DE10065446A1 - Regelung des maximalen Ausgangsstroms eines Brennstoffzellenstapels - Google Patents
Regelung des maximalen Ausgangsstroms eines BrennstoffzellenstapelsInfo
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Abstract
Das Verfahren umfaßt das Erzeugen eines Brennstoffflusses durch einen Brennstoffzellenstapel zur Erzeugung eines Stroms. Die Spannungen des Brennstoffzellenstapels werden abgetastet (113), um die minimale Zellenspannung (114) zu bestimmen. Ein maximaler Grenzwert wird für den Strom gesetzt (118), der wenigstens zum Teil auf der minimalen Zellenspannung basiert.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrei
ben eines Brennstoffzellenstapels sowie ein Brennstoffzel
lensystem.
Eine Brennstoffzelle ist ein elektrochemisches Bauele
ment, das durch eine Reaktion erzeugte chemische Energie di
rekt in elektrische Energie umwandelt. Beispielsweise umfaßt
eine Art einer Brennstoffzelle eine Protonenaustauschmembran
(PEM; Proton Exchange Membrane), die häufig Polymerelek
trolytmembran genannt wird und die nur Protonen den Durch
tritt zwischen einer Anode und einer Kathode der Brennstoff
zelle gestattet. An der Anode wird zweiatomiger Wasserstoff
(ein Brennstoff) oxidiert, um Wasserstoffprotonen zu erzeu
gen, die durch die PEM hindurchtreten. Die durch diese Oxi
dation erzeugten Elektronen fließen durch eine Schaltung,
die sich außerhalb der Brennstoffzelle befindet, wobei sie
einen elektrischen Strom bilden. An der Kathode wird Sauer
stoff reduziert und reagiert mit den Wasserstoffprotonen,
wobei Wasser gebildet wird. Die anodischen und kathodischen
Reaktionen werden durch die folgenden Gleichungen beschrie
ben:
H2 → 2H+ + 2e- an der Anode der Zelle, und
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O an der Kathode der Zelle.
Eine typische Brennstoffzelle weist eine Anschlußspan
nung von ungefähr einem Volt Gleichspannung (DC) auf. Zur
Erzeugung erheblich größerer Spannungen können mehrere
Brennstoffzellen zusammengesetzt werden, wobei sie eine
Brennstoffzellenstapel genannte Anordnung bilden, bei der
die Brennstoffzellen miteinander elektrisch in Reihe ge
schaltet sind, um eine größere Gleichspannung
(beispielsweise eine Gleichspannung von ungefähr 100 Volt)
und eine größere Leistung bereitzustellen.
Der Brennstoffzellenstapel kann Flußplatten
(beispielsweise Graphitverbund- oder Metallplatten) umfassen,
die aufeinander gestapelt sind und die jeweils mehr als ei
ner Brennstoffzelle des Stapels zugeordnet sein können. Die
Platten können verschiedene Fließkanäle und Öffnungen auf
weisen, um beispielsweise die Reaktanden und Reaktionspro
dukte durch den Brennstoffzellenstapel zu leiten. Mehrere
PEMs (jeweils einer bestimmten Brennstoffzelle zugeordnet)
können zwischen den Anoden und Kathoden der verschiedenen
Brennstoffzellen im Stapel verteilt werden.
Der Brennstoffzellenstapel kann Bestandteil eines Brenn
stoffzellensystems sein, das Energie für eine Last, wie bei
spielsweise einem Haus, bereitstellt. So kann das Brenn
stoffzellensystem neben seinen unterschiedlichen Komponenten
einen Wechselrichter umfassen, um die durch den Stapel be
reitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzu
wandeln, die an das Haus bereitgestellt werden kann. Das
Brennstoffzellensystem kann ferner einen Reformer umfassen,
um einen Kohlenwasserstoff (beispielsweise Erdgas oder Pro
pangas) in einen Wasserstoffgasstrom umzusetzen. Der Wasser
stoffgasstrom muß groß genug sein, um der durch die oben be
schriebenen Gleichungen vorgegebenen Stöchiometrie zu genü
gen. Daher erfordern höhere Strompegel größere Zuflußraten
und somit eine höhere Wasserstoffproduktion seitens des Re
formers.
Das Brennstoffzellensystem überwacht typischerweise die
Ausgangsleistung des Systems und regelt die Produktion des
Reformers auf der Grundlage der überwachten Leistung. Daher
erfordert ein erhöhter Leistungsbedarf aus dem Haus typi
scherweise ein Erhöhung der Produktion seitens des Refor
mers. Ein herkömmlicher Reformer kann ein relativ langsames
Ansprechverhalten aufweisen, das bewirkt, daß jede Erhöhung
der Produktion dem erhöhten Leistungsbedarf deutlich nach
läuft. Im Ergebnis kann es dann, wenn die vom Haus angeforderte
Leistung plötzlich erhöht wird, sein, daß der Brenn
stoffzellenstapel aufgrund eines mangelhaften Wasserstoffzu
flusses "hungert", bis die Wasserstoffproduktion durch den
Reformer auf den richtigen Pegel ansteigt. Diese Brennstoff
mangelversorgung wiederum kann die Brennstoffzellen des Sta
pels beschädigen.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, den oben ge
nannten Nachteil zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Brennstoffzellen
system mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Ver
fahren die Erzeugung eines Brennstoffflusses durch einen
Brennstoffzellenstapel, um einen Strom zu erzeugen. Die Zel
lenspannungen des Brennstoffzellenstapels werden abgetastet,
um die minimale Zellenspannung zu bestimmen. Der Strom wird
auf einen maximalen Stromgrenzwert begrenzt, der auf der Ba
sis der minimalen Zellenspannung bestimmt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeich
nungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen be
schrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoff
zellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 ein Spannungsdiagramm einer Brennstoffzelle des
Brennstoffzellenstapels nach Fig. 1 gemäß einem Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, das ein Steuerschema gemäß
dem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Ausführungsbeispiel 30 eines
Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung einen Brenn
stoffzellenstapel 32, der die Reaktanden (beispielsweise
Wasserstoff und Luft) in einer chemischen Reaktion ver
braucht, um Elektrizität zu erzeugen. Beispielsweise können
die Ausgangsanschlüsse 64 des Brennstoffzellensystems 30 so
angeschlossen werden, daß sie an einen elektrischen Lastab
nehmer, wie beispielsweise einem Haus, eine Ausgangsleistung
bereitstellen. Die durch das Haus angeforderte Leistung kann
über den zeitlichen Verlauf variieren, und somit ist der
Zellenstrom des Brennstoffzellenstapels 32 nicht konstant,
sondern zeitlich veränderlich. Eine Steuereinrichtung 10
(des Brennstoffzellensystems 30) überwacht die Ausgangslei
stung des Brennstoffzellensystems 30 und steuert einen Re
former 47 entsprechend, um den Wasserstofffluß in den Brenn
stoffzellenstapel 32 zu regeln. Der Reformer 47 kann jedoch
ein relativ langsames Ansprechverhalten aufweisen. Daher
kann es sein, daß dann, wenn die durch das Haus angeforderte
Leistung sich plötzlich erhöht, der Reformer nicht schnell
genug reagiert, um zu verhindern, daß die Brennstoffzellen
des Stapels 32 einen unzureichenden Wasserstoffzufluß auf
nehmen, es sei denn durch die Strombegrenzungsmerkmale des
Brennstoffzellensystems 30, die unten beschrieben werden.
Insbesondere weil die Brennstoffzellen des Brennstoff
zellenstapels 32 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet
sind, haben die Zellen den gleichen Zellenstrom. Auf diese
Weise kann jede Brennstoffzelle durch eine Abhängigkeit der
Zellenspannung von dem Zellenstrom gekennzeichnet werden,
die Polarisierungskurve genannt wird, wie beispielsweise,
durch die in Fig. 2 dargestellte Polarisierungskurve 20.
Wie gezeigt, sinkt die Anschlußspannung der Zelle allgemein
mit dem Erhöhen des Zellenstroms ab. Ein beispielhafter Ar
beitspunkt der Brennstoffzelle ist in Fig. 2 dargestellt,
ein Arbeitspunkt, bei dem die Zelle eine Anschlußspannung
Vcell und einen Strom Icell besitzt. Die Spannung Vcell liegt
über dem Spannungsschwellenwert (genannt VTH), der eine
Grenze zwischen einer gesunden Brennstoffzelle und einer un
gesunden Brennstoffzelle definiert. Auf diese Weise können
die Gesundheit, die Effizienz und die allgemeine Sicherheit
des Brennstoffzellenstapels 32 leiden, wenn eine der Zellen
spannungen unter die Spannung VTH abfällt, ein Zustand, der
beispielsweise auftreten könnte, wenn ein Strom entnommen
wird, der größer als ein Schwellenwertstrom (genannt ITH)
ist.
Um zu verhindern, daß dieser Zustand eintritt, setzt die
Steuereinrichtung 10 einen maximalen Grenzwert für den Zel
lenstrom, um zu verhindern, daß die minimale Zellenspannung
(von allen Zellenspannungen des Brennstoffzellenstapels 32)
unter die Schwellenwertspannung VTH abfällt. Die Vorgabe des
maximalen Stromgrenzwerts durch die Steuereinrichtung ist
nicht statisch, sondern vielmehr kann die Vorgabe des maxi
malen Stromgrenzwerts, wie unten beschrieben, von anderen
Parametern, wie der minimalen Zellenspannung, abhängen.
So gilt die in Fig. 2 gezeigte Polarisationskurve 20
für einen bestimmten Wasserstofffluß. Beispielsweise kann
die Steuereinrichtung 10 für den vorgegebenen Wasserstoff
fluß den maximalen Stromgrenzwert nahe ITH setzen, dem
Strompegel an der VTH-Schwellwertspannung. Die Polarisati
onskurve für eine gegebene Brennstoffzelle ist jedoch nicht
statisch, vielmehr bewirkt eine Veränderung im Wasserstoff
fluß, daß die Polarisationskurve für eine gegebene Brenn
stoffzelle entlang der Strom-Achse der Polarisationskurve
verschoben wird. Bei der Polarisationskurve 20 beispielswei
se verschiebt eine Erhöhung des Wasserstoffflusses die Kurve
20 in positiver Richtung entlang der Zellenstrom-Achse, wo
bei der Pegel des ITH-Schwellenwertstrompegels erhöht wird.
Eine Verringerung des Wasserstoffflusses verschiebt die
Kurve 20 in negativer Richtung entlang der Zellenstrom-
Achse, wobei der Pegel des ITH-Schwellenwertstrompegels ver
ringert wird. Somit bewirkt eine Erhöhung des Wasserstoff
flusses grundsätzlich, daß die Steuereinrichtung 10 den ma
ximalen Zellenstromgrenzwert erhöht und eine Verringerung
des Wasserstoffflusses bewirkt grundsätzlich, daß die Steu
ereinrichtung 10 den maximalen Zellenstromgrenzwert verrin
gert.
Um die zuvor beschriebene Strombegrenzung zu erreichen,
setzt die Steuereinrichtung 10 bei einigen Ausführungsbei
spielen einen maximalen Stromgrenzwert für einen DC-DC-Konverter
55 des Brennstoffzellensystems 30 (siehe Fig. 1).
Somit ist der Konverter 55 an die Ausgangsanschlüsse 37 des
Brennstoffzellenstapels 32 angeschlossen, um eine Gleich
stromspannung aus dem Stapel 32 aufzunehmen. Der Konverter
55 regelt bzw. verschiebt den aufgenommenen Gleichspan
nungspegel, um eine geregelte Spannung an den Ausgangsan
schlüssen 57 bereitzustellen, die an einen Wechselrichter 34
angeschlossen sind. Um den maximalen Stromgrenzwert zu set
zen, liefert die Steuereinrichtung 10 ein Signal (genannt
MAX), das beispielsweise ein Strom- oder Spannungssignal
sein kann und das vom Konverter empfangen wird und den maxi
malen Zellenstromgrenzwert anzeigt. Auf diese Weise wird das
MAX-Signal dazu verwendet, den maximalen Ausgangsstrom des
Konverters 55 einzustellen und dadurch den maximalen Grenz
wert für den Zellenstrom zu erzeugen. Wenn der Ausgangsstrom
des Konverters 55 begrenzt ist, liefert eine Batterie 60 des
Brennstoffzellensystems 30 je nach Bedarf einen zusätzlichen
Strom, um den Leistungsbedarf des Lastabnehmers, der an die
Ausgangsanschlüsse 64 angeschlossen ist, zu erfüllen. Bei
spielsweise können die Anschlüsse der Batterie 60 an die
Ausgangsanschlüsse 57 des Konverters 55 angeschlossen sein.
Die oben beschriebene Steuerschleife verhindert, daß der
Brennstoffzellenstapel 32 wegen eines aufgrund der Erhöhung
des Leistungsbedarfs des Lastabnehmers nicht ausreichenden
Wasserstoffflusses "hungert". So berücksichtigt der maximale
Grenzwert, der für den Zellenstrom gesetzt ist, das An
sprechverhalten des Reformers 47 und verschafft dem Reformer
47 Zeit, um bei seiner Wasserstoffgasproduktion
"aufzuholen". Wenn der Reformer 47 den Wasserstofffluß in
Abhängigkeit von der Erhöhung des Leistungsbedarfs erhöht,
kann die Steuereinrichtung 10 den maximalen Stromgrenzwert
erhöhen. Das Brennstoffzellensystem 30 hat somit wenigstens
zwei Steuerschleifen: eine erste schnell ansprechende Steu
erschleife, um plötzliche Änderungen der Ausgangsleistung zu
begrenzen, ein Ereignis, das den Brennstoffzellenstapel 32
aufgrund der relativ langsamen Reaktion des Reformers 47
"aushungert"; und eine zweite, möglicherweise langsamere
Steuerschleife zur Steuerung des Reformers 47, um den Was
serstoffzufluß in den Brennstoffzellenstapel 32 zu regeln.
Wie oben beschrieben, kann die Steuereinrichtung 10 dem
maximalen Stromgrenzwert wenigstens teilweise die minimale
Zellenspannung zugrunde legen. Um die Zellenspannungen zu
überwachen und die minimale Zellenspannung zu bestimmen,
kann die Steuereinrichtung 10 eine Spannungsüberwachungs
schaltung 36 des Brennstoffsystems 30 nutzen. Die Spannungs
überwachungsschaltung 36 ist an den Brennstoffzellenstapel
32 angeschlossen, um kontinuierlich die Zellenspannungen zu
messen und ferner der Steuereinrichtung 10 die gemessenen
Zellenspannungen anzuzeigen. Entweder die Spannungsüberwa
chungsschaltung 36 oder die Steuereinrichtung 10 (abhängig
von dem jeweiligen Ausführungsbeispiel) kann die minimale
Zellenspannung bestimmen, eine Spannung, die die Steuerein
richtung 40 verwendet, um die Ausgangsleistung des Brenn
stoffzellensystems 30 zu regeln.
Es wird weiterhin auf Fig. 3 Bezug genommen; die Steu
ereinrichtung 10 kann somit ein Programm 12 (das beispiels
weise in einem Nur-Lese-Speicher (ROM) der Steuereinrichtung
10 gespeichert ist) ausführen, das bewirkt, daß die Steuer
einrichtung 10 die Spannungsüberwachungsschaltung 36 (siehe
Fig. 2) nutzt, um sämtliche Zellenspannungen des Brennstoff
zellenstapels 32 zu messen (Block 13 nach Fig. 3). Aufgrund
dieser Informationen kann das Programm 12 ferner bewirken,
daß die Steuereinrichtung 10 die Zelle auswählt (Block 14)
die die minimale Spannung aufweist, die minimale Zellenspan
nung mit der VTH-Schwellenwertspannung vergleicht (Block
16), den Zellenstrom (beispielsweise über den Stromsensor 59
(siehe Fig. 1)) bestimmt (Block 17) und den Zellenstrom
grenzwert auf der Grundlage dieser Faktoren setzt oder ein
stellt (18). Bei einigen Ausführungsbeispielen kann es sein,
daß die Steuereinrichtung 10 den Zellenstrom beim Setzen des
maximalen Stromgrenzwerts nicht nutzt, und bei einigen Aus
führungsbeispielen kann die Steuereinrichtung 10 Anzeigen
der gemessenen Spannungen und/oder Angaben der niedrigsten
Zellenspannung von der Spannungsüberwachungsschaltung 36
einholen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen regelt die Steuerein
richtung 10 die minimale Zellenspannung, um diese Spannung
innerhalb eines Fehlerbereichs bei einer Sollspannung zu
halten, einer Spannung nahe der minimalen Schwellenwertspan
nung. Wenn die minimale Zellenspannung groß genug wird, so
daß sie über den Fehlerbereich ansteigt, erhöht die Steuer
einrichtung 10 im Verlauf dieser Regelung den Stromgrenz
wert. Andererseits verringert die Steuereinrichtung 10 den
Stromgrenzwert, wenn die niedrigste Zellenspannung klein ge
nug wird, so daß sie unter den Fehlerbereich abfällt.
Um den Stromgrenzwert zu ändern, kann die Steuereinrich
tung 10 bei einigen Ausführungsbeispielen den Stromgrenzwert
mittels inkrementelle Beträge einstellen, die vorgegebene
prozentuale Anteile (beispielsweise S%) des maximalen Sta
pelstromnennwerts sind. Bei anderen Ausführungsformen kann
die Steuereinrichtung 10 dem Änderungsbetrag andere Krite
rien zugrundelegen oder kann der Änderung einen vorgegebenen
Wert zugrundeliegen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuerein
richtung 10 ein Proportional-Integral-Differential-Regel
schema (PID), ein heuristisches Regelschema oder eine Nach
schlagetabelle (LUT) 11 (siehe Fig. 1) verwenden, um die
oben beschriebene dynamische Strombegrenzung durchzuführen.
Als Beispiel kann die LUT 11 in einem Nur-Lese-Speicher
(ROM) oder einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) des
Brennstoffzellensystems 30, wie beispielsweise einem Spei
cher der Steuereinrichtung 10, gespeichert werden. Bei eini
gen Ausführungsbeispielen kann die Steuereinrichtung 10 auch
an einen (nicht gezeigten) Wasserstoffsensor im Anodenabgas
angeschlossen sein. Beispielsweise kann die Steuereinrich
tung 10 den Stromgrenzwert verringern, wenn die Wasserstoff
konzentration des Anodenabgases unter einen vorbestimmten
Schwellenwert (z. B. 8%) abfällt. Auf diese Weise kann der
Wasserstoffsensor eine zusätzliche Rückmeldung liefern, um
zu verhindern, daß die Stromentnahme aus dem Stapel 32 die
Zellen aushungert.
Die Zellenspannungen können im Verlauf ihrer Lebensdauer
und/oder in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des
Brennstoffzellenstapels 32 variieren. So können über die
Zeit verschiedene Zellen die minimale Zellenspannung lie
fern. Da die Steuereinrichtung 10 ihre Steuerung jedoch auf
die zuletzt bestimmte Zelle mit minimaler Spannung stützt,
berücksichtigt die Steuerung durch die Steuereinrichtung 10
diese Erscheinung. Bei einigen Ausführungsbeispielen be
stimmt die Steuereinrichtung 10 somit die minimale Zellen
spannung dynamisch während des Regelungsverlaufs.
Es wird wieder auf Fig. 1 Bezug genommen; neben anderen
Merkmalen des Brennstoffzellensystems 30 konvertiert der
Wechselrichter 34 die durch den Brennstoffzellenstapel 32
bereitgestellte Gleichspannung (DC) in Wechselspannung (AC),
die an eine Last, wie beispielsweise einem Verbraucherhaus
halt, geliefert wird. Die Steuereinrichtung 40 kann mit dem
Reformer 47 über eine oder mehrere Steuerleitungen 54 zusam
menwirken, um die Wasserstoffgasproduktion des Reformers 47
auf der Grundlage der durch den Verbraucher geforderten Lei
stung zu steuern. Um den Leistungsbedarf zu bestimmen, kann
die Steuereinrichtung 10 den Stromsensor 59 verwenden, der
beispielsweise mit einem der Ausgangsanschlüsse 57 des DC-
DC-Konverters 55 in Reihe geschaltet ist. Beispielsweise
kann der DC-DC-Konverter 55 ein Buck- oder Boost-/Schalt-
Spannungsregler sein. Ein Abgasoxidierer 38 des Brennstoff
zellensystems 30 kann unverbrauchte Reaktanden und Reakti
onsprodukte aus dem Brennstoffzellenstapel 32 (über die Ab
gasleitungen 33) aufnehmen und oxidieren.
Das Brennstoffzellensystem 30 kann ferner Steuerventile
42 umfassen, die (über eine Leitung 48) einen Luftstrom von
einem Gebläse 51 aufnehmen, das durch einen Filter 53
(beispielsweise einen hocheffizienten Teilchenrückhaltefil
ter (HEPA)) gefilterte Luft aufnimmt. Der Luftstrom liefert
Sauerstoff - einen Reaktanden - an den Brennstoffzellensta
pel 32. Die Steuerventile 42 nehmen ferner einen Wasser
stoffgasstrom aus einer Leitung 50 auf, die aus dem Reformer
47 herangeführt ist. Die Steuerventile 42 versorgen jeweils
die Auslaßleitungen 49 und 47, die diese Reaktanden an die
geeigneten Reaktandendruckleitungen des Brennstoffzellensta
pels 32 liefern. Die Steuereinrichtung 10 kann beispielswei
se einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder Mikroprozes
soren umfassen.
Andere Ausführungsformen liegen innerhalb des Schutzum
fangs der folgenden Ansprüche. Beispielsweise kann das
Brennstoffzellensystem 30 Energie an ein Automobil anstelle
eines Hauses liefern. Andere Anordnungen sind möglich.
Claims (27)
1. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels
(32), wobei:
ein Brennstofffluß durch den Brennstoffzellenstapel (32) eingestellt wird, um einen Strom zu erzeugen,
die Zellenspannungen des Brennstoffzellenstapels (32) abgetastet werden, um die minimale Zellenspannung zu bestim men, und
ein maximaler Grenzwert für den Strom gesetzt wird, der wenigstens teilweise auf der minimalen Zellspannung basiert.
ein Brennstofffluß durch den Brennstoffzellenstapel (32) eingestellt wird, um einen Strom zu erzeugen,
die Zellenspannungen des Brennstoffzellenstapels (32) abgetastet werden, um die minimale Zellenspannung zu bestim men, und
ein maximaler Grenzwert für den Strom gesetzt wird, der wenigstens teilweise auf der minimalen Zellspannung basiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Einstellen eine Regelung des Brennstoffflusses auf
der Grundlage der Ausgangsleistung umfaßt, wobei die Rege
lung ein verzögertes Ansprechen zeigt und das Setzen des ma
ximalen Grenzwerts den Brennstoffzellenstapel (32) an der
Aufnahme eines aufgrund des verzögerten Ansprechens nicht
ausreichenden Brennstoffflusses hindert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Abtasten das kontinuierliche Überwachen
der Zellenspannungen während des Regelns umfaßt, um die mi
nimale Zellenspannung dynamisch zu bestimmen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die minimale Zellenspannung während des
zeitlichen Verlaufs unterschiedlichen Brennstoffzellen des
Brennstoffzellenstapels (32) zugeordnet sein kann.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Setzen des maximalen Grenzwerts ver
hindert, daß die Zellenspannungen unter einen minimalen
Spannungsschwellenwert abfallen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Setzen des maximalen Grenzwerts ver
hindert, daß die minimale Zellenspannung unter einen minima
len Spannungsschwellenwert abfällt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß DC-DC-Spannungskonverter (55) verwendet
werden, um eine Ausgangsspannung aus dem Brennstoffzellen
stapel (32) aufzunehmen und einen vorgegebenen Spannungspe
gel an einem Ausgangsanschluß (64) des Konverters (55) zu
liefern.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Setzen des maximalen Stromgrenzwerts das Einstellen
eines maximalen Ausgangsstroms aus dem DC-DC-Spannungskon
verter (55) umfaßt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Unterstützung des Brennstoffzellen
stapels (32) ferner eine Batterie (60) vorgesehen ist, um
einen über den maximalen Grenzwert hinausgehenden zusätzli
chen Strom zu liefern.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Setzen des maximalen Grenzwerts die
Erhöhung des maximalen Grenzwerts umfaßt, wenn sich die mi
nimale Zellenspannung erhöht.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Setzen des maximalen Grenzwerts die
Verringerung des maximalen Grenzwerts umfaßt, wenn sich die
minimale Zellenspannung verringert.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Setzen des maximalen Grenzwerts die
Erhöhung des maximalen Grenzwerts umfaßt, wenn sich der
Brennstofffluß erhöht.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Setzen des maximalen Grenzwerts die
Verringerung des maximalen Grenzwerts umfaßt, wenn sich der
Brennstofffluß verringert.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß dieses ferner die Messung einer Wasser
stoffkonzentration in einem Anodenabgasstrom und die Ein
stellung des maximalen Stromgrenzwerts auf der Grundlage der
gemessenen Wasserstoffkonzentration umfaßt.
15. Brennstoffzellensystem (30) mit einem Brennstoffzel
lenstapel (32), der in Abhängigkeit von einem Brennstofffluß
einen Strom erzeugen kann; und einer an den Brennstoffzel
lenstapel (32) angeschlossenen Schaltung (36),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltung (36) die Zellenspannungen des Brenn
stoffzellenstapels (32) bestimmen kann, die minimale Zellen
spannung aus den Zellenspannungen auswählt und einen maxima
len Grenzwert für den Strom setzt, wobei der maximale Grenz
wert zum Teil wenigstens auf der minimalen Zellenspannung
basiert.
16. Brennstoffzellensystem (30) nach Anspruch 15, da
durch gekennzeichnet, daß dieses ferner einen Reformer (47)
aufweist, der den Brennstofffluß liefert, wobei der Reformer
(47) verzögert anspricht, und daß die Schaltung (36) den ma
ximalen Grenzwert setzt, um zu verhindern, daß der Brenn
stoffzellenstapel (32) einen unzureichenden Brennstofffluß
aufgrund des verzögerten Ansprechens erhält.
17. Brennstoffzellensystem (30) nach Anspruch 15 oder
16, gekennzeichnet durch eine Spannungsüberwachungsschaltung
(36), die die Zellenspannungen während des Regelns kontinu
ierlich überwachen kann, um die minimale Zellenspannung dy
namisch zu bestimmen.
18. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche
15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Zellen
spannung über den Zeitverlauf unterschiedlichen Brennstoff
zellen des Brennstoffzellenstapels (32) zugeordnet sein
kann.
19. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche
15 bis 18, gekennzeichnet durch einen DC-DC-Konverter (55),
der an den Brennstoffzellenstapel (32) angeschlossen ist, um
eine Ausgangsleistung zu liefern.
20. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche
15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (36)
verhindert, daß die Zellenspannungen unter einen minimalen
Spannungsschwellenwert abfallen.
21. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche
15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (36)
verhindert, daß die minimale Zellenspannung unter einen mi
nimalen Spannungsschwellenwert abfällt.
22. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche
15 bis 21, gekennzeichnet durch eine Batterie (60), die den
Brennstoffzellenstapel (32) unterstützt, um zusätzlichen
Strom zu liefern, wenn der Strom in der Nähe des oberen
Grenzwerts liegt.
23. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche
15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (36)
den maximalen Grenzwert erhöhen kann, wenn sich die minimale
Zellenspannung erhöht.
24. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche
15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung den ma
ximalen Grenzwert verringern kann, wenn sich die minimale
Zellenspannung verringert.
25. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche
15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung den ma
ximalen Grenzwert erhöhen kann, wenn sich der Brennstofffluß
erhöht.
26. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche
15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung den ma
ximalen Grenzwert verringern kann, wenn sich der Brennstoff
fluß verringert.
27. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche
15 bis 26, gekennzeichnet durch einen Sensor, der eine Was
serstoffkonzentration in einem Anodenabgasstrom messen kann,
sowie eine Schaltung, die den maximalen Stromgrenzwert auf
der Grundlage der gemessenen Wasserstoffkonzentration ein
stellen kann.
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