DE10109151A1 - System zur Regelung der Ausgangsgrößen eines Brennstoffzellen-Strom- oder -Spannungsgenerators - Google Patents
System zur Regelung der Ausgangsgrößen eines Brennstoffzellen-Strom- oder -SpannungsgeneratorsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Regelung der Ausgangsgrößen eines Brennstoffzellen-Strom- oder -Spannungsgenerators. Nachteil bisheriger Lösungen ist es, daß die Anpassung der von der Brennstoffzelle abgegebenen Leistung nur auf einer Prozeßgröße oder nur einer Strom-/Spannungsmessung beruht. Ein weiterer Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß erst nach einer bestimmten Reaktionszeit plötzlich auftretende Lastsprünge ausgeregelt werden, um so der Gefahr einer Gasverknappung zu begegnen. Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden, die eine bessere Leistungsanpassung zwischen dem Ausgang einer Brennstoffzelle und einer Last ermöglicht, wobei Leistungseinschränkungen aufgrund plötzlicher Lastsprünge minimiert oder beseitigt werden sollen. Diese Aufgabe wird durch ein System zur Regelung der Ausgangsgrößen eines Brennstoffzellen-Strom- oder -Spannungsgenerators, das zumindest eine Brennstoffzelle, die einen Ausgangsgleichstrom erzeugt, umfaßt und einen Abgabestrom erzeugt, der einem elektrischen Verbraucher zugeführt wird, wobei das System einen DC/DC-Regler zur Regelung von Ausgangsstrom (I¶a¶) und Ausgangsspannung (U¶a¶) aufweist, der den maximalen Ausgangsgleichstrom (I¶max¶), der durch die Brennstoffzelle geliefert wird, in Abhängigkeit der Betriebsparameter der Brennstoffzelle regelt, die maximale Änderungsrate (di/dt) des von der Brennstoffzelle gelieferten Ausgangsgleichstroms auf einen Wert zwischen einen ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Regelung der Aus
gangsgrößen eines Brennstoffzellen-Strom- oder -Spannungsgenerators.
Brennstoffzellen ermöglichen die direkte Erzeugung von elektrischer Energie
aus Wasserstoff und Sauerstoff mit einem erheblich besseren Wirkungsgrad
und deutlich geringeren Schadstoffemissionen als herkömmliche Energieer
zeuger. Die heute überwiegend verwendeten PEM-Brennstoffzellen sind für
sich allein nicht betreibbar. Daher werden ein PEM-Brennstoffzellenblock, ein
Betriebsteil und eine zugeordnete Modulelektronik zu einem PEM-
Brennstoffzellen-Modul zusammengefaßt. Im Betriebsteil sind die Einrichtungen
für die Versorgung mit Wasserstoff und Luft, für die Produktwasserabfuhr, für
die Verlustwärmeabfuhr, für die Befeuchtung der Reaktanten und für die Sepa
ration der Gasverunreinigungen zusammengefaßt.
Beim Betrieb einer solchen Anlage ist allerdings die notwendige Dynamik für
kurzzeitige und schnelle Laständerungen problematisch. Insbesondere beim
Einsatz in Kraftfahrzeugen muß das Brennstoffzellensystem unmittelbar auf
schnelle Belastungswechsel reagieren. Dabei muß es bei einer Geschwindig
keit des Fahrzeuges von 30 km/h ebenso wie von 150 km/h sowohl in der Ebe
ne als auch bei Steigungen die notwendige Leistung abgeben.
Zur Anpassung der Leistung zwischen einer Brennstoffzelle und einer Last,
d. h. einem elektrischen Verbraucher wie beispielsweise einem Kraftfahrzeug
motor, sind verschiedene Regelverfahren bekannt. Diese beruhen zum einen
auf einem, die Brennstoffzelle speziell betreffenden Parameter auf dessen
Grundlage die momentan verfügbare bzw. zulässige Leistung der Brennstoffzelle
berechnet wird. Zum anderen wird eine Regelung der Ausgangsspannung
bzw. des Ausgangsstroms vorgenommen, die allerdings nur auf Strom- bzw.
Spannungs- und Strommessungen gestützt ist.
Beispielsweise beschreibt DE 44 40 357 eine Gasverknappungsschutz
schaltung für eine Brennstoffzellen-Energieerzeugungsanlage. Diese enthält
neben der Gasverknappungsschutzeinheit eine Brennstoffzelle, einen Wechsel
richter, eine Konstantspannungsregelschaltung und einen Überstrombegrenzer.
Die Schutzeinheit enthält einen Berechnungsabschnitt zum Berechnen eines
zulässigen Überstromwertes. Dieser wird auf der Grundlage eines Brennstoff
nutzkoeffizienten und eines Ausgangsstroms der Brennstoffzelle berechnet. Ein
Ansprechgeschwindigkeitssteuerteil beseitigt eine Übergangsschwankung des
zulässigen Überstromwertes und gibt ein Überstromwertsignal aus. Die Über
strombegrenzungseinheit gibt an die Konstantspannungsregelschaltung ein
Signal, welches den Überstrom unterdrückt, wenn der Ausgangsstrom der
Brennstoffzelle den voreingestellten Überstromwert übersteigt.
DE 196 20 458 offenbart einen Brennstoffzellen-Leistungsgenerator mit einem
Abgabesystem zum Verhindern einer Verschlechterung des Brennstoffzellen
verhaltens aufgrund eines Brennstoffmangels. Dazu weist der Generator ein
Abgabesteuersystem auf, der einen Ausgangssteuerungsregler zur Steuerung
der Ausgangsleistung eines Wechselrichters so gut wie möglich auf einen
Stromwert, der dem Ausgangsleistungs-Sollwert entspricht, eine Wechslrichter-
Steuereinrichtung und einen Ausgangskorrekturabschnitt enthält. Der Aus
gangskorrekturabschnitt enthält eine Berechnungseinheit zur Berechnung des
maximal zur Verfügung stehenden Ausgangsleistungswertes der Brennstoff
zelle auf der Basis der erfaßten Strömungsrate des in die Brennstoffzelle strö
menden Gases oder des aus der Brennstoffzelle ausströmenden Brennstoffab
gases, eine Minimalwert-Einrichtung zur Auswahl des niedrigeren Wertes aus
dem berechneten, maximal verfügbaren Ausgangsleistungswert oder dem Aus
gangsleistungs-Sollwert, und einen Ausgangskorrekturregler für die Speisung
des Ausgangssteuerungs-Reglers mit einem Signal zur Korrektur des Ausgangsleistungs-Sollwertes,
damit der erfaßte Ausgangsstrom der Brennstoff
zelle so gut wie möglich auf den Stromwert gesteuert wird, der dem von der
Minimalwert-Wähleinrichtung abgegebenen Stromwert entspricht.
Nachteil dieser und weiterer vergleichbarer Lösungen ist es, daß die Anpas
sung der von der Brennstoffzelle abgegebenen Leistung nur auf einer Prozeß
größe, auch wenn es sich dabei um eine für die in der Brennstoffzelle ablau
fenden Vorgänge wesentliche Prozeßgröße handelt, oder nur einer Strom-
/Spannungsmessung beruht. Dies ist jedoch für eine optimale Leistungsanpas
sung nicht ausreichend, da für eine sichere Betriebsweise aufgrund der kom
plexen Abläufe in dem Brennstoffzellensystem eine Beschränkung auf die Mes
sung eines einzelnen Parameters nicht ausreichend ist. Als Prozeßgrößen wer
den entweder nur der Massenstrom der Reaktionsluft oder die Volumenströme
des Brenngases und/oder des Abgases herangezogen.
Ein weiterer Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß erst nach einer be
stimmten Reaktionszeit plötzlich auftretende Lastsprünge ausgeregelt werden,
um so der Gefahr einer Gasverknappung zu begegnen. Das hat jedoch zur
Folge, daß eine zumindest kurzzeitige Leistungseinschränkung zum Verbrau
cher hin erfolgt.
Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile
des Standes der Technik zu überwinden. Dabei steht die Aufgabe, eine Lösung
zu finden, die eine bessere Leistungsanpassung zwischen dem Ausgang einer
Brennstoffzelle und einer Last ermöglicht, wobei Leistungseinschränkungen
aufgrund plötzlicher Lastsprünge minimiert oder beseitigt werden sollen.
Erfindungsgemäß wird dies durch ein System zur Regelung der Ausgangsgrö
ßen eines Brennstoffzellen-Strom- oder -Spannungsgenerators mittels der im
kennzeichnenden Teil wiedergegebenen Merkmale gelöst. Somit wird - unter
Bezugnahme auf Fig. 1 - ein System erhalten, das zumindest eine Brennstoff
zelle, die einen Ausgangsgleichstrom erzeugt, umfaßt und einen Abgabestrom
erzeugt, der einem elektrischen Verbraucher zugeführt wird, wobei das System
einen DC/DC-Regler zur Regelung von Ausgangsstrom (Ia) und Ausgangs
spannung (Ua) aufweist, der den maximalen Ausgangsgleichstrom (Imax), der
durch die Brennstoffzelle geliefert wird, in Abhängigkeit der Betriebsparameter
der Brennstoffzelle regelt, die maximale Änderungsrate (di/dt) des von der
Brennstoffzelle gelieferten Ausgangsgleichstroms auf einen Wert zwischen ei
nen Maximalwert und Null begrenzt, die Ausgangsspannung des durch die
Brennstoffzelle gelieferten Ausgangsgleichstroms bis zum Erreichen der
Stromgrenze konstant hält und die Ausgangsspannung beim Erreichen der
Stromgrenze senkt.
Mittels dieses Systems können die wesentlichen Betriebsparameter der Brenn
stoffzelle bei der Regelung des Ausgangsstroms und der Ausgangsspannung
berücksichtigt werden, so daß eine optimale Anpassung an die Eigenschaften
der Brennstoffzelle möglich ist. Wesentliche Betriebsparameter sind unter an
derem die Temperatur, die Reaktionszeiten, die Feuchte und der Druck, das
heißt, mittels des erfindungsgemäßen Systems wird der Maximalstrom in Ab
hängigkeit dieser Parameter geregelt.
Durch die Begrenzung der maximalen Änderungsrate di/dt des Brennstoffzel
lenstromes zwischen einem Maximalwert und Null wird weiterhin eine Zeitab
hängigkeit des Brennstoffzellenstroms realisiert. Die Strombegrenzung wird so
durch eine variable Stromanstiegsbegrenzung ergänzt, was das Brennstoffzel
lensystem bei maximaler Leistungsabgabe optimal schützt. Dabei erfolgt die
Begrenzung für Anstieg und Abfall getrennt.
Die Spannung am Ausgang Ua wird mittels des DC/DC-Reglers bis zum Errei
chen der Strombegrenzung konstant gehalten. Mit Erreichen der Stromgrenze
wird diese gesenkt.
Vorzugsweise umfaßt das System weiterhin ein Puffersystem, das dem DC/DC-
Regler nachgeschaltet ist, so daß bei Lastanforderungen, die höher als die von
der Brennstoffzelle momentan lieferbare Energie sind, der Differenzbetrag
durch Spannungsabsenkung aus dem Puffersystem geliefert wird. Das Puffer
system sollte parallel zum elektrischen Verbraucher geschaltet sein. Bei der
Verwendung eines solchen Energiepuffers stellt sich Ua entsprechend der Cha
rakterisitk des Puffersystems ein, wobei die Summe aus Ia und Ipuff den Strom
bedarf ILast des elektrischen Verbrauches (Last) decken.
Vorzugsweise wird das Puffersystem mit von der Brennstoffzelle gelieferter
Ausgangsspannung (Ua) im Teillastbetrieb der Brennstoffzelle regeneriert. Um
einen Rückstrom in die Brennstoffzelle zu verhindern, sollte der DC/DC-Regler
eine Rückstromsperre aufweisen.
Gegebenenfalls sollte mittels des DC/DC-Reglers eine Verzögerungszeit (tv)
einstellbar sein. Diese Verzögerungszeit entspricht der notwendigen Reakti
onszeit der Brennstoffzelle auf eine erhöhte Lastanforderung.
Das dargestellte System ist selbstverständlich nicht nur für eine einzelne
Brennstoffzelle, sondern auch für mehrere Brennstoffzellen verwendbar, die
parallel geschaltet sind.
Das erfindungsgemäße System bietet somit mehrere Vorteile. Aufgrund der
komplexen Berücksichtigung aller relevanten Betriebsparameter ist eine opti
male und sichere Leistungsanpassung zwischen dem Ausgang einer Brenn
stoffzelle und einem elektrischen Verbraucher möglich. Bei der Einbeziehung
eines Energiepuffers können plötzlich auftretende Lastspitzen, die durch die
Brennstoffzelle selbst nicht sofort ausgeglichen werden können, kompensiert
werden. Ist die Lastanforderung größer als die von der Brennstoffzelle mo
mentan lieferbare Energie, kann der Differenzbetrag automatisch durch Span
nungsabsenkung aus dem Puffer ohne Rückwirkung auf die Brennstoffzelle
bezogen werden. Überdies besteht die Möglichkeit der Energierückgewinnung
aus generatorischem Betrieb, wenn elektromotorische Antriebe plötzlich abgebremst
werden. Ein Rückstrom in die Brennstoffzelle wird durch die Rückstrom
sperre (z. B. Diode) verhindert.
Überdies kann der Energiepuffer die zum Start der Brennstoffzelle benötigte
Energie bereitstellen. Treten Fehler innerhalb der Brennstoffzelle oder dem
Brennstoffzellen-Management auf, beispielsweise bei der Bereitstellung der
Reaktionsmedien, kann eine Einspeisung zeitlich begrenzt aufrechterhalten
werden, was aus Sicherheitsgründen notwendig sein kann. Das betrifft bei
spielsweise Notfunktionen, geregeltes Herunterfahren bzw. Abschalten von
Anlagenteilen oder Geräten oder das Fahren in gefahrlose Endlagen.
In dem DC/DC-Regler kann, wenn dies im verfahrenstechnischem Manage
ment der Brennstoffzelle nicht vorgesehen ist, eine für den Brennstoffzellentyp
und die technischen Parameter der Brennstoffzelle speziell zugeschnittene
Kennlinie bzw. ein speziell zugeschnittenes Kennlienienfeld hinterlegt werden.
Zur optimalen Anpassung der Kennlinie bzw. zur optimalen Auswahl einer
Kennlinie aus hinterlegten Kennlinienfeldern bezüglich des momentanen Be
triebsverhaltens der Brennstoffzelle können alle oder ausgewählte verfahren
stechnische Parameter als weitere Eingangsgrößen zur Beeinflussung des
Kennlinienanstieges verwendet werden. Die Eingangsgrößen werden dabei
durch Auswahlverfahren (Vergleicher) für den sichersten Betrieb der Brenn
stoffzelle ausgewählt.
Bei Überlast, beispielsweise Kurzschluß, oder Fehlfunktionen der Brennstoff
zelle kann zum Schutz der Brennstoffzelle bei Unterschreitung eines einstellba
ren Minimalwertes Umin eine, durch einen geeigneten Entscheidungsalgorithmus
veranlaßte, galvanische und/oder technologische Abschaltung durch Zufuhr
unterbrechung der Reaktionsgase erfolgen. Eine derartige Abschaltung durch
Auswertung des Kurzschlußstromes ist durch ein geeignetes Speicherglied
(Flip-Flop) möglich, da der auftretende Stromimpuls nur für eine Zeitdauer von
ca. 2 ms meßbar ist (vgl. DE 40 34 183, DE 44 40 357).
Der DC/DC-Regler kann als Tiefsetzer (UBZ < Ua) oder als Hochsetzer (UBZ < Ua)
fungieren.
Das beschriebene System kann im Inselbetrieb zur Erzeugung eines Gleich
strom- und/oder Wechselstromnetzes dienen. Soll das Brennnstoffzellensystem
als Konstantspannungs- bzw. Wechselstromgenerator arbeiten, ist die Nach
schaltung eines entsprechenden DC/DC-Wandlers bzw. eines Wechselrichters
notwendig. Eine Einspeisung des erzeugten Stromes in ein schon vorhandenes
Gleich- oder Wechselstromnetz ist somit möglich.
Dem erfindungsgemäßen System liegt folgendes Verfahren zur Regelung der
Ausgangsgrößen eines Brennstoffzellen-Strom- oder -Spannungsgenerators
zugrunde: Mittels eines DC/DC-Reglers werden Ausgangsstrom (Ia) und Aus
gangsspannung (Ua) und der maximale Ausgangsgleichstrom (Imax), der durch
die Brennstoffzelle geliefert wird, in Abhängigkeit der Betriebsparameter der
Brennstoffzelle geregelt, wobei die maximale Änderungsrate (di/dt) des von der
Brennstoffzelle gelieferten Ausgangsgleichstroms auf einen Wert zwischen ei
nem Maximalwert und Null begrenzt, die Ausgangsspannung des durch die
Brennstoffzelle gelieferten Ausgangsgleichstroms bis zum Erreichen der
Stromgrenze konstant gehalten und die Ausgangsspannung beim Erreichen
der Stromgrenze gesenkt wird. Das Verfahren kann ein Puffersystem umfas
sen, daß bei Lastanforderungen, die höher als die von der Brennstoffzelle mo
mentan lieferbare Energie sind, den Differenzbetrag durch Spannungsabsen
kung über ein Puffersystem liefert. Dabei sollte das Puffersystem mit von der
Brennstoffzelle gelieferter Ausgangsspannung (Ua) regeneriert werden. Ein
Rückstrom in die Brennstoffzelle sollte mittels einer im DC/DC-Regler inte
grierten Rückstromsperre (z. B. Diode) verhindert werden.
Vorzugsweise wird eine Verzögerungszeit (tv) eingestellt, die der Reaktionszeit
der Brennstoffzelle auf eine erhöhte Lastanforderung entspricht.
System und Verfahren der vorliegenden Erfindung sind universell für alle Arten
von Brennstoffzellen sowie für die Versorgung einer breiten Verbraucherpalette
anwendbar und nicht auf spezielle Anwendungen beschränkt. Sie gewährlei
sten eine weitestgehend optimale Leistungsanpassung unter Berücksichtigung
der Faktoren maximale Leistung bzw. maximaler Strom, Strom
anstiegsgeschwindigkeit und Totzeitverhalten ohne Beeinträchtigung der Last
anforderung. Im Normalbetrieb wird der Verbraucher direkt aus der Brennstoff
zelle gespeist. Im Falle plötzlicher Leistungsanforderungen kann eine optimale
("weiche") Leistungsaufteilung zwischen Brennstoffzelle und Energiespeicher
erfolgen. Bei dem Energiespeicher kann es sich beispielsweise um eine Batte
rie handeln. Das Regelregime ist so gestaltet, daß die Gefahr einer Gasver
knappung ausgeschlossen ist, das heißt, daß jederzeit ein Schutz der Brenn
stoffzelle hinsichtlich Überlast und Fehlfunktionen gewährleistet wird.
Damit ist die Erfindung aufgrund ihrer guten Dynamik als Energiequelle für
Fahrantriebe geeignet. Bei diesen wie bei den Anwendungen, für die eine tole
ranzbehaftete Gleichspannung nur eine untergeordnete Rolle spielt, ist eine
direkte Anschaltung an das System möglich. Das Regelsystem ist als Block
schaltbild in Fig. 1 dargestellt.
System und Verfahren werden nachstehend unter Bezug auf die Fig. 2 an
hand eines Beispiels näher erläutert. Fig. 2 zeigt das Verhalten des Systems
bei Lastwechsel und dessen Einfluß auf den von der Brennstoffzelle gelieferte
Leistung.
Bei Zuschaltung eines leistungsstarken Verbrauchers erfolgt ein sprungartiges
Anwachsen des Laststromes (von ILast1 auf ILast2). Je nach Typ und Eigen
schaften der Brennstoffzelle wird eine Verzögerungszeit am DC/DC-Regler ein
gestellt, nach deren Ablauf der Ausgangsstrom des DC/DC-Reglers (Ia) mit der
vorgegebenen, dem Betriebszustand der Brennstoffzelle entsprechenden
Stromanstiegsgeschwindigkeit (VI) bis auf den Wert des Laststromes an
steigt. Während der rampenförmigen Änderung des Ausgangsstromes des
DC/DC-Reglers wird die Ausgangsspannung soweit gesenkt, daß nur der zulässige
Strom fließen kann. Es wirkt also eine dynamische Strombegrenzung.
Bei Verwendung eines nachgeschalteten Energiepuffers stellt sich während der
rampenförmigen Änderung des Ausgangsstromes und der damit verbundenen
Senkung der Ausgangsspannung am DC/DC-Regler ein gemeinsamer Ar
beitspunkt ein, so daß der Laststrom bei geringfügig gesenkter Ausgangsspan
nung voll fließen kann und sich im Zeitraum der Stromanstiegsbegrenzung aus
dem maximal zulässigen Strom der Brennstoffzelle (IBZ) und dem Strom aus
dem Energiepuffer (Ipuff) zusammensetzt. Erreicht der Ausgangsstrom des
DC/DC-Reglers den Wert des Laststromes (Ia = ILast), so stellt sich am DC/DC-
Regler der Nennwert der Ausgangsspannung (Ua) ein. Damit wird der Last
strombedarf allein von der Brennstoffzelle gedeckt und der Energiepuffer
(sofern vorhanden) wird regeneriert.
Im Interesse maximaler Dynamik der Leistungsanpassung der Brennstoffzelle
an die Anforderungen der Last sind eine minimale (oder keine) Verzögerungs
zeit (tv), eine maximale Stromanstiegsgeschwindigkeit (di/dt) und die größt
mögliche Strombegrenzung (Imax) anzustreben und dem DC/DC-Regler als
Steuerparameter vorzugeben.
Das geregelte Abschalten ist gemäß einem abfallenden Kennlinienast darge
stellt.
Dabei wird eine sprungartige Minderung des Laststromes (ILast) angenommen.
Je nach Typ der Brennstoffzelle kann dies zu negativen Auswirkungen auf die
Arbeitsweise führen. Demzufolge kann für die Stromabfallgeschwindigkeit
(VImin) ein Wert vorgegeben werden, der die Brennstoffzelle diesbezüglich
schützt. Hierbei erhöht sich die Ausgangsspannung am DC/DC-Regler, um den
Strom entsprechend der vorgegebenen abfallenden Kennlinie zu treiben. Ist
kein Energiepuffer vorhanden bzw. das Speichervermögen des vorhandenen
Puffers nicht groß genug, den Strom im Bereich der zulässigen Ausgangsspan
nung (Ua) aufzunehmen, so erfolgt die Stromableitung über eine geeignete Vor
richtung zur Spannungsbegrenzung (z. B. Varistor).
Ia Ausgangsstrom
Ua
Ua
Ausgangsspannung
IBZ
IBZ
von der Brennstoffzelle gelieferter Strom
UBZ
UBZ
von der Brennstoffzelle gelieferte Spannung
ILast
ILast
Laststrom
Ipuff
Ipuff
Strom des Energiepuffers
Imax
Imax
maximaler Ausgangsstrom
te
te
Einstellzeit, Zeit die vergeht, bis BZS die von der Last benötigte
Leistung liefert
tv
tv
Verzögerungszeit bis BZS zum Lastanstieg bereit ist
Z1
Z1
, Z2
Betriebszustand des BZS, als Basis für die Ermittlung der
Stellgrößen genutzt
VImax
VImax
Maximale Stromanstiegsgeschwindigkeit
VImin
VImin
Maximale Stromabfallgeschwindigkeit
Claims (11)
1. System zur Regelung der Ausgangsgrößen eines Brennstoffzellen-
Strom- oder -Spannungsgenerators, das zumindest eine Brennstoff
zelle, die einen Ausgangsgleichstrom erzeugt, umfaßt und einen Ab
gabestrom erzeugt, der einem elektrischen Verbraucher zugeführt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß das System einen DC/DC-Regler
zur Regelung von Ausgangsstrom (Ia) und Ausgangsspannung (Ua)
aufweist, der den maximalen Ausgangsgleichstrom (Imax), der durch
die Brennstoffzelle geliefert wird, in Abhängigkeit der Betriebspara
meter der Brennstoffzelle regelt, die maximale Änderungsrate (di/dt)
des von der Brennstoffzelle gelieferten Ausgangsgleichstroms auf
einen Wert zwischen einen Maximalwert und Null begrenzt, die Aus
gangsspannung des durch die Brennstoffzelle gelieferten Ausgangs
gleichstroms bis zum Erreichen der Stromgrenze konstant hält und
die Ausgangsspannung beim Erreichen der Stromgrenze senkt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin
ein Puffersystem umfaßt, das dem DC/DC-Regler nachgeschaltet ist,
so daß bei Lastanforderungen, die höher als die von der Brennstoff
zelle momentan lieferbare Energie sind, der Differenzbetrag durch
Spannungsabsenkung aus dem Puffersystem geliefert wird.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Puffer
system parallel zum elektrischen Verbraucher geschaltet ist.
4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Puffersystem mit von der Brennstoffzelle gelieferter Ausgangsspan
nung (Ua) regeneriert wird.
5. System nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
DC/DC-Regler einen Rückstrom in die Brennstoffzelle verhindert.
6. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß mittels des DC/DC-Reglers eine Verzögerungszeit (tv)
des Stromanstiegs einstellbar ist.
7. Verfahren zur Regelung der Ausgangsgrößen eines Brennstoffzel
len-Strom- oder -Spannungsgenerators, das zumindest eine Brenn
stoffzelle, die einen Ausgangsgleichstrom erzeugt, umfaßt und einen
Abgabestrom erzeugt, der einem elektrischen Verbraucher zugeführt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines DC/DC-Reglers
Ausgangsstrom (Ia) und Ausgangsspannung (Ua) und der maximale
Ausgangsgleichstrom (Imax), der durch die Brennstoffzelle geliefert
wird, in Abhängigkeit der Betriebsparameter der Brennstoffzelle ge
regelt werden, wobei die maximale Änderungsrate (di/dt) des von der
Brennstoffzelle gelieferten Ausgangsgleichstroms auf einen Wert
zwischen einem Maximalwert und Null begrenzt, die Ausgangsspan
nung des durch die Brennstoffzelle gelieferten Ausgangsgleich
stroms bis zum Erreichen der Stromgrenze konstant gehalten und
die Ausgangsspannung beim Erreichen der Stromgrenze gesenkt
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es wei
terhin ein Puffersystem umfaßt, daß bei Lastanforderungen, die hö
her als die von der Brennstoffzelle momentan lieferbare Energie
sind, der Differenzbetrag durch Spannungsabsenkung über ein Puf
fersystem geliefert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Puf
fersystem mit von der Brennstoffzelle gelieferter Ausgangsspannung
(Ua) regeneriert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Rückstrom in die Brennstoffzelle mittels einer im DC/DC-Regler rea
lisierten Schaltung verhindert wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Verzögerungszeit (tv) eingestellt wird, die
der notwendigen Reaktionszeit der Brennstoffzelle auf eine erhöhte
Lastanforderung entspricht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10109151A DE10109151B4 (de) | 2001-02-24 | 2001-02-24 | Verfahren und System zur Regelung der Ausgangsgrößen eines Brennstoffzellen-Strom- oder -Spannungsgenerators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10109151A DE10109151B4 (de) | 2001-02-24 | 2001-02-24 | Verfahren und System zur Regelung der Ausgangsgrößen eines Brennstoffzellen-Strom- oder -Spannungsgenerators |
Publications (2)
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DE10109151A1 true DE10109151A1 (de) | 2002-09-12 |
DE10109151B4 DE10109151B4 (de) | 2008-04-30 |
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DE10109151A Expired - Fee Related DE10109151B4 (de) | 2001-02-24 | 2001-02-24 | Verfahren und System zur Regelung der Ausgangsgrößen eines Brennstoffzellen-Strom- oder -Spannungsgenerators |
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Country | Link |
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DE (1) | DE10109151B4 (de) |
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