用于运行车辆中的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车辆(1)中的燃料电池系统(4)的方法，其中，燃料电池系统(4)在需要时转换到暂时的停车模式中以及从停车模式重新启动，燃料电池系统(4)包括至少一个燃料电池(7)，所述燃料电池在阴极侧通过空气输送装置(11)供给空气质量流而在阳极侧供给可燃气体质量流，基于车辆(1)，在特定的行驶状况中提出变换到停车模式的要求，检查燃料电池系统(4)的运行条件是否允许变换到停车模式，在允许变换时则变换到停车模式，在车辆(1)要求重新启动燃料电池系统(4)时又撤销停车模式设定。到所述停车模式的变换包括：在继续存在燃料电池(7)的电触点接通时使由空气输送装置(11)输送的空气质量流停止或降低到预先给定的值，以及使所输入的可燃气体的压力降低到预先给定的值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种根据在权利要求I前序部分中详细定义的类型的。
技术介绍
由公共的现有技术已知了车辆中的停车/起步系统。在此期间，尤其是在任意驱动类型的机动车中，为了节省能量以及为了降低噪声排放，通常在不需要功率的短暂阶段中——例如在交叉路口交通信号灯红灯处或者在车辆滑行时——将驱动总成关断，以便节省能量。典型地，在此除了驱动总成本身之外还使辅助消耗器例如泵、压缩机等一起关断或者至少变成功率降低的状态。由此，不仅对能量的需求而且有害物质和噪声的排放都明显降低。这种系统在此也在配备有用于产生所需驱动功率的燃料电池系统的车辆中已知。例如美国专利US 6，484，075 B2描述了一种方法，以便将燃料电池在车辆停车持续时间中暂时置于停车模式中。基于车辆要求变换到燃料电池系统的停车模式中的请求，首先检查燃料电池系统是否能够满足所述要求。如果情况如此，则变换到停车模式中，在所述停车模式中，不仅燃料电池的可燃气体供给而且空气供给都被完全关断。由此节省能量和降低排放。但该专利所描述的方法具有重大缺点，即由于不断地接通和关断，燃料电池相对较快地老化，并且为了从完全停止状态起重新起动氢供给以及空气供给，需要相对较长的时间，在所述时间内，在车辆重新起步过程中燃料电池不能提供驱动功率。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，如下地改进，使得所述方法在停车/起步运行中保证舒适的功能性并且同时可实现燃料电池的高使用寿命。根据本专利技术，所述目的通过权利要求I特征部分中所述的特征来实现。根据本专利技术的方法的其它有利设计方案和扩展构型在此由从属权利要求得到。由于在根据本专利技术的方法中在变换到停车模式中的情况下维持燃料电池的电触点接通，所以可继续有电流从燃料电池流出，从而使残余的介质——在此尤其是燃料电池的区域中的残余的氧——减少。由此，对于燃料电池的各个电池单体，在停车模式期间避免对电池寿命具有不利影响的有害的电压。为了给所述减少提供足够量的可燃气体、尤其是氢，在根据本专利技术的方法中，不中断可燃气体向燃料电池的阳极侧的输入，而是仅下降到降低了的压力上。由此可在对燃料电池的阴极区域的空气供给关断或最小化时防止阳极区域与阴极区域之间的压力差过度地大。如果燃料电池如根据一种特别优选的扩展构型那样构造成PEM燃料电池，则减小的压力差负责使燃料电池的膜相应得到保护并且不承受过高的压力差的负荷。另外，根据本专利技术方法的一种非常有益且有利的扩展构型，将燃料电池系统中未消耗的可燃气体由阳极之后的区域通过再循环输送装置与来自用于输入可燃气体的阀装置的新鲜可燃气体一起输入到阳极，其中，到停车模式的变换还包括使由再循环输送装置输送的质量流降低到预先给定的值。由此，在停车模式期间在用在具有阳极再循环(系统)的燃料电池系统中时所述再循环输送装置继续运行。根据一种非常有利的扩展构型，所述再循环输送装置可构造成电机驱动的再循环鼓风机。在此情况下，可将再循环鼓风机简单且有效地置于预先给定的转速，该预先给定的转速明显低于正常运行中的转速。因此，根据本专利技术的方法，与微小维持的压力并因此微小维持的氢输入一起，形成这样的构造，在所述构造中，通过再循环输送装置，气体在阳极和再循环管路的区域中继续运动，从而使在可能情况下进入到燃料电池的阴极区域中的氧通过用电流加载燃料电池而可相应减少。此外，根据本专利技术方法的一种非常有利的构型，可使燃料电池与电子单元电耦合，以减小燃料电池的功率，通过所述电子单元也将燃料电池的过量的功率储存在能量储存器 装置中，其中，通过该电子单元在变换到停车模式中之后使电流从燃料电池流出，直到达到预先给定的电压，并且此后，燃料电池保持被调整到一恒定电压上。根据本专利技术方法的该非常有利的构型提出非常频繁地常规地与能量储存器装置例如蓄电池一起使用燃料电池。因此，在燃料电池具有过量功率供使用的情形下，或者在车辆由电行驶马达在发电机运行工况中制动的情形下，可暂时储存产生在系统中并且不直接需要的电功率。现在，所述构造具有重要优点随着进入到停车模式中，首先通过电子单元从燃料电池取出电流。所述电流使得电压保持相应低并因此在燃料电池的电池单体的区域中不产生腐蚀。所述电压的有利的极限在此大约为每个电池单体0.85伏特。此外，通过所述电流，存在于阴极区域中的残余氧减少，这是因为所述残余氧可与可燃气体反应(因为根据本专利技术可燃气体供给始终仍在低的水平上继续进行)。在残余气体消耗之后，通过电子单元使电压保持在预先给定的低的水平上，以便继续维持可随时投入工作的状态。此外，通常被加在燃料电池系统的整个高压总线上的所述低的电压水平允许所述燃料电池系统可靠地运行，这是因为所述高压总线例如也一起负责再循环输送装置的驱动。在此完全可发生负电流流到燃料电池中，为此所需的功率可从能量储存器装置中取出并且通常非常小。在此，在根据本专利技术的方法的一种有利的扩展构型中，在变换到停车模式中时使空气输送装置完全停止。因为容积式压缩机等可非常快速地重新启动并且可提供最大空气流，所以尤其是在使用容积式压缩机等时可非常简单地实现的所述构造在噪声排放和能量需求方面非常有利。由于不再对阴极区域供给氧，电池单体的电压可进一步下降并且分散。为了在这种情况下也安全且可靠地避免燃料电池的电池单体的腐蚀，根据本专利技术方法的一种非常有利的扩展构型，可在停车模式已持续了预先给定的时间间隔之后，短暂地提高空气质量流，其中，在达到空气质量流的预先给定的值之后又变换回到停车模式中。空气输送装置的这种短时间的启动短暂地产生流到燃料电池的阴极区域中的空气质量流。这种所谓的更新现在重新使得燃料电池的区域中的电压提高并因此使腐蚀的危险降低，这是因为开头所述的机理重新开始。因为仅仅空气质量流暂时提高而其他过程和部件都维持其停车模式的状态，所以所述更新具有相对较小的能量需求和仅很小的噪声排放。但所述更新在燃料电池的腐蚀方面并因此在使用寿命方面可实现明显的优点。在根据本专利技术的方法的另一种非常有利的构型中，可使用流动式压缩机作为空气输送装置，所述流动式压缩机在停车模式期间在预先给定的低转速上继续运转。通过鼓风机或类似装置输送用于燃料电池的空气质量流的流动式压缩机由燃料电池系统的公共现有技术已知并且相对于容积式压缩机具有相应优点。但流动式压缩机需要相对较高的转速，以便可提供所要求的空气质量流。因此，在停车模式中，这种流动式压缩机不是完全停止，而是根据本专利技术在低的转速上继续运转。这样的优点在于所述流动式压缩机在系统重新启动时需要的加速弱得多，这在能量需求以及直至燃料电池系统重新启动为止的持续时间方面具有重要优点。作为空气输送装置的流动式压缩机在低的转速上继续运转的另一个方面在于，少的空气质量流被继续输送到燃料电池，由此，上述更新在根据本专利技术的该构型中通常可终止。此外，在根据本专利技术的方法的一种非常有益且有利的扩展构型中，在变换到停车模式时还在处于空气输送装置之后的、到燃料电池的空气质量流与来自燃料电池系统的排气流之间将流动连接部打开。亦即，也可被称为系统旁通阀的这种流动连接部提供从空气输送装置之后的区域到排气区域中的流动连接。因此，在不截止燃料电池的阴极区域——这将需要极费事且昂贵的、此外还易受干扰且笨重并且需要明显结构空间的阀装置——的情况下，可用唯一一个非常简单的阀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·穆勒，S·施马尔茨里德特，K·魏格勒，
申请(专利权)人：戴姆勒股份公司，
类型：发明
国别省市：