本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所詳細(xì)定義的類(lèi)型的、具有至少一個(gè)燃料電池堆的燃料電池系統(tǒng)。此外，本發(fā)明涉及一種切斷該燃料電池系統(tǒng)的方法以及該燃料電池系統(tǒng)的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

燃料電池系統(tǒng)是普遍已知的現(xiàn)有技術(shù)。燃料電池系統(tǒng)一般具有所謂的燃料電池堆，燃料電池堆由單電池堆疊而成。其中，每個(gè)單電池均具有陽(yáng)極區(qū)、陰極區(qū)和冷卻液區(qū)域。單個(gè)燃料電池彼此堆疊形成燃料電池堆，該燃料電池堆提供通過(guò)單電池的常規(guī)串聯(lián)而定義的電壓。其中，單電池中的陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)和冷卻水區(qū)域借助密封件被相對(duì)彼此密封且相對(duì)于燃料電池堆的周?chē)h(huán)境被密封。其中，整個(gè)燃料電池堆中的密封件較長(zhǎng)，因此，當(dāng)燃料電池堆達(dá)到高達(dá)100kW的功率等級(jí)時(shí)，陽(yáng)極側(cè)形成200m至300m的密封長(zhǎng)度，陰極側(cè)也形成完全一樣的密封長(zhǎng)度。在此問(wèn)題在于，特別是氫氣較易穿過(guò)通常所用的密封材料而擴(kuò)散。因此，燃料電池堆一般被設(shè)置在殼體中，該殼體為燃料電池堆提供機(jī)械保護(hù)并將通過(guò)擴(kuò)散以及因密封缺陷而逸出的少量氫氣收集起來(lái)排出。例如，空氣流可以通過(guò)通風(fēng)管道穿流過(guò)殼體以排出逸出的氫氣，借此避免在燃料電池系統(tǒng)的周?chē)h(huán)境中形成安全臨界的/威脅安全的氫氣濃度。

例如由DE 10 2009 036 198A1已知，燃料電池的一個(gè)問(wèn)題是，退化機(jī)制會(huì)對(duì)PEM燃料電池堆的使用壽命產(chǎn)生不良影響。在此核心問(wèn)題在于，啟動(dòng)燃料電池時(shí)，燃料電池的陽(yáng)極區(qū)存在氧氣，并且在電啟動(dòng)期間，氫氣被引入。其中，氫-氧復(fù)合前沿在陽(yáng)極催化劑上行進(jìn)，并且濃度差導(dǎo)致燃料電池堆的輸入側(cè)與輸出側(cè)之間產(chǎn)生電位差。其間所發(fā)生的電化學(xué)過(guò)程首先會(huì)持久損傷陰極側(cè)催化劑，并且有可能對(duì)陽(yáng)極側(cè)催化劑造成程度較低的損傷。為了應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，上述文獻(xiàn)中描述了一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)借助系統(tǒng)旁路閥大幅減少停運(yùn)期間(即燃料電池系統(tǒng)被切斷期間)陰極側(cè)的氧氣侵入。氧氣侵入的起因在于燃料電池系統(tǒng)輸入端與輸出端之間的壓力差，以車(chē)輛為例，這樣的壓力差是由風(fēng)力影響或熱對(duì)流效應(yīng)引起的。這種具有系統(tǒng)旁路的結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單有效。

此外，現(xiàn)有技術(shù)中的上述文獻(xiàn)還提及了DE 10 2007 059 999A1。該文獻(xiàn)在通往陰極室的送風(fēng)管道和排風(fēng)管道中使用關(guān)斷閥以代替系統(tǒng)旁路閥，借此防止新鮮氧氣侵入燃料電池，進(jìn)而在使用壽命方面取得有益效果。

然而上述兩種方法也存在以下問(wèn)題，即，氫氣不僅從陽(yáng)極室擴(kuò)散到陰極室中，還從陽(yáng)極室且稍后有可能從陰極室擴(kuò)散到燃料電池堆周?chē)臍んw中。其原因在于：燃料電池堆中的密封長(zhǎng)度較大，并且密封材料或多或少地可被氣體、優(yōu)先可被氫氣、但也可被空氣組分和水蒸氣擴(kuò)散滲透。因此，在切斷操作之后位于陽(yáng)極室中的氫氣首先通過(guò)擴(kuò)散而揮發(fā)。接著，余下的氫氣通過(guò)空氣氧的侵入以及在電極催化劑上的復(fù)合而消減。氧氣可以通過(guò)兩條路徑侵入燃料電池堆。其一，氧氣可以經(jīng)由一般情況下打開(kāi)著的供風(fēng)通道通過(guò)通風(fēng)/抽風(fēng)或擴(kuò)散而侵入?；蛘撸鯕饪梢酝ㄟ^(guò)密封擴(kuò)散(Dichtungsdiffusion)經(jīng)由一般情況下朝大氣敞開(kāi)的殼體侵入燃料電池堆。一旦氧氣擠掉陽(yáng)極上的氫氣，系統(tǒng)重啟時(shí)就會(huì)產(chǎn)生破壞性影響。

由作為其他現(xiàn)有技術(shù)的DE 10 2009 018 105A1進(jìn)一步已知，在燃料電池堆中，燃料電池堆周?chē)娜剂想姵貧んw被構(gòu)建為供氫管道或排氫管道的一部分。因此，從燃料電池堆擴(kuò)散出來(lái)的氫氣在燃料電池系統(tǒng)工作期間再度進(jìn)入氫氣循環(huán)，因而首先不會(huì)丟失，其次不會(huì)與來(lái)自周?chē)h(huán)境的空氣形成安全臨界的爆炸性混合物。這一結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于，殼體以較大的壁面暴露在氫氣工作壓力下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，避免上述缺點(diǎn)并提供一種燃料電池系統(tǒng)和一種切斷該燃料電池系統(tǒng)的方法，這種燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單且能使燃料電池堆具有較長(zhǎng)的使用壽命。

本發(fā)明用以達(dá)成該目的的解決方案為一種具有權(quán)利要求1特征部分所述特征的燃料電池系統(tǒng)。有益的技術(shù)方案和改進(jìn)方案包含于相關(guān)從屬權(quán)利要求中。另外，上述目的還通過(guò)一種具有權(quán)利要求7特征部分所述特征的方法而達(dá)成。相關(guān)的有益改進(jìn)方案同樣包含于從屬權(quán)利要求中。最后，權(quán)利要求10給出所述燃料電池系統(tǒng)的一種特別優(yōu)選的應(yīng)用。

在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，殼體以已知方式設(shè)于燃料電池堆周?chē)?。其中，殼體具有至少一個(gè)通往周?chē)h(huán)境或另一容積的通風(fēng)連接部。所述至少一個(gè)通風(fēng)連接部(通常為兩個(gè)通風(fēng)連接部)確保：有可能在工作期間從燃料電池堆逸出的氫氣被排出且可被無(wú)害化。殼體通風(fēng)的另一項(xiàng)功能一般地是：以干燥方式除去通過(guò)擴(kuò)散和可能存在的小泄漏點(diǎn)而從燃料電池堆逸出的水蒸氣。但對(duì)于本發(fā)明而言，這并不重要。此外，根據(jù)本發(fā)明，所述至少一個(gè)通風(fēng)連接部具有閥裝置。在安裝有通風(fēng)進(jìn)入管道和通風(fēng)排出管道的情況下，本發(fā)明提出，至少一個(gè)管道具有閥裝置，優(yōu)選兩個(gè)管道均具有閥裝置。借助這樣一個(gè)閥裝置，例如電磁閥、活門(mén)或類(lèi)似之物，可在需要時(shí)緊密封閉殼體。

由此產(chǎn)生決定性的優(yōu)點(diǎn)。切斷燃料電池系統(tǒng)時(shí)，氫氣將優(yōu)先從陽(yáng)極室擴(kuò)散到陰極室上或者通過(guò)較小的膜泄漏點(diǎn)或密封泄漏點(diǎn)而逸出。如果陰極室中還存在氧氣，只要切斷時(shí)陽(yáng)極室中被提供/送入足量氫氣，陰極催化劑上就會(huì)發(fā)生反應(yīng)，直到氧氣被耗盡為止。當(dāng)陽(yáng)極和陰極上的氫氣分壓達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的擴(kuò)散停止。

此外，或多或少地并行發(fā)生以下情況，即，氫氣先從陽(yáng)極室再?gòu)年帢O室擴(kuò)散到燃料電池堆的周?chē)h(huán)境中，進(jìn)而擴(kuò)散到殼體中。在此情況下，殼體內(nèi)部同樣產(chǎn)生一定的氫氣濃度。一旦殼體與燃料電池堆內(nèi)部之間不再存在濃度梯度，這個(gè)以切斷燃料電池系統(tǒng)時(shí)陽(yáng)極室中存在足量氫氣為前提條件的過(guò)程也就結(jié)束了。現(xiàn)在，燃料電池堆內(nèi)部和殼體中均存在氫氣氛。而后可順利地重新啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)，而其間不會(huì)產(chǎn)生有損于使用壽命的退化效應(yīng)。

在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另一非常有益的技術(shù)方案中，可進(jìn)一步提出，所述殼體由至少兩個(gè)殼體部件組成，在所述殼體部件之間設(shè)有一個(gè)或多個(gè)殼體密封件。其中進(jìn)一步提出，所述殼體密封件的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于所述燃料電池堆中的密封件的總長(zhǎng)。通過(guò)這個(gè)優(yōu)選100倍以上、特別優(yōu)選300倍以上的密封長(zhǎng)度差，確保殼體與周?chē)h(huán)境之間的密封長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于燃料電池堆內(nèi)部與殼體之間的密封長(zhǎng)度。僅通過(guò)這個(gè)密封長(zhǎng)度差就能基本上防止氫氣從殼體中擴(kuò)散出來(lái)以及空氣再擴(kuò)散到殼體中，因?yàn)榭捎糜诖说拿芊忾L(zhǎng)度遠(yuǎn)小于燃料電池堆自身的密封長(zhǎng)度。此外，在特別有益的改進(jìn)方案中，所述殼體密封件可用擴(kuò)散抑制性能特別好的材料制成，與設(shè)計(jì)燃料電池堆相比，這在設(shè)計(jì)殼體時(shí)實(shí)現(xiàn)起來(lái)容易得多。但這并非是必需的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)殼體密封件與燃料電池堆的密封件之間的長(zhǎng)度差就已經(jīng)取得主要效果。

此外，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另一技術(shù)方案提出，所述殼體設(shè)有閥件，所述閥件在相應(yīng)超過(guò)相對(duì)于大氣的壓力差(負(fù)壓和/或過(guò)壓)時(shí)相應(yīng)打開(kāi)，以便限制所述壓力差。在需要使用機(jī)械穩(wěn)定性較差的、高度節(jié)省重量和空間的殼體的情況下，這樣的裝置可能是有意義的。但其前提是，上述壓力差小于或遠(yuǎn)小于0.1bar，并且可以酌情棄用這樣的閥件，或者說(shuō)僅需確保一個(gè)壓力方向。

在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的有益改進(jìn)方案中，可進(jìn)一步提出，在所述殼體中設(shè)有用于使氫氣特別是與氧氣發(fā)生反應(yīng)的催化復(fù)合裝置。這樣的復(fù)合裝置特別可用來(lái)使氫氣與氧氣在殼體中在合適的催化劑上發(fā)生反應(yīng)。在本發(fā)明針對(duì)燃料電池系統(tǒng)停運(yùn)的情形在此所選擇的具有相對(duì)于周?chē)h(huán)境可被密封的殼體的實(shí)施例中，所述復(fù)合裝置具有決定性?xún)?yōu)勢(shì)，即，從陽(yáng)極室進(jìn)入殼體的氫氣將氧氣耗盡，從而避免形成臨界/危險(xiǎn)的氫氧混合物，并且在經(jīng)過(guò)一定的停運(yùn)時(shí)間后，總體上到處存在同樣的氫氣分壓或同樣的氫氣濃度。借此可基本停止擴(kuò)散過(guò)程，并確保殼體中和特別是燃料電池堆中在長(zhǎng)達(dá)許多個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)保持氫氣氛，而不會(huì)在殼體中形成可燃的氫氧混合物。這樣就可以在不發(fā)生有損于使用壽命的臨界過(guò)程的情況下隨時(shí)啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)。

這一點(diǎn)在下述情形下特別有效，即，防止空氣再流入燃料電池堆的陰極室。因此，如同開(kāi)頭提到的現(xiàn)有技術(shù)所實(shí)施的那樣，可以設(shè)置系統(tǒng)旁路閥，以及/或者優(yōu)選在送風(fēng)管道和排風(fēng)管道中使用關(guān)斷閥裝置。這些措施有助于減少或徹底防止系統(tǒng)切斷后的氧氣侵入。借此可進(jìn)一步改善使用較小的氫氣過(guò)剩量所產(chǎn)生的效果并顯著延長(zhǎng)燃料電池堆和殼體中能夠保持氫氣氛的時(shí)間。

在根據(jù)本發(fā)明的切斷上述燃料電池系統(tǒng)的方法中，相應(yīng)提出，關(guān)閉所述至少一個(gè)通風(fēng)連接部中的閥裝置。停止向燃料電池堆的陰極室供應(yīng)空氣，并且通過(guò)關(guān)閉空氣入口和/或空氣出口來(lái)至少減少或完全防止不想要的空氣供應(yīng)，這樣的空氣供應(yīng)例如是由對(duì)流引起或者是外風(fēng)所引發(fā)的空氣流，而后向燃料電池堆的陽(yáng)極室中導(dǎo)入氫氣直至達(dá)到預(yù)設(shè)壓力或者導(dǎo)入預(yù)設(shè)的氫氣體積。借此可非常簡(jiǎn)單而有效地切斷燃料電池系統(tǒng)。通過(guò)導(dǎo)入氫氣直至達(dá)到預(yù)設(shè)壓力或者導(dǎo)入預(yù)設(shè)的氫氣體積，在陽(yáng)極室區(qū)域產(chǎn)生一定的氫氣過(guò)剩，或者說(shuō)過(guò)壓。在切斷燃料電池系統(tǒng)之后的時(shí)期內(nèi)，氫氣能以上述方式逐漸既進(jìn)入陰極室又進(jìn)入殼體。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后形成平衡狀態(tài)，使得燃料電池本身內(nèi)部和殼體中均存在氫氣氛，這個(gè)氫氣氛可以在不繼續(xù)加氫或者以其他方式監(jiān)測(cè)燃料電池系統(tǒng)的情況下被保持很長(zhǎng)時(shí)間。借此可在理想狀況下超過(guò)10至24小時(shí)的較長(zhǎng)停運(yùn)時(shí)間內(nèi)確保：重啟時(shí)總是存在以下條件，即，能夠在不損壞燃料電池的情況下實(shí)現(xiàn)重啟或者說(shuō)能防止燃料電池的使用壽命縮短。

在本發(fā)明方法的另一非常有益的技術(shù)方案中，可進(jìn)一步提出，在供氫之前或供氫期間，使存在于所述陰極室中的氧氣至少部分被耗盡。這樣的氧氣耗盡肯定是優(yōu)點(diǎn)，但原則上并非是必需的。然而，這樣的氧氣耗盡例如通過(guò)以電的方式“用完”陰極室中的殘氧，極大縮短了形成期望的平衡條件所需要的時(shí)間，從而總體上能更快且以更少量的氫氣使燃料電池堆和整個(gè)燃料電池系統(tǒng)達(dá)到有利于后續(xù)重啟的狀態(tài)。

所述燃料電池系統(tǒng)的特別優(yōu)選的應(yīng)用是在車(chē)輛中用于提供驅(qū)動(dòng)功率。其中，驅(qū)動(dòng)功率可完全或至少部分地由所述燃料電池系統(tǒng)提供。特別是這類(lèi)車(chē)載燃料電池系統(tǒng)一方面會(huì)經(jīng)受頻繁的切斷和重啟操作，另一方面必須被設(shè)計(jì)得簡(jiǎn)單、高效且十分安全。因此，本發(fā)明所提出的燃料電池系統(tǒng)的技術(shù)方案以及特別有益的、能夠無(wú)明顯退化地實(shí)現(xiàn)重啟的燃料電池系統(tǒng)切斷方法，特別適合應(yīng)用于車(chē)輛中，因?yàn)樵谲?chē)輛中，本發(fā)明的所有優(yōu)點(diǎn)都特別行之有效。

所述燃料電池系統(tǒng)和所述切斷該燃料電池系統(tǒng)的方法的其他有益技術(shù)方案包含在余下的從屬權(quán)利要求中并且通過(guò)下文結(jié)合附圖所詳細(xì)闡述的實(shí)施例而變得清楚明確。

附圖說(shuō)明

唯一的附圖示出車(chē)輛中根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的原理圖。

具體實(shí)施方式

該唯一的附圖為車(chē)輛1的示意圖。設(shè)有用于為車(chē)輛1提供電驅(qū)動(dòng)功率的燃料電池系統(tǒng)2。其中，燃料電池堆3構(gòu)成燃料電池系統(tǒng)2的核心，該燃料電池堆由多個(gè)采用PEM技術(shù)的單電池以已知方式形成。其中，每個(gè)單電池均具有陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)和冷卻水區(qū)域。想要了解本發(fā)明，陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)尤為重要。因此，在所示附圖中僅原理性示出陽(yáng)極室4和陰極室5以及設(shè)于其間的質(zhì)子交換膜6。它們代表燃料電池堆3中的多個(gè)陽(yáng)極區(qū)、陰極區(qū)和質(zhì)子交換膜。燃料電池堆3設(shè)于殼體7中，該殼體由第一殼體部件7.1和第二殼體部件7.2組成，所述第二殼體部件例如是殼體蓋。在殼體部件7.1、7.2之間設(shè)有此處看不到的殼體密封件。殼體7進(jìn)一步具有兩個(gè)通風(fēng)連接部8、9。通風(fēng)連接部8實(shí)施為通風(fēng)進(jìn)入管道8且例如通過(guò)此處示出的空氣過(guò)濾器10連接殼體7的周?chē)h(huán)境。第二通風(fēng)連接部9實(shí)施為通風(fēng)排出管道9且與通往燃料電池堆3的陰極室5的送風(fēng)管道連通，確切地說(shuō)沿流動(dòng)方向在作為空氣輸送裝置的壓縮機(jī)11之前通入送風(fēng)管道。其他排出路徑也是可行的。這樣一來(lái)，在壓縮機(jī)11作為空氣輸送裝置工作期間，殼體7持續(xù)被空氣穿流過(guò)，因?yàn)閬?lái)自殼體7的周?chē)h(huán)境的空氣通過(guò)空氣過(guò)濾器10和通風(fēng)進(jìn)入管道8被吸入并且通過(guò)通風(fēng)排出管道9被再度排出殼體7。借此使殼體持續(xù)被空氣流穿流過(guò)。因此，有可能從燃料電池堆3逸出的氫氣在工作期間隨送入的空氣一同被吸入并且可在陰極室5的催化劑上通過(guò)與氧氣發(fā)生反應(yīng)而無(wú)害化。殼體通風(fēng)的替代性實(shí)施方案已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知并且同樣可用于本案。起決定性作用的僅在于，殼體7設(shè)有通風(fēng)手段，該通風(fēng)手段包含至少一個(gè)通風(fēng)連接部8、9，其中，如果存在兩個(gè)通風(fēng)連接部，則其中的至少一個(gè)通風(fēng)連接部具有閥裝置。

如前所述，空氣作為供氧劑由空氣輸送裝置11送入燃料電池堆的陰極室5。來(lái)自壓縮氣體儲(chǔ)存器12的氫氣被提供給燃料電池堆3的陽(yáng)極室4。氫氣經(jīng)由壓力調(diào)節(jié)與定量閥13進(jìn)入陽(yáng)極室4區(qū)域。未被消耗掉的氫氣通過(guò)再循環(huán)管道14和作為再循環(huán)輸送裝置15的氣體噴射泵以已知方式被回輸并且被作為動(dòng)力氣體流的新加入的氫氣所吸取。其他再循環(huán)輸送裝置也是可行的。要點(diǎn)在于，設(shè)有再循環(huán)手段的陽(yáng)極室通常形成一個(gè)相對(duì)于大氣封閉的空間，該空間在系統(tǒng)被切斷后也保持封閉。意即，在陽(yáng)極室4之后未被消耗掉的氫氣被循環(huán)使用并且能這樣被逐漸耗盡。這樣一個(gè)所謂的陽(yáng)極循環(huán)或陽(yáng)極回路是普遍已知的現(xiàn)有技術(shù)。圖中示出的陽(yáng)極循環(huán)或陽(yáng)極回路已高度簡(jiǎn)化。實(shí)際上，陽(yáng)極循環(huán)或陽(yáng)極回路可進(jìn)一步具有水分離器、排出閥等等。這對(duì)于本發(fā)明而言是次要的，因而未予圖示。但如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，這些元件可以布置在陽(yáng)極循環(huán)中。

燃料電池堆3周?chē)臍んw7除了通風(fēng)管道8、9外盡可能采用氣密設(shè)計(jì)并且在殼體部件7.1與7.2之間的密封部位處配置盡可能短的密封長(zhǎng)度。其中，殼體部件7.1與7.2之間的殼體密封件的長(zhǎng)度遠(yuǎn)短于燃料電池堆3的單電池之間以及陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)與燃料電池堆3的周?chē)h(huán)境之間的密封件的長(zhǎng)度。以100kW的燃料電池堆3為例，堆內(nèi)密封長(zhǎng)度總體上可約為400-600m。其中，密封件的長(zhǎng)度比較均勻地分布在陽(yáng)極側(cè)與陰極側(cè)之間。如果例如殼體部件7.1與7.2之間的殼體密封件實(shí)施成1m左右的總長(zhǎng)，密封件的長(zhǎng)度就會(huì)產(chǎn)生顯著差別。這樣一來(lái)，氫氣(如果殼體7中有氫氣存在的話)穿過(guò)殼體密封件向外擴(kuò)散的程度會(huì)遠(yuǎn)小于其穿過(guò)燃料電池堆的密封件向外擴(kuò)散的程度，以及氧氣穿過(guò)殼體密封件向內(nèi)擴(kuò)散的程度會(huì)遠(yuǎn)小于其穿過(guò)燃料電池堆的密封件向內(nèi)擴(kuò)散的程度。借此使所述由燃料電池堆3和殼體7組成的系統(tǒng)獲得較高密封性，該密封性也相對(duì)于氫氣而言。此外，在設(shè)計(jì)允許的情況下，殼體密封件也可用擴(kuò)散抑制性能特別好的材料制成。但這并非是必需的，因?yàn)橹饕Ч峭ㄟ^(guò)燃料電池堆3的密封件總長(zhǎng)與短得多的殼體密封件之間的長(zhǎng)度差而取得的。

切斷車(chē)輛1中的燃料電池系統(tǒng)2的操作方式如下：首先，如普遍已知的和常規(guī)的，通過(guò)以已知方式切斷空氣輸送裝置11來(lái)停止空氣供應(yīng)。在繼續(xù)供氫的情況下，特別是可以通過(guò)進(jìn)一步地提取電功率以及例如儲(chǔ)存在蓄電池中來(lái)耗盡殘留在系統(tǒng)中的剩余氧氣。在這種理想情形下，陰極室5中存在貧氧氛圍。但對(duì)于所述方法而言，這不是必需的。與此同時(shí)或者接下來(lái)，應(yīng)當(dāng)防止或減少例如由于對(duì)流效應(yīng)或風(fēng)力影響而引發(fā)的新鮮氧氣的供應(yīng)可能性。如開(kāi)頭在描述現(xiàn)有技術(shù)時(shí)所提及的，這一點(diǎn)例如可以借助系統(tǒng)旁路而實(shí)現(xiàn)。但是，這一點(diǎn)可以特別有效地借助實(shí)施例中所示出的設(shè)于通往陰極室5的送風(fēng)管道和從陰極室5出來(lái)的排風(fēng)管道中的關(guān)斷閥裝置16、17而實(shí)現(xiàn)。然而，如果二者擇一地存在送風(fēng)管道中的關(guān)斷閥裝置16或排風(fēng)管道中的關(guān)斷閥裝置17，并且在切斷燃料電池系統(tǒng)1后關(guān)閉該關(guān)斷閥裝置，就已經(jīng)能改善重啟時(shí)的上述損傷情況。

切斷空氣輸送裝置11的同時(shí)，通風(fēng)連接部8、9中的閥裝置18、19被關(guān)閉。然而，如果二者擇一地存在通風(fēng)進(jìn)入管道中的關(guān)斷閥裝置18或通風(fēng)排出管道中的關(guān)斷閥裝置19，并且在切斷燃料電池系統(tǒng)1后關(guān)閉該關(guān)斷閥裝置，就已經(jīng)能改善重啟時(shí)的上述損傷情況。

在此情況下，殼體7相對(duì)于周?chē)h(huán)境被密封。接著，將與系統(tǒng)相適配的體積量的氫氣定量施加到陽(yáng)極室4中，例如其方式為：定量加氫直至達(dá)到預(yù)設(shè)壓力。而后，例如通過(guò)關(guān)閉氫氣閥或壓力調(diào)節(jié)與定量裝置13中的閥來(lái)停止供氫。其中，將壓力或氫氣體積預(yù)設(shè)成使得陽(yáng)極室4中在任何情況下均存在過(guò)剩量的氫氣。

切斷系統(tǒng)之后，這部分過(guò)剩的氫氣通過(guò)質(zhì)子交換膜6擴(kuò)散到陰極室5中并且在那里在陰極的催化劑上與可能還存在的氧氣發(fā)生反應(yīng)而消減。此外，氫氣通過(guò)燃料電池堆3的密封件既從陽(yáng)極室4又從陰極室5擴(kuò)散到殼體7中。這一氫氣擴(kuò)散一直進(jìn)行到燃料電池堆3內(nèi)部和殼體7內(nèi)部的濃度或分壓達(dá)到平衡為止。而后，氫氣停止擴(kuò)散并且在燃料電池堆3中留下足量氫氣。借此使氫電極保持0V的電化學(xué)電位。

如果氧氣擴(kuò)散進(jìn)入燃料電池堆3的殼體7中或者殼體中仍存在氧氣，則這部分氧氣尤其可在設(shè)于殼體7中的催化復(fù)合裝置20上復(fù)合成水，使得此處可能存在的或擴(kuò)散進(jìn)來(lái)的氧氣也被可靠地耗盡，這是因?yàn)樗纬傻臐舛忍荻仁沟脷錃鈴娜剂想姵囟?再擴(kuò)散到殼體7中。而通過(guò)通風(fēng)連接部8、9中的閥裝置18或/和19以及殼體部件7.1與7.2之間的殼體密封件的較小長(zhǎng)度，基本上避免了氧氣的再擴(kuò)散，使得殼體7中能夠形成完全的氧氣耗盡。過(guò)程開(kāi)始時(shí)，原則上可能導(dǎo)致殼體7中存在氫與氧的可燃或甚至爆炸性混合物。這主要取決于氣體的具體擴(kuò)散速度以及體積和有可能存在的外部泄漏。然而，通過(guò)相應(yīng)措施可輕松形成從安全角度看非臨界/不危險(xiǎn)的狀態(tài)，例如其方式為，使殼體7中不存在著火源，以及/或者這樣小地選擇殼體體積，使得可燃混合物的量從安全技術(shù)角度看被視為非臨界的。另外，通過(guò)巧妙設(shè)置復(fù)合裝置20，例如以涂層形式將其設(shè)于殼體內(nèi)壁上，可確保氧氣被迅速消減，這同樣有助于隨時(shí)避免達(dá)到點(diǎn)燃極限。

在殼體7區(qū)域可設(shè)置可選的根據(jù)壓力而進(jìn)行響應(yīng)的閥21。當(dāng)超過(guò)或低于殼體7中的允許壓力時(shí)，該閥打開(kāi)。當(dāng)殼體7內(nèi)部的氣體耗盡或復(fù)合時(shí)，或者當(dāng)氣體從輕微受壓的陽(yáng)極快速轉(zhuǎn)移到殼體中時(shí)，借此可確保殼體7內(nèi)部保持預(yù)設(shè)的壓力極限，以免殼體受損。需要指出的是：所述燃料電池堆設(shè)計(jì)為在所有壓力方向上均壓力非常穩(wěn)定。在本發(fā)明的流程范圍內(nèi)不可能發(fā)生損壞。但是，所述殼體有可能容易受到相對(duì)于大氣的壓力差的影響，主要是在殼體采用輕量化以及相應(yīng)的薄壁設(shè)計(jì)的情況下。所述殼體部分地或完全地密封且在通風(fēng)連接部8、9區(qū)域設(shè)有閥裝置18或/和19，并且殼體密封件的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于燃料電池堆中的密封件的總長(zhǎng)，由此形成一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持氫氣既存在于燃料電池堆3內(nèi)部又存在于殼體7內(nèi)部的上述狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明，已知的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常能保持幾小時(shí)，例如二至三小時(shí)。而本案所描述的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)得多的時(shí)間，例如十小時(shí)以上到二十四小時(shí)以上。

在下述情形下尤為如此，即，與燃料電池系統(tǒng)1相適配地加氫，以便既在殼體7中又在燃料電池堆3中安全而可靠地形成氫氣氛，而不必補(bǔ)充加氫。這在氫氣的消耗方面和安全方面都能帶來(lái)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵谙到y(tǒng)停運(yùn)期間在燃料電池系統(tǒng)2中補(bǔ)充加氫是一項(xiàng)不期望的措施，因?yàn)橄到y(tǒng)應(yīng)當(dāng)盡可能不要在無(wú)操作人員或車(chē)輛1的駕駛員在場(chǎng)的情況下工作。

上述結(jié)構(gòu)和上述方法的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠避免在重啟燃料電池系統(tǒng)2時(shí)在陽(yáng)極側(cè)上進(jìn)行有害的氣體交換，從而通過(guò)以非常簡(jiǎn)單的手段和措施保護(hù)因含有貴金屬而成本高昂的催化劑電極，來(lái)大幅延長(zhǎng)燃料電池堆3的使用壽命。不同于現(xiàn)有技術(shù)的措施和結(jié)構(gòu)的是，燃料電池系統(tǒng)2極易實(shí)現(xiàn)且效率較高。