DE112004001452T5

DE112004001452T5 - Verfahren und Vorrichtung zum Entlüften und Spülen einer Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112004001452T5
Application number: DE112004001452T
Authority: DE
Inventors: Bruce J. Clingerman; Kiran Mallavarapu; Bryan Tipton; Rodney J. Rhodes; Robert Chalfant
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2024-07-29
Also published as: WO2005018016A3; DE112004001452B4; US7132181B2; WO2005018016A2; JP2007502003A; CN100555724C; US20050031922A1; CN1833332A; JP5064031B2

Abstract

Brennstoffzellensystem mit:
einer Brennstoffzelle mit einem Anodeneinlass und einem Anodenauslass;
einer Reaktandenbrennstoffquelle in Fluidverbindung mit dem Anodeneinlass;
einem normal geschlossenen Ventil, das zwischen der Reaktandenbrennstoffquelle und dem Anodeneinlass angeordnet ist und wirksam ist, um einen Reaktandenbrennstoff selektiv von der Brennstoffzelle in Ansprechen auf ein Steuersignal zu entlüften; und
einem Controller, der mit dem normal geschlossenen Ventil in Verbindung steht und eine Abschaltsteuerschaltung umfasst, die das Steuersignal erzeugt, um das normal geschlossene Ventil selektiv zu öffnen, wenn das Steuersignal kleiner als ein Abschaltschwellenwert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abschalten und Entlüftung eines Brennstoffzellenstapels in einem Brennstoffzellenenergiesystem.

Hintergrund der Erfindung

Brennstoffzellenenergiesysteme wandeln einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel in Elektrizität um. Ein Brennstoffzellenenergiesystemtyp von großem Interesse macht Gebrauch von einer Protonenaustauschmembran (nachfolgend "PEM"), um eine Reaktion von Brennstoffen (wie beispielsweise Wasserstoff) und Oxidationsmitteln (wie beispielsweise Luft/Sauerstoff) in Elektrizität katalytisch zu erleichtern. Die PEM ist ein Festpolymerelektrolyt, der eine Übertragung von Protonen von der Anode an die Kathode in jeder einzelnen Brennstoffzelle des Stapels aus Brennstoffzellen, die normalerweise in einem Brennstoffzellenenergiesystem eingesetzt werden, erleichtert.

Bei einer typischen Brennstoffzellenanordnung (Brennstoffzellenstapel) in einem Brennstoffzellenenergiesystem besitzen einzelne Brennstoffzellen Strömungsfelder mit Einlässen zu Fluidverteilern; diese sehen gemeinsam Kanäle für die verschiedenen Reaktanden- und Kühlmittelfluide, die in dem Brennstoffzellenstapel reagieren, zur Strömung in jede Zelle vor. Gasdiffusionsanordnungen sehen dann eine Endfluidverteilung vor, um die Reaktandenfluide aus dem Strömungsfeldraum weiter an die reaktive Anode und Kathode zu verteilen.

Eine koordinierte Abschaltung stellt einen Faktor bei einem effektiven Betrieb eines Brennstoffzellenstapels oder eines Satzes aus Brennstoffzellenstapeln vor. Diesbezüglich ist Wasserstoff eine wesentliche Komponente des Brennstoffes, der an die reaktiven Anoden des Brennstoffzellenstapels geliefert wird, und bei Abschaltung ist ein Betriebsbestand von wasserstoffhaltigem Brennstoff in den Brennstoffreaktandenkanälen des Brennstoffzellenstapels vorhanden. Während der restliche Brennstoff in dem Stapel als relativ hochkonzentrierter Wasserstoff selbst nicht entzündlich ist, besteht die Möglichkeit eines Mischens mit Sauerstoff in Luft, insbesondere, wenn die Brennstoffzelle für eine Zeitdauer außer Betrieb ist. Durch ein solches Mischen von Sauerstoff besteht die Gefahr, dass bei einer gewissen Schwellenzusammensetzung eine potenziell entzündliche Mischung in dem Brennstoffzellenstapel erzeugt wird.

Zwei allgemeine Abschaltstrategien oder -betriebsarten repräsentieren den Umfang der Abschaltmethoden eines Brennstoffzellensystems: eine Betriebsart mit "normaler" Abschaltung und eine Betriebsart mit "schneller" Abschaltung. Die "normale" Abschaltung erfolgt über einen Prozess aus (a) Trennen der Last, (b) Verbrauchen von überschüssigem Wasserstoff, und (c) Kühlen des Systems auf eine Weise, um innere Spannungen, die durch eine thermische Änderung bewirkt werden, zu minimieren. Bei einer "schnellen" Abschaltung sind Bedingungen, wie beispielsweise eine Fehlfunktion oder Fehlerdetektion vorhanden, die erfordern, dass die Brennstoffzelle auf eine Weise abgeschaltet wird, die nicht ausreichend Zeit zur Verfügung stellt, um überschüssigen Wasserstoff zu verbrauchen. Wenn eine "schnelle" Abschaltung ausgeführt wird, wird der restliche Brennstoff durch Entlüften von Reformat oder Wasserstoff an die Atmosphäre gehandhabt.

Es existieren typischerweise zwei Entlüftungssolenoidventile für Brennstoffreaktand in einem herkömmlichen Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellenenergiesystems: ein erstes Ventil an dem Auslass des Brennstoffprozessors, der den Brennstoff erzeugt, und ein zweites Ventil an dem Auslass der Anodenverteiler des Stapels. Im Normalbetrieb werden diese Entlüftungsventile geschlossen, um eine Wasserstoffleckage und/oder einen Austrag an die Atmosphäre zu verhindern. Herkömmliche Brennstoffzellenenergiesysteme, die keinen Brennstoffprozessor besitzen, verwenden typischerweise zumindest ein Entlüftungsventil an der Stapelanode. Beim "schnellen" Abschalten öffnet sich jedes Entlüftungsventil, um Wasserstoff an die Atmosphäre zu entlüften. Diese Vorgehensweise entfernt schnell Potential und Wärmeenergie von dem System und entlüftet restlichen Wasserstoff in der Brennstoffzelle.

Diese Entlüftungsventile sind traditionell als normal offene Ventile vorgesehen worden, bei denen das Ventil über Federrückführungen in die offene Position vorgespannt ist. Es ist offensichtlich, dass diese Ventile in dem heruntergefahrenen Zustand offen sind und daher eine Fluidströmung in und aus den Anodenverteilern zulassen. Das bei Ausfall offene Ventil wird so eingesetzt, dass das System Brennstoff aus der Brennstoffentlüftung sogar bei einem vollständigem Verlust an Systemleistung (gewöhnlich die dramatischste Situation einer "schnellen" Abschaltung) entlüftet. Es ist auch offensichtlich, dass ein normal offenes Entlüftungsventil, nachdem das System abgeschaltet ist, in der fortwährenden Abwesenheit elektrischer Energie offen bleibt. Wie beispielsweise, wenn das System abgeschaltet ist.

Ein Nachteil bei der Verwendung normal offener Entlüftungsventile bestehtjedoch darin, dass bei einigen bestimmten Abschaltereignissen, bei denen die Entlüftungsventile offen bleiben, einiger restlicher Wasserstoff in den Brennstoffverteilern bleibt. Wenn eine lange Stillstandszeit folgt, ist es möglich, dass mit der Zeit Luft durch die Entlüftung gelangt, bis eine brennbare Mischung in einem Teil des Systems auftritt. Es ist auch möglich, dass sich eine brennbare Mischung entwickelt, wenn ein Energieausfall nach einer "normalen" Abschaltung auftritt, die ohne eine Spülung ausgeführt wird (beispielsweise eine "normale" Abschaltung, die unter gesteuerten Bedingungen eingeleitet wird und die sich aufgrund eines Energieverlustes in eine "schnelle" Abschaltung verschlechtert).

Ein anderer Nachteil der Verwendung normal offener Entlüftungsventile besteht darin, dass nach einer Abschaltung der Brennstoffzelle und einem Verlust an Energie eine Katalysatordeaktivierung folgen kann. Diesbezüglich wird eine Anzahl von Katalysatoren in der Anwesenheit von Luft insbesondere unmittelbar nach der Abschaltung, wenn der Katalysator immer noch thermisch "heiß" ist, deaktiviert. Eine Vorgehensweise, um dieses Problem handzuhaben, ist die Verwendung eines lufttoleranten Katalysators; diese Vorgehensweise behindert jedoch ernstlich die Auswahl möglicher Katalysatoren. Eine andere Vorgehensweise besteht darin, einen Spülmechanismus vorzusehen, durch den Wasserstoff aus dem System mit einem Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, gespült wird, um eine Stickstoffdecke über die aktiven Katalysatorelemente vorzusehen. Derartige Alternativen definieren eine teurere Konstruktion, als die, die mit einem nicht lufttoleranten Katalysator erreichbar ist.

Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung normal offener Entlüftungsventile besteht darin, dass in einer heruntergefahrenen Betriebsart ein Pfad zu dem Brennstoffprozessor und/oder den Stapelverteilern für Staub und andere potenziell schädliche Elemente verfügbar ist, die die Innenkanäle und Flächen der Brennstoffzelle kontaminieren können. Eine derartige Kontamination verkürzt die Brennstoffzellenlebensdauer und kann auch die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle im Vergleich zu einer Brennstoffzelle, die nicht kontaminiert ist, verringern.

Ein zusätzlicher Nachteil bei der Verwendung normal offener Entlüftungsventile leitet sich aus einer Controllerblockierung ab, bei der der Steuercomputer für das Brennstoffzellensystem eine für den Ausfall andauernde Steuerelementpositionierung herstellt. In diesem Zusammenhang können die normalerweise offenen Entlüftungsventile ungeeignet in einer geschlossenen Position gehalten werden.

Ein noch weiterer Nachteil der Verwendung normal offener Entlüftungsventile leitet sich aus der Tatsache ab, dass alle normal offenen Ventile erregt werden müssen, um geschlossen zu bleiben – der primäre Betriebszustand der Entlüftungsventile. Somit bilden diese normalerweise offenen Entlüftungsventile im Normalechtzeitbetrieb eine Bürde einer parasitären Leistung für das Brennstoffzellenenergiesystem, wodurch der Gesamtbetriebssystemwirkungsgrad inhärent verringert wird.

Es besteht Bedarf nach einer ganzheitlichen Vorgehensweise zur Brennstoffzellenentlüftung und -spülung, die ein koordiniertes Abschalten der Brennstoffzelle mit geringen Kosten, einen Schutz des Katalysators nach einem Energieausfall in dem Brennstoffzellenenergiesystem, eine Grundlage für ein geeignetes Abschalten des Brennstoffzellenstapels und/oder des Brennstoffzellenstapelsatzes, wenn Bedingungen gemeinsam den Bedarf nach einem solchen Betriebsvorgang angeben, und einen optimalen Wirkungsgrad in einem Brennstoffzellenenergiesystembetrieb vorsieht. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, diese Aufgaben zu erfüllen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht eine Brennstoffzelle mit einem normal geschlossenen Ventil in Fluidverbindung mit dem bzw. den Brennstoffreaktandenströmungsfeld(ern) vor, um die Brennstoffreaktandengase aus dem bzw. den Brennstoffreaktandenströmungsfeld(ern) zu entlüften. Das normal geschlossene Ventil ist wirksam in einer Erregerschaltung angeordnet, die derart ausgebildet ist, um das normal geschlossene Ventil zu öffnen, wenn ein Steuersignal kleiner als ein Abschaltschwellenwert ist.

Als ein Verfahren sieht die Erfindung eine Brennstoffzelle vor, wobei das Entlüften des Brennstoffreaktanden aus dem bzw. den Brennstoffreaktandenströmungsfeld(ern) mit einem normal geschlossenen Ventil durchgeführt wird, wenn ein Steuersignal einen Wert besitzt, der kleiner als ein Abschaltschwellenwert ist. Die Erfindung sieht ferner ein Schließen des normal geschlossenen Ventils vor, nachdem der Brennstoffreaktand bis auf eine sichere Menge in der Brennstoffzelle entlüftet ist.

Bei einer Ausführungsform sieht die Erfindung die Verwendung eines normal geschlossenen Solenoidschalters in einer Steuerschaltung vor, so dass das normal geschlossene Ventil den Brennstoffreaktand aus der Brennstoffzelle entlüftet, wenn die Solenoidrelaisschaltung mit einer Spannung unter einem Abschaltschwellenspannungswert betrieben wird. Bei einer anderen Ausführungsform sieht die Erfindung die Verwendung eines Solenoidventils vor, wobei die Erregerschaltung direkt mit der Relaisschaltung des Ventils verbunden ist.

Die Erfindung sieht auch die Verwendung eines Sicherheitsschalters in der Solenoidrelaisschaltung vor. Eine Ausgangsspannung wird mit dem Steuercomputer gemessen, eine Betriebsstatusvariable wird unter Verwendung einer ausführbaren Logik in dem Computer aus der Ausgangsspannungsmessung definiert, und die Solenoidrelaisschaltung wird mit dem Sicherheitsschalter geerdet, wenn die Betriebsstatusvariable auf einen Abschaltwert definiert ist.

Die Erfindung sieht auch die Verwendung einer diskreten Speicherung elektrischer Energie (beispielsweise eines Kondensators) mit einer ausreichenden Größe vor, um das normal geschlossene Ventil zu öffnen, bis der Brennstoffreaktand aus der Brennstoffzelle entlüftet ist. Diesbezüglich sieht die Erfindung eine Speicherung von ausreichend elektrischer Energie, um das normal geschlossene Ventil in einer offenen Position zu halten, bis der Brennstoffreaktand bei dem Entlüftungsschritt auf ein zufriedenstellendes Niveau entlüftet ist, ein Öffnen des normal geschlossenen Ventils mit der gespeicherten elektrischen Energie, um den Brennstoffreaktand zu entlüften, und ein Schließen des normal geschlossenen Ventils vor, nachdem die gespeicherte elektrische Energie abgereichert worden ist.

Vorteile der vorliegenden Erfindung umfassen (a) Kosteneinsparungen, da die Notwendigkeit der Verwendung luftkompatibler Katalysatoren vermieden wird; (b) minimierte parasitäre Verluste der Energieabgabe von dem Entlüftungssystem des Brennstoffzellenstapels; (c) eine minimierte Kontamination interner Brennstoffzellenstapelverteiler und -flächen nach dem Entlüften; und (d) ein Vermeiden einer brennbaren Luft/Brennstoffmischung in der Anode nach einem Abschalten.

Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung wie auch spezifische Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:
1 ein Blockflussdiagramm eines Brennstoffzellenenergiesystems darstellt;
2 eine Entlüftungsventilsteuerschaltung in einem ausgelösten Zustand (geschlossene Position, um den Kondensator der Schaltung zu entladen) zur Steuerung zweier Entlüftungsventile mit einer Normalabschaltcontrollerschnittstelle und einem Energiespeicherkondensator zeigt;
3 eine Entlüftungsventilsteuerschaltung in einem ausgelösten Zustand (geschlossene Position, um den Kondensator der Schaltung zu entladen) zur Steuerung zweier Entlüftungsventile mit zwei Normalabschaltcontrollerschnittstellen und einem Energiespeicherkondensator zeigt; und
4 eine doppelte Entlüftungsventilsteuerschaltung zeigt, von denen sich jede in einem ausgelösten Zustand (geschlossene Position, um den Kondensator der Schaltung zu entladen) zur Steuerung zweier Entlüftungsventile mit zwei Normalabschaltcontrollerschnittellen und zwei Energiespeicherkondensatoren befindet.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
Allgemein ist eine Echtzeitcomputerprozesssteuerung implementiert, um das hier beschriebene Brennstoffzellenenergiesystem zu steuern. Diesbezüglich ist eine Echtzeitcomputerverarbeitung breiter als ein Verfahren zur Computerverarbeitung definiert, bei dem ein Ereignis eine gegebene Reaktion innerhalb einer aktuellen Zeitgrenze bewirkt, und wobei Computerwirkungen spezifisch innerhalb des Kontextes mit und durch externe Bedingungen und tatsächliche Zeitabläufe gesteuert werden. Als eine damit in Verbindung stehende Verdeutlichung auf dem Gebiet der Prozesssteuerung betrifft die echtzeitcomputergesteuerte Verarbeitung die Ausführung einer zugeordneten Prozesssteuerlogikentscheidung und quantitative Betriebsabläufe, die einem Prozesssteuerentscheidungsprogramm eigen sind, das als Teil einer gesteuerten Vorrichtung funktioniert, die einen Prozess ausführt (wie beispielsweise die Brennstoffzelle, die ihren Vorteil aus der vorliegenden Erfindung zieht), wobei das Prozesssteuerentscheidungsprogramm periodisch mit ziemlich hoher Frequenz gewöhnlich mit einer Periode zwischen 20 Millisekunden und 2 Sekunden zur taktischen Steuerung ausgeführt wird.
Die bevorzugten Ausführungsformen verwenden zumindest ein normal geschlossenes Ventil, um einen Brennstoffreaktand aus dem Brennstoffzellenstapel zu entlüften. Diesbezüglich ist ein normal geschlossenes Ven til ein Ventil zur automatischen Steuerung, das in Bezug auf eine Fluidübertragung geschlossen ist, wenn keine elektrische Energie (oder kein pneumatischer Druck) auf den Aktuator des Ventils wirkt. Es sei auch angemerkt, dass ein normal geschlossener Schalter gewöhnlich ein federbelasteter Schalter ist, der positioniert ("elektrisch geschlossen") ist, um eine Übertragung von elektrischem Strom zu ermöglichen, wenn keine elektrische Energie (oder beliebige Gegenkraft auf die Feder) auf die betätigende Relaisschaltung des (federbelasteten) Schalters wirkt.
Bei einer Ausführungsform regt eine elektrische Schaltung mit einem Kondensator das normal geschlossene Entlüftungsventil von dem Kondensator an, wenn ein Solenoidrelais der Schaltung in einem abgeschalteten oder heruntergefahrenen Zustand ist, so dass ein (erster) elektrischer Schalter in mechanischer Verbindung mit dem Relais für eine Zeitdauer elektrisch "schließt", um zu ermöglichen, dass sich der Kondensator durch den Aktuator des Ventils entladen kann. Der Kondensator ist so bemessen, dass er das normal geschlossene Entlüftungsventil für eine Zeitdauer offen hält, die ausreichend ist, um den Brennstoffreaktanden der Brennstoffzelle auf ein zufriedenstellendes Niveau in dem System zu entlüften.
In der normalen Betriebsart (keine Betriebsart mit schneller Abschaltung) regt bei einer bevorzugten Ausführungsform der Echtzeitcomputercontroller das Solenoidrelais in eine Position an, die ermöglicht, dass der Computercontroller die Entlüftungsventile in einer Echtzeitbetriebsart durch einen zweiten elektrischen Schalter des Solenoids steuern kann. Es sei angemerkt, dass das nicht erregte Solenoidrelais dieser Ausführungsform mit zwei aktiven elektrischen Schaltern eine geschlossene Schaltung in Bezug darauf vorsieht, dass ermöglicht wird, dass sich der energiespeichernde Kondensator sogar dann entladen kann, wenn das erregte Sole noidrelais einen ersten geschlossenen Kontakt über den zweiten elektrischen Schalter zwischen der Steuercomputer und dem Entlüftungsventil und einen zweiten geschlossenen Kontakt über den ersten elektrischen Schalter vorsieht, um ein Laden des Kondensators zu ermöglichen. Die Ladeschaltung des Kondensators über den ersten elektrischen Schalter wird weiterhin durch eine Diode stabilisiert.
Ein Energieverlust in dem System unter einen Schwellenwert gibt das Solenoidrelais in eine Position frei, in der der erste elektrische Schalter entsprechend positioniert ist, um den Kondensator durch den Aktuator des im Ausfall geschlossenen Ventils zu entladen. Der Kondensator entlädt die gespeicherte Energie für eine bestimmte Zeitdauer, bis er seinen Energiespeicher im Wesentlichen vollständig entladen hat. Während dieser Energieentladung wird das Entlüftungsventil erregt und bleibt daher in einer offenen Position, bis die elektromagnetische Kraft von dem Solenoid durch die Federkraft des Ventils überwunden wird und bewirkt, dass das Ventil schließt. Somit gelangt das Entlüftungsventil in eine vorgegebene fluidmäßig geschlossene Konfiguration, da keine ausreichende Energie mehr zur Verfügung steht, um dieses in einer offenen Position gegen seine schließende Feder zu halten. Diese Wirkung dichtet den Brennstoffzellenstapel wieder ab, um die Anodenseite der Brennstoffzelle vor einem andauernden Kontakt mit der Atmosphäre in dem abgeschalteten Zustand zu schützen, nachdem der restliche Brennstoff von der Brennstoffzelle entlüftet oder gespült worden ist.
Die vorliegende Erfindung wird ferner unter Bezugnahme auf ein allgemeines Brennstoffzellenenergiesystem verständlich. Daher wird vor einer weiteren Beschreibung der Erfindung ein allgemeiner Überblick des Energiesystems, in dem die vorliegende Erfindung arbeitet, gegeben. In dem System wird ein Kohlenwasserstoffbrennstoff in einem Brennstoffprozes sor, beispielsweise durch Reformations- und Partialoxidationsprozesse verarbeitet, um ein Reformatgas zu erzeugen, das einen relativ hohen Wasserstoffgehalt auf einer Volumen- oder Molbasis besitzt. Daher ist bei Bezugnahme auf „wasserstoffhaltig" ein relativ hoher Wasserstoffgehalt gemeint. Die Erfindung wird nachfolgend im Kontext einer Brennstoffzelle beschrieben, die durch ein H₂-haltiges Reformat beliefert wird, ungeachtet des Verfahrens, durch das ein derartiges Reformat hergestellt wird. Es sei zu verstehen, dass die hier ausgeführten Grundsätze auf Brennstoffzellen anwendbar sind, die durch H₂ beliefert werden, der aus einer beliebigen Quelle erhalten wird, einschlieißlich reformierbaren kohlenwasserstoff- und wasserstoffhaltigen Brennstoffen, wie beispielsweise Methanol, Ethanol, Benzin, Alkaline oder anderen aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen oder wasserstoffspeicherbasierter Systeme.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Brennstoffzellenenergiesystem 100 einen Brennstoffprozessor 112 zur katalytischen Reaktion eines reformierbaren Kohlenwasserstoffbrennstoffstroms 114 und Wasser in der Form von Wasserdampf aus einem Wasserstrom 116. Bei einigen Brennstoffprozessoren wird auch Luft in einer kombinierte Partialoxidations-/Wasserdampfreformierungsreaktion verwendet. In diesem Fall nimmt der Brennstoffprozessor 112 auch einen Luftstrom 118 auf. Der Brennstoffprozessor 112 enthält einen oder mehrere Reaktoren, in denen der reformierbare Kohlenwasserstoffbrennstoff in Strom 114 eine Aufspaltung in der Anwesenheit von Wasserdampf in Strom 116 und Luft in Strom 118 (optional Sauerstoff von einem Sauerstoffspeichertank 118) erfährt, um das wasserstoffhaltige Reformat zu erzeugen, das von dem Brennstoffprozessor 112 in einem Reformatstrom 120 ausgetragen wird. Der Brennstoffprozessor 112 umfasst typischerweise auch einen oder mehrere unterstromige Reaktoren, wie beispielsweise Wasser-Gas-Shift-Reaktoren (WGS-Reaktoren) und/oder Reaktoren für selektive Oxidation (PROX- Reaktoren), die dazu verwendet werden, das Niveau von Kohlenmonoxid in dem Reformatstrom 120 auf akzeptable Niveaus zu verringern, beispielsweise unter 20 ppm. Das H₂-haltige Reformat 120 oder der Anodenzufuhrstrom wird in die anodenseitigen Strömungsfelder des Brennstoffzellenstapelsystems 122 zugeführt. Gleichzeitig wird ein Kathodenzufuhrstrom in der Form von Luft in Strom 124 in die kathodenseitigen Strömungsfelder des Brennstoffzellenstapelsystems 122 zugeführt. Der Wasserstoff von dem Reformatstrom 120 und der Sauerstoff von dem Oxidationsmittelstrom 124 reagieren in dem Brennstoffzellenstapelsystem 122, um Elektrizität zu erzeugen.
Ein Anodenaustrag (oder -abfluss) 126 von der Anodenseite des Brennstoffzellenstapelsystems 122 enthält einigen nicht reagierten Wasserstoff. Ein Kathodenaustrag (oder -abfluss) 128 von der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapelsystems 122 kann einigen nicht reagierten Sauerstoff enthalten. Diese nicht reagierten Gase repräsentieren zusätzliche Energie, die in einem Brenner 130 in der Form von Wärmeenergie für verschiedene Wärmeanforderungen innerhalb des Energiesystems 100 rückgewonnen wird. Insbesondere werden ein Kohlenwasserstoffbrennstoff 132 und/oder Anodenabfluss 126 katalytisch oder thermisch in dem Brenner 130 mit Sauerstoff verbrannt, der an den Brenner 130 entweder aus Luft in Strom 134 oder aus Kathodenabflussstrom 128 abhängig von den Betriebsbedingungen des Energiesystems 100 geliefert wird. Der Brenner 130 trägt den Abgasstrom 154 an die Umgebung aus, und die dadurch erzeugte Wärme wird nach Bedarf an den Brennstoffprozessor 112 geliefert.
Das Entlüftungsventil 172 ist wirksam in dem Anodenzufuhrstrom 220 zwischen der Wasserstoffquelle 112 und der Brennstoffzelle 122 angeordnet. Ähnlicherweise ist ein Entlüftungsventil 174 wirksam in einem Ano denaustragstrom 126 angeordnet. Die Entlüftungsventile 172, 174 sehen normal geschlossene Ventile zur Entlüftung von Brennstoffreaktand von dem Brennstoffzellenstapel 122 an die Atmosphäre vor, wenn ein Diagnoseparameter, der durch den Sensor 170 gemessen wird, aus einem akzeptablen Betriebsbereich fällt, wodurch angegeben wird, dass ein Abschaltprozess eingeleitet werden soll. Ein Echtzeitcomputer-(164) bewirkt und gibt ein Steuersignal aus, um Entlüftungsventile 172, 174 in Ansprechen auf ein Signal von einem Sensor 170 zu steuern. Die Wasserstoffzufuhr zu dem Brennstoffzellenstapelsystem 122 wird teilweise durch Betätigung der Entlüftungsventile 172, 174 durch den Echtzeitcomputer 164 in Bezug auf Messungen von dem Sensor 170 gesteuert, um eine Strömung von wasserstoffhaltigem Gas an das Brennstoffzellenstapelsystem 122 zu ermöglichen.
In 1 ist ein Sensor 170 gezeigt, der einen Diagnoseparameter in Verbindung mit oder innerhalb des Brennstoffzellenstapels 122 misst. Beispielhafte Stapeldiagnoseparameter können umfassen: eine Spannung einer Zelle, eine Gruppierung aus Zellen oder den Brennstoffzellenstapel; eine Druckdifferenz über den Stapeleinlass (d.h. die Anoden- und Kathodeneinlässe); die relative Feuchte in dem Brennstoffzellenstapel; oder die Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels. Der Diagnoseparameter kann auch mit anderen Komponenten des Brennstoffzellenenergiesystems 100 außerhalb des Brennstoffzellenstapels 122 in Verbindung stehen, wie beispielsweise dem Brennstoffprozessor 112, der Brennstoff-, Luft- oder Wasserversorgung für die Zufuhrströme 114, 116, 118 oder dem Brenner 130. Ein beispielhafter Systemdiagnoseparameter umfasst Betriebsparameter eines Luftkompressors, der einen Luftzufuhrstrom 118 liefert, wie beispielsweise eine Kompressordrehzahl oder eine Luftaustragstemperatur. Der Diagnoseparameter kann direkt von dem Sensor 170 bestimmt (d.h. gemessen) werden, wie in 1 gezeigt ist, wie beispielsweise eine gemessene Zellenspannung. Alternativ dazu kann der Diagnoseparameter indirekt bestimmt werden (d.h. computerbasiert auf einem analytischen oder empirischen Modell), wie beispielsweise eine Berechnung der relativen Feuchte auf Grundlage des Drucks, der Temperatur und Last auf den Brennstoffzellenstapel. Somit ist es für Fachleute offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung eine Anwendbarkeit mit einer breiten Vielzahl von Diagnoseparametern zur Angabe, dass ein Abschaltprozess eingeleitet werden soll, besitzt.
Die Controllerlogik 166 ist in dem Echtzeitcomputer 164 zur Ausführung in Echtzeit durch den Computer 164 vorgesehen. Diesbezüglich wird die Controllerlogik 166 auch als "Software" und/oder als ein "Programm" und/oder ein "ausführbares Programm" in dem Echtzeitcomputer 164 als ein Datenschema bezeichnet, das Daten und/oder Formelinformation und/oder Programmausführungsanweisungen hält. Die Controllerlogik 166 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Maschinencode, der sich in dem physikalischen Speicherbereich (d.h. ohne Beschränkung "RAM", "ROM" oder eine Computerdisk) eines Computers 164 befindet. Die Controllerlogik 166 ist bevorzugt von einem Quellsprachenprogramm abgeleitet, das kompiliert ist, um den Maschinencode zu erzeugen. Der physikalische Speicherbereich steht in elektronischer Datenverbindung mit einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU) eines Computers 164, der Daten von dem physikalischen Speicher liest, gelesene Daten über Berechnung in resultierende Daten abwandelt und die resultierenden Daten in den physikalischen Speicher schreibt. Der Computer 164 liest auch Steuersignale von dem Sensor 170 und veranlasst Steuersignale an die Ventile 172 und 174 gemäß den Vorkehrungen der Controllerlogik 166. Bei einer Ausführungsform sind der Computer 164 und der ausführbare Code für die Controllerlogik 166 als eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) vorgesehen.
Der Sensor 170 wird als ein Rückkopplungssensor verwendet, um ein Steuersignal zu erzeugen, das ein Abschalten des Brennstoffzellenstapels 122 angibt. Zusammen mit anderen Rückkopplungsschleifen und Steuerentscheidungen (nicht gezeigt) wird die computerimplementierte Bestimmung von Brennstoffzellenbetriebsparametern über Messungen von dem Sensor 170 bei der computerimplementierten Steuerung (in der Controllerlogik 166 bewirkt) der Entlüftungsventile 172, 174 verwendet. Ferner kann das Steuersignal zum Einleiten des Abschaltens auf einer Bewertung von einem oder mehreren Diagnoseparametern basieren.
2 zeigt eine einzelne Entlüftungsventilsteuerschaltung 300 in einem ausgelösten Zustand oder einer nicht erregten (S2) Position zur Steuerung von zwei Entlüftungsventilen mit einer Normalabschaltcontrollerschnittstelle und einem Energiespeicherkondensator 330. Die Steuerschaltung 300 umfasst Controllerschnittstellen 302, 304 und ein Paar von Schaltern 308, die durch das Relais 306 betätigt werden. Die Steuerschaltung 300 umfasst auch eine Ladeschaltung mit einem Widerstand 310, einer Diode 312 und einem Kondensator 330. In 3 sind die Entlüftungsventile 172 und 174 durch Widerstände 320 bzw. 322 in der Schaltung 300 dargestellt. Ein Kondensator 330 wird über einen Ladewiderstand 310 und eine Diode 312 geladen, wenn das Relais 306 den Schalter 308 in der erregten (S1) Position hält (es sei angemerkt, dass der Schalter 308 in einer S2-Position, um den Kondensator 330 zu laden, in 3 gezeigt ist), und der Kondensator 330 wird über die Diode 314 entladen, um die normal geschlossenen Ventile 320 und 322 zu öffnen, wenn das Relais 306 den Schalter 308 in die S2-Position freigibt.
Der Controller 304 repräsentiert einen Steuercomputer 164, eine Schnellabschaltlogik in der Controllerlogik 166 und einen Sicherheitsschalter, der durch den Computer 164 zur Erdung der Relaisschaltung des Relais 306 gesteuert ist. Der Steuercomputer 164 misst die Abgabespannung über den Sensor 170, definiert eine Betriebsstatusvariable mit einer ausführbaren Logik in der Controllerlogik 166 aus der Spannung, die gemessen wird, und erdet die Solenoidrelaisschaltung des Relais 306 elektrisch, wenn die Betriebsstatusvariable auf einen Abschaltwert definiert ist.
Der Controller 302 repräsentiert auch einen Steuercomputer 164, eine Betriebs- und Normalabschaltlogik in der Controllerlogik 166 und einen Transistor 314, der durch den Computer 164 gesteuert ist, um die Positionen der Ventile 172 und 174 über der Diode 316 im Echtzeitbetrieb einzustellen, wenn sich der Schalter 308 in der S1-Position befindet. Es sei angemerkt, dass die Diode 316 Elektrizität an die Widerstände 320 und 322 über einen zweiten elektrischen Schalter des Solenoidschalters 308 leitet. Eigentlich sieht die Schaltung 300 effektiv drei separate bedingt wirksame innere elektrische Schaltungen vor, wobei eine erste Schaltung in der aberregten Position des Solenoids elektrisch aktiv ist und die beiden anderen Schaltungen in der komplementären erregten Position des Solenoids elektrisch aktiv sind. Diesbezüglich sei angemerkt, dass ein "geschlossener" und aberregter Soleniodschalter 308 in der S2-Position eine erste elektrisch geschlossene Schaltung in Bezug darauf vorsieht, dass sich der energiespeichernde Kondensator 330 entladen kann; und ein "offener" und erregter Solenoidschalter 308 in der S1-Position (a) eine zweite elektrisch geschlossene Schaltung zwischen dem Steuercomputer 164 und den Entlüftungsventilen 172 und 174 über die Widerstände 320 und 322 und (b) eine dritte elektrisch geschlossene Schaltung zwischen dem Widerstand 310, der Diode 312 und dem Kondensator 330 zum Laden des Kondensators 330 vorsieht.
Unter kurzer Bezugnahme auf 1 sind Steuerleitungen zwischen dem Computer 164 und jedem der Entlüftungsleitungen 172, 174 gezeigt. Diese Steuerleitungen bezeichnen jeweils zusammenfassend die separaten Controllerausgänge 302, 304 in 2 wie auch die Teilung zwischen dem Normalabschaltcontroller und dem Schnellabschaltcontroller, die für jedes Ventil in den 3 und 4 gezeigt ist. Es sei angemerkt, dass sich in 1 das Energieausfallrelais 306 und der Doppelbetätigungsschalter 308 (in den 2–4 gezeigt) innerhalb des Controllers 164 befinden und somit nicht separat gezeigt sind.
Zurück zu einer Betrachtung von 2 wird, wenn der Solenoidschalter 308 in der S1-Position ist, der Kondensator 330 durch den Ladewiderstand 310 und die Diode 312 in der Schaltung 300 geladen. Das Entladen des Kondensators 330 wird in der S1-Position des Schalters 308 durch die Diode 312 verhindert. Ein Spannungsabfall für die Schaltung 300 ist die Differenz zwischen der positiven Spannungsquelle 340 und der negativen Spannungssenke 342.
Eine vereinfachte Ausführungsform eines Entlüftungssystems wird aus einer Betrachtung der Schaltung 300 ohne die Controller 302 und 304, die Diode 316 und den Widerstand 322 ermöglicht, wobei der Schalter 308 nur einen elektrischen Kontakt zwischen (in S1-Position) Ladewiderstand 310, Diode 312 und Kondensator 330 und (in S2-Position) zwischen Kondensator 330, Diode 314 und Widerstand 320 vorsieht. Bei einer derartigen Ausführungsform wird in Reaktion auf die Messung des Sensors 170 keine Echtzeitcomputersteuerung des Entlüftungsventils 172 und keine Sicherheitsschalterabschaltung vorgesehen; jedoch sieht eine derartige Ausführungsform ein normal geschlossenes Ventil 172 in Fluidverbindung mit dem bzw. den Brennstoffreaktandenströmungsfeld(ern) des Brennstoffzellenstapels 122 vor, um das Reaktandengas von dem bzw. den Brennstoffreaktandenströmungsfeld(ern) zu entlüften, wobei das normal geschlossene Ventil 172 in einer Erregerschaltung angeordnet ist, die derart ausgebildet ist, um das normal geschlossene Ventil 172 zu öffnen, wenn die Ausgangsspannung einen Wert besitzt, der kleiner als ein Abschaltschwellenspannungswert ist, der nötig ist, um die Feder des Relais 306 zu sichern und den Schalter 308 in der S1-Position zu halten.
In 3 zeigt eine alternative Ausführungsform eine Entlüftungsventilsteuerschaltung 400, die ähnlich der Steuerschaltung 300 ist. Die Steuerschaltung 400 befindet sich in einem ausgelösten Zustand (S2-Position, um den Kondensator 430 der Schaltung 400 zu entladen) zur Steuerung der Entlüftungsventile 172 und 174 mit zwei Normalabschaltcontrollerschnittstellen 302 und 402 und einem Energiespeicherkondensator 430. Diese Schaltung ist von der Schaltung 300 abgeleitet, wobei viele Elemente von 2 wiederholt und dementsprechend bezeichnet sind. Jedoch sind der Controller 402 und die Diode 410 parallel zu dem Controller 302 und der Diode 316 angeordnet, um separate echtzeitunabhängige Betätigungen der Ventile 172, 174 zu ermöglichen, die durch die Widerstände 320, 322 dargestellt sind. Es sei angemerkt, dass der Solenoidschalter 404 drei elektrische Schalter an dem Relais 306 anstelle der zwei elektrischen Schalter des Solenoidschalters 308 aufweist.
In 4 zeigt eine alternative Ausführungsform eine doppelte Entlüftungsventilsteuerschaltung 500, die ähnlich den Schaltungen 300 und 400 ist. Die Steuerschaltung 500 zeigt jeden des Schalters 308 und Schalters 508 in dem ausgelösten Zustand (S2-Position, um die Kondensatoren ihrer Schaltungen zu entladen) zur Steuerung der Entlüftungsventile 172 und 174 mit zwei Normalabschaltcontrollerschnittstellen 302 und 402 und zwei Energiespeicherkondensatoren 530 und 532. Der Controller 304 repräsentiert den Steuercomputer 164, eine Schnellabschaltlogik in der Controllerlogik 166 und einen Sicherheitsschalter, der durch den Computer 164 gesteuert ist, um die Relaisschaltung des Relais 306 zu erden. Der Controller 502 repräsentiert den Steuercomputer 164, die Schnellabschaltlogik in der Controllerlogik 166 und einen Sicherheitsschalter, der durch den Computer 164 gesteuert ist, um die Relaisschaltung des Relais 504 zu erden. Die doppelte Schaltung von 4 ist im Wesentlichen als Duplikate der Schaltung 300 ausgebildet, mit der Ausnahme der vollständig unabhängigen Steuerung der Ventile 172, 174, die durch die Widerstände 320, 322 dargestellt ist. Diese Anordnung sorgt für eine anwenderfreundliche und unabhängige Bemessung aller Schaltungselemente jeweils zu jedem Ventil, so dass beispielsweise der Widerstand 310 und der Widerstand 506 unabhängig bemessen sind, der Kondensator 530 und Kondensator 532 mit ihren vergleichbaren Ladewiderständen 310 und 506 und ihren vergleichbaren Dioden 312 und 512 alle unabhängig bemessen sind und die Entladedioden 520 und 522 unabhängig bemessen sind, um einen vollständig unabhängigen Betrieb der Ventile 174 und 172 zu ermöglichen. Die vollständig unabhängigen ausführbaren Logikabschnitte in der ausführbaren Logik 166 in den Controllern 502, 402, 304 und 302 werden ebenfalls in der Schaltung 500 ermöglicht.
Es sei angemerkt, dass auch andere Steuerelemente (nicht gezeigt) durch den Computer 164 bei der Bereitstellung einer Steuerung und Abschaltung des Brennstoffzellenenergiesystems 100 bei alternativen Ausführungsformen eingestellt werden können. Bei einer Ausführungsform bewirkt beispielsweise eine Stickstoffspülung (nicht gezeigt) bei einer Normalabschaltung, dass der restliche Wasserstoff von dem Brennstoffzellenstapel 122 zwangsweise verdrängt wird. Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Blockventil zwischen dem Brennstoffprozessor 112 vor der Fluidverbindung zwischen dem Brennstoffzellenstapel 122 und dem Ventil 172 geschlossen, so dass der Brennstoffprozessor 112 von dem Brennstoffzellenstapel 122 bei der Abschaltung isoliert ist.
Vorteile der beschriebenen Erfindung sind die Bereitstellung einer Abschaltung einer Brennstoffzelle, ein Schutz des Katalysators nach einem Energieausfall in dem Brennstoffzellenenergiesystem, eine Basis für eine geeignete Abschaltung des Brennstoffzellenstapels und/oder des Brennstoffzellenstapelsatzes, wenn Bedingungen gemeinsam den Bedarf nach einem derartigen Betriebsvorgang anzeigen, und ein optimaler Wirkungsgrad in einem Brennstoffzellenenergiesystembetrieb, da ein parasitärer Energieverbrauch in dem Entlüftungssystem minimiert ist. Eine Mischung des restlichen Wasserstoffbrennstoffes mit Luft und eine Kontamination der Innendurchgänge des Brennstoffzellenstapels nach dem Abschalten werden ebenfalls verhindert, nachdem sich die Entlüftungsventile nach dem Entlüften schließen. Eine Minimierung eines "Dominoeffektes" von Brennstoffzellenkomponentenausfällen ist ebenfalls ein Zusatzvorteil eines richtigen Entlüftungsmanagements bei Abschaltung. Bei einigen Ausführungsformen sind die Kondensatoren so ausgebildet, dass ausreichend Wasserstoff in dem Brennstoffzellensystem gehalten wird, um einen prompten Neustart zu ermöglichen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch eine Konstruktionsoption für den Einsatz eines luftempfindlichen Katalysators in dem Brennstoffprozessor eines Brennstoffzellenenergiesystems.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und somit sind Abwandlungen, die nicht von der Grundidee der Erfindung abweichen, als innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung befindlich anzusehen. Derartige Abwandlungen sind nicht als Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung zu betrachten.
Zusammenfassung
Wasserstoff in einer Brennstoffzelle wird entlüftet und mit einem im Ausfall geschlossenen Ventil unter Verwendung gespeicherter Energie (beispielsweise von einem Kondensator) gespült, wenn ein Diagnoseparameter außerhalb eines akzeptablen Betriebsbereiches liegt. Das Ventil schließt, nachdem die gespeicherte Energie abgereichert ist. Ein Sicherheitsschalter in der Relaisschaltung des Solenoidschalters (oder Solenoidventils) wird auch bei computerimplementierten Abschaltungen geerdet. Vorteile der Erfindung umfassen die Verwendung luftkompatibler Katalysatoren, minimierter parasitärer Verluste des Energieausgangs, eine minimierte Kontaminierung der Brennstoffzelleninnenflächen nach Entlüftung, ein minimiertes Risiko eines Aufbaus einer explosiven Mischung wie auch einen effizienten Betrieb.

Claims

Brennstoffzellensystem mit: einer Brennstoffzelle mit einem Anodeneinlass und einem Anodenauslass; einer Reaktandenbrennstoffquelle in Fluidverbindung mit dem Anodeneinlass; einem normal geschlossenen Ventil, das zwischen der Reaktandenbrennstoffquelle und dem Anodeneinlass angeordnet ist und wirksam ist, um einen Reaktandenbrennstoff selektiv von der Brennstoffzelle in Ansprechen auf ein Steuersignal zu entlüften; und einem Controller, der mit dem normal geschlossenen Ventil in Verbindung steht und eine Abschaltsteuerschaltung umfasst, die das Steuersignal erzeugt, um das normal geschlossene Ventil selektiv zu öffnen, wenn das Steuersignal kleiner als ein Abschaltschwellenwert ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1, ferner mit einem Solenoidschalter, der mit dem normal geschlossenen Ventil gekoppelt ist, um das normal geschlossene Ventil zu positionieren, wobei der Solenoidschalter zwischen einer ersten Position, wenn das Steuersignal größer oder gleich dem Abschaltschwellenwert ist, um das normal geschlossene Ventil in einer geschlossenen Position zu positionieren, und einer zweiten Position positionierbar ist, wenn die Steuersignalschaltung kleiner als der Abschaltschwellenwert ist, um das normal geschlossene Ventil in einer offenen Position zu positionieren und den Reaktandenbrennstoff von der Brennstoffzelle zu entlüften.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1, ferner mit einem Schalter in der Relaisschaltung in Verbindung mit dem Controller und einer ausführbaren Logik in dem Controller zur Definition einer Betriebsstatusvariable für den Sicherheitsschalter, wobei der Schalter die Relaisschaltung elektrisch erdet, um die Abschaltsteuerschaltung für das normal geschlossene Ventil elektrisch zu schließen, wenn die ausführbare Logik einen Abschaltwert für die Betriebszustandsvariable definiert, so dass das normal geschlossene Ventil den Reaktandenbrennstoff von der Brennstoffzelle entlüftet.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Abschaltsteuerschaltung ferner diskrete Speicher elektrischer Energie mit ausreichender Größe umfasst, um das normal geschlossene Ventil zu öffnen, solange ein wesentliches Volumen des Reaktandenbrennstoffs von der Brennstoffzelle entlüftet wird.
Brennstoffzelle nach Anspruch 4, wobei der diskrete Speicher elektrischer Energie einen Kondensator umfasst.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei das normal geschlossene Ventil ein Solenoidventil ist, wobei das Solenoidventil zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position in Ansprechen auf das Steuersignal positionierbar ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 6, ferner mit einem Schalter in einer Relaisschaltung des Solenoidventils in Verbindung mit dem Controllercomputer, einer ausführbaren Logik in dem Controller, um eine Betriebsstatusvariable für den Schalter zu definieren, wobei der Schalter die Relaisschaltung elektrisch erdet, so dass sich das Solenoidventil öffnet, wenn die ausführbare Logik einen Abschaltwert für die Betriebsstatusvariable definiert.
Brennstoffzelle nach Anspruch 6, wobei die Abschaltsteuerschaltung ferner eine diskrete Speicherung elektrischer Energie umfasst, die zum Öffnen des Solenidventils ausreichend ist, solange der Reaktandenbrennstoff von der Brennstoffzelle entlüftet.
Brennstoffzelle nach Anspruch 8, wobei der diskrete Speicher elektrischer Energie einen Kondensator umfasst.
Verfahren zum Entlüften eines Brennstoffzellenstapels in einem Brennstoffzellenenergiesystem, umfassend, dass: ein normal geschlossenes Entlüftungsventil vorgesehen wird, das zwischen einer Brennstoffquelle und einem Einlass zu dem Brennstoffzellenstapel angeordnet ist; ein Diagnoseparameter eines Brennstoffzellenenergiesystems bestimmt wird; ein Abschaltsteuersignal erzeugt wird, wenn der Diagnoseparameter nicht innerhalb eines akzeptablen Betriebsbereiches liegt; und ein Reaktandenbrennstoff von einem Brennstoffzellenstapel durch Öffnen eines normal geschlossenen Ventils in Fluidverbindung damit in Ansprechen auf das Abschaltsteuersignal entlüftet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend, dass das normal geschlossene Ventil geschlossen wird, nachdem ein wesentliches Volumen des Reaktandenbrennstoffes von der Brennstoffzelle entlüftet ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Entlüften ferner umfasst, dass ein Solenoid erregt wird, um das normal geschlossene Ventil in Ansprechen auf das Senden eines Steuersignals zu öffnen, und anschließend das Solenoid aberregt wird, um zu ermöglichen, dass das normal geschlossene Ventil schließt.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend, dass eine ausreichende elektrische Energie gespeichert wird, um das normal geschlossene Ventil in einer offenen Position zu halten, bis ein wesentliches Volumen des Reaktandenbrennstoffes von der Brennstoffzelle entlüftet ist, und das Solenoid mit der ausreichenden elektrischen Energie betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Speichern umfasst, dass die ausreichende elektrische Energie in einem Element zur Speicherung in elektrischer Energie gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend, dass der Diagnoseparameter mit einem Controller bestimmt wird, ein Abschaltsteuersignal mit einer ausführbaren Logik in dem Controller aus dem Diagnoseparameter definiert wird und das Abschaltsteuersignal von dem Controller an das normal ge schlossene Ventil übertragen wird, wenn der Diagnoseparameter außerhalb des akzeptablen Betriebsbereiches liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Entlüften ferner umfasst, dass ein Solenoid erregt wird, um das normal geschlossene Ventil in Ansprechen auf ein Senden des Steuersignals zu öffnen, und anschließend das Solenoid aberregt wird, um zu ermöglichen, dass das normal geschlossene Ventil schließt.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend, dass eine ausreichende elektrische Energie gespeichert wird, um das normal geschlossene Ventil in einer offenen Position zu halten, bis ein wesentliches Volumen des Reaktandenbrennstoffes von der Brennstoffzelle entlüftet wird, und das Solenoid mit der ausreichenden elektrischen Energie betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Speichern umfasst, dass die ausreichende elektrische Energie in einem Element zur Speicherung elektrischer Energie gespeichert wird.