DE102009057777B4 - Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einer Bereitschaftsbetriebsart sowie entsprechend ausgebildetes Brennstoffzellensystem - Google Patents
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Abstract
Verfahren, um ein Brennstoffzellensystem (10) mit einem Brennstoffzellenstapel (12) in eine Bereitschaftsbetriebsart zu bringen, wobei das Verfahren umfasst, dass: erkannt wird, dass das System (10) für eine vorbestimmte Zeitdauer in einer Leerlaufbetriebsart gewesen ist, in der an den Brennstoffzellenstapel (12) Kathodenluft und Wasserstoffgas geliefert werden, um den Betrieb des Brennstoffzellenstapels (12) aufrecht zu erhalten; Kathodenluft von einem Kompressor (14) um den Brennstoffzellenstapel (12) durch Öffnen eines Stapelbypassventils (22) umgeleitet wird; Wasserstoffströmung für den Brennstoffzellenstapel (12) mit einem Durchfluss bereitgestellt wird, der einen höheren Anodenüberdruck gegenüber der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12) aufrechterhält; der Brennstoffzellenstapel (12) von einem Hochspannungsbus (48) durch Öffnen von Primärstapelschützen (42, 44) getrennt wird; und der Brennstoffzellenstapel (12) elektrisch mit einer von dem Hochspannungsbus (48) unabhängigen Last gekoppelt wird, um eine Stapelspannung zu unterdrücken.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- 1. Gebiet der Erfindung
- Diese Erfindung betrifft allgemein ein System und Verfahren zur Verbesserung der Brennstoffwirtschaftlichkeit eines Brennstoffzellensystems und insbesondere ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einer Bereitschaftsbetriebsart sowie ein entsprechend ausgebildetes Brennstoffzellensystem.
- 2. Diskussion der verwandten Technik
- Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen aufweist. 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.
- Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) stellen eine populäre Brennstoffzelle für Fahrzeuge dar. Die PEMFC weist allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran auf, wie eine Perfluorsulfonsäuremembran. Die Anode und die Kathode weisen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel, gewöhnlich Platin (Pt), auf, die auf Kohlenstoffpartikeln geträgert und mit einem Ionomer gemischt sind. Die katalytische Mischung wird auf entgegengesetzten Seiten der Membran abgeschieden. Die Kombination der katalytischen Anodenmischung, der katalytischen Kathodenmischung und der Membran definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA). MEAs sind relativ teuer herzustellen und erfordern bestimmte Bedingungen für einen effektiven Betrieb.
- 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 aufweisen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodeneingangsreaktandengas, typischerweise eine Strömung aus Luft auf, die mittels eines Kompressors durch den Stapel getrieben 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 enthalten kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffreaktandengas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt. Der Stapel weist auch Strömungskanäle auf, durch die ein Kühlfluid strömt. Der Brennstoffzellenstapel weist eine Serie von Bipolarplatten auf, die zwischen den verschiedenen MEAs in dem Stapel positioniert sind, wobei die Bipolarplatten und die MEAs zwischen zwei Endplatten positioniert sind. Die Bipolarplatten weisen eine Anodenseite und eine Kathodenseite für benachbarte Brennstoffzellen in dem Stapel auf. Auf der Anodenseite der Bipolarplatten sind Anodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Anodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. Auf der Kathodenseite der Bipolarplatten sind Kathodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Kathodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. Eine Endplatte weist Anodengasströmungskanäle auf, und die andere Endplatte weist Kathodengasströmungskanäle auf. Die Bipolarplatten und die Endplatten bestehen aus einem leitenden Material, wie rostfreiem Stahl oder einem leitenden Verbundstoff bzw. Komposit. Die Endplatten leiten die von den Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität aus dem Stapel heraus. Die Bipolarplatten weisen auch Strömungskanäle auf, durch die ein Kühlfluid strömt.
- Beispielsweise beschreibt die
DE 602 10 464 T2 ein Brennstoffzellensystem, mit einem Brennstoffzellenstapel, der eine Mehrzahl von Brennstoffzellen, einen Brennstoffdurchgang zum Führen eines Brennstoffstroms durch die Mehrzahl von Brennstoffzellen und einen Oxidationsmittelstroms durch die Mehrzahl von Brennstoffzellen umfasst, und einer Steuerung, welche zeitweise wenigstens entweder die Oxidationsmittel- oder Brennstoffreaktandstrom-Flussarten durch den Oxidationsmittel- bzw. Brennstoffdurchgang während einer Wiederbelebungsdauer zu erhöhen vermag, wenn die Leistung wenigstens einer Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenstapel unter einen definierten Schwellenwert fällt. - Bei einem Beispiel werden, wenn sich ein Brennstoffzellensystem in einer Ruhebetriebsart befindet, wie beispielsweise, wenn ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem an einer Ampel gestoppt wird, wobei der Brennstoffzellenstapel keine Leistung erzeugt, um Systemvorrichtungen zu betreiben, immer noch Kathodenluft und Wasserstoffgas an den Brennstoffzellenstapel geliefert, und der Stapel erzeugt Ausgangsleistung. Die Lieferung von Wasserstoffgas an den Brennstoffzellenstapel, wenn sich dieser in der Ruhebetriebsart befindet, stellt allgemein eine Verschwendung dar, da der Betrieb des Stapels in diesem Zustand nicht sehr viel Nutzarbeit erzeugt. Somit ist es allgemein erwünscht, eine Stapelausgangsleistung und eine Stromentnahme während dieser Ruhebedingungen zu reduzieren, um eine Brennstoffwirtschaftlichkeit des Systems zu verbessern.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung sind ein System und ein Verfahren offenbart, um ein Brennstoffzellensystem während eines Systemruhezustands in eine Bereitschafts- oder Regenerationsbetriebsart zu bringen, um eine Brennstoffwirtschaftlichkeit des Systems zu verbessern. Das Verfahren umfasst die Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 3.
- Das System umfasst die Merkmale des Anspruchs 8.
- Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein schematisches Blockschaubild eines Brennstoffzellensystems; und -
2 ist ein Diagramm mit der Zeit an der horizontalen Achse und einer Stapelspannung an der vertikalen Achse, das eine Stapelausgangsleistung zeigt, wenn sich das Brennstoffzellensystem in einer Bereitschafts- oder Regenerationsbetriebsart befindet. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf einen Prozess gerichtet ist, um ein Brennstoffzellensystem während eines Systemruhebetriebs in eine Bereitschafts- oder Regenerationsbetriebsart zu bringen, um eine Brennstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern, ist lediglich beispielhafter Natur.
-
1 ist ein schematisches Blockschaubild eines Brennstoffzellensystems10 , das einen Brennstoffzellenstapel12 aufweist. Das Brennstoffzellensystem10 umfasst einen Kompressor14 , der Kathodenluft an die Kathodenseite des Stapels12 auf einer Kathodeneingangsleitung16 liefert. Kathodenaustrag wird von dem Brennstoffzellenstapel12 auf einer Kathodenabgasleitung18 ausgegeben. Eine Umgehungs- bzw. Bypassleitung ist um den Brennstoffzellenstapel12 herum vorgesehen, und ein Bypassventil22 kann geöffnet werden, um zu ermöglichen, dass die Luft von dem Kompressor14 die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels12 umgeht. Wasserstoff-Brennstoff wird an die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels12 von einer Wasserstoffquelle24 auf einer Anodeneingangsleitung26 geliefert. Anodenaustrag wird bei Anodenablässen von dem Brennstoffzellenstapel12 auf Leitung28 ausgegeben, wenn ein Ablassventil30 geöffnet ist, um das Anodenabgas an die Ausgangsleitung18 zu führen. - Der Brennstoffzellenstapel
12 wird durch ein durch einen Kühlmittelkreislauf32 strömendes Kühlfluid gekühlt. Das Kühlfluid wird durch den Stapel12 und den Kühlmittelkreislauf32 durch eine Hochtemperaturpumpe34 gepumpt. Ein Kühler36 kühlt das Kühlfluid, wenn es den Stapel12 verlässt, so dass es in der Lage ist, eine Stapelkühlung in einer Umwälz- bzw. Rezirkulationsweise bereitzustellen. Der Brennstoffzellenstapel12 kann Endzellenheizer38 und40 aufweisen, die Endzellen in dem Stapel12 heizen, die typischerweise bei einer kühleren Temperatur als der Rest der Zellen in dem Brennstoffzellenstapel12 arbeiten, wie es dem Fachmann gut bekannt ist. Stapelprimärschütze42 und44 führen eine selektive elektrische Kopplung des Brennstoffzellenstapels12 mit einem Hochspannungsbus48 aus, der mit einer Systemlast46 gekoppelt ist. Ein Systemcontroller50 steuert das System10 , einschließlich des Bypassventils22 , des Ablassventils30 , der Hochtemperaturpumpe34 und des Kompressors14 . - Wenn sich das Brennstoffzellensystem
10 in einer Ruhebetriebsart befindet, wie beispielsweise, wenn ein Brennstoffzellenfahrzeug an einer Ampel gestoppt wird, kann der Kompressor14 abhängig von der Architektur weiterhin 100-te bis 1000-de Watt verwenden. Eine proportionale Menge an Wasserstoff-Brennstoff von der Wasserstoffquelle24 wird an die Anodenseite des Stapels12 geliefert, um den Betrieb des Stapels12 aufrechtzuerhalten, wie dem Fachmann gut bekannt ist. Die vorliegende Erfindung schlägt vor, das Brennstoffzellensystem10 während der Ruhebetriebsart in eine Bereitschafts- oder Regenerationsbetriebsart zu versetzen, so dass das System10 eine minimale Menge an Wasserstoffbrennstoff verwendet, wie es notwendig ist, um das System zu Wirtschaftlichkeitszwecken in Betrieb zu halten. - Wenn das Brennstoffzellensystem
10 in die Bereitschaftsbetriebsart geht, wird das Bypassventil22 geöffnet, so dass Kathodenluft von dem Kompressor14 von dem Brennstoffzellenstapel12 unter geringem Druck zu der Kathodenabgasleitung18 umgeleitet wird. Somit muss der Kompressor14 die Luft nicht durch den Stapel12 treiben. Ferner wird der Kompressor14 mit seinem minimalen Sollwert oder seiner minimalen Drehzahl betrieben. Wenn ein regeneratives Bremsen verwendet wird, bei dem elektrische Energie aus einer Motorbremsung erzeugt wird, kann ein Sollwertsignal an den Kompressor14 geliefert werden, um die gewünschte Menge an Energie, die regeneriert wird, zu verbrauchen. - Die Niedrigleistungs- oder Bereitschaftsbetriebsart kann auch eine Betriebsvorgehensweise aufweisen, bei der bei Erreichen der richtigen Bedingungen zum Eintritt in die Bereitschaftsbetriebsart der Stapel
12 von dem System10 durch Öffnen der Primärschütze42 und44 isoliert wird, um den Stapel12 von dem Bus48 und der primären Last46 zu trennen. Auch kann eine unabhängige Last separat von dem Bus48 elektrisch mit dem Stapel12 verbunden werden, sobald die Schütze42 und44 geöffnet wurden, wie die Endzellenheizer38 und40 . Sobald der Stapel12 von dem Hochspannungsbus48 entkoppelt wird, kann der Kompressor14 Leistung von einer ergänzenden Energiequelle aufnehmen, wie einer Batterie oder einem Ultrakondensator (nicht gezeigt) oder aus einer regenerativen Bremsung. - Die Anodenseite des Stapels
12 kann mit Wasserstoffgas bei einem Sollwert oberhalb des Drucks beliefert werden, den der Kompressor14 an der Kathodenseite des Stapels12 bewirkt. Während dieser Zeit wird die unabhängige Last auf der Stapelseite der Primärschütze42 und44 über den Stapel12 angelegt, so dass die Stapelspannung zusammenbricht. Das System10 lässt die Anodenseite des Stapels12 periodisch ab, um jeglichen Stickstoff, der sich an der Anodenseite des Stapels12 ansammeln kann, zu beseitigen. Zusätzlich kann, wenn es geeignet ist, das System10 die Kühlmittelpumpe34 abschalten, um die Leistungsentnahme an dem System10 weiter zu reduzieren. - Das System
10 arbeitet solange in der Bereitschaftsbetriebsart, bis die Bedingungen vorhanden sind, um die Niederleistungs- oder Bereitschaftsbetriebsart zu verlassen und einen Normalbetrieb wieder aufzunehmen. Um die Bereitschaftsbetriebsart zu verlassen, schließt der Controller50 einfach das Bypassventil22 , um Luft von dem Kompressor14 in den Stapel12 umzuleiten, anstatt um diesen herum zu führen. Zu diesem Zeitpunkt kehrt die Stapelspannung zu einer Leerlaufspannung zurück, und die Primärschütze42 und44 , die den Stapel12 von dem Bus48 isolieren, können geschlossen werden. Daher ist die Zeitdauer, die es benötigt, um zum Normalbetrieb zurückzukehren, eine einfache Funktion dessen, wie schnell die Luft zurück an den Stapel12 geliefert werden kann. Sobald der Stapel12 zu seinem normalen Betrieb zurückgekehrt ist, kehrt die gesamte Funktionalität in den Normalzustand zurück. Die Menge an Brennstoff oder Energie, die während dieser Niedrigleistungs- oder Bereitschaftsbetriebsart verbraucht wird, ist wesentlich geringer, als wenn der Stapel12 in einem Ruhebetrieb belassen würde, und sollte daher signifikant zu einem Betriebswirkungsgrad bzw. einer Betriebswirtschaftlichkeit beitragen. -
2 ist ein Diagramm mit der Zeit an der horizontalen Achse und einer Größe an der vertikalen Achse, das einige der Zustände zeigt, die auftreten, wenn die Systemsteuerung von der Ruhebetriebsart in die Bereitschaftsbetriebsart geht. Die Schaubildlinie60 ist ein Stapelspannungsausgang. Die Einheiten an der horizontalen Achse und der vertikalen Achse sind lediglich repräsentativ zur Perspektive und nicht dazu bestimmt, für einen Systembetrieb spezifisch zu sein. An Punkt62 ist das System10 für eine gewisse Zeitdauer in der Ruhebetriebsart gewesen, wie vierzig Sekunden, und wird angewiesen, in die Bereitschaftsbetriebsart zu gehen. Die Endzellenheizer38 und40 oder eine andere Last werden eingekoppelt, so dass die Stapelspannung unterdrückt wird, um eine Korrosion zu reduzieren, so dass die Stapelspannung abnimmt. Eine Welligkeit64 in der Linie60 zeigt, wo periodische Anodenablassereignisse aufgetreten sind, die jeglichen Sauerstoff verbrauchen, der in die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels12 eingetreten sein kann. Der Punkt66 zeigt, wo das System10 in die normale Betriebsart zurückkehrt.
Claims (10)
- Verfahren, um ein Brennstoffzellensystem (
10 ) mit einem Brennstoffzellenstapel (12 ) in eine Bereitschaftsbetriebsart zu bringen, wobei das Verfahren umfasst, dass: erkannt wird, dass das System (10 ) für eine vorbestimmte Zeitdauer in einer Leerlaufbetriebsart gewesen ist, in der an den Brennstoffzellenstapel (12 ) Kathodenluft und Wasserstoffgas geliefert werden, um den Betrieb des Brennstoffzellenstapels (12 ) aufrecht zu erhalten; Kathodenluft von einem Kompressor (14 ) um den Brennstoffzellenstapel (12 ) durch Öffnen eines Stapelbypassventils (22 ) umgeleitet wird; Wasserstoffströmung für den Brennstoffzellenstapel (12 ) mit einem Durchfluss bereitgestellt wird, der einen höheren Anodenüberdruck gegenüber der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12 ) aufrechterhält; der Brennstoffzellenstapel (12 ) von einem Hochspannungsbus (48 ) durch Öffnen von Primärstapelschützen (42 ,44 ) getrennt wird; und der Brennstoffzellenstapel (12 ) elektrisch mit einer von dem Hochspannungsbus (48 ) unabhängigen Last gekoppelt wird, um eine Stapelspannung zu unterdrücken. - Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, das der Kompressor (
14 ) in der Bereitschaftsbetriebsart mit einer vorbestimmten minimalen Drehzahl betrieben wird. - Verfahren, um ein Brennstoffzellensystem (
10 ) mit einem Brennstoffzellenstapel (12 ) in eine Bereitschaftsbetriebsart zu bringen, wobei das Verfahren umfasst, dass: erkannt wird, dass das System (10 ) für eine vorbestimmte Zeitdauer in einer Leerlaufbetriebsart gewesen ist, in der an den Brennstoffzellenstapel (12 ) Kathodenluft und Wasserstoffgas geliefert werden, um den Betrieb des Brennstoffzellenstapels (12 ) aufrecht zu erhalten; Kathodenluft von einem Kompressor (14 ) um den Brennstoffzellenstapel (12 ) durch Öffnen eines Stapelbypassventils (22 ) umgeleitet wird; der Kompressor in der Bereitschaftsbetriebsart mit einer vorbestimmten minimalen Drehzahl betrieben wird; der Brennstoffzellenstapel (12 ) von einem Hochspannungsbus durch Öffnen von Primärstapelschützen getrennt wird; und der Brennstoffzellenstapel (12 ) elektrisch mit einer von dem Hochspannungsbus (48 ) unabhängigen Last gekoppelt wird, um eine Stapelspannung zu unterdrücken. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, ferner umfassend, dass periodische Anodenablässe bereitgestellt werden, bei denen ein Ablassventil (
30 ) für Anodenabgas während der Bereitschaftsbetriebsart geöffnet wird, um Stickstoff von der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels (12 ) zu entfernen. - Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine Wasserstoffströmung zu dem Brennstoffzellenstapel (
12 ) mit einem Durchfluss bereitgestellt wird, der einen höheren Anodenüberdruck gegenüber der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12 ) aufrechterhält. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, ferner umfassend, dass eine Hochtemperaturpumpe (
34 ) in der Bereitschaftsbetriebsart abgeschaltet wird, die ein Kühlfluid zu dem Brennstoffzellenstapel (12 ) pumpt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, wobei die vorbestimmte Zeitdauer etwa vierzig Sekunden beträgt.
- Brennstoffzellensystem (
10 ), umfassend: einen Brennstoffzellenstapel (12 ) mit einer Anodenseite und einer Kathodenseite, wobei der Stapel (12 ) ferner Endzellenheizer (38 ,40 ) aufweist; eine Wasserstoffgasquelle (24 ) zur Lieferung von Wasserstoffgas an die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels (12 ); einen Kompressor (14 ) zur Lieferung von Kathodenluft an die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12 ); ein Bypassventil (22 ), um zu ermöglichen, dass die Kathodenluft den Stapel (12 ) umgeht; eine Hochtemperaturpumpe (34 ) zum Pumpen eines Kühlfluides durch den Brennstoffzellenstapel (12 ); Stapelschütze (42 ,44 ) zur Verbindung des Brennstoffzellenstapels (12 ) mit einem Hochspannungsbus (48 ); und einen Controller (50 ) zur Steuerung von Systembetriebsabläufen, wobei der Controller (50 ) das System (10 ) in eine Bereitschaftsbetriebsart bringt, um eine Brennstoffwirtschaftlichkeit zu erhöhen, wenn eine Leerlaufbetriebsart, in der an den Brennstoffzellenstapel (12 ) Kathodenluft und Wasserstoffgas geliefert werden, um den Betrieb des Brennstoffzellenstapels aufrecht zu erhalten, für eine vorbestimmte Zeitdauer detektiert wird, umfassend, dass Kathodenluft von dem Kompressor (14 ) um den Brennstoffzellenstapel (12 ) herum durch Öffnen des Bypassventils (22 ) umgeleitet wird, Wasserstoffgas an den Brennstoffzellenstapel (12 ) mit einem Durchfluss bereitgestellt wird, der einen höheren Anodenüberdruck gegenüber der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12 ) beibehält, der Brennstoffzellenstapel (12 ) von dem Hochspannungsbus (48 ) zum Öffnen der Stapelschütze (42 ,44 ) getrennt wird, und der Brennstoffzellenstapel (12 ) mit den Endzellenheizern (38 ,40 ) elektrisch gekoppelt wird, um die Stapelspannung zu unterdrücken. - System nach Anspruch 8, ferner mit einem Anodenaustragsablassventil (
30 ), wobei der Controller (50 ) periodische Anodenablässe bereitstellt, indem das Anodenabgasablassventil (30 ) während der Bereitschaftsbetriebsart geöffnet wird, um Stickstoff von der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels (12 ) zu entfernen. - System nach Anspruch 8, wobei der Controller (
50 ) auch die Hochtemperaturpumpe (34 ) abschaltet, wenn sich das System (10 ) in der Bereitschaftsbetriebsart befindet, und/oder wobei der Controller (50 ) den Kompressor (14 ) mit einer vorbestimmten minimalen Drehzahl betreibt, wenn sich das System (10 ) in der Bereitschaftsbetriebsart befindet.
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| KR20120012610A (ko) * | 2010-08-02 | 2012-02-10 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 차량 |
| US8945785B2 (en) * | 2012-01-06 | 2015-02-03 | GM Global Technology Operations LLC | Adaptive limitation of standby mode to enhance fuel cell system life |
| JP5818014B2 (ja) * | 2012-04-04 | 2015-11-18 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| US9048475B2 (en) * | 2013-02-05 | 2015-06-02 | GM Global Technology Operations LLC | Method for the detection of fuel cell system short circuits |
| US9257707B2 (en) | 2013-03-14 | 2016-02-09 | Ford Global Technologies, Llc | Apparatus and method for fuel cell standby |
| DE102013014959A1 (de) * | 2013-09-10 | 2015-03-12 | Daimler Ag | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems |
| US10618480B2 (en) * | 2017-12-13 | 2020-04-14 | Fca Us Llc | Method of charge utilization from an ultra-capacitor |
| US10622649B2 (en) * | 2018-02-02 | 2020-04-14 | Lg Fuel Cell Systems Inc. | Methods for transitioning a fuel cell system between modes of operation |
| EP3878040B1 (de) * | 2018-11-07 | 2023-10-25 | Ballard Power Systems Inc. | Methode und system zum betrieb eines elektrochemischen brennstoffzellenstapels mit verbesserter leistungswiederherstellung |
| CN113858954A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-12-31 | 金龙联合汽车工业(苏州)有限公司 | 一种氢燃料电池车辆加氢方法和装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE60210464T2 (de) * | 2001-07-25 | 2007-04-19 | Ballard Power Systems Inc., Burnaby | Brennstoffzellenwiederbelebungsverfahren und vorrichtung |
-
2008
- 2008-12-16 US US12/336,193 patent/US8088530B2/en active Active
-
2009
- 2009-12-10 DE DE102009057777.7A patent/DE102009057777B4/de active Active
- 2009-12-16 CN CN2009102534854A patent/CN101800324B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE60210464T2 (de) * | 2001-07-25 | 2007-04-19 | Ballard Power Systems Inc., Burnaby | Brennstoffzellenwiederbelebungsverfahren und vorrichtung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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