[发明专利]燃料电池系统和燃料电池系统的运行方法

说明书

燃料电池系统具有：多个燃料电池模块，它们布线连接成燃料电池组，其具有连接至负载的第一和第二供电接线端；测量机构，其用于测量各自燃料电池模块负载电流；用于依据测定的负载电流获知燃料电池模块的各自工作状态的控制装置，其控制燃料电池模块的运行。控制装置设立用于发现燃料电池模块的工作状态是否处于各自燃料电池模块的各自部分负荷范围内，该部分负荷范围由高于零负载电流的下限和低于满负载电流的上限限定。控制装置还设立用于在负载的第一部分负荷运行中通过燃料电池组的所有燃料电池模块的运行提供该负载所要求的负载电流I_L，从而燃料电池组的所有燃料电池模块位于各自燃料电池模块的各自部分负荷范围内。

技术领域

本发明涉及具有许多燃料电池模块的燃料电池系统以及这种燃料电池系统的运行方法。

背景技术

燃料电池由氢和氧产生电能。氧一般以空气形式被供入，而氢由储备容器提供或现场制造，例如由甲醇制造。燃料电池一般被联合成一个或多个燃料电池堆叠，并且与燃料电池运行不可或缺的许多外围部件（如用于供应新的工作气体和冷却水、用于排走和/或再循环使用后的工作气体和冷却水的管线、传感器、阀、控制装置、开关、加热器等）一起形成一个燃料电池模块。这些部件的一部分配备有护盖、外壳或封罩，所有部件或者至少大多数部件尽量紧凑地组装并与燃料电池一起被安装在壳体中。

多个这样的燃料电池模块可以联合成一个燃料电池系统，在燃料电池系统内，燃料电池模块是电气并联或串联的，以便给连接至燃料电池系统的电负载供应供电电压和负载电流。通过在燃料电池系统内设置多个燃料电池模块，可以比较简单地适配于电负载的具体电压需求和/或功率需求。例如可通过串联许多燃料电池模块来提供较高的工作电压和较大的功率输出。

在此的一个目的大多是在通过燃料电池系统驱动负载时避免显著交变的燃料电池工作状态，使得它不需要快速反应的复杂化学能量载体供应控制，并且强烈的负荷波动也没有不利地影响到燃料电池的使用寿命。

发明内容

本发明的任务是指出一种具有多个燃料电池模块的燃料电池系统以及一种运行这种燃料电池系统的方法，其中，该燃料电池能以长使用寿命运行。

本发明涉及根据上述的具有许多燃料电池模块的燃料电池系统以及这种燃料电池系统的运行方法。并在上述说明了有利的设计和改进。

根据第一方面，本发明涉及一种燃料电池系统，其包括布线连接成一个燃料电池组的多个燃料电池模块，该燃料电池组具有被配置成连接至电负载的第一和第二供电接线端，还包括测量机构，其连接至该燃料电池模块且设立用于测量各自燃料电池模块的负载电流，以及包括用于依据各自燃料电池模块的由测量机构测定的负载电流获知燃料电池模块的各自工作状态的控制装置，该控制装置连接至该燃料电池模块以控制燃料电池模块的运行。在此情况下，该控制装置设立用于在满负荷运行中通过所有燃料电池模块的运行提供该负载所要求的负载电流，并且在该负载的部分负荷运行中通过所有或一部分的燃料电池模块的运行提供该负载所要求的负载电流。另外，该控制装置设立用于发现燃料电池模块的工作状态是否处于各自燃料电池模块的各自部分负荷范围内，该部分负荷由高于零负载电流的下限和低于满负载电流的上限来限定。该控制装置也设立用于在负载的第一部分负荷运行中通过燃料电池组的所有燃料电池模块的运行提供该负载所要求的负载电流，从而燃料电池组的所有燃料电池模块位于各自燃料电池模块的各自部分负荷范围中。

本发明提供如下有利效果，根据该负载的功率要求，所述负载电流或所输出的功率可被分配给燃料电池组的若干燃料电池模块，从而可以优化其使用寿命。因此，本发明的功率管理首先可以被用在负载的部分负荷运行中，在此不必同时提供所有燃料电池模块的全部功率(额定功率)。相反，燃料电池组的所有燃料电池模块在部分负荷运行中根据负载需求均衡地在最好对于其使用寿命有利的部分负荷范围中运行。此时，(在控制装置中实现的)功率管理所要达成的一个目的可以是：相同地或几乎相同地耗用位于该燃料电池系统或该燃料电池组中的所有燃料电池模块，同时每个模块尽可能在对其有利的部分负荷范围中运行。