本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)和一種用于干燥燃料電池系統(tǒng)的燃料電池的干燥方法。

背景技術：

1、聚合物電解質(pem)燃料電池系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成，尤其是陽極子系統(tǒng)或氫氣系統(tǒng)(hys)，該氫氣系統(tǒng)給燃料電池系統(tǒng)的陽極供給氫氣。為了可以設定在hys中的氫氣濃度，使用氫氣計量閥(hgi)和所謂的清除閥。清除閥打開與在燃料電池系統(tǒng)的陰極下游的混合部位的連接。在那里，通過清除閥分離的陽極流體與來自陰極的經(jīng)貧化的空氣混合，所述陽極流體由氫氣、氮氣和水蒸氣組成。

2、空氣系統(tǒng)(airs)給陰極供給經(jīng)調節(jié)的空氣，即如下空氣：所述空氣的壓力、溫度和濕度是設定的。通常，airs具有圍繞陰極的旁路，以便擴展系統(tǒng)運行，其方式是，系統(tǒng)性地擴展壓縮機特性曲線族的邊界。

3、冷卻系統(tǒng)將燃料電池系統(tǒng)的燃料電池堆的損耗熱量經(jīng)由冷卻器導出給環(huán)境。由于pem燃料電池系統(tǒng)的受限的運行溫度和冷卻系統(tǒng)的受限的冷卻能力，在運行時可能出現(xiàn)冷卻問題。

技術實現(xiàn)思路

1、在所提出的發(fā)明的框架中，提出一種燃料電池系統(tǒng)和一種用于干燥燃料電池系統(tǒng)的燃料電池的干燥方法。由相應從屬權利要求、說明書和附圖得出本發(fā)明的其他特征和細節(jié)。在此，在根據(jù)本發(fā)明的干燥方法的背景下描述的特征和細節(jié)當然也在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的背景下適用，相應地反之亦然，從而在對各個發(fā)明方面的公開內容方面始終相互援引或可以相互援引。

2、所提出的發(fā)明用于提供一種穩(wěn)健的燃料電池系統(tǒng)。所提出的發(fā)明尤其用于，在干燥過程時在為冷啟動做準備時使燃料電池的局部干燥最小化。

3、因此，根據(jù)所提出的發(fā)明的第一方面，提出一種燃料電池系統(tǒng)。所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆、再循環(huán)路徑、空氣系統(tǒng)、至少一個調設機構和計算單元，所述燃料電池堆具有多個燃料電池，所述再循環(huán)路徑與燃料電池堆的陰極段以引導流體的方式連接，所述空氣系統(tǒng)用于給燃料電池系統(tǒng)供給空氣。

4、所述至少一個調設機構配置為用于，在第一調設狀態(tài)中能夠使流體在再循環(huán)路徑中再循環(huán)經(jīng)過燃料電池堆，并且在第二調設狀態(tài)中將從燃料電池堆中流出的流體排出到環(huán)境中。

5、計算單元配置為用于，激活燃料電池系統(tǒng)的均勻化運行，以便將存在于燃料電池堆中的水均勻地分布在燃料電池堆中，并且

6、其中，計算單元在均勻化運行中配置為用于，將所述至少一個調設機構切換到第一調設狀態(tài)中并且激活空氣系統(tǒng)。

7、在所提出的發(fā)明的上下文中，調設機構應理解為如下元件：該元件能夠在引導流體的狀態(tài)與不引導流體的狀態(tài)之間切換。例如，調設機構可以是閥、尤其是二位三通閥。

8、在所提出的發(fā)明的上下文中，空氣系統(tǒng)應理解為用于輸送空氣的系統(tǒng)?？諝庀到y(tǒng)可以包括泵或壓縮器或壓縮機和/或調設機構和/或旁通線路。

9、所提出的燃料電池系統(tǒng)基于均勻化運行，在該均勻化運行中，將調設機構切換到第一調設狀態(tài)中，使得從燃料電池堆中流出的流體在陰極段的再循環(huán)路徑中再循環(huán)，借助該調設機構，可以激活所提出的燃料電池系統(tǒng)的再循環(huán)路徑、即利用流體流過所提出的燃料電池系統(tǒng)的再循環(huán)路徑，或者可以停用所提出的燃料電池系統(tǒng)的再循環(huán)路徑、即將所提出的燃料電池系統(tǒng)的再循環(huán)路徑從流體供給中排除。

10、由于所提出的燃料電池系統(tǒng)的燃料電池堆的陰極段與再循環(huán)路徑以引導流體的方式連接，因此，激活再循環(huán)路徑或將調設機構切換到第一調設狀態(tài)中，引起流體通過再循環(huán)路徑的并且通過燃料電池堆的再循環(huán)。相應地，在再循環(huán)路徑和燃料電池堆中流動的流體(例如空氣、氫氣和水)混合成均勻的混合物。用均勻的混合物重復地或連續(xù)地穿流燃料電池堆的燃料電池，引起水或濕氣在燃料電池中的均勻分布，從而避免或使燃料電池中的局部濕度差最小化。

11、由于燃料電池中的局部濕度差尤其在干燥過程中產(chǎn)生，該干燥過程例如為了為冷啟動做準備而被執(zhí)行，該冷啟動即在低于零攝氏度的外部溫度的情況下的啟動，因此，均勻化運行尤其適合用于在干燥過程中、例如在關斷燃料電池堆的情況下使用。

12、可以設置，計算單元配置為用于，在燃料電池堆的排放之前激活均勻化運行。

13、通過在排放之前、即在運行流體從燃料電池堆中流出之前激活均勻化運行，可以使用通過燃料電池堆提供的電能，以便運行所提出的燃料電池系統(tǒng)的空氣系統(tǒng)并且激活再循環(huán)路徑，其方式是，將空氣引導到再循環(huán)路徑中。相應地，如果在排放之前激活均勻化運行，則該均勻化運行可以自由地或在無技術限制的情況下執(zhí)行。

14、另外可以設置，燃料電池系統(tǒng)再循環(huán)陰極廢氣的僅一部分，并且將另一部分導出給環(huán)境。

15、通過部分的再循環(huán)，可以調設作用到空氣系統(tǒng)上的負載。

16、另外可以設置，空氣系統(tǒng)包括電驅動的且與電池耦合的渦輪機，并且計算單元配置為用于，在燃料電池堆的排放之后、尤其是在關閉的截止閥的情況下激活均勻化運行。

17、通過與電池耦合的渦輪機，所提出的燃料電池系統(tǒng)的再循環(huán)路徑可以與燃料電池堆的狀態(tài)無關地被激活或被空氣流過。相應地，可以在排放之后或在停用的燃料電池堆的情況下激活均勻化運行。在此，均勻化運行可以例如在多個在時間上間隔開的、尤其間隔幾分鐘的重復中被激活，使得聚集在燃料電池堆的燃料電池上的濕氣被多次均勻地分布。

18、另外可以設置，燃料電池系統(tǒng)包括陽極再循環(huán)系統(tǒng)，并且計算單元配置為用于，當均勻化運行激活時，至少暫時地激活陽極再循環(huán)系統(tǒng)。

19、令人驚訝地表明，陽極再循環(huán)系統(tǒng)和均勻化運行的并行激活導致燃料電池的特別均勻的干燥行為。

20、另外可以設置，計算單元配置為用于，將所述至少一個調設機構交替地切換到第一調設狀態(tài)和第二調設狀態(tài)中，以便交替地引起燃料電池堆的干燥和水在燃料電池堆中的分布。

21、通過在干燥運行與均勻化運行之間切換的間歇性運行，可以實現(xiàn)燃料電池的特別均勻的干燥，其中，尤其避免通過在陰極入口上的特別干燥的區(qū)域造成的損傷。

22、另外可以設置，空氣系統(tǒng)包括陰極再循環(huán)鼓風機，并且計算單元配置為用于，當均勻化運行激活時，激活陰極再循環(huán)鼓風機。

23、借助陰極再循環(huán)鼓風機，即與用于給燃料電池堆供給空氣的空氣供給部無關地在正常運行中工作的鼓風機或附加的鼓風機單元，可以自由地或在無技術限制的情況下通過燃料電池系統(tǒng)本身的要求設定再循環(huán)運行。

24、另外可以設置，燃料電池系統(tǒng)包括第一調設機構和第二調設機構，陰極再循環(huán)鼓風機布置在所述第一調設機構與所述第二調設機構之間，以便使從外部通過陰極再循環(huán)鼓風機的泄漏最小化。

25、由于鼓風機通常包括轉動部件并且與環(huán)境連接，以便抽吸空氣，因此，鼓風機容易發(fā)生泄漏或抽吸錯誤空氣，使得通過兩個調設機構對陰極再循環(huán)鼓風機的截止有助于所提出的燃料電池系統(tǒng)的高效的且穩(wěn)健的正常運行。

26、另外可以設置，燃料電池系統(tǒng)包括第一截止閥和第二截止閥，其中，第一截止閥布置在再循環(huán)路徑的前方，并且第二截止閥布置在再循環(huán)路徑的后方。

27、通過這樣布置燃料電池系統(tǒng)的截止閥，使得這些截止閥圍住或包圍再循環(huán)路徑，該均勻化運行在關閉的截止閥的情況下也可以進行。

28、另外可以設置，燃料電池系統(tǒng)包括第三截止閥，該第三截止閥在再循環(huán)路徑中布置在陰極段的前方，以便使燃料電池系統(tǒng)的泄漏最小化。

29、在燃料電池系統(tǒng)的被關掉的或停用的狀態(tài)中，布置在再循環(huán)路徑中的且布置在陰極段的前方的第三截止閥使燃料電池系統(tǒng)的密封性最大化，使得泄漏最小化。

30、另外可以設置，空氣系統(tǒng)包括第一壓縮機和另外的壓縮機，并且再循環(huán)路徑在第一壓縮機與另外的壓縮機之間的空氣引導路徑中匯入。

31、借助多級式空氣系統(tǒng)，當僅將空氣系統(tǒng)的一個級用于給再循環(huán)路徑供給空氣時，可以實現(xiàn)特別節(jié)能的均勻化運行。

32、根據(jù)第二方面，所提出的發(fā)明涉及一種用于干燥燃料電池系統(tǒng)的燃料電池的干燥方法。

33、該干燥方法包括激活燃料電池系統(tǒng)的均勻化運行，其中，通過均勻化運行使存在于燃料電池中的濕氣均勻地分布在燃料電池堆中，其方式是，將燃料電池系統(tǒng)的至少一個調設機構切換到第一調設狀態(tài)中，并且激活燃料電池系統(tǒng)的空氣系統(tǒng)，其中，所述至少一個調設機構在第一調設狀態(tài)中能夠使從燃料電池堆中流出的流體在燃料電池系統(tǒng)的再循環(huán)路徑中再循環(huán)，該再循環(huán)路徑與燃料電池堆的陰極段以引導流體的方式連接，并且在第二調設狀態(tài)中將從燃料電池堆中流出的流體排出到環(huán)境中。