DE102005038927C5

DE102005038927C5 - Verfahren zum Abschalten eines Brennstoffzellensystems durch Verwendung einer Luftspülung bei niedriger Zellentemperatur sowie ein Brennstoffzellensystem zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102005038927C5
Application number: DE102005038927.9A
Authority: DE
Inventors: Paul Taichiang Yu; Fredrick T. Wagner
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2025-08-18
Also published as: DE102005038927A1; US20080003465A1; DE102005038927B4; US7608352B2; US7270904B2; US20060040150A1

Abstract

Verfahren zum Spülen eines Brennstoffzellenstapels (22) bei einer Stapelabschaltung, wobei der Brennstoffzellenstapel (22) eine Anodenseite (26), eine Kathodenseite (24), eine Anodeneingangsleitung (36), eine Kathodeneingangsleitung (32) und eine Anodenaustragsleitung (42) umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass: die Temperatur eines durch den Brennstoffzellenstapel (22) strömenden Kühlfluids überwacht wird; während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels (22) die Temperatur des Kühlfluids auf einer ersten vorbestimmten Temperatur gehalten und Wasserstoff an die Anodenseite (26) geliefert wird; und bei der Abschaltung des Stapels (22) die Lieferung von Wasserstoff an den Brennstoffzellenstapel (22) verhindert und zusätzlich ein Ausgang des Brennstoffzellenstapels (22) von einer Primärlast (50) zu einer Hilfslast (52) geschaltet wird, um restlichen Wasserstoff in dem Brennstoffzellenstapel (22) zu beseitigen, und die Anodenseite (26) des Brennstoffzellenstapels (22) mit Luft gespült wird, nachdem die Temperatur des Kühlfluids auf eine zweite vorbestimmte Temperatur verringert ist.

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein ein Brennstoffzellensystem, das ein Verfahren zur Verwendung von Luft zum Spülen von Wasserstoff aus einem Brennstoffzellenstapel bei einer Systemabschaltung umfasst, und insbesondere ein Brennstoffzellensystem, das ein Verfahren zur Verwendung von Luft zum Spülen von Wasserstoff bei einer Systemabschaltung umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass die Luftspülung so lange verzögert wird, bis die Temperatur des Brennstoffzellenstapels unter eine vorbestimmte Temperatur verringert ist, um so die Gefahr einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Zellen zu verringern.
Wasserstoff stellt einen sehr attraktiven Brennstoff dar, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, in einer Brennstoffzelle effizient Elektrizität zu erzeugen. Die Kraftfahrzeugindustrie wendet erhebliche Ressourcen bei der Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellen als eine Energie- bzw. Antriebsquelle für Fahrzeuge auf. Derartige Fahrzeuge sind effizienter und erzeugen weniger Emissionen als heutige Fahrzeuge, die Verbrennungsmotoren verwenden.
Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen umfasst. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf und die Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird in der Anode typischerweise durch einen Katalysator 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 typischerweise über einen Katalysator 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. Die Arbeit dient dazu, das Fahrzeug anzutreiben.
Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM-Brennstoffzellen) sind populäre Brennstoffzellen für Fahrzeuge. Die PEM-Brennstoffzellen umfassen allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran, wie beispielsweise eine Membran aus perfluorierter Säure. Die Anode und Kathode umfassen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel, gewöhnlich Platin (Pt), getragen auf Kohlenstoffpartikeln und gemischt mit einem Ionomer. Die Kombination aus Anode, Kathode und Membran definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA). MEAs sind relativ teuer herzustellen und erfordern bestimmte Bedingungen für einen effektiven Betrieb. Diese Bedingungen umfassen ein richtiges Wassermanagement wie auch eine richtige Befeuchtung sowie eine Steuerung katalysatorschädigender Bestandteile, wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO).
Typischerweise werden viele Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Beispielsweise kann ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug zweihundert gestapelte Brennstoffzellen umfassen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodeneingangsgas als eine Luftströmung auf, die typischerweise über einen Kompressor durch den Stapel gedrängt wird. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff in der Luft von dem Stapel verbraucht, und ein Teil der Luft wird als ein Kathodenabgas ausgetragen, das Wasser als ein Stapelnebenprodukt umfassen kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffeingangsgas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
Wenn ein Brennstoffzellensystem abgeschaltet wird, verbleibt nicht verbrauchtes Wasserstoffgas in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels. Dieser Wasserstoff kann durch die Membran diffundieren oder diese durchqueren und mit dem Sauerstoff in der Katalysatorlage auf der Kathodenseite reagieren. Wenn der Wasserstoff von der Anodenseite zu der Kathodenseite diffundiert, wird der Gesamtdruck in der Anodenseite unter den Umgebungsdruck verringert. Dieser Druckunterschied saugt Luft von der Umgebung in die Anodenseite des Stapels. Wenn die Luft in die Anodenseite des Stapels eintritt, erzeugt sie eine Luft-/Wasserstoff-Front, die einen Kurzschluss in der Anodenseite erzeugt, was in einer Querströmung von Wasserstoffionen von dem mit Wasserstoff gefluteten Abschnitt der Anodenseite zu dem mit Luft gefluteten Abschnitt der Anodenseite resultiert. Dieser hohe Ionenstrom durch den hohen Quer-Ionenwiderstand der Membran erzeugt einen erheblichen (~0,5 V) Querpotentialabfall in der Membran. Dies erzeugt ein lokales hohes Potential zwischen der Kathode entgegengesetzt dem luftgefüllten Abschnitt der Anode und benachbart des Elektrolyten, das eine schnelle Kohlenstoffkorrosion antreibt und zur Folge hat, dass die Kohlenstofflage dünner wird. Dies verringert die Abstützung für die Katalysatorpartikel, was die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle vermindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden.
Es ist in der Technik bekannt, bei einer Systemabschaltung den Wasserstoff aus der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels zu spülen, indem von dem Kathodeneingang Luft in die Anodenseite unter hohem Druck gedrängt wird. Die Luftspülung erzeugt die Luft/Wasserstoff-Front, die die Kathodenkohlenstoffkorrosion bewirkt, wie oben beschrieben ist. Somit ist es erwünscht, die Verweilzeit der Luft/Wasserstoff-Front auf so kurz wie möglich zu verringern, wobei die Frontverweilzeit als das Anodenströmungskanalvolumen geteilt durch den Luftspüldurchsatz definiert ist.
Höhere Spülraten verringern die Frontverweilzeit für ein fixiertes Anodenströmungskanalvolumen.
US 2002/0076583 A1 beschreibt ein Verfahren zum Spülen eines Brennstoffzellenstapels bei einer Stapelabschaltung. Der Brennstoffzellenstapel umfasst eine Anodenseite, eine Kathodenseite, eine Anodeneingangsleitung, eine Kathodeneingangsleitung und eine Anodenaustragsleitung. Bei der Abschaltung des Stapels wird die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels mit Luft gespült, um restliches Wasserstoffgas aus dem Anodenströmungsfeld zu verdrängen. Während des normalen Betriebs und während des Abschaltens wird der Brennstoffzellenstapel mittels eines Kühlfluids gekühlt.
US 2004/0033395 A1 beschreibt eine Brennstoffzelle mit einer Kathode und einer Anode, wobei die Anode beim Abschalten der Brennstoffzelle mit Luft gespült wird. In einem Startmodus der Brennstoffzelle, welcher bei einer Vereisung der Brennstoffzelle durchlaufen wird, wird eine Temperatur eines Kühlfluids für die Brennstoffzelle mit einer Temperatur eines Auslasses der Kathode verglichen.
DE 101 60 556 A1 beschreibt ein Verfahren zum Stoppen des Betriebs eines Wasserstoffgaserzeugungssystems, welches Wasserstoffgas durch Reformierung eines vorbestimmten Rohmaterials erzeugt, bei dem durch Zuführung von Luft ein restliches entflammbares Material aus einer Reformiereinheit des Wasserstoffgaserzeugungssystems gespült wird.
Es ist beobachtet worden, dass, da die bekannte Anodenspülung unmittelbar bei einer Systemabschaltung auftritt, wenn sich der Brennstoffzellenstapel immer noch in der Nähe seiner Betriebstemperatur befindet, die Luft/Wasserstoff-Front immer noch eine erhebliche Korrosion in dem Kathodenkatalysator bewirkt. Mit anderen Worten ist entdeckt worden, dass die Temperatur einen wichtigen Faktor bei der Katalysatorkorrosion darstellt, da eine niedrigere Stapeltemperatur eine geringere Stapelverschlechterungsrate vorsieht.
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem offenbart, das ein Verfahren zum Verzögern einer Luftspülung eines Brennstoffzellensystems bei einer Systemabschaltung verwendet, bis die Temperatur des Stapels unter eine vorbestimmte Temperatur verringert ist. Der Brennstoffzellenstapel umfasst eine Anodenseite, eine Kathodenseite, einen Anodeneingang, einen Kathodeneingang und einen Anodenaustrag. Das System umfasst einen Temperatursensor zur Überwachung der Temperatur eines durch den Stapel strömenden Kühlfluides. Die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels wird bei der Stapelabschaltung gespült, indem Luft von der Kathodeneingangsleitung an die Anodeneingangsleitung geführt wird, nachdem die Temperatur des Kühlfluides auf eine vorbestimmte Temperatur verringert wurde.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 ein Diagramm mit der Zeit an der horizontalen Achse und der Spannung an der vertikalen Achse ist, das die Wirkung der Temperatur der Luft/Wasserstoff-Front auf die Verschlechterung eines Brennstoffzellenstapels zeigt; und
2 eine schematische Draufsicht eines Brennstoffzellensystems ist, das ein Verfahren für eine Luftspülungsverzögerung bei einer Systemabschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
Die folgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Verfahren zum Verzögern einer Luftspülung eines Brennstoffzellenstapels bei einer Systemabschaltung gerichtet ist, ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Spülen der Anodenseite eines Brennstoffzellenstapels mit Luft bei einer Abschaltung eines Brennstoffzellensystems offenbart. Das Verfahren umfasst, dass abgewartet wird, bis die Temperatur des Brennstoffzellenstapels bei einer Abschaltung des Systems unterhalb einer bestimmten Temperatur liegt, bevor die Anodenseite mit Luft gespült wird, um eine Korrosion des Kathodenkatalysators zu verringern. Durch Spülen der Anodenseite des Stapels mit Luft bei hohem Druck, nachdem der Brennstoffzellenstapel auf eine relativ kühle Temperatur verringert worden ist, kann sowohl eine niedrige Verweilzeit der Luft/Wasserstoff-Front als auch eine geringe Stapelverschlechterungsrate erreicht werden, so dass die Korrosion des Katalysators vermindert ist.

1 ist ein Diagramm mit der Gesamtakkumulationszeit an der horizontalen Achse und der Zellenspannung bei (= @) 0,2 A/cm² an der vertikalen Achse, das den Effekt der Temperatur der Luft/Wasserstoff-Front auf die Verschlechterung einer Brennstoffzelle mit einer Fläche von 50 cm² zeigt. Die Zellentestbedingungen umfassten eine relative Feuchte von RF = 100/100% (Luft/Wasserstoff) und eine Zellenstöchiometrie = 2/2 (Sauerstoff/Wasserstoff), wobei die Zellenstöchiometrie das Verhältnis einer gelieferten Stoffmenge zu einer umgesetzten Stoffmenge ist. Die Diagrammlinie 12 zeigt die Verschlechterung der Brennstoffzelle für eine Zellentemperatur von 30°C, die Diagrammlinie 14 zeigt die Verschlechterung der Brennstoffzelle für eine Zellentemperatur von 50°C und die Diagrammlinie 16 zeigt die Verschlechterung der Brennstoffzelle für eine Zellentemperatur von 80°C. Wie es offensichtlich ist, ist die Verschlechterung der Brennstoffzelle bei ihrer Betriebstemperatur von 80°C sehr hoch. Wenn jedoch die Temperatur unter 50°C abfällt, wird die Brennstoffzellenverschlechterung erheblich verringert. Tabelle 1 unten zeigt Werte für das Diagramm in 1.

Zyklus #	Insgesamt akkumulierte Frontverweilzeit, Sekunden	30°C@0,2 A/cm², Spannungsänderung, V	50°C@0,2 A/cm², Spannungsänderung, V	80°C@0,2 A/cm², Spannungsänderung, V	30°C@0,8 A/cm², Spannungsänderung, V	50°C@0,8 A/cm², Spannungsänderung, V	80°C@0,8 A/cm², Spannungsänderung, V
0	0	0	0	0	0	0	0
20	362,4	–0,0002	–0,0199	–0,0513	–0,0047	–0,0450	–0,2266
40	724,8	–0,0142	–0,0327	–0,1937	–0,0322	–01486	–0,4092

2 ist eine schematische Draufsicht eines Brennstoffzellensystems 20 mit einem Brennstoffzellenstapel 22, der eine Kathodenseite 24 und eine Anodenseite 26 aufweist. Ein Kompressor 30 liefert komprimierte Luft auf einer Kathodeneingangsleitung 32 an die Kathodenseite 24 des Brennstoffzellenstapels 22. Wasserstoff wird von einer Wasserstoffquelle 34 auf einer Anodeneingangsleitung 36 durch ein Steuerventil 38 an die Anodenseite 26 des Brennstoffzellenstapels 22 geliefert. Ein Spülventil 28 ist zwischen der Kathodeneingangsleitung 32 und der Anodeneingangsleitung 36 vorgesehen, um zu ermöglichen, dass die komprimierte Luft während des Spülens der Anode bei einer Abschaltung des Systems an die Anodeneingangsleitung 36 geliefert werden kann, wie nachfolgend beschrieben ist.
Ein Kathodenaustrag wird von dem Brennstoffzellenstapel 22 auf einer Kathodenausgangsleitung 40 ausgegeben, und ein Anodenaustrag wird von dem Brennstoffzellenstapel 22 auf einer Anodenaustragsleitung 42 ausgegeben. Ein Steuerventil 46 in der Anodenaustragsleitung 42 ermöglicht, dass der Anodenaustrag selektiv zurück an die Anodeneingangsleitung 36 geliefert werden kann, so dass nicht verwendeter Wasserstoff in dem Anodenaustrag rückgewonnen werden kann. Ein Rückschlagventil 44 in der Anodenaustragsleitung 42 verhindert, dass der Wasserstoff von der Wasserstoffquelle 34 durch die Anodenaustragsleitung 42 gelangen kann. Ein Steuerventil 48 in der Anodenabgasleitung 42 ermöglicht, dass der Anodenaustrag selektiv während des Spülens der Anode an die Umgebung abgegeben werden kann.
Ein Kühlfluid wird über eine Pumpe 62 durch den Brennstoffzellenstapel 22 und eine Kühlmittelleitung 60 gepumpt. Ein Wärmetauscher 64, wie beispielsweise ein Fahrzeugkühler, kühlt das erhitzte Kühlfluid von dem Stapel 22. Die Temperatur des Kühlfluids wird durch einen Temperatursensor 58 gemessen. Die Pumprate der Pumpe 62 kann selektiv erhöht oder verringert werden, um eine gewünschte Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels vorzusehen, wie beispielsweise 80°C.
Im Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 wird ein Schalter 54 geschlossen, um eine Abgabeleistung von dem Brennstoffzellenstapel 22 an eine Primärlast 50, wie beispielsweise einen Fahrzeugantriebsstrang, an einer externen Schaltung 66 zu liefern. Ein Schalter 56 ist offen, um zu verhindern, dass eine Abgabeleistung von dem Brennstoffzellenstapel 22 an eine Hilfslast 52 geliefert wird. Das Spülventil 28 ist geschlossen, um zu verhindern, dass Kathodeneingangsluft in die Anodeneingangsleitung 36 eintreten kann. Das Ventil 46 ist offen und das Ventil 48 ist geschlossen, so dass der Anodenaustrag an die Anodeneingangsleitung 36 geliefert wird.
Wenn der Brennstoffzellenstapel 22 abgeschaltet wird, wird das Ventil 38 geschlossen, um zu verhindern, dass Wasserstoff von der Quelle 34 in den Brennstoffzellenstapel 22 eingeführt wird. Zusätzlich wird der Schalter 54 geöffnet und der Schalter 56 geschlossen, um die Primärlast 50 von dem Stapel 22 zu trennen und die Hilfslast 52 mit dem Stapel 22 zu verbinden, so dass der verbleibende Wasserstoff in dem Brennstoffzellenstapel 22 verbraucht wird. Die Hilfslast 52 liefert Leistung an die Pumpe 62, um die Pumpe 62 bei einer Abschaltung des Systems zur Kühlung des Stapels 22 zu betreiben. Wenn der Brennstoffzellenstapel 22 abgeschaltet wird, wird die Drehzahl der Pumpe 62 bevorzugt auf eine maximale Drehzahl erhöht, so dass die Stapeltemperatur durch das Kühlfluid so schnell wie möglich verringert wird.
Gemäß der Erfindung wird, wenn die Stapeltemperatur unter eine bestimmte Temperatur, wie beispielsweise 50°C oder niedriger, verringert ist, der Schalter 56 geöffnet, um die Hilfslast 52 zu trennen. Auch wird das Ventil 46 geschlossen, und die Ventile 48 und 28 werden geöffnet. Daher wird komprimierte Luft von dem Kompressor 30 in die Anodeneingangsleitung 46 gedrängt, um die Anodenseite 26 des Stapels 22 an die Umgebung zu spülen. Wenn der Druck des Wasserstoffs in der Anodenseite 26 zu niedrig wird, während das System 20 auf eine Temperaturverringerung des Stapels 22 wartet, kann das Ventil 38 geringfügig geöffnet werden, um zu ermöglichen, dass ein Teil des Wasserstoffs von der Quelle 34 in die Anodenseite 26 eintreten kann, und um damit zu verhindern, dass Umgebungsluft in die Anodenseite 26 gesaugt wird, und um Elektrizität an die Hilfslast 52 zum Pumpen des Kühlfluids an den Stapel 22 zu liefern. Ein Systemcontroller 70 nimmt das Temperatursignal von dem Temperatursensor 58 auf und steuert den Betrieb der Ventile, Schalter, Pumpen, etc. auf eine Weise, die mit der vorliegenden Beschreibung konsistent ist.
Es ist erwünscht, die Zeit, die erforderlich ist, damit die Stapeltemperatur auf die gewünschte Temperatur beim Abschalten verringert wird, mit der Zeit abzustimmen, die erforderlich ist, damit der verbleibende Wasserstoff in dem Brennstoffzellenstapel 22 durch die Hilfslast 52 verbraucht wird. Dies verringert die Luft/Wasserstoff-Front, wenn die Anodenseite 26 gespült wird. Bei einer Ausführungsform beträgt die Spülzeit weniger als 0,1 Sekunden. Wenn die Luftspülung vollständig ist, werden die Ventile 48 und 28 geschlossen, und das Ventil 46 wird wieder geöffnet.
Bei einer Ausführungsform entspricht die Zeit, die die Hilfslast benötigt, um den verbleibenden Wasserstoff zu verbrauchen, in etwa der Zeit, die die Temperatur des Kühlfluides benötigt, um von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur abzusinken.
Die vorhergehende Beschreibung offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Fachleute erkennen aus dieser Beschreibung und aus den begleitenden Zeichnungen und Ansprüchen, dass hierbei verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Variationen durchgeführt werden können, ohne von der Grundidee und dem Schutzumfang der Erfindung, der in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Spülen eines Brennstoffzellenstapels (22) bei einer Stapelabschaltung, wobei der Brennstoffzellenstapel (22) eine Anodenseite (26), eine Kathodenseite (24), eine Anodeneingangsleitung (36), eine Kathodeneingangsleitung (32) und eine Anodenaustragsleitung (42) umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass: die Temperatur eines durch den Brennstoffzellenstapel (22) strömenden Kühlfluids überwacht wird; während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels (22) die Temperatur des Kühlfluids auf einer ersten vorbestimmten Temperatur gehalten und Wasserstoff an die Anodenseite (26) geliefert wird; und bei der Abschaltung des Stapels (22) die Lieferung von Wasserstoff an den Brennstoffzellenstapel (22) verhindert und zusätzlich ein Ausgang des Brennstoffzellenstapels (22) von einer Primärlast (50) zu einer Hilfslast (52) geschaltet wird, um restlichen Wasserstoff in dem Brennstoffzellenstapel (22) zu beseitigen, und die Anodenseite (26) des Brennstoffzellenstapels (22) mit Luft gespült wird, nachdem die Temperatur des Kühlfluids auf eine zweite vorbestimmte Temperatur verringert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Spülen der Anodenseite (26) umfasst, dass Luft von der Kathodeneingangsleitung (32) zu der Anodeneingangsleitung (36) gelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Spülen der Anodenseite (26) umfasst, dass ein Anodenaustrag in der Anodenaustragsleitung (42) an die Umgebung gelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass eine Pumpe (62) zum Pumpen des Kühlfluids durch den Brennstoffzellenstapel (22) mit Leistung von der Hilfslast (52) bei der Systemabschaltung betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zeit, die die Hilfslast benötigt, um den verbleibenden Wasserstoff zu verbrauchen, mit der Zeit abgestimmt wird, die die Temperatur des Kühlfluides benötigt, um von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur abzusinken.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zeit, die die Hilfslast benötigt, um den verbleibenden Wasserstoff zu verbrauchen, der Zeit entspricht, die die Temperatur des Kühlfluides benötigt, um von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur abzusinken.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass der Brennstoffzellenstapel (22) von einer Hilfslast (52) getrennt wird, wenn das Spülen der Anode beginnt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Temperatur etwa 50°C oder weniger beträgt.
Brennstoffzellensystem mit: einem Brennstoffzellenstapel (22) mit einer Anodenseite (26), einer Kathodenseite (24), einem Anodeneingang (36), einem Kathodeneingang (32) und einem Anodenaustrag (42); einem Kühlmittelkreislauf (60), in dem ein Kühlfluid durch den Brennstoffzellenstapel (22) strömt; einem Temperatursensor (58) zur Erfassung der Temperatur des Kühlfluides; einem Steuerventil (38) zur Steuerung der Lieferung von Wasserstoff an die Anodenseite (26); einem Primärlastschalter (54) und einem Hilfslastschalter (56); einem Spülventil (28), das zwischen den Kathodeneingang (32) und den Anodeneingang (36) gekoppelt ist, wobei das Spülventil (28) bei einer Abschaltung des Systems Luft von dem Kathodeneingang (32) zu dem Anodeneingang (36) lenkt, um die Anodenseite (26) des Brennstoffzellenstapels (22) zu spülen; und einem Controller (70), wobei der Controller (70) ein Temperatursignal von dem Temperatursensor (58) aufnimmt und das Steuerventil (38), den Primärlastschalter (54), den Hilfslastschalter (56) und das Spülventil (28) steuert, wobei der Controller (70) während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels (22) die Temperatur des Kühlfluides auf einer ersten vorbestimmten Temperatur hält und das Steuerventil (38) derart steuert, dass Wasserstoff an die Anodenseite (26) geliefert wird, und wobei der Controller (70) bei einem Abschalten des Systems das Steuerventil (38) schließt, um die Lieferung von Wasserstoff an den Brennstoffzellenstapel (22) zu verhindern, und zusätzlich den Primärlastschalter (54) öffnet und den Hilfslastschalter (56) schließt, um eine Primärlast (50) von dem Brennstoffzellenstapel (22) zu trennen und eine Hilfslast (52) mit dem Brennstoffzellenstapel (22) zu verbinden, um restlichen Wasserstoff in dem Brennstoffzellenstapel (22) zu beseitigen, und das Spülventil (28) öffnet, nachdem die Temperatur des Kühlfluides auf eine zweite vorbestimmte Temperatur verringert ist.
System nach Anspruch 9, ferner mit einem Austragsventil (48), das den Anodenaustrag (42) aufnimmt, wobei der Controller (70) das Austragsventil (48) bei einem Abschalten des Systems öffnet, um die Spülluft an die Umgebung zu entlüften.
System nach Anspruch 9, wobei der Controller (70) den Hilfslastschalter (56) öffnet, wenn das Spülventil (28) geöffnet ist.
System nach Anspruch 11, ferner mit einer Pumpe (62) zum Pumpen des Kühlfluides durch den Brennstoffzellenstapel (22) oder Kühlmittelkreislauf (60), wobei die Pumpe (62) mit Leistung von der Hilfslast (52) bei dem Abschalten des Systems betrieben wird.
System nach Anspruch 9, wobei die zweite Temperatur etwa 50°C oder weniger beträgt.