DE102006046104B4

DE102006046104B4 - Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Ablassen von Stickstoff

Info

Publication number: DE102006046104B4
Application number: DE102006046104A
Authority: DE
Inventors: David A. Arthur; Abdullah B. Alp
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP4705543B2; US20070072020A1; JP2007128868A; US8232018B2; CN1941472A; DE102006046104A1; CN100514729C

Abstract

Brennstoffzellensystem (70) mit:
einem geteilten Brennstoffzellenstapel (12), der einen ersten Unterstapel (14) und einen zweiten Unterstapel (16) umfasst;
einer ersten Anodeneingangsleitung (22), die mit dem ersten Unterstapel (14) gekoppelt ist;
einer zweiten Anodeneingangsleitung (24), die mit dem zweiten Unterstapel (16) gekoppelt ist;
einer Verbinderleitung (26) zum Verbinden von Anodenströmungskanälen in dem ersten und zweiten Unterstapel (14, 16);
einer Wasserstoffquelle (20), um Wasserstoffgas an die erste und zweite Anodeneingangsleitung (22, 24) zu liefern;
einem ersten Stickstoffablassventil (72), das mit der ersten Eingangsleitung (22) gekoppelt ist; und
einem zweitem Stickstoffablassventil (74), das mit der zweiten Eingangsleitung (24) gekoppelt ist, wobei, wenn die Wasserstoffquelle (20) das Wasserstoffgas an die erste Eingangsleitung (22) liefert und ein Ablassen von Stickstoff angefordert ist, das erste Ablassventil (72) geschlossen ist und das zweite Ablassventil (74) geöffnet ist, und, wenn die Wasserstoffquelle (20) das Wasserstoffgas an die zweite Anodeneingangsleitung (24) liefert und ein Ablassen von Stickstoff angefordert ist, das zweite Ablassventil (74) geschlossen ist und das erste Ablassventil (72) geöffnet ist.

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren zum Ablassen von Stickstoff von der Anodenseite eines Brennstoffzellenstapels und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Ablassen von Stickstoff von der Anodenseite eines getrennten Brennstoffzellenstapels, der eine Strömungsumschaltung verwendet, wobei ein separates Ablassventil an einem Einlass-/Auslassende von zwei Unterstapeln vorgesehen ist.
Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Eine Wasserstoffbrennstoffzelle 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 aufgespalten, um freie Protonen und Elektronen zu erzeugen. Die Protonen gelangen durch den Elektrolyt an die Kathode. Die Protonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen 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 Anode dient dazu, das Fahrzeug zu betreiben.
Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) stellen populäre Brennstoffzellen für Fahrzeuge dar. Die PEMFC umfasst allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran, wie eine Perfluorsulfonsäuremembran. Die Anode und Kathode umfassen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel, gewöhnlich Platin (Pt), die auf Kohlenstoff partikeln getragen und mit einem Ionomer gemischt ist. Die katalytische Mischung wird auf entgegengesetzten Seiten der Membran aufgetragen. Die Kombination der katalytischen Anodenmischung, der katalytischen Kathodenmischung und der Membran definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA).
Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Beispielsweise kann ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug zweihundert oder mehr gestapelte Brennstoffzellen umfassen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodenreaktandengas, typischerweise eine Strömung aus Luft auf, die durch den Stapel über einen Kompressor gedrängt wird. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff von dem Stapel verbraucht, und ein Teil der Luft wird als ein Kathodenabgas ausgegeben, das Wasser als ein Stapelnebenprodukt umfassen kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffreaktandengas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt. Der Stapel umfasst auch Strömungskanäle, durch die ein Kühlfluid strömt.
Der Brennstoffzellenstapel umfasst eine Serie von Strömungsfeldplatten oder bipolaren Platten, die zwischen den verschiedenen MEAs in dem Stapel positioniert sind. Die bipolaren Platten umfassen eine Anodenseite und eine Kathodenseite für benachbarte Brennstoffzellen in dem Stapel. An der Anodenseite der bipolaren Platten sind Anodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Anodengas an die Anodenseite der MEA strömen kann. An der Kathodenseite der bipolaren Platten sind Kathodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass Kathodengas an die Kathodenseite der MEA strömen kann. Die bipolaren Platten umfassen auch Strömungskanäle, durch die ein Kühlfluid strömt.
Die MEAs sind porös und ermöglichen somit, dass Stickstoff in der Luft von der Kathodenseite des Stapels durch die Membran hindurchdringen und sich in der Anodenseite sammeln kann, was in der Industrie als Stickstoffübergang bezeichnet wird. Stickstoff in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels verdünnt den Wasserstoff, so dass, wenn die Stickstoffkonzentration über einen bestimmten Prozentsatz, wie 50%, ansteigt, der Brennstoffzellenstapel instabil wird und ausfallen kann. Daher weist das in der US 2005/129993 A1 beschriebene Brennstoffzellensystem unterstromig des Anodenauslasses der Brennstoffzelle ein Ablassventil auf, mit dem Unreinheiten wie beispielsweise Stickstoff aus dem Anodenkreislauf entfernt werden können.
Für Kraftfahrzeuganwendungen sind typischerweise etwa 400 Brennstoffzellen nötig, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Da so viele Brennstoffzellen für den Stapel in Brennstoffzellensystemkonstruktionen für Kraftfahrzeuge erforderlich sind, wird der Stapel manchmal in zwei Unterstapel aufgeteilt, von denen jeder etwa 200 Brennstoffzellen umfasst, da es schwierig ist, einen gleichen Durchfluss von Wasserstoffgas durch 400 parallele Brennstoffzellen effektiv vorzusehen. Eine derartige Unterteilung eines Brennstoffzellenstapels in zwei Unterstapel wird beispielsweise in der US 2003/115310 A beschrieben.
Auch müssen die Membranen in einer Brennstoffzelle eine gewisse relative Feuchte besitzen, so dass der Ionenwiderstand über die Membran niedrig genug ist, um effektiv Protonen zu leiten. Diese Befeuchtung kann von dem Stapelwassernebenprodukt oder aus einer externen Befeuchtung stammen. Die Strömung von Wasserstoff durch die Anodengasströmungskanäle besitzt einen Austrocknungseffekt auf die Membran, der sich an einem Einlass der Wasserstoffströmung besonders bemerkbar macht. Auch kann die Ansammlung von Wassertröpfchen in den Anodengasströmungskanälen aus der relativen Feuchte der Membran und dem Wassernebenprodukt verhindern, dass Wasserstoff hindurch strömt, und kann bewirken, dass die Zelle aufgrund einer geringen Reaktandengasströmung ausfällt, wodurch die Stapelstabilität beeinträchtigt wird. Die Ansammlung von Wasser in den Reaktandengasströmungskanälen ist bei niedrigen Stapelausgangslasten besonders problematisch.
Bisher ist in der Technik vorgeschlagen worden, eine Strömungsumschaltung von Anodenreaktandengas vorzusehen, bei der die Richtung der Anodengasströmung durch den Stapel periodisch umgekehrt wird, so dass der Austrocknungseffekt von trockenem Wasserstoff an dem Anodeneinlass nicht kontinuierlich an einem Ende des Stapels auftritt. Eine derartige Strömungsumkehr wird beispielsweise in der JP 05-343082 A beschrieben. Ferner wird das von dem Stapel erzeugte Wasser durch die Bereitstellung der Strömungsumschaltung besser dazu verwendet, eine Befeuchtung der Membran vorzusehen.
1 ist ein schematisches Schaubild eines Abschnitts eines bekannten Brennstoffzellensystems 10 des oben beschriebenen Typs, das eine Strömungsumschaltung verwendet. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 12, der in einen ersten Unterstapel 14 und einen zweiten Unterstapel 16 unterteilt ist. Eine Anodeneinlasseinheit 18 steuert die Strömung und den Druck des Wasserstoffs von einer Wasserstoffquelle 20, wie einem Druckwasserstofftank, zu einer ersten Anodeneingangsleitung 22, die mit dem Unterstapel 14 gekoppelt ist, und einer zweiten Anodeneingangsleitung 24, die mit dem Unterstapel 16 gekoppelt ist. Eine Verbinderleitung 26 verbindet die Wasserstoffreaktandengasströmungskanäle in den Unterstapeln 12 und 14, so dass das Anodengas, das einen der Unterstapel 14 oder 16 verlässt, in den anderen Unterstapel 14 oder 16 abhängig davon eintritt, auf welchem Weg das Anodengas strömt. Ein Wasserabscheider 28 ist in der Leitung 26 vorgesehen, der Wasser von dem durch die Leitung 26 strömenden Gas entfernt.
Die Strömung von Wasserstoff in den Brennstoffzellenstapel 12 wird dahingehend umgeschaltet, dass Wasserstoffgas zuerst an der Anodeneingangsleitung 22 an den Stapel 12 geliefert wird und anschließend die Strömung umgekehrt wird, so dass das Wasserstoffgas an der Anodeneingangsleitung 24 an den Stapel 12 geliefert wird. Das Umkehren der Wasserstoffgasströmung wird auf diese Weise fortgesetzt. Die Strömungsumschaltung erfolgt typischerweise mit einem Zyklus von 1 bis 5 Sekunden für jede Strömungsrichtung für eine Gesamtzyklusperiode von 2–10 Sekunden.
Wasserstoffgas von der Wasserstoffquelle 20 wird auf Leitung 30 vorgesehen. Wenn das Wasserstoffgas an den Stapel 12 auf der Leitung 22 geliefert wird, steuern Injektorventile 32, 34 und 36 die Strömung des Wasserstoffgases an den Stapel 12. Bei geringen Durchflüssen schließt eine Steuereinheit (nicht gezeigt) die Injektorventile 32 und 34 und erhöht selektiv das Einschaltdauer des Injektors 36, wenn die Durchflussanforderung für Wasserstoffgas zunimmt. Wenn die Einschaltdauer des Injektorventils 36 100% (kontinuierlich offen) erreicht, dann erhöht die Steuereinheit selektiv die Einschaltdauer des Injektorventils 34, wenn die Durchsatzanforderung für Wasserstoffgas zunimmt. Dieser Prozess dauert an, wenn die Anforderung zunimmt, bis alle drei Injektorventile 32, 34 und 36 eine Einschaltdauer von 100% besitzen, wodurch ein maximaler Wasserstoffgasdurchfluss vorgesehen wird. Verringerungen des Wasserstoffgasdurchflusses werden auf dieselbe Weise vorgesehen. Bei anderen Konstruktionen können mehr oder weniger Injektorventile vorgesehen sein. Bei Strömungsumschaltungen zu der Eingangsleitung 24 werden die Ventile 32–36 geschlossen, und die Ventile 38, 40 und 42 werden dazu verwendet, die Wasserstoffgasströmung an den Stapel 12 auf dieselbe Weise zu steuern.
Eine Kathodenleitung 46 ist mit dem Kathodeneingang (nicht gezeigt) des Stapels 12 und der Leitung 30 gekoppelt. Bei bestimmten Brennstoffzellensystemkonstruktionen wird beim Systemstart eine kleine Menge an Wasserstoff an die Kathodenseite des Stapels 12 geliefert. Der Wasserstoff reagiert mit Luft an der Kathodenseite des Stapels 12, um eine Reaktion vorzusehen, die Wärme erzeugt, so dass die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 schnell auf eine Soll-Betriebstemperatur erhöht werden kann. Die Bereitstellung des Wasserstoffgases an der Kathodenseite des Stapels 12 beim Systemstart ist besonders bei Niedertemperaturumgebungen nützlich. Um den Wasserstoff selektiv an der Leitung 46 vorzusehen, ist ein Steuerventil 48 in der Leitung 30 vorgesehen, das beim Systemstart auf die oben beschriebene Art und Weise zu diesem Zweck gesteuert wird.
Auch kann es bei bestimmten Brennstoffzellensystemkonstruktionen erstrebenswert sein, die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 bei Abschaltung des Systems mit Luft von dem Kompressor (nicht gezeigt) zu spülen, um den restlichen Wasserstoff und das restliche Wasser in den Strömungskanälen in der Anodenseite des Stapels 12 zu entfernen. Die Entfernung des Wasserstoffs von der Anodenseite bei einer Systemabschaltung besitzt bestimmte gut bekannte Vorteile, und das Entfernen des Wassers aus den Strömungskanälen verhindert, dass dieses in dem Stapel 12 in Niedertemperaturumgebungen gefriert. Um die Anodenspülung vorzusehen, umfasst die Anodeneinlasseinheit 18 ein Paar von Spülventilen 50 und 52, die zwischen die Anodeneingangsleitung 22 und die Kathodenleitung 46 gekoppelt sind. Ähnlicherweise ist ein Paar von Spülventilen 54 und 56 zwischen die Anodeneingangsleitung 24 und die Kathodenleitung 46 gekoppelt. Daher werden bei Abschaltung des Systems die Ventile 32 bis 42 geschlossen und die Ventile 50 bis 56 werden geöffnet, um die Anodenseite des Stapels 12 zu spülen.
Wie oben beschrieben ist, wird angestrebt, Stickstoff von der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 während des Stapelbetriebs abzulassen, um die Stabilität des Stapels zu steigern. Ein Ablassventil 64 ist mit der Leitung 26 gekoppelt, um das Ablassen des Stickstoffs vorzusehen. Bei einer Konstruktion wird abgelassener Stickstoff, Wasserstoff, Wasser, etc. von dem Ablassventil 64 an einen Kathodenaustrag des Systems 10 geliefert. Die Konzentration von Wasserstoff in dem abgelassenen Material ist gering genug, so dass kein Verbrennungsproblem bewirkt wird. Wasserstoff wird periodisch von der Leitung 26 durch die Ablassventile 64 abhängig von verschiedenen Faktoren abgelassen.
Während der Zeiten, wenn das Anodengas durch das Ablassventil 64 abgelassen wird, um den Stickstoff zu entfernen, wird frischer Wasserstoff, der für den unterstromigen Unterstapel 14 oder 16 bestimmt ist, abgelassen und wird nicht an den Unterstapel 14 oder 16 geliefert. Nur eine kleine Menge an Wasserstoff kann, wenn das Ablassventil 64 offen ist, hindurch zu dem unterstromigen Unterstapel 14 oder 16 infolge der Druckdifferenz gelangen, die durch das Ablassventil 64, das offen ist, und Wasserstoff erzeugt wird, der von dem unterstromigen Unterstapel 14 oder 16 verbraucht wird. Dieser Mangel an Wasserstoff für den Unterstapel 14 oder 16 beeinträchtigt die Stapelstabilität dahingehend, dass die Zellenspannungen dramatisch abfallen. Somit besitzt das Ablassen des Stickstoffs von dem Stapel 12 in dem System 10 eine Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit des Stapels.
Erfindungsgemäß ist ein Brennstoffzellensystem offenbart, das eine Technik zum Ablassen von Stickstoff verwendet. Das Brennstoffzellensystem umfasst einen Brennstoffzellenstapel, der einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel aufweist. Die Strömung von Wasserstoffgas zu dem Brennstoffzellenstapel wird durch eine Anodeneinlasseinheit gesteuert, wobei die Wasserstoffgasströmung zwischen den Unterstapeln umgeschaltet wird. Ein erstes Stickstoffablassventil ist in einer Anodengaseingangsleitung vorgesehen, die mit dem ersten Unterstapel gekoppelt ist, und ein zweites Stickstoffablassventil ist in einer Anodengaseingangsleitung vorgesehen, die mit dem zweiten Unterstapel gekoppelt ist. Wenn der erste Unterstapel das Anodengas aufnimmt und ein Ablassen von Stickstoff angefordert ist, ist das erste Ablassventil in der Eingangsleitung für den ersten Unterstapel geschlossen und das zweite Ablassventil ist geöffnet, um das Ablassen des Stickstoffs vorzusehen. Wenn der zweite Unterstapel das Anodengas aufnimmt und ein Ablassen von Stickstoff angefordert wird, ist das zweite Ablassventil in der Eingangsleitung für den zweiten Unterstapel geschlossen und das erste Ablassventil ist geöffnet, um das Ablassen von Stickstoff vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 ein schematisches Schaubild eines bekannten Brennstoffzellensystems ist, das einen Stapel aufweist, der einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel besitzt, wobei ein Stickstoffablassventil zwischen den Stapeln vorgesehen ist; und
2 ein schematisches Schaubild eines Brennstoffzellensystems ist, das einen Brennstoffzellenstapel aufweist, der einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel besitzt, wobei ein Stickstoffablassventil in einer Eingangsleitung zu dem ersten Unterstapel und ein Stickstoffablassventil in einer Eingangsleitung zu dem zweiten Unterstapel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind.
Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung ist auf ein Brennstoffzellensystem gerichtet, das einen Brennstoffzellenstapel, der einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel aufweist, und ein erstes Stickstoffablassventil an einem Eingang zu dem ersten Unterstapel und ein zweites Stickstoffablassventil an dem Eingang des zweiten Unterstapels besitzt.
2 ist ein schematisches Schaubild eines Brennstoffzellensystems 70, das ähnlich dem Brennstoffzellensystem 10 ist, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das Stickstoffablassventil 64 zwischen den Unterstapeln 12 und 14 weggelassen worden. Ferner ist ein erstes Stickstoffablassventil 72 in der Anodeneingangsleitung 22 vorgesehen, und ein zweites Stickstoffablassventil 74 ist in der Anodeneingangsleitung 24 vorgesehen. Beide Ventile 72 und 74 sind in der geschlossenen Position gezeigt. Wenn die Anodenströmung umgeschaltet wird, so dass das Anodengas an die Anodeneingangsleitung 22 geliefert wird, wie oben beschrieben ist, und die Steuereinheit ein Ablassen von Stickstoff angefordert hat, ist das erste Ablassventil 72 geschlossen und das zweite Ablassventil 74 geöffnet. Ähnlicherweise ist, wenn die Anodengasströmung umgeschaltet wird, so dass das Anodeneingangsgas an die zweite Anodeneingangsleitung 24 geliefert wird und die Steuereinheit ein Ablassen von Stickstoff anfordert, das zweite Ablassventil 74 geschlossen und das erste Ablassventil 72 geöffnet. Daher wird, wenn ein Ablassen angefordert ist, das Ablassventil an dem Ausgang des unterstromigen Unterstapels 14 oder 16 geöffnet, so dass frischer Stickstoff an beide Unterstapel 14 und 16 geliefert wird, bevor das Ablassen des Stickstoffs erfolgt. Die Anforderung nach einem Ablassen von Stickstoff hängt von vielen Faktoren ab, wie dem Alter des Stapels. Ferner erfolgt die Strömungsumschaltung typischerweise mit einem Zyklus von 1 bis 5 Sekunden für jede Strömungsrichtung für eine Gesamtzyklusdauer von 2–10 Sekunden.
Die Kombination des Wasserstoffs, des Stickstoffs, des Wassers und anderen Materials, das durch die Ablassventile 72 und 74 abgelassen wird, kann an eine beliebige geeignete Wasserdampfübertragung geliefert werden. Verschiedene Brennstoffzellensystemkonstruktionen können dieses abgelassene Produkt auf verschiedene Weise verwenden. Bei einer Ausführungsform wird das abgelassene Material mit dem Kathodenaustrag kombiniert und an die Umgebung geliefert. Die Konzentration von Wasserstoff in dem Material ist nicht ausreichend, als dass er ein Verbrennungsproblem darstellen würde.
Zusammengefasst ist ein Brennstoffzellensystem vorgesehen, das eine Technik zum Ablassen von Stickstoff verwendet. Das Brennstoffzellensystem umfasst einen Brennstoffzellenstapel, der einen ersten Unterstapel und einen zweiten Unterstapel aufweist, wobei die Wasserstoffgasströmung zwischen den Unterstapeln umgeschaltet wird. Ein erstes Stickstoffablassventil ist in einer Anodengaseingangsleitung vorgesehen, die mit dem ersten Unterstapel gekoppelt ist, und ein zweites Stickstoffablassventil ist in einer Anodengaseingangsleitung vorgesehen, die mit dem zweiten Unterstapel gekoppelt ist. Wenn der erste Unterstapel das Anodengas aufnimmt und ein Ablassen von Stickstoff angefordert wird, ist das erste Ablassventil geschlossen und das zweite Ablassventil geöffnet, um das Ablassen des Stickstoffs vorzusehen. Wenn der zweite Unterstapel das Anodengas aufnimmt und ein Ablassen von Stickstoff angefordert wird, ist das zweite Ablassventil geschlossen und das erste Ablassventil geöffnet, um das Ablassen von Stickstoff vorzusehen.

Claims

Brennstoffzellensystem (70) mit: einem geteilten Brennstoffzellenstapel (12), der einen ersten Unterstapel (14) und einen zweiten Unterstapel (16) umfasst; einer ersten Anodeneingangsleitung (22), die mit dem ersten Unterstapel (14) gekoppelt ist; einer zweiten Anodeneingangsleitung (24), die mit dem zweiten Unterstapel (16) gekoppelt ist; einer Verbinderleitung (26) zum Verbinden von Anodenströmungskanälen in dem ersten und zweiten Unterstapel (14, 16); einer Wasserstoffquelle (20), um Wasserstoffgas an die erste und zweite Anodeneingangsleitung (22, 24) zu liefern; einem ersten Stickstoffablassventil (72), das mit der ersten Eingangsleitung (22) gekoppelt ist; und einem zweitem Stickstoffablassventil (74), das mit der zweiten Eingangsleitung (24) gekoppelt ist, wobei, wenn die Wasserstoffquelle (20) das Wasserstoffgas an die erste Eingangsleitung (22) liefert und ein Ablassen von Stickstoff angefordert ist, das erste Ablassventil (72) geschlossen ist und das zweite Ablassventil (74) geöffnet ist, und, wenn die Wasserstoffquelle (20) das Wasserstoffgas an die zweite Anodeneingangsleitung (24) liefert und ein Ablassen von Stickstoff angefordert ist, das zweite Ablassventil (74) geschlossen ist und das erste Ablassventil (72) geöffnet ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anodeneinlasseinheit (18) vorgesehen ist, wobei die Anodeneinlasseinheit eine Vielzahl von Steuerventilen (32, 34, 36, 38, 40, 42) umfasst, um die Wasserstoffgasströmung an die erste Anodeneingangsleitung (22) und die zweite Anodeneingangsleitung (24) zu steuern.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodeneinlasseinheit (18) sechs Steuerventile (32, 34, 36, 38, 40, 42) zur Steuerung der Wasserstoffgasströmung an die erste und zweite Anodenleitung (22, 24) umfasst, wobei drei der Vielzahl von Steuerventilen (32, 34, 36, 38, 40, 42) selektiv geöffnet und geschlossen werden, um den Durchfluss des Wasserstoffgases an die erste Eingangsleitung (22) zu steuern, und drei der Vielzahl von Steuerventilen (32, 34, 36, 38, 40, 42) selektiv geöffnet und geschlossen werden, um den Durchfluss des Wasserstoffgases an die zweite Anodeneingangsleitung (24) zu steuern.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des Wasserstoffgases an die erste Anodeneingangsleitung (22) und die zweite Anodeneingangsleitung (24) umgeschaltet wird, wobei die Strömung des Wasserstoffgases auf eine zyklische Weise für eine vorbestimmte Zeitperiode an den ersten Unterstapel (14) und dann für die vorbestimmte Zeitperiode an den zweiten Unterstapel (16) geliefert wird.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitperiode im Bereich von 1–5 Sekunden liegt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgelassene Stickstoff von dem ersten und zweiten Stickstoffablassventil (72, 74) mit einem Kathodenaustrag von dem Brennstoffzellenstapel (12) kombiniert wird.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Unterstapel (14, 16) jeweils etwa 200 Brennstoffzellen umfassen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserabscheider (28) vorgesehen ist, der in der Verbinderleitung (26) positioniert ist.
Verfahren zum Ablassen von Stickstoff von einem Brennstoffzellenstapel (12), wobei das Verfahren umfasst, dass: der Brennstoffzellenstapel (12) in einen ersten Unterstapel (14) und einen zweiten Unterstapel (16) unterteilt wird; Anodengasströmungskanäle in dem ersten Unterstapel (14) und dem zweiten Unterstapel (16) mit einer Verbinderleitung (26) verbunden werden; eine Wasserstoffgasströmung zwischen dem ersten Unterstapel (14) und dem zweiten Unterstapel (16) umgeschaltet wird; Stickstoff durch ein erstes Stickstoffablassventil (72) an einem Ausgang des zweiten Unterstapels (16) abgelassen wird, wenn die Wasserstoffgasströmung an den ersten Unterstapel (14) geliefert wird; und Stickstoff von einem zweiten Stickstoffablassventil (74) an einem Ausgang des ersten Unterstapels (14) abgelassen wird, wenn die Wasserstoffgasströmung an den zweiten Unterstapel (16) geliefert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsumschaltung der Wasserstoffgasströmung umfasst, dass die Wasserstoffgasströmung auf eine zyklische Weise umgeschaltet wird, die einen Zyklus im Bereich von 2–10 Sekunden besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der abgelassene Stickstoff von dem ersten und zweiten Stickstoffablassventil (72, 74) mit einem Kathodenaustrag von dem Brennstoffzellenstapel (12) kombiniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser von dem durch die Verbinderleitung (26) strömenden Anodengas abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Unterstapel (14) und der zweite Unterstapel (16) jeweils etwa 200 Brennstoffzellen umfassen.