DE102008000692A1

DE102008000692A1 - Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem mit integrierten Akkus

Info

Publication number: DE102008000692A1
Application number: DE102008000692A
Authority: DE
Inventors: Ming-Yao Chupei Dong; Chun-Chin Chupei Tung
Original assignee: Antig Technology Co Ltd; Syspotek Corp
Current assignee: Antig Technology Co Ltd; Syspotek Corp
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2008-12-24
Also published as: TW200841502A; US20080246432A1; JP2008259411A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem mit integrierten Akkus, bestehend aus einer Brennstoffzellenanordnung (1), die Gleichstrom ausgeben kann; einem Akku-Gerät (3), das eine Vielzahl von Akkus (31, 32) umfasst, die als Sekundärbatterien ausgeführt sind und Gleichstrom ein- oder ausgeben können; und einer Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2), die einen Gleichstromausgang der Kreislauf-Umschaltvorrichtung und ein elektrisches Einschaltwahl-Mittel aufweist. Dabei sind die Brennstoffzellenanordnung (1) und die Akkus (31, 32) jeweils mit der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) elektrisch verbunden, die dann ein elektrisches Einschalten der Brennstoffzellenanordnung (1) mit einem der Akkus (31, 32) des Akku-Geräts (3) und eine elektrische Verbindung eines der weiteren Akkus (31, 32) des Akku-Geräts (3) mit dem Gleichstromausgang der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) bestimmt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem mit integrierten Akkus, insbesondere ein Stromversorgungssystem, bei dem die Stromaufladung der Akkus durch eine Brennstoffzelle erfolgt, so dass der erforderliche Strom direkt durch die Akkus ausgegeben werden kann.
Stand der Technik
Bei den herkömmlichen Brennstoffzellen ist ein Brennstoffzellenkern vorhanden, in dem eine elektrisch-chemische Reaktion eines wasserstoffreichen Brennstoffs (z. B. Methanol) und eines Sauerstoff-Brennstoffs stattfindet. Bei solchen Brennstoffzellen müssen normalerweise die für die elektrisch-chemische Reaktion der Brennstoffzelle erforderlichen Betriebsbedingungen oder der Betriebsvorgang durch ein kompliziertes Hilfssystem (Balance of Plant, BOP) gesteuert werden. Wenn solche Brennstoffzellen im heftigen Lastveränderungsbereich verwendet werden, sind sowohl eine Steuerung der Betriebsbedingungen der Brennstoffzellen durch das Hilfssystem als auch ein kompliziertes Elektrizitätsverwaltungsystem erforderlich, wozu Sekundärbatterien zur Elektrizitätsverteilung eingesetzt werden sollen.
Daher ist das herkömmliche Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem mit integrierten Sekundärbatterien schwieriger zu steuern; außerdem verursacht das komplizierte Hilfssystem oder das Elektrizitätsverwaltungsystem ggf. höhere Kosten für das Gesamtstromversorgungssystem.
Angesichts der Probleme beim herkömmlichen Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem hat der Erfinder sich dem Studium dieser Technik gewidmet und sich an diesbezügliche Theorien angelehnt und letztendlich ein Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem mit integrierten Akkus hervorgebracht.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem mit integrierten Akkus zu schaffen, wobei der durch die Brennstoffzellenanordnung erzeugte Strom zur Aufladung der Akkus verwendet wird, die den erforderlichen Strom direktausgeben, wodurch die Steuerung der Bedingungen für die Reaktion des Stromerzeugungskerns der Brennstoffzellenanordnung vereinfacht werden kann, so dass die Vorrichtung oder der Vorgang zur Steuerung der Reaktion des Stromerzeugungskerns des Brennstoffzellen-Stromversorgungssystems weiterhin vereinfacht werden kann.
Die zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem mit integrierten Akkus zu schaffen, wobei durch Umschalten der Akkus in den Auflade- oder Stromausgabezustand die Brennstoffzelle zum Kern der Stromerzeugung wird, und die Akkus Strom ausgeben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem mit integrierten Akkus zu schaffen, wobei die Akkus durch einen elektrischen Laufkreis und durch das Absinken und Ansteigen der Spannung, das im Auflade- und Stromausgabezustand der Akkus erzeugt wird, in den Auflade- oder Stromausgabezustand umgeschaltet werden.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem mit integrierten Akkus mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die o. g. Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem mit integrierten Akkus, bestehend aus einer Brennstoffzellenanordnung, die Gleichstrom ausgeben kann; einem Akku-Gerät, das eine Vielzahl von Akkus umfasst, die als Sekundärbatterien ausgeführt sind und Gleichstrom ein- oder ausgeben können; und einer Kreislauf-Umschaltvorrichtung, die einen Gleichstromausgang der Kreislauf-Umschaltvorrichtung und ein elektrisches Einschaltwahlmittel aufweist. Dabei sind die Brennstoffzellenanordnung und die Akkus jeweils mit der Kreislauf-Umschaltvorrichtung elektrisch verbunden, die dann ein elektrisches Einschalten der Brennstoffzellenanordnung mit einem der Akkus des Akku-Geräts und die elektrische Verbindung eines der weiteren Akkus des Akku-Geräts mit dem Gleichstromausgang der Kreislauf-Umschaltvorrichtung bestimmt.
Die Kreislauf-Umschaltvorrichtung kann einen Kreislauf zum Beschränken der Stromflussrichtung umfassen, die aus einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Element zum Beschränken der Stromflussrichtung besteht, wobei die Elemente zum Beschränken der Stromflussrichtung des Stromflusses dazu dienen, die Richtung des Stromflusses jeweils auf die Stromdurchlassrichtung zu beschränken.
Das erste Element zum Beschränken der Stromflussrichtung ist mit dem zweiten Element zum Beschränken der Stromflussrichtung, und das dritte Element zum Beschränken der Stromflussrichtung ist mit dem vierten Element zum Beschränken der Stromflussrichtung elektrisch hintereinander verbunden. Das eine Ende des ersten Elements zum Beschränken der Stromflussrichtung ist als erster Knotenpunkt, das Teil zwischen dem ersten und dem zweiten Element zum Beschränken der Stromflussrichtung als zweiter Knotenpunkt, das andere Ende des zweiten Elements zum Beschränken der Stromflussrichtung als dritter Knotenpunkt und das Teil zwischen dem dritten und dem vierten Element zum Beschränken der Stromflussrichtung als vierter Knotenpunkt definiert. Dabei ist das dritte Element zum Beschränken der Stromflussrichtung an einem Ende mit dem ersten Knotenpunkt elektrisch verbunden, und das vierte Element zum Beschränken der Stromflussrichtung ist am anderen Ende mit dem dritten Knotenpunkt elektrisch verbunden. Vom ersten zum zweiten Knotenpunkt, vom zweiten zum dritten Knotenpunkt, vom ersten zum vierten Knotenpunkt und vom vierten zum dritten Knotenpunkt fließt der Strom insgesamt entweder in die Stromdurchlassrichtung oder in die Rückwärtsrichtung. Der Gleichstrom-Ausgang der Brennstoffzellenanordnung, der Gleichstrom-Ausgang des zweiten Akkus, der Gleichstrom-Ausgang der Kreislauf-Umschaltvorrichtung und der Gleichstrom-Ausgang des ersten Akkus sind jeweils mit dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Knotenpunkt elektrisch verbunden.
Ferner kann die Kreislauf-Umschaltvorrichtung eine Umschalteinheit und eine Steuereinheit umfassen, wobei die Umschalteinheit als logisch steuerbare Schaltung ausgeführt ist, und die Steuereinheit als Mikroprozessor mit logischer Steuerung ausgeführt ist. Die Steuereinheit steuert die Auswahl der Umschalteinheit der Kreislauf-Umschaltvorrichtung zum elektrischen Einschalten mit einem der Akkus im Akku-Gerät sowie die Auswahl eines der weiteren Akkus zum Stromausgeben.
Weiterhin kann die Kreislauf-Umschaltvorrichtung eine Sensoreinheit umfassen, die als Stromsensorelement ausgeführt und jeweils mit dem ersten und dem zweiten Akku des Akku-Geräts elektrisch verbunden ist. Die Sensoreinheit rückkoppelt die aus dem ersten und dem zweiten Akku ausgegebene Stromeigenschaft zur Steuereinheit, die sodann gemäß der Stromeigenschaft den Bedienvorgang zum Feststellen und zur Steuerung der Umschalteinheit ermöglicht.
Die Erfindung weist folgende Vorteile auf: die Steuerung der Bedingungen für die Reaktion des Stromerzeugungskerns der Brennstoffzellenanordnung kann vereinfacht werden, so dass die Vorrichtung oder der Vorgang zur Steuerung der Bedingungen für die Reaktion des Brennstoffzellen-Stromversorgungssystems als Kern weiterhin vereinfacht werden kann; durch Umschalten der Akkus in den Auflade- oder Stromausgabezustand wird beim erfindungsgemäßen Stromversorgungsystem die Brennstoffzelle zum Kern der Stromerzeugung, und die Akkus geben Strom aus; die Akkus werden durch einen elektrischen Laufkreis und durch das Absinken und Ansteigen der Spannung, das im Auflade- und Stromausgabezustand der Akkus erzeugt wird, in den Auflade- oder Stromausgabezustand umgeschaltet.
Im Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Jedoch soll die Erfindung nicht auf die Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschränkt werden.
Wege der Ausführung der Erfindung
1 zeigt ein Diagramm des Verhältnisses zwischen den Bauelementen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Stromversorgungssystems mit integrierten Akkus gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem umfasst eine Brennstoffzellenanordnung 1, eine Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 und ein Akku-Gerät 3. Die Brennstoffzellenanordnung 1 umfasst einen Brennstoffzellen-Stromerzeugungskern und kann daher den Betriebsmechanismus der Brennstoffzellen durchführen und ferner Gleichstrom erzeugen, der über den Positiv- und Negativpol des Gleichstromausgangs der Brennstoffzellenanordnung ausgegeben wird. Das Akku-Gerät 3 umfasst eine Vielzahl von Akkus und Aufladeschaltungen, wobei die Akkus jeweils mit der Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 elektrisch verbunden sind, Gleichstrom erzeugen können und über den Positiv- und Negativpol des Gleichstromausgangs der Brennstoffzellenanordnung der Akkus den Strom zur Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 ausgeben, die die Wahl trifft, ob die Akkus im Akku-Gerät 3 Strom bereitstellen sollen oder die Brennstoffzellenanordnung 1 über die Auflade-Schaltungen des Akku-Geräts 3 die Akkus im Akku-Gerät 3 aufladen soll. Die Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 umfasst Schaltungsmittel der Gleichstrom-Ausgänge, um elektrische Kreisläufe des Gleichstroms zu bilden; die Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 kann die Wahl treffen, mit welchem Akku im Akku-Gerät 3 die Brennstoffzellenanordnung 1 elektrisch eingeschaltet wird, und welcher der weiteren Akkus im Akku-Gerät 3 Strom ausgibt oder mit einem elektronischen Gerät 4 elektrisch eingeschaltet wird. Auf diese Weise ist möglich, dass während der Stromausgabe eines bestimmten Akkus im Akku-Gerät 3 die Brennstoffzellenanordnung 1 gleichzeitig die anderen Akkus im Akku-Gerät 3, die keinen Strom ausgeben, auflädt.
Konkret gesagt kann die Brennstoffzellenanordnung 1 Strom mit bestimmter Spannung ausgeben. Das Akku-Gerät 3 umfasst einen ersten Akku 31 und einen zweiten Akku 32. Die Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 kann die Wahl treffen, dass entweder die Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem ersten Akku 31 und der zweite Akku 32 mit dem elektronischen Gerät 4 elektrisch verbunden wird, oder dass die Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem zweiten Akku 32, und der erste Akku 31 mit dem elektronischen Gerät 4 elektrisch verbunden wird. Nach Absinken des Stroms des ersten Akkus 31, kann die Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 sich dafür entscheiden, dass die Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem ersten Akku 31 und der zweite Akku 32 mit dem elektronischen Gerät 4 elektrisch verbunden wird, so dass die Brennstoffzellenanordnung 1 den ersten Akku 31 auflädt, und der zweite Akku 32 Strom zum elektronischen Gerät 4 ausgibt. Gleichfalls gilt, dass nach Absinken des Stroms des zweiten Akkus 32 die Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 sich dafür entscheiden kann, dass die Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem zweiten Akku 32, und der erste Akku 31 mit dem elektronischen Gerät 4 elektrisch verbunden wird, so dass die Brennstoffzellenanordnung 1 den zweiten Akku 32 auflädt, und der erste Akku 31 Strom zum elektronischen Gerät 4 ausgibt.
2 zeigt ein Diagramm des Verhältnisses zwischen den Bauelementen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Stromversorgungssystems mit integrierten Akkus gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Hierbei kann die Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 einen Kreislauf zum Beschränken der Stromflussrichtung 21, einen ersten Gleichstrom-Ausgang 26 und einen zweiten Gleichstrom-Ausgang 27 umfassen. Der Kreislauf zum Beschränken der Stromflussrichtung 21 umfasst ein erstes 21a, ein zweites 21b, ein drittes 21c und ein viertes Element zum Beschränken der Stromflussrichtung 21d, die die Richtung des Stromflusses jeweils auf die Stromdurchlassrichtung beschränken. Konkret gesagt können die Elemente zum Beschränken der Stromflussrichtung 21a–d als Diode ausgeführt werden. Die Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 umfasst einen ersten 22, einen zweiten 23, einen dritten 24 und einen fünften Knotenpunkt 25. Der Kreislauf zum Beschränken der Stromflussrichtung 21 ist über den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten Knotenpunkt 22, 23, 24, 25 jeweils mit der Brennstoffzellenanordnung 1, dem zweiten Akku 32, dem ersten Gleichstrom-Ausgang 26 und dem ersten Akku 31 elektrisch verbunden. Das erste Element zum Beschränken der Stromflussrichtung 21a ist mit dem zweiten Element zum Beschränken der Stromflussrichtung 21b und das dritte Element zum Beschränken der Stromflussrichtung 21c mit dem vierten Element zum Beschränken der Stromflussrichtung 21d elektrisch hintereinander verbunden. Daserste Element zum Beschränken der Stromflussrichtung 21a ist an einem Ende mit dem ersten Knotenpunkt 22 elektrisch verbunden; das andere Ende des ersten Elements zum Beschränken der Stromflussrichtung 21a und das eine Ende des zweiten Elements zum Beschränken der Stromflussrichtung 21b sind mit dem zweiten Knotenpunkt 23 elektrisch verbunden; das andere Ende des zweiten Elements zum Beschränken der Stromflussrichtung 21b ist mit dem dritten Knotenpunkt 24 elektrisch verbunden; das eine Ende des dritten Elements zum Beschränken der Stromflussrichtung 21c ist mit dem ersten Knotenpunkt 22 elektrisch verbunden; das andere Ende des dritten Elements zum Beschränken der Stromflussrichtung 21c und das eine Ende des vierten Elements zum Beschränken der Stromflussrichtung 21d sind mit dem vierten Knotenpunkt 25 elektrisch verbunden; das andere Ende des vierten Elements zum Beschränken der Stromflussrichtung 21d ist mit dem dritten Knotenpunkt 24 elektrisch verbunden, so dass das hintereinander verbundene erste 21a und zweite Element zum Beschränken der Stromflussrichtung 21b parallel zum hintereinander verbundenen dritten 21c und vierten Element zum Beschränken der Stromflussrichtung 21d verbunden sind und dass der Strom vom ersten 22 zum zweiten Knotenpunkt 23, vom zweiten 23 zum dritten Knotenpunkt 24, vom ersten 22 zum vierten Knotenpunkt 25 und vom vierten 25 zum dritten Knotenpunkt 24 in Durchlassrichtung fließt. Außerdem sind der Gleichstromausgang-Positivpol der Brennstoffzellenanordnung 1, der Gleichstromausgang-Positivpol des zweiten Akkus 32, der erste Gleichstromausgang-Ausgang 26 der Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 und der Gleichstromausgang-Positivpol des ersten Akkus 31 jeweils mit dem ersten 22, dem zweiten 23, dem dritten 24 und dem vierten Knotenpunkt 25 elektrisch verbunden; der Gleichstromausgang-Negativpol der Brennstoffzellenanordnung 1, der Gleichstromausgang-Negativpol des ersten Akkus 31 und der Gleichstromausgang-Negativpol des zweiten Akkus 32 sind jeweils mit dem zweiten Gleichstromausgang-Ausgang 27 elektrisch verbunden.
Des Weiteren können der erste 26 und der zweite Gleichstrom-Ausgang 27 der Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 jeweils als Positivpol- und Negativpol-Zugang des Gleichstromausgangs ausgeführt werden, wobei die Brennstoffzellenanordnung 1, das Akku-Gerät 3 und das elektronische Gerät 4 durch den zweiten Gleichstrom-Ausgang 27 zu einer gemeinsamen Erdung der Schaltungen kommen.
Wenn also der Gleichstromausgang-Positivpol des zweiten Akkus 32 der Reihe nach über den zweiten Knotenpunkt 23, das zweite Element zum Beschränken der Stromflussrichtung 21b, den dritten Knotenpunkt 24 und den ersten Gleichstrom-Ausgang 26 des Kreislaufs zum Beschränken der Stromflussrichtung 21 Strom zum elektronischen Gerät 4 ausgibt, wird die Ausgangsspannung des zweiten Akkus 32 so absinken, dass sie niedriger als die Ausgangsspannung des ersten Akkus 31 und somit niedriger als die Ausgangsspannung der Brennstoffzellenanordnung 1 liegt. Anschließend gibt der Gleichstromausgang-Positivpol der Brennstoffzellenanordnung 1 der Reihe nach über den ersten Knotenpunkt 22, über das erste Element zum Beschränken der Stromflussrichtung 21a und über den zweiten Knotenpunkt 23 Strom zum zweiten Akku 32 aus und führt eine Aufladung durch; gleichzeitig gibt der Gleichstromausgang-Positivpol des ersten Akkus 31 der Reihe nach über den vierten Knotenpunkt 25, über das vierte Element zum Beschränken der Stromflussrichtung 21d, über den dritten Knotenpunkt 24 und den ersten Gleichstrom-Ausgang 26 des Kreislaufs zum Beschränken der Stromflussrichtung 21 Strom zum elektronischen Gerät 4 aus, wobei die Ausgangsspannung des ersten Akkus 31 so absinken wird, dass sie niedriger als die Ausgangsspannung des zweiten Akkus 32 und somit niedriger als die Ausgangsspannung der Brennstoffzellenanordnung 1 liegt. Dadurch bilden der erste Akku 31 und der zweite Akku 32 des Akku-Geräts 3 einen Mechanismus zum abwechselnden Auf- und Entladen.
3 zeigt ein Diagramm des Verhältnisses zwischen den Bauelementen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Stromversorgungssystems mit integrierten Akkus gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Hierbei umfasst die Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 eine Umschalteinheit 28 und eine Steuereinheit 29, wobei die Umschalteinheit 28 als logisch steuerbare Schaltung ausgeführt ist und die Steuereinheit 29 als Mikroprozessor mit logischer Steuerung ausgeführt ist. Die Steuereinheit 29 steuert die Umschalteinheit 28 der Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 zur Auswahl, dass die Brennstoffzellenanordnung 1 mit einem der Akkus im Akku-Gerät 3 elektrisch eingeschaltet wird und dass einer der weiteren Akkus im Akku-Gerät 3 entweder Strom ausgibt oder mit einem elektronischen Gerät 4 elektrisch eingeschaltet wird.
Demzufolge liegt beim erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem mit integrierten Akkus die Spannung des zweiten Akkus 32 höher als die des ersten Akkus 31, so dass die Steuereinheit 29 die Wahl treffen kann, dass die Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem ersten Akku 31 und der zweite Akku 32 mit dem elektronischen Gerät 4 elektrisch verbunden ist, damit sie den ersten Akku 31 aufladen kann und der zweite Akku 32 Strom zum elektronischen Gerät 4 ausgibt. Ebenfalls ist möglich, dass die Steuereinheit 29 die Wahl trifft, dass die Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem zweiten Akku 32 und der erste Akku 31 mit dem elektronischen Gerät 4 elektrisch verbunden ist, wodurch die Brennstoffzellenanordnung 1 den zweiten Akku 32 aufladen kann und der erste Akku 31 Strom zum elektronischen Gerät 4 ausgibt.
Darüber hinaus kann die Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 weiterhin eine Sensoreinheit 291 umfassen, die als Stromsensorelement ausgeführt und jeweils mit dem ersten 31 und dem zweiten Akkus 32 des Akku-Geräts 3 elektrisch verbunden ist, um die vom ersten 31 und dem zweiten Akku 32 ausgegebenen jeweiligen Stromeigenschaften abzutasten und sodann gemäß der Stromeigenschaft der Steuereinheit 29 den Bedienvorgang zum Feststellen und zur Steuerung der Umschalteinheit 28 zu ermöglichen. Konkret gesagt kann die Sensoreinheit 291 die jeweilige Ausgangsspannung des ersten 31 und des zweiten Akkus 32 ermitteln, so dass die Steuereinheit 29 gemäß dem von der Sensoreinheit 291 rückgekoppelten Spannungssignal die Schaltung der Umschalteinheit 28 zum logischen Arbeiten steuern kann. Wenn die von der Sensoreinheit 291 rückgekoppelte Spannung des vom ersten Akku 31 ausgegebenen Stroms niedriger als die vorbestimmte Spannung liegt, wird die Steuereinheit 29 die Umschalteinheit 28 zu der Wahl veranlassen, dass die Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem ersten Akku 31 und der zweite Akku 32 mit dem elektronischen Gerät 4 elektrisch verbunden wird, damit sie den ersten Akku 31 aufladen kann und der zweite Akku 32 Strom zum elektronischen Gerät 4 ausgibt. Ebenfalls ist möglich, dass, wenn die von der Sensoreinheit 291 rückgekoppelte Spannung des vom zweiten Akku 32 ausgegebenen Stroms niedriger als die vorbestimmte Spannung liegt, die Steuereinheit 29 die Umschalteinheit 28 zu der Wahl veranlasst, dass die Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem zweiten Akku 32 und der erste Akku 31 mit dem elektronischen Gerät 4 elektrisch verbunden wird, damit sie den zweiten Akku 32 aufladen kann und der erste Akku 31 Strom zum elektronischen Gerät 4 ausgibt.
4 zeigt ein Diagramm des Verhältnisses zwischen den Bauelementen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Stromversorgungssystems mit integrierten Akkus gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Bei der Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 umfasst die Umschalteinheit 28 die logisch steuerbaren Schaltungen eines ersten 28a und eines zweiten Schalterelements 28b, wobei das erste 28a und das zweite Schalterelement 28b als logische Steuerelemente (Typ: ein Port zu mehreren Ports) ausgeführt sind. Das erste Schalterelement 28a ist an einem Eingang mit dem ersten Knotenpunkt 22 und an zwei Ausgängen mit dem zweiten 23 und dem vierten Knotenpunkt 25 elektrisch verbunden, und das zweite Schalterelement 28b ist an zwei Eingängen jeweils mit dem zweiten 23 und dem vierten Knotenpunkt 25 und an einem Ausgang mit dem dritten Knotenpunkt 24 elektrisch verbunden. Dadurch wird das Schalterelement 28a mit der Brennstoffzellenanordnung 1, dem ersten Akku 31 und dem zweiten Akku 32 elektrisch verbunden und das zweite Schalterelement 28b mit dem elektronischen Gerät 4, dem ersten Akku 31 und dem zweiten Akku 32 elektrisch verbunden. Durch die Steuerung der Steuereinheit 29 nimmt das erste Schalterelement 28a ein elektrisches Einschalten der Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem ersten Akku 31 vor und das zweite Schalterelement 28b nimmt ein elektrisches Einschalten des zweiten Akkus 32 mit dem elektronischen Gerät 4 vor; alternativ kann durch die Steuerung der Steuereinheit 29 das erste Schalterelement 28a ein elektrisches Einschalten der Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem zweiten Akku 32 vornehmen und das zweite Schalterelement 28b kann ein elektrisches Einschalten des ersten Akkus 31 mit dem elektronischen Gerät 4 vornehmen.
Ferner können der erste 26 und der zweite Gleichstrom-Ausgang in der Kreislauf-Umschaltvorrichtung 2 wie im vorhergenannten Ausführungsbeispiel jeweils als Positivpol- und Negativpol-Zugang des Gleichstroms ausgeführt werden, wobei die Brennstoffzellenanordnung 1, das Akku-Gerät 3 und das elektronische Gerät 4 durch den zweiten Gleichstrom-Ausgang 27 zu einer gemeinsamen Erdung der Schaltungen kommen.
Im erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem mit integrierten Akkus ist möglich, dass die Spannung des zweiten Akkus 32 höher als die des ersten Akkus 31 vorbestimmt wird, so dass, wenn die von der Sensoreinheit 291 rückgekoppelte Spannung des Ausgangsstroms des ersten Akkus 31 niedriger als die vorbestimmte Spannung liegt, durch die Steuerung der Steuereinheit 29 das erste Schalterelement 28a ein elektrisches Einschalten der Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem ersten Akku 31 und das zweite Schalterelement 28b ein elektrisches Einschalten des zweiten Akkus 32 mit dem elektronischen Gerät 4 vornimmt, wodurch die Brennstoffzellenanordnung 1 den ersten Akku 31 aufladen kann und der zweite Akku 32 Strom zum elektronischen Gerät 4 ausgeben kann. Ebenfalls ist möglich, dass, wenn die von der Sensoreinheit 291 rückgekoppelte Spannung des Ausgangsstroms des zweiten Akkus 32 niedriger als die vorbestimmte Spannung liegt, durch die Steuerung der Steuereinheit 29 das erste Schalterelement 28a ein elektrisches Einschalten der Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem zweiten Akku 32 und das zweite Schalterelement 28b ein elektrisches Einschalten des ersten Akkus 31 mit dem elektronischen Gerät 4 vornimmt, wodurch die Brennstoffzellenanordnung 1 den zweiten Akku 32 aufladen kann und der erste Akku 31 Strom zum elektronischen Gerät 4 ausgeben kann.
Wenn die von der Sensoreinheit 291 rückgekoppelten Spannungen des Ausgangsstroms des ersten 31 und des zweiten Akkus 32 beide niedriger als die vorbestimmte Spannung liegen, kann durch die Steuerung der Steuereinheit 29 das erste Schalterelement 28a ein elektrisches Einschalten der Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem ersten Akku 31, und das zweite Schalterelement 28b ein elektrisches Einschalten des zweiten Akkus 32 mit dem elektronischen Gerät 4 vornehmen, so dass die Brennstoffzellenanordnung 1 den ersten Akku 31 aufladen kann und der zweite Akku 32 keinen Strom ausgibt. Im Falle, dass unter der Aufladung des Akkus 31 die aus der Sensoreinheit 291 rückgekoppelte Spannung des ersten Akkus 31 über der vorbestimmten Spannung liegt, kann ferner das Schalterelement 28a durch Steuerung der Steuereinheit 29 ein elektrisches Einschalten der Brennstoffzellenanordnung 1 mit dem zweiten Akku 32, und das zweite Schalterelement 28b ein elektrisches Einschalten des ersten Akkus 31 mit dem elektronischen Gerät 4 vornehmen, so dass die Brennstoffzellenanordnung 1 den zweiten Akku 32 aufladen kann, und der erste Akku 31 Strom zum elektronischen Gerät 4 ausgibt.
Die vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Patentansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die die in diesem technischen Bereich Sachkundigen gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung vornehmen, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Der Schutzbereich der Erfindung richtet sich auf die nachstehenden Patentansprüche.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein Diagramm des Verhältnisses zwischen den Bauelementen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Stromversorgungssystems mit integrierten Akkus gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt ein Diagramm des Verhältnisses zwischen den Bauelementen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Stromversorgungssystems mit integrierten Akkus gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
3 zeigt ein Diagramm des Verhältnisses zwischen den Bauelementen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Stromversorgungssystems mit integrierten Akkus gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
4 zeigt ein Diagramm des Verhältnisses zwischen den Bauelementen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Stromversorgungssystems mit integrierten Akkus gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

1: Brennstoffzellenanordnung
2: Kreislauf-Umschaltvorrichtung
21: Kreislauf zum Beschränken der Stromflussrichtung
21a: erstes Element zum Beschränken der Stromflussrichtung
21b: zweites Element zum Beschränken der Stromflussrichtung
21c: drittes Element zum Beschränken der Stromflussrichtung
21d: viertes Element zum Beschränken der Stromflussrichtung
22: erster Knotenpunkt
23: zweiter Knotenpunkt
24: dritter Knotenpunkt
25: vierter Knotenpunkt
26: erster Gleichstrom-Ausgang
27: zweiter Gleichstrom-Ausgang
28: Umschalteinheit
28a: erstes Schalterelement
28b: zweites Schalterelement
29: Steuereinheit
291: Sensoreinheit
3: Akku-Gerät
31: erster Akku
32: zweiter Akku
4: elektronisches Gerät

Claims

Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem mit integrierten Akkus, bestehend aus – einer Brennstoffzellenanordnung (1), die einen Gleichstrom-Ausgang zur Ausgabe des Gleichstroms mit konstanter Spannung aufweist; – einem Akku-Gerät (3), das eine Vielzahl von Akkus (31, 32) umfasst, die als Sekundärbatterien ausgeführt sind und Gleichstrom-Ausgänge zur Ein- und Ausgabe des Gleichstroms aufweisen; und – einer Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2), die einen Gleichstromausgang der Kreislauf-Umschaltvorrichtung und ein elektrisches Einschaltwahlmittel aufweist, wobei die Brennstoffzellenanordnung (1) und die Akkus (31, 32) jeweils mit der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) elektrisch verbunden sind, die dann ein elektrisches Einschalten der Brennstoffzellenanordnung (1) mit einem der Akkus (31, 32) des Akku-Geräts (3) und eine elektrische Verbindung eines der weiteren Akkus (31, 32) des Akku-Geräts (3) mit dem Gleichstromausgang der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) bestimmt.
Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Akkus einen ersten (31) und einen zweiten Akku (32) umfasst, wobei die Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) die Wahl trifft, die Brennstoffzellenanordnung (1) mit dem ersten Akku (31) und den zweiten Akku (32) mit dem Gleichstromausgang der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) elektrisch einzuschalten, oder die Brennstoffzellenanordnung (1) mit dem zweiten Akku (32) und den ersten Akku (31) mit dem Gleichstromausgang der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) elektrisch einzuschalten.
Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf zum Beschränken der Stromflussrichtung (21) ein erstes (21a), ein zweites (21b), ein drittes (21c) und ein viertes Element zum Beschränken der Stromflussrichtung (21d) umfasst, die die Richtung des Stromflusses jeweils auf die Stromdurchlassrichtung beschränken, wobei das erste Element zum Beschränken der Stromflussrichtung (21a) mit dem zweiten Element zum Beschränken der Stromflussrichtung (21b) und das dritte Element zum Beschränken der Stromflussrichtung (21c) mit dem vierten Element zum Beschränken der Stromflussrichtung (21d) elektrisch hintereinander verbunden ist; wobei das eine Ende des ersten Elements zum Beschränken der Stromflussrichtung (21a) als erster Knotenpunkt (22), das Teil zwischen dem ersten (21a) und dem zweiten Element zum Beschränken der Stromflussrichtung (21b) als zweiter Knotenpunkt (23), das andere Ende des zweiten Elements zum Beschränken der Stromflussrichtung (21b) als dritter Knotenpunkt (24) und das Teil zwischen dem dritten (21c) und dem vierten Element zum Beschränken der Stromflussrichtung (21d) als vierter Knotenpunkt (25) definiert ist; wobei das dritte Element zum Beschränken der Stromflussrichtung (21c) an einem Ende mit dem ersten Knotenpunkt (22) elektrisch verbunden ist und das vierte Element zum Beschränken der Stromflussrichtung (21d) am anderen Ende mit dem dritten Knotenpunkt (24) elektrisch verbunden ist; wobei vom ersten (22) zum zweiten Knotenpunkt (23), vom zweiten (23) zum dritten Knotenpunkt (24), vom ersten (22) zum vierten Knotenpunkt (25) und vom vierten (25) zum dritten Knotenpunkt (24) der Strom insgesamt entweder in die Stromdurchlassrichtung oder in die Rückwärtsrichtung fließt; und wobei der Gleichstrom-Ausgang der Brennstoffzellenanordnung (1), der Gleichstrom-Ausgang des zweiten Akkus (32), der Gleichstrom-Ausgang der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) und der Gleichstrom-Ausgang des ersten Akkus (31) jeweils mit dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Knotenpunkt (22, 23, 24, 25) elektrisch verbunden sind.
Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente zum Beschränken der Stromflussrichtung (21a–d) als Diode ausgeführt sind.
Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom vom ersten (22) zum zweiten Knotenpunkt (23), vom zweiten (23) zum dritten Knotenpunkt (24), vom ersten (22) zum vierten Knotenpunkt (25) und vom vierten (25) zum dritten Knotenpunkt (24) in Durchlassrichtung fließt; dass der Gleichstromausgang-Positivpol der Brennstoffzellenanordnung (1), der Gleichstromausgang-Positivpol des zweiten Akkus (32), der erste Gleichstrom-Ausgang (26) der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) und der Gleichstromausgang-Positivpol des ersten Akkus (31) jeweils mit dem ersten (22), dem zweiten (23), dem dritten (24) und dem vierten Knotenpunkt (25) elektrisch verbunden ist; und dass der Gleichstromausgang-Negativpol der Brennstoffzellenanordnung (1), der Gleichstromausgang-Negativpol des ersten Akkus (31) und der Gleichstromausgang-Negativpol des zweiten Akkus (32) jeweils mit dem Gleichstromausgang-Negativpol der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) elektrisch verbunden ist.
Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenanordnung (1) und das Akku-Gerät (3) eine gemeinsame Erdung mit dem Gleichstrom-Ausgang der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) besitzen.
Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) ferner eine Umschalteinheit (28) und eine Steuereinheit (29) umfasst, wobei die Umschalteinheit (28) als logisch steuerbare Schaltung ausgeführt ist, und die Steuereinheit (29) als Mikroprozessor mit logischer Steuerung ausgeführt ist und dass die Steuereinheit (29) die Umschalteinheit (28) der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) zu der Auswahl steuert, dass die Brennstoffzellenanordnung (1) mit einem der Akkus (31, 32) im Akku-Gerät (3) elektrisch eingeschaltet wird und einer der weiteren Akkus (31, 32) im Akku-Gerät (3) Strom ausgibt.
Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Akkus im Akku-Gerät (3) einen ersten (31) und einen zweiten Akku (32) umfasst, wobei die Steuereinheit (29) die Umschalteinheit (28) der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) zu der Auswahl steuert, dass die Brennstoffzellenanordnung (1) mit einem ersten Akku (31) elektrisch eingeschaltet wird und der zweite Akku (32) mit dem Gleichstromausgang der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) elektrisch eingeschaltet wird, oder dass die Steuereinheit (29) die Umschalteinheit (28) der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) zu der Auswahl steuert, dass die Brennstoffzellenanordnung (1) mit einem zweiten Akku (32) elektrisch eingeschaltet wird, und der erste Akku (31) mit dem Gleichstromausgang der Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) elektrisch eingeschaltet wird.
Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) ferner eine Sensoreinheit (291) aufweist, die als Stromsensorelement ausgeführt und jeweils mit dem ersten (31) und dem zweiten Akku (32) des Akku-Geräts (3) elektrisch verbunden ist und die aus dem ersten (31) und dem zweiten Akku (32) ausgegebene Stromeigenschaft zur Steuereinheit (29) rückkoppelt, die sodann gemäß der Stromeigenschaft den Bedienvorgang zum Feststellen und zur Steuerung der Umschalteinheit (28) ermöglicht.
Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (291) die jeweilige aus dem ersten (31) und dem zweiten Akku (32) ausgegebene Spannung ermittelt.
Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (28) ferner ein erstes (28a) und ein zweites Schalterelement (28b) aufweist, wobei das erste (28a) und das zweite Schalterelement (28b) als logische Steuerelemente, insbesondere vom Typ ein Port zu mehreren Ports, ausgeführt sind, wobei die Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) weiterhin einen ersten (22), einen zweiten (23), einen dritten (24) und einen vierten Knotenpunkt (25) umfasst; dass die Umschalteinheit (28) über den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten Knotenpunkt (22, 23, 24, 25) jeweils mit der Brennstoffzellenanordnung (1), dem zweiten Akku (32), dem ersten Gleichstrom-Ausgang (26) und dem ersten Akku (31) elektrisch verbunden sind; dass das erste Schalterelement (28a) an einem Eingang mit dem ersten Knotenpunkt (22) und an zwei Ausgängen mit dem zweiten (23) und dem vierten Knotenpunkt (25) elektrisch verbunden ist, und das zweite Schalterelement (28b) an zwei Eingängen jeweils mit dem zweiten (23) und dem vierten Knotenpunkt (25) und an einem Ausgang mit dem dritten Knotenpunkt (24) elektrisch verbunden ist; und dass durch die Steuerung der Steuereinheit (29) das erste Schalterelement (28a) ein elektrisches Einschalten der Brennstoffzellenanordnung (1) mit dem ersten Akku (31) vornimmt, und das zweite Schalterelement (28b) ein elektrisches Einschalte des zweiten Akkus (32) mit dem elektronischen Gerät (4) vornimmt, oder durch die Steuerung der Steuereinheit (29) das erste Schalterelement (28a) ein elektrisches Einschalten der Brennstoffzellenanordnung (1) mit dem zweiten Akku (32) vornimmt, und das zweite Schalterelement (28b) ein elektrisches Einschalten des ersten Akkus (31) mit dem elektronischen Gerät (4) vornimmt.
Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreislauf-Umschaltvorrichtung (2) ferner eine Sensoreinheit (291) aufweist, die als Stromsensorelement ausgeführt und jeweils mit dem ersten (31) und dem zweiten Akku (32) des Akku-Geräts (3) elektrisch verbunden ist und die aus dem ersten (31) und dem zweiten Akku (32) ausgegebene Stromeigenschaft zur Steuereinheit (29) rückkoppelt, die sodann gemäß der Stromeigenschaft den Bedienvorgang zum Feststellen und zur Steuerung der Umschalteinheit (28) ermöglicht.
Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (291) die jeweilige aus dem ersten (31) und dem zweiten Akku (32) ausgegebene Spannung ermittelt.