DE10118151A1

DE10118151A1 - Brennstoffzelle mit dynamisch geregeltem Gegendruck

Info

Publication number: DE10118151A1
Application number: DE10118151A
Authority: DE
Inventors: John P Salvador; James W Dandalides; William Henry Pettit
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: DE10118151B4; JP2001345112A; CA2339585A1; US6815106B1

Abstract

Es ist ein Brennstoffzellensystem offenbart, das einen dynamisch gesteuerten Druckregler zur Änderung des Gegendruckes auf das System bei variierenden Umgebungstemperaturen und -drücken umfaßt.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Diese Erfindung betrifft Brennstoffzellensysteme zum Antrieb elektrischer Fahrzeuge, die über einen breiten Bereich von Umgebungs- und Betriebs bedingungen verwendet werden, und insbesondere die Optimierung der Leistungsfähigkeit derartiger Systeme unter solchen Bedingungen durch aktives Ändern des Gegendruckes des Systems.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Brennstoffzellen im allgemeinen und PEM-Brennstoffzellen im besonderen sind zur Verwendung als elektrische Antriebsanlagen als Ersatz für Ver brennungsmotoren vorgeschlagen worden. PEM-Brennstoffzellen sind in der Technik gut bekannt und umfassen einen "Membranelektroden aufbau" (auch bekannt als MEA) mit einem dünnen protonendurchlässi gen, festen Polymermembranelektrolyten, der auf einer seiner Seiten eine Anodenkatalysatorlage und auf der gegenüberliegenden Seite eine Katho denkatalysatorlage aufweist. Der MEA ist zwischen ein Paar elektrisch leitfähiger Stromkollektoren geschichtet, die auch dazu dienen, Wasser stoff an die Anode und Sauerstoff (d. h. aus Druckluft) an die Kathode zu verteilen. Das H₂ reagiert mit dem O₂ r, um Wasser zu bilden, das die Brennstoffzelle hauptsächlich als Teil des Kathodenabgases (auch bekannt als Kathodenabgas (cathode tailgas)) verläßt. Der Kathoden- /Luft-

Zufuhrstrom (und manchmal der Anoden- /H₂-Strom) wird typischerwei se befeuchtet, um die Ionenaustauschmembran vor einer Austrocknung zu bewahren.

Einige Brennstoffzellensysteme verwenden unter Druck gesetzten oder flüssigen Wasserstoff zur Beschickung der Brennstoffzelle. Andere spei chern den Wasserstoff chemisch als ein thermisch zersetzbares Hydrid oder physialisch-chemisch durch eine über Wärme freigebbare Adsorption auf einem geeigneten Adsorptionsmittel (beispielsweise Nanofasern aus Kohlenstoff). Noch andere spalten wasserstoffhaltige Flüssigkeiten auf, wie beispielsweise Benzin, Methanol oder dergleichen, um den von der Brenn stoffzelle verwendeten Wasserstoff zu bilden. Um ihren Wasserstoff freizu geben, werden wasserstoffhaltige Flüssigkeiten in einem sogenannten "Brennstoffprozessor" aufgespalten. Ein bekannter Brennstoffprozessor zur Aufspaltung von Benzin ist beispielsweise ein zweistufiger Primärre aktor, der als ein "autothermischer Reformer" bekannt ist. Bei einem au tothermischen Reformer wird Benzin und Wasserdampf (d. h. Dampf) mit Luft gemischt und aufeinanderfolgend durch zwei Reaktionsabschnitte geleitet, d. h. einen ersten "Teiloxidationsabschnitt" (POX-Abschnitt) und einen zweiten "Dampfreformierungsabschnitt" (SR-Abschnitt). In dem POX-Abschnitt reagiert das Benzin exotherm mit einer unterstöchiometri schen Menge an Luft, um Kohlenmonoxid, Wasserstoff und niedrigere Kohlenwasserstoffe (beispielsweise Methanol) zu erzeugen. Die heißen POX-Reaktionsprodukte gelangen in den SR-Abschnitt, in dem die niedri geren Kohlenwasserstoffe mit dem Dampf reagieren, um ein Reformatgas zu erzeugen, das hauptsächlich Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmon oxid, Wasser, Methan und Stickstoff umfaßt. Ein derartiger autothermi scher Reformer ist in der Internationalen Patentveröffentlichung mit der Nummer WO 98/08771 beschrieben, die am 5. März 1998 veröffentlicht wurde. Der Prozeß zur Erzeugung von Wasserstoff aus Methanol ist ähn lich zu demjenigen, der für Benzin verwendet wird, wobei der Primärreak tor entweder (1) nur POX, (2) POX + SR oder (3) nur SR umfassen kann. Ein bekannter Brennstoffprozessor zur Aufspaltung von Methanol ist ein Dampfreformer, wie er beispielsweise in dem U. S. Patent 4,650,727 von Vanderborgh beschrieben ist. In beiden Fällen erfordern die Dampfrefor mer Wasser als einen der Reaktanden.

Die Kohlenmonoxidkonzentration in dem Reformat, das einen Primärre aktor verläßt, ist zu hoch, als daß das Reformat in einer Brennstoffzelle ohne deren Vergiftung verwendet werden könnte. Demgemäß umfassen die meisten Brennstoffprozessoren einen unterstromigen Abschnitt zur Reinigung des Reformates von CO dadurch, daß dieses CO-Trenn membranen, CO-Adsorptionsmedien oder einer sogenannten "Wasser-Gas- Shift"-Reaktion (WGS-Reaktion, auch CO-Konvertierungsreaktion) unter zogen wird, wobei Wasser (d. h. Dampf) exotherm mit dem Kohlenmonoxid reagiert, um CO₂ + H₂ zu erzeugen. Die WGS-Reaktion erfordert auch Wasser als einen Reaktanden. Ein sogenannter PrOx-Reaktor (d. h. Reak tor für selektive Oxidation) kann auch unterstromig des Wasser-Gas-Shift- Reaktors verwendet werden, um restliches CO zu entfernen, das den WGS-Reaktor verläßt.

Es ist bekannt, die Abgase der Kathode und Anode, die eine Brennstoff zelle verlassen, in einem unterstromigen Brenner zu verbrennen, um Was ser zu bilden und Wärme zur Verwendung in dem System, beispielsweise zur Erwärmung des Brennstoffprozessors vorzusehen. Überdies ist es be kannt, daß ein Wassermanagement von Brennstoffzellensystemen, die in Kraftfahrzeuganwendungen (beispielsweise Autos, Lastwagen, Bussen, etc.) verwendet werden sollen, sehr wichtig ist. Diesbezüglich ist es er wünscht, das durch das Brennstoffzellensystem (beispielsweise von dem Brennerabgas und/oder den Abgasen der Brennstoffzelle) erzeugte Was ser zu sammeln und dieses an einer beliebigen Stelle in dem System (beispielsweise in dem Brennstoffprozessor, dem Wasser-Gas-Shift- Reaktor oder einem Befeuchter) wiederzuverwenden, wo es benötigt wird, anstatt eine zusätzliche Wasserversorgung an Bord für derartige Sy stemanforderungen vorzusehen. Optimal arbeitet das System in einem Zustand, der als "Wasserneutralität" bekannt ist - das heißt, daß das Sy stem das gesamte Wasser erzeugt, das das System erfordert. Demgemäß ist es bekannt, einen oder mehrere Kondensatoren an verschiedenen Or ten innerhalb des Systems vorzusehen, um Wasser von den verschiedenen Gasströmen zu kondensieren und dieses an einen Wassersammelbehälter zu lenken, von dem es dorthin verteilt wird, wo es benötigt wird. Die Mög lichkeit zur wirksamen Kondensation von Wasser, das durch das System erzeugt wird, ändert sich mit den Umgebungsbedingungen, denen das Sy stem ausgesetzt bzw. die das System umgeben ist. Daher ist es beispiels weise schwieriger, Wasser bei höheren geographischen Höhen (d. h. niedri gerem Druck) und bei höheren Temperaturen zu kondensieren, als es ist, um Wasser bei niedrigen Temperaturen und hohen Drücken zu konden sieren. Auch wird der Wirkungsgrad des Systems wie auch derjenige der Brennstoffzelle selbst durch die Umgebungstemperatur und den Umge bungsdruck beeinflußt. Daher ist beispielsweise die Brennstoffzelle effizi enter und kann mehr Leistung erzeugen, wenn sie bei höheren Drücken arbeitet. Überdies kann der Kompressor, der Druckluft für den Brenn stoffzellenstapel vorsieht, nur innerhalb eines definierten Bereiches von Betriebsparametern wirksam arbeiten. Diesbezüglich ist die Leistung jedes Kompressors unabhängig davon, ob er ein Kompressor vom Zentrifugaltyp oder Verdrängertyp ist, durch eine Kompressorleistungskarte definiert, die (1) eine Darstellung des Kompressordruckverhältnisses (d. h. Kompressor ausgangdruck/Kompressoreingangdruck) an der vertikalen Achse in Ab hängigkeit von der Massenflußrate von Luft an der horizontalen Achse ist, und (2) die Betriebshüllkurve zeigt, in der eine akzeptable Leistungsfähig keit für diesen bestimmten Kompressor möglich ist. Der Kompressorein gangdruck ist gleich dem Umgebungsdruck abzüglich irgendwelcher Ein gangsverluste. Die Betriebshüllkurve (nachstehend "Normalbetriebs hüllkurve") ist durch zwei Extreme eingegrenzt, über denen der Kompres sor nicht wirksam arbeitet, beispielsweise aufgrund eines Anstiegs des Luftdruckes, einer Erhitzung, einem verstopften Fluß oder einem anderen Zustand, der für den Kompressor oder dessen Leistungsfähigkeit abträg lich ist.

Die vorliegende Erfindung steuert dynamisch den Gegendruck des Sy stems, um die Wasserrückgewinnung, den Systemwirkungsgrad, die Zel lenleistungsfähigkeit und die Kompressorleistung unter variierenden Zu ständen von Umgebungstemperaturen und Umgebungsdrücken zu opti mieren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung der Leistung (beispielsweise elektrischer Ausgang, Kompres sorwirkungsgrad, Wasserneutralität, Systemwirkungsgrad, etc.) eines Brennstoffzellensystemes unter sich ändernden Umgebungsbedingungen (d. h. Temperatur und Druck). Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellen system, des Typs, der umfaßt: (1) eine Brennstoffzelle mit einem Anoden auslaß, der ein H₂-haltiges Anodenabgas austrägt, und einem Kathoden auslaß, der ein O₂-haltiges Kathodenabgas austrägt, (2) eine Wasserstoff quelle zur Lieferung von Wasserstoff an eine Anode der Brennstoffzelle und (3) einen Luftkompressor zur Lieferung von Sauerstoff an eine Katho de der Brennstoffzelle. Das System kann auch einen oder mehrere Kon densator(en) zur Kondensation von Wasser aus einem oder mehreren der Reaktandenströme des Systems und einen Brenner zur Verbrennung von Elektroden-Abgas(en) umfassen.

Gemäß eines Aspektes der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, das umfaßt, daß: (a) ein modulierbarer Druckregler unterstromig des Katho denauslasses zur Änderung des Gegendruckes des Kathodenabgases vor gesehen wird; (b) die Umgebung (beispielsweise Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, etc.) erfaßt wird, der das System ausgesetzt ist, und ein Si gnal bzw. Signale, die diese angeben, an eine Steuerung gesendet werden; (c) zumindest ein Betriebszustand des Systems (beispielsweise gesammel tes Wasser, Kompressoreingangdruck/Kompressorausgangdruck, Sy stemgegendruck, etc.) erfaßt und ein Signal bzw. Signale, die diese ange ben, an eine Steuerung gesendet werden; und (d) der Regler über die Steuerung in Ansprechen auf die Signale moduliert wird, um die Lei stungsfähigkeit des Systems unter derartigen Umgebungs- /Betriebsbe dingungen zu optimieren. Der Regler kann ausschließlich in dem Katho denabgasstrom oder unterstromig eines Brenners positioniert sein, der die Kathoden- und Anodenabgase vor Austrag derselben an die Atmosphäre verbrennt. Gemäß einer Ausführungsform der Erindung wird der System gegendruck erhöht, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt, um es zu erleichtern, das Wasser bei erhöhten Temperaturen zu kondensieren. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Systemgegendruck erhöht, wenn der Umgebungsdruck abnimmt (beispielsweise bei hohen geographischen Höhen), um die Beibehaltung eines im wesentlichen kon stanten Kompressorausgangsdruckes und daher einen im wesentlichen konstanten Betriebsdruck der Brennstoffzelle zu unterstützen. Bei einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Gegendruck ver ringert, wenn das Kompressordruckverhältnis (d. h. Kompressorausgangs druck/Kompressoreingangdruck) so ist, daß bewirkt wird, daß der Kom pressor außerhalb seiner akzeptablen Betriebshüllkurve arbeitet (beispielsweise in dem Anfahrbereich eines Zentrifugalkompressors).

Ein anderer Aspekt der Erindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausfüh rung des vorher beschriebenen Verfahrens. Diesbezüglich ist ein Brenn stoffzellensystem vorgesehen, das umfaßt: (1) eine Brennstoffzelle mit ei nem Anodenauslaß, der ein H₂-haltiges Anodenabgas austrägt, und einem Kathodenauslaß, der ein Oahaltiges Kathodenabgas austrägt; (2) eine Wasserstoffquelle zur Lieferung von Wasserstoff an eine Anode der Brenn stoffzelle; und (3) einen Luftkompressor zur Lieferung von Sauerstoff an eine Kathode der Brennstoffzelle. Gemäß dieses Vorrichtungsaspekts der Erindung umfaßt das System ferner: (a) einen modulierbaren Druckregler in Verbindung mit dem Kathodenauslaß zur Änderung des Gegendruckes des Kathodenabgases; (b) einen Drucksensor zur Erfassung des Kompres sorausgangsdruckes und zum Senden von Signalen, die diesen angeben, an eine Steuerung; und (c) eine Steuerung in Verbindung mit dem Druck regler und dem Sensor zur Modulierung des Reglers, um so den Gegen druck in Ansprechen auf den Ausgangsdruck des Kompressors zu ändern und den Ausgangsdruck ungeachtet des Umgebungsdruckes im wesentli chen konstant zu halten. Bei einer noch weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist ferner vorgesehen: (i) ein Brenner zum Verbrennen der Anoden- und Kathodenabgase, um ein wasserhaltiges Abgas zu erzeugen; (ii) ein Abgasauslaß von dem Brenner zum Austrag des Abgases von dem Brenner; (iii) ein modulierbarer Druckregler in Verbindung mit dem Ab gasauslaß zur Änderung des Gegendruckes des Abgases; (iv) einem ersten Drucksensor zur Erfassung des Umgebungsdruckes und zum Senden ei nes Signales, das diesen angibt, an eine Steuerung; (v) einen ersten Tem peratursensor zum Erfassen der Umgebungstemperatur und zum Senden eines Signales, das diese angibt, an eine Steuerung; (vi) einen zweiten Drucksensor zur Erfassung des Gegendruckes des Abgases und zum Sen den eines Signales, das diesen angibt, an eine Steuerung; und (vii) eine Steuerung in Verbindung mit dem Druckregler zur Modulierung des Reg lers, um so den Gegendruck in Ansprechen auf die Umgebungstemperatur / den Umgebungsdruck und den Gegendruck zu ändern. Eine andere Ausführungsform umfaßt einen Sensor zur Erfassung des Kompressor ausgangsdruckes, und die Steuerung variiert den Systemgegendruck über den Druckregler in Ansprechen auf die Umgebungstemperatur / den Um gebungsdruck, den Kompressorausgangsdruck und den Systemgegen druck. Bei einer noch weiteren Ausführungsform umfaßt das System ei nen Kondensator zum Kondensieren von Wasser aus dem Abgas, einen Behälter zum Sammeln des kondensierten Wassers zum Gebrauch in dem System, einen Niveaudetektor in Verbindung mit dem Behälter zur Detek tion des Wasserniveaus in dem Behälter und zum Senden eines Signales, das dieses angibt, an eine Steuerung, und eine Steuerung in Verbindung mit dem Druckregler zur Modulierung des Reglers, um so den Gegendruck an dem System in Ansprechen auf die Umgebungstemperatur / den Um gebungsdruck, den Gegendruck und das Wasserniveau in dem Behälter zu ändern.

ZEICHNUNGSKURZBESCHREIBUNG

Die Fig. 1-3 sind schematische Schaubilder von drei verschiedenen Brennstoffzellensystemen gemäß der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 2 mit einer Brennstoffzelle 4, die Wasserstoff und Sauerstoff verbraucht und mit Wasserstoff beschickt wird, der in einem Brennstoffprozessor 6 erzeugt und an die Anodenseite der Brennstoffzelle 4 über Leitung 8 geliefert wird. Da nur ein Teil des Wasserstoffs, der der Brennstoffzelle zugeführt wird, in der Brennstoffzelle 4 verbraucht wird, verläßt einiges restliches H₂ die Brennstoffzelle 4 an dem Anodenauslaß 28 als ein Wasserstoffanodenabgas 10. Die Wasser stoffquelle ist der Brennstoffprozessor 6, der einen Dampfreformer, einen autothermischen Reformer oder eine andere ähnliche Vorrichtung umfas sen kann, um Brennstoffe, wie beispielsweise Methan, Methanol, Benzin oder dergleichen, die von Leitung 12 geliefert werden, in Wasserstoff um zuwandeln. Wasser wird von einem Behälter 14 an den Brennstoffprozes sor 6 über Leitung 16 zur Reaktion darin (beispielsweise in den Dampfre former- oder WGS-Abschnitten) geliefert. Der Kompressor 18 liefert Luft an den Brennstoffprozessor 6 über Leitungen 20 und 22. Der Kompressor 18 liefert auch Luft an die Kathodenseite der Brennstoffzelle 4 über Lei tung 20. In der Brennstoffzelle 4 wird nicht der gesamte Sauerstoff in der Luft verbraucht. Dementsprechend verläßt sauerstoffhaltiges Abgas 24 die Brennstoffzelle 4 an dem Kathodenauslaß 26. Das wasserstoffhaltige An odenabgas 10, das die Brennstoffzelle an dem Anodenauslaß 28 verläßt, und das sauerstoffhaltige Abgas 24, das die Brennstoffzelle an dem Ka thodenauslaß 26 verläßt, strömen in einen Brenner 30, in dem sie ver brannt werden, um ein Abgas 32 zu erzeugen, das den Brenner 30 an dem Abgasauslaß 34 verläßt. Das Abgas 32 enthält eine erhebliche Menge an Wasser, das in dem Kondensator 36 kondensiert und über eine Rück führleitung 38 zurück an den Wasserbehälter 14 geführt wird. Der Be hälter 14 kann eine alleinstehende Einheit (wie gezeigt) sein oder kann ei nen Teil des Kondensators bilden (nicht gezeigt). Das entwässerte Abgas verläßt den Kondensator 36 über Leitung 40 und wird schließlich über einen modulierbaren Druckregler 42 an die Atmosphäre ausgetragen. Eine Steuerung 44 steuert den Druckregler 42, um so den Gegendruck auf das System 2 in Ansprechen auf Signale von einer Vielzahl von Sensoren zu ändern, die verschiedene Betriebsbedingungen des Systems 2 wie auch die Umgebungstemperatur und den Umgebungsdruck erfassen. Diesbe züglich erfaßt (1) ein Drucksensor 46 den Einlaßdruck an dem Kompres sor 80, (2) ein Drucksensor 48 an dem hinteren Ende des Kompressors 18 den Ausgangsdruck des Kompressors 18 und (3) ein Drucksensor 50 den Druck in Leitung 40, der den Gegendruck darstellt, der von dem Regler 42 auf das System 2 angelegt wird. Ein Temperatursensor 52 erfaßt die Um gebungstemperatur, und ein Drucksensor 53 erfaßt den Umgebungs druck, der das Brennstoffzellensystem 2 umgibt. Ein Wasserniveausensor 54 erfaßt das Niveau des Wassers in dem Wasserbehälter 14. Die Steue rung 44 nimmt die Form einer herkömmlichen auf einem Allzweck- Digitalcomputer beruhenden Steuerung an, die so programmiert ist, um die Modulierung des Reglers in Ansprechen auf Umgebungs- und System betriebsbedingungen zu steuern. Demgemäß umfaßt die Steuerung einen allgemeinen Digitalcomputer mit zugeordnetem Nurlesespeicher (ROM), einem Schreib-Lese-Speicher (RAM), einem elektrisch programmierbaren Nurlesespeicher (EPROM), einem elektrisch programmierbaren "Flash"- Speicher, einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU) und Eingangs- /Aus gangsabschnitten, die die Schnittstellen mit den Umgebungs- und Sy stemsensoren und dem Regler bilden. Der Nurlesespeicher des Digi talcomputers der Steuerung enthält die Anweisungen, die erforderlich sind, um die grundsätzlichen Eingangs- /Ausgangsanweisungen auszu führen. Der elektrisch programmierbare "Flash"-Speicher enthält die An weisungen, die erforderlich sind, um geeignete Steueralgorithmen auszu führen. Der elektrisch programmierbare Nurlesespeicher (EPROM) enthält die Kalibrierung von Konstanten, mit denen die verschiedenen Betriebspa rameter gegebenenfalls verglichen werden. Ein spezifisches Programm zur Ausführung der Erfindung kann von Fachleuten unter Verwendung her kömmlicher Informationsverarbeitungssprachen erstellt werden.

Das in Fig. 1 gezeigte System 2 kann auf eine Anzahl verschiedener Wege betrieben werden. Beispielsweise ist, um eine Wasserneutralität in den Systemen zu erreichen, ein Kondensator in dem Brennerabgasstrom vor gesehen. Eine wirksame Wassersammlung ist jedoch sehr temperatur- und druckabhängig. Diesbezüglich verringert sich bei konstantem Druck die Fähigkeit zur Kondensation von Wasser, wenn die Umgebungstempe ratur zunimmt. Ähnlicherweise verringert sich bei konstanter Temperatur die Fähigkeit zur Kondensation von Wasser, wenn der Umgebungsdruck abnimmt. Daher wird gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung der Gegendruck auf das System 2 erhöht, wenn die Umgebungstempera tur ansteigt, um die Fähigkeit des Kondensators / der Kondensatoren zum Kondensieren von Wasser darin zu steigern. Wenn der Wasserbehälter 14 eine ausreichende Menge an Wasser enthält, um die Systemanforderun gen zufrieden zu stellen, arbeitet das System 2 unter normalen Bedingun gen (d. h. Bedingungen mit verringertem Druck), und der Kondensator 36 erzeugt genügend Wasser, um das Niveau des Wassers in dem Behälter 14 bei einem ausreichend hohen Niveau beizubehalten. Jedoch kann unter Bedingungen hoher Temperatur oder hoher geographischer Höhe der Kondensator 36 nicht genug Wasser kondensieren (sofern er nicht über mäßig groß ist), und das Niveau des Wassers in dem Behälter 14 fällt ab. Wenn das Niveau des Wassers in dem Behälter 14 unter ein befriedigen des Niveau abfällt, sendet der Wasserniveausensor 54 ein Signal an die Steuerung 44, die ihrerseits ein Steuersignal 56 an den Gegendruckregler 42 sendet, der den Gegendruck 14 des Abgases, das den Kondensator 36 verläßt, erhöht und dadurch den Druck in dem gesamten System 2 er höht.

Bei einer anderen Situation ist es erwünscht, den Kompressorausgangs druck und daher den Eingangsdruck zu der Brennstoffzelle 4 ungeachtet des Umgebungsdruckes auf einem im wesentlichen konstanten Niveau beizubehalten. Daher kann es beispielsweise erwünscht sein, daß der An odeneingangsdruck zu der Brennstoffzelle 4 auf Meereshöhe genau so groß wie auf einem Berggipfel ist. Um dies zu erreichen, überwacht der Drucksensor 48 den Druck in Leitung 20. Wenn der Druck in Leitung 20 bei einem Anstieg der geographischen Höhe abzufallen beginnt, signali siert der Sensor 48 die Steuerung 44. Das Eingangssignal von dem Sensor 48 wird mit dem Solldruck verglichen, der in der Steuerung vorhanden ist. Wenn der erfaßte Druck niedriger als der voreingestellte Druck ist, signa lisiert die Steuerung 44 dem Regler 42, den Gegendruck auf das System zu erhöhen, bis der Druck in Leitung 20 auf den Solldruck zurückkehrt. Alternativ dazu kann es erwünscht sein, mit einem Kompressorausgangs druck zu arbeiten, der sich stets an seinem effizientesten Punkt befindet, und um den Systemgegendruck einzustellen, um den Kompressor so bei zubehalten, daß er ungeachtet der Umgebungstemperatur oder dem Um gebungsdruck an dem Punkt seines höchsten Wirkungsgrades arbeitet.

Es kann auch erwünscht sein, den Gesamtsystemwirkungsgrad wenn möglich zu maximieren. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die Störlast auf das System zu verringern, die durch die Energieanforderungen des Kompressors 18 bewirkt wird. Um dies zu erreichen, liefern die Drucksen soren 46, 48 und 53 und der Temperatursensor 52 geeignete Signale an die Steuerung 44, die ihrerseits ein Signal 56 liefert, das den Druckregler 42 steuert und damit zur Folge hat, daß dieser den Gegendruck auf das System 2 verringert. Dadurch wird das Kompressordruckverhältnis (d. h. P2/P1) verringert, was seinerseits die Leistung verringert, die erforderlich ist, um den Kompressor 18 anzutreiben, was den Gesamtwirkungsgrad des Systems verbessert.

Verschiedene Systemanforderungen stellen konkurrierende Anforderun gen an den Druckregler hinsichtlich des Gegendrucks, den dieser entwic kelt. Daher wird beispielsweise, während mehr Wasser bei höheren Drüc ken kondensiert werden kann, dies auf Kosten höherer Leistungsanforde rungen von dem Kompressor geschehen, was seinerseits in einem niedri geren Gesamtsystemwirkungsgrad resultieren kann. Ähnlicherweise ist es möglich, daß der Gegendruck für eine Anforderung für ein richtiges Funktionieren des Kompressors 18 nachteilig sein könnte, wenn der ge wählte Gegendruck den Kompressor zwingt, außerhalb seiner akzeptablen Betriebshüllkurve zu arbeiten. Daher sollte dies, wenn der Gegendruck für einen Zweck eingestellt wird, beispielsweise, um eine Wasserneutralität zu erreichen, auf eine Art und Weise ausgeführt werden, die sicherstellt, daß andere Systemanforderungen erfüllt werden. Daher kann es beispielsweise erforderlich sein, den Systemgegendruck bei höheren Höhen zu verrin gern, um das Kompressordruckverhältnis auf ein akzeptables Niveau zu verringern, sogar dann, obwohl aus Wasserneutralitätsgründen höhere Drücke erwünscht währen. Um diese konkurrierenden Anforderungen be rücksichtigen zu können, werden Prüfstandversuche durchgeführt, um den besten Kompressorgegendruck für das System bei einer Vielzahl von Kombinationen aus Umgebungstemperaturen und -drücken zu bestim men, der die Wasser- und Wirkungsgradanforderungen des Systems er füllt. Die Daten, die aus diesen Versuchen erhalten werden, werden dazu verwendet, eine Nachschlagetabelle zu bilden, die in der Steuerung 44 ge speichert ist. Während des Betriebs des Fahrzeugs liefern die Sensoren 53 und 52 Umgebungsdruckeingänge und Umgebungstemperatureingänge an die Steuerung 44, die die Nachschlagetabelle dazu verwendet, um den be sten Gegendruck (d. h. den Zielgegendruck) zu bestimmen und den Regler 42 dementsprechend einzustellen. Der Sensor 50 teilt der Steuerung 44 mit, wenn der Zielgegendruck erreicht ist. Es können auch andere Varia blen, wie beispielsweise das Kompressordruckverhältnis, die relative Feuchte, die Brennstoffzellenausgangsleistung, etc. für ein noch weiter entwickeltes Steuerschema in der Nachschlagetabelle aufgenommen wer den.

Im folgenden werden einige typische Fahrzeugfahrszenarien beschrieben, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Diese Szenarien beruhen auf einem Brennstoffzellenstapel, der bei einer Temperatur zwischen etwa 70°C und 90°C, einer Temperatur des Wasserbehälters 14 von größer als 0°C, einer Auslaßtemperatur des Kondensators 36 zwischen etwa 50°C und 80°C und einem Kompressorausgangsdruck zwischen etwa 110 und 300 kPa arbeitet. SZENARIO 1 - Das Fahrzeug wird unter normalen Be dingungen mit niedrigem Gegendruck gestartet und aufgewärmt. Da die Anordnung und andere Systemkomponenten immer noch kalt sind, ist es leicht, Wasser zu kondensieren - und somit füllt sich der Wasserbehälter 14 leicht auf ein Niveau A, das in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn, nachdem das System seine Betriebstemperatur erreicht hat, das Wasserniveau unter Niveau C abfällt, wird der Regler 42 eingestellt, um den Gegendruck zu erhöhen und somit zu bewirken, daß der Kondensator 36 mehr Wasser kondensiert und dieses an den Behälter 14 befördert. Wenn das Wasser niveau Niveau B erreicht, wird der Gegendruck anschließend verringert, um ein Wasserniveau in dem Behälter zwischen Niveau A und Niveau C beizubehalten. SZENARIO 2 - Wenn das Fahrzeug bei einer normalen Hö he (d. h. zwischen Meereshöhe und Berggipfel) aber an einem sehr heißen Tag betrieben wird, ist es erwünscht, das Wasserniveau zwischen den Ni veaus A und B beizubehalten. Wenn das Wasserniveau unter Niveau B abfällt, wird der Gegendruck erhöht, um die Kondensation des Wassers in dem Kondensator zu steigern, bis ausreichend Wasser in dem Behälter 14 angesammelt ist. Wenn das Wasserniveau nach dem Erreichen von Niveau B weiterhin abfällt, wird der Leistungsausgang von der Brennstoffzelle ver ringert, um so den Bedarf des Systems nach Wasser zu verringern, bis sich in dem Behälter 14 ausreichend Wasser ansammeln kann. SZENARIO 3 - Wenn der Umgebungsdruck niedrig (beispielsweise bei hohen Hö hen) ist, wird der Gegendruck anfänglich verringert, damit der Kompressor 18 weiterhin in seiner wirksamen Betriebshüllkurve arbeitet. Der Gegen druck wird anschließend erhöht, um mehr Wasser anzusammeln (beispielsweise auf Wasserniveau B und C). Das System pendelt dann zwi schen den höheren und niedrigeren Rückdrücken je nach Bedarf hin und her, um das System betriebsfähig zu halten. SZENARIO 4 - Um das Fahr zeug unter Bedingungen bei normaler Höhe und normaler Temperatur zu beschleunigen, wird der Gegendruck verringert, um einen Nettosystemlei stungsanstieg zu ermöglichen. Wenn unter diesen Bedingungen von Be schleunigung, Temperatur und Druck das Wasserniveau unter das Niveau C abfällt, wird der Gegendruck erhöht, um sicherzustellen, daß genügend Wasser angesammelt ist. Nachdem eine Beschleunigung beendet ist, wird das System zu seinem normalen Betriebsgegendruck zurückgeführt. SZENARIO 5 - Andererseits wird, wenn das Fahrzeug unter der Bedingung einer hohen geographischen Höhe beschleunigt, der Gegendruck erhöht, wenn das Wasserniveau unter Punkt B abfällt, wird aber ansonsten auf dieselbe Art und Weise betrieben, wie im Szenario 4 beschrieben ist.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die im wesentlichen dieselbe wie die ist, die in Fig. 1 dargestellt ist, aber mit dem Zusatz eines Kondensators 56 zur Kondensation von Wasser von dem Kathodenabgas 24 und einem Kondensator 58 zur Kondensation von Wasser von dem Anodenabgas 10. Ansonsten arbeitet dieses System auf dieselbe Art und Weise, wie oben in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben ist, wobei aber die Kondensatoren 56 und 58 auf dieselbe Art und Weise an sprechen, wie in Verbindung mit Kondensator 36 oben beschrieben ist. Eine andere Änderung (nicht gezeigt) von Fig. 1 umfaßt eine Expansions einrichtung entweder zwischen dem Brenner 30 und dem Kondensator 36 oder nach dem Kondensator 36 zum Abfangen und Wiederverwenden ei nes Teils der Energie in dem Brennerabgas 32 (beispielsweise um den Kompressor 18 anzutreiben). Wenn eine Expansionseinrichtung verwendet wird, könnten zusätzliche Sensoren an dem Expansionseinrichtungseinlaß und -auslaß angeordnet und mit der Steuerung zur Verwaltung der kom binierten Betriebshüllkurven des Kompressors und der Expansionsein richtung in Einklang mit den Druckanforderungen der Brennstoffzelle und dem Kondensator / den Kondensatoren gekoppelt sein.

Fig. 3 zeigt eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung, wobei die Wasserstoffquelle reiner Wasserstoff (anstatt reformierter Wasserstoff) ist, der in einem geeigneten Druckbehälter, kryogenen Be hälter oder Adsorptionsbehälter 60 gespeichert ist. Der Wasserstoff wird an die Anodenseite der Brennstoffzelle 62 über Leitung 64 geliefert, und das Anodenabgas 66 wird an einen Brenner 68 geliefert, wo es zusammen mit Luft 70 vor einem Austrag an die Umgebung über Leitung 72 ver brannt wird. Die Umgebungsluft 74 wird in den Kompressor 76 kompri miert und über Leitung 78 in einen Kühler 80 und anschließend in einen Befeuchter 82 über Leitung 84 ausgetragen. Die gekühlte und befeuchtete Luft wird anschließend in die Kathodenseite der Brennstoffzelle 62 über Leitung 92 eingeführt. Das Kathodenabgas verläßt die Brennstoffzelle 62 in Leitung 84 und fließt in einen Kondensator 86 und anschließend in ei nen Wasserzyklonabscheider 88 vor einem Austrag an die Umgebung über Druckregler 90. Bei dieser Ausführungsform ist es erwünscht, den Druck der Eingangsluft zu der Brennstoffzelle 62 (d. h. in Leitung 92) im wesent lichen konstant oder in der Nähe eines voreingestellten Druckpunktes un geachtet von Änderungen bei der Umgebungstemperatur oder dem Umge bungsdruck zu halten. Zu diesem Zweck überwacht ein Drucksensor 94 in Verbindung mit der Einlaßleitung 92 den Druck in der Leitung 92 und sendet ein Signal zurück an eine Steuerung 96. Die Steuerung vergleicht den Druck in Leitung 92 mit dem gewünschten voreingestellten Druckwert und sendet ein Signal 98 an den Druckregler 90, um den Gegendruck in Leitung 100 einzustellen, wie es erforderlich ist, um den Eingangsdruck in Leitung 92 im wesentlichen konstant (d. h. auf oder in der Nähe des vor eingestellten Wertes) zu halten. Zu diesem Zweck erhöht der Druckregler 90 den Gegendruck, wenn das Fahrzeug zu immer noch höheren Höhen gefahren wird, und verringert den Gegendruck, wenn das Fahrzeug auf eine normale Höhe zurückkehrt. Ein Drucksensor 102 überwacht den Ge gendruck in Leitung 100 und sendet ein Signal, das diesen angibt, an die Steuerung 96.

Es ist ein Brennstoffzellensystem offenbart, das einen dynamisch gesteu erten Druckregler zur Änderung des Gegendruckes auf das System bei va riierenden Umgebungstemperaturen und -drücken umfaßt.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellensystemes mit einer Brennstoffzelle, die einen Anodenauslaß, der ein H₂-haltiges Anoden abgas austrägt, und einen Kathodenauslaß aufweist, der ein O₂- haltiges Kathodenabgas austrägt, einer Wasserstoffquelle zur Liefe rung von Wasserstoff an eine Anode der Brennstoffzelle, und einen Luftkompressor zur Lieferung von Sauerstoff an eine Kathode der Brennstoffzelle, mit den Schritten, daß:
ein modulierbarer Druckregler unterstromig des Kathodenauslas ses zur Änderung des Gegendruckes des Kathodenabgases vorgese hen wird;
die Umgebung um das System herum erfaßt und ein Signal, das diese angibt, an eine Steuerung gesendet wird;
zumindest ein Betriebszustand des Systems erfaßt und ein Si gnal, das diesen angibt, an eine Steuerung gesendet wird; und
der Regler über die Steuerung in Ansprechen auf die Signale zur Optimierung der Leistung des Systemes in der Umgebung moduliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erfassung der Umgebung die Erfassung des Umgebungsdruckes umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erfassung der Umgebung die Erfassung der Umgebungstemperatur umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Betriebszu stand die Menge an Wasser umfaßt, die während des Betriebs des Systemes gesammelt wird, und die Optimierung eine Erhöhung des Gegendruckes umfaßt, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der zumindest eine Betriebszu stand den Ausgangsdruck des Kompressors umfaßt, und die Opti mierung eine Erhöhung des Gegendruckes umfaßt, wenn der Umge bungsdruck abnimmt, um den Ausgangsdruck im wesentlichen bei zubehalten.

6. Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellensystemes mit einer Brennstoffzelle, die einen Anodenauslaß, der ein H₂-haltiges Anoden abgas austrägt, und einen Kathodenauslaß umfaßt, der ein Oa haltiges Kathodenabgas austrägt, einer Wasserstoffquelle zur Liefe rung von Wasserstoff an eine Anode der Brennstoffzelle, einem Luft kompressor zur Lieferung von Sauerstoff an eine Kathode der Brenn stoffzelle und einem Brenner, der die Anoden- und Kathodenabgase verbrennt, um ein wasserhaltiges Abgas zu erzeugen, und einem Ab gasauslaß von dem Brenner zum Austrag von Abgas von dem Bren ner, mit den Schritten, daß:
ein modulierbarer Druckregler unterstromig des Abgasauslasses vorgesehen wird;
der Umgebungsdruck, dem das System ausgesetzt ist, erfaßt und ein Signal, das diesen angibt, an eine Steuerung gesendet wird;
die Umgebungstemperatur, der das System ausgesetzt ist, erfaßt und ein Signal, das diese angibt, an eine Steuerung gesendet wird;
der Gegendruck des Abgases oberstromig des Reglers erfaßt und ein Signal, das diesen angibt, an eine Steuerung gesendet wird;
der Regler über die Steuerung in Ansprechen auf zumindest eines der Signale moduliert wird, um so den Gegendruck des Systems un ter sich ändernden System- und/oder Umgebungsbedingungen zu ändern.

7. Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellensystemes mit einer Brennstoffzelle, die einen Anodenauslaß, der ein H₂-haltiges Anoden abgas austrägt, und einen Kathodenauslaß aufweist, der ein O₂- haltiges Kathodenabgas austrägt, einer Wasserstoffquelle zur Liefe rung von Wasserstoff an eine Anode der Brennstoffzelle, einem Luft kompressor zur Lieferung von Sauerstoff an eine Kathode der Brenn stoffzelle, mit den Schritten, daß:
ein modulierbarer Druckregler unterstromig des Kathodenauslas ses zur Änderung des Druckes des Kathodenabgases vorgesehen wird;
der Ausgangsdruck des Kompressors erfaßt und ein Signal, das diesen angibt, an eine Steuerung gesendet wird; und
der Regler über die Steuerung in Ansprechen auf das Signal mo duliert wird, um den Gegendruck in Ansprechen auf den Ausgangs druck zu ändern, um so den Ausgangsdruck ungeachtet von Ände rungen des Umgebungsdruckes im wesentlichen konstant beizube halten.

8. Verfahren zur Steuerung eines wassererzeugenden Brennstoffzellen systemes mit einer Brennstoffzelle, die einen Anodenauslaß, der ein H₂-haltiges Anodenabgas austrägt, und einen Kathodenauslaß auf weist, der ein O₂-haltiges Kathodenabgas austrägt, einer Wasserstoff quelle zur Lieferung von Wasserstoff an eine Anode der Brennstoff zelle, einem Luftkompressor zur Lieferung von Sauerstoff an eine Kathode der Brennstoffzelle, einem Brenner, der die Anoden- und Kathodenabgase verbrennt, um ein wasserhaltiges Abgas zu erzeu gen, einem Abgasauslaß von dem Brenner zum Austrags des Abgases von dem Brenner, und einem Wasserkondensator in Verbindung mit dem Abgasauslaß zur Kondensation von Wasser aus dem Abgas, mit den Schritten, daß:
ein modulierbarer Druckregler unterstromig des Abgasauslasses vorgesehen wird, um den Gegendruck auf das System zu ändern;
die Umgebungstemperatur, der das System ausgesetzt ist, erfaßt und ein Signal, das diese angibt, an eine Steuerung gesendet wird;
der Gegendruck des Abgases oberstromig des Reglers erfaßt und ein Signal, das diesen angibt, an die Steuerung gesendet wird; und
der Regler über die Steuerung in Ansprechen auf die Signale mo duliert wird, um so den Gegendruck bei erhöhten Umgebungs temperaturen zu erhöhen und somit die Wirksamkeit des Kondensa tors bei der Kondensation des Wassers bei den erhöhten Umge bungstemperaturen zu steigern.

9. Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellensystemes mit einer Brennstoffzelle, die einen Anodenauslaß, der ein H₂-haltiges Anoden abgas austrägt, und einen Kathodenauslaß aufweist, der ein OZ haltiges Kathodenabgas austrägt, einer Wasserstoffquelle zur Liefe rung von Wasserstoff an eine Anode der Brennstoffzelle, einem Luft kompressor zur Lieferung von Sauerstoff an eine Kathode der Brenn stoffzelle und einem Brenner, der die Anoden- und Kathodenabgase verbrennt, um ein wasserhaltiges Abgas zu erzeugen, und einem Ab gasauslaß von dem Brenner zum Austrag des Abgases von dem Brenner, mit den Schritten, daß:
ein modulierbarer Druckregler unterstromig des Abgasauslasses vorgesehen wird;
der Umgebungsdruck, dem das System ausgesetzt ist, erfaßt und ein Signal, das diesen angibt, an eine Steuerung gesendet wird;
die Umgebungstemperatur, der das System ausgesetzt ist, erfaßt, und ein Signal, das diese angibt, an eine Steuerung gesendet wird;
der Ausgangsdruck des Kompressors erfaßt und ein Signal, das diesen angibt, an eine Steuerung gesendet wird;
der Gegendruck des Abgases oberstromig des Reglers erfaßt und ein Signal, das diesen angibt, an eine Steuerung gesendet wird; und
der Regler über die Steuerung in Ansprechen auf zumindest eines der Signale moduliert wird, um so den Gegendruck des Systemes unter sich ändernden System- und/oder Umgebungsbedingungen zu ändern.

10. Verfahren zur Steuerung eines wassererzeugenden Brennstoffzellen systemes mit einer Brennstoffzelle, die einen Anodenauslaß, der ein H₂-haltiges Anodenabgas austrägt, und einen Kathodenauslaß auf weist, der ein O₂-haltiges Kathodenauslaßgas austrägt, einer Wasser stoffquelle zur Lieferung von Wasserstoff an eine Anode der Brenn stoffzelle, einem Luftkompressor zur Lieferung von Sauerstoff an eine Kathode der Brennstoffzelle, einem Behälter zum Sammeln von Was ser zum Gebrauch in dem System und einem Brenner, der die An oden- und Kathodenabgase verbrennt, um ein wasserhaltiges Abgas zu erzeugen, einem Abgasauslaß von dem Brenner zum Austrag des Abgases von dem Brenner, einem Wasserkondensator in Verbindung mit dem Abgasauslaß zur Kondensation von Wasser aus dem Abgas, einem Behälter zum Sammeln von Wasser von dem Kondensator zum Gebrauch in dem System, mit den Schritten, daß:
ein modulierbarer Druckregler in Verbindung mit dem Abgas auslaß zur Änderung des Gegendruckes auf das System vorgesehen wird;
die Umgebungstemperatur, der das System ausgesetzt ist, erfaßt und ein Signal, das diese angibt, an eine Steuerung gesendet wird;
das Wasserniveau in dem Tank detektiert wird;
der Gegendruck des Abgases oberstromig des Reglers erfaßt und ein Signal, das diesen angibt, an die Steuerung gesendet wird; und
der Regler über die Steuerung in Ansprechen auf die Signale mo duliert wird, um so den Gegendruck zu erhöhen, wenn das Wasserni veau unterhalb eines vorbestimmten Niveaus liegt, und um den Ge gendruck zu verringern, wenn das Wasserniveau oberhalb des vorbe stimmten Niveaus liegt.

11. Verfahren zur Steuerung eines wassererzeugenden Brennstoffzellen systemes mit einer Brennstoffzelle, die einen Anodenauslaß, der ein H₂-haltiges Anodenabgas austrägt, und einen Kathodenauslaß auf weist, der ein O₂-haltiges Kathodenabgas austrägt, einer Wasserstoff quelle zur Lieferung von Wasserstoff an eine Anode der Brennstoff zelle, einem Luftkompressor zur Lieferung von Sauerstoff an eine Kathode der Brennstoffzelle, einem Behälter zum Sammeln von Was ser zum Gebrauch in dem System, und einem Brenner, um die An oden- und Kathodenabgase zu verbrennen und ein wasserhaltiges Abgas zu erzeugen, einem Abgasauslaß von dem Brenner zum Aus trag des Abgases von dem Brenner, einem Wasserkondensator in Verbindung mit dem Abgasauslaß zur Kondensation von Wasser aus dem Abgas, einem Behälter zum Sammeln von Wasser von dem Kon densator zum Gebrauch in dem System, mit den Schritten, daß:
ein modulierbarer Druckregler in Verbindung mit dem Abgas auslaß vorgesehen wird, um den Gegendruck auf das System zu än dern;
der Umgebungsdruck, dem das System ausgesetzt ist, erfaßt und ein Signal, das diesen angibt, an eine Steuerung gesendet wird;
die Umgebungstemperatur, der das System ausgesetzt ist, erfaßt, und ein Signal, das diese angibt, an eine Steuerung gesendet wird;
der Ausgangsdruck des Kompressors erfaßt und ein Signal, das diesen angibt, an eine Steuerung gesendet wird;
das Wasserniveau in dem Behälter detektiert wird;
der Gegendruck des Abgases oberstromig des Reglers erfaßt und ein Signal, das diesen angibt, an die Steuerung gesendet wird; und
der Regler über die Steuerung in Ansprechen auf die Signale modu liert wird, um so den Gegendruck zu erhöhen, wenn das Wasserni veau unterhalb eines vorbestimmten Niveaus ist, und den Gegen druck zu verringern, wenn das Verhältnis des Ausgangsdruckes zu dem Umgebungsdruck außerhalb einer normalen Betriebshüllkurve des Kompressors liegt.

12. Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellensystemes mit einer Brennstoffzelle, die einen Anodenauslaß, der ein H₂-haltiges Anoden abgas austrägt, und einen Kathodenauslaß aufweist, der ein Oa haltiges Kathodenabgas austrägt, einer Wasserstoffquelle zur Liefe rung von Wasserstoff an eine Anode der Brennstoffzelle, einem Luft kompressor zur Lieferung von Sauerstoff an eine Kathode der Brenn stoffzelle, mit den Schritten, daß:
ein modulierbarer Druckregler unterstromig des Kathodenauslas ses zur Änderung des Druckes des Kathodenabgases vorgesehen wird;
der Einlaßdruck zu dem Kompressor erfaßt und ein Signal, das diesen angibt, an eine Steuerung gesendet wird;
der Ausgangsdruck des Kompressors erfaßt und ein Signal, das diesen angibt, an eine Steuerung gesendet wird; und
der Regler über die Steuerung in Ansprechen auf die Signale mo duliert wird, um den Gegendruck zu verringern, wenn das Verhältnis des Ausgangsdruckes zu dem Einlaßdruck außerhalb der normalen Betriebshüllkurve des Kompressors liegt.

13. Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, die einen Anoden auslaß, der ein H₂-haltiges Anodenabgas austrägt, und einen Katho denauslaß aufweist, der ein O₂-haltiges Kathodenabgas austrägt, ei ner Wasserstoffquelle zur Lieferung von Wasserstoff an eine Anode der Brennstoffzelle und einem Luftkompressor zur Lieferung von Sauerstoff an eine Kathode der Brennstoffzelle, mit:
einem modulierbaren Druckregler in Verbindung mit dem Katho denauslaß zur Änderung des Gegendruckes des Kathodenabgases;
einem Drucksensor zur Erfassung des Kompressorausgangsdruc kes und zum Senden eines Signales, das diesen angibt, an die Steue rung;
einer Steuerung in Verbindung mit dem Druckregler und dem Sensor zur Modulation des Reglers, um so den Gegendruck in An sprechen auf den Ausgangsdruck des Kompressors zu ändern und den Ausgangsdruck ungeachtet des Umgebungsdruckes im wesentli chen konstant zu halten.

14. Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, die einen Anoden auslaß, der ein H₂-haltiges Anodenabgas austrägt, und einen Katho denauslaß aufweist, der ein O₂-haltiges Kathodenabgas austrägt, ei ner Wasserstoffquelle zur Lieferung von Wasserstoff an eine Anode der Brennstoffzelle, einem Luftkompressor zur Lieferung von Sauer stoff an eine Kathode der Brennstoffzelle, einem Brenner zum Ver brennen der Anoden- und Kathodenabgase, um ein wasserhaltiges Abgas zu erzeugen, und einem Abgasauslaß von dem Brenner zum Austrag des Abgases von dem Brenner, mit:
einem modulierbaren Druckregler in Verbindung mit dem Abgas auslaß zur Änderung des Gegendruckes des Abgases;
einem ersten Drucksensor zur Erfassung des Umgebungsdruckes und zum Senden eines Signales, das diesen angibt, an die Steuerung;
einem ersten Temperatursensor zur Erfassung der Umge bungstemperatur und zum Senden eines Signales, das diese angibt, an die Steuerung;
einem zweiten Drucksensor zur Erfassung des Gegendruckes des Abgases und zum Senden eines Signales, das diesen angibt, an die Steuerung; und
einer Steuerung in Verbindung mit dem Druckregler zur Modula tion des Reglers, um so den Gegendruck in Ansprechen auf die Um gebungstemperatur und den Umgebungsdruck sowie den Gegen druck zu ändern.

15. Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, die einen Anoden auslaß, der ein H₂-haltiges Anodenabgas austrägt, und einen Katho denauslaß aufweist, der ein O₂-haltiges Kathodenabgas austrägt, ei ner Wasserstoffquelle zur Lieferung von Wasserstoff an eine Anode der Brennstoffzelle, einem Luftkompressor zur Lieferung von Sauer stoff an eine Kathode der Brennstoffzelle, einem Brenner zum Ver brennen der Anoden- und Kathodenabgase, um ein wasserhaltiges Abgas zu erzeugen, und einem Abgasauslaß von dem Brenner zum Austrag des Abgases von dem Brenner, mit:
einem modulierbaren Druckregler in Verbindung mit dem Abgas auslaß zur Änderung des Gegendruckes des Abgases;
einem ersten Drucksensor zur Erfassung des Umgebungsdruckes und zum Senden eines Signales, das diesen angibt, an die Steuerung;
einem ersten Temperatursensor zur Erfassung der Umge bungstemperatur und zum Senden eines Signales, das diese angibt, an die Steuerung;
einem zweiten Drucksensor zur Erfassung des Kompressoraus gangsdruckes und zum Senden eines Signales, das diesen angibt, an die Steuerung;
einem dritten Drucksensor zur Erfassung des Gegendruckes des Abgases und zum Senden eines Signales, das diesen angibt, an die Steuerung; und
einer Steuerung in Verbindung mit dem Druckregler zur Modula tion des Reglers, um so den Gegendruck in Ansprechen auf die Um gebungstemperatur und den Umgebungsdruck, den Ausgangsdruck des Kompressors und den Gegendruck zu ändern.

16. Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, die einen Anoden auslaß, der ein H₂-haltiges Anodenabgas austrägt, und einen Katho denauslaß aufweist, der ein O₂-haltiges Kathodenabgas austrägt, ei ner Wasserstoffquelle zur Lieferung von Wasserstoff an eine Anode der Brennstoffzelle, einem Luftkompressor zur Lieferung von Sauer stoff an eine Kathode der Brennstoffzelle, einem Brenner, der die An oden- und Kathodenabgase verbrennt, um ein wasserhaltiges Abgas zu erzeugen, einem Abgasauslaß von dem Brenner zum Austrag des Abgases von dem Brenner, einem Kondensator zum Kondensieren von Wasser aus dem Abgas und einem Behälter zum Sammeln von Wasser von dem Kondensator zum Gebrauch in dem System, mit:
einem modulierbaren Druckregler in Verbindung mit dem Abgas auslaß zur Änderung des Gegendruckes des Abgases;
einem ersten Drucksensor zur Erfassung des Umgebungsdruckes und zum Senden eines Signales, das diesen angibt, an eine Steue rung;
einem ersten Temperatursensor zur Erfassung der Umge bungstemperatur und zum Senden eines Signales, das diese angibt, an eine Steuerung;
einem zweiten Drucksensor zur Erfassung des Gegendruckes des Abgases und zum Senden eines Signales, das diesen angibt, an eine Steuerung;
einem Niveaudetektor in Verbindung mit dem Behälter zur De tektion des Wasserniveaus in dem Behälter und zum Senden eines Signales, das dieses angibt, an eine Steuerung; und
einer Steuerung in Verbindung mit dem Druckregler zur Modula tion des Reglers, um so den Gegendruck in Ansprechen auf die Um gebungstemperatur und den Umgebungsdruck, den Gegendruck und das Wasserniveau in dem Behälter zu ändern.