WO2023247672A1 - Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems, steuergerät - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems, steuergerät Download PDF

Info

Publication number
WO2023247672A1
WO2023247672A1 PCT/EP2023/066909 EP2023066909W WO2023247672A1 WO 2023247672 A1 WO2023247672 A1 WO 2023247672A1 EP 2023066909 W EP2023066909 W EP 2023066909W WO 2023247672 A1 WO2023247672 A1 WO 2023247672A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
inclination
reference plane
cell system
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/066909
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias FALKENAU
Timo Bosch
Original Assignee
Robert Bosch 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 Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2023247672A1 publication Critical patent/WO2023247672A1/de

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
    • H01M8/04082—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
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • 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
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04179—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by purging or increasing flow or pressure of reactants
    • 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
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel cell system, in particular a mobile fuel cell system or fuel cell vehicle.
  • the invention relates to a control device that is set up to carry out steps of the method.
  • Hydrogen-based fuel cells are considered the mobility concept of the future because they only emit water as exhaust gas and enable quick refueling times.
  • the hydrogen is converted together with oxygen into electrical energy, heat and water.
  • the membrane-electrode arrangement forms the core of a fuel cell. It has a membrane that is coated on both sides with a catalytically active material to form electrodes, an anode and a cathode. Hydrogen is supplied to the anode side and air is supplied to the cathode side as an oxygen supplier.
  • the feed in the stack takes place via media channels that run through the stack and are also called distributors.
  • the gases are removed via additional media channels running through the stack, which are also called collectors.
  • channels running through the stack are provided for a coolant of a cooling circuit, by means of which the heat generated during operation is dissipated.
  • the fuel cell stack can be arranged either standing (fuel cells are aligned orthogonally to the earth's gravity vector) or horizontally (fuel cells are aligned parallel to the earth's gravity vector).
  • the horizontal arrangement of a fuel cell stack places increased demands on the drainage of the fuel cell stack when it is switched off, since water collects at the respective low point and - if the fuel cell stack is at an unfavorable inclination - this can be far away from the exit point of the collector. In this case, drainage cannot be effected by gravity alone.
  • An unfavorable inclination can occur particularly in mobile fuel cell systems if, for example, the vehicle is parked on an incline. If the vehicle is parked in low ambient temperatures, water that collects at the low point can freeze and cause problems when restarting the system.
  • the present invention is concerned with the task of reducing energy consumption when drying the media channels of a fuel cell stack in order to save energy and costs.
  • What is proposed is a method for operating a fuel cell system, in particular a mobile fuel cell system, which has a horizontal position. arranged fuel cell stack with an end face at which media channels for distributing and collecting at least one medium enter and exit.
  • the media channels are dried by applying the at least one medium.
  • the current inclination of the fuel cell stack relative to a reference plane that runs perpendicular to the earth's gravity vector is recorded, and the drying time is determined depending on the current inclination of the fuel cell stack.
  • the proposed method takes into account the current inclination of the fuel cell stack when it is switched off, which can vary, particularly in a mobile fuel cell system. Depending on whether the vehicle is parked on a level or an incline, the inclination of the fuel cell stack changes. Depending on the inclination, the media channels can be dried faster or slower, so that an adapted drying time can reduce energy consumption. Because with a shortened drying time, the application of the respective medium to the media channels can be ended earlier, so that the gas delivery unit required for the application can be switched off earlier.
  • the direction of inclination of the current inclination of the fuel cell stack relative to the reference plane is detected.
  • the vehicle can be parked in such a way that gravity promotes drying of the media channels, so that in this case the drying time can also be reduced.
  • the incline hinders gravity-driven drying of the media channels.
  • the direction of inclination is relevant.
  • the reference plane can be placed through a low point of a media channel to be dried, which is furthest away from the front exit point of the media channel. If the inclination is unfavorable, the exit point is above the reference plane (“+”), and if the inclination is favorable, it is below it. Only in the latter case can Water containing gas can be removed from the media channel by gravity or with the support of gravity, so that the drying time can be shortened.
  • the current inclination of the fuel cell stack relative to the reference plane is recorded during drying and a change in inclination is taken into account when determining the drying time. This is particularly advantageous in mobile fuel cell systems or fuel cell vehicles, since the inclination of the fuel cell stack can change again and again until the vehicle is switched off. The change is recorded and the drying time is adjusted accordingly.
  • cathode-side and/or anode-side media channels can be dried. Since water can occur on both the cathode and anode sides, all media channels are advantageously dried before switching off. This prevents icing in the media channels.
  • the type of media of the media channels to be dried is preferably taken into account when determining the drying time.
  • the water load can be different, so that the drying time can be adjusted accordingly.
  • control unit for a fuel cell system is proposed, which is set up to carry out steps of a method according to the invention.
  • the control unit can be used to control the drying Duration can be controlled depending on the current inclination of the fuel cell stack.
  • the control unit can receive the measurement data from an inclination sensor, with the help of which the current inclination of the fuel cell stack can be detected. The process can therefore be largely automated.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a standing fuel cell stack
  • FIG. 3 shows a schematic longitudinal section through the fuel cell stack of FIG. 1 with an unfavorable inclination
  • Fig. 4 shows a schematic longitudinal section through the fuel cell stack of Figure 1 at a favorable inclination
  • Fig. 5 is a diagram for the graphic representation of the relationship between the inclination of the fuel cell stack and the drying time in the event of shutdown.
  • Figure 1 shows a fuel cell stack 1 for a fuel cell system, which has a plurality of fuel cells 5 stacked one on top of the other, which are supplied with a medium, for example hydrogen, via a media channel 3 (“distributor”) that runs perpendicular to the fuel cells 5.
  • the medium flows through the fuel cells 5 horizontally along the arrows 9.
  • Medium emerging from the fuel cells 5 is removed from the fuel cell stack 1 via a further media channel 4 (“collector”).
  • the media channels 3, 4 run parallel to one another.
  • the media channel 3 enters a lower end face 2 of the fuel cell stack 1. The occurs on the same end face 2 Media channel 4 off again.
  • An anode subsystem 6 with a gas delivery unit 7 and a water separator 8 is arranged below the fuel cell stack 1. With the help of the gas delivery unit 7, the media channel 3 is supplied with the medium.
  • Product water which is discharged with the medium via the media channel 4 is guided into the water separator 8 with the support of gravity.
  • a fuel cell stack 1 arranged horizontally can be seen in FIG.
  • the fuel cells 5 are not arranged one above the other, but rather next to one another.
  • the media channels 3, 4 run perpendicular to the fuel cells 5, i.e. H. horizontal.
  • the anode subsystem 6 is arranged laterally, since the end face 2, on which the media channel 3 enters the fuel cell stack 1 and the media channel 4 exits the fuel cell stack 1, also comes to lie laterally.
  • the media channel 3, which serves as a distributor is arranged at the top and the media channel 4, which serves as a collector, is arranged at the bottom.
  • the fuel cell stack 1 can have an inclination relative to a reference plane E when parked, which runs perpendicular to an earth's gravity vector v (see FIG. 2).
  • the altitude of the reference plane E is selected such that it passes through a low point 10 of the media channel 4. If the media channel 4 runs horizontally, the lower edge of the channel forms the lowest point 10.
  • the fuel cell stack 1 is inclined relative to the reference plane E in such a way that the exit point of the media channel 4 on the end face 2 is clearly above the reference plane E (“+”).
  • water present in the media channel 4 collects at the lowest point 10 under the force of gravity. Gravity thus hinders the drying of the media channel 4 in the event of a shutdown.
  • the fuel cell stack 1 is inclined relative to the reference plane E in such a way that the exit point of the media channel 4 is at the forehead.
  • page 2 is clearly below the reference plane E In this position, gravity supports the drying of media channel 4.
  • the inclination is therefore taken into account in the method according to the invention by setting the drying time depending on the current inclination of the fuel cell stack 1 or by adapting the drying time to the current inclination of the fuel cell stack 1.
  • Fuel cell stack 1 is inclined, or extended, the less favorably the fuel cell stack 1 is inclined.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines mobilen Brennstoffzellensystems, umfassend einen liegend angeordneten Brennstoffzellenstapel (1) mit einer Stirnseite (2), an der Medienkanäle (3, 4) zum Verteilen und Sammeln mindestens eines Mediums ein- und austreten, wobei die Medienkanäle (3, 4) vor dem Abstellen des Brennstoffzellensystems durch Beaufschlagung mit dem mindestens einen Medium getrocknet werden. Erfindungsgemäß wird vor dem Abstellen die aktuelle Neigung des Brennstoffzellenstapels (1) gegenüber einer Referenzebene (E), die senkrecht zum Erdschwerevektor (v) verläuft, erfasst und in Abhängigkeit von der aktuellen Neigung des Brennstoffzellenstapels (1) wird die Trocknungsdauer festgelegt. Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät für ein Brennstoffzellensystem.

Description

Beschreibung
Titel:
Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Steuergerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines mobilen Brennstoffzellensystems bzw. Brennstoffzellenfahrzeugs. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, Schritte des Verfahrens auszuführen.
Stand der Technik
Wasserstoffbasierte Brennstoffzellen gelten als Mobilitätskonzept der Zukunft, da sie nur Wasser als Abgas emittieren und schnelle Betankungszeiten ermöglichen. In den Brennstoffzellen wird der Wasserstoff zusammen mit Sauerstoff in elektrische Energie, Wärme und Wasser gewandelt. Zur Steigerung der elektrischen Leistung werden eine Vielzahl solcher Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel, dem sogenannten „Stack“, zusammengefasst.
Den Kern einer Brennstoffzelle bildet die Membran- Elektroden-Anordnung. Sie weist eine Membran auf, die zur Ausbildung von Elektroden, einer Anode und einer Kathode, beidseitig mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet ist. Der Anodenseite wird Wasserstoff und der Kathodenseite wird Luft als Sauerstofflieferant zugeführt. Die Zuführung im Stack erfolgt über Medienkanäle, die den Stack durchziehen und auch Verteiler genannt werden. Das Abführen der Gase erfolgt über weitere den Stack durchziehende Medienkanäle, die auch Sammler genannt werden. Darüber hinaus sind den Stack durchziehende Kanäle für ein Kühlmittel eines Kühlkreises vorgesehen, mittels dessen die im Betrieb anfallende Wärme abgeführt wird.
Üblicherweise werden alle Medien einschließlich des Kühlmittels an derselben
Stirnseite des Brennstoffzellenstapels zu- und abgeführt, so dass Verteiler und Sammler parallel zueinander sowie senkrecht zu den einzelnen Brennstoffzellen verlaufen. In der Literatur wird diese Art der Durchströmung des Brennstoffzellenstapels auch als Pi-Durchströmung bezeichnet. Der Brennstoffzellenstapel kann dabei sowohl stehend (Brennstoffzellen sind orthogonal zum Erdschwerevektor ausgerichtet) als auch liegend (Brennstoffzellen sind parallel zum Erdschwerevektor ausgerichtet) angeordnet sein.
Die liegende Anordnung eines Brennstoffzellenstapels stellt erhöhte Anforderungen an die Entwässerung des Brennstoffzellenstapels im Abstellfall dar, da sich Wasser am jeweiligen Tiefpunkt sammelt und dieser - bei einer ungünstigen Neigung des Brennstoffzellenstapels - weit entfernt von der Austrittsstelle der Sammler liegen kann. In diesem Fall kann die Entwässerung nicht allein schwerkraftgetrieben bewirkt werden. Eine ungünstige Neigung kann insbesondere bei mobilen Brennstoffzellensystemen auftreten, wenn beispielsweise das Fahrzeug auf einer Schräge abgestellt wird. Wird das Fahrzeug bei tiefen Umgebungstemperaturen abgestellt, kann sich am Tiefpunkt sammelndes Wasser gefrieren und zu Problemen beim erneuten Starten des Systems führen.
Um dies zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, vor dem Abstellen einen Trocknungsprozess einzuleiten, während die Medienversorgung des Brennstoffzellenstapels fortgesetzt wird. Hierzu müssen die kathoden- und anodenseitigen Gasfördereinheiten weiter betrieben werden, was den Energieverbrauch erhöht.
Die vorliegende Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, den Energieverbrauch bei der Trocknung der Medienkanäle eines Brennstoffzellenstapels zu senken, um Energie und Kosten einzusparen.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Steuergerät zur Ausführung von Schritten des Verfahrens angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines mobilen Brennstoffzellensystems, das einen liegend ange- ordneten Brennstoffzellenstapel mit einer Stirnseite umfasst, an der Medienkanäle zum Verteilen und Sammeln mindestens eines Mediums ein- und austreten.
Die Medienkanäle werden vor dem Abstellen des Brennstoffzellensystems durch Beaufschlagung mit dem mindestens einen Medium getrocknet. Erfindungsgemäß wird vor dem Abstellen die aktuelle Neigung des Brennstoffzellenstapels gegenüber einer Referenzebene erfasst, die senkrecht zum Erdschwerevektor verläuft, und in Abhängigkeit von der aktuellen Neigung des Brennstoffzellenstapels wird die Trocknungsdauer festgelegt.
Das vorgeschlagene Verfahren berücksichtigt die aktuelle Neigung des Brennstoffzellenstapels im Abstellfall, die insbesondere bei einem mobilen Brennstoffzellensystem variieren kann. Denn je nachdem, ob das Fahrzeug auf einer Ebene oder einer Schräge abgestellt wird, ändert sich die Neigung des Brennstoffzellenstapels. Abhängig von der Neigung wiederum können die Medienkanäle schneller oder langsamer getrocknet werden, so dass eine hieran angepasste Trocknungsdauer den Energieverbrauch zu senken vermag. Denn bei einer verkürzten Trocknungsdauer kann die Beaufschlagung der Medienkanäle mit dem jeweiligen Medium früher beendet werden, so dass die zur Beaufschlagung benötigte Gasfördereinheit früher abgeschaltet werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Neigungsrichtung der aktuellen Neigung des Brennstoffzellenstapels gegenüber der Referenzebene erfasst wird. Beispielsweise kann das Fahrzeug in der Weise abgestellt werden, dass die Schwerkraft eine Trocknung der Medienkanäle begünstigt, so dass in diesem Fall die Trocknungsdauer ebenfalls reduziert werden kann. Wird das Fahrzeug dagegen in umgekehrter Fahrtrichtung an einer Schräge abgestellt, behindert die Neigung eine schwerkraftgetriebene Trocknung der Medienkanäle. Insofern ist die Neigungsrichtung relevant.
In Kenntnis der Neigungsrichtung kann somit zwischen einer ungünstigen und einer günstigen Neigung des Brennstoffzellenstapels gegenüber der Referenzebene unterschieden werden. Beispielsweise kann die Referenzebene durch einen Tiefpunkt eines zu trocknenden Medienkanals gelegt werden, der am weitesten von der stirnseitigen Austrittsstelle des Medienkanals entfernt liegt. Bei einer ungünstigen Neigung liegt dann die Austrittsstelle über der Referenzebene („+“), bei einer günstigen Neigung darunter Nur im letztgenannten Fall kann im Gas enthaltenes Wasser schwerkraftgetrieben bzw. mit Unterstützung der Schwerkraft aus dem Medienkanal entfernt werden, so dass die Trocknungsdauer verkürzt werden kann.
Hieraus folgt, dass je ungünstiger die aktuelle Neigung des Brennstoffzellenstapels gegenüber der Referenzebene ist, desto länger wird der Brennstoffzellenstapel getrocknet. Das heißt, dass nicht mehr Energie verbraucht wird, als unbedingt nötig.
Zur weiteren Senkung des Energieverbrauchs wird vorgeschlagen, dass bei einer günstigen Neigung der Brennstoffzellenstapels gegenüber der Referenzebene die Trocknung allein schwerkraftgetrieben durchgeführt wird. Das heißt, dass eine Gasfördereinheit zur Beaufschlagung der Medienkanäle mit dem jeweiligen Medium abgeschaltet wird.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die aktuelle Neigung des Brennstoffzellenstapels gegenüber der Referenzebene während der Trocknung erfasst und eine Änderung der Neigung bei der Festlegung der Trocknungsdauer berücksichtigt wird. Dies ist insbesondere bei mobilen Brennstoffzellensystemen bzw. Brennstoffzellenfahrzeugen von Vorteil, da sich die Neigung des Brennstoffzellenstapels bis zum Abstellen des Fahrzeugs immer wieder ändern kann. Die Änderung wird erfasst und die Trocknungsdauer entsprechend angepasst.
Im Abstellfall können kathodenseitige und/oder anodenseitige Medienkanäle getrocknet werden. Da Wasser sowohl kathoden- als auch anodenseitig anfallen kann, werden vorteilhafterweise alle Medienkanäle vor dem Abstellen getrocknet. Dadurch werden Vereisungen in den Medienkanälen vermieden.
Ferner bevorzugt wird die Medienart der zu trocknenden Medienkanäle bei der Festlegung der Trocknungsdauer berücksichtigt. Denn je nach Medium kann die Wasserbeladung unterschiedlich hoch sein, so dass die Trocknungsdauer hieran angepasst werden kann.
Darüber hinaus wird ein Steuergerät für ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, das dazu eingerichtet ist, Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Beispielsweise kann mit Hilfe des Steuergeräts die Trocknungs- dauer in Abhängigkeit von der aktuellen Neigung des Brennstoffzellenstapels gesteuert werden. Hierzu kann das Steuergerät die Messdaten eines Neigungssensors empfangen, mit dessen Hilfe die aktuelle Neigung des Brennstoffzellenstapels erfassbar ist. Das Verfahren kann somit weitgehend automatisiert werden.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen stehenden Brennstoffzellenstapel,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen liegenden Brennstoffzellenstapel,
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch den Brennstoffzellenstapel der Figur 1 bei ungünstiger Neigung,
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch den Brennstoffzellenstapel der Figur 1 bei günstiger Neigung und
Fig. 5 ein Diagramm zur grafischen Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Neigung des Brennstoffzellestapels und der Trocknungsdauer im Abstellfall.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt einen Brennstoffzellenstapel 1 für ein Brennstoffzellensystem, der mehrere übereinander gestapelte Brennstoffzellen 5 aufweist, die über einen senkrecht zu den Brennstoffzellen 5 verlaufenden Medienkanal 3 („Verteiler“) mit einem Medium, beispielsweise Wasserstoff, versorgt werden. Die Brennstoffzellen 5 werden von dem Medium horizontal entlang der Pfeile 9 durchströmt. Aus den Brennstoffzellen 5 austretendes Medium wird über einen weiteren Medienkanal 4 („Sammler“) aus dem Brennstoffzellenstapel 1 abgeführt. Die Medienkanäle 3, 4 verlaufen parallel zueinander. Der Medienkanal 3 tritt an einer unteren Stirnseite 2 des Brennstoffzellenstapels 1 ein. An derselben Stirnseite 2 tritt der Medienkanal 4 wieder aus. Unterhalb des Brennstoffzellenstapels 1 ist ein Anodensubsystem 6 mit einer Gasfördereinheit 7 und einem Wasserabscheider 8 angeordnet. Mit Hilfe der Gasfördereinheit 7 wird der Medienkanal 3 mit dem Medium beaufschlagt. Produktwasser, das mit dem Medium über den Medienkanal 4 abgeführt wird, wird mit Unterstützung der Schwerkraft in den Wasserabscheider 8 geleitet.
Der Figur 2 ist ein liegend angeordneter Brennstoffzellenstapel 1 zu entnehmen. Die Brennstoffzellen 5 sind in diesem Fall nicht übereinander, sondern nebeneinander liegend angeordnet. Die Medienkanäle 3, 4 verlaufen senkrecht zu den Brennstoffzellen 5, d. h. horizontal. Das Anodensubsystem 6 ist seitlich angeordnet, da auch die Stirnseite 2, an welcher der Medienkanal 3 in den Brennstoffzellenstapel 1 eintritt und der Medienkanal 4 aus dem Brennstoffzellenstapel 1 austritt seitlich zu liegen kommt. Um die Schwerkraft beim Durchströmen der Brennstoffzellen 5 nutzen zu können (siehe Pfeile 9), ist der als Verteiler dienende Medienkanal 3 obenliegend und der als Sammler dienende Medienkanal 4 untenliegend angeordnet.
Wie beispielhaft in den Figuren 3 und 4 dargestellt, kann der Brennstoffzellenstapel 1, insbesondere in mobilen Anwendungen, beim Abstellen eine Neigung gegenüber einer Referenzebene E aufweisen, die senkrecht zu einem Erdschwerevektor v verläuft (siehe Figur 2). Die Höhenlage der Referenzebene E ist vorliegend derart gewählt, dass sie durch einen Tiefstpunkt 10 des Medienkanals 4 führt. Bei einem horizontalen Verlauf des Medienkanals 4 bildet die Unterkante des Kanals den Tiefstpunkt 10 aus.
Im Beispiel der Figur 3 ist der Brennstoffzellenstapel 1 gegenüber der Referenzebene E derart geneigt, dass die Austrittsstelle des Medienkanals 4 an der Stirnseite 2 deutlich oberhalb der Referenzebene E liegt („+“). In dieser Lage sammelt sich im Medienkanal 4 vorhandenes Wasser schwerkraftgetrieben am Tiefstpunkt 10. Die Schwerkraft behindert somit die Trocknung des Medienkanals 4 im Abstellfall.
Im Beispiel der Figur 4 ist der Brennstoffzellenstapel 1 gegenüber der Referenzebene E derart geneigt, dass die Austrittsstelle des Medienkanals 4 an der Stirn- seite 2 deutlich unterhalb der Referenzeben E liegt
Figure imgf000009_0001
In dieser Lage unterstützt die Schwerkraft die Trocknung des Medienkanals 4.
Es macht demnach einen Unterschied, ob der Brennstoffzellenstapel 1 beim Ab- stellen bzw. beim Trocknen vor dem Abstellen ungünstig oder günstig geneigt ist.
Die Neigung wird daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt, indem die Trocknungsdauer abhängig von der aktuellen Neigung des Brennstoffzellenstapels 1 festgelegt wird bzw. die Trocknungsdauer an die aktuelle Neigung des Brennstoffzellenstapels 1 angepasst wird.
In der Figur 5 ist beispielhaft der Zusammenhang zwischen der Neigung des Brennstoffzellenstapels 1 von günstig geneigt („-") bis ungünstig geneigt („+“) und der Trocknungsdauer t dargestellt. Ausgehend von einer mittleren Trocknungsdauer tm für den Fall, dass der Brennstoffzellenstapel 1 keine Neigung bzw. eine Neigung von 0° aufweist, wird die Trocknungsdauer verkürzt, je günstiger der
Brennstoffzellenstapel 1 geneigt ist, oder verlängert, je ungünstiger der Brennstoffzellenstapel 1 geneigt ist.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines mobilen Brennstoffzellensystems, umfassend einen liegend angeordneten Brennstoffzellenstapel (1) mit einer Stirnseite (2), an der Medienkanäle (3, 4) zum Verteilen und Sammeln mindestens eines Mediums ein- und austreten, wobei die Medienkanäle (3, 4) vor dem Abstellen des Brennstoffzellensystems durch Beaufschlagung mit dem mindestens einen Medium getrocknet werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abstellen die aktuelle Neigung des Brennstoffzellenstapels (1) gegenüber einer Referenzebene (E), die senkrecht zum Erdschwerevektor (v) verläuft, erfasst wird und in Abhängigkeit von der aktuellen Neigung des Brennstoffzellenstapels (1) die Trocknungsdauer festgelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungsrichtung der aktuellen Neigung des Brennstoffzellenstapels (1) gegenüber der Referenzebene (E) erfasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer ungünstigen und einer günstigen Neigung des Brennstoffzellenstapels (1) gegenüber der Referenzebene (E) unterschieden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass je ungünstiger die aktuelle Neigung des Brennstoffzellenstapels (1) gegenüber der Referenzebene (E) ist, desto länger der Brennstoffzellenstapel (1) getrocknet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer günstigen Neigung der Brennstoffzellenstapels (1) gegenüber der Referenzebene (E) die Trocknung allein schwerkraftgetrieben durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Neigung des Brennstoffzellenstapels (1) gegenüber der Referenzebene (E) während der Trocknung erfasst und eine Änderung der Neigung bei der Festlegung der Trocknungsdauer berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstellfall kathodenseitige und/oder anoden- seifige Medienkanäle (3, 4) getrocknet werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Medienart der zu trocknenden Medienkanäle (3, 4) bei der Festlegung der Trocknungsdauer berücksichtigt wird.
9. Steuergerät für ein Brennstoffzellensystem, das dazu eingerichtet ist, Schritte eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
PCT/EP2023/066909 2022-06-22 2023-06-22 Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems, steuergerät WO2023247672A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022206259.0A DE102022206259A1 (de) 2022-06-22 2022-06-22 Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Steuergerät
DE102022206259.0 2022-06-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023247672A1 true WO2023247672A1 (de) 2023-12-28

Family

ID=87002949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/066909 WO2023247672A1 (de) 2022-06-22 2023-06-22 Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems, steuergerät

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022206259A1 (de)
WO (1) WO2023247672A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10314820A1 (de) * 2003-04-01 2004-12-02 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Verfahren zum Verhindern der Einfrierung von Wasser im Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems sowie Brennstoffzellensystem
DE102018106027A1 (de) * 2017-03-22 2018-09-27 Ford Global Technologies, Llc Zeitgesteuerter patronenheizkörper für brennstoffzellenausscheidungsablass
DE102017221244A1 (de) * 2017-07-17 2019-01-17 Hyundai Motor Company Verfahren zum steuern eines brennstoffzellenfahrzeugs

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5041266B2 (ja) 2005-12-19 2012-10-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び移動体
KR101099413B1 (ko) 2006-11-06 2011-12-27 도요타 지도샤（주） 연료 전지 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10314820A1 (de) * 2003-04-01 2004-12-02 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Verfahren zum Verhindern der Einfrierung von Wasser im Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems sowie Brennstoffzellensystem
DE102018106027A1 (de) * 2017-03-22 2018-09-27 Ford Global Technologies, Llc Zeitgesteuerter patronenheizkörper für brennstoffzellenausscheidungsablass
DE102017221244A1 (de) * 2017-07-17 2019-01-17 Hyundai Motor Company Verfahren zum steuern eines brennstoffzellenfahrzeugs

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022206259A1 (de) 2023-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112004002279T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Starten desselben
DE102017200672A1 (de) Verfahren und Steuereinheit zur Konditionierung eines Brennstoffzellenstapels
DE102013225368A1 (de) Brennstoffzellensystem und verfahren zum befeuchten und kühlen desselben
DE102013110593A1 (de) Fahrzeuganwendung für eine Luftspeicherkathodenkohlenstoffverlustabschätzung
DE102010048253B4 (de) Verfahren zur Rekonditionierung eines Brennstoffzellenstapels
DE102013218144A1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellensystems
DE112009005042T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
DE102012110561B4 (de) Adaptive Begrenzung des Stand-By-Betriebs zur Erhöhung der Brennstoffzellensystemlebensdauer
DE102013100400A1 (de) Reaktantenregelungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem im Leerlauf-Stopp-Betrieb
WO2023247672A1 (de) Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems, steuergerät
EP2583341A1 (de) Vorrichtung zur befeuchtung von anodengas
DE102018132755A1 (de) System und verfahren zur mea-konditionierung in einer brennstoffzelle
DE102008009130B4 (de) Verfahren zum Reduzieren flüssiger Wassertröpfchen in einem Anodeneinlass zu einem Brennstoffzellenstapel und entsprechend ausgebildetes Brennstoffzellensystem
DE102019216656A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Steuergerät
DE102019205809A1 (de) Flussfeldplatte, Brennstoffzellenstapel mit einer Flussfeldplatte und Brennstoffzellensystem
DE102022208444A1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
DE102021102196B4 (de) Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzelle und Brennstoffzellensystem
DE102022212223A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102022204241A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Befeuchten von Kathodenluft in einem Brennstoffzellensystem, Brennstoffzellensystem
WO2024104771A1 (de) Verfahren zum trocknen eines brennstoffzellensystems
DE102018208989A1 (de) Verfahren zum Befeuchten eines Reaktanten und Brennstoffzellensystem zur Durchführung des Verfahrens
DE112004001990T5 (de) Brennstoffzellenstapel mit reduziertem Volumen
DE102021211581A1 (de) Verdunstungskühlung eines Kühlers mithilfe von Produktwasser aus mindestens einem Brennstoffzellensystem
DE102022205575A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Steuergerät
DE102021209557A1 (de) Brennstoffzelle sowie Brennstoffzellenstapel

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23734959

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1