[发明专利]燃料电池系统和用于运行燃料电池系统的方法

说明书

本发明涉及燃料电池系统和用于控制这种燃料电池系统（100）的方法，该燃料电池系统具有：燃料电池堆（10），用于根据功率要求提供电功率P_stack；至少一个辅助机组（24、26、33、34、38），用于以电功率消耗P_aux来运行燃料电池堆（10）；具有电功率索取P_use的至少一个耗电器（44、51）；和控制单元（60），用于提出功率要求。规定：控制单元（60）被设立用于：使燃料电池系统（100）可选地在第一运行模式下或者在第二运行模式下运行，其中燃料电池堆（10）根据运行模式在低于燃料电池系统（100）的效率最优的工作点P(η_max)或者燃料电池堆（10）的最低工作点P_min时被切断。尤其，在第一运行模式下，在低于效率最优的工作点P(η_max)时也切断至少一个辅助机组（24、26、33、34、38）。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统和一种用于运行燃料电池系统的方法。此外，本发明涉及一种具有这种燃料电池系统的车辆。

背景技术

燃料电池利用燃料与氧气的化学反应生成水，以便产生电能。为此，作为核心部件，燃料电池包含所谓的膜电极装置（MEA代表：membrane electrode assembly（膜电极组）），所述膜电极装置是由传导离子的（大多传导质子的）膜和分别一个被布置在所述膜两侧上的催化电极（阳极和阴极）构成的结构。通常，燃料电池由多个被布置成堆（stack）的MEA来形成，所述MEA的电功率相加。在各个膜电极装置之间，通常布置有双极板（也称作流动区域板或者隔离板），所述双极板保证了给单电池供应运行介质、即反应物并且通常也用于冷却。此外，所述双极板负责与膜电极装置的导电接触。

燃料电池系统可以在开始-停止模式下运行，在所述开始-停止模式中，在正常运行模式以及备用模式之间进行切换，在所述正常运行模式下运行燃料电池，用来产生电流。通常，如果不存在对燃料电池的功率要求，那么通常设定备用模式。在电动车辆的情况下，这例如是在此期间车辆停下（例如信号灯停下）时、在滑行时或者在下坡行驶时的情况。在备用模式下，部分或者完全停止将资源输送到燃料电池，并且通常使燃料电池堆的电压保持到低于每单电池0.85伏特的电压上、尤其是保持到低于每单电池0.4伏特的电压上，尤其是以便阻止燃料电池堆的损坏。

为了运行燃料电池堆，多个辅助机组是必需的。视燃料电池系统而定，所述辅助机组中的多个辅助机组都可具有空气压缩机、再循环风扇、冷水泵、阀门、传感器等等中的至少一个。这些部件的功率消耗可以被称作寄生功率消耗P_aux，因为所述寄生功率消耗P_aux虽然必须由燃料电池堆来提供，但是不供外部耗电器支配。因此，燃料电池系统的供外部耗电器支配的净功率P_netto作为由所述堆产生的功率P_stack与寄生功率消耗P_aux的差来得出。因为供外部耗电器（例如供电驱动装置）支配的功率按照P_netto=P_stack-P_aux减小了所述寄生功率，所以所述燃料电池系统的净功率P_netto始终低于所述燃料电池堆的功率P_stack。