[发明专利]用于燃料电池组的供给系统和用于操作该供给系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的用于燃料电池组的供给系统和用于操作该供给系统的方法。

背景技术

在多个应用领域中已将燃料电池组视作未来能源。特别是在汽车工业中，作为无害的车用能源的燃料电池组的发展得到了大力的推动。

通常燃料电池组包括多个燃料电池，其通过电化学反应由燃料(通常是氢气)和氧化剂(通常是环境空气)产生电能。为此，单个的燃料电池/燃料电池单体均具有一阳极区域和一阴极区域，所述阳极区域和阴极区域通过一膜片彼此分开。阳极区域由燃料穿流，而阴极区域由氧化剂穿流。在通过置于其间的膜片的输送过程的辅助下，在催化路径上产生电流。

尽管燃料电池的基本原理已公知很长时间，但在迅速发展中，在燃料电池的实际应用中出现了新的问题。

公开文献WO 02/23657 A2例如致力于提高燃料电池布置结构的耐久性，这通过采用围绕燃料电池的保护壳体来实现。这里为了确保燃料电池的相同工作条件，将由保护壳体包围的内腔在气体侧切换到一闭合循环回路。

文献DE 100 56 536 A1公开了一种燃料电池布置结构，其中剩余阳极气体不再循环，而是继续在一包围燃料电池组的壳体中与进入的空气混合，然后穿过燃料电池组的阴极部。

文献DE 10 2004 055 158 A1大概是最近的现有技术，其涉及一种燃料电池系统和用于操作该燃料电池系统的方法，其中，燃料电池组的阳极侧排气通道在压缩机的抽吸侧汇入氧化剂的输入通道中。在净化期间，即在阳极气体的短时间净化排出期间，净化气体与氧化剂主流混合，由压缩机压缩并导向燃料电池组的阴极入口。

发明内容

本发明的目的在于提供一种供给系统以及用于操作该供给系统的方法，其能改善燃料电池组的操作性能。

所述目的由具有权利要求1的特征的供给系统和具有权利要求10的特征的方法实现。本发明优选或有利的实施方式由从属权利要求、下面的说明部分和附图给出。

根据本发明提出一种供给系统，该供给系统适合于和/或设计成为至少一个燃料电池组供给气体。燃料电池组具有多个燃料电池，优选设计成用于在车辆中工作以产生用于车辆的驱动能量。特别地，该燃料电池组以PEM(质子交换膜)技术形成。

供给系统具有阴极气体输入结构/管，该阴极气体输入结构布置和/或设计成向燃料电池组的阴极入口引导氧化剂，特别是环境空气。阳极气体输入结构布置和/或设计成向燃料电池组的阳极入口输入燃料，特别是氢气。阴极入口或阳极入口分别以流动技术与燃料电池组的燃料电池的阴极部或阳极部相连接。

利用阳极气体再循环结构，将离开阳极出口的、被部分地消耗的阳极气体输回到阳极入口。阳极气体再循环结构的使用考虑了这样的情形：在燃料电池组中输入的燃料或氢气没有被完全地电化学转化。剩下的燃料或氢气然后借助于阳极气体再循环结构被输回，由新鲜的、也就是说未消耗的氢气更新、并经由阳极入口再输送给燃料电池组。

另外，供给系统包括可接通的净化通道，该净化通道布置和/或设计成将被部分地消耗的阳极气体从阳极气体再循环结构排到阴极气体输入结构中，其中排出的、被部分地消耗的阳极气体也被称作净化气体。特别地，一旦再循环的阳极气体中的杂质超过一预定的阈值、并且不利于燃料电池组的工作，阳极气体便作为净化气体排出。

根据本发明，供给系统包括调节结构，该调节结构布置在阴极入口的上游。该调节结构设计成压缩和/或加速和/或加热整体上输入燃料电池组的氧化剂的部分气流，并包括一混合位置，在该混合位置处该部分气流与净化气体结合成混合气流。必要时，仅当氧化剂的部分气流与净化气体混合时，才加热所述部分气流。调节结构还设计成将混合气流导引到所述阴极气体输入结构中。因此调节结构实现三个功能，即向部分气流或混合气流中输入能量、混合净化气体与部分气流、以及将混合气流引入阴极气体输入结构中。

对于本发明认为有利的是，在与净化气体混合之前对氧化剂的部分气流的预处理和/或在引入阴极气体输入结构之前对混合气流的加热允许非常准确地控制输入燃料电池组的整体气流混合物的状态。由于改善的状态控制，在净化气体中、进而在整体气流混合物中所含的剩余氢气的后续催化转化可顺利地进行。特别是这样的情形：仅在必要时对作为混合气流的氧化剂部分气流、而不对所有氧化剂进行预处理，改善了对获得的整体气流混合物的状态的控制。