[发明专利]用于运行燃料电池的方法

说明书

本发明涉及用于运行燃料电池系统（100）的方法以及相应设立的燃料电池系统（100），其包括燃料电池堆叠（10）和阳极供给装置（20），阳极供给装置具有氢存储器（23）、将氢存储器（23）与燃料电池堆叠（10）连接的阳极供给路径（21）、将燃料电池输出端与阳极供给路径（21）连接的再循环路径（22、25）以及用于输送再循环的阳极排气的输送装置（26）。该方法规定：通过对输送给阳极回路的和放出的质量流（ṅ,ṁ）的结算来确定从氢存储器（23）输送给阳极回路的送料质量流(ṁ_Tank)，其中该送料质量流(ṁ_Tank)作为被输送给阳极回路的物质流（ṅ,ṁ）而包含在结算中。

技术领域

本发明涉及一种用于运行燃料电池、并且尤其是用于确定被输送给阳极回路的送料质量流的方法。本发明还涉及一种被设立用于实施该方法的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池利用：燃料与氧气化学转化成水，以便产生电能量。为此，燃料电池作为核心组件而包含所谓的膜电极装置（膜电极组的缩写为MEA），该膜电极装置是由离子传导的（大多为质子传导的）膜片和分别在膜片的两侧布置的催化电极（阳极和阴极）组成的结构。后者大多包括所承载的贵金属、尤其是铂。此外，气体扩散层（GDL）能够在膜电极装置两侧被布置在电极的背离膜的侧面。通常，通过多个在堆叠（stack）中布置的MEA来构成燃料电池，其中这些MEA的电功率相加。在各个膜电极装置之间通常布置双极板（也称为流场板或分隔板），双极板确保以工作介质、也即反应物来供给单电池并且通常也用于冷却。此外，双极板确保与膜电极装置的能导电的接触。

在燃料电池的运行中，通过双极板的阳极侧的开放的流场来将燃料（阳极工作介质）、尤其是氢H₂输送给阳极，在此在放出电子的情况下进行从H₂到质子H⁺的电化学氧化（H₂ 2 H⁺ + 2 e^-）。通过将反应空间彼此气密地分离并且电隔离的电解质或膜片，进行质子从阳极空间到阴极空间中的（水结的或不含水的）运输。在阳极上所提供的电子通过电线路而被传送给阴极。通过双极板的阴极侧的开放的流场来将氧气或含氧的气体混合物（例如空气）作为阴极工作介质输送给阴极，使得在吸收电子的情况下进行从O₂到O²的还原(½ O₂+ 2 e^– O^2-)。同时，在阴极空间中，氧阴离子与通过膜片运输的质子在形成水的情况下进行反应(O^2- + 2 H⁺ H₂O)。

燃料电池的阳极供给装置包括压力存储器，在其中在高压下储存燃料（通常为氢）并且从该压力存储器来将燃料输送出给燃料电池。大多地，从燃料电池放出的阳极排气通过再循环线路而又被馈入到阳极供给线路中，以便将未消耗的燃料重新输送给燃料电池。已知的是，借助喷射泵来输送再循环气体，在压力侧输送氢来作为推进气体流给喷射泵。（例如DE 10 2004 002 021 B4、DE 10 2012 007 385 A1、 DE 10 2012 017 567 A1、 DE10 2013 003 740 A1、DE 10 2014 015 867 A1）。

迄今并不满意地解决的燃料电池车辆的挑战是：确定氢的瞬时消耗量、也即由压力存储器馈入到该系统中的送料质量流的氢的瞬时消耗量。该瞬时消耗量一方面是感兴趣的，以便将其显示给燃料电池车辆的驾驶员或者以便确定预计的航程。当前，仅可能利用附加的传感器、例如质量流传感器和/或压力传感器来确定瞬时消耗量，其中所述附加的传感器是被布置在压力调节阀下游的压力存储器和阳极回路之间的。

发明内容

本发明现在所基于的任务在于：建议一种用于运行燃料电池系统的方法，该方法在尽可能没有在压力存储器和阳极回路之间布置的附加的传感器的情况下也在就如对于车辆应用而言典型的动态运行状况下实现对送料质量流的确定。