用于运行燃料电池系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于运行具有燃料电池堆叠

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于运行燃料电池系统的方法、控制器


[0001]本专利技术涉及一种用于运行燃料电池系统
、
尤其是聚合物电解质膜
(PEM)
燃料电池系统的方法
。
另外，本专利技术涉及一种控制器，该控制器设立为用于实施该方法的步骤
。

技术介绍

[0002]PEM
燃料电池具有聚合物电解质膜，该聚合物电解质膜布置在阳极与阴极之间
。
借助
PEM
燃料电池可以将供应给阳极的氢气和以空气的形式供应给阴极的氧气转化为电能
、
热量和水
。
为了提高所产生的电压，在实际应用中将多个燃料电池组合成燃料电池堆叠，也被称为“堆
(Stack)”。
[0003]由于从
PEM
燃料电池中逸出的阳极气体通常还包含未经使用的氢气，因此将该氢气再循环并且重新供应给在燃料电池堆叠中的阳极
。
在此，该再循环可以被动地借助喷射泵和
/
或主动地借助再循环鼓风机来实现
。
然而，随着时间，经再循环的阳极气体与氮气和水一起积聚，其中，水可以以水蒸气和液态水的形式存在
。
液态水通常借助水分离器
(Wasserabscheider)
移除
。
该水分离器可以作为独立的部件布置在阳极回路中或者集成到再循环鼓风机中
。
水分离器通常包括容器，经分离的液态水被收集在该容器中
。
通过打开阀
、
所谓的排水阀
(Drainventil)
，可以将该容器排空
。
打开时间点在此取决于该容器的液位
。
该打开时间段应该如此选择，使得该容器不溢出
。
因为由于容器的逸出，液态水可能进入下游的部件中，例如进入下游的再循环鼓风机中
。
[0004]在燃料电池系统运行时积累的水量取决于不同的运行参数，并且可以强烈地变化
。
此外，热量损失
、
例如在关断情况下的热量损失，可以导致水冷凝出，使得液态水份额增大
。
因此，通常借助液位传感器来监控在用于收集液态水的容器中的液位
。
然而，在移动应用中，液位传感器受到波动和
/
或振动，所述波动和
/
或振动可能影响测量结果，使得液位传感器的使用是成问题的
。
除此之外，液位传感器的使用增加成本
。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术所涉及的任务在于，提出一种用于运行燃料电池系统的方法，该方法能够实现在没有液位传感器
(F
ü
llstandssensor)
的情况下以可靠且同时成本有利的方式监控在用于收集经分离的水的容器中的液位
。
[0006]为了解决该任务，提出一种具有权利要求1的特征的方法
。
本专利技术的有利的扩展方案能够从从属权利要求中得到
。
除此之外，提出一种用于实施该方法或各个方法步骤的控制器
。
[0007]在所提出的用于运行具有燃料电池堆叠的燃料电池系统的方法中，经由阳极回路向在燃料电池堆叠中的阳极供应阳极气体，该阳极气体包括新鲜的和经再循环的氢气
。
包含在阳极气体中的液态水借助集成到阳极回路中的水分离器分离
、
收集在容器中并且通过临时打开排水阀从系统中移除，根据本专利技术，为了探测已满的容器，将在所述燃料电池堆叠中的阳极的进入区域中的阳极气体的实际温度与目标温度进行比较
。
在小于所述目标温度
的情况下，推断出容器已满并且打开所述排水阀
。
[0008]该方法基于以下假设：
[0009]从阳极中逸出的阳极气体可以具有从0％至过饱和的相对湿度
(rH)。
因此，除了饱和的阳极气体之外，液态水也可能逸出
。
液态水在水分离器中被分离，并且被收集在为此所设置的容器中
。
如果存在具有最大分离度的水分离器，则阳极气体在水分离器的下游具有如下相对湿度：该相对湿度在理想的分离情况下可以为0至
100
％
。
除此之外，在非理想的分离情况下，包含有液态水份额
。
[0010]新鲜配量
(eindosiert)
的氢气的相对湿度
(rH)
为0％
。
[0011]在了解两种物质流的状态的情况下，可以根据共路径
(Konoden)
定律
(
也被称为“Gesetz der abgewandten Hebelarme”“杠杆定律”)
计算在阳极的进入区域中的绝热混合温度
(adiabate Mischtemperatur)。
该值规定能够预期的温度，即目标温度
。
如果小于该目标温度，则能够推断出容器已满
。
因为在容器满的情况下，该水分离器的效率下降并且被分离的液态水较少
。
该液态水与新鲜配量的氢气混合，并且出现液态水的再蒸发
。
然后，绝热混合温度下降到低于在理想运行中的混合温度的值
。
现在，从在阳极的进入区域中的温度的降低中可以推断出，用于收集经分离的液态水的容器已满或已达到最大液位
。
然后，通过打开排水阀可以排空该容器
。
[0012]按照根据本专利技术的方法对容器已满的识别不需要液传感器，使得开头提到的缺点被克服
。
此外，该方法可以简单且成本有利地实现
。
[0013]优选地，借助温度传感器测量在燃料电池堆叠中的阳极的进入区域中的阳极气体的实际温度
。
通过测量实际温度，存在可靠的温度值
。
由于通常测量在阳极的进入区域中的温度，因此可以利用已经存在的温度传感器，使得不必设置附加的传感器
。
因此，该方法可以还更简单且更成本有利地实现
。
[0014]此外，优选地，预先计算目标温度，其中，考虑阳极气体的组成成分
。
在此，假定组成成分是已知的，所述组成成分即新鲜的氢气的份额以及经再循环的氢气的份额
。
经预先计算的目标温度可以保存在控制器中，然后，可以在执行该方法时借助该控制器进行实际温度与目标温度的比较
。
[0015]优选地，在计算目标温度时，假定所有过程在恒定的运行条件下是等压的
(isobar)。
[0016]另外提出，在打开排水阀之前执行可信度检查
。
通过这种方式，可以防止在容器未满的情况下不必要地打开排水阀
。
在可信度检查的情况下，优选检查，小于所述目标温度是否能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于运行具有燃料电池堆叠
(1)
的燃料电池系统的方法，其中，经由阳极回路
(3)
向在所述燃料电池堆叠
(1)
中的阳极
(2)
供应阳极气体，所述阳极气体包括新鲜的氢气和经再循环的氢气，其中，包含在所述阳极气体中的液态水借助集成到所述阳极回路
(3)
中的水分离器
(4)
分离
、
收集在容器
(5)
中并且通过临时打开排水阀
(6)
从所述系统中移除，其特征在于，为了探测已满的容器
(5)
，将在所述燃料电池堆叠
(1)
中的阳极
(2)
的进入区域
(7)
中的阳极气体的实际温度与目标温度进行比较，在小于所述目标温度的情况下，推断出已满的容器
(5)
并且打开所述排水阀
(6)。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助温度传感器测量在所述燃料电池堆叠
(1)
中的阳极
(2)
的进入区域中的阳极气体的实际温度
。3.
根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，预先计算所述目标温度，其中，考虑...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：