EP3491692A1 - Explosion-protected fuel cell system and method for deactivating a fuel cell system - Google Patents

Explosion-protected fuel cell system and method for deactivating a fuel cell system

Info

Publication number
EP3491692A1
EP3491692A1 EP17754284.2A EP17754284A EP3491692A1 EP 3491692 A1 EP3491692 A1 EP 3491692A1 EP 17754284 A EP17754284 A EP 17754284A EP 3491692 A1 EP3491692 A1 EP 3491692A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydrogen
fuel cell
pressure
cell system
line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17754284.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Achim Lanzinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Proton Motor Fuel Cell GmbH
Original Assignee
Proton Motor Fuel Cell GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Proton Motor Fuel Cell GmbH filed Critical Proton Motor Fuel Cell GmbH
Publication of EP3491692A1 publication Critical patent/EP3491692A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231—Purging of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a fuel cell system, in which the formation of explosive gas mixtures is avoided during downtime of the fuel cell system, and a method for decommissioning a fuel cell system, which avoids the formation of explosive gas mixtures after decommissioning, so that a safe restart of the fuel cell system is possible.
  • Fuel cells generate electrical energy from hydrogen and oxygen.
  • Oxygen is usually supplied in the form of air, and hydrogen is supplied from a reservoir or generated locally, for example from methanol.
  • the most common variant for both mobile and stationary fuel cell systems is the hydrogen supply from high-pressure tanks.
  • hydrogen is stored under a pressure of up to 80 MPa (800 bar).
  • One or more high-pressure tanks form a tank module.
  • the pressure is reduced by means of a pressure reducer to a manifold pressure level. In this medium pressure range, the pressure is typically about 0.5-1.2 MPa (5-12 bar).
  • a further pressure reducer the pressure on the operating pressure of the fuel cells is reduced.
  • the operating pressure is typically higher than the respective ambient pressure, typically up to 100 kPa (1 bar) above ambient pressure.
  • the fuel cells are combined into one or more fuel cell stacks and together with numerous peripheral elements, such as lines for supplying fresh operating gases and cooling water, for the removal and / or recirculation of used operating gases and cooling water, with treatment facilities for these operating media, sensors, valves, Regulators, switches, heaters, etc., without which the operation of the fuel cell would not be possible, a fuel cell module.
  • Some of these components are equipped with protective covers, housings or sheaths. equips, and all components or at least most of the components are assembled as compact as possible and housed in a housing together with the fuel cells.
  • the housing is not necessarily gas-tight, but the gas exchange between the interior of the housing and the environment is at least severely limited.
  • a supply line connects the tank module to the fuel cell module, that is to say with the fuel cells installed in a housing and the required peripheral elements.
  • the supply line between the tank module and the fuel cell module is usually under a pressure of 0, 5-1, 2 MPa (5-12 bar) hydrogen. It may, depending on the arrangement of tank module and fuel cell module to each other, may have a considerable length.
  • Gaseous hydrogen has a high tendency to diffuse. It also diffuses over long periods of time by generally considered as gas-tight materials.
  • Hydrogen lines in fuel cell systems have the additional problem that the hydrogen does not flow exclusively in welded pipelines, but that the hydrogen flow paths also have detachable connections such as fittings, for example, at the interfaces between tank module and supply line and between supply line and fuel cell module, as well as at all points where sensors and actuators such as valves or regulators are integrated into the hydrogen lines.
  • the hydrogen leak rate is particularly large, especially when the hydrogen is at a higher pressure than the surrounding atmosphere.
  • Explosion limits are temperature and pressure dependent. In a mixture of hydrogen in air is at a hydrogen concentration of about 4-75 volume% hydrogen (at room temperature and atmospheric pressure) before an explosive mixture. Due to the compact design of fuel cell systems, their incorporation into housings and confined spaces such as automobiles, thereby hindering the rapid escape of hydrogen, leakage of hydrogen from the conduits may easily exceed the lower explosive limit. Then already by the electrics of the fuel cell system itself an ignition of the gas mixture, and thus an explosion, are triggered.
  • Primary explosion protection means measures that prevent the formation of explosive atmospheres or at least reduce the risk of their formation.
  • Secondary explosion protection means measures that prevent explosive atmospheres from being ignited, ie avoiding effective sources of ignition.
  • tank modules In tank modules, it is usually possible to accommodate them in a well-ventilated outdoor area. As soon as hydrogen is no longer required for the operation of the fuel cell system, it is possible to prevent leakage of hydrogen by means of shut-off valves directly at the outlet of the hydrogen reservoir.
  • the fuel cell module and its hydrogen supply line conventionally rely on a combination of primary and secondary explosive onstik.
  • the space in which the fuel cell module is installed and / or the entire vehicle interior is monitored by hydrogen sensors. If at any point the presence of hydrogen is detected, an active aeration is immediately initiated to remove the hydrogen.
  • the electrical circuits of the fuel cell module are designed to be intrinsically safe, if possible.
  • the intrinsically safe design is suitable for measuring and control circuits and the electrical connection to sensors and actuators.
  • possible ignition sources sensors, electrically operated valves
  • explosion-proof components are used.
  • the object of the present invention is therefore to provide a fuel cell system and methods for decommissioning and restarting a fuel cell system, in which the disadvantages of the prior art are eliminated or at least reduced.
  • the system should be structurally simple and minimize the risk of a hydrogen explosion, especially when restarting the system after a longer downtime, but also during downtime itself. It should preferably be possible to dispense with the use of expensive explosion-proof components in whole or in part.
  • the object is achieved by the fuel cell system having the features as set forth in independent claim 1, by the tank module having the features as set forth in independent claim 6, by the method for decommissioning the fuel cell system according to the invention having the features as they are in the independent claim 11, by the method for restarting the fuel cell system according to the invention with the features as indicated in independent claim 13, by the use of a 3/2 -way relief valve for hydrogen pressure relief of hydrogen lines of the fuel cell system according to the invention with the features as set forth in independent claim 14 and by an electrical consumer such as a motor vehicle having the features indicated in independent claim 16.
  • Embodiments of the invention are set forth in the respective dependent claims.
  • the fuel cell system consists essentially of two structural units, which are referred to below as the tank module and fuel cell module.
  • the tank module comprises one or more high-pressure vessels (tanks) in which hydrogen is stored under a pressure of up to 80 MPa.
  • Each tank preferably has a main shut-off valve and is connected to a hydrogen line through which hydrogen is directed to the fuel cell module.
  • a pressure reducer In the hydrogen line is a pressure reducer, with several tanks for each tank a separate pressure reducer can be provided or multiple tanks can have a common pressure reducer.
  • the pressure reducer reduces the hydrogen pressure to a manifold pressure level of typically 0.3-3.0 MPa, preferably 0.5-1.2 MPa, before the hydrogen exits the tank module.
  • the fuel cell module has a fuel cell arrangement, ie, one or more fuel cell stacks. Also required for operating the fuel cell assembly facilities such as piping systems for supply and discharge of fresh or used fuel cell media, sensors, valves, regulators, water, pumps, reservoirs for cooling water, means for supplying cathode operating gas, etc, are attributed to the fuel cell module.
  • the fuel cell module also includes a pressure reducer that reduces the pressure of the hydrogen entering the hydrogen supply line of the fuel cell module from the hydrogen supply line to the operating pressure of the fuel cell assembly.
  • the operating pressure is generally slightly above ambient, preferably about 100-200 kPa.
  • the fuel cell system has three pressure ranges, a high pressure region upstream of the pressure reducer of the tank module, a medium pressure range (0.3-3.0 MPa) between the pressure reducer of the tank module and the pressure reducer of the fuel cell module, and an operating pressure range (100-200 kPa) downstream from the pressure reducer of the fuel cell module.
  • the pressure in the high pressure range is higher than in the medium pressure range, typically higher than 30 MPa, and can be up to 80 MPa.
  • the fuel cell module and the tank module are self-contained units that can be accommodated spatially separated from each other.
  • a fuel cell powered motor vehicle for example, it makes sense to accommodate the tank module on a particularly easily accessible and at the same time well protected against accidental damage, while the fuel cell module in principle at any point, depending on space availability, can be accommodated.
  • the length of the hydrogen supply line connecting the two modules is determined by the installation distance of the modules.
  • each module and also the hydrogen supply line between the modules is equipped with a protective cover or built into a housing.
  • the above-mentioned modular design is by no means mandatory. Rather, the components of the tank module and the components of the fuel cell module are combined into a single unit.
  • This integrated unit also has a high-pressure area, a medium-pressure area and an operating pressure range with the above-indicated pressures.
  • the hydrogen flowing in the lines has a high diffusion tendency, which is higher the higher the hydrogen pressure.
  • hydrogen leaks occur particularly easily.
  • the fuel cell system can be monitored by means of hydrogen sensors and immediately initiated appropriate measures, such as forced ventilation of the system at an increased hydrogen concentration which lower the hydrogen concentration in the area of the fuel cell system.
  • a 3/2-way valve is provided in the fuel cell system according to the invention in the medium pressure range, which makes it possible to bring at least a portion of the medium pressure range, and preferably the entire medium pressure range to ambient pressure or only slightly higher pressure.
  • the 3/2-way valve is located in the conduit leading from the hydrogen tank to the fuel cell assembly, with the third port connected to an outgoing conduit into the atmosphere.
  • the flow path between the hydrogen tank and fuel cell assembly is open, while in the second switching position of the 3/2-way valve, the flow path between the fuel cell assembly and the surrounding atmosphere is open.
  • the 3/2-way valve is preferably a solenoid valve.
  • the second switching position is the de-energized state, ie the switching position, when the system is to be switched to a safe state.
  • the 3/2-way valve is in the first switching position.
  • the main shut-off valve if present, and preferably also the shut-off valve in the fuel cell module, are closed and immediately thereafter, i. with the least possible delay, the relief valve (3/2-way valve) switched to the second switching position, so that the hydrogen, which is located in the medium-pressure region, can escape into the surrounding atmosphere.
  • the shut-off of the valves and the switching of the 3/2 -way valve can be triggered by predetermined processes such as switching off the electrical consumer supplied by the fuel cell system or detecting an emergency situation such as exceeding the maximum pressure allowed by the fuel cell system.
  • the 3/2-way valve should be located as close as possible to the pressure reducer of the tank module, since only the lying downstream of the 3/2-way valve part of the lines can be relieved of pressure. Therefore, the 3/2-way valve is preferably integrated in the tank module and arranged immediately after the pressure reducer. Alternatively, however, the 3/2-way valve can also be mounted downstream of the tank module, preferably at the upstream end of the hydrogen supply line.
  • the 3/2-way valve should be designed so that it releases the hydrogen only slowly. Too rapid escape could lead to the formation of an explosive hydrogen / air mixture at the outlet of the pressure relief line. Therefore, valves with a small opening area are preferred.
  • the maximum speed with which the pressure relief may take place depends above all on the environment in which the pressure relief is carried out. If the fuel cell system is located in a location where reliable air exchange is reliably provided, the pressure can be relieved within a few seconds, while in applications such as in a motor vehicle the pressure should be released slowly, for example over several minutes. Motor vehicles are often parked in low air change environments such as garages. Which 3/2-way valve is best suited for a particular fuel cell system or a particular application, may optionally be determined by a few experiments.
  • a throttle point may be provided in the pressure relief line whose opening cross-section is dimensioned so that only so small amounts of hydrogen can escape that the lower explosion limit of hydrogen in air is not reached at the outlet of the pressure relief line. Then, as a 3/2-way valve, any hydrogen-compatible valve that guarantees the required flow through the hydrogen supply line can be used. Installation is carried out in such a way that the second switching position is present when de-energized.
  • the 3/2-way valve can remain in its second switching position during the entire time that the fuel cell system is switched off. Alternatively, it can also be switched by means of a delay circuit after a predetermined time back to the first switching position. In particular, when the valve remains in its second switching position, it is preferable to provide a check valve in the pressure relief line, which prevents the penetration of air and moisture into the piping system of the fuel cell system. prevented.
  • the check valve should have a low opening pressure, preferably an opening pressure which is only slightly above the pressure of the surrounding atmosphere. For example, an opening pressure is suitable up to the operating pressure range of the fuel cells, preferably up to 10 kPa (100 mbar).
  • the Hauptabsperrventil in the tank module (if present) is first opened, then the 3/2-way valve, if it is still in the second switching position, switched to the first switching position, and then the shut-off valve in the fuel cell module, if it was closed, opened.
  • the switching process can be triggered for example by switching on the electrical consumption.
  • FIG. 1 is a schematic, highly simplified representation of a fuel cell system according to the invention.
  • Fig. 2 switching positions of the invention used 3/2-way valve.
  • the fuel cell system 1 shows schematically an embodiment of a fuel cell system 1 according to the invention.
  • the fuel cell system 1 comprises a tank module 2 and a fuel cell module 3, wherein hydrogen can flow from the tank module 2 through a hydrogen supply line 4 into the fuel cell module 3.
  • the tank module 2 has a hydrogen high-pressure reservoir (tank) 20, a Hauptabsperrventil 23 for the tank 20 and a pressure reducer 24.
  • a hydrogen line 21 hydrogen can flow from the tank 20 to the pressure reducer 24.
  • the water hydrogen pressure reduced to a pressure of preferably 0.5 MPa to 1, 2 MPa and passed through a hydrogen line 22. It flows through the 3/2-way valve 25 and enters the hydrogen supply line 4, which is connected at the connection point 5 to the hydrogen line 22.
  • the length of the hydrogen supply line 4 depends on the distance between the tank module 2 and fuel cell module 3, which is indicated by the dotted line.
  • the hydrogen supply line 4 is connected to the fuel cell module 3.
  • hydrogen flows through a hydrogen supply line 31, in which a check valve 33 is located, to a pressure reducer 34, which reduces the hydrogen pressure to the operating pressure of the fuel cells in the fuel cell assembly 30. From the pressure reducer 34, the hydrogen finally flows through the hydrogen supply line 32 into the fuel cell assembly 30.
  • Anode exhaust gas leaves the fuel cell assembly 30 through an anode exhaust line 35 and is recirculated into the hydrogen supply line 32 through an anode exhaust recirculation line 38 by an anode exhaust recirculation pump 39. Periodically, a portion of the anode exhaust gas is discharged through an anode exhaust discharge line 36 into the surrounding atmosphere. Normally, the conduit 36 is closed by means of the shut-off valve 37.
  • Cathode operating gas enters the fuel cell assembly 30 through an air supply line 10 and exits through a cathode exhaust gas line 11 again.
  • Cooling water enters the fuel cell assembly 30 through a cooling water supply pipe 12 and exits through a cooling water discharge pipe 13.
  • the tank module 2 is in the illustrated embodiment in a housing 28, and the fuel cell module 3 is installed in a housing 14.
  • a cover 7 protects the hydrogen supply line 4.
  • valves 23 and 33 are opened, and the 3/2-way valve 25 is in its first switching position, which allows a flow of hydrogen from the tank 20 into the fuel cell assembly 30.
  • Hydrogen sensors (not shown) in the interior of the housings 4, 14 monitor whether hydrogen is diffusing or leaking from the piping system. If the occurrence of hydrogen is detected, then Forced air ventilation initiated, for example by suitable blower (not shown).
  • valves 23 and 33 are closed according to the invention and then the 3/2-way valve 25 is switched to its second switching position, i. de-energized switched. In the second switching position, the flow path through the hydrogen line 22 is blocked and instead the flow path from the hydrogen supply line 4 into a hydrogen pressure relief line 26 is opened.
  • Pressure relief line 26 is a non-return valve 27 which opens at an opening pressure equal to or less than the operating pressure of the fuel cell assembly 30, preferably less than 10 mbar above atmospheric pressure 3/2-way valve 25 and the shut-off valve 33 is located, or between the 3/2-way valve 25 and the pressure reducer 34 (with open shut-off valve 33) is discharged into the surrounding atmosphere until the hydrogen pressure in this area the Opening pressure of the check valve 27 falls below.
  • a throttle 9 ensures that the hydrogen slowly escapes. Alternatively, this can also be achieved by a correspondingly small opening cross section of the 3/2-way valve 25.
  • the line 22 between the pressure reducer 24 and the 3/2-way valve 25 is not depressurized. Therefore, it is useful to integrate the 3/2-way valve 25 in the tank module 2 and install immediately after the pressure reducer 24.
  • the valve 23 is opened and the 3/2-way valve 25 is switched back to the first switching position. Then, the valve 33 is opened if it was closed.
  • the switching of the valves can be done manually or automatically.
  • solenoid valves are used.
  • FIG. 2 shows the switching positions of the 3/2-way valve 25.
  • the first switching position allows hydrogen flow from the hydrogen line 22 into the hydrogen supply line 4
  • the second switching position allows hydrogen flow from the hydrogen supply line 4 into the hydrogen Pressure relief line 26, and from there into the surrounding atmosphere.
  • the second switching position is the currentless ("safe") state of the solenoid valve 25.
  • the opening cross section of the 3/2-way valve 25 is to be selected so that in the first switching position sufficient hydrogen can always flow to the fuel cell assembly 30, and in the In the second switching position, only so much hydrogen can escape into the surrounding atmosphere that the formation of an ignitable hydrogen / air mixture is avoided by the natural air exchange
  • a throttle point 9 be provided with a correspondingly small opening cross-section in the hydrogen pressure relief line 26.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a fuel cell system (1) having lines for feeding hydrogen from a high-pressure hydrogen supply container (20) into a fuel cell arrangement (30). The lines have a high-pressure region, a medium-pressure region and a fuel-cell operating pressure region. According to the invention, the lines of the medium-pressure region are pressure-relieved upon a deactivation of the fuel cell system (1) in order to avoid hydrogen diffusing out during the standstill period of the fuel cell system, and thus to avoid the formation of explosive hydrogen/air mixtures. The invention also relates to a tank module (2) which is configured for the pressure relieving according to the invention, to a method for deactivating and reactivating the fuel cell system according to the invention, to the use of a 3/2-way valve (25) for pressure-relieving the medium-pressure region of the hydrogen lines of a fuel cell system (1) according to the invention, and to a motor vehicle having a fuel cell system (1) or tank module (2) according to the invention.

Description

Explosionsgeschütztes Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Außerbetriebsetzung  Explosion-proof fuel cell system and decommissioning method
eines Brennstoffzellensystems  a fuel cell system
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, bei dem die Bildung explosionsfähiger Gasgemische während Stillstandszeiten des Brennstoffzellensystems vermieden wird, sowie ein Verfahren zurAußerbetriebsetzung eines Brennstoffzellensystems, das die Bildung explosionsfähiger Gasgemische nach der Außerbetriebsetzung vermeidet, so dass ein gefahrloses erneutes Anfahren des Brennstoffzellensystems möglich ist. The invention relates to a fuel cell system, in which the formation of explosive gas mixtures is avoided during downtime of the fuel cell system, and a method for decommissioning a fuel cell system, which avoids the formation of explosive gas mixtures after decommissioning, so that a safe restart of the fuel cell system is possible.
Brennstoffzellen erzeugen elektrische Energie aus Wasserstoff und Sauerstoff. Sauerstoff wird in der Regel in Form von Luft zugeführt, und Wasserstoff wird aus einem Vorratsbehälter zugeführt oder auch vor Ort erzeugt, beispielsweise aus Methanol. Die gängigste Variante sowohl für mobile als auch für stationäre Brennstoffzellensysteme ist die Wasserstoffversorgung aus Hochdrucktanks. In den Hochdrucktanks wird Wasserstoff unter einem Druck von bis zu 80 MPa (800 bar) gespeichert. Ein oder mehrere Hochdrucktanks bilden ein Tankmodul. Am Ausgang des Tankmoduls wird der Druck mittels eines Druckminderers auf ein Verteiler-Druckniveau reduziert. In diesem Mitteldruckbereich beträgt der Druck typischerweise etwa 0,5-1 ,2 MPa (5-12 bar). Mittels eines weiteren Druckminderers wird der Druck auf den Betriebsdrucks der Brennstoffzellen verringert. Der Betriebsdruck liegt in der Regel höher als der jeweilige Umgebungsdruck, typischerweise bei bis zu 100 kPa (1 bar) über Umgebungsdruck. Fuel cells generate electrical energy from hydrogen and oxygen. Oxygen is usually supplied in the form of air, and hydrogen is supplied from a reservoir or generated locally, for example from methanol. The most common variant for both mobile and stationary fuel cell systems is the hydrogen supply from high-pressure tanks. In the high-pressure tanks, hydrogen is stored under a pressure of up to 80 MPa (800 bar). One or more high-pressure tanks form a tank module. At the outlet of the tank module, the pressure is reduced by means of a pressure reducer to a manifold pressure level. In this medium pressure range, the pressure is typically about 0.5-1.2 MPa (5-12 bar). By means of a further pressure reducer, the pressure on the operating pressure of the fuel cells is reduced. The operating pressure is typically higher than the respective ambient pressure, typically up to 100 kPa (1 bar) above ambient pressure.
Die Brennstoffzellen sind zu einem oder mehreren Brennstoffzellenstapeln zu- sammengefasst und bilden zusammen mit zahlreichen Peripherieelementen, wie Leitungen zur Zuführung von frischen Betriebsgasen und Kühlwasser, zur Abführung und / oder Rezirkulierung von gebrauchten Betriebsgasen und Kühlwasser, mit Behandlungseinrichtungen für diese Betriebsmedien, Sensoren, Ventilen, Reglern, Schaltern, Heizeinrichtungen, etc., ohne die der Betrieb der Brennstoffzellen nicht möglich wäre, ein Brennstoffzellenmodul. Ein Teil dieser Komponenten ist mit schützenden Abdeckungen, Gehäusen oder Ummantelungen ausge- stattet, und alle Komponenten oder zumindest die meisten der Komponenten sind möglichst kompakt zusammengebaut und gemeinsam mit den Brennstoffzellen in einem Gehäuse untergebracht. Das Gehäuse ist zwar nicht unbedingt gasdicht, aber der Gasaustausch zwischen dem Inneren des Gehäuses und der Umgebung ist doch zumindest stark eingeschränkt. The fuel cells are combined into one or more fuel cell stacks and together with numerous peripheral elements, such as lines for supplying fresh operating gases and cooling water, for the removal and / or recirculation of used operating gases and cooling water, with treatment facilities for these operating media, sensors, valves, Regulators, switches, heaters, etc., without which the operation of the fuel cell would not be possible, a fuel cell module. Some of these components are equipped with protective covers, housings or sheaths. equips, and all components or at least most of the components are assembled as compact as possible and housed in a housing together with the fuel cells. Although the housing is not necessarily gas-tight, but the gas exchange between the interior of the housing and the environment is at least severely limited.
Eine Versorgungsleitung verbindet das Tankmodul mit dem Brennstoffzellenmodul, das heißt mit den in ein Gehäuse eingebauten Brennstoffzellen und den erforderlichen Peripherieelementen. Die Versorgungsleitung zwischen dem Tankmodul und dem Brennstoffzellenmodul steht üblicherweise unter einem Druck von 0 ,5-1 ,2 MPa (5-12 bar) Wasserstoff. Sie kann, je nach Anordnung von Tankmodul und Brennstoffzellenmodul zueinander, unter Umständen eine beträchtliche Länge aufweisen. A supply line connects the tank module to the fuel cell module, that is to say with the fuel cells installed in a housing and the required peripheral elements. The supply line between the tank module and the fuel cell module is usually under a pressure of 0, 5-1, 2 MPa (5-12 bar) hydrogen. It may, depending on the arrangement of tank module and fuel cell module to each other, may have a considerable length.
Gasförmiger Wasserstoff hat eine hohe Diffusionstendenz. Er diffundiert über längere Zeiträume auch durch allgemein als gasdicht betrachtete Materialien hindurch. Bei Wasserstoffleitungen in Brennstoffzellensystemen besteht das zusätzliche Problem, dass der Wasserstoff nicht ausschließlich in verschweißten Rohrleitungen strömt, sondern dass die Wasserstoff-Strömungswege auch lösbare Verbindungen wie Verschraubungen aufweisen, beispielsweise an den Schnittstellen zwischen Tankmodul und Versorgungsleitung und zwischen Versorgungsleitung und Brennstoffzellenmodul, sowie an allen Stellen, an denen Sensoren und Aktoren wie Ventile oder Regler in die Wasserstoffleitungen integriert sind. Hier ist die Wasserstoff-Leckrate besonders groß, insbesondere wenn sich der Wasserstoff bei einem höheren Druck befindet als die umgebende Atmosphäre. Gaseous hydrogen has a high tendency to diffuse. It also diffuses over long periods of time by generally considered as gas-tight materials. Hydrogen lines in fuel cell systems have the additional problem that the hydrogen does not flow exclusively in welded pipelines, but that the hydrogen flow paths also have detachable connections such as fittings, for example, at the interfaces between tank module and supply line and between supply line and fuel cell module, as well as at all points where sensors and actuators such as valves or regulators are integrated into the hydrogen lines. Here, the hydrogen leak rate is particularly large, especially when the hydrogen is at a higher pressure than the surrounding atmosphere.
Es muss daher stets damit gerechnet werden, dass aus den Leitungen eines Brennstoffzellensystems eine gewisse Menge an gasförmigem Wasserstoff in die umgebende Atmosphäre, das heißt in die Umgebungsluft, leckt oder diffundiert. Dies bedeutet ein nicht unerhebliches Gefahrenpotential, denn Wasserstoff bildet mit Luft, genauer gesagt mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff, zündfähige Gemische (Knallgas). It must therefore always be expected that from the lines of a fuel cell system, a certain amount of gaseous hydrogen in the surrounding atmosphere, ie in the ambient air, leaks or diffused. This means a not insignificant hazard potential, because hydrogen forms with air, more precisely with the oxygen contained in the air, ignitable mixtures (oxyhydrogen gas).
Bei Raumtemperatur erfolgt die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff mit un- messbar geringer Geschwindigkeit, da molekularer Wasserstoff wegen seiner hohen Dissoziationsenergie relativ reaktionsträge ist. Tritt jedoch an einer bestimmten Stelle eine erhöhte Temperatur auf, kann an dieser Stelle die Reaktion in Gang gesetzt werden. Durch die dabei frei werdende Wärme werden die Moleküle in der Nachbarschaft der erhitzten Stelle zur Reaktion angeregt, wodurch weitere Wärme erzeugt wird, usw. Ausgehend von der erhitzten Stelle geht dann eine Kettenreaktion unter starkem Temperaturanstieg explosionsartig durch das ganze Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff bzw. Luft hindurch. Eine Explosion erfolgt jedoch nur, wenn ein bestimmtes Mischungsverhältnis von Wasserstoff und Sauerstoff vorliegt, das durch die obere und untere Explosionsgrenze beschrieben wird. At room temperature, the reaction of hydrogen and oxygen takes place at an instantly low rate, since molecular hydrogen is relatively inert due to its high dissociation energy. However, if an elevated temperature occurs at a certain point, the reaction in Gear set. Due to the released heat, the molecules are excited in the vicinity of the heated point to the reaction, whereby further heat is generated, etc. Starting from the heated point then goes a chain reaction with a strong increase in temperature explosively through the whole mixture of hydrogen and oxygen or Air through. However, an explosion will only occur if there is a specific mixing ratio of hydrogen and oxygen, which is described by the upper and lower explosion limits.
Explosionsgrenzen sind temperatur- und druckabhängig. Bei einem Gemisch von Wasserstoff in Luft liegt bei einer Wasserstoffkonzentration von etwa 4-75 Volumen % Wasserstoff (bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck) ein explosionsfähiges Gemisch vor. Infolge der kompakten Bauweise von Brennstoffzellensystemen, ihres Einbaus in Gehäuse und enge Räume wie beispielsweise Kraftfahrzeuge, wodurch das rasche Entweichen von Wasserstoff behindert wird, kann es bei einer Leckage von Wasserstoff aus den Leitungen leicht zum Überschreiten der unteren Explosionsgrenze kommen. Dann kann bereits durch die Elektrik des Brennstoffzellensystems selbst eine Zündung des Gasgemisches, und damit eine Explosion, ausgelöst werden. Explosion limits are temperature and pressure dependent. In a mixture of hydrogen in air is at a hydrogen concentration of about 4-75 volume% hydrogen (at room temperature and atmospheric pressure) before an explosive mixture. Due to the compact design of fuel cell systems, their incorporation into housings and confined spaces such as automobiles, thereby hindering the rapid escape of hydrogen, leakage of hydrogen from the conduits may easily exceed the lower explosive limit. Then already by the electrics of the fuel cell system itself an ignition of the gas mixture, and thus an explosion, are triggered.
Zur Minimierung dieser Gefahr werden bei Brennstoffzellensystemen des Stands der Technik eine Reihe von Sicherheitsvorkehrungen getroffen, vorwiegend Maßnahmen des primären und des sekundären Explosionsschutzes. Unter primärem Explosionsschutz versteht man Maßnahmen, die die Bildung explosionsfähiger Atmosphären verhindern oder zumindest die Gefahr ihrer Bildung verringern. Unter sekundärem Explosionsschutz versteht man Maßnahmen, die verhindern, das explosionsfähige Atmosphären sich entzünden können, also die Vermeidung wirksamer Zündquellen. To minimize this danger, a number of safety precautions are taken in fuel cell systems of the prior art, primarily measures of primary and secondary explosion protection. Primary explosion protection means measures that prevent the formation of explosive atmospheres or at least reduce the risk of their formation. Secondary explosion protection means measures that prevent explosive atmospheres from being ignited, ie avoiding effective sources of ignition.
Bei Tankmodulen ist es in der Regel möglich, sie in einem gut belüfteten Außenbereich unterzubringen. Sobald kein Wasserstoff mehr zum Betrieb des Brennstoffzellensystems benötigt wird, kann durch Absperrventile unmittelbar am Ausgang der Wasserstoff-Vorratsbehälter ein Ausströmen von Wasserstoff verhindert werden. In tank modules, it is usually possible to accommodate them in a well-ventilated outdoor area. As soon as hydrogen is no longer required for the operation of the fuel cell system, it is possible to prevent leakage of hydrogen by means of shut-off valves directly at the outlet of the hydrogen reservoir.
Bei dem Brennstoffzellenmodul und seiner Wasserstoff-Versorgungsleitung setzt man konventionell auf eine Kombination aus primärem und sekundärem Explosi- onsschutz. Während des Betriebs der Brennstoffzellen, beispielsweise während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs wird der Raum, in den das Brennstoffzellenmodul eingebaut ist und / oder der gesamte Kraftfahrzeug-Innenraum, durch Wasserstoffsensoren überwacht. Wird an irgendeiner Stelle das Auftreten von Wasserstoff detektiert, wird sofort eine aktive Belüftung eingeleitet, um den Wasserstoff zu entfernen. The fuel cell module and its hydrogen supply line conventionally rely on a combination of primary and secondary explosive onsschutz. During operation of the fuel cells, for example while driving a motor vehicle, the space in which the fuel cell module is installed and / or the entire vehicle interior is monitored by hydrogen sensors. If at any point the presence of hydrogen is detected, an active aeration is immediately initiated to remove the hydrogen.
Dieser primäre Explosionsschutz versagt beim Abschalten des Systems. Viele Brennstoffzellensysteme werden nur während vergleichbar kurzer Zeitspannen betrieben, während sie während längerer Zeiträume außer Betrieb sind. Brennstoffzellenbetriebene Kraftfahrzeuge beispielsweise befinden sich meist deutlich länger außer Betrieb als in Betrieb. Während der betriebsfreien Zeiten wird in der Regel die Wasserstoffversorgung mittels eines Absperrventils unmittelbar nach dem Gas-Vorratstank gesperrt, doch der in den Leitungen zwischen Tankmodul und Brennstoffzellen verbleibende Wasserstoff kann aus den Leitungen diffundieren und insbesondere durch nicht völlig dichte Verbindungen zwischen den Leitungen entweichen und sich in den eingehausten Bereichen des Brennstoffzellenmoduls und der Wasserstoff-Versorgungsleitung ansammeln. Abhängig von der Länge der Leitungen und dem in den Leitungen herrschenden Druck kann die entsprechende Wasserstoffmenge erheblich sein und mit der Umgebungsluft zur Bildung explosionsfähiger Gemische führen. Beim erneuten Einschalten des Brennstoffzellensystems kann es dann durch Zündfunken, die durch die Aktivierung elektrischer Komponenten entstehen, zur Explosion kommen. Deshalb müssen auch sekundäre Explosionsschutzmaßnahmen getroffen werden. Dazu gehört bei konventionellen Brennstoffzellensystemen, dass die elektrischen Stromkreise des Brennstoffzellenmoduls nach Möglichkeit eigensicher ausgelegt werden. Die eigensichere Auslegung kommt für Mess- und Steuerkreise und den elektrischen Anschluss an Sensoren und Aktoren in Betracht. Alternativ oder zusätzlich werden mögliche Zündquellen (Sensoren, elektrisch beschaltete Ventile) gekapselt, das heißt, es werden explosionsgeschützte Komponenten verwendet. This primary explosion protection fails when the system is switched off. Many fuel cell systems operate only for comparably short periods of time while out of service for extended periods of time. Fuel cell powered vehicles, for example, are usually out of operation for a much longer period than when in operation. During non-operating periods, the hydrogen supply is normally shut off by means of a shut-off valve immediately after the gas storage tank, but the remaining in the lines between tank module and fuel cell hydrogen can diffuse from the lines and in particular by not completely tight connections between the lines and escape accumulate in the enclosed areas of the fuel cell module and the hydrogen supply line. Depending on the length of the lines and the pressure prevailing in the lines, the corresponding amount of hydrogen can be considerable and lead to the formation of explosive mixtures with the ambient air. When the fuel cell system is switched on again, it may then explode due to sparks that occur as a result of the activation of electrical components. Therefore, secondary explosion protection measures must be taken. For conventional fuel cell systems, this means that the electrical circuits of the fuel cell module are designed to be intrinsically safe, if possible. The intrinsically safe design is suitable for measuring and control circuits and the electrical connection to sensors and actuators. Alternatively or additionally, possible ignition sources (sensors, electrically operated valves) are encapsulated, that is, explosion-proof components are used.
Diese Maßnahmen sind kostspielig, führen zu einem komplexeren Aufbau und zu erhöhtem Gewicht des Systems und bieten außerdem keinen 100-prozentigen Explosionsschutz. Explosionen, die durch systemfremde Zündquellen ausgelöst werden, können auf diese Weise nicht verhindert werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zur Außerbetriebsetzung und zur erneuten Inbetriebnahme eines Brennstoffzellensystems bereitzustellen, bei denen die Nachteile des Stands der Technik beseitigt oder zumindest verringert werden. Das System sollte konstruktiv einfach sein und das Risiko einer Wasserstoffexplosion insbesondere beim wieder Anfahren des Systems nach einer längeren Stillstandszeit, aber auch während der Stillstandszeit selbst, minimieren. Dabei sollte bevorzugt auf die Verwendung kostspieliger explosionsgeschützter Komponenten ganz oder teilweise verzichtet werden können. These measures are costly, result in a more complex structure and weight of the system, and also do not provide 100% explosion protection. Explosions that are triggered by system-external ignition sources can not be prevented in this way. The object of the present invention is therefore to provide a fuel cell system and methods for decommissioning and restarting a fuel cell system, in which the disadvantages of the prior art are eliminated or at least reduced. The system should be structurally simple and minimize the risk of a hydrogen explosion, especially when restarting the system after a longer downtime, but also during downtime itself. It should preferably be possible to dispense with the use of expensive explosion-proof components in whole or in part.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen, wie sie im unabhängigen Anspruch 1 angegeben sind, durch das Tankmodul mit den Merkmalen, wie sie im unabhängigen Anspruch 6 angegeben sind, durch das Verfahren zur Außerbetriebsetzung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen, wie sie im unabhängigen Anspruch 11 angegeben sind, durch das Verfahren zur erneuten Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen, wie sie im unabhängigen Anspruch 13 angegeben sind, durch die Verwendung eines 3/2 -Wege-Entlastungsventils zur Wasserstoff-Druckentlastung von Wasserstoffleitungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen, wie sie im unabhängigen Anspruch 14 angegeben sind, und durch einen elektrischen Verbraucher wie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen, wie sie im unabhängigen Anspruch 16 angegeben sind. Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. The object is achieved by the fuel cell system having the features as set forth in independent claim 1, by the tank module having the features as set forth in independent claim 6, by the method for decommissioning the fuel cell system according to the invention having the features as they are in the independent claim 11, by the method for restarting the fuel cell system according to the invention with the features as indicated in independent claim 13, by the use of a 3/2 -way relief valve for hydrogen pressure relief of hydrogen lines of the fuel cell system according to the invention with the features as set forth in independent claim 14 and by an electrical consumer such as a motor vehicle having the features indicated in independent claim 16. Embodiments of the invention are set forth in the respective dependent claims.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem besteht im wesentlichen aus zwei Baueinheiten, die im folgenden als Tankmodul und Brennstoffzellenmodul bezeichnet werden. Das Tankmodul umfasst einen oder mehrere Hochdruckbehälter (Tanks), in denen Wasserstoff unter einem Druck von bis zu 80 MPa bevorratet wird. Jeder Tank verfügt bevorzugt über ein Hauptabsperrventil und ist an eine Wasserstoff-Leitung angeschlossen, durch die Wasserstoff zu dem Brennstoffzellenmodul geleitet wird. In der Wasserstoffleitung befindet sich ein Druckminderer, wobei bei mehreren Tanks für jeden Tank ein eigener Druckminderer vorgesehen werden kann oder mehrere Tanks einen gemeinsamen Druckminderer aufweisen können. Der Druckminderer reduziert den Wasserstoffdruck auf ein Verteiler- Druckniveau von typischerweise 0,3-3,0 MPa, bevorzugt 0,5-1 ,2 MPa, bevor der Wasserstoff das Tankmodul verlässt. Aus dem Tankmodul tritt der Wasserstoff in eine Wasserstoff-Versorgungsleitung ein, die das Tankmodul mit dem Brennstoffzellenmodul verbindet. Das Brennstoffzellenmodul weist eine Brennstoffzellenanordnung, d.h. einen oder mehrere Brennstoffzellenstapel, auf. Auch die zum Betreiben der Brennstoffzellenanordnung erforderlichen Einrichtungen wie Leitungssysteme zur Zuleitung und Ableitung von frischen bzw. gebrauchten Brennstoffzellenmedien, Sensoren, Ventile, Regler, Wasserabscheider, Pumpen, Vorratsbehälter für Kühlwasser, Einrichtungen zur Zuführung von Kathodenbetriebsgas, etc, werden dem Brennstoffzellenmodul zugerechnet. The fuel cell system according to the invention consists essentially of two structural units, which are referred to below as the tank module and fuel cell module. The tank module comprises one or more high-pressure vessels (tanks) in which hydrogen is stored under a pressure of up to 80 MPa. Each tank preferably has a main shut-off valve and is connected to a hydrogen line through which hydrogen is directed to the fuel cell module. In the hydrogen line is a pressure reducer, with several tanks for each tank a separate pressure reducer can be provided or multiple tanks can have a common pressure reducer. The pressure reducer reduces the hydrogen pressure to a manifold pressure level of typically 0.3-3.0 MPa, preferably 0.5-1.2 MPa, before the hydrogen exits the tank module. From the tank module, the hydrogen enters a hydrogen supply line which connects the tank module with the fuel cell module. The fuel cell module has a fuel cell arrangement, ie, one or more fuel cell stacks. Also required for operating the fuel cell assembly facilities such as piping systems for supply and discharge of fresh or used fuel cell media, sensors, valves, regulators, water, pumps, reservoirs for cooling water, means for supplying cathode operating gas, etc, are attributed to the fuel cell module.
Das Brennstoffzellenmodul verfügt auch über einen Druckminderer, der den Druck des Wasserstoffs, der aus der Wasserstoff-Versorgungsleitung in die Was- serstoff-Zuführleitung des Brennstoffzellenmoduls eintritt, auf den Betriebsdruck der Brennstoffzellenanordnung verringert. Der Betriebsdruck liegt im allgemeinen geringfügig über dem Umgebungsdruck, bevorzugt bei etwa 100-200 kPa. The fuel cell module also includes a pressure reducer that reduces the pressure of the hydrogen entering the hydrogen supply line of the fuel cell module from the hydrogen supply line to the operating pressure of the fuel cell assembly. The operating pressure is generally slightly above ambient, preferably about 100-200 kPa.
Das Brennstoffzellensystem weist also drei Druckbereiche auf, einen Hochdruckbereich stromauf von dem Druckminderer des Tankmoduls, einen Mitteldruckbereich (0,3-3,0 MPa) zwischen dem Druckminderer des Tankmoduls und dem Druckminderer des Brennstoffzellenmoduls, und einen Betriebsdruckbereich (100-200 kPa) stromab von dem Druckminderer des Brennstoffzellenmoduls. Der Druck im Hochdruckbereich ist höher als im Mitteldruckbereich, typischerweise höher als 30 MPa, und kann bis zu 80 MPa betragen. Thus, the fuel cell system has three pressure ranges, a high pressure region upstream of the pressure reducer of the tank module, a medium pressure range (0.3-3.0 MPa) between the pressure reducer of the tank module and the pressure reducer of the fuel cell module, and an operating pressure range (100-200 kPa) downstream from the pressure reducer of the fuel cell module. The pressure in the high pressure range is higher than in the medium pressure range, typically higher than 30 MPa, and can be up to 80 MPa.
Bevorzugt sind das Brennstoffzellenmodul und das Tankmodul in sich abgeschlossene Baueinheiten, die räumlich voneinander getrennt untergebracht werden können. Bei einem brennstoffzellenbetriebenen Kraftfahrzeug ist es beispielsweise sinnvoll, das Tankmodul an einer besonders leicht zugänglichen und gleichzeitig gegen Unfallschäden gut geschützten Stelle unterzubringen, während das Brennstoffzellenmodul im Prinzip an einer beliebigen Stelle, je nach Platzverfügbarkeit, untergebracht werden kann. Die Länge der Wasserstoff-Versorgungsleitung, die die beiden Module verbindet, bemisst sich nach der Einbaudistanz der Module. Üblicherweise ist jedes Modul und auch die Wasserstoff-Versorgungsleitung zwischen den Modulen mit einer schützenden Abdeckung ausgestattet oder in ein Gehäuse eingebaut. Die oben angegebene Modulbauweise ist allerdings keineswegs zwingend. Vielmehr können die Komponenten des Tankmoduls und die Komponenten des Brennstoffzellenmoduls zu einer einzigen Baueinheit kombiniert werden. Auch diese integrierte Baueinheit weist einen Hochdruckbereich, einen Mitteldruckbereich und einen Betriebsdruckbereich mit den oben jeweils angegebenen Drücken auf. Preferably, the fuel cell module and the tank module are self-contained units that can be accommodated spatially separated from each other. In a fuel cell powered motor vehicle, for example, it makes sense to accommodate the tank module on a particularly easily accessible and at the same time well protected against accidental damage, while the fuel cell module in principle at any point, depending on space availability, can be accommodated. The length of the hydrogen supply line connecting the two modules is determined by the installation distance of the modules. Usually, each module and also the hydrogen supply line between the modules is equipped with a protective cover or built into a housing. However, the above-mentioned modular design is by no means mandatory. Rather, the components of the tank module and the components of the fuel cell module are combined into a single unit. This integrated unit also has a high-pressure area, a medium-pressure area and an operating pressure range with the above-indicated pressures.
Der in den Leitungen strömende Wasserstoff hat eine hohe Diffusionstendenz, die umso höher ist, je höher der Wasserstoffdruck ist. Insbesondere an allen Stellen, an denen Leitungen miteinander verbunden sind, beispielsweise verschraubt sind, und an allen Stellen, an denen Sensoren oder Aktoren in die Leitungen integriert sind, treten besonders leicht Wasserstoff-Lecks auf. Solange die Wasserstoff-Diffusion nicht gravierend ist, stellt dies bei einem in Betrieb befindlichen Brennstoffzellensystem in der Regel keine Gefahr dar, da das Brennstoffzellensystem mittels Wasserstoff-Sensoren überwacht werden kann und bei einer erhöhten Wasserstoffkonzentration sofort geeignete Maßnahmen, beispielsweise eine Zwangsbelüftung des Systems, eingeleitet werden können, die die Wasserstoff-Konzentration im Bereich des Brennstoffzellensystems absenken. The hydrogen flowing in the lines has a high diffusion tendency, which is higher the higher the hydrogen pressure. In particular, at all points where lines are connected to each other, for example, are screwed, and at all points where sensors or actuators are integrated into the lines, hydrogen leaks occur particularly easily. As long as the hydrogen diffusion is not serious, this is usually no danger in an operating fuel cell system, since the fuel cell system can be monitored by means of hydrogen sensors and immediately initiated appropriate measures, such as forced ventilation of the system at an increased hydrogen concentration which lower the hydrogen concentration in the area of the fuel cell system.
Anders verhält es sich bei einem abgeschalteten Brennstoffzellensystem. Solange das Brennstoffzellensystem außer Betrieb ist, sind auch die Sicherheitseinrichtungen nicht aktiv, das heißt, ein Austreten von Wasserstoff bleibt unbemerkt und es werden keine Maßnahmen zu seiner raschen Beseitigung getroffen. Ist ein Brennstoffzellensystem längere Zeit außer Betrieb, können sich unter Abdeckungen und in Gehäusen oder in schlecht belüfteten Einbauräumen leicht ausreichende Wasserstoffmengen ansammeln, dass die untere Explosionsgrenze überschritten wird. Besonders gefährdet sind hier alle Bereiche, die sich unter einem höheren Druck als Umgebungsdruck befinden, insbesondere der Mitteldruckbereich des Brennstoffzellensystems. Der Hochdruckbereich, d.h. das Tankmodul, ist zwar ebenfalls gefährdet, hat aber ein vergleichsweise kurzes Leitungssystem und kann überdies meistens so angeordnet werden, dass es automatisch gut belüftet wird, beispielsweise auf dem Dach eines Kraftfahrtzeugs wie eines Omnibusses. The situation is different with a switched off fuel cell system. As long as the fuel cell system is out of service, the safety devices are not active, that is, leakage of hydrogen goes unnoticed and no action is taken to its rapid removal. If a fuel cell system is out of operation for a long period of time, sufficient quantities of hydrogen can accumulate under covers and in housings or in poorly ventilated installation spaces that the lower explosion limit is exceeded. Particularly at risk here are all areas that are under a higher pressure than ambient pressure, in particular the medium pressure range of the fuel cell system. The high pressure region, i. Although the tank module is also at risk, but has a relatively short line system and can also be usually arranged so that it is automatically well ventilated, for example, on the roof of a motor vehicle such as a bus.
Wird das Brennstoffzellensystem nach einer längeren Pause wieder angefahren, wie es beispielsweise regelmäßig erfolgt, wenn ein Kraftfahrzeug nach einer längeren Parkzeit wieder gestartet wird, können Zündfunken von elektrischen Komponenten des Brennstoffzellensystems wie Sensoren und elektrisch beschalteten Ventilen, das Wasserstoff / Luft-Gemisch zur Explosion bringen. Erfindungsge- maß wird die Entstehung derartiger explosionsfähiger Gemische vermieden, indem beim Abschalten des Brennstoffzellensystems oder unmittelbar danach die unter erhöhtem Wasserstoffdruck stehenden Leitungen, d.h. die Leitungen des Mitteldruckbereichs oder zumindest der größte Teil dieser Leitungen, druckentlastet werden. Die Diffusionstendenz des Wasserstoffs ist am geringsten, wenn der Wasserstoffdruck in den Leitungen im wesentlichen gleich dem Umgebungsdruck ist oder nur knapp darüber liegt. Zur Bewerkstelligung dieser Druckentlastung ist in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem im Mitteldruckbereich ein 3/2- Wege-Ventil vorgesehen, das es ermöglicht, mindestens einen Teil des Mitteldruckbereichs, und bevorzugt den gesamten Mitteldruckbereich auf Umgebungsdruck oder einen nur geringfügig höheren Druck zu bringen. Das 3/2-Wege-Ventil befindet sich in der von dem Wasserstofftank zu der Brennstoffzellenanordnung führenden Leitung, wobei der dritte Anschluss an eine nach außen in die Atmosphäre führende Leitung angeschlossen ist. In einer ersten Schaltstellung des 3/2-Wege-Ventils ist der Strömungsweg zwischen Wasserstofftank und Brennstoffzellenanordnung offen, während in der zweiten Schaltstellung des 3/2-Wege- Ventils der Strömungsweg zwischen der Brennstoffzellenanordnung und der umgebenden Atmosphäre offen ist. Das 3/2 -Wege-Ventil ist bevorzugt ein Magnetventil. Die zweite Schaltstellung ist der stromlose Zustand, d.h. die Schaltstellung, wenn das System in einen sicheren Zustand geschaltet werden soll. If the fuel cell system is started again after a longer break, as occurs regularly, for example, when a motor vehicle is restarted after a longer parking time, sparks from electrical components of the fuel cell system such as sensors and electrically connected valves can cause the hydrogen / air mixture to explode , Erfindungsge- measure the emergence of such explosive mixtures is avoided by the switching off of the fuel cell system or immediately thereafter, the lines under elevated hydrogen pressure, ie the lines of the medium-pressure region or at least the greater part of these lines, pressure relieved. The diffusion tendency of hydrogen is lowest when the hydrogen pressure in the conduits is substantially equal to or just above ambient pressure. To accomplish this pressure relief, a 3/2-way valve is provided in the fuel cell system according to the invention in the medium pressure range, which makes it possible to bring at least a portion of the medium pressure range, and preferably the entire medium pressure range to ambient pressure or only slightly higher pressure. The 3/2-way valve is located in the conduit leading from the hydrogen tank to the fuel cell assembly, with the third port connected to an outgoing conduit into the atmosphere. In a first switching position of the 3/2-way valve, the flow path between the hydrogen tank and fuel cell assembly is open, while in the second switching position of the 3/2-way valve, the flow path between the fuel cell assembly and the surrounding atmosphere is open. The 3/2-way valve is preferably a solenoid valve. The second switching position is the de-energized state, ie the switching position, when the system is to be switched to a safe state.
Während des Betriebs des Brennstoffzellensystems befindet sich das 3/2-Wege- Ventil in der ersten Schaltstellung. Beim Abschalten des Brennstoffzellensystems werden das Hauptabsperrventil, falls vorhanden, und bevorzugt auch das Absperrventil im Brennstoffzellenmodul geschlossen und unmittelbar danach, d.h. mit geringstmöglicher Verzögerung, das Entlastungsventil (3/2-Wege-Ventil) in die zweite Schaltstellung geschaltet, so dass der Wasserstoff, der sich in dem Mitteldruckbereich befindet, in die umgebende Atmosphäre entweichen kann. Ausgelöst werden kann das Absperren der Ventile und das Umschalten des 3/2 -Wege- Ventils durch vorbestimmte Vorgänge wie das Abschalten des von dem Brennstoffzellensystem versorgten elektrischen Verbrauchers oder das Detektieren einer Notfallsituation wie das Überschreiten des zulässigen Maximaldrucks des Brennstoffzellensystems. During operation of the fuel cell system, the 3/2-way valve is in the first switching position. When the fuel cell system is shut down, the main shut-off valve, if present, and preferably also the shut-off valve in the fuel cell module, are closed and immediately thereafter, i. with the least possible delay, the relief valve (3/2-way valve) switched to the second switching position, so that the hydrogen, which is located in the medium-pressure region, can escape into the surrounding atmosphere. The shut-off of the valves and the switching of the 3/2 -way valve can be triggered by predetermined processes such as switching off the electrical consumer supplied by the fuel cell system or detecting an emergency situation such as exceeding the maximum pressure allowed by the fuel cell system.
Das 3/2 -Wege-Ventil sollte möglichst nahe an dem Druckminderer des Tankmoduls angeordnet sein, da nur der stromab von dem 3/2-Wege-Ventil liegende Teil der Leitungen druckentlastet werden kann. Deshalb wird das 3/2-Wege-Ventil be- vorzugt in das Tankmodul integriert und unmittelbar nach dem Druckminderer angeordnet. Alternativ kann das 3/2-Wege-Ventil aber auch stromab von dem Tankmodul angebracht werden, bevorzugt am stromaufwärtigen Ende der Wasserstoff-Versorgungsleitung. The 3/2-way valve should be located as close as possible to the pressure reducer of the tank module, since only the lying downstream of the 3/2-way valve part of the lines can be relieved of pressure. Therefore, the 3/2-way valve is preferably integrated in the tank module and arranged immediately after the pressure reducer. Alternatively, however, the 3/2-way valve can also be mounted downstream of the tank module, preferably at the upstream end of the hydrogen supply line.
Das 3/2-Wege-Ventil sollte so ausgelegt sein, dass es den Wasserstoff nur langsam entweichen lässt. Ein zu schnelles Entweichen könnte am Ausgang der Druckentlastungsleitung zur Bildung eines explosionsfähigen Wasserstoff / Luft- Gemisches führen. Deshalb sind Ventile mit kleinem Öffnungsquerschnitt bevorzugt. Die Maximalgeschwindigkeit, mit der die Druckentlastung erfolgen darf, hängt vor allem davon ab, in welcher Umgebung die Druckentlastung durchgeführt wird. Befindet sich das Brennstoffzellensystem an einem Einsatzort, an dem zuverlässig für einen schnellen Luftaustausch gesorgt ist, kann die Druckentlastung innerhalb weniger Sekunden erfolgen, während bei Anwendungen wie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die Druckentlastung langsam erfolgen sollte, beispielsweise im Verlauf von mehreren Minuten. Kraftfahrzeuge werden häufig in Umgebungen mit geringem Luftwechsel wie beispielsweise Garagen abgestellt. Welches 3/2-Wege-Ventil für ein bestimmtes Brennstoffzellensystem beziehungsweise eine bestimmte Anwendung am besten geeignet ist, kann gegebenenfalls durch einige wenige Versuche ermittelt werden. The 3/2-way valve should be designed so that it releases the hydrogen only slowly. Too rapid escape could lead to the formation of an explosive hydrogen / air mixture at the outlet of the pressure relief line. Therefore, valves with a small opening area are preferred. The maximum speed with which the pressure relief may take place depends above all on the environment in which the pressure relief is carried out. If the fuel cell system is located in a location where reliable air exchange is reliably provided, the pressure can be relieved within a few seconds, while in applications such as in a motor vehicle the pressure should be released slowly, for example over several minutes. Motor vehicles are often parked in low air change environments such as garages. Which 3/2-way valve is best suited for a particular fuel cell system or a particular application, may optionally be determined by a few experiments.
Alternativ kann in der Druckentlastungsleitung eine Drosselstelle vorgesehen werden, deren Öffnungsquerschnitt so bemessen ist, dass stets nur so geringe Mengen an Wasserstoff entweichen können, dass am Ausgang der Druckentlastungsleitung die untere Explosionsgrenze von Wasserstoff in Luft nicht erreicht wird. Dann kann als 3/2-Wege-Ventil jedes für Wasserstoff geeignete Ventil, das den erforderlichen Durchfluss durch die Wasserstoff-Versorgungsleitung garantiert, verwendet werden. Der Einbau erfolgt so, dass im stromlosen Zustand die zweite Schaltstellung vorliegt. Alternatively, a throttle point may be provided in the pressure relief line whose opening cross-section is dimensioned so that only so small amounts of hydrogen can escape that the lower explosion limit of hydrogen in air is not reached at the outlet of the pressure relief line. Then, as a 3/2-way valve, any hydrogen-compatible valve that guarantees the required flow through the hydrogen supply line can be used. Installation is carried out in such a way that the second switching position is present when de-energized.
Das 3/2-Wege-Ventil kann während der gesamten Zeit, während der das Brennstoffzellensystem abgeschaltet ist, in seiner zweiten Schaltstellung verbleiben. Alternativ kann es auch mittels einer Verzögerungsschaltung nach einer vorbestimmten Zeit wieder in die erste Schaltstellung geschaltet werden. Insbesondere dann, wenn das Ventil in seiner zweiten Schaltstellung verbleibt, ist es bevorzugt, in der Druckentlastungsleitung ein Rückschlagventil vorzusehen, das das Eindringen von Luft und Feuchtigkeit in das Leitungssystem des Brennstoffzellensys- tems verhindert. Das Rückschlagventil sollte einen geringen Öffnungsdruck besitzen, bevorzugt einen Öffnungsdruck, der nur geringfügig über dem Druck der umgebenden Atmosphäre liegt. Geeignet ist beispielsweise ein Öffnungsdruck bis zum Betriebsdruckbereich der Brennstoffzellen, bevorzugt bis zu 10 kPa (100 mbar) The 3/2-way valve can remain in its second switching position during the entire time that the fuel cell system is switched off. Alternatively, it can also be switched by means of a delay circuit after a predetermined time back to the first switching position. In particular, when the valve remains in its second switching position, it is preferable to provide a check valve in the pressure relief line, which prevents the penetration of air and moisture into the piping system of the fuel cell system. prevented. The check valve should have a low opening pressure, preferably an opening pressure which is only slightly above the pressure of the surrounding atmosphere. For example, an opening pressure is suitable up to the operating pressure range of the fuel cells, preferably up to 10 kPa (100 mbar).
Beim wieder Anfahren des Brennstoffzellensystems wird zuerst das Hauptabsperrventil im Tankmodul (falls vorhanden) geöffnet, dann das 3/2-Wege-Ventil, falls es sich noch in der zweiten Schaltstellung befindet, in die erste Schaltstellung geschaltet, und dann das Absperrventil im Brennstoffzellenmodul, falls es geschlossen war, geöffnet. Der Schaltvorgang kann beispielsweise durch das Anschalten des elektrischen Verbrauches ausgelöst werden. Alternativ ist es natürlich grundsätzlich auch möglich, das 3/2-Wege-Ventil sowie die übrigen Ventile manuell zu betätigen. When restarting the fuel cell system, the Hauptabsperrventil in the tank module (if present) is first opened, then the 3/2-way valve, if it is still in the second switching position, switched to the first switching position, and then the shut-off valve in the fuel cell module, if it was closed, opened. The switching process can be triggered for example by switching on the electrical consumption. Alternatively, it is of course also possible in principle to operate the 3/2-way valve and the other valves manually.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es wird daraufhin gewiesen, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu sind und nur die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung wesentlichen Merkmale zeigen. Es versteht sich, das weitere Merkmale vorhanden sein können beziehungsweise müssen, um geltenden Sicherheitsvorschriften zu genügen und ein einwandfreies Funktionieren des Brennstoffzellensystems zu gewährleisten. Diese Merkmale sind jedoch einem Fachmann bekannt. Es zeigen: In the following the invention will be described in more detail with reference to drawings. It is to be understood that the drawings are not to scale and show only essential features for understanding the present invention. It is understood that further features may be present or must be in order to comply with applicable safety regulations and to ensure proper functioning of the fuel cell system. However, these features are known to a person skilled in the art. Show it:
Fig. 1 eine schematische, stark vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, und 1 is a schematic, highly simplified representation of a fuel cell system according to the invention, and
Fig. 2 Schaltstellungen des erfindungsgemäß verwendeten 3/2-Wege-Ventils. Fig. 2 switching positions of the invention used 3/2-way valve.
Fig.1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1 . Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst ein Tankmodul 2 und ein Brennstoffzellenmodul 3, wobei Wasserstoff aus dem Tankmodul 2 durch eine Wasserstoff-Versorgungsleitung 4 in das Brennstoffzellenmodul 3 strömen kann. 1 shows schematically an embodiment of a fuel cell system 1 according to the invention. The fuel cell system 1 comprises a tank module 2 and a fuel cell module 3, wherein hydrogen can flow from the tank module 2 through a hydrogen supply line 4 into the fuel cell module 3.
In der dargestellten Ausführungsform weist das Tankmodul 2 einen Wasserstoff- Hochdruckvorratsbehälter (Tank) 20, ein Hauptabsperrventil 23 für den Tank 20 und einen Druckminderer 24 auf. Durch eine Wasserstoff-Leitung 21 kann Wasserstoff aus dem Tank 20 zu dem Druckminderer 24 strömen. Hier wird der Was- serstoffdruck auf einen Druck von bevorzugt 0,5 MPa bis 1 ,2 MPa reduziert und durch eine Wasserstoff-Leitung 22 weitergeleitet. Er strömt durch das 3/2-Wege- Ventil 25 und gelangt in die Wasserstoff-Versorgungsleitung 4, die an der Anschlussstelle 5 an die Wasserstoff-Leitung 22 angeschlossen ist. Die Länge der Wasserstoff-Versorgungsleitung 4 hängt ab von der Distanz zwischen Tankmodul 2 und Brennstoffzellenmodul 3, was durch die gepunktete Linie angedeutet ist. An der Anschlussstelle 6 ist die Wasserstoff-Versorgungsleitung 4 mit dem Brennstoffzellenmodul 3 verbunden. Von hier aus strömt Wasserstoff durch eine Wasserstoff-Zuführleitung 31 , in der sich ein Absperrventil 33 befindet, zu einem Druckminderer 34, der den Wasserstoffdruck auf den Betriebsdruck der Brennstoffzellen in der Brennstoffzellenanordnung 30 reduziert. Aus dem Druckminderer 34 strömt der Wasserstoff schließlich durch die Wasserstoff-Zuführleitung 32 in die Brennstoffzellenanordnung 30. In the illustrated embodiment, the tank module 2 has a hydrogen high-pressure reservoir (tank) 20, a Hauptabsperrventil 23 for the tank 20 and a pressure reducer 24. Through a hydrogen line 21, hydrogen can flow from the tank 20 to the pressure reducer 24. Here, the water hydrogen pressure reduced to a pressure of preferably 0.5 MPa to 1, 2 MPa and passed through a hydrogen line 22. It flows through the 3/2-way valve 25 and enters the hydrogen supply line 4, which is connected at the connection point 5 to the hydrogen line 22. The length of the hydrogen supply line 4 depends on the distance between the tank module 2 and fuel cell module 3, which is indicated by the dotted line. At the connection point 6, the hydrogen supply line 4 is connected to the fuel cell module 3. From here hydrogen flows through a hydrogen supply line 31, in which a check valve 33 is located, to a pressure reducer 34, which reduces the hydrogen pressure to the operating pressure of the fuel cells in the fuel cell assembly 30. From the pressure reducer 34, the hydrogen finally flows through the hydrogen supply line 32 into the fuel cell assembly 30.
Anodenabgas verlässt die Brennstoffzellenanordnung 30 durch eine Anodenabgasleitung 35 und wird mittels einer Anodenabgas- ezirkulierungspumpe 39 durch eine Anodenabgas-Rezirkulierungsleitung 38 in die Wasserstoff-Zuführleitung 32 rezirkuliert. Periodisch wird ein Teil des Anodenabgases durch eine Anodenabgas-Entlassungsleitung 36 in die umgebende Atmosphäre entlassen. Normalerweise ist die Leitung 36 mittels des Absperrventils 37 verschlossen. Anode exhaust gas leaves the fuel cell assembly 30 through an anode exhaust line 35 and is recirculated into the hydrogen supply line 32 through an anode exhaust recirculation line 38 by an anode exhaust recirculation pump 39. Periodically, a portion of the anode exhaust gas is discharged through an anode exhaust discharge line 36 into the surrounding atmosphere. Normally, the conduit 36 is closed by means of the shut-off valve 37.
Kathoden-Betriebsgas tritt durch eine Luftzuführleitung 10 in die Brennstoffzellenanordnung 30 ein und verlässt diese wieder durch eine Kathodenabgasleitung 11 . Kühlwasser tritt durch eine Kühlwasserzuführleitung 12 in die Brennstoffzellenanordnung 30 ein und verlässt diese durch eine Kühlwasserentlassungsleitung 13. Cathode operating gas enters the fuel cell assembly 30 through an air supply line 10 and exits through a cathode exhaust gas line 11 again. Cooling water enters the fuel cell assembly 30 through a cooling water supply pipe 12 and exits through a cooling water discharge pipe 13.
Das Tankmodul 2 befindet sich in der dargestellten Ausführungsform in einem Gehäuse 28, und das Brennstoffzellenmodul 3 ist in ein Gehäuse 14 eingebaut. Eine Abdeckung 7 schützt die Wasserstoff-Versorgungsleitung 4. The tank module 2 is in the illustrated embodiment in a housing 28, and the fuel cell module 3 is installed in a housing 14. A cover 7 protects the hydrogen supply line 4.
Während des Betriebs des Brennstoffzellen Systems 1 sind die Ventile 23 und 33 geöffnet, und das 3/2-Wege-Ventil 25 befindet sich in seiner ersten Schaltstellung, die eine Strömung von Wasserstoff aus dem Tank 20 in die Brennstoffzellenanordnung 30 erlaubt. Wasserstoff-Sensoren (nicht dargestellt) im Inneren der Einhausungen 4, 14 überwachen, ob Wasserstoff aus dem Leitungssystem herausdiffundiert oder leckt. Wird das Auftreten von Wasserstoff detektiert, wird so- fort eine Zwangsbelüftung eingeleitet, beispielsweise durch geeignete Gebläse (nicht dargestellt). During operation of the fuel cell system 1, the valves 23 and 33 are opened, and the 3/2-way valve 25 is in its first switching position, which allows a flow of hydrogen from the tank 20 into the fuel cell assembly 30. Hydrogen sensors (not shown) in the interior of the housings 4, 14 monitor whether hydrogen is diffusing or leaking from the piping system. If the occurrence of hydrogen is detected, then Forced air ventilation initiated, for example by suitable blower (not shown).
Wenn das Brennstoffzellensystem 1 abgeschaltet wird, fallen Sicherungssysteme wie Wasserstoff-Detektoren und Gebläse, die für einen raschen Luftaustausch sorgen, aus. Um in diesem Fall dennoch die Sicherheit des Brennstoffzellensystems 1 zu gewährleisten, werden erfindungsgemäß die Ventile 23 und 33 geschlossen und dann das 3/2-Wege-Ventil 25 in seine zweite Schaltstellung geschaltet, d.h. stromlos geschaltet. In der zweiten Schaltstellung ist der Strömungsweg durch die Wasserstoff-Leitung 22 gesperrt und stattdessen der Strömungsweg von der Wasserstoff-Versorgungsleitung 4 in eine Wasserstoff-Druckentlastungsleitung 26 geöffnet. In diesen„sicheren Zustand" wird das System auch dann geschaltet, wenn aus irgendeinem Grund eine Notabschaltung durchgeführt werden muss, beispielsweise wenn in irgendeinem Bereich der Brennstoffzellenanordnung oder des Leitungssystems durch Sensoren ein zu hoher Druck oder eine zu hohe Temperatur detektiert wird. In der Wasserstoff-Druckentlastungsleitung 26 befindet sich ein Rückschlagventil 27, das bei einem Öffnungsdruck, der höchstens dem Betriebsdruck der Brennstoffzellenanordnung 30 entspricht oder darunter liegt, bevorzugt bei weniger als 10 mbar über Atmosphärendruck, öffnet. Auf diese Weise wird Wasserstoff, der sich in dem Mitteldruckbereich zwischen dem 3/2-Wege-Ventil 25 und dem Absperrventil 33 befindet, beziehungsweise zwischen dem 3/2-Wege-Ventil 25 und dem Druckminderer 34 (bei geöffnetem Absperrventil 33) befindet, in die umgebende Atmosphäre entlassen, bis der Wasserstoffdruck in diesem Bereich den Öffnungsdruck des Rückschlagventils 27 unterschreitet. Eine Drosselstelle 9 stellt sicher, dass der Wasserstoff langsam entweicht. Alternativ kann dies auch durch einen entsprechend geringen Öffnungsquerschnitt des 3/2-Wege-Ventils 25 erreicht werden. When the fuel cell system 1 is turned off, safety systems such as hydrogen detectors and blowers providing rapid air exchange fail. In order to ensure the safety of the fuel cell system 1 in this case, the valves 23 and 33 are closed according to the invention and then the 3/2-way valve 25 is switched to its second switching position, i. de-energized switched. In the second switching position, the flow path through the hydrogen line 22 is blocked and instead the flow path from the hydrogen supply line 4 into a hydrogen pressure relief line 26 is opened. In this "safe state", the system is switched even if for any reason an emergency shutdown must be performed, for example, if in any area of the fuel cell assembly or the conduit system by sensors too high a pressure or too high a temperature is detected Pressure relief line 26 is a non-return valve 27 which opens at an opening pressure equal to or less than the operating pressure of the fuel cell assembly 30, preferably less than 10 mbar above atmospheric pressure 3/2-way valve 25 and the shut-off valve 33 is located, or between the 3/2-way valve 25 and the pressure reducer 34 (with open shut-off valve 33) is discharged into the surrounding atmosphere until the hydrogen pressure in this area the Opening pressure of the check valve 27 falls below. A throttle 9 ensures that the hydrogen slowly escapes. Alternatively, this can also be achieved by a correspondingly small opening cross section of the 3/2-way valve 25.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, wird die Leitung 22 zwischen dem Druckminderer 24 und dem 3/2-Wege-Ventil 25 nicht druckentlastet. Daher ist es sinnvoll, das 3/2-Wege-Ventil 25 in das Tankmodul 2 zu integrieren und unmittelbar nach dem Druckminderer 24 anzubringen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, das 3/2- Wege-Ventil 25 außerhalb des Tankmoduls 2 vorzusehen, d.h. in der Wasserstoff- Versorgungsleitung 4. Diese Ausführungsform ist durch das mit gestricheltem Linien dargestellte Gehäuse 29 des Tankmoduls 2 angedeutet. Bei einem erneuten Anfahren des Brennstoffzellensystems 1 wird das Ventil 23 geöffnet und das 3/2-Wege-Ventil 25 wieder in die erste Schaltstellung geschaltet. Dann wird das Ventil 33 geöffnet, falls es geschlossen war. Das Schalten der Ventile kann manuell oder automatisch erfolgen. Bevorzugt werden Magnetventile verwendet. As can be seen from Figure 1, the line 22 between the pressure reducer 24 and the 3/2-way valve 25 is not depressurized. Therefore, it is useful to integrate the 3/2-way valve 25 in the tank module 2 and install immediately after the pressure reducer 24. Alternatively, however, it is also possible to provide the 3/2-way valve 25 outside of the tank module 2, ie in the hydrogen supply line 4. This embodiment is indicated by the housing 29 shown in dashed lines of the tank module 2. In a renewed startup of the fuel cell system 1, the valve 23 is opened and the 3/2-way valve 25 is switched back to the first switching position. Then, the valve 33 is opened if it was closed. The switching of the valves can be done manually or automatically. Preferably, solenoid valves are used.
Figur 2 zeigt die Schaltstellungen des 3/2-Wege-Ventils 25. Die erste Schaltstellung ermöglicht eine Wasserstoffströmung aus der Wasserstoff-Leitung 22 in die Wasserstoff-Versorgungsleitung 4, und die zweite Schaltstellung ermöglicht eine Wasserstoffströmung aus der Wasserstoff-Versorgungsleitung 4 in die Wasserstoff-Druckentlastungsleitung 26, und von dort in die umgebende Atmosphäre. Die zweite Schaltstellung ist der stromlose („sichere") Zustand des Magnetventils 25. Der Öffnungsquerschnitt des 3/2-Wege-Ventils 25 ist so zu wählen, dass in der ersten Schaltstellung stets ausreichend Wasserstoff zu der Brennstoffzellenanordnung 30 strömen kann, und in der zweiten Schaltstellung stets nur so viel Wasserstoff in die umgebende Atmosphäre entweichen kann, dass durch den natürlichen Luftwechsel die Entstehung eines zündfähigen Wasserstoff / Luft-Gemisches vermieden wird. Bei einem größeren Öffnungsquerschnitt kann stromab von dem 3/2-Wege-Ventil 25 eine Drosselstelle 9 mit entsprechend geringem Öffnungsquerschnitt in der Wasserstoff-Druckentlastungsleitung 26 vorgesehen werden. FIG. 2 shows the switching positions of the 3/2-way valve 25. The first switching position allows hydrogen flow from the hydrogen line 22 into the hydrogen supply line 4, and the second switching position allows hydrogen flow from the hydrogen supply line 4 into the hydrogen Pressure relief line 26, and from there into the surrounding atmosphere. The second switching position is the currentless ("safe") state of the solenoid valve 25. The opening cross section of the 3/2-way valve 25 is to be selected so that in the first switching position sufficient hydrogen can always flow to the fuel cell assembly 30, and in the In the second switching position, only so much hydrogen can escape into the surrounding atmosphere that the formation of an ignitable hydrogen / air mixture is avoided by the natural air exchange With a larger opening cross section, downstream of the 3/2-way valve 25, a throttle point 9 be provided with a correspondingly small opening cross-section in the hydrogen pressure relief line 26.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Brennstoffzellensystem (1 ) aufweisend 1 . Having fuel cell system (1)
eine Brennstoffzellenanordnung (30),  a fuel cell assembly (30),
eine Wasserstoff-Zuführleitung (31 , 32) zur Zuführung von Wasserstoff zu der Brennstoffzellen Anordnung (30),  a hydrogen supply line (31, 32) for supplying hydrogen to the fuel cell assembly (30),
einen Druckminderer (34) in der Wasserstoff-Zuführleitung (31 , 32) einen Wasserstoff-Hochdruckvorratsbehälter (20),  a pressure reducer (34) in the hydrogen supply line (31, 32) a hydrogen high-pressure reservoir (20),
eine Wasserstoff-Leitung (21 , 22) zur Einspeisung von Wasserstoff aus dem Wasserstoff-Hochdruckvorratsbehälter (20) in eine Wasserstoff-Versorgungsleitung (4) für die Brennstoffzellenanordnung (30), die die Wasserstoff-Leitung (21 , 22) und die Wasserstoff-Zuführleitung (31 , 32) miteinander verbindet,  a hydrogen line (21, 22) for feeding hydrogen from the high pressure hydrogen storage reservoir (20) to a hydrogen supply line (4) for the fuel cell assembly (30) containing the hydrogen line (21, 22) and hydrogen Supply line (31, 32) connects to each other,
einen Druckminderer (24) in der Wasserstoff-Leitung (21 , 22) zur Reduzierung des Wasserstoff drucks,  a pressure reducer (24) in the hydrogen line (21, 22) for reducing the hydrogen pressure,
ein 3/2-Wege-Ventil (25) in der Wasserstoff-Leitung (21 , 22) stromab von dem Druckminderer (24) oder in der Wasserstoff-Versorgungsleitung (4), und eine an das 3/2 -Wege-Ventil (25) angeschlossene Wasserstoff-Druckentlastungsleitung (26),  a 3/2-way valve (25) in the hydrogen line (21, 22) downstream of the pressure reducer (24) or in the hydrogen supply line (4), and one to the 3/2 -way valve ( 25) connected hydrogen pressure relief line (26),
wobei das 3/2 Wege-Ventil (25) in einer ersten Schaltstellung das Strömen von Gas aus dem Wasserstoff-Hochdruckvorratsbehälter (20) in die Wasserstoff- Versorgungsleitung (4) erlaubt, und in einer zweiten Schaltstellung das Strömen von Gas aus der Wasserstoff-Versorgungsleitung (4) in die Wasserstoff-Druckentlastungsleitung (26) erlaubt.  wherein the 3/2-way valve (25) in a first switching position allows the flow of gas from the high-pressure hydrogen storage tank (20) in the hydrogen supply line (4), and in a second switching position, the flow of gas from the hydrogen Supply line (4) in the hydrogen pressure relief line (26) allowed.
2. Brennstoffzellensystem (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das Brennstoffzellensystem ein Absperrventil (33) in der Wasserstoff-Zuführleitung (31 , 32) stromauf von dem Druckminderer (34) und / oder der Wasserstoff-Hochdruckvorratsbehälter (20) ein Hauptabsperrventil (23) aufweist. 2. The fuel cell system (1) according to claim 1, wherein the fuel cell system includes a shut-off valve (33) in the hydrogen supply line (31, 32) upstream of the pressure reducer (34) and / or the high-pressure hydrogen storage tank (20) has a main shut-off valve (23). having.
3. Brennstoffzellensystem (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Öffnungsquerschnitt des 3/2-Wege-Ventils (25) klein genug dimensioniert ist, oder bei dem in der Wasserstoff-Druckentlastungsleitung (26) eine Drosselstelle (9) mit so kleinem Öffnungsquerschnitt vorgesehen ist, dass stets nur so geringe Mengen an Wasserstoff entweichen können, dass am Ausgang der Wasserstoff-Druckentlastungsleitung (26) die untere Explosionsgrenze von Wasserstoff in Luft nicht erreicht wird. 3. Fuel cell system (1) according to claim 1 or 2, wherein the opening cross section of the 3/2-way valve (25) is small enough dimensioned, or in which in the hydrogen pressure relief line (26) has a throttle point (9) with small opening cross-section is provided that always only so small amounts of hydrogen can escape that at the output of the hydrogen pressure relief line (26) the lower explosive limit of hydrogen in air is not reached.
4. Brennstoffzellensystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 -3, außerdem aufweisend ein Rückschlagventil (27) mit einem Öffnungsdruck von weniger als 10 kPa (100 mbar) in der Wasserstoff-Druckentlastungsleitung (26). 4. A fuel cell system (1) according to any one of claims 1 -3, further comprising a check valve (27) with an opening pressure of less than 10 kPa (100 mbar) in the hydrogen pressure relief line (26).
5. Brennstoffzellensystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Brenn stoffzellen System so ausgelegt ist, dass durch das Trennen einer elektrischen Last von dem Brennstoffzellensystem (1 ) oder durch das Detektieren einer Notfallsituation ein Schalten des 3/2-Wege-Ventils (25) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung ausgelöst wird und/oder durch die Inbetriebnahme der Brennstoffzellenanordnung (30) ein Schalten des 3/2-Wege-Ventils aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung ausgelöst wird. 5. Fuel cell system (1) according to one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell system is designed so that by disconnecting an electrical load from the fuel cell system (1) or by detecting an emergency situation switching the 3/2-way Valve (25) is triggered from the first switching position to the second switching position and / or by the commissioning of the fuel cell assembly (30), a switching of the 3/2-way valve from the second switching position is triggered in the first switching position.
6. Tankmodul (2) zur Versorgung einer Brennstoffzellenanordnung (30) mit Wasserstoff, aufweisend 6. Tank module (2) for supplying a fuel cell assembly (30) with hydrogen, comprising
einen Wasserstoff-Hochdruckvorratsbehälter (20),  a hydrogen high-pressure reservoir (20),
eine Wasserstoff-Leitung (21 , 22) zur Einspeisung von Wasserstoff aus dem Hochdruckvorratsbehälter (20) in eine Wasserstoff-Versorgungsleitung (4) für die Brennstoffzellenanordnung (30),  a hydrogen line (21, 22) for feeding hydrogen from the high-pressure reservoir (20) into a hydrogen supply line (4) for the fuel cell arrangement (30),
einen Druckminderer (24) in der Wasserstoff-Leitung (21 , 22) zur Reduzierung des Wasserstoffdrucks,  a pressure reducer (24) in the hydrogen line (21, 22) for reducing the hydrogen pressure,
ein 3/2 Wege-Ventil (25) in der Wasserstoff-Leitung (21 , 22) stromab von dem Druckminderer (24), und  a 3/2-way valve (25) in the hydrogen line (21, 22) downstream of the pressure reducer (24), and
eine an das 3/2-Wege-Ventil (25) angeschlossene Wasserstoff-Druckentlastungsleitung (26), wobei das 3/2-Wege-Ventil (25) in einer ersten Schaltstellung das Strömen von Gas aus dem Wasserstoff-Hochdruckvorratsbehälter (20) in die Wasserstoff- Versorgungsleitung (4) erlaubt, und in einer zweiten Schaltstellung das Strömen von Gas aus der Wasserstoff-Versorgungsleitung (4) in die Wasserstoff-Druckentlastungsleitung (26) erlaubt. a hydrogen pressure relief line (26) connected to the 3/2-way valve (25), wherein the 3/2-way valve (25) in a first switching position, the flow of gas from the high-pressure hydrogen storage reservoir (20) in the hydrogen supply line (4) allowed, and in a second switching position, the flow of gas from the hydrogen Supply line (4) in the hydrogen pressure relief line (26) allowed.
7. Tankmodul (2) nach Anspruch 6, bei dem der Wasserstoff-Hochdruckvorratsbehälter (20) ein Hauptabsperrventil (23) aufweist. 7. Tank module (2) according to claim 6, wherein the hydrogen high-pressure reservoir (20) has a Hauptabsperrventil (23).
8. Tankmodul (2) nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Öffnungsquerschnitt des 3/2-Wegeventils (25) klein genug dimensioniert ist, oder bei dem in der Wasser- stoff-Druckentlastungsleitung (26) eine Drosselstelle (9) mit so kleinem Öffungs- querschnitt vorgesehen ist, dass stets nur so geringe Mengen an Wasserstoff entweichen können, dass am Ausgang der Wasserstoff-Druckentlastungsleitung (26) die untere Explosionsgrenze von Wasserstoff in Luft nicht erreicht wird. 8. tank module (2) according to claim 6 or 7, wherein the opening cross-section of the 3/2-way valve (25) is dimensioned small enough, or in which in the hydrogen pressure relief line (26) a throttle point (9) with small Öffungs- cross-section is provided that always only so small amounts of hydrogen can escape that at the output of the hydrogen pressure relief line (26) the lower explosive limit of hydrogen in air is not reached.
9. Tankmodul (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Tankmodul so ausgelegt ist, dass bei einer Außerbetriebsetzung der Brennstoffzellenanordnung (30) oder beim Detektieren einer Notfallsituation das 3/2-Wegeventil (25) automatisch in seine zweite Schaltstellung geschaltet wird und / oder bei einer Inbetriebnahme der Brennstoffzellenanordnung (30) automatisch in seine erste Schaltstellung geschaltet wird. 9. tank module (2) according to one of claims 6 to 8, wherein the tank module is designed so that when a decommissioning of the fuel cell assembly (30) or upon detection of an emergency situation, the 3/2-way valve (25) automatically switched to its second switching position is and / or automatically switched to its first switching position at startup of the fuel cell assembly (30).
10. Tankmodul (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, außerdem aufweisend ein Rückschlagventil (27) mit einem Öffnungsdruck von weniger als 10 kPa (100 mbar) in der Wasserstoff-Druckentlastungsleitung (26). 10. tank module (2) according to any one of claims 6 to 9, further comprising a check valve (27) having an opening pressure of less than 10 kPa (100 mbar) in the hydrogen pressure relief line (26).
11 . Verfahren zur Außerbetriebsetzung eines Brennstoffzellensystems (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, 11. Method for decommissioning a fuel cell system (1) according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung von Wasserstoff aus der Wasserstoff-Leitung (21 ,22) in die Wasserstoff-Versorgungsleitung (4) beendet wird und unmittelbar danach das 3/2-Wegeventil (25) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung geschaltet wird. characterized in that the supply of hydrogen from the hydrogen line (21, 22) in the hydrogen supply line (4) is terminated and immediately thereafter, the 3/2-way valve (25) is switched from the first switching position to the second switching position ,
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Beenden der Wasserstoffeinspeisung in die Wasserstoff-Versorgungsleitung (4) und das Schalten des 3/2-Wegeventils (25) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung durch das Trennen einer elektrischen Last von dem Brennstoffzel- lensystem (1 ) oder durch das Detektieren einer Notfallsitutaion augelöst wird. 12. The method according to claim 11, characterized in that the termination of the hydrogen feed into the hydrogen supply line (4) and the switching of the 3/2-way valve (25) from the first switching position to the second switching position by the separation of an electrical load of the fuel cell system (1) or by detecting an emergency situation.
13. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Brennstoffzellensystems (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, das nach einem Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12 außer Betrieb gesetzt wurde, 13. A method for starting up a fuel cell system (1) according to any one of claims 1 to 5, which has been put out of operation by a method according to claim 11 or 12,
dadurch gekennzeichnet, dass Wasserstoff zur Einspeisung aus der Wasserstoff-Leitung (21 , 22) in die Wasserstoff-Versorgungsleitung (4) bereitgestellt wird und danach das 3/2-Wegeventil (25) aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung geschaltet wird.  characterized in that hydrogen for feeding from the hydrogen line (21, 22) in the hydrogen supply line (4) is provided and then the 3/2-way valve (25) is switched from the second switching position to the first switching position.
14. Verwendung eines 3/2-Wegeventils (25) zur Druckentlastung der Wasserstoff-Versorgungsleitung (4) und, optional, eines Teils (31 ) der Wasserstoff- Zuführleitung (31 , 32) eines Brennstoffzellensystems (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei durch Schalten des 3/2-Wegeventils (25) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung Wasserstoff aus der Wasserstoff-Versorgungsleitung (4) und, optional, aus dem Teil (31 ) der Wasserstoff-Zuführleitung (31 , 32) in die Atmosphäre entlassen wird. 14. Use of a 3/2-way valve (25) for pressure relief of the hydrogen supply line (4) and, optionally, a part (31) of the hydrogen supply line (31, 32) of a fuel cell system (1) according to one of claims 1 to 5, wherein by switching the 3/2-way valve (25) from the first switching position to the second switching position hydrogen from the hydrogen supply line (4) and, optionally, from the part (31) of the hydrogen supply line (31, 32) discharged into the atmosphere.
15. Verwendung nach Anspruch 14, wobei der Öffnungsquerschnitt des 3/2- Wegeventils (25) klein genug dimensioniert ist, dass stets nur so geringe Mengen an Wasserstoff entweichen können, dass am Ausgang der Wasserstoff-Druckentlastungsleitung (26) die untere Explosionsgrenze von Wasserstoff in Luft nicht erreicht wird. 15. Use according to claim 14, wherein the opening cross-section of the 3/2-way valve (25) is dimensioned small enough that only so small amounts of hydrogen can escape that at the outlet of the hydrogen pressure relief line (26) the lower explosive limit of hydrogen is not reached in air.
16. Kraftfahrzeug aufweisend ein Brennstoffzellensystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder ein Tankmodul (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 10. 16. A motor vehicle having a fuel cell system (1) according to one of claims 1 to 5 or a tank module (2) according to one of claims 6 to 10.
EP17754284.2A 2016-07-29 2017-07-27 Explosion-protected fuel cell system and method for deactivating a fuel cell system Pending EP3491692A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016114103.8A DE102016114103A1 (en) 2016-07-29 2016-07-29 Explosion-proof fuel cell system and method for decommissioning a fuel cell system
PCT/EP2017/069000 WO2018019936A1 (en) 2016-07-29 2017-07-27 Explosion-protected fuel cell system and method for deactivating a fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3491692A1 true EP3491692A1 (en) 2019-06-05

Family

ID=59656028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17754284.2A Pending EP3491692A1 (en) 2016-07-29 2017-07-27 Explosion-protected fuel cell system and method for deactivating a fuel cell system

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10818948B2 (en)
EP (1) EP3491692A1 (en)
JP (1) JP7126489B2 (en)
KR (1) KR102428197B1 (en)
CN (1) CN109690852B (en)
CA (1) CA3033221A1 (en)
DE (1) DE102016114103A1 (en)
WO (1) WO2018019936A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180068450A (en) * 2016-12-14 2018-06-22 현대자동차주식회사 Method and apparatus for estimating hydrogen crossover loss of fuel cell system
CN112785819A (en) * 2019-11-06 2021-05-11 中国石油化工股份有限公司 High-pressure hydrogen equipment leakage alarm protection system and alarm protection method
DE102019131287A1 (en) * 2019-11-20 2021-05-20 Audi Ag An assembly comprising a storage arrangement and part of the exhaust system of a motor vehicle and motor vehicle with such
CN110911716B (en) * 2019-11-25 2023-01-13 浙江锋源氢能科技有限公司 Constant-voltage activation method of fuel cell stack
DE102021201449A1 (en) 2021-02-16 2022-08-18 Psa Automobiles Sa Sensor arrangement for a hydrogen storage system

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005174745A (en) * 2003-12-11 2005-06-30 Ebara Ballard Corp Operation method of fuel cell system and fuel cell system
JP4665436B2 (en) * 2004-05-19 2011-04-06 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
US20070154745A1 (en) * 2005-12-29 2007-07-05 Michael Penev Purging a fuel cell system
JP5319056B2 (en) * 2006-08-01 2013-10-16 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
GB2453126B (en) * 2007-09-26 2013-02-06 Intelligent Energy Ltd Fuel cell system
JP4591721B2 (en) * 2007-11-21 2010-12-01 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP5229687B2 (en) * 2008-07-04 2013-07-03 スズキ株式会社 Fuel gas supply device for fuel cell system
JP5258912B2 (en) * 2011-01-26 2013-08-07 本田技研工業株式会社 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM
US20130149620A1 (en) 2011-12-09 2013-06-13 Ardica Technologies, Inc. System and method for purging a fuel cell system
CN104487141A (en) * 2012-03-19 2015-04-01 祖迪雅克航空技术公司 Fuel cell devices for fire and/or explosion prevention
KR101646112B1 (en) * 2014-03-24 2016-08-05 현대자동차 주식회사 Solenoid valve for a fuel system
DE102014016961A1 (en) * 2014-11-18 2016-05-19 Daimler Ag Method for producing an oxygen-depleted gas
DE102014018121A1 (en) * 2014-12-09 2016-06-09 Daimler Ag Method for supplying fuel
EP3231032B1 (en) * 2014-12-09 2021-09-15 Zodiac Aerotechnics Autonomous aircraft fuel cell system
US10439239B2 (en) * 2015-06-18 2019-10-08 GM Global Technology Operations LLC Shutdown method of fuel cell stack and fuel cell system therefor

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190034289A (en) 2019-04-01
CN109690852B (en) 2022-03-15
JP2019523533A (en) 2019-08-22
KR102428197B1 (en) 2022-08-02
US10818948B2 (en) 2020-10-27
US20190245228A1 (en) 2019-08-08
CN109690852A (en) 2019-04-26
WO2018019936A1 (en) 2018-02-01
DE102016114103A1 (en) 2018-02-01
JP7126489B2 (en) 2022-08-26
CA3033221A1 (en) 2018-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018019936A1 (en) Explosion-protected fuel cell system and method for deactivating a fuel cell system
DE112005001162B4 (en) The fuel cell system
DE102008013213B3 (en) Process for the catalytic recombination of hydrogen entrained in a gas stream with oxygen and recombination system for carrying out the process
WO2015180746A1 (en) Fuel cell system
DE4141496C2 (en) Venting device with filter for a reactor containment of a nuclear power plant
EP1137895A1 (en) Device and method for converting boil-off gas from cryo fuel tanks
EP3799667B1 (en) Method for treating hydrogen and oxygen-containing residual gases of fuel cells and residual gas treatment system
EP1295351A1 (en) Fuel cell system and a method for operating a fuel cell system
DE102017205642A1 (en) Process for the disposal of fuel and motor vehicle with fuel converter
EP1547184A2 (en) Fuel cell system provided with a cooling circuit
EP1936726B1 (en) Fuel cell assembly and method for operating a fuel cell
WO2010108605A2 (en) Fuel cell system having at least one fuel cell
DE102013003470A1 (en) Fuel cell system for use in providing electrical driving power to vehicle, has housing that comprises vent connection having valves, which is connected to surroundings or balancing volume
EP0569020B1 (en) Device for the safe disposal of a dangerous gas during its transfer
DE102007034148A1 (en) Device for storing inflammable gases such as hydrogen as reaction medium for fuel cell system for motor vehicle, has one or multiple drain pipes, in which emergent inflammable gas passes
DE10262172B4 (en) Onboard fuel cell system in vehicles, includes flow passages through which oxygen-off gas and hydrogen-off gas from fuel cell pass, respectively
DE897772C (en) Control and regulating device for the fuel supply to a catalytic decomposition pressurized gas generator z. B. for starting gas turbines
DE102015106718A1 (en) Device for the treatment of harmful exhaust gases from a vacuum process plant
DE102012018516A1 (en) Device for regulating pressure high-pressure stored gas in fuel cell system for motor car, has pressure regulating valve that is integrated into filter integrated into housing in which overpressure safety valve is integrally formed
DE102012000867A1 (en) Fuel cell system for providing electrical driving power in motor vehicle, has auxiliary cell connected to cathode chamber of fuel cell stack or to inside of housing, and anode chamber of auxiliary cell is connected with hydrogen supply
DE102014005614A1 (en) Fuel cell system with a fuel cell in a housing
DE102011005286B4 (en) Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine
DE102015002024A1 (en) Device for limiting pressure
DE102020215560A1 (en) Method for detecting blockages within a fuel cell system
DE102014210032B4 (en) Fire protection device for lowering an atmospheric oxygen concentration in a protected area of a building

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20190225

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)