DE10009931A1

DE10009931A1 - Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem

Info

Publication number: DE10009931A1
Application number: DE10009931A
Authority: DE
Inventors: Masaru Okamoto; Kazuo Saito; Masatoshi Iio
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2000-09-07
Also published as: JP2000251911A; US6342316B1

Abstract

Ein Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem enthält eine Reformierungsvorrichtung, eine Brennstoffzelle, einen Abschnitt zum Steuern der Durchflußmenge eines von der Reformierungsvorrichtung ausströmenden reformierten Gases in der Weise, daß der Betriebsdruck der Reformierungsvorrichtung gleich ihrem Solldruck ist, einen Abschnitt zur Erfassung der Durchflußmenge des in die Brennstoffzelle strömenden reformierten Gases, einen Abschnitt zum Berechnen eines der Brennstoffzelle entnommenen Soll-Laststroms anhand der Druchflußmenge des reformierten Gases, so daß der Betriebsdruck der Brennstoffzelle gleich ihrem Solldruck ist, einen Abschnitt zum Erfassen des Einlaßdrucks der Brennstoffzelle, einen Abschnitt zum Berechnen eines Laststrom-Korrekturbetrags anhand einer Abweichung zwischen dem Einlaßdruck der Brennstoffzelle und dem Solldruck der Brennstoffzelle und einen Abschnitt, der den Laststrom-Korrekturbetrag zu dem Soll-Laststrom addiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellen-Energieerzeu gungssystem und insbesondere ein Brennstoffzellen-Ener gieerzeugungssystem zum Reformieren eines Brennstoffs, um ein reformiertes Gas mit hohem Wasserstoffgehalt, d. h. ein wasserstoffreiches Gas, zu erhalten, und zum Liefern des reformierten Gases und eines sauerstoffhaltigen Gases an eine Brennstoffzelle, in der das reformierte Gas und das sauerstoffhaltige Gas miteinander zur Reaktion ge bracht werden, um dadurch Energie zu erzeugen.

Aus JP 5-036429-A ist ein Brennstoffzellen-Energieerzeu gungssystem bekannt, das eine Reformierungsvorrichtung zum Reformieren von Brennstoffgas und zum Herstellen eines reformierten Gases mit hohem Wasserstoffgehalt umfaßt und das erhaltene reformierte Gas dazu veranlaßt, mit sauerstoffhaltigem Gas zu reagieren, das getrennt zugeführt wird, um Energie zu erzeugen.

Dieses Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem steuert und reguliert die Durchflußmenge des in die Reformie rungsvorrichtung eingeleiteten Brennstoffs entsprechend der Änderung der von einer externen Last angeforderten Energie.

Falls die Energieanforderung von der externen Last schnell ansteigt und die Erzeugung des von der Reformie rungsvorrichtung gelieferten reformierten Gases der Anforderung aufgrund ihres starken Anstiegs nicht folgen kann, wird die Lieferung überschüssigen Stroms an eine im voraus zusätzlich zur externen Last installierte Schein last reduziert, um die Anforderung einer erhöhten Ener giezufuhr zu erfüllen.

Die Erfinder haben jedoch festgestellt, daß das herkömm liche Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem den Nach teil hat, daß in ihm nicht in ausreichendem Maß die Aufrechterhaltung der Betriebsdrücke in der Reformie rungsvorrichtung zum Reformieren eines Brennstoffs und in einer Brennstoffzelle, die zur Erzeugung von Energie eine Reaktion zwischen einem reformierten Gas und einem sauer stoffhaltigen Gas bewirkt, berücksichtigt wird. Dies erschwert die geeignete Aufrechterhaltung der Betriebs drücke.

Falls nämlich nicht die Durchflußmenge des Brennstoffs entsprechend einer Änderung der externen Last geändert wird, ändert sich auch die Menge des durch die Reformie rungsvorrichtung erzeugten reformierten Gases. Die Ände rung der Menge des so erzeugten reformierten Gases be wirkt eine Änderung des Innendrucks der Reformierungsvor richtung.

Da eine geeignete Aufrechterhaltung des Betriebsdrucks in der Reformierungsvorrichtung des herkömmlichen Systems nicht ausreichend berücksichtigt wird, besteht die Mög lichkeit, daß der Innendruck der Reformierungsvorrichtung die obere oder die untere Betriebsdruckgrenze erreicht.

Falls sich die Menge des reformierten Gases, das in der Reformierungsvorrichtung erzeugt wird, entsprechend der Änderung der Durchflußmenge des Brennstoffs ändert, ändert sich auch die Menge des an die Brennstoffzelle gelieferten reformierten Gases, wobei diese Änderung ihrerseits eine Änderung des Innendrucks der Brennstoff zelle hervorruft.

Auch hier besteht aufgrund der Tatsache, daß eine geeig nete Aufrechterhaltung des Betriebsdrucks in der Brenn stoffzelle nicht ausreichend berücksichtigt wird, die Möglichkeit, daß der Innendruck der Brennstoffzelle die obere oder die untere Betriebsdruckgrenze erreicht.

Sowohl die Reformierungsvorrichtung als auch die Brenn stoffzelle müssen arbeiten können, während die geeigneten Solldrücke entsprechend der Änderung einer externen Last geändert werden. Außerdem müssen die oberen und unteren Betriebsdruckgrenzen für die Betriebsdrücke entsprechend der Änderung der externen Last geändert werden können.

Aus der obigen Erläuterung wird deutlich, daß es dann, wenn die oberen und unteren Grenzen der Betriebsdrücke der Reformierungsvorrichtung bzw. der Brennstoffzelle sich aufgrund einer Änderung der externen Last ändern und die Soll-Betriebsdrücke der Reformierungsvorrichtung und der Brennstoffzelle sich aufgrund einer Änderung der externen Last ändern, sehr schwierig sein kann, geeignete Soll-Betriebsdrücke der Reformierungsvorrichtung bzw. der Brennstoffzelle aufrechtzuerhalten.

Aus der obigen Erläuterung ergibt sich auch, daß es in dem herkömmlichen Brennstoffzellen-Energieerzeugungssy stem vorkommen kann, daß das Gleichgewicht zwischen dem Druck der Reformierungsvorrichtung und dem Druck der Brennstoffzelle nur schwer geeignet gehalten werden kann, weshalb der Betrieb des gesamten Brennstoffzellen-Ener gieerzeugungssystems nicht problemlos fortgesetzt werden kann.

Abgesehen von den obigen Untersuchungen besteht das Problem, das die Brennstoffzelle so konstruiert ist, daß sie Energie als Ergebnis der Reaktion zwischen dem zuge führten reformierten Gas und dem zugeführten sauerstoff haltigen Gas erzeugt, weshalb die Energie, die der Brenn stoffzelle entnommen und der externen Last zugeführt werden kann, von der Menge des zugeführten reformierten Gases und von der Menge des zugeführten sauerstoffhalti gen Gases abhängt.

Von diesen Gasen wird das sauerstoffhaltige Gas nicht durch Erzeugung von Sauerstoff mittels einer chemischen Reaktion, sondern in Form von Luft von einer externen Luftzufuhreinheit zugeführt. Daher kann die Beschickungs menge des sauerstoffhaltigen Gases einfach je nach Anfor derung gesteuert werden.

Andererseits wird das reformierte Gas durch die Reformie rungsvorrichtung erzeugt. Daher bewirkt die chemische Reaktion des reformierten Gases eine Zeitverzögerung, so daß die Menge des erzeugten reformierten Gases nur schwer geeignet bestimmt werden kann.

Folglich hängt die Energieerzeugung in der Brennstoff zelle hauptsächlich von der Beschickungsmenge des refor mierten Gases ab. Daher hängt die Lastenergie, die der Brennstoffzelle entnommen werden kann, hauptsächlich von der Menge des der Brennstoffzelle zugeführten reformier ten Gases ab.

In dem herkömmlichen Brennstoffzellen-Energieerzeugungs system wird jedoch die tatsächliche Lastenergie, die der Brennstoffzelle entnommen wird, nicht mit Bezug auf die Menge des der Brennstoffzelle zugeführten reformierten Gases festgelegt. Daher ist es möglich, daß der Brenn stoffzelle Energie in einer Menge entnommen wird, die den ursprünglichen Grenzwert für die entnehmbare Energie übersteigt, wodurch die Brennstoffzelle beschädigt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem zu schaffen, das eine Reformierungsvorrichtung und eine Brennstoffzelle einzeln mit ihren entsprechenden Betriebsdrücken betrei ben kann, Energie bei geeigneter Aufrechterhaltung des Druckgleichgewichts zwischen der Reformierungsvorrichtung und der Brennstoffzelle erzeugt und wirksam verhindert, daß der Brennstoffzelle Energie in einer Menge entnommen wird, die die Kapazität der Brennstoffzelle übersteigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 und 11. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Energieerzeu gungssystem ist es möglich, die Reformierungsvorrichtung und die Brennstoffzelle zu betreiben, ohne einen die Kapazität der Brennstoffzelle übersteigenden Laststrom zu transportieren, und das Druckgleichgewicht zwischen der Reformierungsvorrichtung und der Brennstoffzelle beizube halten und die Betriebsdrücke sowohl der Reformierungs vorrichtung als auch der Brennstoffzelle auf ihren jewei ligen Soll-Betriebsdrücken zu halten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut lich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer bevor zugten Ausführungsform, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 einen Blockschaltplan zur Erläuterung der Steue rung der Drücke sowohl der Reformierungsvorrich tung als auch der Brennstoffzelle eines Brenn stoffzellen-Energieerzeugungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 2 einen Blockschaltplan zur Erläuterung der Konfiguration des Brennstoffzellen-Energieerzeu gungssystems nach Fig. 1.

Zunächst werden die Prinzipien der Drucksteuerung sowohl der Reformierungsvorrichtung 1 als auch der Brennstoff zelle 3 mit Hilfe des Blockschaltplans von Fig. 1 erläu tert, der die vereinfachte Konfiguration eines Brenn stoffzellen-Energieerzeugungssystems S gemäß einer Aus führungsform der Erfindung zeigt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt das Brennstoffzellen- Energieerzeugungssystem S gemäß dieser Ausführungsform ein System S1 für die Zufuhr reformierten Gases, das Brennstoff reformiert, reformiertes Gas mit hohem Wasser stoffgehalt erzeugt und das erzeugte reformierte Gas einer Brennstoffzelle 3 zuführt, sowie ein System S2 für die Zufuhr sauerstoffhaltigen Gases, das der Brennstoff zelle 3 sauerstoffhaltiges Gas zuführt. Das System S1 für die Zufuhr reformierten Gases umfaßt eine Reformierungs vorrichtung 1, die reformiertes Gas erzeugt. Die Refor mierungsvorrichtung 1 und die Brennstoffzelle 3 stehen miteinander über ein Durchflußmengensteuerventil 2 in Verbindung, das die Durchflußmenge des aus der Reformie rungsvorrichtung 1 ausströmenden reformierten Gases reguliert.

Zunächst wird die Drucksteuerung in der Reformierungsvor richtung 1 beschrieben. Ln dieser Drucksteuerung wird das Durchflußmengensteuerventil 2 in der Weise gesteuert, daß die Sollöffnung des Ventils 2 dann, wenn der Innendruck der Reformierungsvorrichtung 1 unter einen Soll-Betriebs druck absinkt, so berechnet wird, daß die Öffnung des Ventils 2 reduziert wird, wodurch die Menge des aus der Reformierungsvorrichtung 1 ausströmenden reformierten Gases geeignet reduziert wird. Dadurch kann der Innen druck der Reformierungsvorrichtung 1 erhöht werden. Umgekehrt wird das Durchflußmengensteuerventil 2 in der Weise gesteuert, daß dann, wenn der Innendruck der Refor mierungsvorrichtung 1 über den Soll-Betriebsdruck an steigt, die Soll-Ventilöffnung so berechnet wird, daß die Öffnung des Ventils 2 erhöht wird, so daß die Menge des aus der Reformierungsvorrichtung 1 ausströmenden refor mierten Gases geeignet zunimmt. Dadurch kann der Innen druck der Reformierungsvorrichtung 1 reduziert werden.

Genauer wird das folgende Betriebssystem verwendet, um die obenerwähnte Drucksteuerung in der Reformierungsvor richtung 1 auszuführen. Das Druckgleichgewicht am Auslaß der Reformierungsvorrichtung kann durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden:

C1 × s × Pout_ref = Qin_ref - Qout_ref (1)

In Gleichung (1) ist C1 die Volumenkapazität der Refor mierungsvorrichtung 1, ist s ein Teil eines Laplace- Operators und ist Pout_ref der Auslaßdruck der Reformie rungsvorrichtung 1. Ferner ist Qin_ref die Durchflußmenge des in die Reformierungsvorrichtung 1 strömenden Brenn stoffs und ist Qout_ref die Menge des in der Reformie rungsvorrichtung 1 reformierten und dann aus der Refor mierungsvorrichtung 1 ausströmenden Gases.

Um den Druck der Reformierungsvorrichtung 1 zu regulie ren, kann die obige Gleichung (1) verwendet werden.

Mit anderen Worten, um den Druck Pout_ref der Reformie rungsvorrichtung 1 entsprechend Gleichung (1) zu regulie ren, kann die Menge Qout_ref der aus der Reformierungs vorrichtung 1 ausströmenden Substanz anhand der Tatsache, daß die Menge Qin_ref von dem entsprechend der Änderung der externen Last in die Reformierungsvorrichtung 1 eingeleiteten Brennstoff abhängt, geeignet reguliert werden.

Die Menge Qout_ref des aus der Reformierungsvorrichtung 1 ausströmenden reformierten Gases kann durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt werden, indem die Ventilöffnung CVX des Durchflußmengensteuerventils 2, der Druck Pout_ref der Reformierungsvorrichtung 1 und der Einlaß druck Pin_stk der Brennstoffzelle 3 verwendet werden:

Qout_ref = kp × (Pout_ref - Pin_stk) + kx × CVX (2)

In Gleichung (2) ist CVX die Ventilöffnung, ist kp eine nichtlineare Verstärkungskonstante, die vom Druck ab hängt, und ist kx eine nichtlineare Verstärkungskon stante, die von der Ventilöffnung abhängt.

Wie aus Gleichung (2) hervorgeht, wird gemäß dem ersten Term auf der rechten Seite, der zum Druck Pout_ref proportional ist, die Menge Qout_ref um so größer, je höher der Druck Pout_ref ist. Andererseits wird entspre chend dem zweiten Term auf der rechten Seite von Glei chung (2) die Menge Qout_ref um so größer, je größer die Öffnung CVX ist.

Anhand der obigen Gleichungen (1) und (2) kann der Aus laßdruck Pout_ref der Reformierungsvorrichtung 1 durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt werden:

Wie aus Gleichung (3) hervorgeht, kann der Auslaßdruck Pout_ref der Reformierungsvorrichtung 1 durch Regulieren der Ventilöffnung CVX auf einen geeigneten Wert einge stellt werden.

Wenn nämlich die Ventilöffnung CVX auf einen kleineren Wert eingestellt wird, wird der Druck Pout_ref höher. Wenn die Ventilöffnung CVX auf einen höheren Wert einge stellt wird, wird der Druck Pout_ref niedriger. Falls so mit die Ventilöffnung CVX in der Weise eingestellt wird, daß der Zähler von Gleichung (3) auf einem konstanten Wert gehalten wird, kann der Auslaßdruck Pout_ref auf einem geeigneten Wert gehalten werden.

Wenn beispielsweise der Soll-Betriebsdruck der Reformie rungsvorrichtung 1 durch Pout_ref_SV gegeben ist und der Druck der Reformierungsvorrichtung 1 zum Soll-Betriebs druck Pout_ref_SV geführt werden soll, wird die folgende Gleichung (4) verwendet:

CVX = CVX_1 + kg_ref × (Pout_ref_SV - Pout_ref) (4)

Das heißt, daß die Sollventilöffnung CVX unter Verwendung von Gleichung (4) berechnet wird und das Durchflußmengen- Steuerventil 2 in der Weise reguliert wird, daß es auf diese Ventilöffnung CVX eingestellt wird. Es wird ange merkt, daß in der Gleichung (4) CVX 1 der im vorhergehen den Zyklus berechnete Wert der Ventilöffnung ist und kg_ref ein Regulierungsparameter ist.

Wenn daher in dem obenbeschriebenen Steuerventil der Innendruck der Reformierungsvorrichtung niedriger als der Soll-Betriebsdruck ist, kann er geeignet erhöht werden, falls er hingegen höher ist, kann er geeignet reduziert werden.

Nun wird die Drucksteuerung in der Brennstoffzelle 3 beschrieben. Wenn in dieser Drucksteuerung der Innendruck der Brennstoffzelle 3 höher als der Soll-Betriebsdruck ist, wird die Menge des in der Brennstoffzelle 3 ver brauchten reformierten Gases erhöht, um die Entnahme eines höheren Laststroms aus der Zelle 3 zuzulassen. Im Ergebnis kann der Innendruck der Brennstoffzelle 3 redu ziert werden.

Wenn hingegen der Innendruck der Brennstoffzelle 3 nied riger als der Soll-Betriebsdruck ist, wird die Menge des in der Brennstoffzelle 3 verbrauchten reformierten Gases erniedrigt, um zuzulassen, daß der Brennstoffzelle 3 ein geringerer Laststrom entnommen wird. Im Ergebnis kann der Innendruck der Brennstoffzelle 3 erhöht werden.

Wie später genauer erläutert wird, wird, wenn ein ent sprechend dem Betrieb gesetzter Soll-Laststrom, bei dem der Innendruck der Brennstoffzelle 3 gleich dem Soll- Betriebsdruck ist, die Größe des von der externen Last angeforderten Stroms übersteigt, nur die überschüssige Strommenge an eine getrennt vorgesehene Ladevorrichtung geliefert, um die Brennstoffzelle 3 unterbrechungsfrei zu betreiben, wobei der Innendruck der Brennstoffzelle 3 auf dem Soll-Betriebsdruck gehalten wird und die Lieferung eines Überstroms an die externe Last vermieden wird.

Genauer wird das folgende Betriebssystem verwendet, um die obengenannte Drucksteuerung zu verwirklichen.

Zunächst kann das Druckgleichgewicht am Einlaß der Brenn stoffzelle 3 durch die folgende Gleichung (5) ausgedrückt werden:

C2 × s × Pin_stk = Qout_cv - Qout_stk (5)

In Gleichung (5) ist C2 die Volumenkapazität der Brenn stoffzelle 3, ist s ein Teil eines Laplace-Operators und ist Pin_stk der Einlaßdruck der Brennstoffzelle 3.

Außerdem ist Qout_cv die Menge des aus der Reformierungs vorrichtung 1 ausströmenden reformierten Gases, das sich durch das Durchflußmengen-Steuerventil 2 bewegt, wobei die Menge Qout_cv der Menge Qout_ref ähnlich ist. Qout_stk ist die Menge des aus der Brennstoffzelle 3 ausströmenden reformierten Gases.

Um den Einlaßdruck der Brennstoffzelle 3 zu regulieren, kann die obige Gleichung (5) verwendet werden. Das heißt, um den Einlaßdruck der Brennstoffzelle 3 zu regulieren, kann die Menge Qout_stk der aus der Brennstoffzelle 3 ausströmenden Substanz reguliert werden. Die aus der Brennstoffzelle ausströmende Substanz ist genauer das reformierte Gas, das in der Brennstoffzelle 3 verbraucht wird. Die Menge Qout_stk des aus der Brennstoffzelle 3 ausströmenden reformierten Gases kann als Menge des in der Brennstoffzelle 3 verbrauchten reformierten Gases bezeichnet werden.

Die Menge Qout_ref des aus der Reformierungsvorrichtung 1 ausströmenden reformierten Gases wird zu der Menge Qout_cv des durch das Durchflußmengen-Steuerventil 2 strömenden reformierten Gases und dann zu der Menge Qin_stk des in die Brennstoffzelle 3 strömenden refor mierten Gases. Daher ist die Menge Qout_cv zu der Menge Qout_ref äquivalent und kann in der gleichen Weise wie in Gleichung (2) ausgedrückt werden. Die Menge des aus dem Durchflußmengen-Steuerventil 2 ausströmenden reformierten Gases Qout_cv kann durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückt werden, indem die Ventilöffnung CVX des Durchflußmengen-Steuerventils 2, der Einlaßdruck Pin_stk der Brennstoffzelle 3 und der Auslaßdruck pout_ref der Reformierungsvorrichtung 1 verwendet werden:

Qout_cv = kp × (Pout_ref - Pin_stk) + kx × CVX (6)

In Gleichung (6) ist kp eine nichtlineare Verstärkungs konstante, die vom Druck abhängt, und ist kx eine nicht lineare Verstärkungskonstante, die von der Ventilöffnung abhängt.

Wie aus Gleichung (6) hervorgeht, ist wegen der Propor tionalität des ersten Terms auf der rechten Seite zu dem Druck Pin_stk die Menge Qout_cv um so kleiner, je höher der Druck Pin_stk ist. Andererseits ist die Menge Qout_cv wegen der Proportionalität des zweiten Terms auf der rechten Seite zur Ventilöffnung CVX um so größer, je größer die Ventilöffnung CVX ist.

Anhand der obigen Gleichungen (5) und (6) kann der Ein laßdruck Pin_stk der Brennstoffzelle 3 durch folgende Gleichung (7) ausgedrückt werden:

Gemäß Gleichung (7) wird die Ventilöffnung CVX in der Weise gesteuert, daß der Druck der in der vorhergehenden Stufe vorgesehenen Reformierungsvorrichtung 1 aufrechter halten wird, weshalb er nicht variabel gesetzt werden kann, um den Druck auf seiten der Brennstoffzelle 3 zu steuern. Daher kann die Regulierung des Einlaßdrucks Pin_stk der Brennstoffzelle 3 durch Regulieren der Menge Qout_stk des in der Brennstoffzelle 3 verbrauchten refor mierten Gases ausgeführt werden.

Das heißt, falls die Menge Qout_stk abnimmt, wird der Druck Pin_stk erhöht. Falls die Menge Qout_stk erhöht wird, wird der Druck Pin_stk reduziert. Dann ist es durch Setzen der Menge Qout_stk in der Weise, daß der Zähler in Gleichung (7) konstant ist, möglich, den Druck Pin_stk auf einem geeigneten Druckwert zu halten.

Weiterhin ist die Menge Qout_stk des in der Brennstoff zelle 3 verbrauchten reformierten Gases gemäß Gleichung (7) zu einem der Brennstoffzelle 3 entnommenen Laststrom I_load proportional.

Daraus folgt, daß die Menge Qout_stk zunimmt, wenn der der Brennstoffzelle 3 entnommene Laststrom I_load zu nimmt, und daß die Menge Qout_stk abnimmt, wenn der der Brennstoffzelle 3 entnommene Laststrom I_load abnimmt.

Die obige Beziehung kann durch folgende Gleichung (8) ausgedrückt werden:

Qout_stk = ks × I_load (8)

In Gleichung (8) ist ks eine Proportionalitätskonstante.

Das heißt, daß gemäß Gleichung (7) der Einlaßdruck Pin_stk der Brennstoffzelle 3 unter Verwendung von Glei chung (8) durch die folgende Gleichung (9) ausgedrückt werden kann:

Wie aus obiger Gleichung (9) hervorgeht, kann der Druck Pin_stk durch Regulieren des Laststroms I_load reguliert werden. Wenn daher ein Soll-Laststrom I_load_SV in der Weise gesetzt wird, daß die Menge des in die Brennstoff zelle 3 strömenden reformierten Gases verbraucht wird, und der Zähler in Gleichung (9) konstant ist, kann der Einlaßdruck der Brennstoffzelle 3 auf einem geeigneten Wert gehalten werden.

Ferner kann der Soll-Laststrom I_load_SV durch die fol gende Gleichung (10) ausgedrückt werden:

I_load_SV = F_stk × Qout_cv (10)

In Gleichung (10) ist F_stk eine Funktion, die die Bezie hung zwischen der Menge Qout_cv des in die Brennstoff zelle 3 strömenden wasserstoffreichen reformierten Gases und dem Laststrom I_load angibt.

Hieraus und aus Gleichung (8) ergibt sich, daß, wenn der Brennstoffzelle 3 ein Laststrom entnommen wird, um die Beziehung I_load_SV = ks × I_load zu erfüllen, die Menge Qout_stk des in der Brennstoffzelle 3 verbrauchten refor mierten Gases reguliert wird und der Einlaßdruck Pin_stk der Brennstoffzelle 3 dadurch auf den Soll-Betriebsdruck Pin_stk_SV reguliert werden kann.

Hieraus und aus Gleichung (10) ergibt sich, daß der Soll- Laststrom aus der Funktion berechnet werden kann, die die Beziehung zwischen der Menge des in die Brennstoffzelle 3 strömenden reformierten Gases und dem Laststrom angibt, so daß es möglich ist, die Entnahme eines die Kapazität der Brennstoffzelle 3 übersteigenden Laststroms aus der Brennstoffzelle 3 wirksam zu unterdrücken.

Nun wird der Fall betrachtet, in dem der Soll-Betriebs druck Pin_stk_SV der Brennstoffzelle 3 während der Aus führung einer Drucksteuerung geändert wird.

In diesem Fall tritt eine Abweichung zwischen dem Einlaß druck Pin_stk der Brennstoffzelle 3 und dem Soll-Be triebsdruck Pin_stk_SV auf. Somit wird der Soll-Laststrom I_load_SV unter Verwendung eines Korrekturbetrags Δ_load korrigiert, so daß der Einlaßdruck Pin_stk der Brenn stoffzelle 3 gleich dem Soll-Betriebsdruck Pin_stk_SV ist.

Der Korrekturbetrag Δ_load wird unter Verwendung der folgenden Gleichung (11) berechnet:

Δ_load = k_alpha × (Pin_stk - Pin_stk_SV) (11)

In Gleichung (11) ist k_alpha ein Regulierungsparameter.

Danach wird unter Verwendung folgenden Gleichung (12) der Korrekturbetrag D_load zum ursprünglichen Soll-Laststrom I_load_SV addiert, wodurch ein endgültiger Soll-Laststrom I_load_SV_new erhalten wird:

I_load_SV_new = I_load_SV + Δ_load (12)

Genauer wird in dem Fall, in dem der Einlaß-Betriebsdruck Pin_stk der Brennstoffzelle 3 reduziert wird, der Gra dient der Funktion zum Berechnen des Soll-Laststroms I_load_SV, der durch Gleichung (10) gegeben ist, d. h. der Gradient der Funktion F_stk, die die Beziehung zwi schen der Menge des in die Brennstoffzelle 3 strömenden reformierten Gases Qout_cv und dem Laststrom I_load angibt, in der Weise geändert, daß der Soll-Laststrom I_load_SV ansteigt.

Wenn umgekehrt der Einlaß-Betriebsdruck Pin_stk der Brennstoffzelle 3 ansteigt, wird der Gradient der Funk tion F_stk in der Weise geändert, daß der Soll-Laststrom I_load_SV reduziert wird.

Gemäß dem obenbeschriebenen Steuerprinzip wird daher dann, wenn der Einlaß-Betriebsdruck der Brennstoffzelle 3 höher als der Sollwert ist, eine Korrektur ausgeführt, indem der Soll-Laststrom erhöht wird, um dadurch den Einlaß-Betriebsdruck zu reduzieren. Wenn der Einlaß- Betriebsdruck der Brennstoffzelle 3 niedriger als der Sollwert ist, wird eine Korrektur ausgeführt, indem der Soll-Laststrom erniedrigt wird, um dadurch den Einlaß- Betriebsdruck zu reduzieren. In dieser Weise kann der Einlaßdruck der Brennstoffzelle 3 auf dem Sollwert gehal ten werden.

Nun wird die Konfiguration des Brennstoffzellen-Energie erzeugungssystems 1 zum Steuern der Drücke der Reformie rungsvorrichtung 1 und der Brennstoffzelle 3 durch Anwen den des obenbeschriebenen Steuerprinzips mit Bezug auf Fig. 2 genauer erläutert.

Das in Fig. 2 gezeigte Brennstoffzellen-Energieerzeu gungssystem 5 umfaßt die Reformierungsvorrichtung 1, die einen von einer nicht gezeigten Brennstoffzufuhrquelle gelieferten Brennstoff F mittels einer katalytischen Reaktion reformiert und ein wasserstoffreiches reformier tes Gas G erzeugt, ein Durchflußmengen-Steuerventil 2, das die Durchflußmenge des aus der Reformierungsvorrich tung 1 ausströmenden reformierten Gases reguliert, einen Durchflußmengendetektor 4, der die Durchflußmenge des aus dem Durchflußmengen-Steuerventil 2 ausströmenden refor mierten Gases G erfaßt, die Brennstoffzelle 3, die be wirkt, daß das von der Reformierungsvorrichtung 1 durch das Durchflußmengen-Regulierungsventil 2 und durch den Durchflußmengendetektor 4 strömende reformierte Gas G in die Brennstoffzelle 3 eintritt und mit Luft A, die ein von einer nicht gezeigten Luftzufuhrquelle geliefertes sauerstoffhaltiges Gas ist, reagiert, um Energie zu erzeugen, eine Energieerhöhungsschaltung 5, die die von der Brennstoffzelle 3 erzeugte Energie erhöht und die erhöhte Energie an eine externe Last liefert, sowie eine Speichervorrichtung 6 wie etwa eine Batterie, die in bezug auf die Brennstoffzelle 3 zur Energieerhöhungs schaltung 5 parallelgeschaltet ist.

Das System, das bei der Brennstoff-Zufuhrquelle beginnt und reformiertes Gas erzeugt und der Brennstoffzelle 3 zuführt, ist ein System S1 für die Zufuhr reformierten Gases. Das System, das bei der Luftzufuhrquelle beginnt und die Luft A der Brennstoffzelle 3 zuführt, ist ein System S2 für die Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas.

Für die Reformierungsvorrichtung 1 sind ein Reformie rungsvorrichtung-Auslaßdruckdetektor 7 zur Erfassung des Auslaßdrucks des reformierten Gases G, eine Soll-Be triebsdruck-Recheneinrichtung 8 zum Berechnen des Soll- Betriebsdrucks der Reformierungsvorrichtung 1 mittels eines vorgegebenen Betriebs für von außerhalb des Systems S angeforderter Energie L sowie eine Soll-Ventilöffnungs- Recheneinrichtung 9, die die Ventilöffnung, die erforder lich ist, um die Durchflußmengen des aus der Reformie rungsvorrichtung 1 ausströmenden reformierten Gases G zu regulieren, anhand der Differenz zwischen dem Auslaß druck, der vom Reformierungsvorrichtung-Auslaßdruckdetek tor 7 erfaßt wird, und dem Reformierungsvorrichtung-Soll- Betriebsdruck, der von der Soll-Betriebsdruck-Rechenein richtung 8 berechnet wird, berechnet.

Für die Brennstoffzelle 3 sind eine Soll-Laststrom-Re cheneinrichtung 11, die einen Soll-Laststrom, der von der Brennstoffzelle erzeugt werden soll, anhand der vom Durchflußmengendetektor erfaßten Durchflußmenge des in die Brennstoffzelle 3 strömenden reformierten Gases G berechnet, ein Brennstoffzellen-Einlaßdruckdetektor 12, der den Einlaßdruck des in die Brennstoffzelle 3 strömen den reformierten Gases G erfaßt, eine Soll-Betriebsdruck- Recheneinrichtung 13, die den Soll-Betriebsdruck der Brennstoffzelle 3 für von außen angeforderte Energie L berechnet, eine Soll-Laststrom-Korrekturbetrag-Rechenein richtung 14, die den Korrekturbetrag für den Soll-Last strom anhand der Differenz zwischen dem vom Brennstoff zellen-Einlaßdruckdetektor 12 erfaßten Brennstoffzellen- Einlaßdruck und dem von der Soll-Betriebsdruck-Rechenein richtung 13 berechneten Brennstoffzellen-Soll-Betriebs druck berechnet, sowie eine Korrekturbetrag-Additionsein richtung 15, die den von der Soll-Laststrom- Korrekturbetrag-Recheneinrichtung 14 berechnete Korrek turbetrag zu dem von der Soll-Laststrom-Recheneinrichtung 11 berechneten Brennstoffzellen-Soll-Laststrom addiert, vorgesehen. Der Ausgang der Korrekturbetrag-Additionsein richtung 15 wird als endgültiger Soll-Laststrom der Brennstoffzelle 3 in die Verstärkungseinrichtung 5 einge geben.

Weiterhin ist zwischen dem Brennstoffzellen-Einlaßdruck detektor 12 und der Soll-Laststrom-Recheneinrichtung 11 eine Soll-Laststrom-Korrektureinrichtung 16 vorgesehen. Wenn der vom Brennstoffzellen-Einlaßdruckdetektor 12 erfaßte Brennstoffzellendruck höher als der Soll-Be triebsdruck ist, führt die Soll-Laststrom-Korrekturein richtung 16 eine Korrektur aus, indem sie den Soll-Last strom in bezug auf die Durchflußmenge des reformierten Gases G erhöht, um eine Energieerzeugungsreaktion in der Brennstoffzelle 3 zu beschleunigen, und indem sie den Gradienten der Funktion erhöht, die die Beziehung zwi schen der Durchflußmenge des reformierten Gases G und dem Soll-Laststrom, auf die die Soll-Laststrom-Recheneinrich tung 11 Bezug nimmt, darstellt, um den Druck der Brenn stoffzelle 3 zu reduzieren. Wenn umgekehrt der Brenn stoffzellendruck niedriger als der Soll-Betriebsdruck ist, führt die Soll-Laststrom-Korrektureinrichtung 16 eine Korrektur aus, indem sie den Soll-Laststrom in bezug auf die Durchflußmenge des reformierten Gases erniedrigt und indem sie den Gradienten der Funktion erniedrigt, die die Beziehung zwischen der Durchflußmenge des reformier ten Gases G und dem Soll-Laststrom, auf die die Soll- Laststrom-Recheneinrichtung 11 Bezug nimmt, darstellt, um den Druck der Brennstoffzelle 3 zu erhöhen.

Im folgenden wird die Funktionsweise des Brennstoffzel len-Energieerzeugungssystems S mit dem obenbeschriebenen Aufbau beschrieben.

Der Reformierungsvorrichtung 1 wird ein Brennstoff F, der als eine Hauptkomponente Methanol enthält, zugeführt. Die Reformierungsvorrichtung 1 führt eine Reformierungsreak tion am Brennstoff F aus und erzeugt wasserstoffreiches reformiertes Gas G. Das wasserstoffreiche reformierte Gas G wird von der Reformierungsvorrichtung 1 durch das Durchflußmengen-Steuerventil 2 der Brennstoffzelle 3 zugeführt.

Die Brennstoffzelle 3 bewirkt, daß die als sauerstoffhal tiges Gas dienende Luft A, die von einer nicht gezeigten Luftzufuhreinheit auf einem anderen Weg zugeführt wird, mit dem reformierten Gas G von der Reformierungsvorrich tung reagiert, um dadurch Energie zu erzeugen.

Danach wird der von der Brennstoffzelle 3 durch die Verstärkungseinrichtung 5 fließende Laststrom an die nicht gezeigte externe Last abgegeben, um die der exter nen Last entsprechende Energie zu liefern.

Die Druckregulierung der Reformierungsvorrichtung 1 geschieht folgendermaßen: Der Reformierungsvorrichtung- Druckdetektor 7 erfaßt den Ausgangsdruck der Reformie rungsvorrichtung.

Die Soll-Betriebsdruck-Recheneinrichtung 8 erhält einen der Zufuhrmenge des Brennstoffs F entsprechenden Soll- Betriebsdruck anhand der Funktion, die die Beziehung zwischen der Menge des von der Reformierungsvorrichtung 1 zugeführten Brennstoffs F und dem Soll-Betriebsdruck der Reformierungsvorrichtung 1 darstellt, und gibt den erhal tenen Soll-Betriebsdruck in die Soll-Ventilöffnungs- Recheneinrichtung 9 ein. Es wird angemerkt, daß nicht die obengenannte Funktion, sondern eine Funktion, die die Beziehung zwischen der von der externen Last angeforder ten Energie L und dem Soll-Betriebsdruck der Reformie rungsvorrichtung 1 darstellt, verwendet werden könnte, weil der an die Reformierungsvorrichtung 1 gelieferte Brennstoff F entsprechend der von der externen Last angeforderten Energie eingeleitet wird.

Die Soll-Ventilöffnungs-Recheneinrichtung 9 erhält die Soll-Ventilöffnung unter Verwendung von Gleichung (4) und anhand der Abweichung zwischen dem Soll-Betriebsdruck wert, der von der Soll-Betriebsdruck-Recheneinrichtung 8 berechnet wird, und dem Meßwert für den Auslaßdruck der Reformierungsvorrichtung 1, die durch den Reformierungs vorrichtung-Druckdetektor 7 erhalten wird, um die Diffe renz zwischen dem Soll-Betriebsdruck und dem Auslaßdruck gegen null zu führen.

Genauer berechnet die Soll-Ventilöffnungs-Recheneinrich tung 9 dann, wenn der vom Reformierungsvorrichtung-Druck detektor 7 gemessene Druck höher als der Soll-Betriebs druck ist, die Soll-Ventilöffnung, um diese zu erhöhen, so daß die Menge wasserstoffreichen reformierten Gases G, das aus der Reformierungsvorrichtung 1 ausströmt, erhöht wird, um dadurch den Innendruck der Reformierungsvorrich tung 1 abzusenken. Wenn hingegen der vom Reformierungs vorrichtung-Druckdetektor 7 gemessene Druck niedriger als der Soll-Betriebsdruck ist, berechnet die Soll-Ventilöff nungs-Recheneinrichtung 9 die Soll-Ventilöffnung, um die Ventilöffnung zu reduzieren, so daß die Menge des aus der Reformierungsvorrichtung ausströmenden reformierten Gases reduziert wird, um dadurch den Innendruck der Reformie rungsvorrichtung 1 zu erhöhen.

Die Soll-Ventilöffnungs-Recheneinrichtung 9 steuert außerdem die Öffnung des Durchflußmengen-Steuerventils 2 unter Verwendung der Soll-Ventilöffnung, die in dieser Weise berechnet worden ist, so daß die Ventilöffnung des Durchflußmengen-Steuerventils 2 gleich der Soll-Ventil öffnung wird.

Die Druckregulierung der Brennstoffzelle 3 geschieht folgendermaßen: Die Soll-Laststrom-Recheneinrichtung 11 berechnet einen der Brennstoffzelle 3 entnommenen Soll- Laststrom anhand der Funktion, die die Beziehung zwischen der vom Durchflußmengen-Detektor 4 erfaßten Durchfluß menge des in die Brennstoffzelle 3 strömenden reformier ten Gases G und dem Laststrom darstellt.

Der der Brennstoffzelle 3 entnommene Laststrom wird durch die Reaktionsmenge bestimmt, mit denen der Wasserstoff und der Sauerstoff in der Brennstoffzelle 3 miteinander reagieren. Daher hängt der Laststrom, der der Brennstoff zelle 3 entnommen werden kann, hauptsächlich von der Menge des in die Brennstoffzelle 3 strömenden reformier ten Gases G ab. In dieser Ausführungsform wird daher der der Brennstoffzelle 3 entnommene Soll-Laststrom anhand der Menge des in die Brennstoffzelle 3 strömenden refor mierten Gases G unter Verwendung von Gleichung (10) gesetzt, was nicht bedeutet, daß ein Laststrom, der höher als der Laststrom ist, der der Brennstoffzelle 3 entnom men werden kann, entnommen wird.

Die Soll-Betriebsdruck-Recheneinrichtung 13 berechnet einen Soll-Betriebsdruck auf der Grundlage der Funktion, die die Beziehung zwischen der von der externen Last angeforderten Energie und dem Soll-Betriebsdruck der Brennstoffzelle 3 darstellt.

Die Soll-Laststrom-Korrekturbetrag-Recheneinrichtung 14 berechnet den Korrekturbetrag des Soll-Laststroms unter Verwendung von Gleichung (11) anhand der Abweichung zwischen dem Einlaßdruck der Brennstoffzelle 3, der vom Brennstoffzellen-Einlaßdruck-Detektor 12 erfaßt wird, und dem Soll-Betriebsdruck, der von der Brennstoffzellen- Soll-Betriebsdruck-Recheneinrichtung 13 berechnet wird, um so die Differenz dem Einlaßdruck und dem Soll-Be triebsdruck gegen null zu führen.

Genauer berechnet die Recheneinrichtung 14 dann, wenn der vom Brennstoffzellen-Einlaßdruck-Detektor 12 erfaßte Druck höher als der Soll-Betriebsdruck ist, einen Korrek turbetrag zum Erhöhen des Soll-Laststroms, um die Menge des in der Brennstoffzelle 3 verbrauchten reformierten Gases G zu erhöhen, um dadurch den Einlaßdruck abzusen ken.

Wenn umgekehrt der vom Brennstoffzellen-Einlaßdruck- Detektor 12 erfaßte Druck niedriger als der Soll-Be triebsdruck ist, berechnet die Recheneinrichtung 14 einen Korrekturbetrag zum Verringern des Soll-Laststroms, um dadurch die Menge des in der Brennstoffzelle 3 verbrauch ten reformierten Gases G zu reduzieren, um dadurch den Einlaßdruck zu erhöhen.

Falls das System unter Aufrechterhaltung des Soll-Be triebsdrucks der Brennstoffzelle 3 arbeitet, befindet sich das System in einem Gleichgewichtszustand, in dem die Menge des reformierten Gases G, die der Menge ent spricht, die in die Brennstoffzelle 3 strömt, und die Menge, die in der Brennstoffzelle 3 verbraucht wird und als Laststrom entnommen wird, gleich sind.

Wenn hingegen der Druck der Brennstoffzelle 3 höher oder niedriger als der Soll-Betriebsdruck ist, ist das System nicht im Gleichgewicht.

Wenn ferner der Innendruck der Brennstoffzelle 3 höher als der Soll-Betriebsdruck ist, ist die Menge des in der Brennstoffzelle 3 verbrauchten reformierten Gases niedri ger als die Menge des von der Reformierungsvorrichtung 1 zugeführten reformierten Gases G. Dieser Zustand kann zu einer Übergangszeit auftreten, in der der Soll- Betriebsdruck auf einen niedrigen Wert zurückgesetzt ist. In diesem Fall kann die Brennstoffzelle 3 einen übermäßi gen Laststrom liefern. Selbst wenn daher der Soll-Last strom ansteigt, so daß der Innendruck der Brennstoffzelle 3 auf den Soll-Betriebsdruck abgesenkt wird, wird kein die Kapazität der Brennstoffzelle 3 übersteigender Last strom aus der Brennstoffzelle 3 entnommen.

Hingegen ist der Zustand, in dem der Innendruck der Brennstoffzelle 3 niedriger als der Soll-Betriebsdruck ist, ein Zustand, in dem die Menge des in der Brennstoff zelle 3 verbrauchten reformierten Gases G größer als die Menge des von der Reformierungsvorrichtung 1 zugeführten reformierten Gases G ist.

In dieser Ausführungsform tritt der obenbeschriebene Zustand während des stationären Betriebs nicht auf, weil der Soll-Laststrom entsprechend der Menge des in die Brennstoffzelle 3 strömenden reformierten Gases G gesetzt wird, wobei die Menge des in der Brennstoffzelle 3 refor mierten Gases G reguliert wird. Mit anderen Worten, im stationären Betrieb kann prinzipiell kein übermäßiger Laststrom entnommen werden, ferner kann die Menge des in der Brennstoffzelle 3 verbrauchten reformierten Gases G prinzipiell nicht übermäßig hoch sein.

In dieser Ausführungsform kann daher der Zustand, in dem der Innendruck der Brennstoffzelle 3 niedriger als der Soll-Betriebsdruck ist, zu einer Übergangszeit auftreten, in der der Soll-Betriebsdruck auf einen höheren Wert zurückgesetzt wird. In einem solchen Zustand wird der Soll-Laststrom reduziert, so daß der Druck der Brenn stoffzelle 3 gleich dem Soll-Betriebsdruck wird und die Menge des in der Brennstoffzelle 3 verbrauchten refor mierten Gases G in der Weise reguliert wird, daß zu der Menge des der Brennstoffzelle 3 zugeführten reformierten Gases G ein Gleichgewicht gehalten wird. Auch in diesem Fall wird verhindert, daß ein die Kapazität der Brenn stoffzelle 3 übersteigender Laststrom entnommen wird.

Um dann den Druck der Brennstoffzelle 3 auf dem Sollwert zu halten, wird eine überschüssige Menge des Laststroms dann, wenn dieser Laststrom den Strom übersteigt, der der von der externen Last angeforderten Energie entspricht, aus der Brennstoffzelle 3 entnommen, an eine Speichervor richtung 6 geleitet und dort gesammelt, um zu verhindern, daß an die externe Last unnötigerweise ein übermäßiger Laststrom geliefert wird.

Wie oben erwähnt worden ist, wird der von der Soll-Last strom-Korrekturbetrag-Recheneinrichtung 14 berechnete Soll-Laststrom-Korrekturbetrag durch die Korrekturbetrag- Additionseinrichtung 15 unter Verwendung von Gleichung (12) zu dem von der Soll-Laststrom-Recheneinrichtung 11 ausgegebenen Soll-Laststrom addiert, wodurch der Soll- Laststrom korrigiert wird. Der in dieser Weise korri gierte Soll-Laststrom wird als endgültiger Soll-Laststrom der Brennstoffzelle 3 in die Verstärkungseinrichtung 5 eingegeben. Die Brennstoffzelle 3 arbeitet in der Weise, daß Energie entsprechend diesem endgültigen Soll-Last strom erzeugt wird. Der erzeugte Laststrom wird der Verstärkungseinrichtung 5 zugeführt und von der Verstär kungseinrichtung 5 an die externe Last geliefert.

Falls darüber hinaus in dieser Ausführungsform der Druck der Brennstoffzelle 3 höher als der Solldruck ist, erhöht die Soll-Laststrom-Korrektureinrichtung 16 den Gradienten der Funktion, die durch die Gleichung (10) gegeben ist und die Beziehung zwischen dem Laststrom und der Menge des in die Brennstoffzelle 3 strömenden reformierten Gases G darstellt, so daß der Soll-Laststrom erhöht wird, um dadurch die Menge des in der Brennstoffzelle 3 ver brauchten reformierten Gases G zu erhöhen und den Druck der Brennstoffzelle 3 effektiv zu reduzieren.

Im Ergebnis ist es daher dann, wenn die Soll-Laststrom- Recheneinrichtung 11 einen Soll-Laststrom unter Verwen dung von Gleichung (10) berechnet, möglich, einen höheren Soll-Laststrom in bezug auf die Menge des einströmenden reformierten Gases G zu setzen, um die Menge des in der Brennstoffzelle 3 verbrauchten reformierten Gases G zu erhöhen und infolgedessen den Druck in der Brennstoff zelle 3 wirksamer zu reduzieren.

Wenn andererseits der Druck der Brennstoffzelle 3 niedri ger als der Solldruck ist, hängt die Soll-Laststrom- Korrektureinrichtung 16 den Gradienten der durch Glei chung (10) gegebenen Funktion ab, so daß der Soll-Last strom reduziert wird, um dadurch die Menge des in der Brennstoffzelle 3 verbrauchten reformierten Gases G zu reduzieren und den Druck der Brennstoffzelle 3 effektiv zu erhöhen.

Wenn die Soll-Laststrom-Recheneinrichtung 11 einen Soll- Laststrom unter Verwendung von Gleichung (10) berechnet, ist es daher möglich, einen niedrigeren Soll-Laststrom in bezug auf die Menge des reformierten Gases G zu setzen, um die Menge des in der Brennstoffzelle 3 verbrauchten reformierten Gases G zu reduzieren und folglich den Druck der Brennstoffzelle 3 wirksamer zu erhöhen.

Der gesamte Inhalt der Patentanmeldung JP 11-55855-A, eingereicht am 3. März 1999 in Japan, ist hiermit durch Literaturhinweis eingefügt.

Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine bestimmte Ausfüh rungsform beschrieben worden ist, ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf diese Ausführungsform einge schränkt. Der Fachmann kann anhand der angegebenen Lehren der Erfindung Abwandlungen und Änderungen an der obenbe schriebenen Ausführungsform vornehmen. Der Umfang der Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

1. Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem, mit einer Reformierungsvorrichtung (1), die Brenn stoff (F) reformiert und ein wasserstoffreiches refor miertes Gas (G) erzeugt, und
einer Brennstoffzelle (3), die eine Reaktion zwischen einem sauerstoffhaltigen Gas (A) und dem von der Reformierungsvorrichtung (1) zugeführten reformierten Gas (G) bewirkt und Energie erzeugt, gekennzeichnet durch
einen Steuerabschnitt (2), der die Durchflußmenge des von der Reformierungsvorrichtung (1) ausströmenden reformierten Gases (G) in der Weise steuert, daß der Betriebsdruck der Reformierungsvorrichtung (1) gleich einem Solldruck wird,
einen Erfassungsabschnitt (4), der die Durchfluß menge des in die Brennstoffzelle (3) strömenden refor mierten Gases (G) erfaßt,
einen Rechenabschnitt (11), der den der Brenn stoffzelle (3) entnommenen Soll-Laststrom anhand der vom Erfassungsabschnitt (4) erfaßten Durchflußmenge des reformierten Gases (G) in der Weise berechnet, daß der Betriebsdruck der Brennstoffzelle (3) gleich einem Soll druck wird,
einen Erfassungsabschnitt (12), der den Einlaß druck der Brennstoffzelle (3) erfaßt,
einen Rechenabschnitt (14), der einen Laststrom- Korrekturbetrag anhand einer Abweichung zwischen dem vom Erfassungsabschnitt (12) erfaßten Einlaßdruck der Brenn stoffzelle (3) und dem Solldruck der Brennstoffzelle (3) berechnet, und
einen Additionsabschnitt (15), der den vom Korrekturbetrag-Berechnungsabschnitt (14) berechneten Laststrom-Korrekturbetrag zu dem vom Soll-Laststrom- Rechenabschnitt (11) berechneten Soll-Laststrom addiert.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Speicherabschnitt (6), der Energie speichert, die von der Brennstoffzelle (3) erzeugt wird und einem über schüssigen Strom entspricht, um den der der Brennstoff zelle (3) entnommene Strom den von der externen Last angeforderten Laststrom übersteigt.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturbetrag-Rechenabschnitt (14) den Korrek turbetrag berechnet, der erforderlich ist, um eine Diffe renz zwischen dem Einlaßdruck der Brennstoffzelle (3), der von Einlaßdruck-Erfassungsabschnitt (12) erfaßt wird, und dem Solldruck der Brennstoffzelle (3) gegen null zu führen.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerabschnitt (2) für die Durchflußmenge des reformierten Gases (G) ein Ventil umfaßt, das die Durch flußmenge der Reformierungsvorrichtung (1) reguliert.

5. System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Auslaßdruck-Erfassungsabschnitt (7), der einen Auslaßdruck der Reformierungsvorrichtung (1) erfaßt, und einen Ventilöffnungs-Berechnungsabschnitt (9), der eine Sollöffnung des Ventils (2) anhand einer Abweichung zwischen dem vom Auslaßdruck-Erfassungsabschnitt erfaßten Auslaßdruck der Reformierungsvorrichtung (1) und dem Solldruck der Reformierungsvorrichtung (1) berechnet.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilöffnungs-Berechnungsabschnitt (9) die Sollöffnung des Ventils (2) in der Weise berechnet, daß die Differenz zwischen dem vom Auslaßdruck-Erfassungsab schnitt (7) erfaßten Auslaßdruck der Reformierungsvor richtung (1) und dem Solldruck der Reformierungsvorrich tung (1) gegen null geführt wird.

7. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Abschnitt (8) zur Berechnung des Solldrucks des reformierten Gases (G), der den Solldruck der Reformie rungsvorrichtung (1) anhand des von der externen Last angeforderten Lastbetrags oder anhand der der Reformie rungsvorrichtung (1) zugeführten Brennstoffmenge berech net.

8. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Soll-Laststrom-Korrekturabschnitt (16), der eine Korrektur ausführt, um den Gradienten einer Funktion zu ändern, die die Beziehung zwischen der Durchflußmenge des in die Brennstoffzelle (3) strömenden reformierten Gases (G) und dem Soll-Laststrom darstellt, wobei die Funktion vom Soll-Laststrom-Berechnungsabschnitt (11) verwendet wird.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff als eine Hauptkomponente Methanol enthält.

10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas (A) Luft ist.

11. Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem, mit
einer Reformierungsvorrichtung (1), die Brenn stoff (F) reformiert und ein wasserstoffreiches refor miertes Gas (G) erzeugt, und
einer Brennstoffzelle (3), die eine Reaktion zwischen einem sauerstoffhaltigen Gas (A) und dem von der Reformierungsvorrichtung (1) zugeführten reformierten Gas (G) bewirkt und Energie erzeugt, gekennzeichnet durch
eine Steuereinrichtung (2), die die Durchfluß menge des von der Reformierungsvorrichtung (1) ausströ menden reformierten Gases (G) in der Weise steuert, daß der Betriebsdruck der Reformierungsvorrichtung (1) gleich einem Solldruck wird,
eine Erfassungseinrichtung (4), die die Durchflußmenge des in die Brennstoffzelle (3) strömenden reformierten Gases (G) erfaßt,
eine Recheneinrichtung (11), die den der Brenn stoffzelle (3) entnommenen Soll-Laststrom anhand der vom Erfassungsabschnitt (4) erfaßten Durchflußmenge des reformierten Gases (G) in der Weise berechnet, daß der Betriebsdruck der Brennstoffzelle (3) gleich einem Soll druck wird,
eine Erfassungseinrichtung (12), die den Einlaß druck der Brennstoffzelle (3) erfaßt, und
eine Korrektureinrichtung (16), die einen Last strom-Korrekturbetrag anhand einer Abweichung zwischen dem von der Einlaßdruck-Erfassungseinrichtung (12) erfaß ten Einlaßdruck der Brennstoffzelle (3) und dem Solldruck der Brennstoffzelle (3) berechnet und den Laststrom- Korrekturbetrag zu dem von der Soll-Laststrom-Rechenein richtung (11) berechneten Soll-Laststrom addiert.

12. System nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung (6), die Energie speichert, die dem überschüssigen Strom entspricht, um den der der Brennstoffzelle (3) entnommene Strom den von der externen Last angeforderten Laststrom übersteigt.