DE102020206230A1 - Method for conditioning a fuel cell and fuel cell vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum initialen Konditionieren einer Brennstoffzelle (10) eines Brennstoffzellenaggregats (1) für ein Brennstoffzellenfahrzeug, wobei die Brennstoffzelle (10) mittels eines Steuergeräts (50) des Brennstoffzellenaggregats (1) ansteuerbar ist, und die Brennstoffzelle (10) ausgelöst durch (Schritt 210) und mit Hilfe des Steuergeräts (50) wenigstens teilweise oder vollständig initial konditioniert wird (Schritt 220).The invention relates to a method for the initial conditioning of a fuel cell (10) of a fuel cell unit (1) for a fuel cell vehicle, the fuel cell (10) being controllable by means of a control device (50) of the fuel cell unit (1), and the fuel cell (10) being triggered by (Step 210) and is initially conditioned at least partially or completely with the aid of the control device (50) (Step 220).

Description

Die Erfindung betrifft eine Herstellungskette für elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffzellen, oder Brennstoffzellenaggregate; sowie ein Verfahren zum initialen Konditionieren einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenaggregats.The invention relates to a production chain for electrochemical cells, in particular fuel cells, or fuel cell assemblies; and a method for the initial conditioning of a fuel cell of a fuel cell unit.

Stand der TechnikState of the art

In einer Niedertemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenaggregats z. B. eines Brennstoffzellensystems beispielsweise eines Brennstoffzellenfahrzeugs erfolgt eine elektrochemische Wandlung zweier Reaktanten zweier Betriebsmedien in elektrische Energie und Wärme. Hierbei umfasst die Brennstoffzelle zumindest eine Membran-Elektroden-Einheit, welche einen Schichtaufbau aus einer ionen- bzw. protonenleitenden Membran und beidseitig an der Membran vorgesehener, katalytischer Elektroden (Anoden- und Kathodenelektrode als Reaktivschichten) aufweist. In der Regel ist die Brennstoffzelle mit einer Vielzahl von in einem Stapel (Stack) angeordneter Membran-Elektroden-Einheiten ausgebildet. - Zeitlich nach einem Herstellungsprozess eines Brennstoffzellenaggregats und zeitlich vor dessen Verfrachtung muss dessen Brennstoffzelle initial konditioniert werden, damit dieses in einem späteren Nutzbetrieb ordnungsgemäß funktionieren kann.In a low-temperature polymer electrolyte fuel cell of a fuel cell unit z. B. a fuel cell system, for example a fuel cell vehicle, there is an electrochemical conversion of two reactants of two operating media into electrical energy and heat. Here, the fuel cell comprises at least one membrane-electrode unit, which has a layer structure of an ion- or proton-conducting membrane and catalytic electrodes (anode and cathode electrodes as reactive layers) provided on both sides of the membrane. As a rule, the fuel cell is designed with a large number of membrane-electrode units arranged in a stack. Temporally after a manufacturing process of a fuel cell unit and temporally before its shipment, its fuel cell must be initially conditioned so that it can function properly in a later useful operation.

AufgabenstellungTask

Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zum initialen Konditionieren einer Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellenaggregats für ein Brennstoffzellensystem anzugeben. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung ein entsprechendes Brennstoffzellenfahrzeug anzugeben.It is an object of the invention to specify an improved method for the initial conditioning of a fuel cell or a fuel cell unit for a fuel cell system. It is also an object of the invention to specify a corresponding fuel cell vehicle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der Erfindung ist mittels einer Herstellungskette für elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffzellen, oder Brennstoffzellenaggregate; durch ein Verfahren zum initialen Konditionieren einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenaggregats; mittels eines Computerprogramms für ein Steuergerät eines Fahrzeugs; mittels einer elektronischen Vorrichtung, bevorzugt eines Steuergeräts eines Fahrzeugs; und mittels eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellenaggregat oder einem Brennstoffzellensystem, insbesondere einem Brennstoffzellenfahrzeug, gelöst. - Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/ oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.The object of the invention is by means of a production chain for electrochemical cells, in particular fuel cells, or fuel cell assemblies; by a method for the initial conditioning of a fuel cell of a fuel cell assembly; by means of a computer program for a control device of a vehicle; by means of an electronic device, preferably a control unit of a vehicle; and solved by means of a vehicle with a fuel cell unit or a fuel cell system, in particular a fuel cell vehicle. Advantageous developments, additional features and / or advantages of the invention emerge from the dependent claims and the following description.

Im Rahmen von Überlegungen, Untersuchungen und Simulationen zur Prozessauslegung und -integration einer Serienfertigung, insbesondere einer Mittel- und Großserienfertigung, von Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellenaggregaten haben sich deutliche Auswirkungen eines Konditionierens der Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellenaggregate an einem Ende einer Herstellungskette eines Brennstoffzellen-Herstellers gezeigt. Nicht nur ein Ausrichten der Membran-Elektroden-Einheiten zu den Bipolarplatten und ein genaues Stapeln der Einzelzellen zeigen sich als Engpassprozesse, sondern auch das Konditionieren zeigt sich als ein solcher. Dies betrifft nicht nur einen Brennstoffzellen- sondern auch einen Fahrzeug-Hersteller.In the context of considerations, investigations and simulations for the process design and integration of series production, in particular medium and large series production, of fuel cells or fuel cell units, clear effects of conditioning the fuel cells or fuel cell units at one end of a production chain of a fuel cell manufacturer have been shown. Not only aligning the membrane-electrode units to the bipolar plates and precisely stacking the individual cells show up as bottleneck processes, but also conditioning shows up as one. This applies not only to a fuel cell manufacturer but also to a vehicle manufacturer.

Das Konditionieren am Ende einer Herstellungskette besitzt einen gravierenden Nachteil. Im Rahmen einer Serienfertigung würde ein Konditionieren - das normalerweise 1h bis 3h, nach einigen Veröffentlichungen auch lediglich ca. 30min dauern kann - deutlich zu lange dauern. Selbst wenn ein einzelnes Konditionieren lediglich 20min bis 30min dauerte, wären eine Vielzahl paralleler Produktionslinien in der Herstellungskette eines Brennstoffzellen-Herstellers erforderlich, um Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellenaggregate in größeren Stückzahlen rationell herstellen zu können.Conditioning at the end of a production chain has a serious disadvantage. In the context of series production, conditioning - which normally takes 1 hour to 3 hours, and according to some publications can only take about 30 minutes - would take significantly too long. Even if a single conditioning lasted only 20 minutes to 30 minutes, a large number of parallel production lines would be required in the production chain of a fuel cell manufacturer in order to be able to efficiently manufacture fuel cells or fuel cell units in large numbers.

Das Konditionieren wirkt sich nicht nur signifikant auf einen Output einer Herstellungskette, sondern auch auf vorhergehende Herstellungseinrichtungen der Herstellungskette aus, denn diese sind durch das notwendige Konditionieren ggf. „unterfordert‟. Dies verlangsamt die Prozesse innerhalb der Herstellungskette und macht die gesamte Herstellungskette bei Störungen beim Konditionieren deutlich sensibler, da z. B. Puffer für auflaufende Komponenten oder im Entstehen begriffene Brennstoffzellen, Brennstoffzellenaggregate oder Brennstoffzellenfahrzeuge eingerichtet sein müssen.Conditioning not only has a significant effect on the output of a production chain, but also on previous production facilities in the production chain, because these may be “under-challenged” by the necessary conditioning. This slows down the processes within the production chain and makes the entire production chain significantly more sensitive in the event of malfunctions in conditioning. B. Buffers for accumulating components or fuel cells, fuel cell units or fuel cell vehicles in the process of being built must be set up.

Die erfindungsgemäße Herstellungskette eines Brennstoffzellen-Herstellers umfasst daher wenigstens eine Montageeinrichtung zur Montage von elektrochemischen Zellen, insbesondere der Brennstoffzellen, oder der Brennstoffzellen für Brennstoffzellenaggregate, wobei die Herstellungskette frei von einer Konditioniereinrichtung für die elektrochemischen Zellen, insbesondere die Brennstoffzellen, ist. - D. h. die erfindungsgemäße Herstellungskette weist keine Konditioniereinrichtung auf.The production chain of a fuel cell manufacturer according to the invention therefore comprises at least one assembly device for assembling electrochemical cells, in particular the fuel cells, or the fuel cells for fuel cell units, the production chain being free of a conditioning device for the electrochemical cells, in particular the fuel cells. - I.e. the production chain according to the invention has no conditioning device.

Neben einer deutlich in ihrer Effizienz gesteigerten Herstellungskette ergibt sich ein weiterer Vorteil. Eine konditionierte elektrochemische Zelle oder Brennstoffzelle wird beschädigt, wenn sie bei einer typischen Lageranforderung von bis zu -40°C mit Wasser an/in den katalytischen Elektroden und/oder mikroporösen Lagen eingefroren wird. Das bedeutet, dass diese nach ihrem Konditionieren auch einen anschließenden (partiellen) Trocknungsschritt, der weitere ca. 5min bis 10min dauert, benötigt, um überschüssiges Wasser zu entfernen und somit verfrachtfertig zu sein. Solch ein Schritt fällt bei der erfindungsgemäßen Herstellungskette ebenfalls weg.In addition to a manufacturing chain that is significantly more efficient, there is another advantage. A conditioned electrochemical cell or fuel cell will be damaged if it is frozen with water on / in the catalytic electrodes and / or microporous layers with a typical storage requirement of down to -40 ° C. This means that after their conditioning they also have a subsequent (partial) drying step, the takes about another 5 minutes to 10 minutes, needed to remove excess water and thus be ready for shipment. Such a step is also omitted in the production chain according to the invention.

Die Herstellungskette kann in Herstellungsrichtung im Wesentlichen direkt nach der Montageeinrichtung eine Prüfeinrichtung zur Überprüfung der elektrochemischen Zellen, insbesondere der Brennstoffzellen, oder Brennstoffzellenaggregate, aufweisen. Ferner kann die Herstellungskette wenigstens eine weitere Montageeinrichtung zur Weiterbildung der Brennstoffzellen zu Brennstoffzellenaggregaten aufweisen. Des Weiteren kann die Herstellungskette lediglich eine einzige Produktionslinie für die elektrochemischen Zellen, insbesondere die Brennstoffzellen, oder Brennstoffzellenaggregate aufweisen.In the direction of manufacture, the production chain can have a test device for checking the electrochemical cells, in particular the fuel cells, or fuel cell assemblies, essentially directly after the assembly device. Furthermore, the production chain can have at least one further assembly device for developing the fuel cells into fuel cell assemblies. Furthermore, the production chain can have only a single production line for the electrochemical cells, in particular the fuel cells, or fuel cell assemblies.

D. h. gemäß der Erfindung erfolgt das Konditionieren der elektrochemischen Zellen, insbesondere der Brennstoffzellen, bzw. Brennstoffzellenaggregate abseits der Herstellungskette(n). So ist es z. B. möglich, die Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellenaggregate zeitlich und räumlich gesondert von der Herstellungskette einem Prozess zum Konditionieren zu unterziehen. Dies kann in einem extra dafür eingerichteten Bereich bei einem betreffenden Hersteller erfolgen, was jedoch mit deutlichen Mehrkosten verbunden ist. - Daher wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Brennstoffzelle, die mittels eines Steuergeräts des Brennstoffzellenaggregats ansteuerbar ist und/oder angesteuert wird, ausgelöst durch und mit Hilfe des Steuergeräts wenigstens teilweise oder vollständig initial konditioniert.I. E. According to the invention, the conditioning of the electrochemical cells, in particular the fuel cells, or fuel cell assemblies takes place away from the production chain (s). So it is B. possible to subject the fuel cells or fuel cell aggregates temporally and spatially separate from the production chain to a conditioning process. This can be done in an area specially set up for this purpose at a relevant manufacturer, but this is associated with significant additional costs. Therefore, in the method according to the invention, the fuel cell, which can be and / or is controlled by means of a control device of the fuel cell assembly, is triggered by and initially conditioned at least partially or completely with the help of the control device.

Unter einem initialen Konditionieren ist das ursprüngliche, einleitende, erstmalige, d. h. primordiale, und/oder beabsichtigte Konditionieren, insbesondere Befeuchten und ggf. deren mesoskopische und/oder mikroskopische Veränderungen der Brennstoffzelle zeitlich nach deren Herstellung verstanden. Hierbei erfolgt ein Anpassen der Befeuchtung wenigstens einer Membran-Elektroden-Einheit der Brennstoffzelle, wofür die Brennstoffzelle bevorzugt bei wenigstens einer bestimmten Temperatur betrieben wird. Das initiale Konditionieren erfolgt dabei bevorzugt galvanostatisch, d. h. beginnend bei einer bestimmten Anfangsstromstärke wird eine durch die Brennstoffzelle gelieferte Stromstärke schrittweise auf eine Endstromstärke erhöht, wobei bevorzugt darauf geachtet wird, dass die Zellspannungen der Membran-Elektroden-Einheiten im Wesentlichen immer größer als ein bestimmter Wert bleiben.An initial conditioning is the original, introductory, first-time, i.e. H. Primordial and / or intended conditioning, in particular moistening and possibly their mesoscopic and / or microscopic changes in the fuel cell in terms of time after its manufacture. In this case, the humidification of at least one membrane-electrode unit of the fuel cell is adapted, for which purpose the fuel cell is preferably operated at at least one specific temperature. The initial conditioning is preferably carried out galvanostatically, i. H. starting at a certain initial current strength, a current strength supplied by the fuel cell is gradually increased to a final current strength, whereby care is preferably taken that the cell voltages of the membrane-electrode units essentially always remain greater than a certain value.

Die Brennstoffzelle und ihr Steuergerät bilden jeweils einen dauerhaften Bestandteil des Brennstoffzellenaggregats. Das Brennstoffzellenaggregat umfasst also wenigstens die Brennstoffzelle und das Steuergerät (vgl. a. u.), wobei diese natürlich eine durch die Raumzeit hindurch beständige Entität bilden. D. h. das Brennstoffzellenaggregat setzt sich nicht temporär aus der Brennstoffzelle und einer Steuereinrichtung, z. B. eines Prüfstands, einer stationären Konditioniereinrichtung etc., zusammen. Das Steuergerät kann dabei ferner noch andere Aufgaben, die jenseits einer Funktion des Brennstoffzellenaggregats liegen, für ein Brennstoffzellenfahrzeug übernehmen. D. h. eine erfindungsgemäße „Konditioniereinrichtung‟ ist mobil ausbildet.The fuel cell and its control unit each form a permanent part of the fuel cell unit. The fuel cell assembly thus comprises at least the fuel cell and the control device (cf. also a. I. E. the fuel cell unit does not temporarily consist of the fuel cell and a control device, e.g. B. a test bench, a stationary conditioning device, etc., together. The control device can also take on other tasks for a fuel cell vehicle that go beyond a function of the fuel cell unit. I. E. a “conditioning device” according to the invention is designed to be mobile.

Insbesondere ist das Brennstoffzellenaggregat mit der Brennstoffzelle im Brennstoffzellenfahrzeug verbaut. D. h. die Brennstoffzelle wird ausschließlich im Brennstoffzellenfahrzeug initial konditioniert. Das Steuergerät ist bevorzugt ferner als ein Motorsteuergerät des Brennstoffzellenfahrzeugs ausgebildet. - Während des initialen Konditionierens und angesteuert durch das Steuergerät kann eine durch die Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie in einem Akkumulator gespeichert werden. Ferner kann dadurch eine durch die Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie und/oder Wärme verbraucht, weitertransportiert und/oder abtransportiert werden.In particular, the fuel cell unit is installed with the fuel cell in the fuel cell vehicle. I. E. the fuel cell is initially conditioned exclusively in the fuel cell vehicle. The control device is preferably also designed as an engine control device of the fuel cell vehicle. - During the initial conditioning and controlled by the control device, electrical energy generated by the fuel cell can be stored in an accumulator. Furthermore, electrical energy and / or heat generated by the fuel cell can thereby be consumed, transported further and / or transported away.

Für einen Verbrauch der elektrischen Energie, die zwangsläufig beim initialen Konditionieren entsteht, kann als Einrichtung ein Kühlmittelheizer, eine elektrische Komponente (vgl. u.), eine Klimaanlage, ein DC-Wandler etc. des oder für das Brennstoffzellenaggregat und/oder des Brennstoffzellenfahrzeugs zum Einsatz kommen. Für einen Weitertransport von Wärme kann ein Kühlmedium einer Kühlmediumversorgung des Brennstoffzellenaggregats und/oder des Brennstoffzellenfahrzeugs zum Einsatz kommen. Die Wärme kann dann z. B. über einen (Kühler-)Lüfter beschleunigt an die Umgebung abgegeben werden. Ferner kann für einen Abtransport der elektrischen Energie ggf. eine externe elektrische Einrichtung als ein Stromverbraucher in Frage kommen.A coolant heater, an electrical component (see below), an air conditioning system, a DC converter, etc. of or for the fuel cell unit and / or the fuel cell vehicle can be used as a device for the consumption of electrical energy, which inevitably arises during the initial conditioning Use. A cooling medium of a cooling medium supply of the fuel cell unit and / or the fuel cell vehicle can be used for a further transport of heat. The heat can then z. B. be released into the environment in an accelerated manner via a (cooler) fan. Furthermore, an external electrical device can possibly be used as a power consumer for transporting the electrical energy away.

D. h. während des initialen Konditionierens und angesteuert durch das Steuergerät kann das Steuergerät eine für das initiale Konditionieren nicht benötigte, elektrisch ansteuerbare Einrichtung des Brennstoffzellenaggregats und/oder des Brennstoffzellenfahrzeugs zusätzlich betreiben. Dies kann insbesondere mit einer höheren Leistung als gewöhnlich erfolgen, um die erzeugte elektrische Energie zu verbrauchen; z. B. eine höhere Lüfterleistung, eine höhere Feuchteeinstellung einer Klimaanlage (vgl. u.). Ferner kann während des initialen Konditionierens und angesteuert durch das Steuergerät ggf. ein Start des Brennstoffzellenfahrzeugs verhindert werden.I. E. During the initial conditioning and controlled by the control device, the control device can additionally operate an electrically controllable device of the fuel cell unit and / or the fuel cell vehicle that is not required for the initial conditioning. This can be done in particular with a higher power than usual in order to consume the electrical energy generated; z. B. a higher fan power, a higher humidity setting of an air conditioning system (see. Below.). Furthermore, during the initial conditioning and activated by the control device, a start of the fuel cell vehicle can be prevented if necessary.

Die Brennstoffzelle kann wenigstens teilweise oder ausschließlich angesteuert durch das Steuergerät initial konditioniert werden. D. h. die Brennstoffzelle wird auch, im Wesentlichen oder ausschließlich durch das Brennstoffzellenfahrzeug konditioniert. Ein teilweises Konditionieren der Brennstoffzelle mit Hilfe des Steuergeräts kann insbesondere ebenfalls mit Hilfe des Steuergeräts abgeschlossen werden. Ferner kann die Brennstoffzelle ggf. unter Zuhilfenahme wenigstens oder genau einer externen Einrichtung konditioniert werden.The fuel cell can be initially conditioned at least partially or exclusively controlled by the control device. I. E. the fuel cell is also conditioned, essentially or exclusively, by the fuel cell vehicle. A partial conditioning of the fuel cell with the aid of the control unit can in particular also be completed with the aid of the control unit. Furthermore, the fuel cell can optionally be conditioned with the aid of at least or precisely one external device.

Das initiale Konditionieren kann aktiv, insbesondere gewillkürt bzw. manuell, und/ oder passiv, insbesondere automatisiert, durch eine Software oder Hardware, ausgelöst werden. Ein gewillkürtes Auslösen (Initialisieren) kann z. B. manuell, per Funk oder anderweitig erfolgen. Ein automatisiertes Auslösen kann beispielsweise durch Vorliegen einer vorgegebenen Datumsinformation (ein Erreichen des Datums kann z. B. über einen internen Kalender und eine interne Uhr bestimmt werden) und/oder Ortsinformation (ein Erreichen des Orts kann z. B. über einen internen GPS-Empfänger bestimmt werden) ausgelöst werden. Ferner ist z. B. eine Auslösung des initialen Konditionierens durch eine Funktion in einer Cloud, also einer IT-Infrastruktur, ein Betanken und/oder eine Inbetriebnahme des Brennstoffzellenfahrzeugs etc. möglich.The initial conditioning can be triggered actively, in particular at will or manually, and / or passively, in particular automatically, by software or hardware. A deliberate triggering (initialization) can e.g. B. manually, by radio or otherwise. Automated triggering can, for example, be provided by the presence of specified date information (when the date is reached, for example, via an internal calendar and an internal clock) and / or location information (when the location can be reached, for example, via an internal GPS Recipients are determined). Furthermore, z. B. initiation of the initial conditioning by a function in a cloud, i.e. an IT infrastructure, refueling and / or commissioning of the fuel cell vehicle, etc. is possible.

Das initiale Konditionieren kann ferner durch eine Konditionier-Software automatisiert: aktiviert, deaktiviert, unterbrochen und/oder fortgesetzt werden. Eine jeweilige Funktion der Konditionier-Software kann durch: eine zeitbasierte Funktion, eine Funktion in einer Cloud und/oder einen manuellen Eingriff (z. B. durch einen Werker) ausgelöst werden. Alternativ oder zusätzlich kann die jeweilige Funktion während eines Betriebs und/oder eines Transports des Brennstoffzellenfahrzeugs ausgelöst werden. Des Weiteren ist es möglich, dass das initiale Konditionieren durch/bei einem Dritten, insbesondere dem Hersteller, Händler und/oder Benutzer des Brennstoffzellenfahrzeugs, erfolgt / durchgeführt wird. Darüber hinaus kann das initiale Konditionieren teilweise oder vollständig während eines Transports und/oder einer Fahrt des Brennstoffzellenfahrzeugs durchgeführt werden.The initial conditioning can also be automated by conditioning software: activated, deactivated, interrupted and / or continued. A respective function of the conditioning software can be triggered by: a time-based function, a function in a cloud and / or manual intervention (e.g. by a worker). Alternatively or additionally, the respective function can be triggered during operation and / or transport of the fuel cell vehicle. Furthermore, it is possible that the initial conditioning takes place / is carried out by / at a third party, in particular the manufacturer, dealer and / or user of the fuel cell vehicle. In addition, the initial conditioning can be carried out partially or completely during transport and / or a journey of the fuel cell vehicle.

FigurenlisteFigure list

Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische und nicht maßstabsgetreue Zeichnung näher erläutert. Bei der Erfindung kann ein Merkmal positiv, d. h. vorhanden, oder negativ, d. h. abwesend, ausgestaltet sein. In dieser Spezifikation ist ein negatives Merkmal als Merkmal nicht explizit erläutert, wenn nicht gemäß der Erfindung Wert daraufgelegt ist, dass es abwesend ist. D. h. die tatsächlich gemachte und nicht eine durch den Stand der Technik konstruierte Erfindung darin besteht, dieses Merkmal wegzulassen. Das Fehlen eines Merkmals (negatives Merkmal) in einem Ausführungsbeispiel zeigt, dass das Merkmal optional ist. - In den lediglich beispielhaften und schematischen Figuren (Fig.) der Zeichnung zeigen:

  • 1 in einem vereinfachten Blockschaltbild eine Ausführungsform eines Brennstoffzellenaggregats für ein Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung,
  • 2 in einem Blockdiagramm ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik zum Herstellen einer Brennstoffzelle bzw. eines Brennstoffzellenaggregats inkl. einem Prozess zum Konditionieren,
  • 3 in einem Blockdiagramm ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Herstellen einer Brennstoffzelle bzw. eines Brennstoffzellenaggregats ohne einem Prozess zum Konditionieren,
  • 4 in einem Blockdiagramm einen Prozess zum Konditionieren der Brennstoffzelle z. B. bei einem Händler von Brennstoffzellenfahrzeugen, und
  • 5 in einem Blockdiagramm einen Prozess zum Konditionieren der Brennstoffzelle z. B. bei einem Benutzer eines Brennstoffzellenfahrzeugs.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying schematic drawing, which is not true to scale. In the invention, a feature can be positive, ie present, or negative, ie absent. In this specification, a negative feature is not explicitly explained as a feature unless, according to the invention, value is attached to the fact that it is absent. I. E. the actual invention made and not an invention constructed by the prior art is to omit this feature. The absence of a feature (negative feature) in one embodiment shows that the feature is optional. - In the only exemplary and schematic figures (Fig.) Of the drawing show:
  • 1 in a simplified block diagram an embodiment of a fuel cell unit for a fuel cell system according to the invention,
  • 2 in a block diagram a method according to the prior art for producing a fuel cell or a fuel cell unit including a process for conditioning,
  • 3 in a block diagram a method according to the invention for producing a fuel cell or a fuel cell assembly without a conditioning process,
  • 4th in a block diagram a process for conditioning the fuel cell e.g. B. at a dealer of fuel cell vehicles, and
  • 5 in a block diagram a process for conditioning the fuel cell e.g. B. at a user of a fuel cell vehicle.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen einer Herstellungskette für elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffzellen 10, oder Brennstoffzellenaggregate 1, bevorzugt für ein Niedertemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellensystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs, d. h. eines Kraftfahrzeugs aufweisend eine Brennstoffzelle bzw. ein Brennstoffzellensystem, und einem Verfahren zum initialen Konditionieren einer Brennstoffzelle 10 oder eines Brennstoffzellenaggregats 1 eines Brennstoffzellenfahrzeugs näher erläutert.The invention is based on embodiments of a production chain for electrochemical cells, in particular fuel cells 10 , or fuel cell units 1 , preferably for a low-temperature polymer electrolyte fuel cell system of a fuel cell vehicle, ie a motor vehicle having a fuel cell or a fuel cell system, and a method for the initial conditioning of a fuel cell 10 or a fuel cell unit 1 a fuel cell vehicle explained in more detail.

In der Zeichnung sind nur diejenigen Abschnitte des Brennstoffzellensystems dargestellt, welche für ein Verständnis der Erfindung notwendig sind. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher beschrieben und illustriert ist, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Andere Variationen können hieraus abgeleitet werden ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Ferner kann die Erfindung auf eine elektrochemische Zelle angewendet werden.In the drawing, only those sections of the fuel cell system are shown which are necessary for an understanding of the invention. Although the invention is described and illustrated in more detail by preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed exemplary embodiments. Other variations can be derived from this without departing from the scope of protection of the invention. Furthermore, the invention can be applied to an electrochemical cell.

Die 1 zeigt das Brennstoffzellenaggregat 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, mit wenigstens einer, insbesondere einer Mehrzahl von zu einem Brennstoffzellenstapel 10, ebenfalls als Brennstoffzelle 10 bezeichnet, gebündelten Einzel-Brennstoffzellen 11 (Einzelzelle 11), die in einem bevorzugt fluiddichten Stapelgehäuse 16 untergebracht sind. Jede Einzelzelle 11 umfasst einen Anodenraum 12, ggf. mit einer Gasdiffusionslage, und einen Kathodenraum 13, ggf. mit einer Gasdiffusionslage, die von einer Membran Membran-Elektroden-Einheit 14 (MEA: Membrane Electrode Assembly) räumlich und elektrisch voneinander getrennt sind (vgl. Detailausschnitt).the 1 shows the fuel cell unit 1 according to a preferred embodiment, with at least one, in particular a plurality of to a fuel cell stack 10 , also as a fuel cell 10 referred to as bundled single fuel cells 11th (Single cell 11th ) in a preferably fluid-tight stacked housing 16 housed are. Every single cell 11th includes an anode compartment 12th , possibly with a gas diffusion layer, and a cathode compartment 13th , possibly with a gas diffusion layer, which is made of a membrane membrane-electrode unit 14th (MEA: Membrane Electrode Assembly) are spatially and electrically separated from each other (see detailed section).

Zwischen zwei direkt zueinander benachbarten Membran-Elektroden-Einheiten 14 ist jeweils eine Bipolarplatte 15 angeordnet, welche einer Zuführung von Betriebsmedien 3, 5 in einen Anodenraum 12 einer ersten Einzelzelle 11 und einen Kathodenraum 13 einer direkt dazu benachbarten zweiten Einzelzelle 11 dient und darüber hinaus eine elektrisch leitende Verbindung zwischen diesen Einzelzellen 11 realisiert. - Zur Versorgung der Brennstoffzelle 10 mit ihren eigentlichen Betriebsmedien 3 (Anoden-Betriebsmedium, eigentlicher Brennstoff), 5 (Kathoden-Betriebsmedium) weist das Brennstoffzellenaggregat 1 eine Anodenversorgung 20 und eine Kathodenversorgung 30 auf.Between two membrane-electrode assemblies that are directly adjacent to one another 14th is a bipolar plate each 15th arranged, which a supply of operating media 3 , 5 in an anode compartment 12th a first single cell 11th and a cathode compartment 13th a second single cell directly adjacent to it 11th serves and also an electrically conductive connection between these individual cells 11th realized. - To supply the fuel cell 10 with their actual operating media 3 (Anode operating medium, actual fuel), 5 (cathode operating medium) has the fuel cell unit 1 an anode supply 20th and a cathode supply 30th on.

Die Anodenversorgung 20 umfasst insbesondere: einen Brennstoffspeicher 23 für das Anoden-Betriebsmedium 3 (hinströmend); einen Anoden-Versorgungspfad 21 mit einen Ejektor 24; einen Anoden-Abgaspfad 22 für ein Anoden-Abgas 4 (abströmend, meist in die Umgebung 2); bevorzugt eine Brennstoff-Rezirkulationsleitung 25 mit einer darin befindlichen Fluid-Fördereinrichtung 26 und ggf. einen Wasserabscheider.The anode supply 20th includes in particular: a fuel store 23 for the anode operating medium 3 (flowing towards); an anode supply path 21 with an ejector 24 ; an anode exhaust path 22nd for an anode exhaust gas 4th (flowing off, mostly into the environment 2 ); preferably a fuel recirculation line 25th with a fluid delivery device located therein 26th and, if necessary, a water separator.

Die Kathodenversorgung 30 umfasst insbesondere: einen Kathoden-Versorgungspfad 31 für das Kathoden-Betriebsmedium 5 (hinströmend, meist aus der Umgebung 2), mit bevorzugt einer Fluid-Fördereinrichtung 33; einen Kathoden-Abgaspfad 22 für ein Kathoden-Abgas 6 (abströmend, meist in die Umgebung 2) mit bevorzugt einer Turbine 34, ggf. der eines Abgasturboladers; bevorzugt einem Feuchteübertrager 36; ggf. einem Wastegate 35 zwischen dem Kathoden-Versorgungspfad 31 und dem Kathoden-Abgaspfad 22; und ggf. einen Wasserabscheider.The cathode supply 30th includes in particular: a cathode supply path 31 for the cathode operating medium 5 (flowing in, mostly from the surrounding area 2 ), preferably with a fluid delivery device 33 ; a cathode exhaust path 22nd for a cathode exhaust gas 6th (flowing off, mostly into the environment 2 ) with preferably a turbine 34 , possibly that of an exhaust gas turbocharger; preferably a moisture transmitter 36 ; possibly a wastegate 35 between the cathode supply path 31 and the cathode exhaust path 22nd ; and, if necessary, a water separator.

Das Brennstoffzellenaggregat 1 umfasst ferner insbesondere eine Kühlmediumversorgung 40, durch welche hindurch die Brennstoffzelle 10 bevorzugt mittels ihrer Bipolarplatten 15 in einen Kühlkreislauf wärmeübertragend zum Temperieren einbindbar ist. Die Kühlmediumversorgung 40 umfasst einen Kühlmedium-Zulaufpfad 41 und einen Kühlmedium-Ablaufpfad 42. Eine Förderung des in der Kühlmediumversorgung 40 zirkulierenden Kühlmediums 7 (hinströmend), 8 (abströmend) erfolgt bevorzugt mittels wenigstens einer Kühlmedium-Fördereinrichtung 43. Des Weiteren kann das Brennstoffzellenaggregat 1 ein Steuergerät 50
(vgl. u.) zum Ansteuern der Brennstoffzelle 10 umfassen. - Das Brennstoffzellensystem umfasst neben dem Brennstoffzellenaggregat 1 periphere Systemkomponenten.The fuel cell unit 1 also includes, in particular, a cooling medium supply 40 through which the fuel cell 10 preferably by means of their bipolar plates 15th can be integrated into a cooling circuit to transfer heat for temperature control. The cooling medium supply 40 comprises a cooling medium supply path 41 and a cooling medium drainage path 42 . A promotion of the cooling medium supply 40 circulating coolant 7th (flowing in), 8 (flowing out) preferably takes place by means of at least one cooling medium delivery device 43 . Furthermore, the fuel cell unit 1 a control unit 50
(see below) to control the fuel cell 10 include. - The fuel cell system includes the fuel cell unit 1 peripheral system components.

Die 2 zeigt eine herkömmliche Herstellungskette für Brennstoffzellen 10 oder Brennstoffzellenaggregate 1, wobei mit Schritt 100 bevorzugt im Wesentlichen sämtliche Prozesse einer Montage der Brennstoffzellen 10 oder Brennstoffzellenaggregate 1 durch Montageeinrichtungen bei einem einzigen Brennstoffzellen-Hersteller bezeichnet sind. Der Begriff Montageeinrichtung soll hierbei weit gefasst sein und manuelle Arbeitsplätze, automatisierte Arbeitsstationen, Montagemaschinen etc. umfassen. In einem auf diesen mittelbar oder unmittelbar folgenden Schritt 110 erfolgt ein Prozess eines initialen Konditionierens der Brennstoffzellen 10 oder Brennstoffzellenaggregate 1 im Rahmen der Herstellungskette.the 2 shows a conventional manufacturing chain for fuel cells 10 or fuel cell units 1 , with step 100 preferably essentially all processes involved in assembling the fuel cells 10 or fuel cell units 1 are identified by assembly facilities at a single fuel cell manufacturer. The term assembly device should be broadly defined and include manual workplaces, automated workstations, assembly machines, etc. In a step that follows this directly or indirectly 110 a process of initial conditioning of the fuel cells takes place 10 or fuel cell units 1 within the manufacturing chain.

Mittelbar oder unmittelbar anschließend erfolgt im Schritt 120 ein Prozess einer Überprüfung der Brennstoffzellen 10 oder Brennstoffzellenaggregate 1 in einer Prüfeinrichtung der Herstellungskette. Ergibt die Prüfung, dass eine Brennstoffzelle 10 oder ein Brennstoffzellenaggregat 1 ordnungsgemäß funktioniert (positives Ergebnis in Schritt 122 => Schritt 130), dann kann sie oder es verpackt und zu einem Fahrzeug-Hersteller verfrachtet werden (Schritt 130). Falls nicht (negatives Ergebnis in Schritt 122 => Schritt 100), dann wird die Brennstoffzelle 10 oder das Brennstoffzellenaggregat 1 mehr oder weniger wieder demontiert und zurück in die Montage gespeist (Schritt 100).Immediately or immediately thereafter, in step 120 a process of reviewing the fuel cells 10 or fuel cell units 1 in a test facility in the production chain. The test shows that a fuel cell 10 or a fuel cell unit 1 works properly (positive result in step 122 => Step 130 ), then it can be packed and shipped to a vehicle manufacturer (step 130 ). If not (negative result in step 122 => Step 100 ), then the fuel cell 10 or the fuel cell unit 1 more or less dismantled again and fed back into the assembly (step 100 ).

Die 3 zeigt, strukturanalog zur 2, eine erfindungsgemäße Herstellungskette für Brennstoffzellen 10 oder Brennstoffzellenaggregate 1 bei einem einzigen Brennstoffzellen-Hersteller, wobei der Schritt 110 eines Prozesses des initialen Konditionierens der Brennstoffzellen 10 oder Brennstoffzellenaggregate 1 im Rahmen der Herstellungskette im Wesentlichen vollständig fehlt; d. h. im Rahmen der Herstellungskette erfolgt kein gewillkürtes Konditionieren. Die anderen Schritte 100, 120, 122, 130 sind beibehalten, wobei nun natürlich der Schritt 120 (Prozess der Überprüfung) mittelbar oder unmittelbar auf den Schritt 100 (bevorzugt im Wesentlichen sämtliche Prozesse der Montage) folgt.the 3 shows, structurally analogous to 2 , a production chain for fuel cells according to the invention 10 or fuel cell units 1 at a single fuel cell manufacturer, taking the step 110 a process of initial conditioning of the fuel cells 10 or fuel cell units 1 is essentially completely absent in the production chain; ie there is no arbitrary conditioning in the production chain. The other steps 100 , 120 , 122 , 130 are retained, with the step now of course 120 (Process of review) directly or indirectly on the step 100 (preferably essentially all assembly processes) follows.

Der Schritt 110, also der Prozess des initialen Konditionierens, erfolgt gemäß der Erfindung zeitlich nach und räumlich getrennt von der Herstellungskette bzw. einem Herstellungswerk des Brennstoffzellen-Herstellers, also zeitlich nach und räumlich getrennt von dem Schritt 130; dies ist in den 3 und 4 beispielhaft dargestellt. Bevorzugt erfolgt der Prozess des initialen Konditionierens durch/bei einem Dritten, insbesondere einem Hersteller, Händler und/oder Benutzer des Brennstoffzellenfahrzeugs und/oder während eines Transports und/oder einer Fahrt des Brennstoffzellenfahrzeugs.The step 110 , that is the process of the initial conditioning, takes place according to the invention chronologically and spatially separated from the production chain or a manufacturing plant of the fuel cell manufacturer, that is chronologically separated from and spatially separated from the step 130 ; this is in the 3 and 4th shown as an example. The process of initial conditioning is preferably carried out by / at a third party, in particular a manufacturer, dealer and / or user of the fuel cell vehicle and / or during transport and / or a journey of the fuel cell vehicle.

Bei diesem initialen Konditionieren abseits der Herstellungskette wird der Brennstoffzelle 10 elektrischer Strom bei Spannungen entnommen, die niedriger als typische Betriebsspannungen sind, welche auf Effizienz ausgelegt sind. Die Spannungen liegen hierbei bevorzugt im Bereich von ~0,0V bis 0,3V, insbesondere bei ca. 0,3V, je Membran-Elektroden-Einheit 14 der Brennstoffzelle 10. Phasen mit Spannungen von 0,3V bis 0,6V je Membran-Elektroden-Einheit 14 sind ggf. anwendbar. - Solche Niederspannungen sind für einen herkömmlichen Betrieb des Brennstoffzellenfahrzeugs nicht relevant, können aber für einige spezielle Verfahren wie Froststart oder Wiederherstellung einer Leistung nach einer Kontamination der Brennstoffzelle 10 erforderlich sein.During this initial conditioning off the production chain, the fuel cell becomes 10 Electric current is drawn at voltages that are lower than typical operating voltages, which are designed for efficiency. The voltages are preferably in the range from ~ 0.0V to 0.3V, in particular around 0.3V, per membrane-electrode unit 14th the fuel cell 10 . Phases with voltages from 0.3V to 0.6V per membrane-electrode unit 14th may be applicable. - Such low voltages are not relevant for conventional operation of the fuel cell vehicle, but can be used for some special processes such as freezing start or restoration of power after a contamination of the fuel cell 10 to be required.

Während des Konditionierens richtet sich eine Strom-/Leistungsabgabe bzw. -aufnahme nicht nach einem Bedarf des Brennstoffzellenfahrzeugs, sondern nach den Anforderungen des Brennstoffzellenaggregats 1 bzw. Brennstoffzellensystems für das Konditionieren. Ferner wird während des Konditionierens die von der Brennstoffzelle 10 erzeugte elektrische Energie entweder bevorzugt als Wärme abgeführt und/oder bevorzugt in einem Akkumulator des Brennstoffzellenfahrzeugs gespeichert. Ggf. kann eine externe Einrichtung als ein Abnehmer der elektrischen Energie und/oder der Abwärme fungieren.During conditioning, a current / power output or consumption is not based on a requirement of the fuel cell vehicle, but rather on the requirements of the fuel cell unit 1 or fuel cell system for conditioning. Furthermore, the conditioning of the fuel cell 10 generated electrical energy either preferably dissipated as heat and / or preferably stored in an accumulator of the fuel cell vehicle. If necessary, an external device can act as a consumer of the electrical energy and / or the waste heat.

Das Abführen der elektrischen Energie als Wärme kann z. B durch ein Aufheizen des hinströmenden Kühlmediums 7, eine absichtliche DC/DC-Wandlung, ein Nutzen einer Ineffizienz einer elektrischen Einrichtung und/oder ein Einspeisen in eine Einrichtung, die derart betrieben wird, dass ihre Energie schließlich in Wärme umgewandelt wird (Elektromotor(en)), etc. erfolgen. Ferner kann alternativ oder zusätzlich auch eine „sinnvolle‟ Einrichtung betrieben werden, wie z. B. ein (Kühler-)Lüfter. Ferner kann die Klimaanlage hierfür herangezogen werden (erhöhte Lüfterleistung, Feuchteeinstellung, Heizung etc.)The removal of the electrical energy as heat can, for. B by heating the cooling medium flowing in 7th , an intentional DC / DC conversion, a use of an inefficiency of an electrical device and / or feeding into a device that is operated in such a way that its energy is finally converted into heat (electric motor (s)), etc. As an alternative or in addition, a “sensible” facility can also be operated, such as B. a (cooler) fan. The air conditioning system can also be used for this (increased fan output, humidity setting, heating, etc.)

Beim Einspeisen von elektrischer Energie in den Akkumulator kann ggf. lediglich ein Teil der elektrischen Energie in den Akkumulator fließen, weil nicht angenommen werden kann, dass es ausreichend Kapazität im teilweise geladenen Akkumulator gibt. - Darüber hinaus ist es möglich, das elektrische System des Brennstoffzellenfahrzeugs mit elektrischer Energie aus dem Akkumulator zu versorgen, während eine Spannung der Brennstoffzelle 10 beim initialen Konditionieren (sehr) niedrig ist.When feeding electrical energy into the accumulator, only part of the electrical energy can possibly flow into the accumulator because it cannot be assumed that there is sufficient capacity in the partially charged accumulator. - In addition, it is possible to supply the electrical system of the fuel cell vehicle with electrical energy from the accumulator while the fuel cell is under voltage 10 is (very) low during initial conditioning.

Während des initialen Konditionierens sind die Betriebsbedingungen in der Brennstoffzelle 10 derart, dass im Vergleich zum Normalbetrieb mehr flüssiges Wasser in den Membran-Elektroden-Einheiten 14 vorhanden ist. Im Allgemeinen bedeutet dies, dass die Brennstoffzelle 10 kälter betrieben wird; ein höherer Druck wenigstens eines Betriebsmediums 3, 5 und/oder eine niedrigere Stöchiometrie sind zusätzliche oder alternative Optionen des initialen Konditionierens. During the initial conditioning, the operating conditions are in the fuel cell 10 in such a way that, compared to normal operation, there is more liquid water in the membrane-electrode units 14th is available. In general, it means the fuel cell 10 is operated colder; a higher pressure of at least one operating medium 3 , 5 and / or a lower stoichiometry are additional or alternative options for the initial conditioning.

Während des initialen Konditionierens kann das Steuergerät 50 ggf. verhindern, dass das Brennstoffzellenfahrzeug durch einen Benutzer gestartet wird.During the initial conditioning, the control unit can 50 possibly prevent the fuel cell vehicle from being started by a user.

Dies kann je nach Witterung einen Gefrierstart des Brennstoffzellenfahrzeugs beeinträchtigen, sodass im Falle eines Abschaltes der Brennstoffzelle 10 während des initialen Konditionierens ein längerer Abschaltprozess ggf. erforderlich ist, um die Brennstoffzelle 10 entsprechend zu trocknen und eine Gefrierstartfähigkeit zu gewährleisten. Dies ist ggf. auch unabhängig von der Witterung ratsam. Zusätzlich zum (längeren) Abschaltvorgang würde der (Kühler-)Lüfter während der gesamten Dauer des Konditionierens wahrscheinlich mit einer höheren Last arbeiten.Depending on the weather, this can impair the freezing start of the fuel cell vehicle, so that if the fuel cell is switched off 10 During the initial conditioning, a longer shutdown process may be required to keep the fuel cell 10 to dry accordingly and to ensure a freeze-start capability. This may be advisable regardless of the weather. In addition to the (longer) shutdown process, the (cooler) fan would probably work with a higher load for the entire duration of the conditioning.

Ferner kann bei der Ansteuerung der Brennstoffzelle 10 beim initialen Konditionieren ein Niederspannungs-Luftmangel eingerichtet werden, z. B. durch Anwendung einer verzögerten Luftzufuhr während einer Aufwärts-Transiente oder durch Reduzierung der Luftzufuhr vor einer Last während einer Abwärts-Transiente. Auswirkungen auf eine Fahrzeugleistung hierdurch können ggf. durch den Akkumulator ausgeglichen werden, um diese für einen Fahrer zu kompensieren.Furthermore, when controlling the fuel cell 10 a low-voltage lack of air can be set up during initial conditioning, e.g. By using a delayed air supply during an up transient or by reducing the air supply before a load during a down transient. Effects on vehicle performance as a result can possibly be compensated for by the accumulator in order to compensate for them for a driver.

Das initiale Konditionieren erfordert bevorzugt zumindest periodisch niedrigere Spannungen, insbesondere ca. 0,3V je Membran-Elektroden-Einheit 14, und bevorzugt feuchtere Bedingungen in der Brennstoffzelle 10 als normal. Ferner kann zeitlich vor und/oder beim initialen Konditionieren eine Spitzenleistung der Brennstoffzelle 10 nicht abgerufen werden; möglich sind z. B. max. ca. 75% bis 85%, insbesondre 80% der Spitzenleistung. Optional ist hierbei, ob diese Leistungsbegrenzung an der Brennstoffzelle 10 selbst liegt oder ob diese Begrenzung durch eine Logik des Steuergeräts 50 etabliert ist.The initial conditioning preferably requires at least periodically lower voltages, in particular approx. 0.3V per membrane-electrode unit 14th , and prefers humid conditions in the fuel cell 10 as normal. Furthermore, a peak performance of the fuel cell can occur before and / or during the initial conditioning 10 cannot be retrieved; possible are e.g. B. max. Approx. 75% to 85%, in particular 80% of the peak power. It is optional whether this power limitation is applied to the fuel cell 10 itself lies or whether this limitation is due to a logic of the control unit 50 is established.

Beispielhaft ist in der 4 ein initiales Konditionieren einer Brennstoffzelle 10 eines Brennstoffzellenfahrzeugs bei einem Händler von Brennstoffzellenfahrzeugen dargestellt. Zunächst (Schritt 200) erhält dieser ein Brennstoffzellenfahrzeug von einem Fahrzeug-Hersteller. Später beim Händler, z. B. auf einem Parkplatz, erfolgt aktiv (z. B. manuell, gewillkürt) und/oder passiv (z. B. automatisiert) ausgelöst eine Aufforderung (Schritt 210) an ein Steuergerät 50 des Brennstoffzellenfahrzeugs, dessen Brennstoffzelle 10 initial zu konditionieren. In der zeitlichen Folge wird die Brennstoffzelle 10 gesteuert, geregelt und/oder überwacht durch das Steuergerät 50 initial konditioniert (vgl. a. o., Schritt 220). Nach einem wenigstens teilweise oder bevorzugt vollständig abgeschlossenen Konditionieren ist das Brennstoffzellenfahrzeug abholbereit (Schritt 230).An example is in the 4th an initial conditioning of a fuel cell 10 of a fuel cell vehicle at a fuel cell vehicle dealer. First of all (step 200 ) he receives a fuel cell vehicle from a vehicle manufacturer. Later at the dealer, e.g. B. in a parking lot, if an active (e.g. manual, arbitrary) and / or passive (e.g. automated) request (step 210 ) to a control unit 50 of the fuel cell vehicle, its fuel cell 10 to be conditioned initially. In the chronological sequence, the fuel cell 10 controlled, regulated and / or monitored by the control device 50 initially conditioned (see ao, step 220 ). After at least partially or preferably completely completed conditioning, the fuel cell vehicle is ready for collection (step 230 ).

Bei einer aktiven Aufforderung in Schritt 210 leitet der Händler zeitlich bei oder nach einer Entgegennahme und je nach einem Zustand des Brennstoffzellenfahrzeugs, z. B. in dessen Istzustand oder nach einem Befüllen des Brennstoffspeichers 23, manuell einen Konditioniervorgang der Brennstoffzelle 10 ein. Bei einer passiven Aufforderung in Schritt 210 leitet eine Software und/oder Hardware einen Konditioniervorgang der Brennstoffzelle 10 ein, z. B. nach einem ersten Befüllen des Brennstoffspeichers 23, bei einem definierten Druck im Brennstoffzellenaggregat 1 und/oder eines Erkennungsprozesses eines Standorts des Brennstoffzellenfahrzeugs.When actively prompted in step 210 the dealer directs at or after a receipt and depending on a state of the fuel cell vehicle, e.g. B. in its current state or after filling the fuel store 23 , manually a conditioning process of the fuel cell 10 a. At a passive request in step 210 a software and / or hardware directs a conditioning process of the fuel cell 10 a, z. B. after a first filling of the fuel store 23 , at a defined pressure in the fuel cell unit 1 and / or a recognition process of a location of the fuel cell vehicle.

In der 5 ist beispielhaft ein initiales Konditionieren einer Brennstoffzelle 10 eines Brennstoffzellenfahrzeugs bei/durch einen Benutzer (Eigentümer, Besitzer, Fahrer, ggf. Händler etc.) eines Brennstoffzellenfahrzeugs dargestellt. Dieser erhält zunächst das Brennstoffzellenfahrzeug (Schritt 300). Später, z. B. während einer Fahrt und/oder auf einem Parkplatz, erfolgt aktiv (vgl. o.) und/oder passiv (vgl. o.) ausgelöst eine Aufforderung (Schritt 310) an ein Steuergerät 50 des Brennstoffzellenfahrzeugs, dessen Brennstoffzelle 10 initial zu konditionieren. In der zeitlichen Folge wird die Brennstoffzelle 10 gesteuert, geregelt und/oder überwacht durch das Steuergerät 50 initial konditioniert (vgl. a. o., Schritt 320).In the 5 is an example of the initial conditioning of a fuel cell 10 of a fuel cell vehicle at / by a user (owner, owner, driver, possibly dealer, etc.) of a fuel cell vehicle. This initially receives the fuel cell vehicle (step 300 ). Later, e.g. B. during a journey and / or in a parking lot, an active (see above) and / or passive (see above) triggered a request (step 310 ) to a control unit 50 of the fuel cell vehicle, its fuel cell 10 to be conditioned initially. In the chronological sequence, the fuel cell 10 controlled, regulated and / or monitored by the control device 50 initially conditioned (see ao, step 320 ).

Für das initiale Konditionieren der Brennstoffzelle 10 kommen, wie bevorzugt auch beim Händler, keine zusätzlichen Mittel abseits der Bordmittel des Brennstoffzellenfahrzeugs zur Anwendung; das Steuergerät 50 betreibt die Bordmittel jedoch z. B. während einer Fahrt des Brennstoffzellenfahrzeugs derart, dass sie das Konditionieren ermöglichen; vgl. o. Nach einem ggf. teilweisen Konditionieren wird die Brennstoffzelle 10 vollständig konditioniert (Schritt 322). Das Brennstoffzellenfahrzeug kann in der zeitlichen Folge normal und ggf. mit Nennleistung betrieben werden (Schritt 330).For the initial conditioning of the fuel cell 10 As is the case with dealers, no additional funds are used apart from the on-board resources of the fuel cell vehicle; the control unit 50 operates the on-board resources z. B. while driving the fuel cell vehicle in such a way that they enable conditioning; See above. After possibly partial conditioning, the fuel cell 10 fully conditioned (step 322 ). In the chronological order, the fuel cell vehicle can be operated normally and, if necessary, with nominal power (step 330 ).

Gemäß 5 kann ein Benutzer das Brennstoffzellenfahrzeug z. B. unkonditioniert nach Hause fahren (Schritt 300) und dann manuell ein initiales Konditionieren der Brennstoffzelle 10 einleiten (Schritt 310), wenn das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt ist (Schritt 320). Alternativ kann der Benutzer das Konditionieren manuell aktivieren, bevor er einen Parkplatz mit dem Brennstoffzellenfahrzeug verlässt (Schritt 310); also ein Konditionieren während einer Fahrt beginnen. Ein Konditionieren während des Parkens kann eine Warnung, z. B. an einer Konsole, erforderlich machen, dass das Konditionieren nur möglich ist, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug im Freien oder in einer großen und/oder offenen Garage geparkt ist.According to 5 a user can use the fuel cell vehicle e.g. B. drive home unconditioned (step 300 ) and then manually an initial conditioning of the fuel cell 10 initiate (step 310 ) when the fuel cell vehicle is parked (step 320 ). Alternatively, the user can activate the conditioning manually before leaving a parking lot with the fuel cell vehicle (step 310 ); So start conditioning while driving. Conditioning while parking may be a warning, e.g. B. on a console, make it necessary that the conditioning is only possible when the fuel cell vehicle is parked outdoors or in a large and / or open garage.

Ein automatisches Konditionieren beim Benutzer kann z. B. derart erfolgen, dass die Betriebsbedingungen der Brennstoffzelle 10 des Brennstoffzellenfahrzeugs für z. B. wenigstens eine erste Betriebsperiode, z. B. definiert durch eine Zeitdauer und/oder ein Leistungsniveau, derart geändert sind, dass ein adäquates und wenigstens ausreichend schnelles initiales Konditionieren durchführbar ist. Ferner ist es möglich, passiv zu konditionieren, wobei im Wesentlichen zu keinem Zeitpunkt ein bestimmter Prozess zum Konditionieren durchgeführt wird. Der Besitzer betreibt das Brennstoffzellenfahrzeug in einem normalen Gebrauch, eine Leistungseinschränkung findet ggf. durch die Brennstoffzelle 10 statt.An automatic conditioning at the user can, for. B. be done in such a way that the operating conditions of the fuel cell 10 the fuel cell vehicle for z. B. at least a first operating period, e.g. B. defined by a period of time and / or a performance level, are changed in such a way that adequate and at least sufficiently rapid initial conditioning can be carried out. Furthermore, it is possible to condition passively, with essentially no specific conditioning process being carried out at any point in time. The owner operates the fuel cell vehicle in normal use; the fuel cell may limit its performance 10 instead of.

Fahrzeugtests an einem Ende einer Herstellungskette bei einem Fahrzeug-Hersteller, können in einigen Fällen eine konditionierte Brennstoffzelle 10 erfordern. In einem solchen Fall kann der Fahrzeug-Hersteller eine Stichprobe von Brennstoffzellenfahrzeugen, die konditionierte Brennstoffzellen 10 besitzen, nach manueller oder automatischer Aktivierung des erfindungsgemäßen Prozesses zum initialen Konditionieren selbst realisieren. - Ferner kann der Prozess des initialen Konditionierens der Brennstoffzelle 10 während eines Transports des Brennstoffzellenfahrzeugs aktiviert und wenigstens teilweise durchgeführt werden. - Sämtliche Schritte/Maßnahmen des initialen Konditionierens abseits des Brennstoffzellen-Herstellers, also bei/durch den Händler, Benutzer, Fahrzeug-Hersteller, der Fahrt, dem Transport etc., können ggf. kombiniert werden.Vehicle testing at one end of a manufacturing chain at a vehicle manufacturer can, in some cases, be a conditioned fuel cell 10 require. In such a case, the vehicle manufacturer may take a sample of fuel cell vehicles that use conditioned fuel cells 10 own, realize after manual or automatic activation of the process according to the invention for the initial conditioning itself. - Furthermore, the process of the initial conditioning of the fuel cell 10 activated and at least partially carried out during transport of the fuel cell vehicle. - All steps / measures of the initial conditioning outside of the fuel cell manufacturer, i.e. at / by the dealer, user, vehicle manufacturer, journey, transport, etc., can be combined if necessary.

Claims (10)

Herstellungskette für elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffzellen (10), oder Brennstoffzellenaggregate (1), bevorzugt für Brennstoffzellenfahrzeuge, mit wenigstens einer Montageeinrichtung zur Montage der elektrochemischen Zellen, insbesondere von Brennstoffzellen (10), oder von Brennstoffzellen (10) für die Brennstoffzellenaggregate (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellungskette frei von einer Konditioniereinrichtung für die elektrochemischen Zellen, insbesondere die Brennstoffzellen (10), ist.Production chain for electrochemical cells, in particular fuel cells (10), or fuel cell assemblies (1), preferably for fuel cell vehicles, with at least one assembly device for assembling the electrochemical cells, in particular fuel cells (10), or fuel cells (10) for the fuel cell assemblies (1) , characterized in that the production chain is free of a conditioning device for the electrochemical cells, in particular the fuel cells (10). Herstellungskette gemäß vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellungskette: • im Wesentlichen direkt nach der Montageeinrichtung eine Prüfeinrichtung zur Überprüfung der elektrochemischen Zellen, insbesondere der Brennstoffzellen (10), oder Brennstoffzellenaggregate (1), aufweist, • ferner wenigstens eine weitere Montageeinrichtung zur Weiterbildung der Brennstoffzellen (10) zu Brennstoffzellenaggregaten (1) aufweist, und/oder • lediglich eine einzige Produktionslinie für die elektrochemischen Zellen, insbesondere die Brennstoffzellen (10), oder Brennstoffzellenaggregate (1) aufweist.Production chain according to the preceding claim, characterized in that the production chain: • a test device for checking the electrochemical cells, in particular the Fuel cells (10), or fuel cell units (1), • furthermore has at least one further assembly device for further development of the fuel cells (10) into fuel cell units (1), and / or • only a single production line for the electrochemical cells, in particular the fuel cells ( 10), or fuel cell units (1). Verfahren zum initialen Konditionieren einer Brennstoffzelle (10) eines Brennstoffzellenaggregats (1) für ein Brennstoffzellenfahrzeug, wobei die Brennstoffzelle (10) mittels eines Steuergeräts (50) des Brennstoffzellenaggregats (1) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (10) ausgelöst durch (Schritt 210, Schritt 310) und mit Hilfe des Steuergeräts (50) wenigstens teilweise oder vollständig initial konditioniert wird (Schritt 220, Schritte 320, 322).Method for the initial conditioning of a fuel cell (10) of a fuel cell unit (1) for a fuel cell vehicle, the fuel cell (10) being controllable by means of a control device (50) of the fuel cell unit (1), characterized in that the fuel cell (10) is triggered by ( Step 210, step 310) and is initially conditioned at least partially or completely with the aid of the control device (50) (step 220, steps 320, 322). Verfahren gemäß vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass: • die Brennstoffzelle (10) und ihr Steuergerät (50) jeweils einen dauerhaften Bestandteil des Brennstoffzellenaggregats (1) bilden, • das Brennstoffzellenaggregat (1) mit der Brennstoffzelle (10) im Brennstoffzellenfahrzeug verbaut ist, und/oder • das Steuergerät (50) ferner als ein Motorsteuergerät des Brennstoffzellenfahrzeugs ausgebildet ist.Method according to the preceding claim, characterized in that: • the fuel cell (10) and its control device (50) each form a permanent component of the fuel cell unit (1), • the fuel cell unit (1) is installed with the fuel cell (10) in the fuel cell vehicle, and / or • the control device (50) is also designed as an engine control device of the fuel cell vehicle. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des initialen Konditionierens (Schritt 220, Schritt 320) und angesteuert durch das Steuergerät (50): • eine durch die Brennstoffzelle (10) erzeugte elektrische Energie in einem Akkumulator gespeichert wird, • eine durch die Brennstoffzelle (10) erzeugte elektrische Energie und/oder Wärme verbraucht, weitertransportiert und/oder abtransportiert wird, • das Steuergerät (50) eine für das initiale Konditionieren nicht benötigte, elektrisch ansteuerbare Einrichtung des Brennstoffzellenaggregats (1) und/oder des Brennstoffzellenfahrzeugs zusätzlich betreibt, und/oder • ein Start des Brennstoffzellenfahrzeugs verhindert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the initial conditioning (step 220, step 320) and controlled by the control device (50): • an electrical energy generated by the fuel cell (10) is stored in an accumulator, • a electrical energy and / or heat generated by the fuel cell (10) is consumed, transported further and / or transported away, • the control unit (50) also has an electrically controllable device of the fuel cell unit (1) and / or the fuel cell vehicle that is not required for the initial conditioning operates, and / or • a start of the fuel cell vehicle is prevented. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: • die Brennstoffzelle (10) wenigstens teilweise oder ausschließlich angesteuert durch das Steuergerät (50) initial konditioniert wird, • eine teilweises Konditionieren der Brennstoffzelle (10) mit Hilfe des Steuergeräts (50), insbesondere ebenfalls mit Hilfe des Steuergeräts (50) abgeschlossen wird, und/oder • die Brennstoffzelle (10) unter Zuhilfenahme wenigstens oder genau einer externen Einrichtung konditioniert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that: • the fuel cell (10) is initially conditioned at least partially or exclusively controlled by the control device (50), • partial conditioning of the fuel cell (10) with the aid of the control device (50), in particular is also terminated with the aid of the control device (50), and / or • the fuel cell (10) is conditioned with the aid of at least or precisely one external device. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das initiale Konditionieren: • aktiv und/oder passiv ausgelöst wird, • durch eine Konditionier-Software automatisiert: aktiviert, deaktiviert, unterbrochen und/oder fortgesetzt wird, • durch/bei einem Dritten, insbesondere dem Hersteller, Händler und/oder Benutzer des Brennstoffzellenfahrzeugs, erfolgt / durchgeführt wird, und/oder • teilweise oder vollständig während eines Transports und/oder einer Fahrt des Brennstoffzellenfahrzeugs durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the initial conditioning: • is triggered actively and / or passively, • is automated by conditioning software: activated, deactivated, interrupted and / or continued, • by / at a third party, in particular to the manufacturer, dealer and / or user of the fuel cell vehicle, takes place / is carried out, and / or • is carried out partially or completely during transport and / or a journey of the fuel cell vehicle. Computerprogramm für ein Steuergerät (50) eines Fahrzeugs, insbesondere eines Brennstoffzellenfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm Befehle umfasst, welche bei Ausführung einen Computer veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.Computer program for a control device (50) of a vehicle, in particular a fuel cell vehicle, characterized in that the computer program comprises commands which, when executed, cause a computer to carry out a method according to one of the preceding claims. Elektronische Vorrichtung (50), bevorzugt Steuergerät (50) eines Fahrzeugs, insbesondere eines Brennstoffzellenfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eingerichtet ist ein Verfahren und/oder ein Computerprogramm gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.Electronic device (50), preferably control device (50) of a vehicle, in particular a fuel cell vehicle, characterized in that the device is set up to carry out a method and / or a computer program according to one of the preceding claims. Fahrzeug mit einem Brennstoffzellenaggregat (1) oder einem Brennstoffzellensystem, insbesondere Brennstoffzellenfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Fahrzeug ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchführbar ist und/oder das Fahrzeug eine elektronische Vorrichtung gemäß vorhergehendem Anspruch aufweist.Vehicle with a fuel cell unit (1) or a fuel cell system, in particular a fuel cell vehicle, characterized in that a method according to one of the preceding claims can be carried out by the vehicle and / or the vehicle has an electronic device according to the preceding claim.
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