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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren zur Verbesserung
der Inbetriebnahmezuverlässigkeit
eines Brennstoffzellensystems und insbesondere ein System und ein
Verfahren zur Verbesserung der Inbetriebnahmezuverlässigkeit
eines Brennstoffzellensystems durch Bereitstellung einer Hochfrequenzwiderstandsmessung
(HFR) des Brennstoffzellenstapels, wobei das System und das Verfahren
eine Kathodenluftkompressorströmung
reduzieren und/oder eine Stapellast für einen Stapelstromfluss bereitstellen,
um ein Trocknen der Membran zu reduzieren und/oder eine Membranbefeuchtung
zu erhöhen.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Wasserstoff
ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet
werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle
zu erzeugen. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische
Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt
dazwischen aufweist. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf, und die
Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird
in der Anode aufgespalten, um freie Wasserstoffprotonen und Elektronen
zu erzeugen. Die Wasserstoffprotonen gelangen durch den Elektrolyt
an die Kathode. Die Wasserstoffprotonen reagieren mit dem Sauerstoff
und den Elektronen in der Kathode, um Wasser zu erzeugen. Die Elektronen
von der Anode können
nicht durch den Elektrolyt gelangen und werden somit durch eine
Last geführt,
in der sie Arbeit verrichten, bevor sie an die Kathode geliefert werden.
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Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen
(PEMFC) stellen eine populäre
Brennstoffzelle für Fahrzeuge
dar. Die PEMFC weist allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran
auf, wie eine Perfluorsulfonsäuremembran.
Die Anode und die Kathode weisen typischerweise fein geteilte katalytische
Partikel auf, gewöhnlich
Platin (Pt), die auf Kohlenstoffpartikeln geträgert und mit einem Ionomer
gemischt sind. Die katalytische Mischung wird auf entgegengesetzten
Seiten der Membran aufgetragen. Die Kombination der katalytischen
Anodenmischung, der katalytischen Kathodenmischung und der Membran
definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA). MEAs sind relativ
teuer herzustellen und erfordern bestimmte Bedingungen für einen
effektiven Betrieb.
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Typischerweise
werden mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel
kombiniert, um die gewünschte
Leistung zu erzeugen. Beispielsweise kann ein typischer Brennstoffzellenstapel
für ein Fahrzeug
zweihundert oder mehr gestapelte Brennstoffzellen aufweisen. Der
Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodeneingangsgas, typischerweise eine
Luftströmung
auf, die durch den Stapel über
einen Verdichter bzw. Kompressor getrieben wird. Es wird nicht der
gesamte Sauerstoff von dem Stapel verbraucht, und ein Teil der Luft
wird als ein Kathodenabgas ausgegeben, das Wasser als ein Stapelnebenprodukt
enthalten kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffeingangsgas
auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
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Der
Brennstoffzellenstapel weist eine Serie von bipolaren Platten auf,
die zwischen den verschiedenen MEAs in dem Stapel positioniert sind,
wobei die bipolaren Platten und die MEAs zwischen zwei Endplatten
positioniert sind. Die bipolaren Platten weisen eine Anodenseite
und eine Kathodenseite für benachbarte
Brennstoffzellen in dem Stapel auf. An der Anodenseite der bipolaren
Platten sind Anodengasströmungskanäle vorgesehen,
die ermöglichen, dass
das Anodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. An der Kathodenseite
der bipolaren Platten sind Kathodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen,
dass das Kathodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann.
Eine Endplatte weist Anodengasströmungskanäle auf, und die andere Endplatte
weist Kathodengasströmungskanäle auf.
Die bipolaren Platten und Endplatten bestehen aus einem leitenden
Material, wie rostfreiem Stahl oder einem leitenden Komposit bzw. Verbundmaterial.
Die Endplatten leiten die von den Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität aus dem
Stapel heraus. Die bipolaren Platten weisen auch Strömungskanäle auf,
durch die ein Kühlfluid
strömt.
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Wie
es in der Technik gut verständlich
ist, arbeiten Brennstoffzellenmembranen mit einer bestimmten relativen
Feuchte (RF), so dass der Innenwiderstand über die Membran niedrig genug
ist, um effektiv Protonen zu leiten. Die relative Feuchte des Kathodenauslassgases
von dem Brennstoffzellenstapel wird auf eine gewünschte relative Feuchte der Membranen
durch Steuerung verschiedener Stapelbetriebsparameter, wie Stapeldruck,
Temperatur, Kathodenstöchiometrie
sowie der relativen Feuchte der Kathodenluft in den Stapel hinein
gesteuert.
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Die
Endzellen in einem Brennstoffzellenstapel weisen typischerweise
eine andere Leistungsfähigkeit
und Empfindlichkeit gegenüber
Betriebsbedingungen auf, als die anderen Zellen in dem Stapel. Insbesondere
befinden sich die Endzellen an einer Stelle, die den umliegenden
Temperaturumge bungen des Stapels am nächsten ist, und besitzen somit
einen Temperaturgradienten, der zur Folge hat, dass diese aufgrund
von Wärmeverlusten
bei einer geringeren Temperatur arbeiten. Da die Endzellen typischerweise
kälter
als der Rest der Zellen in dem Stapel sind, kondensiert gasförmiges Wasser
leichter in flüssiges
Wasser, so dass die Endzellen eine höhere relative Feuchte besitzen,
was zur Folge hat, dass sich leichter Wassertröpfchen in den Strömungskanälen der
Endzellen bilden. In der Technik ist es bekannt, die Endzellen eines
Brennstoffzellenstapels unter Verwendung von Widerstandsheizeinrichtungen
zu erwärmen,
die zwischen der Endeinheit und der unipolaren Platte positioniert
sind, um so Wärmeverluste
zu kompensieren.
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Es
ist gezeigt worden, dass, je länger
ein Brennstoffzellensystem abgeschaltet gewesen ist, um so weniger
zuverlässig
die nächste
Systeminbetriebnahme ist. Insbesondere sieht eine Systeminbetriebnahme,
nachdem das Brennstoffzellensystem für eine signifikante Zeitdauer
abgeschaltet gewesen ist, typischerweise ein Auftreten eines Fehlschlagens einer
Inbetriebnahme infolgedessen vor, dass eine oder mehrere der Zellen
in dem Brennstoffzellenstapel nicht mehr in der Lage sind, die erforderliche Strommenge
zu leiten. Es ist vorgeschlagen worden, dass einer der hierzu beitragenden
Faktoren für
einen derartigen Stapelausfall bei Systeminbetriebnahme das Ergebnis
des hohen Widerstandes der Membran in der Brennstoffzelle ist, der
ein direktes Ergebnis ihrer Fähigkeit
zum Leiten der Protonen ist. Es ist eingebracht worden, dass dieser
hohe Membranwiderstand ein Ergebnis dessen ist, dass die Membran zu
trocken ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung sind ein System und ein Verfahren zur
Verbesserung der Inbetriebnahmezuverlässigkeit eines Brennstoffzellensystems
offenbart. Das Verfahren umfasst, dass bestimmt wird, ob der Widerstand
der Membranen in einem Brennstoffzellenstapel zu hoch ist, wo die
Zuverlässigkeit
der Systeminbetriebnahme reduziert ist, und wenn dies der Fall ist,
eine oder mehrere Abhilfeaktionen bereitgestellt werden, um zu helfen
sicherzustellen, dass die Inbetriebnahme zuverlässiger wird. Bei einer Ausführungsform
bestimmen das System und das Verfahren, dass die Brennstoffzellenmembranen
zu trocken sind, auf Grundlage dessen, ob eine Hochfrequenzwiderstandsmessung
des Brennstoffzellenstapels eine vorbestimmte HFR-Schwelle überschreitet.
Wenn die HFR-Schwelle nicht überschritten
worden ist, dann wird einer normalen Inbetriebnahmevorgehensweise mit
der Bestätigung
gefolgt, dass der Widerstand der Membran niedrig genug ist, um einen
zuverlässigen Start
bereitzustellen. Wenn die HFR-Schwelle überschritten worden ist, wird
eine spezielle Inbetriebnahmevorgehensweise verwendet, die die Zuverlässigkeit,
dass die Inbetriebnahme erfolgreich ist, erhöht. Die spezielle Inbetriebnahmevorgehensweise
umfasst verschiedene Aktionen, die verhindern helfen können, dass
die Membranen weiter austrocknen und/oder die die Membranfeuchte
erhöhen.
Um die Membranen vor einer weiteren Austrocknung zu schützen, kann
ein geringerer Kathodenluftdurchfluss bereitgestellt werden, als
während
der normalen Inbetriebnahmevorgehensweise, um den Trocknungseffekt
der Kathodenluft auf die Membranen zu reduzieren. Ferner kann eine
interne Stapellast, beispielsweise Endzellenheizer, während der
speziellen Inbetriebnahmevorgehensweise eingeschaltet werden, so
dass ein Stromfluss durch den Stapel Wasser erzeugen kann, das die
Stapelfeuchte erhöht.
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Zusätzliche
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
und den angefügten
Ansprüchen
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein schematisches Blockschaubild eines Brennstoffzellensystems;
und
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2 ist
ein Diagramm, das verschiedene Parameter des Brennstoffzellensystems
bei Systeminbetriebnahme zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
folgende Diskussion der Ausführungsformen
der Erfindung, die auf einen Prozess zur Änderung von Inbetriebnahmevorgehensweisen
eines Brennstoffzellensystems, um eine Zuverlässigkeit einer Systeminbetriebnahme
zu erhöhen,
in Ansprechen auf eine Bestimmung gerichtet ist, dass Membranen
in dem Brennstoffzellenstapel zu trocken sein können und einen zu hohen Widerstand
aufweisen können,
ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die
Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
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1 ist
ein schematisches Blockschaubild eines Brennstoffzellensystems 10,
das einen Brennstoffzellenstapel 12 aufweist. Das System 10 weist auch
einen von einem Motor 16 betriebenen Kompressor bzw. Verdichter 14 auf,
der eine Kathodeneinlassluftströmung
auf einer Kathodeneingangsleitung 18 zu dem Stapel 12 liefert.
Ein Kathodenabgas wird auf einer Kathodenabgasleitung 20 ausgegeben.
In der Kathodeneingangsleitung 18 ist eine Wasserdampfübertragungs-(WVT)-Einheit 22 vorgesehen,
um die Kathodenluftströmung
auf eine Art und Weise zu befeuchten, die dem Fachmann gut bekannt
ist. Obwohl es nicht speziell gezeigt ist, wird die Feuchte für die WVT-Einheit 22 typischerweise
durch das Kathodenabgas bereitgestellt. Eine Wasserstoffquelle 24 liefert
frischen trockenen Wasserstoff an die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 auf
einer Anodeneingangsleitung 26, wobei ein Anodenabgas von
dem Stapel 12 auf einer Anodenabgasleitung 28 ausgegeben
wird.
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Beim
Abschalten des Systems 10 werden die Kathoden- und Anodenströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel 12 typischerweise
gespült,
um überschüssiges Wasser
darin zu entfernen und eine relative Feuchte des Stapels bereitzustellen,
die für die
nächste
Systeminbetriebnahme geeignet ist. Um diese Spülung vorzusehen, ist ein Spülventil 30 in
einer Spülleitung 32 vorgesehen,
die die Kathodeneingangsleitung 18 mit der Anodeneingangsleitung 26 verbindet,
so dass Luft von dem Kompressor 14 an sowohl die Kathoden-
als auch Anodenströmungskanäle in dem
Brennstoffzellenstapel 12 geführt werden kann, wenn das Ventil 30 offen
ist. Die Wasserstoffquelle 24 wird während der Spülung durch
das Ventil 34 abgeschlossen.
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Der
Brennstoffzellenstapel 12 umfasst Endzellenheizer 36 und 38,
die die Endzellen des Stapels 12 während bestimmter Betriebsbedingungen
aus Gründen,
die dem Fachmann gut bekannt sind, erwärmen. Ferner umfasst das System 10 eine
interne Stapellast 40, beispielsweise einen Widerstand,
die eine Last an dem Stapel 12 bereitstellt, um eine Stromentnahme
von dem Stapel 12 aus Gründen, die nachfolgend detailliert
beschrieben sind, vorzusehen. Ein Controller 44 steuert
die verschiedenen Systemkomponenten, die oben beschrieben wurden, einschließlich den
Motor 16, die Endzellenheizer 36 und 38 und
einen Schalter 42, der die Last 40 selektiv über den
Stapel 12 schaltet.
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Wie
oben beschrieben ist, ist es allgemein notwendig, die Stapelfeuchte
zu steuern, so dass die Membranen in dem Stapel 12 die
richtige elektrische Leitfähigkeit
besitzen, die Strömungskanäle jedoch nicht
durch Eis blo ckiert werden, wenn das Wasser im heruntergefahrenen
Zustand des Systems gefriert. Eine Technik zum Messen der Membranbefeuchtung
ist im Stand der Technik als eine Hochfrequenzwiderstands-(HFR)-Befeuchtungsmessung bekannt.
HFR-Befeuchtungsmessungen werden durch Bereitstellung einer Hochfrequenzkomponente an
der elektrischen Last des Stapels 12 erzeugt, so dass ein
Hochfrequenzbrumm an dem Stromausgang des Stapels 12 erzeugt
wird. Anschließend
wird der Widerstand der Hochfrequenzkomponente von einem Detektor 46 gemessen,
der eine Funktion des Niveaus der Befeuchtung der Membranen in dem Stapel 12 ist.
Bei einer der Ausführungsformen,
die nachfolgend beschrieben ist, weist das System 10 keinen
Detektor 46 auf.
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Das
Brennstoffzellensystem 10 umfasst einen einzelnen Stapel 12,
wie oben diskutiert ist. In der Technik ist es bekannt, Brennstoffzellenstapel
in einem Brennstoffzellensystem in zwei oder mehr Unterstapel zu
teilen, da die Anzahl von Brennstoffzellen, die benötigt wird,
damit ein Brennstoffzellenstapel ausreichend Leistung für Kraftfahrzeugzwecke erzeugt,
signifikant ist, was Strömungsverteilungsprobleme
erzeugt. Bei bestimmten Konstruktionen von Brennstoffzellensystemen
wird ein Anodenströmungswechsel
verwendet, wie dem Fachmann bekannt ist, bei dem das Anodengas zwischen
zwei geteilten Unterstapeln hin und herströmt. Für die Zwecke der nachfolgenden
Diskussion ist der Brennstoffzellenstapel 12 ein geteilter
Stapel, der einen Unterstapel A und einen Unterstapel B umfasst.
Dem Fachmann sei jedoch angemerkt, dass dies lediglich zu Beschreibungszwecken
dient, da der Stapel 12 ein einzelner Stapel oder eine
beliebige geeignete Anzahl von geteilten Stapeln sein kann.
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Eine
bekannte Inbetriebnahmevorgehensweise für Brennstoffzellensysteme führt ein
Ausblasen und Spülen
der Sammelleitung von Wasserstoff auf der Anodenseite des Stapels 12 durch.
Der Prozess steigert dann die Lieferung von Luft zu der Kathode
von dem Kompressor 14, und fährt nach einer gewissen Zeit
damit fort, die Schütze
zu schließen, die
ermöglichen,
dass der Stapel 12 mit Systemlasten verbunden wird. Daraufhin
folgt kurz danach, dass das System 10 in den Betriebszustand
eintritt, bei dem das Fahrzeug betrieben werden kann. Bei bestimmten
Ereignissen unter bestimmten Bedingungen können kurz nach dem Eintreten
in den Betriebszustand einige der Zellenspannungen in dem Stapel unter
der Last zusammenbrechen und zu einem Schnellstopp oder einer Abschaltung
des Systems 10 führen.
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2 ist
ein Diagramm mit der Zeit an der horizontalen Achse und verschiedenen
anwendbaren Einheiten an der vertikalen Achse, das eine Anzahl von
Parametern eines Brennstoffzellensystems bei einer Systeminbetriebnahme
zeigt. Diese Werte, die durch die Diagrammlegende bezeichnet sind, umfassen
den HFR des Unterstapels A (StkA_HFR), die Endzellenheizer-Einschaltzeit
bzw. -dauer (EndCellHeater_DC), den Inbetriebnahmezustand (FCS_State),
die durchschnittliche Zellen-spannung für Unterstapel B (StkB_AvgCellVlt),
den HFR des Unterstapels B (StkB_HFR), den Stapelstrom (StkCurr),
die durchschnittliche Zellenspannung des Unterstapels A (StkA_AvgCellVlt),
die minimale Zellenspannung des Unterstapels B (StkB-MinCellVlt),
die Kathodenluftversorgung (CathodeAirFlow) und die minimale Zellenspannung
für den
Unterstapel A (StkA_MinCellVlt).
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Während der
in dem Diagramm definierten Inbetriebnahmevorgehensweise schlug
die Inbetriebnahme infolgedessen fehl, dass der HFR der Unterstapel
A und/oder B zu hoch war. Die vorliegende Erfindung schlägt vor,
dass ein HFR-Wert von größer als
120 Milliohm eine fehlgeschlagene Systeminbetriebnahme bewirkt,
was in dem Diagramm nach dem Zeitpunkt 13 gezeigt ist.
Obwohl das System während
dieser Inbetriebnahme sequenz nicht erfolgreich gestartet worden
ist, wurde zwischen den Zeitpunkten 5 und 7 ein
Strom erzeugt. Infolge dieses Stromes wurde Wasser von dem Stapel 12 erzeugt,
das anschließend
dazu diente, um den Stapel-HFR
zu reduzieren, wie durch die StkA_HFR- und StkB_HFR-Diagrammlinien gezeigt
ist, nachdem der Strom erzeugt wurde. Jedoch kehrten, da der Stromfluss
begrenzt und temporär
war, die HFR-Werte für einen
oder beide der Unterstapel A und B zu Werten gut über 120
Milliohm zurück.
Ferner zeigt das Diagramm, dass die Kathodenluftversorgung hoch
war, wodurch ein Austrocknungseffekt auf die Zellenmembranen bewirkt
wurde.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
ein System und ein Verfahren zur Bestimmung vor, ob der HFR der
Zellenmembranen zu hoch sein kann, was die Wahrscheinlichkeit einer
fehlgeschlagenen Systeminbetriebnahme erhöht. Wenn das Brennstoffzellensystem
bestimmt, dass die HFR-Messung
nicht zu hoch ist, was bedeutet, dass die Zellenmembranen nicht
zu trocken sind, dann geht das System in seine normale Inbetriebnahmevorgehensweise.
Wenn das System jedoch bestimmt, dass der HFR zu hoch ist, dann
geht das System in eine spezielle Inbetriebnahmevorgehensweise,
die umfasst, das Abhilfeaktionen unternommen werden, um ein weiteres
Austrocknen der Membranen zu reduzieren und/oder das Feuchteniveau
der Membranen zu erhöhen.
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Gemäß der Erfindung
können
verschiedene Techniken dazu verwendet werden, um aufgrund der verstrichenen
Zeit zu bestimmen, ob das Feuchteniveau der Membranen wahrscheinlich
eine fehlgeschlagene Inbetriebnahme bewirkt. Das System 10 umfasst
den Detektor 46 zum Messen des HFR des Brennstoffzellenstapels 12.
Daher kann der Controller 44 bei Systeminbetriebnahme,
wenn er bestimmt, dass der HFR des Stapels 12 über einem
vorbestimmten Schwellenwert liegt, beispielsweise 120 Milli ohm,
in die spezielle Inbetriebnahmevorgehensweise gehen, die die Abhilfeaktionen
umfasst.
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Eine
Analyse mehrerer fehlgeschlagener Starts nach einer längeren Abschaltzeit
hat gezeigt, dass der HFR während
der Inbetriebnahme tendenziell hoch ist. Dies entspricht einer geringen
Membranbefeuchtung und seinerseits einer geringeren Leitfähigkeit über die
Membran. Die richtige Befeuchtung der Membranen ist dafür entscheidend,
dass die Membran eine Last über
diese unterstützt.
Die vorliegende Erfindung nimmt den HFR während der Inbetriebnahme ab,
wenn er als gültig
angenommen wird. Das Gesamtziel besteht darin, den HFR-Wert auf
irgendein Niveau zu bringen, das einem bekannten Wert entspricht,
bei dem die Membran in der Lage ist, eine gewisse Last zu unterstützen. Bei
der gegenwärtigen
Inbetriebnahmestrategie ist während
des entscheidenden Punkts, bei dem der HFR gemessen werden muss,
die HFR-Messung nicht mehr verfügbar.
Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass kein
sich durch den Stapel ausbreitender Strom vorhanden ist, der für HFR-Messungen
notwendig ist. Es kann die letzte bekannte gute HFR-Messung als
ein geschätzter
HFR verwendet werden.
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Eine
der Abhilfeaktionen kann umfassen, dass die Menge an Kathodenluft
reduziert wird, die an die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 auf
der Eingangsleitung 18 durch den Kompressor 14 während der
Inbetriebnahmevorgehensweise geliefert wird. Der Brennstoffzellenstapel 12 benötigt Luft, um
Strom zu erzeugen. Bekannte Inbetriebnahmevorgehensweisen des Brennstoffzellensystems
verwenden typischerweise eine Kathodenluftströmung durch den Kompressor 14 von
etwa 30 Gramm/Sekunde. Eine derartige Luftmenge ist signifikant
und besitzt eine hohe Austrocknungswirkung auf die Membranen in
dem Stapel 12. Durch Reduzierung dieser Luftströmung, beispielsweise
auf 5–10 Gramm/Sekunde
ist der Austrocknungseffekt signifikant reduziert, jedoch ist immer
noch ausreichend Kathodenluft vorhanden, um zu ermöglichen,
dass der Stapel 12 einen gewissen Strom erzeugen kann, sicherlich
genug für
die Systeminbetriebnahme.
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Eine
andere Abhilfeaktion, um eine fehlgeschlagene Systeminbetriebnahme
zu verhindern, kann sein, dass Stapelstrom während der Inbetriebnahmevorgehensweise
erzeugt wird, was Wasser erzeugt, das eine Membranfeuchte bereitstellt.
Bei einer bekannten Systeminbetriebnahmevorgehensweise werden die
Endzellenheizer 36 und 38 für eine begrenzte Zeitdauer
als Teil des Aufwärmprozesses des
Brennstoffzellenstapels 12 betrieben. Der Strom, der von
den Unterstapeln A und B zum Betrieb der Endzellenheizer 36 und 38 erzeugt
wird, ist in dem Diagramm zwischen den Zeitpunkten 5 und 7 gezeigt,
wie oben erwähnt
ist. Jedoch kann es sein, dass, wie von dem Diagramm in 2 gezeigt
ist, diese begrenzte Menge an Stapelstrom, um die Endzellenheizer 36 und 38 anzutreiben,
nicht ausreichend Wasser erzeugt, um ein Fehlschlagen der Inbetriebnahme
zu verhindern. Daher kann diese Abhilfeaktion umfassen, dass die
Endzellenheizer 36 und 38 mit einem bestimmten
Schaltverhältnis
bzw. einer bestimmten Einschaltdauer auf ein bestimmtes Energieniveau
während
der Inbetriebnahmesequenz hochgefahren werden, so dass von dem Stapel 12 mehr
Strom erzeugt wird, was mehr Wasser produziert. Die Menge an Wasser,
die erzeugt wird, kann berechnet werden, um das minimale Niveau,
von dem bekannt ist, dass es die durchschnittliche Stapelbefeuchtung
auf das richtige Niveau bringt, bereitzustellen.
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Eine
noch weitere Alternative kann darin bestehen, die Endzellenheizer 36 und 38 auf
ein Niveau zu treiben, das zur Folge hat, dass die durchschnittliche
Stapelspannung etwas einbricht. Dies kann auch als ein Maß der Menge
des Wassers verwendet werden, das an der Membran erzeugt wird.
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Es
kann sein, dass einige Brennstoffzellenstapel keine Endzellenheizer
in ihrer jeweiligen Konstruktion aufweisen. In diesen Fällen kann
eine separate interne Last an dem Brennstoffzellenstapel 12 bereitgestellt
werden, die von dem Stapel 12 erzeugten Strom verbraucht.
Für diese
Ausführungsform
ist die Last durch den Widerstand 40 dargestellt und stellt
lediglich eine Last dar, um Strom von dem Stapel 12 zu
verbrauchen. Wenn das System 10 in die spezielle Inbetriebnahmesequenz
zur Verhinderung einer fehlgeschlagenen Inbetriebnahme geht, kann der
Controller 44 den Schalter 42 während der
Inbetriebnahmesequenz schließen,
so dass Strom von dem Stapel 12 entnommen werden kann.
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Bei
einigen Konstruktionen von Brennstoffzellensystemen kann es sein,
dass kein Detektor 46 vorgesehen ist, und somit ist der
HFR des Stapels 12 nicht bekannt. Bei diesen Systemen schlägt die vorliegende
Erfindung vor, dass die spezielle Inbetriebnahmevorgehensweise,
die die Abhilfeaktionen, die oben beschrieben sind, verwendet, auf
Grundlage einzig der Zeitdauer verfolgt wird, die seit der letzten Systemabschaltung
verstrichen ist. Bei einer nicht beschrankenden Ausführungsform
kann die Zeitdauer auf 72 Stunden eingestellt sein, wobei der Controller 44 in
die spezielle Inbetriebnahmevorgehensweise zur verbesserten Inbetriebnahmezuverlässigkeit geht,
wenn das System 10 für
diese Zeitdauer oder länger
abgeschaltet gewesen ist.
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Als
eine andere Alternative zu den oben beschriebenen Abhilfekonzepten
können
einfache Spannungsmessungen verwendet werden, um relativ dasselbe
zu erreichen. Eine Datenanalyse hat gezeigt, dass, wenn ein Brennstoffzellensystem
für eine längere Zeitdauer
in dem ausgeschalteten Zustand war, sich die Kathode mit Luft auffüllt. Folglich
steigen während
dem Ausblasen/Spülen
der Anode oder der Einführung
von Wasserstoff in die Anode ein Teil oder alle der Zellenspannungen.
Diese Spannung ist während
dem Ausblasen/Spülen
der Anode normalerweise nicht vorhanden, wenn das System 10 nur
für eine kurze
Zeitdauer im Ruhezustand war, da der meiste oder der gesamte Sauerstoff
während
der vorhergehenden Abschaltung verbraucht wurde und Luft keine Möglichkeit
hatte, durch den Stapel 12 hindurchzudringen.
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Die
vorhergehende Diskussion offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung. Der Fachmann erkennt leicht aus einer derartigen
Diskussion und aus den begleitenden Zeichnungen und Ansprüchen, dass verschiedene Änderungen,
Abwandlungen und Variationen ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken
und Schutzumfang der Erfindung darin, wie in den folgenden Ansprüchen definiert
ist, durchgeführt
werden können.