DE102005012617A1

DE102005012617A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Heizung einer Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellenstacks

Info

Publication number: DE102005012617A1
Application number: DE102005012617A
Authority: DE
Inventors: Bruno Dr.-Ing. Burger; Jan Dipl.-Ing. Hesselmann; Mario Dipl.-Ing. Zedda
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-03-19
Also published as: WO2006097242A1; DE102005012617B4; US20080193815A1; JP2008533675A; EP1866991A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem, welches mit einer Wechselspannungserzeugungsvorrichtung aufheizbar ist. Das Brennstoffzellensystem weist einen mindestens eine Brennstoffzelle aufweisenden Brennstoffzellenstack (1) auf, der mit mindestens einem elektrischen Anschluss (1a und 1b) ausgestattet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstack (1) über den mindestens einen Anschluss (1a und 1b) mit einer Wechselspannungserzeugungsvorrichtung (2) verbunden ist, über die ein Wechselstrom über die Anschlüsse (1a und 1b) zur elektrischen Heizung des Brennstoffzellenstacks (1) einspeisbar ist (Figur 1).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Bereich der Brennstoffzellentechnologie auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufheizung einer Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellenstacks.

Unter dem Begriff des Brennstoffzellenstacks (bzw. Brennstoffzellenstapels) wird im Folgenden eine Anordnung von mindestens einer Brennstoffzelle, d.h. Einzelzelle, in der Regel jedoch mehrerer Brennstoffzellen, verstanden. Weist der Brennstoffzellenstack mehr als eine Brennstoffzelle auf, so können die einzelnen Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstacks elektrisch parallel und/oder in Reihe geschaltet sein.

Brennstoffzellenstacks bzw. die einzelnen Brennstoffzellen sind Vorrichtungen, in welchen eine elektro chemische Reaktion verwendet wird, um elektrische Energie zu gewinnen. Solche Brennstoffzellensysteme weisen eine potentiell hohe Energiedichte auf und zeichnen sich dadurch aus, dass insgesamt gesehen die Abgase bzw. die Abfallprodukte bei der Energieerzeugung im Vergleich zu anderen gegenwärtigen Energieerzeugungssystemen deutlich reduziert werden.

Brennstoffzellensysteme bzw. die einzelnen Brennstoffzellen wandeln chemische Energie in elektrische Energie mit Hilfe von elektrochemischen Reaktionen um. Die Reaktionen laufen dabei getrennt voneinander in durch einen elektrolytischen Ionenleiter getrennten Reaktionsräumen ab. So wird beispielsweise in einer wasserstoffbetriebenen Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (PEMFC) Wasserstoff an der Anode zu Protonen oxydiert. Die Protonen wandern durch die elektrolytische Membran zur Kathode, während die Elektronen aufgrund der elektrischen Isolierungseigenschaften der Membran zurückbleiben bzw. in einen äußeren elektrischen Stromkreis gezwungen werden. An der Kathode wird Sauerstoff mit Hilfe von Elektronen und Protonen zu Wasser reduziert, welche das einzige Emissionsprodukt der wasserstoffbetriebenen PEMFC ist. In der Direktmethanolbrennstoffzelle (DMFC) ist die elektrochemische Reaktion an der Anode die Umwandlung von Methanol und Wasser zu Kohlendioxid, Wasserstoffionen und Elektronen. Die Wasserstoffionen fließen z.B. durch eine Polymer- bzw. Kunststoffmembran als Elektrolyt zur Kathode, während die freien Elektronen durch einen Verbraucher, der normalerweise zwischen die Anode und die Kathode geschaltet ist, fließen. An der Kathode reagiert Sauerstoff mit Wasserstoffionen und freien Elektronen zu Wasser. Somit besteht der Ausstoß einer DMFC lediglich in Kohlendioxid und Wasser.

Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellenstacks können bei Temperaturen unter 0°C ohne Fremdheizung nur sehr langsam oder mit großen Problemen anlaufen. Um einen schnellen Start der Brennstoffzelle bei niedrigen Temperaturen zu erreichen, muss die Brennstoffzelle bzw. müssen die einzelnen Brennstoffzellen des Systems beheizt werden. Verfahren nach dem Stand der Technik zu einer solchen Beheizung sind die Heizung mit Hilfe von Heizfolien oder die Heizung mit Hilfe eines Wärmekreislaufs mit Wasser als Wärmeträger.

Bei der Verwendung eines Wärmekreislaufs mit Wasser als Wärmeträger treten jedoch die Nachteile auf, dass hierfür recht aufwendige Komponenten erforderlich sind. Zunächst muss ein Heizelement im Kühl- oder Heizkreislauf eingebaut werden. Die Flüssigkeit im Kühl- oder Heizkreislauf selbst muss ebenfalls erwärmt werden, was zu einem zusätzlichen Energiebedarf führt. Ein weiterer Aspekt hinsichtlich des hohen Energiebedarfs betrifft das Erfordernis einer Pumpe zum Umpumpen des Wassers.

Bei der Verwendung einer Heizung mittels einer Heizfolie tritt auch hier der Nachteil auf, dass zusätzliche Komponenten erforderlich sind. Ein weiterer Nachteil betrifft die Tatsache, dass lediglich eine indirekte Aufheizung möglich ist, da die Wärme nicht in der Brennstoffzelle entsteht, sondern von außen zugeführt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung zu stellen, dessen Brennstoffzellenstack bzw. dessen Brennstoffzellen einfach und zuverlässig und mit ausreichender Geschwindigkeit aufgeheizt wer den können. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus ein entsprechendes Heizverfahren für ein Brennstoffzellenstack bzw. für Brennstoffzellen zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1 und durch das Heizverfahren gem. Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem weist einen mindestens eine Brennstoffzelle aufweisenden Brennstoffzellenstack auf, welcher mit mindestens einem elektrischen Anschluss pro Pol, d.h. positivem und negativem Pol, welcher insbesondere zum Anschluss eines externen elektrischen Verbrauchers dienen kann, ausgestattet ist und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstack über die Anschlüsse mit einer Wechselspannungserzeugungsvorrichtung verbunden ist, so dass mittels der Wechselspannungserzeugungsvorrichtung ein elektrischer Wechselstrom in die Brennstoffzellen bzw. den Brennstoffzellenstack zur Heizung des Brennstoffzellenstacks bzw. der Zellen eingekoppelt werden kann. Die Wechselspannungserzeugungsvorrichtung weist hier vorteilhafterweise in Reihe geschaltet eine Wechselspannungsquelle und eine Gleichspannungsquelle oder in Reihe geschaltet eine Wechselspannungsquelle und einen Kondensator auf. Der Wechselstrom kann hierbei z.B. über Anschlussklemmen in den Brennstoffzellenstack bzw. die Brennstoffzellen eingespeist werden.

Die zur Einspeisung des Wechselstroms verwendete, durch die Wechselspannungserzeugungsvorrichtung an den Brennstoffzellenstack bzw. die Brennstoffzellen angelegte Wechselspannung kann eine beliebige Kurven- oder Rechteckform aufweisen. Hierzu zählen beispielsweise eine reine sinusförmige Wechselspannung oder eine reine rechteckförmige Wechselspannung. Ebenso ist es aber auch möglich, dass eine Zwischenform zwischen den beiden Extremen der reinen Rechteckform und der reinen Sinusform verwendet werden kann. Die reine Rechteckform ist dabei mit dem Vorteil verbunden, dass die Brennstoffzelle am schnellsten auf die Betriebs- bzw. Einschalttemperatur gebracht werden kann. Auf der anderen Seite ist mit der reinen Rechteckform der Nachteil verbunden, dass an den Flanken der Rechteckspannung sehr hohe Ströme fließen. Es ist daher bevorzugt, eine Kurvenform zu wählen, die eine der Rechteckform angenäherte Form aufweist, die jedoch an den Kanten angerundet ist. Als Zwischenform zwischen der Rechteckform und der Sinusform, ist diese bevorzugte Form der Rechteckform zuzuordnen. Ebenso ist aber auch eine Trapezform möglich.

Je nach elektrischer Kapazität des aufzuheizenden Brennstoffzellenstacks können zur Einspeisung des Wechselstroms auch resonante Verfahren eingesetzt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems weist eine Wechselspannungserzeugungsvorrichtung auf, die aus einer Wechselspannungsquelle und einer elektrisch in Reihe mit der Wechselspannungsquelle geschalteten Gleichspannungsquelle aufgebaut ist. Dabei ist es möglich, dass die Wechsel- und die Gleichspannungsquelle in einer Einheit integriert sind bzw. die Wechselspannungserzeugungsvorrichtung eine einzige Vorrichtung enthält, die beide Funktionen gleichzeitig aufweist.

Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass die Wechsel- und Gleichspannungsquellen durch eine leistungselektronische Schaltung realisiert sind. Diese kann z.B. aus einem Tiefsetzsteller, einem Hochsetzsteller, einem Inverswandler, einem SEPIC (Single-ended primary inductance converter)-Wandler, einem Cuk-Wandler und/oder einer hiermit verwandten Schaltung bestehen.

Besonders bevorzugt wird eine bidirektionale Schaltung eingesetzt, die sowohl zur Heizung des Brennstoffzellenstacks, als auch zur Wandlung der Ausgangsspannung (DC/DC-Wandler) im normalen Brennstoffzellenbetrieb genutzt werden kann.

Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Wechselspannungserzeugungsvorrichtung eine Wechselspannungsquelle und einen elektrisch in Reihe mit der Wechselspannungsquelle geschalteten Kondensator aufweist.

Dabei ist es bevorzugt, dass mit der Wechselspannungserzeugungsvorrichtung eine Wechselspannung mit einer Amplitude von 0,2 V bis 0,6 V, bevorzugt 0,3 V bis 0,5 V und besonders bevorzugt 0,35 V bis 0,45 V, pro Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstacks, der Leerlaufspannung oder der Arbeitsspannung des Brennstoffzellenstacks überlagert ist.

Mit der Wechselspannungserzeugungsvorrichtung ist eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 10 Hz bis 10 MHz, bevorzugt von 100 Hz bis 1 MHz und besonders bevorzugt und 1 kHz bis 100 kHz, erzeugbar.

Vorzugsweise ist mit der Wechselspannungserzeugungsvorrichtung mittels eines redundanten Verfahrens eine Wechselspannung an den Brennstoffzellenstack anlegbar. Die Kapazität des Serienkondensators ist dabei abhängig von der Brennstoffzellengröße und der Frequenz der Wechselspannung und liegt bevorzugt im Bereich zwischen 1 μF bis 10 F.

Gegenüber dem Stand der Technik weist das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem insbesondere die Vorteile auf, dass die Wärmeentstehung direkt in der Brennstoffzelle erfolgt und keine Aufheizung zusätzlicher Komponenten bzw. Massen erforderlich ist. Dies bedeutet, dass auf weitere Bauteile, wie z.B. ein Heizelement, verzichtet werden kann. Je nach Ausführung des benötigten Spannungswandlers zur Stabilisierung der Ausgangsspannung, d.h. zur Versorgung der angeschlossenen Verbraucher, kann dieser bidirektional ausgelegt werden und die Heizung der Brennstoffzelle übernehmen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Brennstoffzellesystems beruht darauf, dass auch eine Luftkühlung der Brennstoffzellen möglich ist.

Erfindungsgemäß wird ebenso ein Heizverfahren für die Aufheizung eines mindestens eine Brennstoffzelle aufweisenden Brennstoffzellenstacks bereitgestellt. Bei diesem Verfahren wird ein Wechselstrom in mindestens einer der Einzelzellen des Brennstoffzellenstacks eingespeist, wobei vorzugsweise das zuvor beschriebene Brennstoffzellensystem eingesetzt wird.

Ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem kann wie in einem der nachfolgenden Beispiele beschrieben ausgeführt sein oder verwendet werden. Die zu dem Beispiel gehörenden und nachfolgend beschriebenen Figu ren weisen für die selben oder ähnliche Bestandteile bzw. Bauteile identische Bezugszeichen auf.
1a zeigt schematisch ein erstes erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem mit einer in Reihe geschalteten Gleichspannungsquelle und Wechselspannungsquelle zur Aufheizung.
1b zeigt ein zweites Beispiel für ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem mit einer Wechselspannungsquelle, welche mit einem Kondensator in Serie geschaltet ist.
2 zeigt ein einfaches Ersatzschaltbild eines Brennstoffzellenstacks mit zwei Einzelzellen in Serie.
3a zeigt eine erste erfindungsgemäße Variante einer bidirektionalen, leistungselektronischen Schaltung.
3b zeigt eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen bidirektionalen, leistungselektronischen Schaltung.
In 1a bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Brennstoffzellenstack, welcher im vorliegenden Fall sechs einzelne, in Reihe geschaltete Brennstoffzellen aufweist. Der Brennstoffzellenstack kann jedoch auch mehr oder weniger Brennstoffzellen aufweisen, wobei die Brennstoffzellen auch parallel geschaltet sein können. Der Brennstoffzellenstack ist mit zwei elektrischen Anschlüssen 1a und 1b in Form von Anschlussklemmen versehen, über die ein elektrischer Verbraucher an den Brennstoffzellenstack angeschlossen werden kann. Im vorliegenden Fall ist der Anschluss 1a über eine elektrische Leitung 3a mit einem ersten Anschluss einer Wechselspannungsquelle 2a verbunden. Der andere elektrische Anschluss der Wechselspannungsquelle 2a ist über eine weitere elektrische Leitung 3b mit einem ersten Anschluss einer Gleichspannungsquelle 2b verbunden. Der zweite Anschluss der Gleichspannungsquelle 2b ist über eine elektrische Leitung 3c mit dem zweiten Anschluss 1b des Brennstoffzellenstacks 1 verbunden. Ebenso ist es auch möglich, dass die Wechselspannungsquelle und die Gleichspannungsquelle in umgekehrter Reihenfolge angeordnet sind, da die Reihenfolge der einzelnen integrierten Spannungsquellen beliebig ist. Im vorliegenden Fall ist die Wechselstromheizung bzw. Wechselspannungserzeugungsvorrichtung 2 für den Brennstoffzellenstack also so ausgeführt, dass eine Wechselspannungsquelle 2a und eine Gleichspannungsquelle 2b (welche den Arbeitspunkt festlegt) in Reihe geschaltet sind. Die durch die Spannungsquellen erzeugte Spannung wird über die Anschlussklemmen 1a und 1b an den Brennstoffzellenstack 1 angelegt, wodurch ein Wechselstrom direkt über die Anschlussklemmen des Brennstoffzellenstacks 1 in die einzelnen Brennstoffzellen des Stacks eingespeist wird. Durch den ohmschen Widerstand des Stacks erfolgt somit eine Heizung direkt im Inneren des Brennstoffzellenstacks. Die angelegte Spannung wird hierbei beispielsweise so gewählt, dass der Leerlaufspannung oder der Arbeitsspannung des Brennstoffzellenstacks 1 eine Wechselspannung mit einer Amplitude von 0,4 V pro Brenstoffzelle des Brennstoffzellenstacks 1 überlagert wird. Da im vorliegenden Fall der Stack sechs einzelne Brennstoffzellen aufweist, wird somit dem Brennstoffzellenstack eine Wechselspannung mit einer Amplitude von 2,4 V überlagert. Es können jedoch auch größere oder kleinere Amplitudenwerte angelegt werden.
Die Kurvenform der angelegten Wechselspannung kann hierbei sinusförmig oder auch zur Erhöhung der Leistung rechteckförmig gewählt werden. Bevorzugt ist hier eine Form der Wechselspannung, die auf einer rechteckigen Form basiert, durch eine sinusförmige Überlagerung an den Flanken jedoch abgerundet ist. Die Frequenz der angelegten Wechselspannung ist in weiten Bereichen frei wählbar, besonders vorteilhaft sind Frequenzen zwischen 10 Hz und 10 MHz. Wie bereits beschrieben, können je nach Kapazität des Brennstoffzellenstacks auch resonante Verfahren angewendet werden.
1b zeigt eine weitere Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Wechselstromheizung. Hierbei weist die Wechselspannungserzeugungsvorrichtung 2 eine Wechselspannungsquelle 2a und einen mit ihr über die elektrische Leitung 3b in Reihe geschalteten Kondensator 2c auf. Die Wechselspannungserzeugungsvorrichtung ist wie in 1a über die beiden elektrischen Leitungen 3a und 3c mit den Anschlussklemmen 1a und 1c des Brennstoffzellenstacks 1 verbunden. An die Brennstoffzelle können über einen eigenen Kreislauf ein oder mehrere Verbraucher, die über entsprechende elektrische Anschlüsse mit der Brennstoffzelle oder dem Brennstoffzellenstack verbunden sind, angeschlossen werden.
In 2 ist ein Ersatzschaltbild eines aus zwei Brennstoffzellen bestehenden Brenstoffzellenstacks dargestellt, das in einfachsten Form aus einer Serienschaltung von Widerständen und Kondensatoren besteht. Die Widerstände des Ersatzschaltbildes werden durch die Leitfähigkeit der verwendeten Materialien bestimmt und der Kondensator wird durch die Bipo larplatten und die Membran als Dielektrikum gebildet. Aus dem Ersatzschaltbild ist ersichtlich, dass eine Heizung mit Gleichstrom nicht möglich ist, da der Gleichstrom nicht stetig durch die Kondensatoren fließen kann. Für Wechselstrom genügend hoher Frequenz werden die Kondensatoren jedoch leitfähig bzw. die Impedanz (Z = 1/(ωC)) nimmt so stark ab, dass ein Wechselstrom fließen kann. Dieser Wechselstrom erzeugt dann an den Ohmschen Widerständen eine elektrische Verlustleistung, die den Stack aufheizt. Dies bedeutet, dass keine zusätzlichen Komponenten, wie z.B. Heizfolien benötigt werden und die Heizung so direkt im Stack erfolgen kann, wo sie benötigt wird.
3a zeigt eine erfindungsgemäße bidirektionale Schaltung, in der der verwendete bidirektionale Wandler zur Stackheizung als Tiefsetzsteller arbeitet.
Die Gleichspannung des Kondensators C1 bzw. einer zu C1 parallel angeschlossenen Gleichspannungsquelle oder Batterie wird durch Taktung der elektronischen Schalter S1 und S2 in eine regelbare Gleichspannung mit einer überlagerten Wechselspannung umgeformt. Der Wechselspannungsanteil bewirkt dabei die Heizung des Stacks. Im normalen Brennstoffzellenbetrieb ohne Heizung ist der Stack die Energiequelle und die Schaltung arbeitet als Hochsetzsteller und wandelt die Gleichspannung des Stacks in eine höhere Ausgangsspannung am Kondensator C1. Parallel zu C1 können die elektrischen Verbraucher angeschlossen werden. Der Kondensator C2 kann optional parallel zum Brennstoffzellenstack angeschlossen werden, um die Spannung zu stützen und/oder die Ströme zu glätten.
In 3b ist eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen bidirektionalen Schaltung dargestellt. In dieser Variante arbeitet der bidirektionale Wandler als Hochsetzsteller, um den Brennstoffzellenstack zu beheizen.
Die Gleichspannung des Kondensators C1 bzw. einer zu C1 parallel angeschlossenen Gleichspannungsquelle oder Batterie wird durch Taktung der elektronischen Schalter S1 und S2 in eine regelbare Gleichspannung mit einer überlagerten Wechselspannung umgeformt. Der Wechselspannungsanteil bewirkt dabei die Heizung des Stacks. Im normalen Brennstoffzellenbetrieb ohne Heizung ist der Stack die Energiequelle und die Schaltung wandelt die Gleichspannung des Stacks in eine niedrigere Ausgangsspannung am Kondensator C1. Parallel zu C1 können die elektrischen Verbraucher angeschlossen werden. Der Kondensator C2 kann optional parallel zum Brennstoffzellenstack angeschlossen werden, um die Spannung zu stützen und/oder die Ströme zu glätten.

Claims

Brennstoffzellensystem mit einem mindestens eine Brennstoffzelle aufweisenden Brennstoffzellenstack (1), welcher mindestens einen elektrischen Anschluss pro Pol (1a, 1b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstack (1) über die Anschlüsse (1a, 1b) mit einer Wechselspannungserzeugungsvorrichtung (2) verbunden ist zur elektrischen Heizung des Brennstoffzellenstacks (1).
Brennstoffzellensystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Anschluss (1a, 1b) zum Anschluss eines externen elektrischen Verbrauchers geeignet ist und/oder mindestens eine Anschlussklemme ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungserzeugungsvorrichtung (2) eine Wechselspannungsquelle (2a) und eine elektrisch in Reihe mit der Wechselspannungsquelle (2a) geschaltete Gleichspannungsquelle (2b) aufweist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquellen (2a, 2b) in einer einzigen Vorrichtung integriert sind.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquellen (2a, 2b) durch eine leistungselektronische Schaltung realisiert sind.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die leistungselektronische Schaltung durch einen Tiefsetzsteller, Hochsetzsteller, Inverswandler, SEPIC-Wandler, Cuk-Wandler gebildet ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die leistungselektronische Schaltung eine bidirektionale Schaltung zum Heizen des Brennstoffzellenstacks und zur Wandlung der Ausgangsspannung im Brennstoffzellenbetrieb ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungserzeugungsvorrichtung (2) eine Wechselspannungsquelle (2a) und einen elektrisch in Reihe mit der Wechselspannungsquelle (2a) geschalteten Kondensator (2c) aufweist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Wechselspannungserzeugungsvorrichtung (2) der Leerlaufspannung oder der Arbeitsspannung des Brennstoffzellenstacks eine Wechselspannung mit einer Amplitude von über 0.2 V und/oder unter 0.6 V, insbesondere von über 0.3 V und/oder unter 0.5 V, insbesondere von über 0.35 V und/oder unter 0.45 V, insbesondere von 0.4 V je Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstacks überlagerbar ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Wechselspannungserzeugungsvorrichtung (2) eine rechteckförmige Wechselspannung, die an den Flanken abgerundet ist, erzeugbar ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Wechselspannungserzeugungsvorrichtung (2) eine Wechselspannung mit einer Frequenz von über 10 Hz und/oder unter 10 MHz, insbesondere von über 100 Hz und/oder unter 1 MHz, insbeson dere von über 1 kHz und/oder unter 100 kHz erzeugbar ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Wechselspannungserzeugungsvorrichtung (2) mittels eines resonanten Verfahrens eine Wechselspannung an den Brennstoffzellenstack (1) anlegbar ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstack (1) mindestens zwei elektrisch in Reihe geschaltete Brennstoffzellen oder mindestens zwei elektrisch parallel geschaltete Brennstoffzellen aufweist.
Heizverfahren für die Aufheizung eines mindestens eine Brennstoffzelle aufweisenden Brennstoffzellenstacks (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselstrom in mindestens eine der Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstacks (1) eingespeist wird.
Heizverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13 verwendet wird.
Heizverfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstrom durch Anlegen einer Wechselspannung an mindestens einen, insbesondere zum Anschluss mindestens eines externen Verbrauchers verwendbaren oder verwendeten elektrischen Anschluss (1a, 1b), insbesondere Anschlussklemmen, des Brennstoffzellenstacks (1) eingespeist wird.
Heizverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstrom mit Hilfe einer Wechselspannungserzeugungsvorrichtung (2), welche elektrisch in Reihe geschaltet eine Wechselspannungsquelle (2a) und eine Gleichspannungsquelle (2b) aufweist, eingespeist wird.
Heizverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstrom mit Hilfe einer Wechselspannungserzeugungsvorrichtung (2), welche elektrisch in Reihe geschaltet eine Wechselspannungsquelle (2a) und einen Kondensator (2c) aufweist, eingespeist wird.
Heizverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einspeisung des Wechselstroms der Leerlaufspannung oder der Arbeitsspannung des Brennstoffzellenstacks eine Wechselspannung mit einer Amplitude von über 0.2 V und/oder unter 0.6 V, insbesondere von über 0.3 V und/oder unter 0.5 V, insbesondere von über 0.35 V und/oder unter 0.45 V, insbesondere von 0.4 V je Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstacks überlagert wird.
Heizverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einspeisung des Wechselstroms der Leerlaufspannung oder der Arbeitsspannung des Brennstoffzellenstacks eine rechteckförmige Wechselspannung, die an den Flanken durch eine sinusförmige Überlagerung abgerundet ist, überlagert wird.
Heizverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einspeisung des Wechselstroms der Leerlaufspannung oder der Arbeitsspannung des Brennstoffzellenstacks eine Wechselspannung mit einer Frequenz im Bereich von 10 Hz bis 10 MHz, insbesondere von 100 Hz bis 1 MHz, insbesondere von 1 kHz bis 100 kHz überlagert wird.
Heizverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstrom bzw. die Wechselspannung mittels eines resonanten Verfahrens eingespeist bzw. angelegt wird.