DE10065446A1 - Regelung des maximalen Ausgangsstroms eines Brennstoffzellenstapels - Google Patents

Regelung des maximalen Ausgangsstroms eines Brennstoffzellenstapels

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Abstract

Das Verfahren umfaßt das Erzeugen eines Brennstoffflusses durch einen Brennstoffzellenstapel zur Erzeugung eines Stroms. Die Spannungen des Brennstoffzellenstapels werden abgetastet (113), um die minimale Zellenspannung (114) zu bestimmen. Ein maximaler Grenzwert wird für den Strom gesetzt (118), der wenigstens zum Teil auf der minimalen Zellenspannung basiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrei­ ben eines Brennstoffzellenstapels sowie ein Brennstoffzel­ lensystem.
Eine Brennstoffzelle ist ein elektrochemisches Bauele­ ment, das durch eine Reaktion erzeugte chemische Energie di­ rekt in elektrische Energie umwandelt. Beispielsweise umfaßt eine Art einer Brennstoffzelle eine Protonenaustauschmembran (PEM; Proton Exchange Membrane), die häufig Polymerelek­ trolytmembran genannt wird und die nur Protonen den Durch­ tritt zwischen einer Anode und einer Kathode der Brennstoff­ zelle gestattet. An der Anode wird zweiatomiger Wasserstoff (ein Brennstoff) oxidiert, um Wasserstoffprotonen zu erzeu­ gen, die durch die PEM hindurchtreten. Die durch diese Oxi­ dation erzeugten Elektronen fließen durch eine Schaltung, die sich außerhalb der Brennstoffzelle befindet, wobei sie einen elektrischen Strom bilden. An der Kathode wird Sauer­ stoff reduziert und reagiert mit den Wasserstoffprotonen, wobei Wasser gebildet wird. Die anodischen und kathodischen Reaktionen werden durch die folgenden Gleichungen beschrie­ ben:
H2 → 2H+ + 2e- an der Anode der Zelle, und
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O an der Kathode der Zelle.
Eine typische Brennstoffzelle weist eine Anschlußspan­ nung von ungefähr einem Volt Gleichspannung (DC) auf. Zur Erzeugung erheblich größerer Spannungen können mehrere Brennstoffzellen zusammengesetzt werden, wobei sie eine Brennstoffzellenstapel genannte Anordnung bilden, bei der die Brennstoffzellen miteinander elektrisch in Reihe ge­ schaltet sind, um eine größere Gleichspannung (beispielsweise eine Gleichspannung von ungefähr 100 Volt) und eine größere Leistung bereitzustellen.
Der Brennstoffzellenstapel kann Flußplatten (beispielsweise Graphitverbund- oder Metallplatten) umfassen, die aufeinander gestapelt sind und die jeweils mehr als ei­ ner Brennstoffzelle des Stapels zugeordnet sein können. Die Platten können verschiedene Fließkanäle und Öffnungen auf­ weisen, um beispielsweise die Reaktanden und Reaktionspro­ dukte durch den Brennstoffzellenstapel zu leiten. Mehrere PEMs (jeweils einer bestimmten Brennstoffzelle zugeordnet) können zwischen den Anoden und Kathoden der verschiedenen Brennstoffzellen im Stapel verteilt werden.
Der Brennstoffzellenstapel kann Bestandteil eines Brenn­ stoffzellensystems sein, das Energie für eine Last, wie bei­ spielsweise einem Haus, bereitstellt. So kann das Brenn­ stoffzellensystem neben seinen unterschiedlichen Komponenten einen Wechselrichter umfassen, um die durch den Stapel be­ reitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzu­ wandeln, die an das Haus bereitgestellt werden kann. Das Brennstoffzellensystem kann ferner einen Reformer umfassen, um einen Kohlenwasserstoff (beispielsweise Erdgas oder Pro­ pangas) in einen Wasserstoffgasstrom umzusetzen. Der Wasser­ stoffgasstrom muß groß genug sein, um der durch die oben be­ schriebenen Gleichungen vorgegebenen Stöchiometrie zu genü­ gen. Daher erfordern höhere Strompegel größere Zuflußraten und somit eine höhere Wasserstoffproduktion seitens des Re­ formers.
Das Brennstoffzellensystem überwacht typischerweise die Ausgangsleistung des Systems und regelt die Produktion des Reformers auf der Grundlage der überwachten Leistung. Daher erfordert ein erhöhter Leistungsbedarf aus dem Haus typi­ scherweise ein Erhöhung der Produktion seitens des Refor­ mers. Ein herkömmlicher Reformer kann ein relativ langsames Ansprechverhalten aufweisen, das bewirkt, daß jede Erhöhung der Produktion dem erhöhten Leistungsbedarf deutlich nach­ läuft. Im Ergebnis kann es dann, wenn die vom Haus angeforderte Leistung plötzlich erhöht wird, sein, daß der Brenn­ stoffzellenstapel aufgrund eines mangelhaften Wasserstoffzu­ flusses "hungert", bis die Wasserstoffproduktion durch den Reformer auf den richtigen Pegel ansteigt. Diese Brennstoff­ mangelversorgung wiederum kann die Brennstoffzellen des Sta­ pels beschädigen.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, den oben ge­ nannten Nachteil zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Brennstoffzellen­ system mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Ver­ fahren die Erzeugung eines Brennstoffflusses durch einen Brennstoffzellenstapel, um einen Strom zu erzeugen. Die Zel­ lenspannungen des Brennstoffzellenstapels werden abgetastet, um die minimale Zellenspannung zu bestimmen. Der Strom wird auf einen maximalen Stromgrenzwert begrenzt, der auf der Ba­ sis der minimalen Zellenspannung bestimmt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeich­ nungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen be­ schrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoff­ zellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 ein Spannungsdiagramm einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels nach Fig. 1 gemäß einem Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, das ein Steuerschema gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Ausführungsbeispiel 30 eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung einen Brenn­ stoffzellenstapel 32, der die Reaktanden (beispielsweise Wasserstoff und Luft) in einer chemischen Reaktion ver­ braucht, um Elektrizität zu erzeugen. Beispielsweise können die Ausgangsanschlüsse 64 des Brennstoffzellensystems 30 so angeschlossen werden, daß sie an einen elektrischen Lastab­ nehmer, wie beispielsweise einem Haus, eine Ausgangsleistung bereitstellen. Die durch das Haus angeforderte Leistung kann über den zeitlichen Verlauf variieren, und somit ist der Zellenstrom des Brennstoffzellenstapels 32 nicht konstant, sondern zeitlich veränderlich. Eine Steuereinrichtung 10 (des Brennstoffzellensystems 30) überwacht die Ausgangslei­ stung des Brennstoffzellensystems 30 und steuert einen Re­ former 47 entsprechend, um den Wasserstofffluß in den Brenn­ stoffzellenstapel 32 zu regeln. Der Reformer 47 kann jedoch ein relativ langsames Ansprechverhalten aufweisen. Daher kann es sein, daß dann, wenn die durch das Haus angeforderte Leistung sich plötzlich erhöht, der Reformer nicht schnell genug reagiert, um zu verhindern, daß die Brennstoffzellen des Stapels 32 einen unzureichenden Wasserstoffzufluß auf­ nehmen, es sei denn durch die Strombegrenzungsmerkmale des Brennstoffzellensystems 30, die unten beschrieben werden.
Insbesondere weil die Brennstoffzellen des Brennstoff­ zellenstapels 32 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind, haben die Zellen den gleichen Zellenstrom. Auf diese Weise kann jede Brennstoffzelle durch eine Abhängigkeit der Zellenspannung von dem Zellenstrom gekennzeichnet werden, die Polarisierungskurve genannt wird, wie beispielsweise, durch die in Fig. 2 dargestellte Polarisierungskurve 20. Wie gezeigt, sinkt die Anschlußspannung der Zelle allgemein mit dem Erhöhen des Zellenstroms ab. Ein beispielhafter Ar­ beitspunkt der Brennstoffzelle ist in Fig. 2 dargestellt, ein Arbeitspunkt, bei dem die Zelle eine Anschlußspannung Vcell und einen Strom Icell besitzt. Die Spannung Vcell liegt über dem Spannungsschwellenwert (genannt VTH), der eine Grenze zwischen einer gesunden Brennstoffzelle und einer un­ gesunden Brennstoffzelle definiert. Auf diese Weise können die Gesundheit, die Effizienz und die allgemeine Sicherheit des Brennstoffzellenstapels 32 leiden, wenn eine der Zellen­ spannungen unter die Spannung VTH abfällt, ein Zustand, der beispielsweise auftreten könnte, wenn ein Strom entnommen wird, der größer als ein Schwellenwertstrom (genannt ITH) ist.
Um zu verhindern, daß dieser Zustand eintritt, setzt die Steuereinrichtung 10 einen maximalen Grenzwert für den Zel­ lenstrom, um zu verhindern, daß die minimale Zellenspannung (von allen Zellenspannungen des Brennstoffzellenstapels 32) unter die Schwellenwertspannung VTH abfällt. Die Vorgabe des maximalen Stromgrenzwerts durch die Steuereinrichtung ist nicht statisch, sondern vielmehr kann die Vorgabe des maxi­ malen Stromgrenzwerts, wie unten beschrieben, von anderen Parametern, wie der minimalen Zellenspannung, abhängen.
So gilt die in Fig. 2 gezeigte Polarisationskurve 20 für einen bestimmten Wasserstofffluß. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 10 für den vorgegebenen Wasserstoff­ fluß den maximalen Stromgrenzwert nahe ITH setzen, dem Strompegel an der VTH-Schwellwertspannung. Die Polarisati­ onskurve für eine gegebene Brennstoffzelle ist jedoch nicht statisch, vielmehr bewirkt eine Veränderung im Wasserstoff­ fluß, daß die Polarisationskurve für eine gegebene Brenn­ stoffzelle entlang der Strom-Achse der Polarisationskurve verschoben wird. Bei der Polarisationskurve 20 beispielswei­ se verschiebt eine Erhöhung des Wasserstoffflusses die Kurve 20 in positiver Richtung entlang der Zellenstrom-Achse, wo­ bei der Pegel des ITH-Schwellenwertstrompegels erhöht wird. Eine Verringerung des Wasserstoffflusses verschiebt die Kurve 20 in negativer Richtung entlang der Zellenstrom- Achse, wobei der Pegel des ITH-Schwellenwertstrompegels ver­ ringert wird. Somit bewirkt eine Erhöhung des Wasserstoff­ flusses grundsätzlich, daß die Steuereinrichtung 10 den ma­ ximalen Zellenstromgrenzwert erhöht und eine Verringerung des Wasserstoffflusses bewirkt grundsätzlich, daß die Steu­ ereinrichtung 10 den maximalen Zellenstromgrenzwert verrin­ gert.
Um die zuvor beschriebene Strombegrenzung zu erreichen, setzt die Steuereinrichtung 10 bei einigen Ausführungsbei­ spielen einen maximalen Stromgrenzwert für einen DC-DC-Konverter 55 des Brennstoffzellensystems 30 (siehe Fig. 1). Somit ist der Konverter 55 an die Ausgangsanschlüsse 37 des Brennstoffzellenstapels 32 angeschlossen, um eine Gleich­ stromspannung aus dem Stapel 32 aufzunehmen. Der Konverter 55 regelt bzw. verschiebt den aufgenommenen Gleichspan­ nungspegel, um eine geregelte Spannung an den Ausgangsan­ schlüssen 57 bereitzustellen, die an einen Wechselrichter 34 angeschlossen sind. Um den maximalen Stromgrenzwert zu set­ zen, liefert die Steuereinrichtung 10 ein Signal (genannt MAX), das beispielsweise ein Strom- oder Spannungssignal sein kann und das vom Konverter empfangen wird und den maxi­ malen Zellenstromgrenzwert anzeigt. Auf diese Weise wird das MAX-Signal dazu verwendet, den maximalen Ausgangsstrom des Konverters 55 einzustellen und dadurch den maximalen Grenz­ wert für den Zellenstrom zu erzeugen. Wenn der Ausgangsstrom des Konverters 55 begrenzt ist, liefert eine Batterie 60 des Brennstoffzellensystems 30 je nach Bedarf einen zusätzlichen Strom, um den Leistungsbedarf des Lastabnehmers, der an die Ausgangsanschlüsse 64 angeschlossen ist, zu erfüllen. Bei­ spielsweise können die Anschlüsse der Batterie 60 an die Ausgangsanschlüsse 57 des Konverters 55 angeschlossen sein.
Die oben beschriebene Steuerschleife verhindert, daß der Brennstoffzellenstapel 32 wegen eines aufgrund der Erhöhung des Leistungsbedarfs des Lastabnehmers nicht ausreichenden Wasserstoffflusses "hungert". So berücksichtigt der maximale Grenzwert, der für den Zellenstrom gesetzt ist, das An­ sprechverhalten des Reformers 47 und verschafft dem Reformer 47 Zeit, um bei seiner Wasserstoffgasproduktion "aufzuholen". Wenn der Reformer 47 den Wasserstofffluß in Abhängigkeit von der Erhöhung des Leistungsbedarfs erhöht, kann die Steuereinrichtung 10 den maximalen Stromgrenzwert erhöhen. Das Brennstoffzellensystem 30 hat somit wenigstens zwei Steuerschleifen: eine erste schnell ansprechende Steu­ erschleife, um plötzliche Änderungen der Ausgangsleistung zu begrenzen, ein Ereignis, das den Brennstoffzellenstapel 32 aufgrund der relativ langsamen Reaktion des Reformers 47 "aushungert"; und eine zweite, möglicherweise langsamere Steuerschleife zur Steuerung des Reformers 47, um den Was­ serstoffzufluß in den Brennstoffzellenstapel 32 zu regeln.
Wie oben beschrieben, kann die Steuereinrichtung 10 dem maximalen Stromgrenzwert wenigstens teilweise die minimale Zellenspannung zugrunde legen. Um die Zellenspannungen zu überwachen und die minimale Zellenspannung zu bestimmen, kann die Steuereinrichtung 10 eine Spannungsüberwachungs­ schaltung 36 des Brennstoffsystems 30 nutzen. Die Spannungs­ überwachungsschaltung 36 ist an den Brennstoffzellenstapel 32 angeschlossen, um kontinuierlich die Zellenspannungen zu messen und ferner der Steuereinrichtung 10 die gemessenen Zellenspannungen anzuzeigen. Entweder die Spannungsüberwa­ chungsschaltung 36 oder die Steuereinrichtung 10 (abhängig von dem jeweiligen Ausführungsbeispiel) kann die minimale Zellenspannung bestimmen, eine Spannung, die die Steuerein­ richtung 40 verwendet, um die Ausgangsleistung des Brenn­ stoffzellensystems 30 zu regeln.
Es wird weiterhin auf Fig. 3 Bezug genommen; die Steu­ ereinrichtung 10 kann somit ein Programm 12 (das beispiels­ weise in einem Nur-Lese-Speicher (ROM) der Steuereinrichtung 10 gespeichert ist) ausführen, das bewirkt, daß die Steuer­ einrichtung 10 die Spannungsüberwachungsschaltung 36 (siehe Fig. 2) nutzt, um sämtliche Zellenspannungen des Brennstoff­ zellenstapels 32 zu messen (Block 13 nach Fig. 3). Aufgrund dieser Informationen kann das Programm 12 ferner bewirken, daß die Steuereinrichtung 10 die Zelle auswählt (Block 14) die die minimale Spannung aufweist, die minimale Zellenspan­ nung mit der VTH-Schwellenwertspannung vergleicht (Block 16), den Zellenstrom (beispielsweise über den Stromsensor 59 (siehe Fig. 1)) bestimmt (Block 17) und den Zellenstrom­ grenzwert auf der Grundlage dieser Faktoren setzt oder ein­ stellt (18). Bei einigen Ausführungsbeispielen kann es sein, daß die Steuereinrichtung 10 den Zellenstrom beim Setzen des maximalen Stromgrenzwerts nicht nutzt, und bei einigen Aus­ führungsbeispielen kann die Steuereinrichtung 10 Anzeigen der gemessenen Spannungen und/oder Angaben der niedrigsten Zellenspannung von der Spannungsüberwachungsschaltung 36 einholen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen regelt die Steuerein­ richtung 10 die minimale Zellenspannung, um diese Spannung innerhalb eines Fehlerbereichs bei einer Sollspannung zu halten, einer Spannung nahe der minimalen Schwellenwertspan­ nung. Wenn die minimale Zellenspannung groß genug wird, so daß sie über den Fehlerbereich ansteigt, erhöht die Steuer­ einrichtung 10 im Verlauf dieser Regelung den Stromgrenz­ wert. Andererseits verringert die Steuereinrichtung 10 den Stromgrenzwert, wenn die niedrigste Zellenspannung klein ge­ nug wird, so daß sie unter den Fehlerbereich abfällt.
Um den Stromgrenzwert zu ändern, kann die Steuereinrich­ tung 10 bei einigen Ausführungsbeispielen den Stromgrenzwert mittels inkrementelle Beträge einstellen, die vorgegebene prozentuale Anteile (beispielsweise S%) des maximalen Sta­ pelstromnennwerts sind. Bei anderen Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 10 dem Änderungsbetrag andere Krite­ rien zugrundelegen oder kann der Änderung einen vorgegebenen Wert zugrundeliegen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuerein­ richtung 10 ein Proportional-Integral-Differential-Regel­ schema (PID), ein heuristisches Regelschema oder eine Nach­ schlagetabelle (LUT) 11 (siehe Fig. 1) verwenden, um die oben beschriebene dynamische Strombegrenzung durchzuführen. Als Beispiel kann die LUT 11 in einem Nur-Lese-Speicher (ROM) oder einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) des Brennstoffzellensystems 30, wie beispielsweise einem Spei­ cher der Steuereinrichtung 10, gespeichert werden. Bei eini­ gen Ausführungsbeispielen kann die Steuereinrichtung 10 auch an einen (nicht gezeigten) Wasserstoffsensor im Anodenabgas angeschlossen sein. Beispielsweise kann die Steuereinrich­ tung 10 den Stromgrenzwert verringern, wenn die Wasserstoff­ konzentration des Anodenabgases unter einen vorbestimmten Schwellenwert (z. B. 8%) abfällt. Auf diese Weise kann der Wasserstoffsensor eine zusätzliche Rückmeldung liefern, um zu verhindern, daß die Stromentnahme aus dem Stapel 32 die Zellen aushungert.
Die Zellenspannungen können im Verlauf ihrer Lebensdauer und/oder in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Brennstoffzellenstapels 32 variieren. So können über die Zeit verschiedene Zellen die minimale Zellenspannung lie­ fern. Da die Steuereinrichtung 10 ihre Steuerung jedoch auf die zuletzt bestimmte Zelle mit minimaler Spannung stützt, berücksichtigt die Steuerung durch die Steuereinrichtung 10 diese Erscheinung. Bei einigen Ausführungsbeispielen be­ stimmt die Steuereinrichtung 10 somit die minimale Zellen­ spannung dynamisch während des Regelungsverlaufs.
Es wird wieder auf Fig. 1 Bezug genommen; neben anderen Merkmalen des Brennstoffzellensystems 30 konvertiert der Wechselrichter 34 die durch den Brennstoffzellenstapel 32 bereitgestellte Gleichspannung (DC) in Wechselspannung (AC), die an eine Last, wie beispielsweise einem Verbraucherhaus­ halt, geliefert wird. Die Steuereinrichtung 40 kann mit dem Reformer 47 über eine oder mehrere Steuerleitungen 54 zusam­ menwirken, um die Wasserstoffgasproduktion des Reformers 47 auf der Grundlage der durch den Verbraucher geforderten Lei­ stung zu steuern. Um den Leistungsbedarf zu bestimmen, kann die Steuereinrichtung 10 den Stromsensor 59 verwenden, der beispielsweise mit einem der Ausgangsanschlüsse 57 des DC- DC-Konverters 55 in Reihe geschaltet ist. Beispielsweise kann der DC-DC-Konverter 55 ein Buck- oder Boost-/Schalt- Spannungsregler sein. Ein Abgasoxidierer 38 des Brennstoff­ zellensystems 30 kann unverbrauchte Reaktanden und Reakti­ onsprodukte aus dem Brennstoffzellenstapel 32 (über die Ab­ gasleitungen 33) aufnehmen und oxidieren.
Das Brennstoffzellensystem 30 kann ferner Steuerventile 42 umfassen, die (über eine Leitung 48) einen Luftstrom von einem Gebläse 51 aufnehmen, das durch einen Filter 53 (beispielsweise einen hocheffizienten Teilchenrückhaltefil­ ter (HEPA)) gefilterte Luft aufnimmt. Der Luftstrom liefert Sauerstoff - einen Reaktanden - an den Brennstoffzellensta­ pel 32. Die Steuerventile 42 nehmen ferner einen Wasser­ stoffgasstrom aus einer Leitung 50 auf, die aus dem Reformer 47 herangeführt ist. Die Steuerventile 42 versorgen jeweils die Auslaßleitungen 49 und 47, die diese Reaktanden an die geeigneten Reaktandendruckleitungen des Brennstoffzellensta­ pels 32 liefern. Die Steuereinrichtung 10 kann beispielswei­ se einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder Mikroprozes­ soren umfassen.
Andere Ausführungsformen liegen innerhalb des Schutzum­ fangs der folgenden Ansprüche. Beispielsweise kann das Brennstoffzellensystem 30 Energie an ein Automobil anstelle eines Hauses liefern. Andere Anordnungen sind möglich.

Claims (27)

1. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels (32), wobei:
ein Brennstofffluß durch den Brennstoffzellenstapel (32) eingestellt wird, um einen Strom zu erzeugen,
die Zellenspannungen des Brennstoffzellenstapels (32) abgetastet werden, um die minimale Zellenspannung zu bestim­ men, und
ein maximaler Grenzwert für den Strom gesetzt wird, der wenigstens teilweise auf der minimalen Zellspannung basiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen eine Regelung des Brennstoffflusses auf der Grundlage der Ausgangsleistung umfaßt, wobei die Rege­ lung ein verzögertes Ansprechen zeigt und das Setzen des ma­ ximalen Grenzwerts den Brennstoffzellenstapel (32) an der Aufnahme eines aufgrund des verzögerten Ansprechens nicht ausreichenden Brennstoffflusses hindert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Abtasten das kontinuierliche Überwachen der Zellenspannungen während des Regelns umfaßt, um die mi­ nimale Zellenspannung dynamisch zu bestimmen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Zellenspannung während des zeitlichen Verlaufs unterschiedlichen Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels (32) zugeordnet sein kann.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Setzen des maximalen Grenzwerts ver­ hindert, daß die Zellenspannungen unter einen minimalen Spannungsschwellenwert abfallen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Setzen des maximalen Grenzwerts ver­ hindert, daß die minimale Zellenspannung unter einen minima­ len Spannungsschwellenwert abfällt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß DC-DC-Spannungskonverter (55) verwendet werden, um eine Ausgangsspannung aus dem Brennstoffzellen­ stapel (32) aufzunehmen und einen vorgegebenen Spannungspe­ gel an einem Ausgangsanschluß (64) des Konverters (55) zu liefern.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Setzen des maximalen Stromgrenzwerts das Einstellen eines maximalen Ausgangsstroms aus dem DC-DC-Spannungskon­ verter (55) umfaßt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung des Brennstoffzellen­ stapels (32) ferner eine Batterie (60) vorgesehen ist, um einen über den maximalen Grenzwert hinausgehenden zusätzli­ chen Strom zu liefern.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Setzen des maximalen Grenzwerts die Erhöhung des maximalen Grenzwerts umfaßt, wenn sich die mi­ nimale Zellenspannung erhöht.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Setzen des maximalen Grenzwerts die Verringerung des maximalen Grenzwerts umfaßt, wenn sich die minimale Zellenspannung verringert.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Setzen des maximalen Grenzwerts die Erhöhung des maximalen Grenzwerts umfaßt, wenn sich der Brennstofffluß erhöht.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Setzen des maximalen Grenzwerts die Verringerung des maximalen Grenzwerts umfaßt, wenn sich der Brennstofffluß verringert.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ferner die Messung einer Wasser­ stoffkonzentration in einem Anodenabgasstrom und die Ein­ stellung des maximalen Stromgrenzwerts auf der Grundlage der gemessenen Wasserstoffkonzentration umfaßt.
15. Brennstoffzellensystem (30) mit einem Brennstoffzel­ lenstapel (32), der in Abhängigkeit von einem Brennstofffluß einen Strom erzeugen kann; und einer an den Brennstoffzel­ lenstapel (32) angeschlossenen Schaltung (36), dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (36) die Zellenspannungen des Brenn­ stoffzellenstapels (32) bestimmen kann, die minimale Zellen­ spannung aus den Zellenspannungen auswählt und einen maxima­ len Grenzwert für den Strom setzt, wobei der maximale Grenz­ wert zum Teil wenigstens auf der minimalen Zellenspannung basiert.
16. Brennstoffzellensystem (30) nach Anspruch 15, da­ durch gekennzeichnet, daß dieses ferner einen Reformer (47) aufweist, der den Brennstofffluß liefert, wobei der Reformer (47) verzögert anspricht, und daß die Schaltung (36) den ma­ ximalen Grenzwert setzt, um zu verhindern, daß der Brenn­ stoffzellenstapel (32) einen unzureichenden Brennstofffluß aufgrund des verzögerten Ansprechens erhält.
17. Brennstoffzellensystem (30) nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine Spannungsüberwachungsschaltung (36), die die Zellenspannungen während des Regelns kontinu­ ierlich überwachen kann, um die minimale Zellenspannung dy­ namisch zu bestimmen.
18. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Zellen­ spannung über den Zeitverlauf unterschiedlichen Brennstoff­ zellen des Brennstoffzellenstapels (32) zugeordnet sein kann.
19. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch einen DC-DC-Konverter (55), der an den Brennstoffzellenstapel (32) angeschlossen ist, um eine Ausgangsleistung zu liefern.
20. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (36) verhindert, daß die Zellenspannungen unter einen minimalen Spannungsschwellenwert abfallen.
21. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (36) verhindert, daß die minimale Zellenspannung unter einen mi­ nimalen Spannungsschwellenwert abfällt.
22. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, gekennzeichnet durch eine Batterie (60), die den Brennstoffzellenstapel (32) unterstützt, um zusätzlichen Strom zu liefern, wenn der Strom in der Nähe des oberen Grenzwerts liegt.
23. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (36) den maximalen Grenzwert erhöhen kann, wenn sich die minimale Zellenspannung erhöht.
24. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung den ma­ ximalen Grenzwert verringern kann, wenn sich die minimale Zellenspannung verringert.
25. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung den ma­ ximalen Grenzwert erhöhen kann, wenn sich der Brennstofffluß erhöht.
26. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung den ma­ ximalen Grenzwert verringern kann, wenn sich der Brennstoff­ fluß verringert.
27. Brennstoffzellensystem (30) nach einem der Ansprüche 15 bis 26, gekennzeichnet durch einen Sensor, der eine Was­ serstoffkonzentration in einem Anodenabgasstrom messen kann, sowie eine Schaltung, die den maximalen Stromgrenzwert auf der Grundlage der gemessenen Wasserstoffkonzentration ein­ stellen kann.
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