[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及按权利要求1前序部分中所述类型的、具有至少一个燃料电池的燃料电池系统。此外，本发明还涉及这种燃料电池系统的应用。

背景技术

由公知的现有技术已知燃料电池系统。燃料电池系统通常具有燃料电池，该燃料电池以所谓的PEM-燃料电池的形式构成。这种燃料电池系统优选应用在移动领域例如机动车中，用来至少部分地产生电力牵引能量。在这种燃料电池系统中通常存在各种不同的系统部件，例如供风子系统、燃料供应子系统等。因为产物水受原理制约会积聚在燃料电池的区域中并且必须排放出去，所以这种燃料电池系统通常具有至少一个（但典型情况下是多个）脱水器/水分离器，用来从来自和/或去往燃料电池的气流中分离出以水滴形式存在的液态水。该脱水器通常还配备有导水管，用来把水排出例如用以在燃料电池系统之内继续使用或把水向燃料电池系统外排出。

目前还已知的是，尤其当要在车辆中进行燃料电池系统的应用时，该应用经常还要在恶劣的外部条件下进行。因此例如对车辆来说必要的是，既使在低于冰点的温度下也能快速且可靠地起动燃料电池系统。为此已知各种不同的技术，它们例如可使燃料电池自己非常快速地变热。为此可示例性地参照德国公开文献DE 10 2004 017 434 A1。该文献描述了一种燃料电池（所谓的燃料电池堆），其这样设计，即其具有冷却系统，用来在常规运行时排出多余的废热。该冷却系统在此这样设计，即在燃料电池系统在恶劣的温度条件下冷起动的情况下，仅燃料电池堆中的相对较少的单个燃料电池被冷却介质穿流，该冷却介质相应地快速升温。随着冷却介质的升温，其它的单电池被接通，并且被冷却介质穿流。这用来快速地加热冷却介质，并因此确保了燃料电池堆的快速加热。

此外从其它公知的现有技术中已知，用于燃料电池系统的冷却循环这样构成，即在冷起动情况下设有绕过冷却热交换器的旁路，用来把热量从冷却循环中排出，因此冷却循环自身能够更快地升温。此外对此有帮助的是，在冷却循环中设置额外的加热元件，例如电加热器。

此外还已知的是，积聚在燃料电池中的水在电化学过程中在燃料电池中产生，并且相应地是纯净的。因此，在温度低于冰点时所述水会非常快速地结冰，这也不可通过添加剂或类似物避免，因为水在燃料电池运行期间才从输入的离析物中产生。因为不是所有导水的零件和部件都能在关掉燃料电池系统时完全被液态水自由冲刷，所以在起动燃料电池系统时在温度低于冰点时通常必须给燃料电池系统中的导水的部件除霜。为此通常在导水的零件和部件的区域（例如脱水器的区域）中设置电加热元件。但在起动燃料电池系统时，这些电加热元件需要相对较大的电能。如果所涉及的是例如在车辆中用作移动的燃料电池系统的燃料电池系统，则在典型情况下不能提供能量或者能提供的能量非常有限，因为该车辆（与常规车辆类似）通常只具有用来起动系统的起动电池。因此，用来给导水的零件和部件除霜所需的能量会在起动阶段明显加重系统的负担，并且需要容量更高的电能存储装置作为绝对必需物，这相应地使设计结构更重、更大和更昂贵。

此外还要参考德国公开文献DE 10 2009 013 776 A1。它描述了用于燃料电池系统、尤其用于车辆中的燃料电池系统的冷却装置。该冷却装置包含两个冷却循环：低温冷却循环和高温冷却循环。在此，燃料电池自身范围内的将其废热排出的热交换器是高温冷却循环的一部分。此外，氢气循环鼓风机也是冷却循环的一部分，电驱动马达必须在该氢气循环鼓风机中冷却。那么在冷起动情况下，通过燃料电池中自己变热的冷却介质，使氢气循环鼓风机一起变热。因此，在必要时能够在鼓风机的范围内为冻住的水解冻。

发明内容

现在，本发明的目的是，避免所述问题并且提供一种燃料电池系统，其这样设计，即既使在温度低于冰点时也能确保快速且可靠地起动燃料电池系统，并且在此具有相对较少的能量消耗。

按本发明，此目的通过权利要求1的特征部分中提到的特征得以实现。本发明技术方案的其它有利构造方案从其余与之有关的从属权利要求中得出和借助应用方面的权利要求阐明。