DE102004017848A1

DE102004017848A1 - Ereignis- und effizienzgesteuertes Schaltverfahren und -system für Anordnungen aus mehreren Brennstoffzellenstapeln

Info

Publication number: DE102004017848A1
Application number: DE102004017848A
Authority: DE
Inventors: Victor W. Logan; James W. Dandalides
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2024-04-14
Also published as: US7247398B2; US20040202901A1; DE102004017848B4

Abstract

Es ist ein Schaltsystem wie auch ein Steuerverfahren hierzu vorgesehen, das in ein Brennstoffzellenstapelsystem integriert wird. Das Schaltsystem ermöglicht, dass Brennstoffzellenstapel in Reihe verschaltet werden können, um Strom an einen Stromverbraucher liefern zu können, während die bestimmten Nachteile einer Reihenschaltung beseitigt sind. In dem Fall eines Stapelfehlers kann der fehlerhafte Stapel umgangen werden, wodurch die verbleibenden Stapel mit verringerter Kapazität Strom an den Stromverbraucher liefern. Der Stapel wird kontinuierlich überwacht und in die Reihenschaltung wieder zugeschaltet, wenn der Fehler beseitigt ist. Wenn der Fehler, nachdem der Stapel wieder eingeführt worden ist, eine vorbestimmte Anzahl oft wieder auftritt, wird eine Betriebsart mit "verringerter Kapazität" eingeleitet. Zusätzlich werden in dem Fall eines verringerten oder erhöhten Strombedarfs Stapel selektiv in die Reihenschaltung hinzugeschaltet bzw. aus dieser herausgenommen, um einen Gesamtbetriebsspannungsbereich des Brennstoffzellenstapels zu begrenzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellensysteme und insbesondere einen ereignis- und effizienzgesteuerten Betrieb eines Brennstoffzellensystems.

Brennstoffzellen sind bei vielen Anwendungen als eine Strom- bzw. Energiequelle verwendet worden. Beispielsweise sind Brennstoffzellen zur Verwendung in elektrischen Fahrzeugantriebsanlagen als Ersatz für Verbrennungsmotoren vorgeschlagen worden. Bei Brennstoffzellen vom Typ mit Protonenaustauschmembran (PEM) wird Wasserstoff an die Anode der Brennstoffzelle und Sauerstoff als das Oxidationsmittel an die Kathode geliefert. PEM-Brennstoffzellen umfassen eine Membranelektrodenanordnung (MEA) mit einer dünnen, protonendurchlässigen, nicht elektrisch leitenden Festpolymerelektrolytmembran, die auf einer Seite den Anodenkatalysator und auf der gegenüber liegenden Seite den Kathodenkatalysator umfasst. Die MEA ist schichtartig zwischen einem Paar nicht poröser, elektrisch leitender Elemente oder Platten angeordnet, die (1) als Stromkollektoren für die Anode und Kathode dienen, und (2) geeignete Kanäle und/oder Öffnungen umfassen, die darin zur Verteilung der gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle über die Oberflächen der jeweiligen Anoden- und Kathodenkatalysatoren ausgebildet sind.

Der Begriff "Brennstoffzelle" bezeichnet abhängig vom Zusammenhang typischerweise entweder eine einzelne Zelle oder eine Vielzahl von Zellen (Stapel bzw. Stack). Zur Bildung eines Brennstoffzellenstapels werden normalerweise mehrere einzelne Zellen miteinander gebündelt, die üblicherweise in elektrischer Reihe verschaltet sind. Jede Zelle in dem Stapel umfasst die vorher beschriebene Membranelektrodenanordnung (MEA), wobei jede derartige MEA eine Spannungserhöhung vorsieht. Eine Gruppierung benachbarter Zellen in dem Stapel wird als ein Cluster bzw. als eine Gruppe bezeichnet. Beispielweise sind einige typische Anordnungen bestehend aus mehreren Zellen in einem Stapel in dem U.S. Patent Nr. 5,663,113 gezeigt und beschrieben.

Bei PEM-Brennstoffzellen ist Wasserstoff (H₂) der Anodenreaktand (d.h. Brennstoff) und Sauerstoff ist der Kathodenreaktand (d.h. Oxidationsmittel). Der Sauerstoff kann entweder in reiner Form (O₂) oder als Luft (eine Mischung aus O₂ und N₂) vorliegen. Die Festpolymerelektrolyte bestehen typischerweise aus Ionentauscherharzen, wie beispielsweise perfluorierter Sulfonsäure. Die Anode bzw. Kathode umfasst typischerweise fein geteilte katalytische Partikel, die oftmals auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem protonenleitenden Harz gemischt sind. Die katalytischen Partikel sind typischerweise teure Edelmetallpartikel. Somit sind diese MEAs relativ teuer herzustellen und erfordern bestimmte Bedingungen, die ein richtiges Wassermanagement und eine richtige Befeuchtung wie auch eine Steuerung von katalysatorschädigenden Bestandteilen, wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO), für einen effektiven Betrieb umfassen.

Die elektrisch leitenden Platten, die die MEAs schichtartig anordnen, können ein Feld aus Nuten in ihren Seiten enthalten, die ein Reaktandengasverteilerfeld bzw. Reaktandenströmungsfeld (engl. "reactant flow field") zur Verteilung der gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle (d.h. Wasserstoff und Sauerstoff in der Form von Luft) über die Oberflächen der jeweiligen Kathode und Anode definieren. Diese Reaktandenströmungsfelder umfassen allgemein eine Vielzahl von Stegen, die eine Vielzahl von Strömungskanälen dazwischen definieren, durch die die gasförmigen Reaktanden von einer Zufuhrsammelleitung an einem Ende der Strömungskanäle zu einer Austragssammelleitung an dem entgegengesetzten Ende der Strömungskanäle strömen.

In einem Brennstoffzellensystem sind einzelne Brennstoffzellenstapel in einer elektrischen Schaltung miteinander verschaltet, um gemeinsam Strom an eine Vorrichtung, wie beispielsweise einen Elektromotor, zu liefern. Die Stapel können entweder als typische Parallel- oder Reihen- bzw. Serienschaltungen verschaltet sein. Ein Nachteil des parallelen Verschaltens der Stapel besteht darin, dass normalerweise ein DC-DC-Wandler erforderlich ist, um den richtigen Strom an die Vorrichtung liefern zu können. Eine Integration eines derartigen Wandlers erhöht das Gewicht, die Komplexität wie auch die Kosten des Brennstoffzellensystems und ist daher nicht erwünscht. Eine Reihenschaltung erfordert normalerweise keine Integration eines DC-DC-Wandlers, jedoch besitzt sie bestimmte Nachteile. Insbesondere wenn ein Stapel in der Reihe fehlerhaft ist, ist dann das Brennstoffzellensystem betriebsunfähig.

Wenn das Fahrzeug mit voller Leistung arbeitet, wird von dem Brennstoffzellensystem ein maximaler Strom entnommen, mit dem Ergebnis einer minimalen Gesamtspannung darüber. Im Leerlauf wird von dem Brennstoffzellensystem ein minimaler Strom entnommen, mit der Folge einer maximalen Gesamtspannung darüber.

Die obigen Betriebsüberlegungen werfen bestimmte Probleme auf, wenn es erwünscht ist, den Stapel in ein System zu integrieren, das verschiedene elektrische Komponenten besitzt, die Energie verbrauchen.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Brennstoffzellensystem mit einer Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln, die in Reihenschaltung verschaltet sind, vor. Das Brennstoffzellensystem umfasst eine Steuerung und eine Betriebsüberwachungseinrichtung, die in elektrischer Verbindung mit der Steuerung steht und jedem der Brennstoffzellenstapel zur Überwachung einer Betriebseigenschaft der Brennstoffzellenstapel zugeordnet ist. Eine Umschalt-Schaltung ist jedem der Brennstoffzellenstapel zugeordnet und steht in elektrischer Verbindung mit der Steuerung, um einen bestimmten Brennstoffzellenstapel aus der Schaltung in Reaktion auf Signale von der Steuerung selektiv zu umgehen.

Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellenstapelsystems mit einer Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln in Reihenschaltung vor. Das Verfahren umfasst die Schritte, dass jeder der Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln auf einen bestimmten Zustand hin überwacht wird, zumindest ein Brennstoffzellenstapel der Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln umgangen wird, wenn der Zustand erfasst wird, und der zumindest eine Brennstoffzellenstapel wieder zugeschaltet wird, wenn sich der Zustand gebessert hat.

Gemäß eines Aspektes des Verfahrens ist der Zustand ein Fehlerzustand. Zusätzlich umfasst das Verfahren die Schritte, dass die Anzahl gezählt wird, wie oft ein bestimmter Brennstoffzellenstapel wiederholt den Fehlerzustand erreicht, und eine Betriebsart mit verringerter Kapazität eingeleitet wird, wenn die Anzahl einem vorbestimmten Wert entspricht.

Gemäß eines anderen Aspektes der Erfindung umfasst der Zustand entweder einen verringerten Strombedarf oder einen erhöhten Strombedarf. In dem Fall eines verringerten Strombedarfs umfasst das Verfahren die Schritte, dass eine Anzahl von zu umgehenden Brennstoffzellenstapeln als eine Funktion des verringerten Strombedarf bestimmt wird, und ein bestimmter zu umgehender Brennstoffzellenstapel oder bestimmte zu umgehende Brennstoffzellenstapel bestimmt werden. Ferner umfasst das Verfahren den Schritt, dass eine durchschnittliche Betriebszeit für die Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln bestimmt wird, wobei der Schritt zur Bestimmung eines bestimmten zu umgehenden Brennstoffzellenstapels und bestimmter zu umgehender Brennstoffzellenstapel eine Funktion der durchschnittlichen Betriebszeit ist. In dem Fall eines erhöhten Strombedarfs umfasst das Verfahren die Schritte, dass eine Anzahl von wieder zuzuschaltenden Brennstoffzellenstapeln als eine Funktion des erhöhten Strombedarfs bestimmt wird und ein bestimmter wieder zuzuschaltender Brennstoffzellenstapel oder bestimmte wieder zuzuschaltende Brennstoffzellenstapel bestimmt werden. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt, dass eine durchschnittliche Betriebszeit für die Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln bestimmt wird, wobei der Schritt zum Bestimmen eines bestimmten wieder zuzuschaltenden Brennstoffzellenstapels und bestimmter wieder zuzuschaltender Brennstoffzellenstapel eine Funktion der durchschnittlichen Betriebszeit ist.

Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung wie auch die spezifischen Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen, nur zum Zwecke der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

1 eine Explosionsansicht eines typischen Brennstoffzellensystems mit mehreren Brennstoffzellen ist;

2 eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellensystems mit mehreren Brennstoffzellenstapeln ist, die in einer typischen Reihenschaltung miteinander verschaltet sind;

3 eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellensystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ist, wobei die Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln in Reihenschaltung miteinander verschaltet sind;

4 ein Flussschaubild ist, das ein Verfahren zur Überwachung eines Betriebsverhaltens bzw. der Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellensystems bezüglich eines Fehlerzustandes darstellt;

5 ein Schaubild ist, das Polarisierungskurven für Brennstoffzellenstapel zeigt;

6 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Überwachung eines Strombedarfs von dem Brennstoffzellensystem zur Verbesserung seines Wirkungsgrads ist;

7 ein Flussdiagramm ist, das einen Auswahlalgorithmus für Brennstoffzellenstapel detaillierter zeigt, mit dem ein oder mehrere Brennstoffzellenstapel von dem Brennstoffzellensystem entfernt werden können; und

8 ein Flussdiagramm ist, das einen Auswahlalgorithmus für Brennstoffzellenstapel detailliert zeigt, mit dem ein oder mehrere Brennstoffzellenstapel wieder in das Brennstoffzellensystem zugeschaltet werden können.

Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch zu beschränken.

Die vorliegende Erfindung ist auf Brennstoffzellensysteme mit mehreren Stapeln anwendbar und sieht eine Betriebsflexibilität für derartige Systeme vor, insbesondere, wenn die Last stark schwankt oder wenn ein Fehler eines Stapels die Betriebsfähigkeit von Zubehörsystemen beeinträchtigt.

Die Erfindung sieht ein Verschalten wie auch einen Betrieb mehrerer Stapel vor, wodurch eine Fortsetzung der Stromlieferung in dem Falle, dass ein oder mehrere Stapel betriebsunfähig werden, erlaubt wird. Zusätzlich sieht ein derartiges Verschalten wie auch ein derartiger Betrieb eine Regulierung der Spannung vor, um eine Kompatibilität mit Zubehörvorrichtungen wie auch elektrischen Komponenten des Brennstoffzellensystems vorzusehen, wie beispielsweise Wechselrichter bzw. Inverter, Puffervorrichtungen (beispielsweise Kondensatoren und Batterien) und DC-DC-Wandler.

Genauer sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur selektiven Umgehung eines oder mehrerer Stapel vor, um die Betriebsspannung des Systems zu begrenzen. Bei einem anderen Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Vielzahl von Stapeln vor, die in einer Reihenanordnung miteinander verschaltet sind. Das Überwachungsverfahren umfasst ferner, dass die Vielzahl von Stapeln überwacht wird, um einen Fehler zu erfassen, und ein identifizierter fehlerhafter Stapel von der Reihenstapelanordnung selektiv entfernt wird. Bevorzugt überwacht das Überwachungssystem die Stapel kontinuierlich und schaltet, sobald der Fehler beseitigt worden ist, einen vormals fehlerbehafteten Stapel wieder zu. Das Überwachungsverfahren erfasst ferner eine Anforderung nach verringerter Stromentnahme von dem Brennstoffzellensystem und entfernt selektiv einen oder mehrere Stapel davon, um die maximale Gesamtspannung über den Stapel zu verringern. Um die Beschreibung zu vereinfachen, ist die Stapelanordnung nachfol gend als eine Reihenanordnung oder als eine Reihenschaltung beschrieben.

Vor der weiteren Beschreibung der Erfindung wird ein beispielhaftes Brennstoffzellensystem erläutert, in dem die Erfindung arbeitet. Genauer zeigt 1 schematisch einen PEM-Brennstoffzellenstapel mit einem Paar von Membranelektrodenanordnungen (MEAs) 4 und 6, die voneinander durch eine nicht poröse, elektrisch leitende wie auch flüssigkeitsgekühlte Bipolplattenanordnung 8 getrennt sind. Jede MEA 4 und 6 besitzt eine Kathodenseite 4a und 6a bzw. eine Anodenseite 4b und 6b. Die MEAs 4, 6 und die Bipolplattenanordnung 8 sind zwischen nicht porösen, elektrisch leitenden wie auch flüssigkeitsgekühlten monopolaren Endplattenanordnungen 14 und 16 aneinander gestapelt. Um den beispielhaften Brennstoffzellenstapel einfassen zu können, sind Stahlklemmplatten 10 und 12 vorgesehen. Verbinder (nicht gezeigt) sind an den Klemmplatten 10 und 12 befestigt, um positive und negative Anschlüsse für den Brennstoffzellenstapel vorzusehen. Die Bipolplattenanordnung 8 wie auch die Endplattenanordnungen 14 und 16 umfassen entsprechende Strömungsfelder 20a, 20b, 20c und 20d, von denen jedes eine Vielzahl von Strömungskanälen, die in deren Seiten ausgebildet sind, zur Verteilung von Brennstoff- und Oxidationsmittelgasen (d.h. H₂ und O₂) an die reaktiven Seiten der MEAs 4 und 6 aufweist. Nicht leitende Abdichtungen oder Dichtungen 26, 28, 30 und 32 sehen eine Dichtung wie auch elektrische Isolierung zwischen den verschiedenen Platten des Brennstoffzellenstapels vor.

Wie weiter in 1 gezeigt ist, werden poröse, für Gas permeable wie auch elektrisch leitende Lagen 34, 36, 38 und 40 an die Elektro denseiten der MEAs 4 und 6 gepresst, die als Hauptstromkollektoren für die Elektroden dienen. Die Primärstromkollektoren 34, 36, 38 und 40 sehen auch mechanische Abstützungen für die MEAs 4 und 6 insbesondere an Orten vor, an denen die MEAs ansonsten in den Strömungsfeldern nicht abgestützt sind. Geeignete Hauptstromkollektoren umfassen Kohle- bzw. Graphitpapier, Kohle- bzw. Graphitgewebe, feinmaschige Edelmetallsiebe, offenzellige Edelmetallschäume und dergleichen, die Strom von den Elektroden weg leiten, während Gas durch diese hindurch gelangen kann.

Die Endplatten 14 und 16 werden an den Hauptstromkollektor 34 auf der Kathodenseite 4b der MEA 4 und den Hauptstromkollektor 40 auf der Anodenseite 6a der MEA 6 gepresst, während die Bipolplattenanordnung 8 an den Hauptstromkollektor 36 auf der Anodenseite 4a der MEA 4 und an den Hauptstromkollektor 38 auf der Kathodenseite 6b der MEA 6 gepresst wird. Ein Oxidationsmittelgas, wie beispielsweise Sauerstoff oder Luft, wird an die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels von einem Speichertank 46 über eine geeignete Versorgungsverrohrung 42 geliefert. Ähnlicherweise wird ein Brennstoff, wie beispielsweise Wasserstoff, an die Anodenseite der Brennstoffzelle von einem Speichertank 48 über eine geeignete Versorgungsverrohrung 44 geliefert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Sauerstofftank 46 beseitigt werden, so dass Umgebungsluft von der Umgebung an die Kathodenseite geliefert wird. Ähnlicherweise kann der Wasserstofftank 48 beseitigt werden und Wasserstoff an die Anodenseite von einem Reformer geliefert werden, der katalytisch Wasserstoff aus Methanol oder einem flüssigen Kohlenwasserstoff (beispielsweise Benzin) erzeugt. Obwohl sie nicht gezeigt ist, ist auch eine Austragsverrohrung für sowohl die H₂- als auch O₂/Luft-Seiten der MEAs 4 und 6 vorgesehen, um H₂-abgereichertes Anodengas von dem Strömungsfeld für Anodenreaktanden und O₂-abgereichertes Kathodengas von dem Strömungsfeld für Kathodenreaktand zu entfernen. Eine Kühlmittelversorgungsverrohrung 50, 52 und 54 ist vorgesehen, um ein flüssiges Kühlmittel von einer Einlasssammelleitung (nicht gezeigt) des Brennstoffzellenstapels an die Kühlmittelströmungsfelder der Bipolplattenanordnung 8 und Endplatten 14 und 16 zu liefern. Obwohl sie nicht gezeigt ist, ist auch eine Kühlmittelaustragsverrohrung vorgesehen, um das erhitzte Kühlmittel, das von der Bipolplattenanordnung 8 und den Endplatten 14 und 16 ausgetragen wird, an eine Austragssammelleitung des Brennstoffzellenstapels zu liefern. Wie herkömmlich ist ein Brennstoffzellenkühlsystem zwischen die Einlass- und Austragssammelleitungen des Stapels geschaltet, das dazu dient, das flüssige Kühlmittel kontinuierlich umzuwälzen und Abwärme von dem Stapel zur Ableitung an die Umgebung zu entfernen.

Die gezeigte Brennstoffzelle wird durch ein H₂-reiches Reformat ungeachtet des Verfahrens, durch welches das Reformat hergestellt wird, beliefert. Es sei zu verstehen, dass die hier ausgeführten Grundsätze auf Brennstoffzellen anwendbar sind, die durch H₂, der von einer beliebigen Quelle erhalten wird, beliefert werden, einschließlich reformierbarem Kohlenwasserstoff-Brennstoffen und wasserstoffhaltigen Brennstoffen, wie beispielsweise Methanol, Ethanol, Benzin, Alken oder anderen aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen oder von Brennstoff, der an Bord gespeichert ist, wie beispielsweise H₂.

Wie oben erwähnt, kann der Brennstoffzellenstapel eine Anzahl einzelner Zellen umfassen. Bei einem Brennstoffzellenstapelsystem sind mehrere Brennstoffzellenstapel miteinander verbunden, um Strom an einen Stromverbraucher liefern zu können. Damit die Brennstoffzellenstapel Strom an einen Stromverbraucher (beispielsweise Elektromotor, Beleuchtungssysteme, Steuersysteme, etc.) liefern können, müssen die einzelnen Stapel in einer Schaltung miteinander verschaltet sein. Wie insbesondere in 2 gezeigt ist, umfasst eine schematische Brennstoffzellenstapelschaltung 60 eine Vielzahl einzelner Stapel 62, die in einer herkömmlichen Reihenschaltung zur Lieferung von Strom an einen Stromverbraucher 64, in diesem Fall einen Elektromotor, miteinander verschaltet sind. Wie vorher beschrieben wurde, besitzt eine herkömmliche Reihenschaltung den spezifischen Nachteil, dass die vollständige Schaltung betriebsunfähig wird, wenn ein Stapel 62 fehlerhaft wird.

In 3 ist ein Brennstoffzellenstapelsystem 70 schematisch gemäß den hier beschriebenen Grundsätzen gezeigt. Das Brennstoffzellenstapelsystem 70 umfasst einen Stromverbraucher 72 in elektrischer Verbindung mit einer Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln 74. Die Brennstoffzellenstapel 74 sind reihenartig angeordnet, und jeder Brennstoffzellenstapel 74 umfasst eine zugehörige Umschalt-Schaltung 76 und eine Spannungsüberwachungseinrichtung 78. Es sei jedoch angemerkt, dass eine einzelne Spannungsüberwachungseinrichtung 78, wie in gestrichelten Linien gezeigt ist, eingebaut sein kann, um jeden der Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln 74 zu überwachen. Ferner ist eine Steuerung 80 vorgesehen, die in elektrischer Verbindung mit jeder der Spannungsüberwachungseinrichtungen 78 oder der einzelnen Spannungsüberwachungseinrichtung 78 wie auch den einzelnen Umschalt-Schaltungen 76 steht. Die Steuerung 80 führt das Verfahren der vorliegenden Erfindung aus, wie weiter unten detailliert beschrieben ist, und verfolgt die Betriebszeiten der einzelnen Brennstoffzellenstapel 74 (d.h. die Zeitdauer, in der die Brenn stoffzellenstapel 74 in der Schaltung aktiv sind). Die Spannungsüberwachungseinrichtung(en) 78 überwacht bzw. überwachen die einzelnen Brennstoffzellenstapel 74 hinsichtlich eines richtigen Betriebs. Im Falle eines Fehlers in einem der Brennstoffzellenstapel 74 benachrichtigen die Spannungsüberwachungseinrichtung(en) die Steuerung 80, die ihrerseits die Umschalt-Schaltung 76, die dem fehlerhaften Brennstoffzellenstapel 74 zugeordnet ist, aktiviert. Auf diese Art und Weise wird der fehlerhafte Brennstoffzellenstapel 74 von der Schaltung entfernt, während die verbleibenden Brennstoffzellenstapel 74 in der Schaltung kontinuierlich Strom an den Stromverbraucher 72 liefern, obwohl die maximale Gesamtsystemkapazität verringert ist.

Jede Umschalt-Schaltung 76 umfasst allgemein eine Diode 84 und einen Schalter 86. Der Schalter 86 kann ein elektromechanischer Schalter oder eine Halbleiterschalteinrichtung sein, der durch die Steuerung 80 fernbetätigt wird. Während des Normalbetriebs ist der Schalter 86 geschlossen, wodurch ein Stromfluss durch den zugeordneten Brennstoffzellenstapel 74 ermöglicht wird. Wenn der Schalter 86 geschlossen ist, ist die Diode 84 in Sperrrichtung vorgespannt und wirkt im Wesentlichen als ein offener Schalter, wodurch ein Kurzschluss der Brennstoffzellenstapel 74 verhindert wird. In dem Fall, wenn ein Fehler in einem Brennstoffzellenstapel 74 auftritt, berichtet die Spannungsüberwachungseinrichtung 78 den Fehler an die Steuerung 80, die den bestimmten Brennstoffzellenstapel 74 identifiziert. Die Steuerung 80 öffnet den Schalter 86, der dem fehlerhaften Brennstoffzellenstapel 74 zugeordnet ist, wodurch dieser Brennstoffzellenstapel 74 von der Schaltung isoliert bzw. getrennt wird. Wenn der Schalter 86 offen ist, wird die Diode 84 in Durchlassrichtung vorgespannt, wodurch sie als ein geschlossener Schalter wirkt und einen Stromfluss hindurch zulässt.

Nach einer Umgehung des fehlerhaften Brennstoffzellenstapels 74 setzt die Spannungsüberwachungseinrichtung 78 die Überwachung des Zustandes des bestimmten Stapels 74 fort. Wenn der Fehler in dem Brennstoffzellenstapel 74 schließlich beseitigt ist, informiert die Spannungsüberwachungseinrichtung 78 die Steuerung 80, die ihrerseits den Schalter 86 schließt. Das Schließen des Schalters 86 führt die Diode 84 in ihren in Sperrrichtung vorgespannten Zustand zurück, und der Gesamtstapelstrom fließt wieder durch den Brennstoffzellenstapel 74.

Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Überwachung eines Betriebs des Brennstoffzellenstapelsystems 70 vor. Anhand von 4 wird ein Fehlerfallaspekt (engl. "failure contingency aspect") des Verfahrens detaillierter beschrieben. Anfänglich wird bei Schritt 100 ein Zähler auf Null gesetzt. Bei Schritt 110 überwacht die Spannungsüberwachungseinrichtung 78 kontinuierlich die einzelnen Brennstoffzellenstapel 74 hinsichtlich eines Fehlers. Wenn kein Fehler in einem der Brennstoffzellenstapel 74 vorhanden ist, wechselt das Verfahren kontinuierlich zwischen den Schritten 100 und 110. Im Fehlerfalle jedoch berichtet die Spannungsüberwachungseinrichtung 78 die ID des fehlerhaften Brennstoffzellenstapels 74 bei Schritt 120 an die Steuerung 80. Bei den Schritten 130 und 140 schaltet die Steuerung 80 den entsprechenden Schalter 86, wodurch der fehlerhafte Brennstoffzellenstapel 74 von der Reihenschaltung umgangen wird.

Nach einer Entfernung des fehlerhaften Brennstoffzellenstapels 74 von der Reihenschaltung arbeitet die Schaltung weiter mit einer verringerten maximalen Kapazität, und die Spannungsüberwachungseinrichtungen 78 überwachen kontinuierlich die Brennstoffzellenstapel 74 einschließlich des fehlerhaften Brennstoffzellenstapels 74 bei Schritt 150. Bei Schritt 160 überprüft die Steuerung 80 die Spannungsüberwachungseinrichtung 78, um festzustellen, ob der Fehler beseitigt worden ist. Wenn der Fehler nicht beseitigt worden ist, überprüft Schritt 170, um festzustellen, ob der Zähler einen vorbestimmten Wert X erreicht hat. Der vorbestimmte Wert X repräsentiert die Anzahl, wie oft der fehlerhafte Brennstoffzellenstapel 74 wieder in die Schaltung eingeführt worden ist und ein Fehler wieder aufgetreten ist, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, und kann als ein beliebiger Wert, den eine bestimmte Konstruktion erfordert (beispielsweise 1, 2, 10, etc.) vorprogrammiert sein. Wenn der Zähler den vorbestimmten Wert X erreicht hat, dann wird eine Betriebsart mit "verringerter Kapazität" bei Schritt 180 eingeleitet, wodurch die verbleibenden Brennstoffzellenstapel 74 den Stromverbraucher 72 solange mit einer verringerten Kapazität betreiben, bis das Brennstoffzellenstapelsystem 70 gewartet werden kann. Wenn jedoch der Zähler den vorbestimmten Wert X nicht erreicht hat, gelangt das Verfahren zurück zu Schritt 150.

Wenn bei Schritt 160 bestimmt wird, dass der Fehler beseitigt worden ist, schließt die Steuerung 80 den Schalter 86 des vorher fehlerhaften Brennstoffzellenstapels 74 und normalisiert die Last des Brennstoffzellenstapelsystems 70 bei Schritt 190. Bei Schritt 200 wird bestimmt, ob der Fehler nach einem erneuten Zuschalten des Brennstoffzellenstapels 74 zu der Schaltung wieder aufgetreten ist. Wenn der Fehler nicht wieder auftritt, kehrt die Prozedur zu Schritt 100 zurück. Wenn der Fehler wieder auftritt, wird der Zähler bei Schritt 210 um Eins (1) erhöht, und die Prozedur gelangt zu Schritt 120 zurück, um eine Umgehung des fehlerhaften Brennstoffzellenstapels 74 von der Schaltung vorzusehen.

In 5 sind typische Polarisierungskurven für die Zellenstapelspannung graphisch als Stapelspannung in Volt (V) in Abhängigkeit von der Stromdichte (A/cm²) gezeigt. Die niedrigste Kurve zeigt einen einzelnen Brennstoffzellenstapel 74 und die höchste Kurve zeigt zehn Brennstoffzellenstapel 74, die in Reihe geschaltet sind, so dass sie ein vollständiges Brennstoffzellenstapelsystem 70 bilden. Es sei jedoch angemerkt, dass die Anzahl von Brennstoffzellenstapeln 74, die das vollständige Brennstoffzellenstapelsystem 70 bildet, abhängig von den jeweiligen Konstruktionsanforderungen variieren kann.

Wie im Hintergrund beschrieben ist, wird, wenn der Stromverbraucher 72 auf Hochtouren arbeitet, ein maximaler Strom von dem Brennstoffzellenstapelsystem 70 entnommen, was eine minimale Gesamtspannung darüber zur Folge hat. Im Leerlauf wird von dem Brennstoffzellenstapelsystem 70 ein minimaler Strom entnommen, was in einer maximalen Gesamtspannung darüber resultiert. Wie graphisch gezeigt ist, zeigt der Punkt A (I_min, V_max) die Leerlaufstellung, und Punkt B (I_max, V_min) zeigt die maximale Drosselklappenstellung für ein beispielhaftes Brennstoffzellenstapelsystem 70 mit zehn Brennstoffzellenstapeln 74. Der durch die Punkte A und B vorgesehene Spannungsbereich ist als V₁ angegeben und zwischen V_max und V_min definiert. Für die elektrischen Zubehörkomponenten, die durch das Brennstoffzellenstapelsystem 70 betrieben werden, war es herkömmlich erforderlich, dass sie in diesem Bereich arbeiten mussten.

Nachfolgend wird detaillierter ein Effizienzaspekt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung beschrieben. Genauer überwacht die Steuerung 80 Strombedarfsanforderungen von dem Brennstoffzellenstapelsystem 70 und entfernt selektiv einen oder mehrere Brennstoffzellenstapel 74, um die Gesamtbetriebsspannung über das Brennstoffzellenstapelsystem 70 zu verringern, wenn der Stromverbraucher 72 sich in Richtung Leerlauf bewegt. Ferner können Brennstoffzellenstapel 74 hinzugefügt werden, um den geforderten Strombedarf liefern zu können, wenn sich der Stromverbraucher 72 in Richtung der maximalen Drosselklappenstellung bewegt. Auf diese Art und Weise wird der Betriebsspannungsbereich V₁ des Brennstoffzellensystems 70, das oben beschrieben ist, verringert, während seine Stromentnahmekapazität beibehalten wird. Insbesondere zeigt Punkt C (I_min2, V_max2) eine Leerlaufstellung für das Brennstoffzellenstapelsystem 70, bei dem vier Brennstoffzellenstapel 74 entfernt worden sind (d.h. das nur mit sechs Stapeln arbeitet). Der durch die Punkte B und C vorgesehene Spannungsbereich ist als V₂ angegeben und ist zwischen V_max2 und V_min definiert. Wie zu sehen ist, ist der Betriebsspannungsbereich V₁ über eine selektive Entfernung der Brennstoffzellenstapel 74 auf V₂ stark verringert, wenn sich der Stromverbraucher 64 in Richtung Leerlauf bewegt. Es sei jedoch angemerkt, dass die Entfernung von vier Brennstoffzellenstapeln 74 lediglich beispielhaft ist und mehr oder weniger Brennstoffzellenstapel 74 entfernt werden können, wenn Konstruktionsanforderungen dies bestimmen. Auf diese Art und Weise ist es für die elektrischen Zubehörkomponenten nur erforderlich, dass sie innerhalb des verringerten Spannungsbereiches arbeiten.

Unter Bezugnahme auf 6 wird das Überwachungsverfahren für das Brennstoffzellenstapelsystem 70 detaillierter beschrieben.

Anfänglich überwacht bei Schritt 300 die Steuerung 80 die Stromentnahme von dem Brennstoffzellenstapelsystem 70 und bestimmt bei Schritt 302, ob die Stromentnahme verringert ist (d.h. Bewegung in Richtung Leerlauf), oder bei Schritt 304, ob diese erhöht ist (d.h. Bewegung in Richtung der maximalen Drosselklappenstellung). Wenn die Stromentnahme verringert ist, dann fährt das Verfahren mit Schritt 306 fort, bei dem die Steuerung 80 die Anzahl der Brennstoffzellenstapel 74 bestimmt, die von dem Brennstoffzellenstapelsystem 70 entfernt werden sollen. Nach einer Bestimmung der Anzahl der zu entfernenden Brennstoffzellenstapel 74 bestimmt die Steuerung 80 bei Schritt 308 als nächstes die bestimmten, zu entfernenden Brennstoffzellenstapel 74. Die Unterroutine, die definiert, welche Brennstoffzellenstapel 74 entfernt werden sollen, wird später unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Bei Schritt 310 entfernt die Steuerung 80 die ausgewählten Brennstoffzellenstapel 74 von dem Brennstoffzellenstapelsystem 70 und fährt bei Schritt 300 mit der Überwachung der Stromentnahme fort.

Wenn die Stromentnahme erhöht ist, dann fährt das Verfahren mit Schritt 312 fort, bei dem die Steuerung 80 bestimmt, ob das Brennstoffzellenstapelsystem 70 mit allen Brennstoffzellenstapeln 74 arbeitet. Wenn dies der Fall ist, fährt die Steuerung 80 mit einer Überwachung der Stromentnahme fort, ohne dass eine weitere Aktion erfolgt. Wenn dies nicht der Fall ist, fährt die Steuerung 80 mit Schritt 314 fort, bei dem sie die Anzahl der Brennstoffzellenstapel 74 bestimmt, die in das Brennstoffzellenstapelsystem 70 zurück zugeschaltet werden sollen. Nach einer Bestimmung der Anzahl von Brennstoffzellenstapeln 74, die wieder zugeschaltet werden sollen, bestimmt die Steuerung 80 bei Schritt 316 als nächstes die bestimmten Brennstoffzellenstapel 74, die wieder zugeschal tet werden sollen. Die Unterroutine, die definiert, welche Brennstoffzellenstapel 74 wieder zugeschaltet werden sollen, ist nachfolgend unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Bei Schritt 318 schaltet die Steuerung 80 die gewählten Brennstoffzellenstapel 74 zu und fährt mit der Überwachung der Stromentnahme von dem Brennstoffzellensystem bei Schritt 300 fort.

7 zeigt eine beispielhafte Unterroutine zur Ausführung des Schrittes 308, um zu bestimmen, welche Brennstoffzellenstapel 74 entfernt werden sollen. Es sei jedoch angemerkt, dass die Entfernungsunterroutine lediglich beispielhafter Natur ist und durch andere Unterroutinen ersetzt werden kann, mit denen bestimmt werden kann, welche Brennstoffzellenstapel 74 von dem Brennstoffzellenstapelsystem 70 entfernt werden sollen. Wie vorher beschrieben wurde, überwacht die Steuerung 80 die Betriebszeit der einzelnen Brennstoffzellenstapel 74. Bei Schritt 400 bestimmt die Steuerung 80 die durchschnittliche Betriebszeit für die Brennstoffzellenstapel 74. Bei Schritt 402 vergleicht die Steuerung 80 die Betriebszeit der einzelnen Brennstoffzellenstapel 74 mit dem Durchschnitt um zu bestimmen, welche Brennstoffzellenstapel 74 über den durchschnittlichen Betriebszeiten liegen. Der Brennstoffzellenstapel oder die Brennstoffzellenstapel 74 mit Betriebszeiten oberhalb des Durchschnittes werden dann von dem Brennstoffzellenstapelsystem 70 bei Schritt 310 entfernt, wie oben beschrieben ist.

8 zeigt eine beispielhafte Unterroutine zur Ausführung des Schrittes 316, bei dem bestimmt wird, welche Brennstoffzellenstapel 74 zugeschaltet werden sollen. Es sei jedoch angemerkt, dass die Zuschaltunterroutine lediglich beispielhafter Natur ist und durch andere Unterroutinen ersetzt werden kann, mit denen bestimmt werden kann, welche Brennstoffzellenstapel 74 zugeschaltet werden sollen. Bei Schritt 404 bestimmt die Steuerung 80 die durchschnittliche Betriebszeit für die Brennstoffzellenstapel 74. Bei Schritt 406 vergleicht die Steuerung 80 die Betriebszeit der einzelnen Brennstoffzellenstapel 74 mit dem Durchschnitt, um zu bestimmen, welcher Brennstoffzellenstapel 74 unterhalb der durchschnittlichen Betriebszeiten liegt. Der Brennstoffzellenstapel bzw. die Brennstoffzellenstapel 74 mit Betriebszeiten unterhalb des Durchschnittes werden dann bei Schritt 318 in das Brennstoffzellenstapelsystem 70 zugeschaltet.

Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sind Abwandlungen, die nicht von der Grundidee der Erfindung abweichen, als innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung befindlich anzusehen. Derartige Abwandlungen stellen keine Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung dar.

Zusammengefasst ist ein Schaltsystem wie auch ein Steuerverfahren hierzu vorgesehen, das in ein Brennstoffzellenstapelsystem integriert wird. Das Schaltsystem ermöglicht, dass Brennstoffzellenstapel in Reihe verschaltet werden können, um Strom an einen Stromverbraucher liefern zu können, während die bestimmten Nachteile einer Reihenschaltung beseitigt sind. In dem Falle eines Stapelfehlers kann der fehlerhafte Stapel umgangen werden, wodurch die verbleibenden Stapel mit verringerter Kapazität Strom an den Stromverbraucher liefern. Der Stapel wird kontinuierlich überwacht und in die Reihenschaltung wieder zugeschaltet, wenn der Fehler beseitigt ist. Wenn der Fehler, nachdem der Stapel wieder eingeführt worden ist, eine vorbestimmte Anzahl oft wieder auftritt, wird eine Betriebsart mit "verringerter Kapazität" eingeleitet. Zusätzlich werden in dem Fall eines verringerten oder erhöhten Strombedarfs Stapel selektiv in die Reihenschaltung hinzu geschaltet bzw. aus dieser herausgenommen, um einen Gesamtbetriebsspannungsbereich des Brennstoffzellenstapels zu begrenzen.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellenstapelsystems mit einer Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln in Reihenschaltung, mit den Schritten, dass: jeder der Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln hinsichtlich eines bestimmten Zustands überwacht wird; und zumindest ein Brennstoffzellenstapel der Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln umgangen wird, wenn der Zustand erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt, dass der zumindest eine Brennstoffzellenstapel wieder zugeschaltet wird, wenn der Zustand beseitigt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zustand ein Fehlerzustand ist.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit den Schritten, dass: die Anzahl gezählt wird, wie oft ein bestimmter Brennstoffzellenstapel wiederholt den Fehlerzustand erreicht; und eine Betriebsart mit verringerter Kapazität eingeleitet wird, wenn die Anzahl einem vorbestimmten Wert entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zustand entweder einen verringerten Strombedarf oder einen erhöhten Strombedarf betrifft.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit den Schritten, dass: die Anzahl von zu umgehenden Brennstoffzellenstapeln als eine Funktion des verringerten Strombedarfs bestimmt wird; und ein oder mehrere der zu umgehenden Brennstoffzellenstapel ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt zum Auswählen umfasst, dass eine durchschnittliche Betriebszeit für die Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln bestimmt wird und Stapel ausgewählt werden, deren Betriebszeit über dem Durchschnitt liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit den Schritten, dass: die Anzahl von zuzuschaltenden Brennstoffzellenstapeln als eine Funktion des erhöhten Strombedarfs bestimmt wird; und ein oder mehrere der zuzuschaltenden Brennstoffzellenstapel ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt zum Auswählen umfasst, dass eine durchschnittliche Betriebszeit für die Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln bestimmt wird und Stapel ausgewählt werden, deren Betriebszeit unter dem Durchschnitt liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Umgehen zumindest eines Brennstoffzellenstapels der Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln den Schritt umfasst, dass: ein Schalter betätigt wird, um einen Stromfluss durch den zumindest einen Brennstoffzellenstapel zu unterbinden; und der Stromfluss durch verbleibende Brennstoffzellenstapel in dem Brennstoffzellenstapelsystem umgelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt zum Zuschalten des zumindest einen Brennstoffzellenstapels die Schritte umfasst, dass: ein Schalter betätigt wird, um einen Stromfluss durch den zumindest einen Brennstoffzellenstapel zu ermöglichen; und der Stromfluss zurück durch den zumindest einen Brennstoffzellenstapelumgelenkt wird.
Brennstoffzellensystem mit einer Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln, die in einer Reihenschaltung verschaltet sind, mit: einer Betriebsüberwachungseinrichtung, die jedem der Brennstoffzellenstapel zugeordnet ist, um eine Betriebseigenschaft der Brennstoffzellenstapel zu überwachen; und einer Umschalt-Schaltung, die jedem der Brennstoffzellenstapel zugeordnet ist und in jeweiliger elektrischer Verbindung mit der Betriebsüberwachungseinrichtung steht, um einen bestimmten Brennstoffzellenstapel von der Schaltung in Reaktion auf ein Signal von der Betriebsüberwachungseinrichtung selektiv zu umgehen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12, wobei die Betriebsüberwachungseinrichtung eine Spannungsüberwachungseinrichtung zur Überwachung der Spannung über einen bestimmten Brennstoffzellenstapel ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12, wobei die Betriebsüberwachungseinrichtung eine Stromlastüberwachungseinrichtung zur Überwachung des Strombedarfs ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12, wobei die Umschalt-Schaltung entweder einen elektromechanischen Schalter oder eine Halbleiterschalteinrichtung umfasst, der von der Betriebsüberwachungseinrichtung zur selektiven Umgehung eines zugeordneten Brennstoffzellenstapels betätigbar ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 15, wobei die Umschalt-Schaltung ferner eine Diode umfasst, die in Sperrrichtung vorgespannt ist, wenn der elektromechanische Schalter geschlossen ist, und in Durchlassrichtung vorgespannt ist, wenn der elektromechanische Schalter offen ist, um einen kontinuierlichen Stromfluss durch die Reihenschaltung zu ermöglichen.
Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellenstapelsystems mit einer Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln in Reihenschaltung, mit den Schritten, dass: jeder der Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln hinsichtlich einem Fehlerzustand und/oder einer Änderung der Lastanforderung überwacht wird; zumindest ein Brennstoffzellenstapel der Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln umgangen wird, wenn dessen Fehlerzustand detektiert wird; der zumindest eine Brennstoffzellenstapel wieder zugeschaltet wird, wenn der Fehlerzustand beseitigt ist; zumindest ein Brennstoffzellenstapel der Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln umgangen wird, wenn eine verringerte Lastanforderung detektiert wird; und der zumindest eine Brennstoffzellenstapel wieder zugeschaltet wird, wenn eine erhöhte Lastanforderung detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit den Schritten, dass: die Anzahl gezählt wird, wie oft ein bestimmter Brennstoffzellenstapel wiederholt den Fehlerzustand erreicht; und eine Betriebsart mit verringerter Kapazität eingeleitet wird, wenn die Anzahl einem vorbestimmten Wert entspricht.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit den Schritten, dass: die Anzahl von zu umgehenden Brennstoffzellenstapeln als eine Funktion der verringerten Lastanforderung bestimmt wird; und ein oder mehrere der zu umgehenden Brennstoffzellenstapel ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt zum Auswählen umfasst, dass eine durchschnittliche Betriebszeit für die Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln bestimmt wird, und Stapel ausgewählt werden, deren Betriebszeit über dem Durchschnitt liegt.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit den Schritten, dass die Anzahl von wieder zuzuschaltenden Brennstoffzellenstapeln als eine Funktion der erhöhten Lastanforderung bestimmt wird; und ein oder mehrere der wieder zuzuschaltenden Brennstoffzellenstapel ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt zum Auswählen umfasst, dass eine durchschnittliche Betriebszeit für die Vielzahl von Brennstoffzellen bestimmt wird und Stapel ausgewählt werden, deren Betriebszeit unter dem Durchschnitt liegt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Schritte zum Umgehen zumindest eines Brennstoffzellenstapels der Vielzahl von Brennstoffzellenstapel die Schritte umfassen, dass: ein Schalter betätigt wird, um einen Stromfluss durch den zumindest einen Brennstoffzellenstapel zu unterbinden; und der Stromfluss durch die verbleibenden Brennstoffzellenstapel in dem Brennstoffzellenstapelsystem umgelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Schritte zum Zuschalten des zumindest einen Brennstoffzellenstapels die Schritte umfassen, dass: ein Schalter betätigt wird, um einen Stromfluss durch den zumindest einen Brennstoffzellenstapel zu ermöglichen; und der Stromfluss zurück durch den zumindest einen Brennstoffzellenstapel umgelenkt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit einer Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln, die elektrischen Strom an eine externe Last liefern, umfassend, dass: die externe Last überwacht wird, und die Anzahl von Stapeln, die die externe Last betreiben, eingestellt wird, wenn die externe Last variiert.
Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit einer Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln, die in Reihe verschaltet sind, so dass sie gemeinsam eine Systemspannung für eine externe Last bereitstellen, umfassend, dass: die Systemspannung durch Einstellen einer Anzahl von Stapeln, die die externe Last betreiben, variiert wird.
Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit einer Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln, die elektrischen Strom an eine externe Last liefern, umfassend, dass: eine Dienstzeit einzelner Stapel überwacht wird und eine Abweichung in der Dienstzeit unter den einzelnen Stapeln minimiert wird, indem die externe Last mit einem oder mehreren Stapeln, die eine relativ niedrige Dienstzeit besitzen, betrieben wird und ein oder mehrere Stapel, die eine relativ hohe Dienstzeit besitzen, umgangen werden.