关闭的燃料电池系统的启动准备方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于交通工具(1)中的燃料电池系统(2)的启动准备方法，该燃料电池系统具有至少一个燃料电池(3)和至少一个系统旁路，其中，至少一个空气流

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】关闭的燃料电池系统的启动准备方法
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分所详细定义的类型的、用于在交通工具中的已关闭的燃料电池系统的启动过程准备方法。
技术介绍
从现有技术中知道了燃料电池系统。燃料电池系统例如可以安装在车辆中以提供电驱动功率。在此，燃料电池系统的问题之一在于在运行期间在燃料电池系统中出现高纯水。如果这时出现低于冰点的温度(这尤其在车辆应用中不可避免地发生)，则燃料电池系统会冻结并在重新启动过程中引发相应问题，或者需要经过很长时间，才能启动燃料电池系统。这是因为以下事实，即，由于湿气/水分冷凝并冻结，例如气体管路和/或阀门可能被堵塞且其它部件的功能可能因结冰而受损。为了解决该问题，例如从文献DE10150386A1和现有技术中知道了，为了在燃料电池系统关停情况下使燃料电池系统为启动过程作好准备而执行启动准备程序，以从燃料电池系统中排出水和湿气。一般，在此用气体吹扫燃料电池系统，例如通过空气输送装置和/或氢气再循环风机或其它类型的风机来输送气体。由此将湿气从燃料电池系统中吹出，并且能够将可能有的水分离器等清空和冲扫，以便在这里也尽可能多地除去湿气。现在的情况是：燃料电池系统在关闭和随后的关停过程中通常还是很热的，以致蒸汽或许残留在燃料电池系统中，蒸汽随后仍会凝结并且也可能因温度随后降至低于冰点而导致上述问题。因此，作为上述启动准备程序的补充或替代，从其它现有技术中也知道了，在燃料电池系统的停止状态下执行启动准备程序。为此，例如当环境温度降到低于规定限值时，燃料电池系统被唤醒，以随后执行启动准备程序并干燥系统。不同于在燃料电池系统关停之后马上干燥，这种通常也称为温湿度控制或停机温湿度控制的启动准备程序具有以下优点，即，后来还冷凝出的水可被一并去除。与此相关，例如可以参考文献DE102016116214A1。通常，根据现有技术，启动准备程序将始终按照相同模式进行，因为规定气体量如空气量和/或氢气量被输送经过燃料电池系统，以除去湿气并将水吹出。为了做到这一点，人们例如允许所有气体输送装置在设定的时间内以恒定转速运行。在此，通常总是如此设计该时间和相关的气体量，即，在任何情况下都能够实现安全可靠的干燥。这是相对复杂的，因为必须始终针对最大湿度来设计时间和气体量以及进而所需的能量和所引起的噪声排放。如果燃料电池系统在运行后关闭时具有最少湿气，则干燥程度过于强烈，这不利地影响到燃料电池系统或其燃料电池的使用寿命。从文献DE112007002603T5中还知道了，可以在运行模式方面如此运行燃料电池系统，即，燃料电池系统具备更加湿润的运行模式或更加干燥的运行模式。但在按更加干燥的模式运行时，使用寿命一般受到限制。但是，所提到的文献提出，在燃料电池系统即将关闭的情况下该燃料电池系统应该按照干燥运行模式运行，以便能够基本取消启动准备程序。在实践中，这导致使用寿命方面的限制，这是因为足够湿润是燃料电池系统或其燃料电池低损耗运行的一项决定性标准，尤其是对于车辆应用和随之而来的严格的性能动力学要求而言。因此力求，总是能够在理想湿度的情况下运行燃料电池系统及其燃料电池。为了不必在冻结启动情况下担心晚些由结冰等引起堵塞，与此相应地规定了上述意义上的尽可能高效的启动准备程序，以根据需要来干燥燃料电池系统。
技术实现思路
现在，本专利技术的目的在于提出一种这样的启动准备程序，它允许实现非常高效的且因此就排放和能量而言节约的燃料电池系统干燥方法。根据本专利技术，该目的通过一种具有权利要求1的特征的方法实现。有利的设计方案和改进方案来自其从属权利要求。在交通工具中的具有燃料电池和系统旁路的燃料电池系统中，根据本专利技术的方法规定，如也在现有技术中那样，燃料电池系统通过所输送的空气流被干燥。在此，为了尽可能高效地执行该方法而规定，在第一时间阶段中，将空气流的较大部分引导经过燃料电池，将空气流的较小部分引导经过系统旁路。因此在此阶段主要干燥燃料电池，只有很少的空气通过系统旁路。在随后的阶段中则与之相反，此时，空气流的较大部分被引导通过系统旁路，而空气流的较小部分被引导通过燃料电池。这有助于燃料电池系统的非常高效的干燥。在此，根据该构思的一个很有利的改进方案，燃料电池系统中的加热装置在第一时间阶段之前便已在前置加热阶段中运行。加热装置的运行尤其可以是现有电热装置的运行，可借此加热例如阀、管路件、水分离器等。也可使用任何其它类型的加热装置、如热交换器，该热交换器利用来自冷却水或蓄热器的余热运行。例如在此也可以想到以如下方式运行用于阀机构等的致动器，即，积蓄过多废热以便加热与致动器相连的阀等。通过这种加热，水被蒸发或者在水的第一部分已冻结的情况下将其再次融化，以使干燥特别有效。在此，可以在整个启动准备程序期间使加热装置保持运行，就是说，在借助于输送空气流的先后相继的两个阶段中使加热装置保持运行。在此，即使当空气流就其体积流量而言首先以一种方式且随后以另一种方式在系统旁路与燃料电池之间分配时，在第一阶段开始时，所输送的空气流增加到恒定值且进而增加到恒定压力，并且在第二阶段结束之前都保持恒定。所有这些都有助于燃料电池系统的有效干燥。在此，空气流尤其可被引导流过燃料电池的阴极侧，而在第一阶段和第二阶段的持续时间内，在阳极排放阀打开的情况下给燃料电池的阳极室以脉冲压力供应氢气。即，用氢气吹扫阳极侧，对此，例如在阳极之后或在基本已知的阳极回路中的阳极排放阀被相应打开。氢气的脉冲压力用于：即便在氢气体积流量相对低的情况下也非常好地从燃料电池阳极室中排出湿气且尤其是排出液态水，从而以最小的氢气消耗量实现高效干燥。然后，氢气以常见方式例如被送入排气管线并且能够在利用流过系统旁路和燃料电池阴极室的排气体积流量相应稀释之后被排放到环境中，从而不会超过排放限值并且不会出现可燃的甚至爆炸性的混合物。此时，脉冲压力优选围绕空气流的恒定压力值来设定，优选按如下方式来设定：脉冲压力平均值大于或等于恒定压力值。因此可实现从整个燃料电池系统中理想地去除湿气。根据该构思的一个非常有利的改进方案，整个启动准备程序的开始在此可以根据温度限值进行。即，启动准备程序不是在燃料电池系统关闭后就立即开始，而是按照前言所述方式在停机温湿度控制意义上在燃料电池系统关闭时达到温度限值之后才开始。为此，例如测量环境温度或燃料电池系统内部温度、尤其是在燃料电池区域或用于燃料电池的冷却剂中的温度。如果温度值降至低于温度限值，该温度限值例如为5℃，则可以相应开始第一阶段，或者如果计划有前置加热阶段则是：就时间而言，第一阶段在加热阶段开始之后、例如在经过恒定的或取决于温度的加热时间之后才开始。附图说明从以下参照附图所详述的实施例中得到根据本专利技术的方法的其它有利的设计方案。其中：图1示出具有适于执行根据本专利技术的方法的燃料电池系统的交通工具；图2示出随时间T变化的温度T的曲线图，用于说明启动准备的时刻；图3示出随时间t变化的各种不同状态的曲线图，用于说明根据本专利技术的方法的过程。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于交通工具(1)中的燃料电池系统(2)的启动准备方法，该燃料电池系统具有至少一个燃料电池(3)和至少一个系统旁路，其中，至少一个空气流

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180821 DE 102018006608.91.一种用于交通工具(1)中的燃料电池系统(2)的启动准备方法，该燃料电池系统具有至少一个燃料电池(3)和至少一个系统旁路，其中，至少一个空气流被输送通过该燃料电池系统(2)的各部分以将其干燥，其特征在于，在第一时间阶段(t22-t21)，空气流的较大部分被引导经过该燃料电池(3)，空气流的较小部分被引导经过该系统旁路(15)，接着在第二时间阶段(t23-t22)，空气流的较大部分被引导经过该系统旁路(15)，而空气流的较小部分被引导经过该燃料电池(3)。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一时间阶段(t22-t21)之前，燃料电池系统(2)内的加热装置(19)便已在前置的加热阶段(t22-t2)中运行。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，加热装置(19)一直运行至第二时间阶段(t23-t22)结束。


4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在第一阶段(t22-t21)开始时所输送...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·A·帕斯特尼格拉，S·施马尔茨里德特，A·穆特施尔，
申请(专利权)人：戴姆勒股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE