CN115699377A - 用于给燃料电池系统加燃料的方法和燃料电池系统复合结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于给燃料电池系统(Sys A，Sys B)加燃料的方法和一种燃料电池系统复合结构(10)，所述燃料系统以多个燃料电池系统(Sys A，Sys B)的复合结构(10)运行。根据本发明给出一种方法，通过该方法，由所述复合结构(10)运行的负载(100)在箱装置(20)上执行加燃料期间能够继续运行，所述箱装置配属于所述燃料电池系统(Sys A，Sys B)的燃料电池(FC 1，FC 2)。

Description

用于给燃料电池系统加燃料的方法和燃料电池系统复合结构
技术领域
本发明涉及一种用于给燃料电池系统加燃料的方法，所述燃料电池系统以多个燃料电池系统的复合结构运行，通过所述复合结构以能量供给至少一个负载，其中，燃料电池系统分别具有至少一个燃料电池，所述燃料电池系统具有多个箱装置，由所述多个箱装置将燃料供入燃料电池，其中，箱装置中的每个能配有或者配有燃料电池中的至少一个，并且所述燃料电池系统具有控制装置，借助于所述控制装置监测和控制燃料电池和箱装置的运行。本发明还涉及一种燃料电池系统复合结构，所述燃料电池系统复合结构设置有多个分别具有至少一个燃料电池的燃料电池系统并且被安排用于以能量供给至少一个负载。
背景技术
燃料电池或燃料电池系统现在被推广和使用。在车辆领域这不但适用于其驱动装置，而且适用于需要电功率的不同的车厢(例如货物的冷却)。
在燃料电池中，由化学反应产生电流。在此，燃料和氧化剂被转化为电能和作为反应产物的水。在此，燃料电池基本上由阳极部分、膜和阴极部分组成。在化学反应中放出的电子能够作为电流经由消耗器(例如汽车的电动机)传导。
这样的燃料电池系统例如可从DE10028331C2中得知。
在其他的技术领域中，例如在服务器场中的燃料电池或者燃料电池系统尤其也能够用于其功率自身如同样地使用于冷却任务，在航运中，可以考虑例如游轮或者集装箱船的辅助机组。
如果考虑燃料电池系统(如所述燃料电池系统例如使用在车辆中)，由于安全技术的原因，需要在加燃料期间关断系统。这意味着，在加燃料过程期间，燃料电池系统不允许或者不能够输出电功率。然而在加燃料过程期间，与之相对地甚至应确保以电功率供给燃料电池系统，以便在加燃料期间提供所需的功能(例如监测在系统内部的H2浓度)，通常，在车辆内部使用在车辆中存在的、必要时甚至决定为此而设置的电池。在其他的构型中，也能够例如通过加燃料站本身来确保供给。在这里，所提到的两种变型提高了在要维持的供给装置以及它们的管理和维护方面的花费。
发明内容
有利地，通过本发明能够提供一种用于给燃料电池系统加燃料的方法以及一种燃料电池系统的复合结构，通过所述方法能够低花费地执行配属于燃料电池的箱装置以相应的燃料进行供给，并且同时能够确保由燃料电池系统运行的负载的不中断地运行。
根据本发明，这些优点通过一种具有权利要求1的特征的方法来实现。
因此，本发明所基于的思想在于，在开篇所提到的类型的方法中，执行以下的步骤：
a)通过控制装置根据传感器信号或者参数的预先确定的值识别出对箱装置中的至少一个加燃料的需要；
b)将下述燃料电池系统的功率输出与燃料电池系统的复合结构分开：配有待加燃料的箱装置的那个或那些燃料电池属于所述燃料电池系统；
c)在通过燃料电池系统上剩余的复合结构进行运行的情况下执行对有关的相应箱装置的加燃料；
d)结束在有关的加燃料装置上的加燃料过程；
e)将先前分开的燃料电池系统与燃料电池系统复合结构重新连接。
相应地，在根据本发明的方法中，在正在进行的运行中、即在至少一个负载的运行期间，对配属于燃料电池系统的箱装置例如连续地在其填充水平方面进行询问，或者，持续地请求至少一个传感器的相应的、持续地更新的传感器信号。在相应的负载的消耗已知且持续地保持不变的情况下，对箱装置的加燃料的需要也能够简单地由一定时段的期满而产生。控制装置根据其被提供的参数能识别出加燃料过程的需要。例如，这也可能由下述情形产生：对于待供给的负载规划较长时间的运行，所述较长时间的运行让在此期间的加燃料过程显得不适当或者不可能。在紧接着的步骤中，将下述燃料电池系统的功率输出与燃料电池系统的复合结构分开：所述燃料电池系统具有(由待加燃料的箱装置以燃料供给的)燃料电池，即待加燃料的箱装置配属于所述燃料电池。在这里，已知有关的燃料电池系统能够具有至少一个燃料电池，但是也能够具有多个燃料电池。在这里，重要的是将具有一个或者多个燃料电池的相应的燃料电池系统与复合结构的功率输出分开，其中也可设想，例如因为相应的安全要求占主导：完全地关断相应的用于加燃料过程的燃料电池系统。在紧接着的步骤中，执行对有关的箱装置的加燃料，所述有关的箱装置配属于与负载上的功率输出分开的燃料电池系统或者其燃料电池，其中，负载由燃料电池系统的剩余的复合结构继续运行，即，继续以电能(功率)供给。在有关的箱装置上的加燃料过程结束之后，在另一步骤中，与燃料电池系统的复合结构分开的燃料电池系统又与其重新连接。
在从属权利要求中是本发明的有利的构型和改进方案。
用于持续地保障充足地加燃料的箱装置的、根据本发明的方法的一个有利的变型能够存在于下述方法步骤中：在该方法步骤中，在下述条件下重新运行先前所列举的方法步骤，在这些步骤的第一步骤中重新识别出对箱装置中的一个加燃料的需要。在这里，原则上能够涉及燃料电池系统的复合结构的箱装置中的每个箱装置。即，从控制装置方面，以有利的方式持续地如下进行询问：箱装置中的一个是否需要加燃料过程，从而在系统方面能够及时地引入需要的措施。这例如会导致，自动地依次地给燃料电池系统的复合结构的所有箱装置加燃料，或者能够根据预先给定的模式或者方案或者也能够任意累积地给多个箱装置同时地加燃料，只要同时确保所要求的功率输出。
在根据本发明的方法的一种优选的扩展方案中，从燃料电池系统的复合结构方面在执行以上提及的方法步骤期间连续地产生电功率并且将其提供给至少一个负载，从而后者能够以无中断的持续运行方式运行。
在根据本发明的方法的另一有利的变型(该变型独立于可能从外部提供的能源)中，尤其能够通过由燃料电池系统的复合结构在加燃料期间所提供的电功率供给(配属于加燃料的箱装置的)燃料电池系统和/或加燃料站的功能装置。要由所提及的功能装置所涵盖的功能能够涉及例如对在相应的燃料电池系统内部的H2浓度的监测，从而能够省去为此而原本设置的电池。此外也可设想另外的、原则上任意的、用电运行的功能装置。此外，进一步地也能够是，通过所提供的电功率供给/运行相应的、将燃料导至箱装置的燃料站。
借助根据本发明的方法的另一有利的变型确保以电功率进行的持续的供给，在所述变型中，在给箱装置加燃料期间，至少一个燃料电池系统不加燃料。在此，控制装置的任务能够是，如下地监测燃料电池系统的复合结构：燃料电池系统的复合结构的至少一个燃料电池系统的功率输出持久地进行，以便以此方式确保持久的电供给。
同样有利地，借助于本发明也提供开篇所提到的类型的燃料电池系统的复合结构，在所述复合结构中，用于给箱装置中的至少一个加燃料的控制装置将配属于该箱装置的燃料电池系统与燃料电池系统的复合结构(电气地)分开并且必要时关断，而其余的燃料电池系统的至少一部分作为剩余的复合结构在能量上充足地供给负载。
在根据本发明的燃料电池系统的复合结构的一种有利的构型中，箱装置分别配属于由至少两个燃料电池组成的燃料电池系统。即使相应的燃料电池系统原则上能够仅设置和安排一个燃料电池，在提高的可靠性的意义下，实用的是，为此设置至少两个燃料电池。
根据本发明的燃料电池系统的复合结构的一种优选的实施方式能够设置和安排为使得箱装置中的每个配属于相同数量的燃料电池。以此方式，例如一个燃料电池系统能够安排有两个燃料电池，所述两个燃料电池共同地配有一个箱装置，而复合结构由大量的刚好这些燃料电池系统构造。具有多个分别相同的燃料电池系统的复合结构的安排促进其可扩展性，这也又能够提高整个系统(复合结构)的可靠性。
在根据本发明的燃料电池系统的复合结构的一种特别优选的实施方式中，其能够设置和安排为使得根据相应的使用目的，燃料电池系统的复合结构的燃料电池系统中的一个燃料电池系统已经足够用于充足地供给负载。在这种构型中可实现高的可靠性，与下述可行性相配合：同时给不配属于这个燃料电池系统的燃料电池的其余的箱装置全体加燃料。
在燃料电池的复合结构的另一有利的实施方式中，所述复合结构设置和安排为具有一传感器装置，该传感器装置检测并且用信号通知至少一种填充水平、至少一种浓度、燃料电池系统与复合结构的分开或者其关闭、或者至少给箱装置加燃料的情形的存在。即，通常配属于控制装置的传感器装置基本上设置用于给控制装置提供对箱装置中的至少一个的加燃料过程可能重要的信息。如所提及地，这一方面能够涉及填充水平或者浓度信息，所述填充水平或者浓度信息在确定加燃料的需要方面或者就安全方面而言能够具有重要意义。另一方面能够涉及与箱装置中的至少一个的加燃料过程有关联的信息，即，例如，有关的箱装置是否按规定地与燃料电池系统的复合结构分开，或者加燃料过程是恰好在进行或者结束。例如，这对于有效率地执行燃料电池系统的复合结构的所有箱装置的加燃料能够是有重要意义的。
即，借助先前所说明的、根据本发明的方法以及根据本发明的燃料电池系统的复合结构实现低花费地执行以相应的燃料对配属于燃料电池的箱装置进行供给，并且同时确保由燃料电池系统运行的负载的不中断地运行。
附图说明
下面根据实施例参照附图的图示更详尽地解释本发明。在部分地高度示意性的示图中在这里示出：
图1燃料电池系统的复合结构的简图，具有燃料电池和配属于所述燃料电池的箱装置；
图2具有用于执行根据本发明的方法的方法步骤的简图；和
图3用于直观地说明在来自图1的箱装置上的加燃料过程的简图，作为来自图2的方法的部分。
具体实施方式
在附图中，相同的标记标明相同的或者功能相同的部件，只要没有说明相反的。
在图1中可看到燃料电池系统Sys A，Sys B的在整体上用10表示的复合结构的根据本发明的实施例，其中，所示出的两个燃料电池系统Sys A，Sys B并排但是相互间隔开地布置。在此，两个燃料电池系统Sys A，Sys B中的每个分别配有箱装置20，所述箱装置分别具有带有所配属的消耗器BoP y的箱y(y＝A，B)，所述箱又以燃料供给配属于其的、具有所配属的消耗器BoP x的燃料电池FC x(x＝1，2，3，4)。消耗器BoP x能够例如是燃料电池的功能装置，所述功能装置分别配属于所述燃料电池。在这里良好可见，每个燃料电池系统SysA，Sys B分别配有两个燃料电池FC x，所述两个燃料电池分别被相同的箱装置20供给，即，在此例如FC 1和FC2由具有箱A的箱装置20供给，而FC 3和FC 4由具有箱B的箱装置20供给。因此，在这种配置中能够是，在将待加燃料的燃料电池系统Sys A，Sys B从复合结构10中分离时，相应另外的燃料电池系统Sys B，Sys A作为剩余的复合结构10单独地充分地承担负载100的供给，而加燃料的燃料电池系统Sys A，Sys B与向负载100的功率输出分开。即，图1示出燃料电池系统FC x与相应的消耗器BoP x以及具有相应的箱y(连同其相应的消耗器BoP y)的箱装置20。如果给具有箱A的箱装置20加燃料，则能分开或者关掉燃料电池系统Sys A。即，在此能关断FC 1和FC 2。在燃料电池系统Sys A加燃料期间，燃料电池系统Sys B能够作为燃料电池系统Sys A，Sys B的复合结构10的剩余的未分开部分继续向负载100提供功率。
最后，图1也示出高压电池70，该高压电池能够用于运行相应分开的燃料电池系统Sys A，Sys B(具有必要时被关掉的燃料电池FC x)的消耗器BoP x。固然也能够省去该电池70，因为所要求的功率由相应另外的、未分开的燃料电池系统B、A提供。
在图2中可见一简图，其直观地说明了用于给燃料电池系统Sys A，Sys B加燃料的根据本发明的方法，所述燃料电池系统以多个燃料电池系统Sys A，Sys B的复合结构10运行，通过该复合结构10以电能供给至少一个负载100。在此，在步骤S1中由未进一步示出的控制装置50根据传感器信号或参数的预先确定的值来识别对箱装置20中的至少一个加燃料的需要。在步骤S2中，将燃料电池系统Sys A，Sys B的复合结构10的下述燃料电池系统A与功率输出分开：配有待加燃料的箱装置20(带有相应的箱A)的燃料电池FC 1，FC 2属于所述燃料电池系统A；在通过燃料电池系统Sys B(作为燃料电池系统的剩余的复合结构10)运行负载100时，在步骤S3中执行相应的箱装置20的加燃料；在步骤S4中，结束有关的箱装置20的加燃料过程，据此，在步骤S5中使先前分开的燃料电池系统Sys A又与燃料电池系统复合结构10连接。通过虚划线表明，在步骤S5结束之后，重新触发对加燃料的需要的识别过程。
这同样适用于下述情形：在S1中否定对于当前时刻的需要的存在。
在图3中可见一示意性的简图，其中，还更详尽地直观地说明在一种变型中(用于来自图1的燃料电池的复合结构的)来自图2的步骤S2至S5的步骤，在该变型中依次地给所有箱装置加燃料。例如能够借助于在示图的图中未更详尽地示出的传感器装置60连同也未更详尽地示出的控制装置50持续地扫描并且作为步骤S1的结果用信号通知，首先应给具有箱A的箱装置20加燃料(作为图2的步骤S1的结果)。在步骤S21中，进行燃料电池系统A的功率输出与复合结构10的分开以及在步骤S22中进行燃料电池FC 1和FC 2的关断。在步骤S31中，在通过复合结构10的另外的燃料电池系统B进行功率输出的情况下保障负载100，据此，在步骤S32中，通过断开箱A与未示出的加燃料站装置的连接来执行加燃料。在步骤S41中的加燃料过程结束之后，在步骤S42中，先前被断开的到箱A的连接又被停止，从而在此在步骤S51中，燃料电池FC 1和FC 2首先必要时又接通，以在步骤S52中使燃料电池系统Sys A又与燃料电池系统Sys A，Sys B的复合结构10连接。在燃料电池系统B的箱装置20的箱Sys B也需要加燃料时，以复合结构10的分别另外的装置进行相同的过程。
即，如果多个燃料电池系统Sys A，Sys B以复合结构10运行，则在例如用氢气给燃料电池系统Sys A，Sys B中的一个(该燃料电池系统是复合结构10的部分)加燃料期间，能够连续地运行并且连续地产生电功率。因此，在加燃料期间也能够省去电池。甚至能够以电功率供给加燃料站本身。在开篇所提到的示例中，连续地产生功率和由此实现的对有关的负载的连续运行能够例如意味着，在车辆的情况下，车辆能够在加燃料期间继续行驶，车辆的车厢(例如货物的冷却)能够继续运行，在以燃料电池系统供给的服务器场中，燃料电池系统的复合结构能够在加燃料期间确保可靠性，并且还有，在港口的游轮或者集装箱船能够在加燃料期间继续运行。
尽管以上已经根据优选的实施例说明了本发明，但是本发明不限于此，而是能够以多种多样的方式更改。

Claims (10)

1.一种用于给燃料电池系统(SYS A，SYS B)加燃料的方法，所述燃料电池系统以多个燃料电池系统(SYS A，SYS B)的复合结构(10)运行，通过所述复合结构(10)以电功率供给至少一个负载(100)，其中，燃料电池系统(SYS A，SYS B)分别具有至少一个燃料电池(FCx)，所述燃料电池系统具有多个箱装置(20)，通过所述箱装置将燃料供入所述燃料电池(FCx)，其中，所述箱装置(20)中的每个能配有或者配有所述燃料电池(FC x)中的至少一个，并且，所述燃料电池系统具有控制装置(50)，借助于所述控制装置监测和控制燃料电池(FCx)和箱装置(20)的运行，所述方法具有以下的步骤：
a)通过所述控制装置(50)根据传感器信号或者参数的预先确定的值识别对所述箱装置(20)中的至少一个加燃料的需要(S1)；
b)将下述燃料电池系统(SYS A，SYS B)的功率输出与燃料电池系统(SYS A，SYS B)的复合结构(10)分开：配有待加燃料的箱装置(20)的那个或那些燃料电池(FC x)属于所述燃料电池系统(S2)；
c)在通过燃料电池系统(SYS A，SYS B)的剩余的复合结构(10)进行所述负载(100)运行的情况下执行对有关的相应箱装置(20)的加燃料(S3)；
d)结束对有关的箱装置(20)的加燃料过程(S4)；
e)将先前分开的燃料电池系统(SYS A，SYS B)与燃料电池系统复合结构(10)重新连接(S5)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其具有另外的步骤：
f)如果在重新执行步骤a)时识别出对另外的箱装置(20)加燃料的需要，则重新执行步骤a)至e)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在实施步骤a)-e)或者a)f)期间，通过燃料电池系统(Sys A，Sys B)的所述复合结构(10)连续地产生并且提供电功率。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，通过由燃料电池系统(Sys A，Sys B)的所述复合结构(10)在所述加燃料期间提供的电功率还供给配属于加燃料的箱装置(20)的燃料电池系统(Sys A，Sys B)的和/或加燃料站的功能装置(BoP x)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，至少一个燃料电池系统(Sys A，SysB)在箱装置(20)加燃料期间不加燃料。
6.一种燃料电池系统复合结构(10)，所述燃料电池系统复合结构具有多个分别带有至少一个燃料电池(FC x)的燃料电池系统(Sys A，Sys B)，所述燃料电池系统复合结构被设置和安排用于，以电功率供给至少一个负载(100)，所述燃料电池系统复合结构具有多个箱装置(20)，所述箱装置将燃料供入所述燃料电池(FC x)，其中，所述箱装置(20)中的每个能配有或者配有所述燃料电池(FC x)中的至少一个，并且所述燃料电池系统复合结构具有控制装置(50)，所述控制装置监测和控制所述燃料电池系统(Sys A，Sys B)和箱装置(20)的运行，其中，在给所述箱装置(20)中的至少一个箱装置加燃料时，所述控制装置(50)使有关的燃料电池系统(Sys A，Sys B)的配属于所述至少一个箱装置的燃料电池(FC x)与燃料电池系统(Sys A，Sys B)的复合结构(10)电气地分开并且必要时关断，而其余的燃料电池系统(Sys A，Sys B)的至少一部分作为剩余的复合结构以电功率充足地供给所述负载。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统复合结构(10)，其中，箱装置(20)分别配属于由至少两个燃料电池(FC x)组成的燃料电池系统(Sys A，Sys B)。
8.根据权利要求6或7所述的燃料电池系统复合结构(10)，其中，所述箱装置(20)中的每个配属于相同的数量的燃料电池(FC x)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的燃料电池系统复合结构(10)，其中，所述燃料电池系统复合结构(10)的燃料电池系统(Sys A，Sys B)中的每个燃料电池系统设置和构造为使得所述燃料电池系统足以单独地充足地供给所述负载(100)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的燃料电池系统复合结构(10)，其中，该燃料电池系统复合结构(10)设置和安排为具有传感器装置(60)，所述传感器装置检测并且用信号通知至少一种填充水平、至少一种浓度、燃料电池系统(Sys A，Sys B)与所述复合结构(10)的分开或者所述燃料电池系统的关掉或者至少给箱装置(20)加燃料的情形的存在。
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