[發明專利]具有兩個能夠彼此獨立地運行的燃料電池單元的燃料電池系統

在審

• 申請號: 202080052028.3
• 申請日: 2020-05-14
• 公開（公告）號: CN114144912A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: M·赫爾曼;A·黑費林
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M8/04014
• 分類號: H01M8/04014;H01M8/04007;H01M8/04223;H01M8/249;H01M8/124
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 侯鳴慧

具有至少兩個燃料電池單元(210，220)的燃料電池系統(200)，所述燃料電池單元分別設置為用于彼此獨立地運行，其中，所述燃料電池系統(200)設置為用于，從第一燃料電池單元(220)的廢熱中提供熱量，所述熱量用于使所述至少兩個燃料電池單元(210，220)中的第二燃料電池單元(210)投入運行。

背景技術

迄今為止，固體氧化物燃料電池(英文為：Solid Oxide Fuel Cell(SOFC))主要用于固定式應用。其特征在于高的運行溫度和相對較高的電效率。與聚合物電解質燃料電池(英文為：Polymer電解質Fuel Cell(PEM-FC))相比，SOFC的一大優點在于：它即不需要昂貴的貴金屬，也能夠直接與氫氣或者其他推進劑一起運行。近年來，金屬支撐的SOFC受到越來越多的研究，但迄今為止僅作為樣機運行。它們的特征在于低的運行溫度和低的熱容量。盡管有這些進步，例如在SOFC中，在這種燃料電池投入運行的情況下，必須以熱的形式供給大量能量，以便使SOFC的電解質的電導率足夠大并且能夠提供電功率。

發明內容

在用于重型載重車的、具有200kW功率的示例性SOFC電堆中，在加熱時的能量約為90kWh或者說相當于3kg的氫氣。這種能量必須在每次冷啟動時被供應并且在車輛停放之后不能被直接使用。因此，從效率的觀點來看，對于固體電解質燃料電池而言不考慮短的使用時間。如果在固體電解質燃料電池的移動式使用方式中，盡管僅需要當前交通狀況下的負載的一部分，但燃料電池電堆的整個熱容量仍必須被加熱。

另一方面，在固體電解質燃料電池中，所需的陰極氣體、例如空氣在陰極側被風扇壓縮并且借助熱傳遞器在該陰極氣體到達陰極室之前被預先加熱。借助反應熱被進一步加熱的廢氣接下來逸出到周圍環境中。

根據本發明，說明了一種具有至少兩個燃料電池單元的燃料電池系統，并且所述燃料電池單元分別設置為用于能夠彼此獨立地運行，說明了一種用于運行這種用于具有這種燃料電池系統的車輛的燃料電池系統的方法，并且說明了一種用于實施這種方法的計算機程序產品以及一種用于存儲該計算機程序產品的機器可讀的存儲介質，它們至少部分地解決了所描述的任務。

本發明基于這種認識：在將所需的燃料電池系統總功率劃分給多個可以彼此獨立地運行的燃料電池單元的情況下，能夠從激活的第一燃料電池單元的廢熱中來施加用于使未激活的第二燃料電池單元投入運行的熱量。

根據本發明的燃料電池系統具有至少兩個燃料電池單元，所述燃料電池單元分別設置為用于彼此獨立地運行。在此，燃料電池系統設置為用于，從至少兩個燃料電池單元中的第一燃料電池單元的廢熱中提供用于使所述至少兩個燃料電池單元中的第二燃料電池單元投入運行的熱量。

在這種燃料電池系統中，這些燃料電池單元能夠在各自的最大可提供功率方面相應于對燃料電池系統的功率要求地被劃分。對于根據本發明的燃料電池系統的移動式應用，第一燃料電池單元可以設計為用于提供基礎功率，并且具有第二燃料電池單元，該第二燃料電池單元的功率與第一燃料電池單元的基礎功率一起提供用于移動式應用的峰值功率。至少兩個能夠交換熱用以投入運行的燃料電池單元中的每個燃料電池單元這樣設置，使得該燃料電池單元能夠獨立于燃料電池系統的其他燃料電池單元將電能提供給用電器，并且，每個燃料電池單元設置為用于，獨立于其他燃料電池單元地進入到運行準備就緒狀態中，以便在激活狀態下生成電流。這能夠通過以下方式來實現：在燃料電池單元的熱交換器中設置設備，該設備能夠實現：通過使也設置為用于運行燃料電池的燃料燃燒，將燃料電池單元的燃料電池電堆的溫度提高到這種程度，使得燃料電池單元可以投入運行。