DE102007035217A1 - Power supply system for electrical load, has fuel cell stacks and accumulator standing in direct electric connection with each other, where stacks guide voltage, such that reversible unloading of accumulator is omitted - Google Patents

Power supply system for electrical load, has fuel cell stacks and accumulator standing in direct electric connection with each other, where stacks guide voltage, such that reversible unloading of accumulator is omitted Download PDF

Info

Publication number
DE102007035217A1
DE102007035217A1 DE102007035217A DE102007035217A DE102007035217A1 DE 102007035217 A1 DE102007035217 A1 DE 102007035217A1 DE 102007035217 A DE102007035217 A DE 102007035217A DE 102007035217 A DE102007035217 A DE 102007035217A DE 102007035217 A1 DE102007035217 A1 DE 102007035217A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
supply system
accumulator
energy supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102007035217A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102007035217B4 (en
Inventor
Ernst-Ulrich Dipl.-Ing. Kattner (FH)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ADKOR GMBH, DE
Original Assignee
FutureE Fuel Cell Solutions GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FutureE Fuel Cell Solutions GmbH filed Critical FutureE Fuel Cell Solutions GmbH
Priority to DE102007035217A priority Critical patent/DE102007035217B4/en
Publication of DE102007035217A1 publication Critical patent/DE102007035217A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102007035217B4 publication Critical patent/DE102007035217B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04365—Temperature; Ambient temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04597—Current of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)

Abstract

The system has fuel cell stacks provided with a set of fuel cells i.e. polymer electrolyte diaphragm fuel cells, which are operated with hydrogenous gas and surrounding air. The stacks and an electrical secondary accumulator stand in a direct electric connection with each other, and the stacks guide voltage to an operating area, such that reversible unloading of the accumulator over the stacks is omitted. The stacks and the accumulator lie on the same voltage level (UB), as a positive voltage side and a negative voltage side of the stacks and the accumulator are directly through-connected. An independent claim is also included for a method for operating a power supply system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem auf Brennstoffzellenbasis mit einem wiederaufladbaren Akkumulator, einem sog. Sekundärakkumulator.The The present invention relates to a power supply system Fuel cell base with a rechargeable battery, a so-called secondary accumulator.

In den letzten Jahrzehnten sind verstärkt Brennstoffzellensysteme entwickelt worden, die insbesondere auf Basis eines Festelektrolyten, wie z. B. einer Polymerelektrolytmembran, zwei Reaktanden, z. B. Umgebungsluft und Wasserstoff, kontrolliert reagieren lassen können und den bei der Redox-Reaktion entstehenden elektrischen Strom bzw. die elektrische Spannung zur Verfügung stellen können. Neben dem Systemen, die ausschließlich mit Brennstoffzellen als einzige Energieumwandlungsquelle zurückgreifen, gibt es sog. Hybridsysteme, die sich dadurch auszeichnen, dass elektrische Energie in einem elektrochemischen Akkumulator, einer wiederaufladbaren Batterie, die aus den Brennstoffzellen stammen, zwischengespeichert werden können.In Fuel cell systems have been increasingly used in recent decades developed, in particular based on a solid electrolyte, such as B. a polymer electrolyte membrane, two reactants, for. B. Ambient air and hydrogen, can react in a controlled manner and the resulting in the redox reaction electric current or can provide the electrical voltage. In addition to systems that use only fuel cells as the sole source of energy conversion so-called hybrid systems, which are characterized by the fact that electrical Energy in an electrochemical accumulator, a rechargeable Battery, which come from the fuel cells, cached can be.

Die PCT-Patentanmeldung WO 01/78176 A1 (Anmelderin: Avista Laborstories, Inc., Prioritätstag: 7. April 2000), auch veröffentlicht als EP 1 273 059 A0 , führt detailliert aus, wie problematisch es ist, Brennstoffzellen, insbesondere mit einer Polymerelektrolytmembran, an einen Akkumulator anzuschließen, weil das Brennstoffzellenspannungsverhalten in Abhängigkeit des gezogenen Stroms und der an die Brennstoffzelle angeschlossenen Last in weiten Teilen variabel ist. Bei hohen Lastwechseln erfährt die Brennstoffzelle unter anderem Dehydrationszustände, die dazu führen, dass die Membran irreversibel geschädigt sein kann. Daher wird in der Patentanmeldung vorgeschlagen, einen DC/DC-Wandler einzusetzen, der zahlreiche Sensoren zur Ermittlung des Systemzustandes der Energieversorgungseinheit aufweist. Die Situation wird dann noch komplizierter, wenn mehrere Brennstoffzellensysteme skaliert zu einem Brennstoffzellenfeld zusammengeschaltet werden sollen. So wird in der US 2005 0112 428 A1 (Anmelderin: Hydrogenics Corp., Prioritätstag: 23. Oktober 2003) vorgeschlagen, nicht nur jedes einzelne Brennstoffzellenmodul mit einer eigenen Steuereinheit auszustatten, sondern darüber hinaus die einzelnen Module untereinander auch noch mit einem übergeordneten, einem sog. Master-Steuer-System zusammenzuschließen, dem über zahlreiche Sensoren der Zustand der gesamten Energieversorgungseinheit zur Verfügung gestellt werden soll. Aus den Druckschriften ist eine Tendenz abzulesen, durch immer mehr Schaltungslogik die Brennstoffzellensteuerung und Brennstoffzellenüberwachung bzw. das Verschalten mehrerer einzelner Brennstoffzellen mit Akkumulatoren in den Griff zu kriegen.The PCT patent application WO 01/78176 A1 (Applicant: Avista Laboratories, Inc., priority date: April 7, 2000), also published as EP 1 273 059 A0 describes in detail how problematic it is to connect fuel cells, in particular with a polymer electrolyte membrane, to an accumulator because the fuel cell voltage behavior is largely variable depending on the current drawn and the load connected to the fuel cell. During high load changes, the fuel cell undergoes, inter alia, dehydration conditions which cause the membrane to be irreversibly damaged. Therefore, it is proposed in the patent application to use a DC / DC converter having numerous sensors for determining the system state of the power supply unit. The situation becomes even more complicated when several fuel cell systems are scaled together to form a fuel cell array. So will in the US 2005 0112 428 A1 (Applicant: Hydrogenics Corp., priority date: October 23, 2003) proposed not only to equip each individual fuel cell module with its own control unit, but also to interconnect the individual modules with one another, a so-called master control system. which is to be provided via numerous sensors, the state of the entire power supply unit. From the pamphlets is a tendency read by getting more and more circuit logic to get the fuel cell control and fuel cell monitoring or the interconnection of several individual fuel cells with batteries under control.

Eine weitere Schaltungsvariante eines Energieversorgungssystems auf Batteriebasis kann der US 2004 016 47 02 A1 (Anmelder: D. Holmes, Anmeldetag: 20.02.2003) entnommen werden, bei der die Brennstoffzelle als Rückfalllösung dienen soll, wenn die Energieversorgung über eine Wechselstromquelle nicht mehr zur Verfügung steht. Hierzu werden einzelne Ladeströme für die Batterie überwacht.A further circuit variant of a battery-based power supply system may be the US 2004 016 47 02 A1 (Applicant: D. Holmes, filing date: 20.02.2003) in which the fuel cell is to serve as a fallback solution when the power supply via an AC power source is no longer available. For this purpose, individual charging currents for the battery are monitored.

Eine Schaltungsvariante, bei der die Anordnung zwischen elektrischem Ladespeicher, in dem Fall eine Ultrakapazität, und mehrerer Brennstoffzelleneinheiten umgetauscht worden ist, kann der PCT-Anmeldung WO 2006 093 862 A2 (Anmelderin: Relion Inc., Prioritätstag 28. Februar 2005) entnommen werden. Auch hier werden die einzelnen Stromquellen über Konverterschaltungen miteinander gekoppelt. Die beiden Patentanmeldungen WO 2006 113 985 A1 (Anmelderin: Hydrogenics Corp., Prioritätstag: 27. April 2005) und DE 195 17 813 A1 (Anmelderin: Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Anmeldetag: 18 Mai 1995) konzentrieren sich demgegenüber zu den zuvor benannten Druckschriften an der besseren Betriebsweise einer Brennstoffzelle, so dass die Risiken einer Schädigung möglichst gering gehalten werden sollen. Insbesondere die Idee, für Phosporsaure-Brennstoffzellen ( DE 195 17 813 A1 ) die Vorlauftemperatur und die Rücklauftemperatur eines über einen Kühlkreislauf gekühlten Brennstoffzellenstapels zu regeln, scheint in die richtige Richtung zu gehen, wobei die vorgeschlagene Anwendung nur dann zum Einsatz kommen kann, wenn es sich um flüssig gekühlte, insbesondere durch Wasser gekühlte, Brennstoffzellensysteme handelt.A circuit variant in which the arrangement between the electrical charge storage, in this case an ultracapacity, and several fuel cell units has been exchanged, can be the PCT application WO 2006 093 862 A2 (Applicant: Relion Inc., priority date February 28, 2005). Again, the individual power sources are coupled together via converter circuits. The two patent applications WO 2006 113 985 A1 (Applicant: Hydrogenics Corp., priority date: 27 April 2005) and DE 195 17 813 A1 (Applicant: Center for Solar Energy and Hydrogen Research Baden-Württemberg, filing date: 18 May 1995), in contrast to the above-mentioned documents focus on the better operation of a fuel cell, so that the risks of injury should be minimized. In particular, the idea for phosphoric acid fuel cells ( DE 195 17 813 A1 ) to regulate the flow temperature and the return temperature of a cooled over a cooling circuit fuel cell stack seems to go in the right direction, the proposed application can only be used when it comes to liquid cooled, in particular cooled by water, fuel cell systems.

Es ist daher sinnvoll, ein Energieversorgungssystem aufbauen zu können, dass möglichst langzeitstabil mit möglichst geringen Degradationseigenschaften für das Brennstoffzellensystem realisierbar ist.It therefore makes sense to build an energy supply system, that as long-term stable as possible with as little as possible Degradation properties for the fuel cell system is feasible.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Energieversorgungssystem nach Anspruch 1 bzw. nach Anspruch 22 gelöst. Ein vorteilhaftes Verfahren kann dem Anspruch 25 entnommen werden.The The object of the invention is achieved by a power supply system solved according to claim 1 or according to claim 22. An advantageous Method can be taken from claim 25.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.advantageous Embodiments are the dependent claims refer to.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Energieversorgungssystem. Das Energieversorgungssystem ist dazu bestimmt, unter anderem elektrische Energie in Form von elektrischem Strom und elektrischer Spannung für einen Verbraucher bzw. eine Last zur Verfügung zu stellen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden als Last die anzuschließenden Geräte, Gegenstände und Anlagen bezeichnet, die die elektrische Energie des Energieversorgungsystems umwandeln, d. h., so zu sagen verbrauchen, weiterleiten, insbesondere verändert weiterleiten, oder in ihrer elektrischen Form anpassen. Das Energieversorgungssystem kann als Insellösung, das bedeutet, alleinstehend, genutzt werden. Daneben kann das Energieversorgungssystem noch andere Formen der Energie zur Verfügung stellen, zum Beispiel Abwärme als thermische Energie – auch als Heizenergie bezeichnet. Verschiedene einzelne Brennstoffzellen sind zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengefasst. Durch die Membran zeichnet sich der Brennstoffzellenstapel als Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle in einer Ausgestaltung aus. Alternative Ausgestaltungen mit einem fixierten Elektrolyten können unter bestimmten Umständen ebenfalls aufgebaut werden. Die Brennstoffzellen werden mit Wasserstoff aus einer Wasserstoffquelle wie einem Wasserstofftank auf der Anodenseite versorgt. Auf der Kathodenseite wird die Umgebungsluft als Recktand zur Verfügung gestellt. Weiterhin hat das Energieversorgungssystem einen elektrochemischen Speicher. Es handelt sich um einen elektrischen Sekundärakkumulator, der be- und entladend werden kann. Der Sekundärakkumulator dient als elektrischer Zwischenspeicher der in dem Brennstoffzellenstapel umgesetzten Energie. Somit stellt der Brennstoffzellenstapel die primäre Quelle des elektrischen Stroms dar. Der Sekundärakkumulator ist die sekundäre Quelle des elektrischen Stroms. Je nach Betriebsweise des Energieversorgungssystems kann der abzugebende Strom aus dem Strom der Brennstoffzellen und dem Sekundärakkumulator addiert werden. Brennstoffzellenstapel und Sekundärakkumulator sind so miteinander verschaltet, dass beide auf dem gleichen Spannungsniveau liegen.The invention relates to a power supply system. The power supply system is designed, inter alia, electrical energy in the form of electric current and electrical voltage for a consumer or a load. For the purposes of the present invention are referred to as a load to be connected devices, objects and systems that convert the electrical energy of the power system, ie, so to speak consume, forward, in particular, pass on changed, or adapt in their electrical form. The energy supply system can be used as a stand-alone solution, that is, stand-alone. In addition, the energy supply system can provide other forms of energy available, for example, waste heat as thermal energy - also referred to as heating energy. Various individual fuel cells are combined to form a fuel cell stack. Through the membrane, the fuel cell stack is characterized as a polymer electrolyte membrane fuel cell in one embodiment. Alternative configurations with a fixed electrolyte may also be established under certain circumstances. The fuel cells are supplied with hydrogen from a hydrogen source such as a hydrogen tank on the anode side. On the cathode side, the ambient air is provided as reactant. Furthermore, the power supply system has an electrochemical storage. It is an electrical secondary accumulator that can be charged and discharged. The secondary accumulator serves as an electrical buffer of the energy converted in the fuel cell stack. Thus, the fuel cell stack is the primary source of electrical power. The secondary battery is the secondary source of electrical power. Depending on the mode of operation of the energy supply system, the current to be dispensed can be added from the flow of the fuel cells and the secondary accumulator. Fuel cell stack and secondary accumulator are interconnected so that both are at the same voltage level.

Der Brennstoffzellenstapel und der Sekundärakkumulator sind miteinander elektrisch gekoppelt. Sie stehen in direkter elektrischer Verbindung. Hierbei ist mit dem Begriff „direkte elektrische Verbindung" gemeint, dass keine galvanische Entkopplung zwischen Brennstoffzellenstapel und Sekundärakkumulator gegeben ist. Die beiden Energiequellen sind galvanisch entkopplungsfrei. Der Begriff ist hier im Sinne der elektrotechnischen Definitionenbildung zu verstehen, nämlich dass die sich bildenden zwei Stromkreise mit jeweils einer Energiequelle einen gemeinsamen Zweipol haben. Nach einer Ausgestaltung können zwar einzelne elektrische Bauteile, auch Halbleiter wie Dioden oder Mos-FETs, zwischen dem Brennstoffzellenstapel und dem Sekundärakkumulator angeordnet sein, insbesondere in einer solchen Schaltungsvariante, dass der elektrische Strom gesteuert werden kann, zum Beispiel durch eine Stromflussrichtungsbestimmung vom Brennstoffzellenstapel zu dem Sekundärakkumulator, aber die beiden Energiequellen der Energieversorgungseinheit sind immer noch direkt im Sinne einer Stromschleife miteinander verbunden.Of the Fuel cell stack and the secondary accumulator are electrically coupled together. They are in direct electrical Connection. Here is the term "direct electrical Connection "meant that no galvanic decoupling between Fuel cell stack and secondary accumulator given is. The two energy sources are galvanically decoupling-free. The term is here in the sense of the electrical engineering definition formation to understand, namely that the forming two circuits each having a power source have a common dipole. In one embodiment, although individual electrical Components, including semiconductors such as diodes or Mos-FETs, between the Fuel cell stack and the secondary accumulator arranged be, in particular in such a circuit variant that the Electric power can be controlled, for example by a Stromflussrichtungsbestimmung from the fuel cell stack to the Secondary accumulator, but the two energy sources of Energy supply unit are still directly in the sense of a Current loop connected together.

Insbesondere durch die Betriebsweise des Brennstoffzellenstapels erspart sich die Energieversorgungseinheit der vorliegenden Erfindung das aufwändige spannungsmäßige Trennen zwischen den beiden Strom- und Spannungsquellen, Brennstoffzellenstapel und Sekundärakkumulator. Der Brennstoffzellenstapel wird so betrieben, dass er die Spannung des Systems vorgibt. Als Spannungsquelle führt der Brennstoffzellenstapel den Sekundärakkumulator.Especially through the operation of the fuel cell stack saves the power supply unit of the present invention, the complex voltage separation between the two current and voltage sources, fuel cell stack and secondary accumulator. The fuel cell stack is operated to control the voltage of the system. As a voltage source leads the fuel cell stack the secondary accumulator.

In einer erfindungsgemäßen Schaltungsrealisierung zwischen Brennstoffzellenstapel und Sekundärakkumulator liegen beide Stromquellen auf dem gleichen Spannungsniveau. Das Spannungsniveau zwischen beiden Quellen wird durch eine direkte Verkopplung der jeweiligen positiven und negativen Seiten der Quellen hergestellt. Wenn möglichst wenige elektrische und elektronische Bauteile in dem Strompfad zwischen Brennstoffzellenstapel und Sekundärakkumulator angeordnet sind, kann das gleich Spannungsniveau eingehalten werden, denn der Spannungsabfall über die zwischengeschalteten Bauteile ist im Vergleich zu dem Spannungsniveau des Brennstoffzellenstapels, der nach einer Ausgestaltung zwischen 36 V und 60 V variieren kann, nur gering, denn er liegt im Prozent- oder sogar nur im Promillbereich des regulären Betriebsspannungsniveaus.In a circuit realization according to the invention between fuel cell stack and secondary accumulator Both power sources are at the same voltage level. The Voltage level between both sources is through a direct Coupling of the respective positive and negative sides of the sources produced. If as few electrical and electronic Components in the current path between fuel cell stack and secondary accumulator are arranged, the same voltage level can be maintained, because the voltage drop across the interposed Components is compared to the voltage level of the fuel cell stack, which according to one embodiment can vary between 36 V and 60 V, only small, because it is in the percent or even only in the per thousand range the regular operating voltage level.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die elektrische Kopplung zwischen Brennstoffzellenstapel und Sekundärakkumulator so hergestellt, dass für die elektrische Übertragung der elektrischen Energie keine elektromagnetische Kopplung, wie zum Beispiel eine Trennspule, zwischengeschaltet ist. Die Verschaltung ist somit trennspulenfrei. Die Schaltung ist somit wandlerfrei. Die Verschaltung zwischen Brennstoffzellenstapel und Akkumulator ist DC/DC-wandlerfrei. Die Verschaltung der beiden Energiequellen arbeitet mit einem einzigen Spannungsbereich, was die Energieversorgungseinheit einfacher gestaltet.To In another embodiment, the electrical coupling between Fuel Cell Stack and Secondary Accumulator So Made that for the electrical transmission of the electrical Energy no electromagnetic coupling, such as a Separating coil, is interposed. The interconnection is thus independent of coil. The circuit is thus converter-free. The interconnection between fuel cell stacks and accumulator is DC / DC converter free. The interconnection of the two Energy sources works with a single voltage range, what makes the power unit easier.

In einem entsprechenden Energieversorgungssystems sind der Brennstoffzellenstapel und der Akkumulator nach einer Ausgestaltung direkt über einen Schalter miteinander gekoppelt. Ein solcher Schalter kann elektronisch, elektrisch oder mechanisch realisiert werden. Wenn der Schalter ein elektronischer Schalter ist, kann er zum Beispiel ein Mos-FET oder ein Bipolar-Transistor sein. Wenn der Schalter ein elektro-mechanischer Schalter ist, kann er zum Beispiel ein Relais, ein Bi-Metall-Schalter oder ein Kontaktschalter sein. Bei einer geeigneten Betriebsführung schaltet der Schalter den Brennstoffzellenstapel frei, wenn der Brennstoffzellenstapel in einem zuverlässigen Betriebsbereich geführt ist.In a corresponding energy supply system, the fuel cell stack and the accumulator are coupled to each other according to an embodiment directly via a switch. Such a switch can be realized electronically, electrically or mechanically. When the switch is an electronic switch, it may be, for example, a MOSFET or a bipolar transistor. When the switch is an electro-mechanical switch, it may be, for example, a relay, a bi-metal switch or a contact switch. at In proper operation, the switch releases the fuel cell stack when the fuel cell stack is guided in a reliable operating range.

Ein weiterer Schalter lässt sich zur elektrischen Last hin in den Stromkreis einfügen. Mit dem Schalter vor der elektrischen Last kann, insbesondere durch die Berechnungseinheit, die elektrische Last verzögert und nachträglich an- und abgeschaltet werden.One another switch can be used for electrical load insert into the circuit. With the switch in front of the electrical Last, in particular by the calculation unit, the electrical Load delayed and subsequently switched on and off become.

Als Schalter im Sinne dieser Erfindung werden auch Doppelschalter verstanden, die sowohl die positive wie auch die negative Spannung bzw. die virtuelle Masse abkoppeln können.When Switches in the sense of this invention are also understood as double switches, the both the positive and the negative voltage or the can decouple virtual mass.

Die maximale Ladespannung des Akkumulators ist bei einer günstigen Betriebsweise kleiner als der Betriebsspannungsbereich der elektrischen Last.The maximum charging voltage of the accumulator is at a favorable Operating mode smaller than the operating voltage range of the electrical Load.

Das Energieversorgungssystem kann so betrieben werden, dass sich die minimale Anzahl der Brennstoffzellenelemente in dem Brennstoffzellenstapel durch den Quotienten aus der Untergrenze des Betriebsspannungsbereichs der elektrischen Last und der minimalen Betriebsspannung der Brennstoffzellenelemente bestimmt. Die minimale Betriebsspannung wird nach einem Entwurf auf z. B. 0,58 V festgesetzt. Zugleich wird der Quotient aus der Ladeendspannung des Akkumulators mit der maximalen Betriebsspannung der Brennstoffzellenelemente als Obergrenze beachtet. Die Obergrenze kann zum Beispiel bei 0,85 V liegen. Die zu erwartende elektrische Last wird berücksichtigt. Die Spannung bleibt somit immer größer als die Ladeendspannung. Bei Beachtung aller Grenzen kann ein sicherer Betrieb – ein zerstörungsfreier Betrieb – sichergestellt werde. Dann ist das Energieversorgungssystem so ausgelegt, dass die maximale Anzahl der Brennstoffzellenelemente in dem Brennstoffzellenstapel den Quotienten aus der maximalen Betriebsspannung der elektrischen Last und der maximalen Betriebspannung der Brennstoffzellenelemente des Brennstoffzellenstapel (0,85 V) nicht überschreiten.The Power supply system can be operated so that the minimum number of fuel cell elements in the fuel cell stack by the quotient of the lower limit of the operating voltage range the electrical load and the minimum operating voltage of the fuel cell elements determined. The minimum operating voltage is based on a design on z. B. 0.58 V set. At the same time the quotient of the Ladeendspannung the accumulator with the maximum operating voltage of the fuel cell elements considered as upper limit. The upper limit can be, for example, 0.85 V lie. The expected electrical load is taken into account. The tension thus always remains greater than that End of charge voltage. When all limits are observed, safe operation - a Non-destructive operation - ensured. Then the power supply system is designed so that the maximum Number of fuel cell elements in the fuel cell stack the quotient of the maximum operating voltage of the electrical Load and the maximum operating voltage of the fuel cell elements of the fuel cell stack (0.85 V).

Die Anzahl der Brennstoffzellen in dem Stapel ist auf das Lastspannungsniveau abgestimmt. So kann das gesamte System für 48 V ausgelegt sein. Genauso kann das Lichtstromnetz nachgebildet werden, so dass das gesamte System für 230 V ausgelegt ist.The Number of fuel cells in the stack is at the load voltage level Voted. So the whole system can be designed for 48V be. In the same way, the luminous flux network can be simulated, so that the entire system is designed for 230V.

Die Spannungsführung des Brennstoffzellenstapels erfolgt so, dass, obwohl die Leerlaufspannung theoretisch bei einer Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff bei 1,29 V liegt, eine obere Betriebsspannung einer Einzelzelle des Brennstoffzellenstapels nicht 0,85 V überschreitet. Die Spannung bleibt permanent unterhalb von 0,85 V. Die Betriebsweise lässt die Einzelzellen des Brennstoffzellenstapels immer unterhalb dieses oberen Spannungsniveaus arbeiten.The Voltage control of the fuel cell stack is done so, that, although the open circuit voltage theoretically during a reaction between hydrogen and oxygen is 1.29 V, an upper one Operating voltage of a single cell of the fuel cell stack not Exceeds 0.85V. The voltage stays permanently below of 0.85 V. The operation leaves the single cells of the Fuel cell stack always below this upper voltage level work.

Die Zellenzahl des Brennstoffzellenstapels ist auf die Leerlaufspannung des Akkumulators abgestimmt. Zwischen beiden ist ein Faktor gebildet. Der sich aus dem Faktor ergebende ganzzahlige Anteil ±2 weitere Zellen ist die Anzahl der Brennstoffzellen, die parallel zum Akkumulator geschaltet werden.The Cell number of the fuel cell stack is at the open circuit voltage of the accumulator tuned. Between both a factor is formed. The integral factor resulting from the factor ± 2 another cell is the number of fuel cells in parallel be switched to the accumulator.

Der Brennstoffzellenstapel im Energieversorgungssystem wird vorteilhaft überstöchiometrisch geführt. Durch die Überstöchiometrie wird ein stabiles Spannungsniveau ermöglicht. Die Anode ist unter einer Versorgung mit einer Druckregelung betreibbar. Alternativ kann die Anode mit einem Wasserstoffrezirkulationskreis ausgestattet sein.Of the Fuel cell stack in the energy supply system is advantageously superstoichiometric guided. By the superstoichiometry a stable voltage level is possible. The anode is operable under a supply with a pressure control. alternative The anode can be equipped with a hydrogen circulation circuit be.

Auf der Kathodenseite geht in die Mengenbestimmung der durchgeleiteten Luftmenge die Spannungsänderung des Energiesystems ein. Mögliche Lastsprünge fängt der Sekundärakkumulator ab. Sinkt die Spannung, so wird nach diesem einfachen zu realisierenden Verfahren die Luft angehoben.On the cathode side goes into the quantitative determination of the passed Air volume the voltage change of the energy system. Possible load jumps are captured by the secondary accumulator from. If the voltage drops, then it becomes easy to implement Procedure raised the air.

Weiterhin kann in die Betriebsführung des Brennstoffzellenstapels die Temperaturentwicklung eingehen. Der Brennstoffzellenstapel ist nicht nur spannungsgeführt. Die Spannungsführung orientiert sich auch an der Temperaturführung. Die Brennstoffzellen werden so in einem vorteilhaften Temperaturbereich gehalten. Wenn die Brennstoffzellentemperatur steigt, wird mehr Luft durch den Stapel geblasen.Farther can be in the operational management of the fuel cell stack enter the temperature development. The fuel cell stack is not only live. The voltage lead is also based on the temperature control. The fuel cells are thus kept in an advantageous temperature range. If the fuel cell temperature rises, more air is through the Pile blown.

Die Kühlung erfolgt durch die Luft auf der Kathodenseite. Der Brennstoffzellenstapel ist kühlmittelkreislauffrei. In einer Ausgestaltung mit mehreren Brennstoffzellenstapeln ist wenigstens einer kühlmittelkreislauffrei, während wenigstens ein weiterer Brennstoffzellenstapel einen Kühlkreislauf mit einem Kühlmittel aufweist. Die Brennstoffzellen sind einfacher gestaltet. Der Brennstoffzellenstapel hat nicht weitere Lage, die nur für die Kühlung zuständig sind.The Cooling takes place through the air on the cathode side. Of the Fuel cell stack is coolant circulation free. In an embodiment with a plurality of fuel cell stacks is at least a coolant circulation free, while at least another fuel cell stack a cooling circuit having a coolant. The fuel cells are designed simpler. The fuel cell stack does not have more Location, which is responsible only for cooling are.

Die Kühlung wird dadurch gefördert, dass die Luft durch ein Gebläse oder einen Ventilator beschleunigt wird. Die Energie für die Rotationsbewegung des Gebläses oder des Ventilators wird aus dem Brennstoffzellenstapel bezogen. Der Stapel sorgt somit für seine eigene Kühlung und ausreichende Versorgung mit Umgebungsluft.The Cooling is encouraged by the fact that the air is accelerated by a blower or a fan. The energy for the rotational movement of the fan or the fan is sourced from the fuel cell stack. The stack thus provides for its own cooling and adequate supply of ambient air.

Der Brennstoffzellenstapel bezieht seinen Wasserstoff aus einer Wasserstoffquelle, wobei der Wasserstoff auf einem höheren Druckniveau der Energieversorgungseinheit zur Verfügung gestellt wird und erst durch ein Druckminderventil, also druckreduziert, in die Anodenseite der Brennstoffzellen eingebracht wird.Of the Fuel cell stack gets its hydrogen from a hydrogen source, wherein the hydrogen at a higher pressure level of Power supply unit is provided and only through a pressure reducing valve, so reduced pressure, in the anode side the fuel cell is introduced.

Der Wasserstoff stammt aus einer Wasserstoffquelle und wird an den Brennstoffzellenstapel druckgesteuert herangebracht. Hierzu kann insbesondere über ein Druckminderungsventil der Wasserstoff geführt werden.Of the Hydrogen comes from a hydrogen source and gets to the fuel cell stack brought pressure controlled. This can be done in particular via a pressure reducing valve of hydrogen are passed.

Nach einer Ausgestaltung kann das Energieversorgungssytsem mit mehreren Brennstoffzellenstapeln aufgebaut sein, die gemeinsam die elektrochemische Primärquelle darstellen. So lässt sich jeder Stapel individuell steuern. Es lässt sich nach einem Steuerungsverfahren auch nur eine gewisse Anzahl an Stapeln in einem bestimmten Niveau betreiben. Es lassen sich Steuerungsspreizungen realisieren. Nach einer Gestaltung lässt sich durch mindestens einen Brennstoffzellenstapel von mehreren Brenstoffzellenstapeln ein Kühlkreislauf durchleiten, der eine Kühlflüssigkeit aufweist. Die flüssigkeitsgekühlten Stapel sind temperaturstabiler, während die luftgekühlten Stapel laständerungsreaktiver sind.To According to one embodiment, the power supply system may have a plurality of Fuel cell stacks are constructed, which together the electrochemical Represent the primary source. This is how every pile can be individually controlled. It can be after a control process even a certain number of stacks at a certain level operate. It is possible to realize control spreads. To A design can be achieved by at least one fuel cell stack pass a cooling circuit from several fuel cell stacks, having a cooling liquid. The liquid-cooled Stacks are more temperature stable, while the air-cooled Stack load change reactive are.

Alternativ lässt sich das Energieversorgungssystem für eine elektrische Last mit einem mehrere Brennstoffzellen umfassenden Brennstoffzellenstapel in direkter Kopplung mit wenigstens einem Halbleiter aufbauen. Insbesondere hat das Energieversorgungssystem eine Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle. Der Stapel ist mit Wasserstoff und Umgebungsluft betreibbar. Weiterhin gibt es einen elektrischen Sekundärakkumulator, der durch die elektrische Energie des Brennstoffzellenstapels als temporärer Zwischenspeicher aufladbar ist. Vorteilhaft sind Brennstoffzellenstapel und Sekundärakkumulator über einen stromsteuernden Halbleiter, insbesondere über einen Mos-FET, miteinander in Verbindung stehend. Der Brennstoffzellenstapel ist in einem solchen Betriebsbereich spannungsgeführt, dass ein reversibles Entladen des Sekundärakkumulators über den Brennstoffzellenstapel unterbleibt.alternative can the energy supply system for a electrical load with a multiple fuel cell comprising Fuel cell stack in direct coupling with at least one Build up semiconductors. In particular, the energy supply system has a polymer electrolyte membrane fuel cell. The stack is with Hydrogen and ambient air operable. There is also one secondary electric accumulator by the electric Energy of the fuel cell stack can be charged as a temporary cache is. The fuel cell stack and secondary accumulator are advantageous over a current-controlling semiconductor, in particular via a Mos-FET, communicating with each other. The fuel cell stack is energized in such an operating range that reversible discharging of the secondary accumulator via the fuel cell stack is omitted.

In die Steuerung können gemessene Stromwerte eingehen. Hierzu werden mittels Stromsensoren der Laststrom und der Akkumulatorstrom gemessen, deren Messwerte in die Steuerung des Brennstoffzellenstapels eingehen. Dazu hat das Steuergerät der Energieversorgungseinheit einen Überblick über die Stromflüsse in der Energieversorgungseinheit.In the controller can take measured current values. For this By means of current sensors, the load current and the accumulator current measured, their measured values in the control of the fuel cell stack received. For this purpose, the control unit of the power supply unit an overview of the flow of electricity in the power supply unit.

Das Energieversorgungssystem zeichnet sich durch ein weit verbreitetes einheitliches Spannungsniveau aus. So ist als einziges spannungsveränderndes Bauteil ein MOSFET zwischen Brennstoffzellenstapel und Akkumulator angeordnet. Die Spannung die über das Bauteil abfällt senkt die Spannung auf der Sekundärakkumulatorseite.The Energy supply system is characterized by a widespread uniform voltage level off. So is the only voltage-changing Component a MOSFET between fuel cell stack and accumulator arranged. The voltage that drops across the component lowers the voltage on the secondary accumulator side.

Durch die spannungsmäßige Führung des Brennstoffzellenstapels auf einem höheren Spannungsniveau als der Sekundärakkumulator, wenn er ohne Brennstoffzellenstapel vorhanden wäre, bestimmt der Brennstoffzellenstapel die Spannung in der Energieversorgungseinheit.By the energetic guidance of the fuel cell stack at a higher voltage level than the secondary accumulator, if it were present without fuel cell stack, determined the fuel cell stack the voltage in the power supply unit.

Das Energieversorgungssystem wird bevorzugt durch eine Steuerungseinheit wie ein Mikrokontroller gesteuert. Der Mikrokontroller bzw. die Steuerungseinheit befolgt ein bestimmtes Steuerungsverfahren. Das Verfahren zum Betreiben eines Energieversorgungssystems mit einem Brennstoffzellenstapel und einem Akkumulator, die direkt elektrisch durchverbunden sind, zeichnet sich die Spannungsführung des Brennstoffzellenstapels in einem solchen Betriebsbereich aus, dass ein reversibles Entladen des Sekundärakkumulators über den Brennstoffzellenstapel unmöglich ist.The Power supply system is preferred by a control unit controlled like a microcontroller. The microcontroller or the Control unit follows a specific control method. The procedure for operating a power supply system with a fuel cell stack and an accumulator that are directly electrically connected, characterized the voltage management of the fuel cell stack in such an operating range that a reversible unloading of the secondary accumulator via the fuel cell stack is impossible.

In Abhängigkeit der Temperatur des Brennstoffzellenstapels wird der Kathodenreaktand, insbesondere in Form der Umgebungsluft, überstöchiometrisch eingebracht. Das sorgt für ein stabiles Spannungsniveau.In Dependence of the temperature of the fuel cell stack the cathode reactant, in particular in the form of ambient air, becomes lean of stoichiometry brought in. This ensures a stable voltage level.

Weiterhin kann das Verfahren so durchgeführt werden, dass die luftmäßige Überströmung der Kathoden des Brennstoffzellenstapels durch beschleunigte Luft erfolgt. Die beschleunigte Luft dient zur Versorgung und gleichzeitig zur Kühlung.Farther The process can be done so that the airy overflow the cathode of the fuel cell stack by accelerated air he follows. The accelerated air is used for supply and at the same time for cooling.

Das Verfahren dient zur Steuerung und zum Betrieb der Energieversorgungseinheit.The Method is used to control and operation of the power supply unit.

Die Erfindung kann noch besser an Hand von einzelnen Ausführungsbeispielen verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, wobei die Figuren im Einzelnen zeigen:The Invention can be even better with reference to individual embodiments be understood when reference is made to the accompanying figures the figures show in detail:

1 eine Kennlinienschar von Temperaturkennlinien von Stapelspannungen erfindungsgemäßer Energieversorgungssysteme, 1 a family of characteristics of temperature characteristics of stack voltages of energy supply systems according to the invention,

2 eine Kennlinienschar von Wasserstoffstöchemetrien zur Stapelspannungen erfindungsgemäßer Energieversorgungssysteme, 2 a characteristic set of hydrogen stoichiometries to the stack voltages of energy supply systems according to the invention,

3 eine Ausführungsform einer Energieversorgungseinheit, 3 an embodiment of a power supply unit,

4 eine weitere Ausführungsform einer Energieversorgungseinheit. 4 a further embodiment of a power supply unit.

1 zeigt die Abhängigkeit eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems von der Temperatur T. Auf der Abszisse des Diagrams ist ein Temperaturbereich von 0°C bis 100°C aufgetragen. Der Brennstoffzellenstapel wird idealerweise in einem Temperaturbereich betrieben, der niedriger als 100°C ist. Die Betriebstemperatur bestimmt sich von der gewählten Membran her, die bei gängigen Membranen zurzeit bei unter 100°C liegen. Zum Beispiel kann eine obere Grenztemperatur von 85°C eingestellt werden. Auf der Ordinate lässt sich die relative Stapelbetriebsspannung aufgetragen. Sie lässt sich auch als Brennstoffeinzelzellenbetriebsspannung U wiedergeben. Die unterschiedlichen Kennlinien bestimmen sich durch die Stromdichte bzw. den aus dem Brennstoffzellenstapel gezogenen Strom. Der höchste Strom, zum Beispiel 0,6 A/cm2 aktiver Brennstoffzellenfläche, führt zu einer Kennlinie, die durch die unterste parabelmäßig geformte Kennlinie wiedergegeben wird. Je flacher die Kennlinien verlaufen, desto geringer ist der aus dem Brennstoffzellenstapel gezogene Strom. Bei allen Kennlinien ist zu erkennen, dass in einem mittleren Bereich, der bei ca. 40°C, bei 50°C oder auch bei 60°C liegen kann, die höchste elektrische Energieausbeute möglich ist, weil die Spannung des Brennstoffzellenstapels den höchsten Wert erreicht. Es findet eine geringere thermische Umsetzung statt. Dementsprechend wird der Brennstoffzellenstapel durch die Betriebsweise in einem mittleren Temperaturbereich gehalten. Der mittlere Temperaturbereich ist eine Betriebstemperatur, die in einer Ausgestaltung um ± 10°C variiert. In niedrigeren Temperaturbereichen sackt die Stapelspannung in Abhängigkeit des gezogenen Stroms ab. Ein ähnliches Verhalten des Brennstoffzellenstapels ist zu hohen Temperaturen zu beobachten. Die elektrochemischen und physikalischen Erklärungen sind noch nicht vollständig wissenschaftlich belegt. Nach einem Erklärungsversuch kann als Erklärung für die Verringerung der elektrischen Spannung ein so genanntes „Absaufen" der Kanäle der einzelnen Brennstoffzellen bei niedrigen Temperaturen angeführt werden, weil keine ausreichende thermische Energie zur Verfügung steht, um das sich bildende Wasser auf der Kathodenseite über eine Verdampfung auszubringen. Das Absinken der Stapelspannung oberhalb eines optimalen Temperaturbetriebsbereiches kann nach einem Erklärungsversuch mit einem partiellen Austrocknen der Brennstoffzellenmembran erklärt werden. 1 shows the dependence of a power supply system according to the invention of the temperature T. On the abscissa of the diagram, a temperature range of 0 ° C to 100 ° C is plotted. The fuel cell stack is ideally operated in a temperature range lower than 100 ° C. The operating temperature is determined by the selected membrane, which are currently below 100 ° C in common membranes. For example, an upper limit temperature of 85 ° C can be set. On the ordinate, the relative stack operating voltage can be plotted. It can also be represented as a fuel cell operating voltage U. The different characteristics are determined by the current density or the current drawn from the fuel cell stack. The highest current, for example, 0.6 A / cm 2 active fuel cell area, results in a characteristic represented by the lowest parabolic shaped characteristic. The flatter the characteristic curves, the lower the current drawn from the fuel cell stack. For all characteristics it can be seen that the highest electrical energy yield is possible in a middle range, which can be around 40 ° C, 50 ° C or even 60 ° C, because the voltage of the fuel cell stack reaches the highest value , There is a lower thermal conversion. Accordingly, the operation of the fuel cell stack keeps it in a medium temperature range. The medium temperature range is an operating temperature that varies by ± 10 ° C in one embodiment. In lower temperature ranges, the stack voltage drops depending on the current drawn. A similar behavior of the fuel cell stack is observed at high temperatures. The electrochemical and physical explanations are not yet completely scientifically proven. After an explanation attempt may be mentioned as explanation for the reduction of the electrical voltage, a so-called "run-off" of the channels of the individual fuel cells at low temperatures, because there is no sufficient thermal energy available to deploy the water forming on the cathode side via evaporation The drop of the stack voltage above an optimum temperature operating range may be explained after an explanation attempt with a partial drying out of the fuel cell membrane.

Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems wird durch die Steuereinheit so gesteuert, dass der Brennstoffzellenstapel möglichst in einem optimalen Temperaturbereich gehalten wird. Hierzu kann die Steuerung den vom Brennstoffzellenstapel gezogenen Strom berücksichtigen. Idealerweise wird der Strom im Energieversorgungssystem an verschiedenen Stellen gemessen. Aus den Werten des Brennstoffzellenstroms und des Laststroms lässt sich anhand einer Summationsbildung der Akkumulatorstrom nachrechnen. Nach einer alternativen Ausführungsform werden möglichst wenige Stromsensoren verbaut, um die Anzahl der Eingänge der Steuerungs- bzw. Berechnungseinheit niedrig zu halten. Vorteilhaft ist es, wenn die Berechnungseinheit so ausgelegt ist, dass ein und die gleiche Berechnungseinheit für unterschiedliche Spannungsniveaus eingesetzt werden kann. Beispielhaft können mit der gleichen Berechnungseinheit ein 12-Volt-System realisiert werden, genauso kann die Berechnungseinheit auch in einem 48-Volt-System eingesetzt werden. Lässt sich der Strom entsprechend auch skalieren bzw. die Steuerbarkeit des Stroms anpassen, so kann ein und die gleiche Berechnungseinheit in einem 500 W-System genauso eingesetzt werden wie in einem 2 kW-System. Bei einer Brennstoffzelle mit luftgekühlter Kathode wird die Steuerung so ausgelegt, dass bei Überschreitung von gewissen Grenzwerten, wie zum Beispiel der Temperatur, mehr Umgebungsluft durch die Kathodenseite der Brennstoffzelle geleitet wird, um hierdurch die Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels abzusenken. Nach dem gleichen Prinzip kann bei einer zu niedrigen Brennstoffzellenstapeltemperatur die Kühlung entweder heruntergefahren werden, indem zum Beispiel weniger Luft durchgeblasen wird, oder sogar erwärmte Abluft aus dem Energieversorgungssystemgehäuse in die Kathode wieder eingeleitet werden.A Embodiment of an inventive Power supply system is controlled by the control unit so that the fuel cell stack as possible in an optimal Temperature range is maintained. For this purpose, the controller of the Fuel cell stack taken into account drawn electricity. Ideally, the power in the power system becomes different Measured places. From the values of the fuel cell stream and The load current can be calculated by summation recalculate the accumulator current. According to an alternative embodiment as few current sensors are installed as possible to reduce the number the inputs of the control or calculation unit low to keep. It is advantageous if the calculation unit is designed in this way is that one and the same calculation unit for different Voltage levels can be used. By way of example realized with the same calculation unit, a 12 volt system The calculation unit can also be used in a 48 volt system be used. Can the current be adjusted accordingly can scale or adjust the controllability of the stream, so can one and the same calculation unit in a 500 W system as well be used as in a 2 kW system. In a fuel cell with air-cooled cathode, the controller is designed to that when exceeding certain limits, such as Example of temperature, more ambient air through the cathode side the fuel cell is passed to thereby the operating temperature to lower the fuel cell stack. Following the same principle can at a too low fuel cell stack temperature the Cooling either shut down by, for example less air is blown, or even heated exhaust air from the power supply system housing into the cathode be initiated again.

2 zeigt Kennlinien unter den ähnlichen Betriebsbedingungen, wie die Kennlinien zu 1 ermittelt worden sind, nämlich die Einstellung ausgewählter Strombetriebspunkte. Die gewählten Strombetriebspunkte sind (von der obersten zur untersten Kennlinie ermittelt) 0,05 A/cm2, 0,1 A/cm2, 0,2 A/cm2, 0,3 A/cm2 und hier abweichend von der Kennlinie aus 1 eine Stromdichte von 0,37 A/cm2. In der 1 sind noch Stromdichten von 0,45 A/cm2 und 0,6 A/cm2 wiedergegeben. Während beim Messen der Kennlinien nach 1 die Betriebstemperatur des Brennstoffzellestapels variiert worden ist, wobei die übrigen Betriebsparameter möglichst identisch belassen worden sind, ist zur Ermittlung der Kennlinien nach 2 die Wasserstoffstöchiometrie λ im überstöchiometrischen Bereich angehoben worden. Die Kennlinien starten bei einer Stöchiometrie von 1. Das gewählte Brennstoffzellensystem im Energieversorgungssystem arbeitet mit einer Wasserstoffrezirkulation, so dass, insbesondere bei einem mobilen System, möglichst der gesamte Wasserstoff durch den Brennstoffzellenstapel umgesetzt werden kann. Ein rezirkulierender Wasserstoffkreislauf erhöht die Energieausbeute pro Normliter Wasserstoff eines mitzuführenden Systems. Erst in einem deutlich überstöchiometrischen Bereich, zum Beispiel bei einer Stöchiometrie größer 1,5, glätten sich die einzelnen Spannungskennlinien. In einem zwischenstöchiometrischen Bereich lässt die Stapelspannung nach, je kleiner die Stöchiometrie ist. 2 shows characteristics under the similar operating conditions as the characteristics 1 have been determined, namely the setting of selected current operating points. The selected current operating points are (determined from the top to the bottom characteristic) 0.05 A / cm 2 , 0.1 A / cm 2 , 0.2 A / cm 2 , 0.3 A / cm 2 and here differing from the characteristic of 1 a current density of 0.37 A / cm 2 . In the 1 are still current densities of 0.45 A / cm 2 and 0.6 A / cm 2 reproduced. While measuring the characteristics after 1 the operating temperature of the fuel cell stack has been varied, the other operating parameters have been left as identical as possible, is to determine the characteristics after 2 the hydrogen stoichiometry λ has been increased in the superstoichiometric range. The characteristic curves start at a stoichiometry of 1. The selected fuel cell system in the energy supply system operates with a hydrogen circulation, so that, if possible in a mobile system, as far as possible all the hydrogen can be converted by the fuel cell stack. A recirculating hydrogen cycle increases the energy yield per standard liter of hydrogen of a system to be carried. Only in a clearly superstoichiometric range, for example, at a stoichiometry greater than 1.5, smooth the individual voltage characteristics. In an intermediate stoichiometric range, the stacking voltage decreases as the stoichiometry decreases.

Ein Energieversorgungssystem lässt sich mit einer Steuerungs- bzw. Berechnungseinheit 29 (siehe 3 und 4) so betreiben, dass eine ausreichende Wasserstoffstöchiometrie, insbesondere im Falle einer Wasserstoffrezirkulation, vorliegt. Eine Möglichkeit besteht darin, den Wasserstoff unter Druck mit einem Druckminderventil in ausreichender Menge in den Rezirkulationskreislauf einzudosieren. Die Unterversorgung des Brennstoffzellenstapels trotz überstöchiometrischer Betriebsweise lässt sich zum Beispiel auf Stickstoffanreicherungen auf der Anodenseite der im Übrigen abgeschlossenen Brennstoffzelle zurückführen. Diffundiert Stickstoff durch die Membran einer Brennstoffzelle auf die Anodenseite durch, so ist der Stickstoff in periodischen Abständen auszublasen. Aus diesem Grund ist das Energieversorgungssystem mit einem Ablassventil auf- und zusteuerbar.An energy supply system can be combined with a control or calculation unit 29 (please refer 3 and 4 ) so that there is sufficient hydrogen stoichiometry, especially in the case of hydrogen recirculation. One possibility is to meter in the hydrogen under pressure with a pressure reducing valve in a sufficient amount in the recirculation circuit. The undersupply of the fuel cell stack despite overstoichiometric operation can be attributed, for example, to nitrogen enrichments on the anode side of the otherwise completed fuel cell. If nitrogen diffuses through the membrane of a fuel cell to the anode side, the nitrogen must be blown out at periodic intervals. For this reason, the power supply system with a drain valve is on and zuusteuerbar.

Eine skalierbare Berechnungseinheit, skalierbar in Bezug auf steuerbaren elektrischen Strom und skalierbar in Bezug auf das einzusetzende Spannungsniveau, kann über geeignete Schnittstellen, wie CAN-Bus, Ethernet-Bus oder RS-232, extern einmal oder mehrmals eingestellt werden, so dass die Berechnungseinheit anpassbar, insbesondere softwaremäßig anpassbar, für das Spannungsniveau programmiert wird.A Scalable calculation unit, scalable in terms of controllable electric current and scalable in relation to the one to be used Voltage level, can be through suitable interfaces, such as CAN bus, Ethernet bus or RS-232, set externally once or several times be so that the calculation unit customizable, in particular software customizable, programmed for the voltage level.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Energieversorgungssystems 1. 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Energieversorgungssystems 100. 3 shows an embodiment of a power supply system 1 , 4 shows an alternative embodiment of a power supply system 100 ,

Die Energieversorgungseinheit 1 setzt sich vorzugsweise in einem abgeschlossenen Gehäuse aus zahlreichen Komponenten zusammen, so zum Beispiel einem Brennstoffzellenstapel 3, der mehrere Brennstoffzellen 5 umfasst, so dass eine gewisse Anzahl n Brennstoffzellen vorhanden sind, eine allgemeine Steuerungseinheit 29 und ein Sekundärakkumulator 7, der elektrische Energie auf- und abgeben kann. Der Brennstoffzellenstapel 3 hat Brennstoffzellen 5, die Kathoden 25 und Anoden 23 aufweisen. Die Brennstoffzellen sind so zusammengeschaltet, dass durch die Anzahl n der Brennstoffzellen 5 eine höhere Betriebsspannung UB als die Einzelzellspannung U zu erhalten ist. Die Betriebsspannung UB stellt die Spannungsquelle über die Verbindung der positiven Spannungsseite 11 und über die Verbindung der negativen Spannungsseite 13 zum Sekundärakkumulator 7 dar. Die Brennstoffzellen 5 des Brennstoffzellenstapels 3 werden kathodenseitig mit Luft versorgt, die aus der Umgebungsluft über einen Lufteinlass 55 eingeleitet werden kann. Hinter dem Lufteinlass 55 können ein Luftfilter 57 und ein Luftförderer 31 angeordnet sein. Geeignete Luftförderer sind zum Beispiel Gebläse. Auch können Lüfter verwendet werden. Die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 3 wird aus einer Wasserstoffquelle, wie zum Beispiel einem Wasserstofftank 33, insbesondere über ein Druckminderventil 35 versorgt. Das Druckminderventil 35 kann als Drei-Wege-Ventil ausgestaltet sein, so dass über die Wasserstoffrezirkulationsleitung des Wasserstoffrezirkulationskreises 27 ein permanent überstöchiometrischer Betrieb solange sichergestellt wird, wie ausreichend Wasserstoff aus der Wasserstoffquelle 33 nachgeliefert werden kann. Die elektronische Steuereinheit 29, die als Berechnungseinheit gestaltet ist, kann eine Mikrokontrollereinheit sein, an die die elektrischen Steuer- und Kontrollleitungen der Energieversorgungseinheit 1 herangeführt sind. So kann die Berechnungseinheit 29 über Luftfördersteuerleitungen 59 die exakte Geschwindigkeit des Luftförderers 31 und damit die zu fördernde Luftmenge vorgeben. Genauso kann die Berechnungseinheit 29 das Druckminderventil 35 über Ventilsteuerleitungen unterschiedlich einstellen. Auch gehen Mess- und Sensorleitungen 45, 47, 49 in die Berechnungseinheit 29 hinein. Beispielhaft sind in der Energieversorgungseinheit 1 Stromsensoren an verschiedenen Stellen eingezeichnet. Die Berechnungseinheit 29 kann aber mit zusätzlichen Messaufnehmern (nicht in 3 dargestellt) ausgestattet werden. Besonders geschickt ist es, einen oder mehrere Stromsensoren 45, 47, 49 in den diversen Verbindungsleitungen, wie zum Beispiel in der Sekundärakkumulatorzuleitung als Stromsensor 45, in der Lastzuleitung als Stromsensor 47 und in der Verbindungsleitung als Stromsensor 49 anzuordnen. Die Energieversorgungseinheit 1 dient dazu, eine elektrische Last 21, die sowohl Wirk- als auch Blindanteile aufweisen kann, zu versorgen. Die elektrische Last 21 kann über eine Leistungs- und Steuereinheit 53 von dem Sekundärakkumulator abgekoppelt sein. Nach einem Aspekt zeichnet sich die vorliegenden Erfindung dadurch aus, dass der Sekundärakkumulator 7 und der Brennstoffzellenstapel 3 über die Verbindungsleitung 9 direkt miteinander gekoppelt sind bzw. nur ein einzelner Schalter 15 (nicht eingezeichnet) wie der elektrische Schalter 17 zwischen den beiden Energiequelle 3, 7 geschaltet ist, während sonst die beiden Energiequelle direkt miteinander gekoppelt sind. Der Schalter, zum Beispiel der elektrische Schalter 17, kann als stromsteuernder Halbleiter 43 in Form eines MOS-FET gestaltet sein (zum Beispiel des Anreicherungstyps), so dass die Berechnungseinheit 29 dem Leistungsmodul „Elektrischer Schalter" 17 einen maximal zulässigen Strom vorgibt, der über entsprechende Sensoren 45, 47, 49 wiederum überwacht wird. Die Berechnungseinheit 29 ist an weitere Leitungen angeschlossen. Die Berechnungseinheit 29 kann beispielhaft über Ventilsteuerleitungen 37 mit einem Ventil wie einem Wasserstoffventil 35 verbunden sein. Der Brennstoffzellenstapel 3 wird in der Regel auf der Anodenseite 23 als auch auf der Kathodenseite 25 überstöchiometrisch betrieben (λ > 1). Weil die Kathoden mit Umgebungsluft überstöchiometrisch betrieben wird, kann die abgereicherte, mit Wasser versetzte Luft aus dem Kathodenausbläser 51 abgelassen werden. Die Berechnungseinheit 29 betreibt den Brennstoffzellenstapel 3 in der Weise, dass zum Beispiel über den Luftförderer 31 temperaturabhängig bedarfsgerecht soviel Luft über die Brennstoffzelle geleitet wird, ein vorgegebenes Temperaturniveau nicht überschritten wird, dazu kann ein Temperatursensor (nicht in 3 dargestellt) an einer geeigneten Stelle, wie zum Beispiel dem Kathodenausbläser 51, angeordnet werden.The power supply unit 1 is preferably composed in a sealed housing of numerous components, such as a fuel cell stack 3 that has multiple fuel cells 5 includes, so that a certain number of n fuel cells are present, a general control unit 29 and a secondary accumulator 7 which can charge and dispense electrical energy. The fuel cell stack 3 has fuel cells 5 , the cathodes 25 and anodes 23 exhibit. The fuel cells are connected together so that by the number n of fuel cells 5 a higher operating voltage UB than the single cell voltage U is obtained. The operating voltage UB sets the voltage source via the connection of the positive voltage side 11 and about the connection of the negative voltage side 13 to the secondary accumulator 7 dar. The fuel cells 5 of the fuel cell stack 3 are supplied on the cathode side with air, which from the ambient air via an air inlet 55 can be initiated. Behind the air intake 55 can an air filter 57 and an air conveyor 31 be arranged. Suitable air conveyors are, for example, blowers. Also fans can be used. The anode side of the fuel cell stack 3 becomes from a hydrogen source, such as a hydrogen tank 33 , in particular via a pressure reducing valve 35 provided. The pressure reducing valve 35 can be configured as a three-way valve, so that via the hydrogen circulation line of the hydrogen circulation circuit 27 a permanent superstoichiometric operation is ensured as long as sufficient hydrogen from the hydrogen source 33 can be replenished. The electronic control unit 29 , which is designed as a calculation unit, may be a microcontroller unit to which the electrical control and control lines of the power supply unit 1 are introduced. So can the calculation unit 29 via air flow control lines 59 the exact speed of the air conveyor 31 and thus specify the amount of air to be delivered. Likewise, the calculation unit 29 the pressure reducing valve 35 Set differently via valve control lines. Also go measuring and sensor cables 45 . 47 . 49 into the calculation unit 29 into it. Exemplary are in the power supply unit 1 Current sensors are drawn in different places. The calculation unit 29 but can with additional sensors (not in 3 shown). It is particularly clever to have one or more current sensors 45 . 47 . 49 in the various connection lines, such as in the Sekundärakkumulatorzuleitung as a current sensor 45 , in the load line as a current sensor 47 and in the connection line as a current sensor 49 to arrange. The power supply unit 1 serves to create an electrical load 21 which can have both active and reactive components to supply. The electrical load 21 can have a power and control unit 53 be decoupled from the secondary accumulator. In one aspect, the present invention is characterized in that the secondary accumulator 7 and the fuel cell stack 3 over the connecting line 9 are directly coupled together or only a single switch 15 (not shown) as the electric switch 17 between the two energy sources 3 . 7 is switched, while otherwise the two energy source are directly coupled together. The switch, for example the electric switch 17 , can be used as a current-controlling semiconductor 43 be designed in the form of a MOS-FET (for example of the enrichment type), so that the calculation unit 29 the power module "electric switch" 17 specifies a maximum permissible current via corresponding sensors 45 . 47 . 49 is monitored again. The calculation unit 29 is connected to other lines. The calculation unit 29 can be exemplified by valve control lines 37 with a valve like a hydrogen valve 35 be connected. The fuel cell stack 3 is usually on the anode side 23 as well as on the cathode side 25 operated stoichiometrically (λ> 1). Because the cathodes are operated with stoichiometry with ambient air, the depleted, water-displaced air from the Kathodenausbläser 51 be drained. The calculation unit 29 operates the fuel cell stack 3 in the way that, for example, via the air conveyor 31 Depending on the temperature, as much air is passed through the fuel cell as required, a predetermined temperature level is not exceeded, a temperature sensor (not in 3 shown) at a suitable location, such as the cathode blower 51 , to be ordered.

Sollte es notwendig sein, dass zum Beispiel ein größerer Strom aus dem Energiewandler Brennstoffzellenstapel 3 zur Verfügung gestellt wird, so kann ein Brennstoffzellenstapel 3 mit weiteren Brennstoffzellestapeln 3', wie in 4 als Energieversorgungssystem 100 dargestellt, elektrisch und versorgungstechnisch verschaltet werden, um ein Brennstoffzellenstapelfeld 39 zu realisieren. In 4 sind für die Energieversorgungseinheit 100 ähnliche Bauteile und Baugruppen mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden wie in 3, damit der Überblick leichter zu erhalten ist. Bei dem Aufbau eines Brennstoffzellenstapelfeldes 39 können die Brennstoffzellenstapel 3, 3' unterschiedlich ausgeführt sein, so kann einer der Brennstoffzellenstapel 3' mit einem kühlmittelführenden Kühlkreislauf 41 gesondert ausgeführt sein, während der andere Brennstoffzellenstapel 3 (oder auch mehrere Brennstoffzellenstapel 3) keine gesonderte Kühlung aufweisen. Bei einem gesonderten Kühlkreislauf 41 erspart sich das System gegebenenfalls den Luftförderer 31, so dass Luft unmittelbar über den Lufteinlass 55 zum Brennstoffzellenstapel 3' durchgeleitet werden kann. Auch ist ein Sackanschlagssystem („dead-end-system") für den Wasserstoff geeignet, so dass die Wasserstoffquelle 33 den Wasserstoff in dem Brennstoffzellenstapel 3' einleiten lässt und dieser vollständig in dem Brennstoffzellenstapel 3' umgesetzt wird. Anstelle eines elektrischen oder elektronischen Schalters 17 kann die Verbindung zwischen Brennstoffzellenstapel 3 und Sekundärakkumulator 7 auch über einen mechanischen Schalter 19 realisiert werden. In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel, das nicht näher graphisch dargestellt ist, kann die Verbindungsleitung 9 auch ohne jeglichen elektrischen Schalter unmittelbar zwischen den gleichnamigen Polen der jeweiligen Energiequelle eine Verbindung herstellen. Die Verbindungsleitung 11 ist unterbrechungsfrei in diesem Sinne dargestellt.Should it be necessary that, for example, a larger current from the energy converter fuel cell stack 3 is provided so can a fuel cell stack 3 with more fuel cell stacks 3 ' , as in 4 as an energy supply system 100 represented, electrically and supply technology interconnected to a fuel cell stack field 39 to realize. In 4 are for the power supply unit 100 similar components and assemblies have been provided with the same reference numerals as in 3 so that the overview is easier to obtain. In the construction of a fuel cell stack field 39 can the fuel cell stacks 3 . 3 ' be executed differently, so may one of the fuel cell stack 3 ' with a coolant-carrying cooling circuit 41 be carried out separately, while the other fuel cell stack 3 (or several fuel cell stacks 3 ) have no separate cooling. In a separate cooling circuit 41 If necessary, the system saves the air conveyor 31 allowing air directly over the air intake 55 to the fuel cell stack 3 ' can be passed. Also, a dead-end system is suitable for hydrogen, making the hydrogen source 33 the hydrogen in the fuel cell stack 3 ' initiate and this completely in the fuel cell stack 3 ' is implemented. Instead of an electric or electronic switch 17 can the connection between fuel cell stack 3 and secondary accumulator 7 also via a mechanical switch 19 will be realized. In a further alternative embodiment, which is not shown in more detail graphically, the connection line 9 also connect without any electrical switch directly between the poles of the same name of the respective energy source. The connection line 11 is represented without interruption in this sense.

Die relativ passiv betriebene Energieversorgungseinheit, die besonders kompakt ist, kann in einem einzigen Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse, in der die Energieversorgungseinheit liegt, kann tragbar ausgestaltet sein. Das Gehäuse ist kompakt. Das Gehäuse ist abgeschlossen. Das Gehäuse stützt und trägt sämtliche Bauteile, Platinen und elektrischen Komponenten der Energievorsorgungseinheit. Die Energieversorgungseinheit umfasst ein sie abschließendes Gehäuse, das wenige nach Außen klar definierte Schnittstellen aufweist.The relatively passive powered power supply unit, the most is compact, can be arranged in a single housing be. The housing in which the power supply unit lies, can be made wearable. The case is compact. The housing is complete. The housing supports and carries all components, Boards and electrical components of the power supply unit. The power supply unit includes a final one Housing that clearly defined few outside Interfaces.

Eine entsprechende Schnittstelle kann eine Bedienanzeige oder Bedienoberfläche mit optischer Rückmeldung, wie einem Display, sein, über das der Bediener den exakten Akkumulatortyp oder die exakte Brennstoffzellen- und Akkumulatoranzahl einstellen kann. Diese Werte können unmittelbar oder mittelbar über zum Beispiel so Werte wie Leerlaufspannung, Betriebsspannung, unterstes Spannungsniveau und maximal zulässiger Laststrom bestimmt werden.A The corresponding interface can be an operator display or user interface with optical feedback, such as a display, over the operator the exact type of accumulator or the exact fuel cell and accumulator number. These values can directly or indirectly via, for example, values such as Open circuit voltage, operating voltage, lowest voltage level and maximum permissible load current can be determined.

Nach einem weiteren Aspekt lässt sich bei der direkten Kopplung des Akkumulators mit dem Brennstoffzellenstapel (bzw. verbunden über einen einzigen Schalter) eine der beiden Energiequellen austauschen. Über das Display wird der neu eingesetzte Akkumulatortyp oder der neu eingesetzte Brennstoffzellenstapel eingestellt; und die Berechnungseinheit kann mit den neuen Parametern startend die optimalen Betriebsbedingungen in Bezug auf Luftmenge, Stöchiometrie, Spannung und Laststrom berechnen. Auch fördert dieses System die Betriebssicherheit. Denn sollte eine der beiden Energiequellen, Brennstoffzellenstapel oder Akkumulator, ausfallen, so kann trotzdem noch über eine bestimmte Zeit der gezogene Laststrom weiterhin zur Verfügung gestellt werden. Selbst ein Austausch im Betrieb ist möglich.To Another aspect is the direct coupling of the accumulator with the fuel cell stack (or connected via a single switch) exchange one of the two energy sources. about the display becomes the newly used type of rechargeable battery or the new one used fuel cell stack set; and the calculation unit can start with the new parameters the optimal operating conditions in terms of air flow, stoichiometry, voltage and load current to calculate. This system also promotes operational safety. Because should one of the two sources of energy, fuel cell stack or accumulator, fail, so can still over a certain time the drawn load current continues to be available be put. Even an exchange during operation is possible.

Durch ein erfindungsgemäßes Energieversorgungssystem 1, 100 werden wesentliche elektrische und elektronische Leistungsbauteile eingespart. Durch eine günstige Auslegung der Zellenzahl n, der Betriebsweise der Brennstoffzelle und der Pufferung durch den Sekundärakkumulator 7 ist eine direkte, nicht galvanisch getrennte, also trennspulenfreie, Gestaltung der Energieversorgungseinheit 1, 100 realisierbar. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden auch die Zuschaltbarkeit der einen oder der anderen Energiequelle wie Brennstoffzellenstapel 3, 3' und Sekundärakkumulator 7 über Schalter als trennspulenfrei interpretiert. Es findet nur eine minimale Spannungsabsenkung zwischen Brennstoffzellenstapel 3 und Sekundärakkumulator 7 durch die zusätzlich in der Verbindungsleitung 9 vorgesehenen Bauteile, wie zum Beispiel die ausgeführten Bauteile 49, 44, 43, 17, 19, statt. Nach einem Aspekt der Erfindung wird durch eine günstige Beziehung zwischen der Betriebsspannung UB, der Ladespannung UL am Sekundärakkumulator 7 und der möglichen, maximal zur Verfügung stehenden Lastspannung UV die Trennspulenfreiheit zwischen Brennstoffzellenstapel 3 und Sekundärakkumulator 7 realisiert, vorrangig nach dem Prinzip UB größer UL größer UV. Bezugszeichenliste: Bezugszeichen Bedeutung Darstellung 1 Energieversorgungssystem Fig. 3 3, 3' Brennstoffzellenstapel Fig. 3, Fig. 4 5 Brennstoffzelle Fig. 3, Fig. 4 7 Sekundärakkumulator Fig. 3, Fig. 4 9 Elektrische Verbindung zwischen Brennstoffzellenstapel und Sekundärakkumulator Fig. 3, Fig. 4 11 Positive Spannungsseite Fig. 3, Fig. 4 13 Negative Spannungsseite Fig. 3, Fig. 4 15 Schalter Beschreibung 17 Elektrischer oder elektronischer Schalter Fig. 3 19 Mechanischer Schalter Fig. 4 21 Elektrische Last Fig. 3, Fig. 4 23 Anode Fig. 3, Fig. 4 25 Kathode Fig. 3, Fig. 4 27 Wasserstoffrezirkulationskreis Fig. 3, Fig. 4 29 Berechnungseinheit, insbesondere Mikrokontrollereinheit Fig. 3, Fig. 4 31 Luftförderer wie Gebläse oder Lufter Fig. 3, Fig. 4 33 Wasserstoffquelle, insbesondere Wasserstofftank Fig. 3, Fig. 4 35 Druckminderventil, insbesondere Wasserstoffdruckminderventil, auch als Dreiwegeventil gestaltbar Fig. 3, Fig. 4 37 Ventilsteuerleitungen Fig. 3, Fig. 4 39 Brennstoffzellenstapelfeld bzw. Brennstoffzellenstapelarray Fig. 4 41 Kühlkreislauf Fig. 4 43 Stromsteuernder Halbleiter, insbesondere MOS-Fet Fig. 3 45 Erster Stromsensor, insbesondere in der Sekundärakkumulatorzuleitung Fig. 3, Fig. 4 47 Zweiter Stromsensor, insbesondere in der Lastzuleitung Fig. 3, Fig. 4 49 Dritter Stromsensor, insbesondere Verbindungsleitungsstromsensor Fig. 3 51 Kathodenausbläser Fig. 3, Fig. 4 53 Leistungs- und Steuereinheit Fig. 3, Fig. 4 55 Lufteinlass Fig. 3, Fig. 4 57 Luftfilter Fig. 3, Fig. 4 59 Luftförderersteuerleitung Fig. 3, Fig. 4 61 Temperatursensor Fig. 4 63 Temperaturmessleitung Fig. 4 100 Energieversorgungseinheit Fig. 4 B Betriebsbereich Fig. 1, Fig. 2 T Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels Fig. 1 U Einzelspannung Fig. 1, Fig. 2 UB Betriebsspannung Fig. 3, Fig. 4 UL Ladespannung Fig. 3, Fig. 4 UV Lastspannung Fig. 3, Fig. 4 n Zellenzahl des Brennstoffzellenstapels Fig. 3, Fig. 4 λ Stöchiometrie, insbesondere Wasserstoffstöchiometrie, die größer als 1 ist Fig. 3, Fig. 4 By an inventive energy supply system 1 . 100 Essential electrical and electronic power components are saved. By a favorable design of the cell number n, the operation of the fuel cell and the buffering by the secondary accumulator 7 is a direct, not galvanic isolated, so separation coil-free design of the power supply unit 1 . 100 realizable. For the purposes of the present invention, the connectability of one or the other energy source such as fuel cell stack 3 . 3 ' and secondary accumulator 7 interpreted as a separation coil via switch. There is only a minimal voltage drop between fuel cell stacks 3 and secondary accumulator 7 through the addition in the connecting line 9 provided components, such as the exported components 49 . 44 . 43 . 17 . 19 , instead of. According to one aspect of the invention is characterized by a favorable relationship between the operating voltage UB, the charging voltage U L on Sekundärakkumulator 7 and the possible, maximum available load voltage U V the separation coil freedom between fuel cell stack 3 and secondary accumulator 7 realized, primarily according to the principle U B greater U L greater U V. LIST OF REFERENCE NUMBERS reference numeral importance presentation 1 Power system Fig. 3 3 . 3 ' fuel cell stack Fig. 3, Fig. 4 5 fuel cell Fig. 3, Fig. 4 7 secondary storage Fig. 3, Fig. 4 9 Electrical connection between fuel cell stack and secondary accumulator Fig. 3, Fig. 4 11 Positive voltage side Fig. 3, Fig. 4 13 Negative voltage side Fig. 3, Fig. 4 15 switch description 17 Electric or electronic switch Fig. 3 19 Mechanical switch Fig. 4 21 Electrical load Fig. 3, Fig. 4 23 anode Fig. 3, Fig. 4 25 cathode Fig. 3, Fig. 4 27 Wasserstoffrezirkulationskreis Fig. 3, Fig. 4 29 Calculation unit, in particular microcontroller unit Fig. 3, Fig. 4 31 Air conveyors such as blower or air Fig. 3, Fig. 4 33 Hydrogen source, in particular hydrogen tank Fig. 3, Fig. 4 35 Pressure reducing valve, in particular hydrogen pressure reducing valve, also designed as a three-way valve Fig. 3, Fig. 4 37 Valve control lines Fig. 3, Fig. 4 39 Fuel cell stack or fuel cell stack array Fig. 4 41 Cooling circuit Fig. 4 43 Current-controlling semiconductors, in particular MOS-Fet Fig. 3 45 First current sensor, in particular in the secondary accumulator supply line Fig. 3, Fig. 4 47 Second current sensor, especially in the load supply line Fig. 3, Fig. 4 49 Third current sensor, in particular connecting line current sensor Fig. 3 51 Kathodenausbläser Fig. 3, Fig. 4 53 Power and control unit Fig. 3, Fig. 4 55 air intake Fig. 3, Fig. 4 57 air filter Fig. 3, Fig. 4 59 Air conveyor control line Fig. 3, Fig. 4 61 temperature sensor Fig. 4 63 Temperature sensing line Fig. 4 100 Power supply unit Fig. 4 B operating range Fig. 1, Fig. 2 T Operating temperature of the fuel cell stack Fig. 1 U Single voltage Fig. 1, Fig. 2 U B operating voltage Fig. 3, Fig. 4 U L charging voltage Fig. 3, Fig. 4 U V load voltage Fig. 3, Fig. 4 n Cell number of the fuel cell stack Fig. 3, Fig. 4 λ Stoichiometry, in particular hydrogen stoichiometry, which is greater than 1 Fig. 3, Fig. 4

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - WO 01/78176 A1 [0003] WO 01/78176 A1 [0003]
  • - EP 1273059 A0 [0003] - EP 1273059 A0 [0003]
  • - US 20050112428 A1 [0003] US 20050112428 A1 [0003]
  • - US 20040164702 A1 [0004] US 20040164702 A1 [0004]
  • - WO 2006093862 A2 [0005] WO 2006093862 A2 [0005]
  • - WO 2006113985 A1 [0005] WO 2006113985 A1 [0005]
  • - DE 19517813 A1 [0005, 0005] DE 19517813 A1 [0005, 0005]

Claims (29)

Energieversorgungssystem (1, 100) für wenigstens eine elektrische Last (21) mit einem mehrere Brennstoffzellen (5) umfassenden Brennstoffzellenstapel (3, 3'), insbesondere einer Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle, der mit wasserstoffhaltigem Gas und Umgebungsluft betreibbar ist, und einem elektrischen Sekundärakkumulator (7), der durch die elektrische Energie des Brennstoffzellenstapels (3, 3') als temporärer Zwischenspeicher aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Brennstoffzellenstapel (3, 3') und Sekundärakkumulator (7) direkt elektrisch miteinander in Verbindung (9) stehen und der Brennstoffzellenstapel (3, 3') in einem solchen Betriebsbereich (B) spannungsgeführt ist, dass ein reversibles Entladen des Sekundärakkumulators (7) über den Brennstoffzellenstapel (3, 3') unterbleibt.Energy supply system ( 1 . 100 ) for at least one electrical load ( 21 ) with a plurality of fuel cells ( 5 ) fuel cell stack ( 3 . 3 ' ), in particular a polymer electrolyte membrane fuel cell which is operable with hydrogen-containing gas and ambient air, and a secondary secondary electric accumulator ( 7 ) caused by the electrical energy of the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) is chargeable as a temporary buffer, characterized in that fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) and secondary accumulator ( 7 ) communicate electrically with each other directly ( 9 ) and the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) is energized in such an operating region (B) that a reversible discharge of the secondary accumulator ( 7 ) over the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) is omitted. Energieversorgungssystem (1, 100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Brennstoffzellenstapel (3, 3') und Sekundärakkumulator (7) auf dem gleichen Spannungsniveau (UB) liegen, indem die positive Spannungsseite (11) und die negative Spannungsseite (13) des Brennstoffzellenstapels (3, 3') und des Akkumulators (7) spannungsmäßig direkt durchverbunden sind.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to claim 1, characterized in that fuel cell stacks ( 3 . 3 ' ) and secondary accumulator ( 7 ) at the same voltage level (U B ) by the positive voltage side (U 11 ) and the negative voltage side ( 13 ) of the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) and the accumulator ( 7 ) are directly connected by voltage. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Brennstoffzellenstapel (3, 3') und Akkumulator (7), insbesondere galvanisch, miteinander gekoppelt sind, wobei insbesondere die elektrische Verschaltung (15, 17, 19, 21, 43), vorzugsweise zwischen Brennstoffzellenstapel (3, 3') und Akkumulator (7), trennspulenfrei realisiert ist.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that fuel cell stacks ( 3 . 3 ' ) and accumulator ( 7 ), in particular galvanically, are coupled together, in particular the electrical interconnection ( 15 . 17 . 19 . 21 . 43 ), preferably between fuel cell stacks ( 3 . 3 ' ) and accumulator ( 7 ), separation coil-free is realized. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Brennstoffzellenstapel (3, 3') und Akkumulator (7) über ein Schalter (15, 17, 19, 21) miteinander gekoppelt sind.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that fuel cell stacks ( 3 . 3 ' ) and accumulator ( 7 ) via a switch ( 15 . 17 . 19 . 21 ) are coupled together. Energieversorgungssystem (1, 100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (15) ein elektronischer Schalter (17, 43), wie zum Beispiel ein Mos-FET (43) oder ein Bipolar-Transistor, ist.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to claim 4, characterized in that the switch ( 15 ) an electronic switch ( 17 . 43 ), such as a Mos-FET ( 43 ) or a bipolar transistor. Energieversorgungssystem (1, 100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (15) ein elektro-mechanischer Schalter (17, 19), wie zum Beispiel ein Relais, ein Bi-Metall-Schalter oder ein Kontaktschalter, ist.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to claim 4, characterized in that the switch ( 15 ) an electro-mechanical switch ( 17 . 19 ), such as a relay, a bi-metal switch or a contact switch. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Ladespannung (UL) des Akkumulators (7) kleiner als der Betriebsspannungsbereich (UV) der elektrischen Last (21) ist.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum charging voltage (U L ) of the accumulator ( 7 ) smaller than the operating voltage range (U V ) of the electrical load ( 21 ). Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Anzahl (n) der Brennstoffzellenelemente (5) in dem Brennstoffzellenstapel (3, 3') bestimmt ist durch den Quotienten aus der Untergrenze des Betriebsspannungsbereichs (UV) der elektrischen Last (21) und der minimalen Betriebsspannung (UB) der Brennstoffzellenelemente (5), wobei zugleich der Quotient aus der Ladeendspannung des Akkumulators (7) mit der maximalen Betriebsspannung (UB) der Brennstoffzellenelemente (5) als Obergrenze beachtet wird.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the minimum number (n) of the fuel cell elements ( 5 ) in the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) is determined by the quotient of the lower limit of the operating voltage range (U V ) of the electrical load ( 21 ) and the minimum operating voltage (U B ) of the fuel cell elements ( 5 ), whereby at the same time the quotient of the charge end voltage of the accumulator ( 7 ) with the maximum operating voltage (U B ) of the fuel cell elements ( 5 ) is considered as the upper limit. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Anzahl (n) der Brennstoffzellenelemente (5) in dem Brennstoffzellenstapel (3, 3') den Quotienten aus der maximalen Betriebsspannung (UV) der elektrischen Last (21) und der maximalen Betriebspannung (UB) der Brennstoffzellenelemente (5) des Brennstoffzellenstapel (3, 3') nicht überschreitet.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum number (n) of the fuel cell elements ( 5 ) in the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) the quotient of the maximum operating voltage (U V ) of the electrical load ( 21 ) and the maximum operating voltage (U B ) of the fuel cell elements ( 5 ) of the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) does not exceed. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenanzahl (n) auf das Lastspannungsniveau (UL) abgestimmt ist.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell number (s) is tuned to the load voltage level (U L ). Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsführung im Betriebsbereich (B) so gewählt ist, dass eine maximale Einzelzellspannung (U) einer Brennstoffzelle (5) von 0,85 V nicht überschritten wird.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage control in the operating region (B) is selected such that a maximum single cell voltage (U) of a fuel cell ( 5 ) of 0.85 V is not exceeded. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (3, 3') überstöchiometrisch (λ) geführt ist, wobei die Anode (23) unter einer Versorgung mit Druckregelung betreibbar ist.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) is guided superstoichiometrically (λ), wherein the anode ( 23 ) is operable under a supply with pressure control. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (3, 3') überstöchiometrisch geführt (29) ist, wobei die Anode (23) mit einem Wasserstoffrezirkulationskreis (27) ausgestattet ist.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims 1 to 11, characterized ge indicates that the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) guided overstoichiometrically ( 29 ), wherein the anode ( 23 ) with a hydrogen circulation circuit ( 27 ) Is provided. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Mengenbestimmung (29) der durchgeleiteten Luftmenge (31) die Spannungsänderung des Energiesystems (1, 100) eingeht.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the quantity determination ( 29 ) the amount of air ( 31 ) the voltage change of the energy system ( 1 . 100 ) received. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Mengenbestimmung (29) der durchgeleiteten Luftmenge (31) die Temperaturentwicklung (61) des Brennstoffzellenstapels (3, 3') eingeht.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the quantity determination ( 29 ) the amount of air ( 31 ) the temperature development ( 61 ) of the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) received. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Spannungsführung (29) des Brennstoffzellenstapels (3, 3') auch eine Temperaturführung des Brennstoffzellenstapels (3, 3') eingeht.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the voltage guide ( 29 ) of the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) also a temperature control of the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) received. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (3, 3') kühlkreislauffrei ist und insbesondere die einzige Kühlquelle des Brennstoffzellenstapels die Luftmenge (31) als angebotener Recktand darstellt.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) cooling circuit is free and in particular the only cooling source of the fuel cell stack, the amount of air ( 31 ) as offered reactant. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführung (55) als Recktand aktiv beschleunigt (31) ist, insbesondere durch einen durch das Energieversorgungssystem (1, 100) versorgten Luftförderer (31), der ein Gebläse oder ein Lüfter ist.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the air supply ( 55 ) actively accelerates as reactant ( 31 ), in particular by a through the energy supply system ( 1 . 100 ) supplied air conveyors ( 31 ), which is a fan or a fan. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff aus einer Wasserstoffquelle (33) an den Brennstoffzellenstapel (3, 3') druckgesteuert, insbesondere über ein Druckminderungsventil (35) oder ein Druckregelventil, herangebracht wird.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogen from a hydrogen source ( 33 ) to the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) pressure-controlled, in particular via a pressure reducing valve ( 35 ) or a pressure control valve, is brought. Energieversorgungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Brennstoffzellenstapel (3, 3', 39) gemeinsam die elektrochemische Primärquelle darstellen.Energy supply system ( 100 ) according to one of claims 1 to 19, characterized in that a plurality of fuel cell stacks ( 3 . 3 ' . 39 ) together represent the electrochemical primary source. Energieversorgungssystem (100) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass durch mindestens einen Brennstoffzellenstapel (3') von mehreren Brenstoffzellenstapeln (3, 3', 39) ein Kühlkreislauf (41) durchleitbar ist, der eine Kühlflüssigkeit aufweist.Energy supply system ( 100 ) according to claim 20, characterized in that by at least one fuel cell stack ( 3 ' ) of several fuel cell stacks ( 3 . 3 ' . 39 ) a cooling circuit ( 41 ), which has a cooling liquid. Energieversorgungssystem (1, 100) für eine elektrische Last (21) mit einem mehrere Brennstoffzellen (5) umfassenden Brennstoffzellenstapel (3, 3'), insbesondere einer Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle, der mit wasserstoffhaltigem Gas und Umgebungsluft betreibbar ist, und einem elektrischen Sekundärakkumulator (7), der durch die elektrische Energie des Brennstoffzellenstapels (3, 3') als temporärer Zwischenspeicher aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Brennstoffzellenstapel (3, 3') und Sekundärakkumulator (7) über einen stromsteuernden Halbleiter (43), insbesondere einem Mos-FET, miteinander in Verbindung (9) stehen und der Brennstoffzellenstapel (3, 3') in einem solchen Betriebsbereich (B) spannungsgeführt ist, dass ein reversibles Entladen des Sekundärakkumulators (7) über den Brennstoffzellenstapel (3, 3') unterbleibt.Energy supply system ( 1 . 100 ) for an electrical load ( 21 ) with a plurality of fuel cells ( 5 ) fuel cell stack ( 3 . 3 ' ), in particular a polymer electrolyte membrane fuel cell which is operable with hydrogen-containing gas and ambient air, and a secondary secondary electric accumulator ( 7 ) caused by the electrical energy of the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) is chargeable as a temporary buffer, characterized in that fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) and secondary accumulator ( 7 ) via a current-controlling semiconductor ( 43 ), in particular a Mos-FET ( 9 ) and the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) is energized in such an operating region (B) that a reversible discharge of the secondary accumulator ( 7 ) over the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) is omitted. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Stromsensoren (45, 47, 49) der Laststrom und der Akkumulatorstrom gemessen werden, deren Messwerte in die Steuerung (29) des Brennstoffzellenstapels (3, 3') eingehen.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that by means of current sensors ( 45 . 47 . 49 ) the load current and the accumulator current whose measured values are fed into the controller ( 29 ) of the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ). Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, das als einziges spannungsveränderndes Bauteil ein MOSFET (43) zwischen Brennstoffzellenstapel (3, 3') und Akkumulator (5) angeordnet ist.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of claims 22 or 23, characterized in that the only voltage-altering component is a MOSFET ( 43 ) between fuel cell stacks ( 3 . 3 ' ) and accumulator ( 5 ) is arranged. Energieversorgungssystem (1, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energievorsorgungssystem eine Anzeige umfasst, über die Rückmeldungen und Angaben zu Parameterwerten einer Berechnungseinheit (29) anzeigbar sind, so dass die Energieversorgungseinheit (1, 100) unterschiedliche Brennstoffzellenstapel (3, 3') bzw. unterschiedliche Akkumulatoren (7) umfassen kann, die im Betrieb austauschbar sind.Energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy supply system comprises a display, via the feedback and information on parameter values of a calculation unit ( 29 ) are displayed, so that the power supply unit ( 1 . 100 ) different fuel cell stacks ( 3 . 3 ' ) or different accumulators ( 7 ) which are interchangeable during operation. Verfahren zum Betreiben eines Energieversorgungssystems (1, 100) mit wenigstens einem Brennstoffzellenstapel (3, 3') und einem Akkumulator (7), die direkt elektrisch durchverbunden sind (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (3, 3') in einem solchen Betriebsbereich (B) spannungsgeführt wird, dass ein reversibles Entladen des Sekundärakkumulators (7) über den Brennstoffzellenstapel (3, 3') unmöglich ist.Method for operating an energy supply system ( 1 . 100 ) with at least one fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) and an accumulator ( 7 ), which are directly electrically connected ( 7 ), characterized in that the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) is energized in such an operating range (B), that a reversible discharging of the secondary accumulator ( 7 ) over the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) is impossible. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Temperatur des Brennstoffzellenstapels (3, 3') der Kathodenreaktand, insbesondere in Form der Umgebungsluft, überstöchiometrisch eingebracht wird.A method according to claim 26, characterized in that depending on the temperature of the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) of the cathode reactant, in particular in the form of the ambient air, is introduced more than stoichiometrically. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die luftmäßige Überströmung der Kathoden (25) des Brennstoffzellenstapels (3, 3') durch beschleunigte Luft (31) erfolgt.Method according to one of claims 26 or 27, characterized in that the air-flow overflow of the cathodes ( 25 ) of the fuel cell stack ( 3 . 3 ' ) by accelerated air ( 31 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, das zur Steuerung (29) eines Energieversorgungssystems (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 24 dient.Method according to one of claims 26 to 28, which is used for the control ( 29 ) of an energy supply system ( 1 . 100 ) according to one of claims 1 to 24.
DE102007035217A 2007-07-25 2007-07-25 Energy supply system and method for its operation Active DE102007035217B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007035217A DE102007035217B4 (en) 2007-07-25 2007-07-25 Energy supply system and method for its operation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007035217A DE102007035217B4 (en) 2007-07-25 2007-07-25 Energy supply system and method for its operation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007035217A1 true DE102007035217A1 (en) 2009-01-29
DE102007035217B4 DE102007035217B4 (en) 2011-05-26

Family

ID=40157296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007035217A Active DE102007035217B4 (en) 2007-07-25 2007-07-25 Energy supply system and method for its operation

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007035217B4 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008019981A1 (en) 2008-04-21 2009-10-22 Futuree Fuel Cell Solutions Gmbh Cabinet i.e. switch cabinet, for accommodating power supply systems, has power supply systems spaced from side wall of cabinet, and air guiding channels staying in connection with interior of fuel cell stacks of power supply systems
DE102009017458A1 (en) * 2009-04-02 2010-10-07 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Device for generating and supplying electricity to consumer, has fuel cell system, accumulator and control device for controlling supply of electricity through fuel cell system, where hydrogen or methanol is used as fuel
DE102014018349A1 (en) 2014-12-11 2016-06-16 Daimler Ag Device for providing electrical energy for a vehicle electrical system of a motor vehicle
DE102019110343A1 (en) * 2019-04-18 2020-10-22 e.Go REX GmbH CIRCUIT ARRANGEMENT FOR AN ON-BOARD NETWORK OF AN ELECTRICALLY DRIVEN MOTOR VEHICLE AND A METHOD FOR OPERATING SUCH A CIRCUIT ARRANGEMENT

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2424032A1 (en) * 1973-06-18 1975-01-09 United Aircraft Corp BATTERY-DRIVEN BACKUP UNIT FOR A FUEL CELL POWER GENERATOR
DE19517813A1 (en) 1995-05-18 1996-11-21 Zsw Control of heat production in fuel cell systems
US5780980A (en) * 1995-04-14 1998-07-14 Hitachi, Ltd. Electric car drive system provided with hybrid battery and control method
WO2001078176A1 (en) 2000-04-07 2001-10-18 Avista Laboratories, Inc. Full cell power systems, direct current voltage converters, fuel cell power generation methods, and power conditioning methods
DE10240763A1 (en) * 2001-08-31 2003-04-10 Visteon Global Tech Inc Regulation for a fuel cell system
DE10223117A1 (en) * 2002-05-24 2003-12-04 Ballard Power Systems Controlling energy supply to hybrid electric vehicle drive, supplements fuel cell electrical supply with current from storage battery during acceleration
WO2003107464A2 (en) * 2002-06-17 2003-12-24 Sfc Smart Fuel Cell Ag Hybrid power source
US20040164702A1 (en) 2003-02-20 2004-08-26 Holmes David D. Battery charger
WO2005004261A2 (en) * 2003-07-01 2005-01-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Regulation of fuel cells
US20050112428A1 (en) 2003-10-23 2005-05-26 Hydrogenics Corporation Fuel cell power system having multiple fuel cell modules
US6930897B2 (en) * 2001-07-31 2005-08-16 Abb Research Ltd. Fuel cell inverter
WO2006093862A2 (en) 2005-02-28 2006-09-08 Relion, Inc. Uninterruptible power supply and method for supplying uninterruptible power to a load
WO2006113985A1 (en) 2005-04-27 2006-11-02 Hydrogenics Corporation Systems and methods for adaptive energy management in a fuel cell system
WO2007015146A2 (en) * 2005-08-04 2007-02-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Voltage control system and vehicle comprising voltage control system

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2424032A1 (en) * 1973-06-18 1975-01-09 United Aircraft Corp BATTERY-DRIVEN BACKUP UNIT FOR A FUEL CELL POWER GENERATOR
US5780980A (en) * 1995-04-14 1998-07-14 Hitachi, Ltd. Electric car drive system provided with hybrid battery and control method
DE19517813A1 (en) 1995-05-18 1996-11-21 Zsw Control of heat production in fuel cell systems
WO2001078176A1 (en) 2000-04-07 2001-10-18 Avista Laboratories, Inc. Full cell power systems, direct current voltage converters, fuel cell power generation methods, and power conditioning methods
EP1273059A1 (en) 2000-04-07 2003-01-08 Avista Laboratories Inc. Full cell power systems, direct current voltage converters, fuel cell power generation methods, and power conditioning methods
US6930897B2 (en) * 2001-07-31 2005-08-16 Abb Research Ltd. Fuel cell inverter
DE10240763A1 (en) * 2001-08-31 2003-04-10 Visteon Global Tech Inc Regulation for a fuel cell system
DE10223117A1 (en) * 2002-05-24 2003-12-04 Ballard Power Systems Controlling energy supply to hybrid electric vehicle drive, supplements fuel cell electrical supply with current from storage battery during acceleration
WO2003107464A2 (en) * 2002-06-17 2003-12-24 Sfc Smart Fuel Cell Ag Hybrid power source
US20040164702A1 (en) 2003-02-20 2004-08-26 Holmes David D. Battery charger
WO2005004261A2 (en) * 2003-07-01 2005-01-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Regulation of fuel cells
US20050112428A1 (en) 2003-10-23 2005-05-26 Hydrogenics Corporation Fuel cell power system having multiple fuel cell modules
WO2006093862A2 (en) 2005-02-28 2006-09-08 Relion, Inc. Uninterruptible power supply and method for supplying uninterruptible power to a load
WO2006113985A1 (en) 2005-04-27 2006-11-02 Hydrogenics Corporation Systems and methods for adaptive energy management in a fuel cell system
WO2007015146A2 (en) * 2005-08-04 2007-02-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Voltage control system and vehicle comprising voltage control system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008019981A1 (en) 2008-04-21 2009-10-22 Futuree Fuel Cell Solutions Gmbh Cabinet i.e. switch cabinet, for accommodating power supply systems, has power supply systems spaced from side wall of cabinet, and air guiding channels staying in connection with interior of fuel cell stacks of power supply systems
DE102009017458A1 (en) * 2009-04-02 2010-10-07 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Device for generating and supplying electricity to consumer, has fuel cell system, accumulator and control device for controlling supply of electricity through fuel cell system, where hydrogen or methanol is used as fuel
DE102009017458B4 (en) * 2009-04-02 2017-03-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for generating and emitting electrical energy to a consumer
DE102014018349A1 (en) 2014-12-11 2016-06-16 Daimler Ag Device for providing electrical energy for a vehicle electrical system of a motor vehicle
DE102019110343A1 (en) * 2019-04-18 2020-10-22 e.Go REX GmbH CIRCUIT ARRANGEMENT FOR AN ON-BOARD NETWORK OF AN ELECTRICALLY DRIVEN MOTOR VEHICLE AND A METHOD FOR OPERATING SUCH A CIRCUIT ARRANGEMENT
US11560068B2 (en) 2019-04-18 2023-01-24 Stack Hydrogen Solutions Gmbh Circuit arrangement for a vehicle electrical system of an electrically driven motor vehicle and method for operating a circuit arrangement of this type

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007035217B4 (en) 2011-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112008003416B4 (en) Fuel battery system
DE112008003145B4 (en) The fuel cell system
DE112008000628B4 (en) The fuel cell system
DE112008000649B4 (en) The fuel cell system
DE60210464T2 (en) FUEL CELL RECOVERY METHOD AND DEVICE
DE112008002094B4 (en) The fuel cell system
DE112004001762B4 (en) Storage of fuel cell energy during start-up and shutdown
DE102012203344A1 (en) The fuel cell system
DE112005003104T5 (en) Hybrid fuel cell system with battery capacitor energy storage system
DE102014100989B4 (en) Power converter device and energy storage system
DE112012006188T5 (en) The fuel cell system
DE102020208743A1 (en) HUMIDIFIER DEVICE FOR A FUEL CELL
DE102011014969B4 (en) A method of operating a fuel cell system in a standby mode
DE112009005341T5 (en) The fuel cell system
DE102011013403B4 (en) Fuel cell system with a voltage control of a high voltage bus in fuel cell vehicles with high voltage power source
DE102004017848B4 (en) Method for operating a fuel cell system and a fuel cell system
DE10359952B4 (en) The fuel cell system
DE102009014499A1 (en) A method of fully charging an electrical energy storage device using a lower voltage fuel cell system
DE102007056119A1 (en) Fuel cell activating device for use with zero-emission-vehicle i.e. motor vehicle, has thermostat for circulating cool water, which is supplied by fuel cell stack, and cable coupled to ends of stack for short circuiting cathode and anode
DE102015202089A1 (en) Fuel cell system and vehicle with such
DE112013002180T5 (en) System for controlling the electrical power supply of a vehicle, as well as vehicle
DE112012006025B4 (en) fuel cell system
DE102016215908A1 (en) Apparatus and method for controlling a fuel cell stack
DE102007035217B4 (en) Energy supply system and method for its operation
DE102013218092A1 (en) Method for heating a battery

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R020 Patent grant now final

Effective date: 20110827

R082 Change of representative

Representative=s name: CREMER & CREMER, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ADKOR GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: FUTUREE FUEL CELL SOLUTIONS GMBH, 72622 NUERTINGEN, DE

Effective date: 20140207

Owner name: FUTUREE FUEL CELL SOLUTIONS GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: FUTUREE FUEL CELL SOLUTIONS GMBH, 72622 NUERTINGEN, DE

Effective date: 20140207

R082 Change of representative

Representative=s name: CREMER & CREMER, DE

Effective date: 20140207

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ADKOR GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: FUTUREE FUEL CELL SOLUTIONS GMBH, 73240 WENDLINGEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: CREMER & CREMER, DE