minimale Luftflussrate wieder zu geben, welche von dem Luftkompressor eines bestimmten Brennstoffzellensystems 10 erzeugt werden kann.
  • Die Testdaten zeigen, dass bedeutsames Kathodenfluten bei Lasten größer als 15 A oder unterhalb 5 A nicht auftrat. Bei weniger als 5 A zeigte der Brennstoffzellenstapel 12 eine Dehydrierung, möglicherweise aufgrund überhohen Oxidationsmittelflusses aufgrund der Unfähigkeit des Kompressors, eine Luftflussrate unterhalb von 16 slpm zu liefern. Bei Lasten zwischen 5 und 15 A zeigte sich, dass eine Erhöhung der Oxidationsmittelluftflussrate für 10 Sekunden auf eine Flussrate äquivalent einer Stöchiometrie von 2,0 bei 30 A (46 slpm) mit einem 10-minütigem Intervall zwischen diesen Wiederbelebungswerten die Brennstoffzellenleistung bei niedrigen Lasten (zwischen 5 A und 15 A) verbesserte.
  • Alternativ oder zusätzlich können Wiederbelebungsschritte durchgeführt werden, wann immer der Zustand einer niedrigen Spannung vom Zellenspannungsüberprüfer S9 erkannt wird.
  • Obgleich bestimmte Ausführungsformen und Beispiele für die Erfindung hier für illustrative Zwecke beschrieben werden, können verschiedene äquivalente Abwandlungen gemacht werden, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen, wie es sich für den Fachmann auf diesem Gebiet ergibt. Die hier angegebene erfindungsgemäße Lehre kann bei anderen Brennstoffzellensystemen angewendet werden und nicht nur bei dem PME-Brennstoffzellensystem gemäß obiger Beschreibung.
  • Auf die folgenden US-Patentanmeldungen wird hier vollinhaltlich Bezug genommen: 09/916,241, mit dem Titel FUEL CELL AMBIENT ENVIRONMENT MONITORING AND CONTROL APPARATUS AND METHOD (Anwalts-Aktenzeichen 130109.404); 09/916,117, mit dem Titel FUEL CELL CONTROLLER SELF INSPECTION (Anwalts-Aktenzeichen 130109.405); 09/916,115 mit dem Titel FUEL CELL ANOMALY DETECTION METHOD AND APPARATUS (Anwalts-Aktenzeichen 130109.406); 09/916,211 mit dem Titel FUEL CELL PURGING METHOD AND APPARATUS (Anwalts-Aktenzeichen 130109.407); 09/916,240 mit dem Titel FUEL CELL SYSTEM METHOD, APPARATUS AND SCHEDULING (Anwalts-Aktenzeichen 130109.409); 09/916,239 mit dem Titel FUEL CELL SYSTEM AUTOMATIC POWER SWITCHING METHOD AND APPARATUS (Anwalts-Aktenzeichen 130109.421); 09/916,118 mit dem Titel PRODUCT WATER PUMP FOR FUEL CELL SYSTEM (Anwalts-Aktenzeichen 130109.427); und 09/916,212 mit dem Titel FUEL CELL SYSTEM HAVINGA HYDROGEN SENSOR (Anwalts-Aktenzeichen 130109.429); sämtliche Anmeldungen gehen auf die gleiche Anmelderin zurück und haben als Anmeldetag den 25. Juli 2001. Die verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen und die Anwendungen und Patente, auf welche hier vollinhaltlich Bezug genommen wurde, können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu schaffen. Die beschriebenen Verfahren können bestimmte Vorgänge weglassen oder andere Vorgänge hinzufügen und können diese Vorgänge in unterschiedlicher Reihenfolge als der dargestellten durchführen, um die Vorteile der Erfindung zu erreichen.
  • Diese und andere Änderungen können an der Erfindung im Licht der obigen detaillierten Beschreibung gemacht werden. Allgemein gesagt, in den nachfolgenden Ansprüchen seien die verwendeten Bezeichnungen nicht als die Erfindung auf die speziellen in der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen beschränkend verstanden, sondern seien so verstanden, dass alle Brennstoffzellensysteme, Steuerungen und Prozessoren, Stellglieder und Sensoren umfasst sind, welche gemäß den Ansprüchen arbeiten. Folglich ist die Erfindung nicht durch die Beschreibung begrenzt, sondern anstelle hiervon ist der Umfang alleine durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt.

Claims (36)

  1. Brennstoffzellensystem, mit: – einem Brennstoffzellenstapel, der eine Mehrzahl von Brennstoffzellen, einen Brennstoffdurchgang zum Führen eines Brennstoffstroms durch die Mehrzahl von Brennstoffzellen und einen Oxidationsmitteldurchgang zum Führen eines Oxidationsmittelstroms durch die Mehrzahl von Brennstoffzellen umfasst; und mit – einer Steuerung, welche zeitweise wenigstens entweder die Oxidationsmittel- oder Brennstoffreaktandstrom-Flussraten durch den Oxidationsmittel- bzw. Brennstoffdurchgang während einer Wiederbelebungsdauer zu erhöhen vermag, wenn die Leistung wenigstens einer Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenstapel unter einen definierten Schwellenwert fällt.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuerung die Oxidationsmittelstrom-Flussrate durch den Oxidationsmitteldurchgang während einer Wiederbelebungsdauer zu erhöhen vermag, wenn die Leistung wenigstens einer Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenstapel unter einen definierten Schwellenwert fällt.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, ferner mit einem Spülventil, das mit dem Brennstoffdurchgang verbunden ist, wobei die Steuerung mit dem Spülventil verbunden ist und das Spülventil für eine Spüldauer zu öffnen vermag, wenn die Leistung wenigstens einer Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenstapel unter den definierten Schwellenwert fällt.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, ferner mit einem Sensor zur Überwachung einer Spannung über wenigstens einem Paar von Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel, wobei die Steuerung das Spülventil für die Spüldauer zu öffnen vermag und die Oxidationsmittelstrom-Flussrate durch den Oxidationsmitteldurchgang des Brennstoffzellenstapels für die Wiederbelebungsdauer zu erhöhen vermag, wenn die Zellenspannung an einem überwachten Paar von Brennstoffzellen kleiner als eine Schwellenwertspannung ist.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, ferner mit: einem Luftkompressor in Fluidverbindung mit dem Oxidationsmitteldurchgang zur Zufuhr von Oxidationsmittelluft dort hindurch und in Verbindung mit der Steuerung zur Steuerung dadurch.
  6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, bei dem die Steuerung die Luftflussrate zu erhöhen vermag, während das Spülventil offen ist.
  7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, ferner mit: einem Luftkompressor in Fluidverbindung mit dem Oxidationsmitteldurchgang zur Zufuhr von Oxidationsluft dort hindurch und in Verbindung mit der Steuerung für eine Steuerung dadurch, wobei die Steuerung die Oxidationsmittelstrom-Flussrate durch Erhöhen eines Arbeitszyklus des Luftkompressors um ungefähr 50 Prozent vorübergehend zu erhöhen vermag.
  8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, ferner mit: einem Luftkompressor in Fluidverbindung mit dem Oxidationsmitteldurchgang zur Zufuhr eines Oxidationsmittels dort hindurch und in Verbindung mit der Steuerung für eine Steuerung dadurch, wobei die Steuerung den Oxidationsmittelluftfluss durch Erhöhen eines Arbeitszyklus des Luftkompressors um ungefähr 50 Prozent für eine Wiederbelebungsdauer von ungefähr 5 Sekunden vorübergehend zu erhöhen vermag.
  9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuerung ferner die Reaktandstrom-Flussrate für eine der Wiederbelebungsdauer unmittelbar folgende Zwischenwiederbelebungsdauer wiederherzustellen vermag und den Brennstoffzellenbetrieb zu unterbrechen vermag, wenn die Leistung wenigstens einer Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenstapel sich während der Zwischenwiederbelebungsdauer unterhalb eines definierten Schwellenwertes befindet.
  10. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, bei dem die Spüldauer und die Wiederbelebungsdauer gleich sind und die Steuerung ferner das Spülventil für eine der Spüldauer unmittelbar folgende Zwischenwiederbelebungsdauer zu schließen und den Brennstoffzellenbetrieb zu unterbrechen vermag, wenn die Leistung wenigstens einer Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenstapel sich während der Zwischenwiederbelebungsdauer unterhalb eines definierten Schwellenwertes befindet.
  11. Wiederbelebungssystem zur Verwendung mit einer Brennstoffzellenanordnung, aufweisend: – ein Spülventil, welches mit einem Brennstoffzellendurchlass eines Brennstoffzellenstapels verbindbar ist; – eine Oxidationsmittelflussvorrichtung, welche mit einem Oxidationsmitteldurchgang des Brennstoffzellenstapels verbindbar ist, um einen Oxidationsmittelstromfluss durch den Brennstoffzellenstapel bereitzustellen; und – eine Steuerung, die mit dem Spülventil und der Oxidationsmittelflussvorrichtung verbunden ist und das Spülventil für eine Spüldauer zu öffnen vermag und die Oxidationsmittelströmungs-Flussrate von der Oxidationsmittelflussvorrichtungsquelle durch den Stapel für eine Wiederbelebungsdauer zu erhöhen vermag, wenn die Leistung wenigstens einer Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenstapel sich unterhalb eines definierten Schwellenwertes befindet.
  12. Wiederbelebungssystem nach Anspruch 11, ferner mit einem Sensor zur Überwachung einer Spannung über wenigstens einem Paar von Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel, wobei die Steuerung das Spülventil für eine Spüldauer zu öffnen vermag und die Oxidationsmittelströmungs-Flussrate durch den Stapel für eine Wiederbelebungsdauer zu erhöhen vermag, wenn die Zellenspannung an einem überwachten Paar von Brennstoffzellen niedriger als eine definierte Schwellenwertspannung ist.
  13. Wiederbelebungssystem nach Anspruch 12, bei dem die Oxidationsmittelflussvorrichtung einen Luftkompressor aufweist, der mit der Steuerung zur Steuerung dadurch verbunden ist.
  14. Wiederbelebungssystem nach Anspruch 12, bei dem die Steuerung die Oxidationsmittelflussrate zu erhöhen vermag, während das Spülventil offen ist.
  15. Wiederbelebungssystem nach Anspruch 12, bei dem die Oxidationsmittelflussvorrichtung einen Luftkompressor aufweist und die Steuerung die Luftflussrate durch Erhöhen eines Arbeitszyklus des Luftkompressors um ungefähr 50 Prozent zu erhöhen vermag.
  16. Wiederbelebungssystem nach Anspruch 12, bei dem die Oxidationsmittelflussvorrichtung einen Luftkompressor aufweist und die Steuerung die Luftflussrate durch Erhöhen eines Arbeitszyklus des Luftkompressors um ungefähr 50 Prozent für eine Wiederbelebungsdauer von ungefähr 5 Sekunden erhöht.
  17. Wiederbelebungssystem nach Anspruch 12, bei dem die Steuerung ferner das Spülventil für eine auf die Zwischenwiederbelebungsdauer unmittelbar folgende Spüldauer zu schließen vermag.
  18. Wiederbelebungssystem nach Anspruch 12, bei dem die Steuerung ferner das Spülventil für eine auf die Zwischenwiederbelebungsdauer unmittelbar folgende Spüldauer zu schließen vermag und den Brennstoffzellenbetrieb zu unterbrechen vermag, wenn die Leistung wenigstens einer Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenstapel sich während der Zwischenwiederbelebungsdauer unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes befindet.
  19. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, umfassend: (a) Überwachen eines Parameters, der die Leistung wenigstens einer Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellenstapel anzeigt; und (b) vorübergehendes Erhöhen wenigstens einer Reaktionsmittelströmungs-Flussrate durch einen Reaktionsmitteldurchlass des Brennstoffzellenstapels, wenn die Leistung wenigstens einer Brennstoffzelle unterhalb eines definierten Leistungsschwellenwertes ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Reaktionsmittelstrom der Oxidationsmittelstrom ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Oxidationsmittelstrom-Flussrate vorübergehend erhöht wird, wenn der Wert des überwachten Parameters außerhalb eines definierten Bereiches liegt.
  22. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Schritt (b) das vorübergehende Erhöhen der Stöchiometrie des Oxidationsmittels aufweist.
  23. Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: (c) Erhöhen einer Brennstoffstrom-Flussrate durch einen Brennstoffdurchgang des Brennstoffzellenstapels, wenn die Leistung der wenigstens einen Brennstoffzelle unterhalb des definierten Leistungsschwellenwertes ist.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem im Schritt (a) die Spannung über einem Paar von Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel überwacht wird und in den Schritten (b) und (c) die Brennstoff- und Oxidationsmittelstrom-Flussraten erhöht werden, wenn die Spannung an wenigstens einem Paar von Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel niedriger als eine definierte Schwellenwertspannung ist.
  25. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Erhöhen der Oxidationsmittelstrom-Flussrate durch einen Oxidationsmitteldurchgang des Brennstoffzellenstapels das Erhöhen eines Arbeitszyklus eines mit dem Oxidationsmitteldurchgang in Verbindung stehenden Luftkompressors um ungefähr 50 Prozent aufweist.
  26. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Erhöhen der Oxidationsmittelstrom-Flussrate durch einen Oxidationsmitteldurchgang des Brennstoffzellenstapels das Erhöhen eines Arbeitszyklus eines mit dem Oxidationsmitteldurchgang verbundenen Luftkompressors um ungefähr 50 Prozent für eine Wiederbelebungsdauer von ungefähr 5 Sekunden aufweist.
  27. Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: (d) Öffnen eines Spülventils, welches mit einem Brennstoffdurchgang des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, für eine Spüldauer, wenn die Spannung an wenigstens einer Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenstapel niedriger als eine definierte Schwellenwertspannung ist.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, ferner umfassend das Unterbrechen des Brennstoffzellenbetriebs, wenn eine Spannung über wenigstens einem Paar von Brennstoffzellen während einer der Spüldauer unmittelbar folgenden Zwischenwiederbelebungsdauer kleiner als eine definierte Schwellenwertspannung ist.
  29. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem das Erhöhen der Oxidationsmittelstrom-Flussrate durch einen Oxidationsmitteldurchgang des Brennstoffzellenstapels das Erhöhen eines Arbeitszyklus eines mit dem Oxidationsmitteldurchgang verbundenen Luftkompressors aufweist, während das Spülventil offen ist.
  30. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem im Schritt (b) die Oxidationsmittelstrom-Flussrate für eine Wiederbelebungsdauer erhöht wird und das Verfahren ferner das Unterbrechen des Brennstoffzellenbetriebs umfasst, wenn die Leistung der wenigstens einen Brennstoffzelle sich während einer der Wiederbelebungsdauer folgenden definierten Zwischenwiederbelebungsdauer unterhalb eines definierten Leistungsschwellenwertes befindet.
  31. Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: (c) Öffnen eines Spülventils, das mit einem Brennstoffdurchgang des Brennstoffzellenstapels verbunden ist während einer Spüldauer, wenn sich die Leistung der wenigstens einen Brennstoffzelle unterhalb eines definierten Leistungsschwellenwertes befindet; (d) Schließen des Spülventils für eine der Spüldauer unmittelbar folgende Zwischenwiederbelebungsdauer; und (e) Unterbrechen des Brennstoffzellenbetriebs, wenn eine Spannung wenigstens einer Brennstoffzelle niedriger als die definierte Schwellenwertspannung während der Zwischenwiederbelebungsdauer ist.
  32. Verfahren nach Anspruch 31, bei dem in (c) das Spülventil geöffnet wird, wenn die Spannung über wenigstens einem Paar von Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel niedriger als eine definierte Schwellenwertspannung für ein Paar von Brennstoffzellen ist.
  33. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems, umfassend: – Zuführen von Brennstoff zu einem Brennstoffzellenstapel durch einen Brennstoffdurchgang des Brennstoffzellenstapels; – Führen eines Oxidationsmittelstroms durch einen Oxidationsmitteldurchgang des Brennstoffzellenstapels mit einer Nenn-Luftflussrate entsprechend der Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels; und – intermittierendes vorübergehendes Erhöhen der Oxidationsmittelluftflussrate über die Nenn-Luftflussrate hinaus, wenn die Leistungsabgabe des Stapels sich unterhalb eines definierten Schwellenwertes befindet.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem das intermittierende vorübergehende Erhöhen der Oxidationsmittelluftflussrate über die Nenn-Luftflussrate hinaus, wenn die Leistungsabgabe des Stapels sich unterhalb eines definierten Schwellenwertes befindet, das intermittierende vorübergehende Erhöhen der Oxidationsmittel-Stöchiometrie umfasst.
  35. Verfahren nach Anspruch 33, ferner umfassend das intermittierende Öffnen eines Spülventils, das mit dem Brennstoffdurchgang verbunden ist, um zumindest etwas Wasser aus dem Brennstoffzellenstapel abzulassen.
  36. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem die Oxidationsmittelluftflussrate in periodischen regelmäßigen Intervallen erhöht wird.
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WO (1) WO2003010842A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009057777B4 (de) * 2008-12-16 2015-10-22 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einer Bereitschaftsbetriebsart sowie entsprechend ausgebildetes Brennstoffzellensystem

Families Citing this family (62)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6960401B2 (en) 2001-07-25 2005-11-01 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell purging method and apparatus
US20030022036A1 (en) * 2001-07-25 2003-01-30 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell controller self inspection
US6815101B2 (en) * 2001-07-25 2004-11-09 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell ambient environment monitoring and control apparatus and method
US6979504B2 (en) 2001-07-25 2005-12-27 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell system automatic power switching method and apparatus
US6953630B2 (en) 2001-07-25 2005-10-11 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell anomaly detection method and apparatus
US6828049B2 (en) * 2001-10-29 2004-12-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Replaceable fuel cell apparatus having information storage device
US6713201B2 (en) * 2001-10-29 2004-03-30 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Systems including replaceable fuel cell apparatus and methods of using replaceable fuel cell apparatus
US7144646B2 (en) * 2001-12-14 2006-12-05 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for multiple mode control of voltage from a fuel cell system
US20030138679A1 (en) * 2002-01-22 2003-07-24 Ravi Prased Fuel cartridge and reaction chamber
US6887596B2 (en) 2002-01-22 2005-05-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Portable disposable fuel-battery unit for a fuel cell system
US6824911B2 (en) * 2002-04-18 2004-11-30 Altergy Systems Integrated fuel cell power system
US7097748B2 (en) * 2002-04-23 2006-08-29 University Of Massachusetts Electrolyzer pressure equalization system
WO2003098730A2 (en) * 2002-05-16 2003-11-27 Ballard Power Systems Inc. Electric power plant with adjustable array of fuel cell systems
US7731491B2 (en) * 2002-10-16 2010-06-08 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fuel storage devices and apparatus including the same
AU2003286063A1 (en) * 2002-11-27 2004-06-18 Hydrogenics Corporation Method of operating a fuel cell power system to deliver constant power
JP4292368B2 (ja) * 2002-12-12 2009-07-08 ソニー株式会社 燃料電池及びこれを搭載した電子機器
EP1450432A3 (de) * 2003-02-20 2007-03-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle
US7632583B2 (en) * 2003-05-06 2009-12-15 Ballard Power Systems Inc. Apparatus for improving the performance of a fuel cell electric power system
US7261960B2 (en) * 2003-05-16 2007-08-28 General Motors Corporation Apparatus and method for internal stack temperature control
US7135245B2 (en) * 2003-05-16 2006-11-14 General Motors Corporation Apparatus and method for stack temperature control
US7419734B2 (en) * 2003-05-16 2008-09-02 Ballard Power Systems, Inc. Method and apparatus for fuel cell systems
US7489859B2 (en) * 2003-10-09 2009-02-10 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fuel storage devices and apparatus including the same
US9231266B1 (en) * 2003-10-17 2016-01-05 Neah Power Systems, Inc. Nitric acid regeneration fuel cell systems
US7350604B2 (en) * 2004-03-04 2008-04-01 Ford Global Technologies, Llc Gaseous fuel system for automotive vehicle
JP4721650B2 (ja) * 2004-03-25 2011-07-13 株式会社日立製作所 固体高分子形燃料電池発電システムおよび家庭用定置分散電源システム
US8084150B2 (en) 2004-04-28 2011-12-27 Eveready Battery Company, Inc. Fuel cartridges and apparatus including the same
US20050249989A1 (en) * 2004-05-07 2005-11-10 Pearson Martin T Apparatus and method for hybrid power module systems
US7521138B2 (en) * 2004-05-07 2009-04-21 Ballard Power Systems Inc. Apparatus and method for hybrid power module systems
US20050260463A1 (en) * 2004-05-21 2005-11-24 Chapman Ivan D Fluid flow pulsing for increased stability in PEM fuel cell
FR2871947B1 (fr) * 2004-06-18 2009-01-09 Renault Sas Module de puissance pour vehicule automobile, comprenant une pile a combustible et procede de commande d'un tel module de puissance
JP2006086006A (ja) * 2004-09-16 2006-03-30 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US7524571B2 (en) 2004-09-28 2009-04-28 Sebastian Lienkamp Method for controlling nitrogen fraction in a fuel cell
US20060152085A1 (en) * 2004-10-20 2006-07-13 Fred Flett Power system method and apparatus
DE102005052019B4 (de) 2004-11-02 2017-03-30 Honda Motor Co., Ltd. Verfahren zum Steuern/Regeln eines Leerlaufstopps eines Brennstoffzellensystems
CN100369305C (zh) * 2004-12-30 2008-02-13 比亚迪股份有限公司 一种燃料电池
US20060194082A1 (en) * 2005-02-02 2006-08-31 Ultracell Corporation Systems and methods for protecting a fuel cell
US20070020491A1 (en) * 2005-07-21 2007-01-25 Michael Ogburn Stoichiometric control methodology for fuel cell systems
US20070087232A1 (en) * 2005-10-18 2007-04-19 Robin Curtis M Capacitor hybrid fuel cell power generator
US20070087239A1 (en) * 2005-10-18 2007-04-19 General Hydrogen Corporation Fuel cell fluid management system
US20070087241A1 (en) * 2005-10-18 2007-04-19 General Hydrogen Corporation Fuel cell power pack
US7477505B2 (en) * 2005-10-18 2009-01-13 General Hydrogen Corporation Capacitor bank for electrical generator
JP2007172962A (ja) * 2005-12-21 2007-07-05 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP5188027B2 (ja) * 2006-03-06 2013-04-24 キヤノン株式会社 燃料電池、および燃料電池の運転方法
JP2007273388A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Toshiba Corp 燃料電池システムおよびその動作制御方法
JP5038646B2 (ja) * 2006-03-31 2012-10-03 本田技研工業株式会社 燃料電池自動車
US20070275275A1 (en) * 2006-05-23 2007-11-29 Mesa Scharf Fuel cell anode purge systems and methods
JP5164342B2 (ja) * 2006-05-29 2013-03-21 キヤノン株式会社 燃料電池装置
JP2008047316A (ja) 2006-08-11 2008-02-28 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US8389167B2 (en) * 2006-08-28 2013-03-05 GM Global Technology Operations LLC Detection of cell-to-cell variability in water holdup using pattern recognition techniques
US20080107933A1 (en) * 2006-11-02 2008-05-08 Gallagher Emerson R Fuel cell hibernation mode method and apparatus
JP2008269841A (ja) * 2007-04-17 2008-11-06 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US20110183220A1 (en) * 2007-05-21 2011-07-28 Ct & T Co., Ltd. Method of purging for fuel cell
CA2732060A1 (en) 2007-07-25 2009-01-29 Trulite, Inc. Apparatus, system, and method to manage the generation and use of hybrid electric power
JP5407132B2 (ja) * 2007-10-15 2014-02-05 日産自動車株式会社 燃料電池システムの起動制御装置及び起動制御方法
WO2009097149A1 (en) * 2008-01-29 2009-08-06 Ardica Technologies, Inc. A fuel cell air exchange apparatus
US8920984B2 (en) * 2008-02-19 2014-12-30 Ford Motor Company System and method for purging water from a fuel cell stack
US20090208781A1 (en) * 2008-02-19 2009-08-20 Skinner George A Method for operating a fuel cell system
JP5401867B2 (ja) * 2008-08-07 2014-01-29 日産自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池の特性回復方法
JP5342901B2 (ja) * 2009-03-09 2013-11-13 本田技研工業株式会社 燃料電池
ITTO20091026A1 (it) 2009-12-22 2011-06-23 Electro Power Systems Spa Gestione del funzionamento di un generatore elettrico di back-up a celle a combustibile pem impilate
US9099702B2 (en) * 2012-12-07 2015-08-04 GM Global Technology Operations LLC Method for running a fuel cell system with a failed stack health monitor
CN112956059B (zh) * 2018-11-07 2024-02-20 百拉得动力系统公司 具有改善的性能恢复的用于操作电化学燃料电池堆的方法和系统

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1596311C2 (de) 1966-12-14 1971-05-27 Varta Ag Verfahren zur Reaktionswasser-Kondensation im Gaskreislauf und zum Ausbringen der Inertgase bei einer Brennstoffbatterie
FR1595430A (de) 1968-03-15 1970-06-08
US3615842A (en) 1968-08-29 1971-10-26 Gen Electric Method and apparatus comprising an electrochemical ion exchange membrane purge pump in combination and fuel cell combination
US3775282A (en) 1968-08-29 1973-11-27 Gen Electric Electro-chemical ion exchange membrane purge pump
US3697325A (en) 1969-08-21 1972-10-10 Isotopes Inc Purge control for fuel cell
SE7303685L (de) 1972-06-05 1973-12-06 United Aircraft Corp
FR2442517A1 (fr) 1978-11-24 1980-06-20 Inst Francais Du Petrole Methode et dispositif pour alimenter une pile a combustible en produits reactifs
CA2018639A1 (en) 1990-06-08 1991-12-08 James D. Blair Method and apparatus for comparing fuel cell voltage
ES2101920T3 (es) 1992-11-05 1997-07-16 Siemens Ag Procedimiento y dispositivo para la evacuacion de agua y/o gases inertes de una bateria de pilas de combustible.
EP0596367A1 (de) 1992-11-05 1994-05-11 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzellenblock und Verfahren zur Einstellung der Inertgasabfuhr aus dem Brennstoffzellenblock
KR0171207B1 (ko) * 1994-11-11 1999-03-30 와다 아키히로 고분자 전해질형 연료 전지와 그 운전 제어 방법
US6387556B1 (en) 1997-11-20 2002-05-14 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell power systems and methods of controlling a fuel cell power system
US5935726A (en) 1997-12-01 1999-08-10 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for distributing water to an ion-exchange membrane in a fuel cell
US6093500A (en) 1998-07-28 2000-07-25 International Fuel Cells Corporation Method and apparatus for operating a fuel cell system
EP0982788A3 (de) 1998-08-21 2001-10-31 General Motors Corporation Verfahren und Vorrichtung zur Sicherung von Brennstoffzellen gegen Schädigung durch Polaritätsumkehrung
US6093502A (en) 1998-10-28 2000-07-25 Plug Power Inc. Fuel cell with selective pressure variation and dynamic inflection
FR2788170B1 (fr) 1999-01-05 2001-02-16 Air Liquide Procede de purge de circuit de gaz de pile a combustible, et dispositif de mise en oeuvre de ce procede
US6497971B1 (en) * 1999-03-08 2002-12-24 Utc Fuel Cells, Llc Method and apparatus for improved delivery of input reactants to a fuel cell assembly
US6242120B1 (en) 1999-10-06 2001-06-05 Idatech, Llc System and method for optimizing fuel cell purge cycles
US6383670B1 (en) 1999-10-06 2002-05-07 Idatech, Llc System and method for controlling the operation of a fuel processing system
US6140820A (en) 1999-12-27 2000-10-31 Plug Power Inc. Measuring cell voltages of a fuel cell stack

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009057777B4 (de) * 2008-12-16 2015-10-22 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einer Bereitschaftsbetriebsart sowie entsprechend ausgebildetes Brennstoffzellensystem

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Publication number Publication date
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