DE102013225754B4 - Stromversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung eines elektrischen Gleichstroms und Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung - Google Patents

Stromversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung eines elektrischen Gleichstroms und Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE102013225754B4
DE102013225754B4 DE102013225754.6A DE102013225754A DE102013225754B4 DE 102013225754 B4 DE102013225754 B4 DE 102013225754B4 DE 102013225754 A DE102013225754 A DE 102013225754A DE 102013225754 B4 DE102013225754 B4 DE 102013225754B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power supply
supply device
fuel gas
fuel
vacuum chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102013225754.6A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102013225754A1 (de
Inventor
Christian Riffelsberger
Martin Buchinger
Josef Paul Füger
Simon Wolfsegger
Mathias Griesbaum
Stefan Gruber
Mario Krumphuber
Ewald Wahlmüller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fronius International GmbH
Original Assignee
Fronius International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fronius International GmbH filed Critical Fronius International GmbH
Priority to DE102013225754.6A priority Critical patent/DE102013225754B4/de
Publication of DE102013225754A1 publication Critical patent/DE102013225754A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102013225754B4 publication Critical patent/DE102013225754B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H01M10/6563—Gases with forced flow, e.g. by blowers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H01M8/04208—Cartridges, cryogenic media or cryogenic reservoirs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04686—Failure or abnormal function of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Stromversorgungsvorrichtung (1) zur Bereitstellung eines elektrischen Gleichstroms für eine daran anschließbare elektrische Last (2), mit einem Brennstofftank (4) zur Versorgung von Brennstoffzellen (6) mit einem Brenngas, wobei der Brennstofftank (4) und die Brennstoffzellen (6) in einer Unterdruckkammer (3) der Stromversorgungsvorrichtung (1) vorgesehen sind, deren Abluft über einen in einem Abluftkanal (14) der Unterdruckkammer (3) angebrachten Entlüfter (15) zur Erzeugung eines Unterdruckes in der Unterdruckkammer (3) an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung (1) abgegeben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung eines elektrischen Gleichstroms für eine daran anschließbare elektrische Last mithilfe von Brennstoffzellen und die Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung.
  • Brennstoffzellen sind elektrochemische Stromerzeuger, welche die chemische Energie eines Brenngases und eines Oxidationsmittels direkt, ohne den Umweg einer Wärmeerzeugung, in elektrische Energie umwandeln. Grundsätzlich sind in einer Brennstoffzelle unterschiedliche oxidierbare gasförmige Brennstoffe einsetzbar. Bei herkömmlichen Brennstoffzellen wird hauptsächlich reiner Wasserstoff als Brennstoff verwendet. Brennstoffzellen zeichnen sich durch einen höheren Wirkungsgrad als Verbrennungsmotoren aus und haben zudem eine deutlich niedrigere Schadstoffemission. Während beispielsweise bei Verbrennungsmotoren durch Verbrennung fossiler Brennstoffe Kohlendioxid entsteht, entsteht in einer Brennstoffzelle bei Betrieb mit Wasserstoff als primären Brennstoff und mit Sauerstoff als Oxidationsmittel Wasser bzw. Wasserdampf.
  • In einer Stromversorgungsvorrichtung, die elektrischen Strom mithilfe von Brennstoffzellen erzeugt, wird das Brenngas, insbesondere Wasserstoff, in einem Brennstofftank gespeichert, welcher die Brennstoffzellen mit dem darin enthaltenen Brenngas versorgt. Aufgrund der hohen Reaktionsfähigkeit des Brenngases besteht bei einer derartigen Stromversorgungsvorrichtung eine Explosionsgefahr, vor allem wenn Brenngas aus dem Brennstofftank oder den Brenngasversorgungsleitungen durch Leckagen innerhalb des Gehäuses der Stromversorgungsvorrichtung entweicht. Daher werden herkömmliche Systeme zur Verminderung der Explosionsgefahr teilweise mittels eines explosionsgeschützten Entlüfters entlüftet bzw. gespült, um Ansammlungen von Brenngas, welche beispielsweise durch Leckagen entstehen können, zu vermeiden. Derartige herkömmliche Brennstoffzellensysteme haben jedoch den Nachteil, dass weiterhin eine gewisse Explosionsgefahr besteht. Brennstoffzellensysteme enthalten elektronische Komponenten, insbesondere eine Steuerelektronik bzw. Steuervorrichtung, welche u. a. den explosionsgeschützten Entlüfter zur Entlüftung des Brennstoffzellensystems ansteuert. Da sich sowohl die elektronischen Komponenten bzw. die Steuerelektronik und als auch der Brennstofftank sowie die Brenngasversorgungsleitungen innerhalb des Gehäuses der Stromversorgungsvorrichtung bzw. des Brennstoffzellensystems befinden, kann es bei Auftreten einer Leckage durch eine unter Spannung stehende elektronische Komponente zur Entzündung des ausgetretenen Brenngases kommen, sodass eine latente Explosionsgefahr besteht. Der in herkömmlichen Brennstoffzellensystemen eingesetzte explosionsgeschützte Lüfter kann eine lokale Konzentrationssteigerung eines aus dem Brennstofftank ungewollt ausgetretenen Brenngases innerhalb des Gehäuses des Brennstoffzellensystems nicht zuverlässig verhindern. Weiterhin besteht die Gefahr, dass der explosionsgeschützte Entlüfter selbst ausfällt bzw. eine Ansammlung von ungewollt ausgetretenem Brenngas innerhalb des Gehäuses aufgrund eines Ausfalls der Brenngassensoren sensorisch nicht erfasst wird, sodass der explosionsgeschützte Entlüfter durch die Steuerelektronik nicht in Betrieb genommen wird.
  • In der EP 1 397 843 B1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung beschrieben.
  • In der DE 10 2009 052 863 A1 ist eine Brennstoffzellenanordnung beschrieben.
  • In der WO 99/57335 A1 ist ein elektrochemisches System beschrieben, wobei elektrische Komponenten von einer Wasserstoffquelle abgetrennt sind.
  • In der DE 10 2007 011 534 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Kombination eines Heizgeräts mit einer Brennstoffzellenanlage beschrieben.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung eines elektrischen Gleichstroms für eine daran anschließbare elektrische Last zu schaffen, bei der eine Explosionsgefahr weitestgehend beseitigt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stromversorgungsvorrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung befindet sich demnach der Brennstofftank und die Brennstoffzellen sowie die Brenngasversorgungsleitungen zwischen dem Brennstofftank und den Brennstoffzellen in einem hermetisch abgeschlossenen separaten Raum, in dem ein Unterdruck besteht. In dieser Unterdruckkammer besteht ein im Vergleich zur Umgebung abgesenkter Druck, sodass für den Fall, dass Brenngas ungewollt, beispielsweise aus einer Versorgungsleitung, in die Unterdruckkammer entweicht, keinerlei Gefahr besteht, dass das ausgetretene Brenngas an irgendeiner undichten Stelle innerhalb der Wandung der Unterdruckkammer in andere Räume bzw. Bereiche innerhalb des Gehäuses der Stromversorgungsvorrichtung gelangt und dort durch eine elektronische Komponente gezündet wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung ist in dem Abluftkanal der Unterdruckkammer mindestens ein Brennstoffsensor zur Erfassung einer Konzentration eines in der Abluft enthaltenen Brenngases vorgesehen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung wird eine Kathodenabluft der Brennstoffzellen über eine Leitung in den Abluftkanal der Unterdruckkammer geleitet.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung ist der in dem Abluftkanal der Unterdruckkammer angeordnete Entlüfter ein explosionssicherer bzw. explosionsgeschützter Entlüfter.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung weist die Stromversorgungsvorrichtung eine außerhalb der Unterdruckkammer befindliche elektrische Speichereinrichtung auf, welche eine von den Brennstoffzellen erzeugte elektrische Energie speichert.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung weist die Stromversorgungsvorrichtung eine außerhalb der Unterdruckkammer befindliche Steuerelektronik mit einer Sicherheitslogik auf, welche Sensordaten des mindestens einen in dem Abluftkanal angebrachten Brenngassensors auswertet.
  • Bei der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung erkennt die Sicherheitslogik einen Fehlerzustand, falls eine durch die Sensordaten angegebene Konzentration des in der Abluft enthaltenen Brenngases einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung überwacht die Sicherheitslogik eine Drehzahl des in dem Abluftkanal angebrachten Entlüfters, um einen Fehlerzustand aufgrund eines Ausfalls des Entlüfters zu erkennen.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung wird der Brennstofftank über ein Tankventil mit Brenngas betankt, das unter Überdruck steht.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung wird das in dem Brennstofftank befindliche Brenngas über das Tankventil und eine Tankdruckminderungseinrichtung zur Reduzierung des Brenngasdrucks den Brennstoffzellen zugeführt.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung spricht bei einem aufgetretenen Schaden an der Tankdruckminderungseinrichtung ein Überdruckventil an, welches das Brenngas in den Abluftkanal der Unterdruckkammer absetzt, wobei eine Konzentration des abgesetzten Brenngases durch den in dem Abluftkanal vorgesehenen Brenngassensor erfasst wird.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung schließt die Sicherheitslogik der Steuerelektronik bei Erkennen eines Fehlerzustandes das Tankventil des Brennstofftankes zur Verminderung einer Explosionsgefahr.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung ist der Abluftkanal in einem oberen Bereich der Unterdruckkammer derart angeordnet, dass das Brenngas auch bei Ausfall des in dem Abluftkanal angebrachten Entlüfters selbständig an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung entweicht.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung ist außerhalb der Unterdruckkammer in einer Aufnahmekammer der Kühllüfter zur Kühlung der in der Aufnahmekammer befindlichen elektrischen Speichereinrichtung und der in der Aufnahmekammer befindlichen Steuerelektronik vorgesehen.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung wird dem Kühllüfter von der Umgebung ein Luftstrom zugeführt, der sich aus zwei Teilluftströmen zusammensetzt, welche die elektrische Speichereinrichtung und die Steuerelektronik der Stromversorgungsvorrichtung kühlen und deren Volumenstrom ein vorgegebenes Verhältnis aufweist.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung wird der Kühllüfter in einem Saugbetrieb gefahren und gibt den Luftstrom an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung ab.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung ist das in dem Brennstofftank befindliche Brenngas zur Versorgung der Brennstoffzellen Wasserstoff.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung ist die in der Aufnahmekammer befindliche elektrische Speichereinrichtung eine Lithium-Ionen-Batterie.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung sind alle gasführenden Leitungen zum Transport des Brenngases in der Unterdruckkammer der Stromversorgungsvorrichtung vorgesehen.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung liefert die elektrische Speichereinrichtung über einen Stromanschluss der Stromversorgungsvorrichtung einen elektrischen Gleichstrom emissionsfrei an eine daran angeschlossene elektrische Last.
  • Bei der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung weist die Stromversorgungsvorrichtung ein Gehäuse auf, in dem sich die Unterdruckkammer mit dem darin enthaltenen Brennstofftank und den darin enthaltenen Brennstoffzellen, und in dem sich der Aufnahmeraum zur Aufnahme der elektrischen Speichereinrichtung, der Steuereinrichtung und des Kühllüfters befinden.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung ist die Stromversorgungsvorrichtung in einem tragbaren Gehäuse untergebracht.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung wird der in der Unterdruckkammer herrschende Unterdruck etwa 5 bis 30 mbar geringer eingestellt als der in der Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung herrschende Umgebungsdruck.
  • Die Erfindung schafft ferner ein Elektrofahrzeug mit einem Elektromotor mit den in Patentanspruch 17 angegebenen Merkmalen.
  • Die Erfindung schafft demnach ein Elektrofahrzeug mit einem Elektromotor, der durch eine emissionsfreie Stromversorgungsvorrichtung mit einem elektrischen Strom versorgt wird, wobei die Stromversorgungsvorrichtung einen elektrischen Gleichstrom für den daran angeschlossenen Elektromotor liefert, wobei die Stromversorgungsvorrichtung aufweist:
    einen Brennstofftank zur Versorgung von Brennstoffzellen mit einem Brenngas,
    wobei der Brennstofftank und die Brennstoffzellen in einer Unterdruckkammer der Stromversorgungsvorrichtung vorgesehen sind, deren Abluft über einen in einem Abluftkanal der Unterdruckkammer angebrachten Entlüfter zur Erzeugung eines Unterdruckes in der Unterdruckkammer an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung abgegeben wird.
  • Im Folgenden werden mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung;
  • 2 ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung.
  • Wie man aus 1 erkennen kann, dient die erfindungsgemäße Stromversorgungsvorrichtung 1 zur Bereitstellung eines elektrischen Gleichstroms für eine daran anschließbare elektrische Last 2. Bei der elektrischen Last 2 kann es sich um eine beliebige elektrische Last, beispielsweise einen Elektromotor oder dergleichen, handeln. Die verschiedenen Komponenten der Stromversorgungsvorrichtung 1 befinden sich innerhalb eines Gehäuses. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Stromversorgungsvorrichtung 1 in einem tragbaren Gehäuse untergebracht. Die Stromversorgungsvorrichtung 1 ist vorzugsweise über eine Schnittstelle 9 an eine zugehörige Last 2 anschließbar.
  • Innerhalb des Gehäuses der Stromversorgungsvorrichtung 1 befindet sich eine Unterdruckkammer 3 mit einer Wandung, welche die darin enthaltenen Bauteile bzw. Komponenten hermetisch von den übrigen innerhalb des Gehäuses der Stromversorgungsvorrichtung 1 befindlichen Bauteile trennt. Wie in 1 dargestellt, befindet sich innerhalb der Unterdruckkammer 3 wenigstens ein Brennstofftank 4, der über Versorgungsleitungen 5 Brennstoffzellen 6 mit Brennstoff bzw. Brenngas versorgt. Die in der Unterdruckkammer 3 angeordneten Brennstoffzellen 6 sind vorzugsweise in einem Brennstoffzellenstack angeordnet und liefern einen elektrischen Strom, der über elektrische Leitungen 7 eine elektrische Speichereinrichtung 8 auflädt. Die elektrische Speichereinrichtung 8 befindet sich außerhalb der Unterdruckkammer 3 und speichert die von den Brennstoffzellen 6 gelieferte elektrische Energie. An die innerhalb des Gehäuses der Stromversorgungseinrichtung 1 befindliche elektrische Speichereinrichtung 8 ist über die Schnittstelle 9 die elektrische Last 2, beispielsweise ein Gleichstrommotor, angeschlossen. Die Stromversorgungsvorrichtung 1 enthält eine außerhalb der Unterdruckkammer 3 befindliche Steuerelektronik 10, welche den Ladezustand der elektrischen Speichereinrichtung 8 überwacht und den Verbrennungsprozess innerhalb der Brennstoffzellen 6 steuert.
  • Wie man in 1 erkennen kann, sind der Brennstofftank 4 und die Brennstoffzellen 6 in der Unterdruckkammer 3 der Stromversorgungsvorrichtung 1 vorgesehen, wobei die Abluft der Unterdruckkammer 3 über einen in einem Abluftkanal der Unterdruckkammer 3 angebrachten Entlüfter zur Erzeugung eines Unterdruckes in der Unterdruckkammer 3 an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung 1 abgegeben wird.
  • 2 zeigt schematisch eine mögliche konstruktive Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung 1.
  • Wie man in 2 erkennen kann, kann bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Brennstofftank 4 über ein Ventil 11 von außen mit Brenngas, beispielsweise Wasserstoff, betankt werden. In dem Brennstofftank 4 wird das Brenngas, welches unter Überdruck (von beispielsweise bis zu 350 bar) steht, gespeichert. Der Brennstofftank 4 speichert bei einer möglichen Ausführungsform ein Volumen von 25 l Brenngas. Das Ventil 11 kann bei einer möglichen Ausführungsform durch die Steuerelektronik 10 der Stromversorgungsvorrichtung 1, insbesondere durch eine darin enthaltene Sicherheitslogik 12, angesteuert werden. Bei Bedarf wird das Ventil 11 geöffnet, sodass das darin enthaltene Brenngas über die Brennstoffversorgungsleitungen 5 und ggf. eine vorhandene Druckminderungseinrichtung 13 zu dem Brennstoffzellenstack 6 gelangt. Die Brennstoffzellen 6 erzeugen elektrischen Strom aus dem zugeführten Brenngas, insbesondere Wasserstoff, sowie Sauerstoff bzw. Umgebungsluft. Die Brennstoffzellen 6 sind elektrochemische Stromerzeuger, die direkt aus einer chemischen Reaktion elektrischen Strom erzeugen. Hierzu wird einer Anode der Brennstoffzellen 6 Wasserstoff (H2) und einer Kathode der Brennstoffzellen 6 Sauerstoff (O2) bzw. Luft zugeführt, wobei die Anode und die Kathode durch einen Elektrolyt getrennt sind. Ein an der Anode der Brennstoffzellen 6 zugeführter Wasserstoff kann bei einer möglichen Ausführungsform an einem Katalysator, insbesondere Platin, reagieren, sodass jeweils ein Wasserstoffmolekül in zwei Wasserstoffatome gespalten wird. Das Wasserstoffatom weist ein negativ geladenes Elektron und ein positiv geladenes Proton auf. Bei der chemischen Reaktion gibt jedes Wasserstoffatom sein Elektron ab und die positiv geladenen Protonen diffundieren durch den Elektrolyt, welcher für die negativ geladenen Elektronen undurchlässig ist, zur Kathode der Brennstoffzellen 6. An der Kathode werden zeitgleich zu dem Brenngas bzw. Wasserstoff Sauerstoffmoleküle zugeführt. Die zugeführten Sauerstoffmoleküle reagieren am Katalysator und teilen sich jeweils in zwei Sauerstoffatome, welche sich an der Kathode der Brennstoffzelle 6 ablagern. Somit lagern sich an der Kathode der Brennstoffzelle 6 die positiv geladenen Protonen des Wasserstoffs sowie die Sauerstoffatome und an der Anode der Brennstoffzelle 6 die negativ geladenen Elektronen des Wasserstoffs. Hierdurch wird an der Kathode ein Elektronenmangel und an der Anode ein Elektronenüberschuss hervorgerufen. Der auf diese Weise gewonnene elektrische Strom wird über die elektrische Leitung 7 der elektrischen Speichereinrichtung 8 zu deren elektrischer Aufladung zugeführt. Bei der elektrischen Speichereinrichtung 8 kann es sich um einen Akkumulator bzw. eine Batterie handeln. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die elektrische Speichereinrichtung 8 eine Lithium-Ionen-Batterie. An die elektrische Speichereinrichtung 8 ist über die elektrische Schnittstelle 9 eine elektrische Last 2 anschließbar, wie in 2 dargestellt.
  • Wie man in 2 erkennen kann, befindet sich der Brennstofftank 4 sowie die Brennstoffzellen 6 innerhalb der Unterdruckkammer 3, wobei die Abluft der Unterdruckkammer 3 über einen in einem Abluftkanal 14 der Unterdruckkammer 3 angebrachten Entlüfter 15 zur Erzeugung des Unterdruckes Pu in der Unterdruckkammer 3 an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung 1 abgegeben wird.
  • In dem Abluftkanal 14 der Unterdruckkammer 3 befindet sich vorzugsweise mindestens ein Brenngassensor 16 zur Erfassung einer Konzentration c eines in der Abluft enthaltenen Brenngases. Wird in der Stromversorgungsvorrichtung 1 als Brenngas Wasserstoff eingesetzt, werden in dem Abluftkanal 14 als Brenngassensoren 16 Wasserstoffgassensoren vorgesehen. Die Brenngassensoren 16 erfassen eine Konzentration c mindestens eines in der Abluft enthaltenen Brenngases, beispielsweise Wasserstoff, und melden diese gemessene Konzentration c über eine Sensordatenleitung 17 an die Steuerelektronik 10, insbesondere an eine darin enthaltene Sicherheitslogik 12.
  • Der in dem Abluftkanal 14 befindliche Entlüfter 15 ist vorzugsweise ein explosionssicher ausgestalteter Entlüfter. Der Entlüfter 15 wird durch die Steuerelektronik 10 gesteuert und überwacht. Hierzu ist der Entlüfter 15 über elektrische Leitungen 18 mit der Steuerelektronik 10, insbesondere der darin enthaltenen Sicherheitslogik 12, verbunden. Die Sicherheitslogik 12 wertet die Sensordaten des mindestens einen in dem Abluftkanal 14 angebrachten Brenngassensors 16 aus. Bei einer möglichen Ausführungsform erkennt die Sicherheitslogik 12 der Steuerelektronik 10 einen Fehlerzustand, falls eine durch die Sensordaten angegebene Konzentration c des in der Abluft enthaltenen Brenngases, insbesondere Wasserstoff, einen vorgegebenen einstellbaren Schwellenwert CTH überschreitet. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform überwacht die Sicherheitslogik 12 ferner eine Drehzahl n des in dem Abluftkanal 14 angebrachten Entlüfters 15, um einen Fehlerzustand aufgrund eines Ausfalls des Entlüfters 15 zu erkennen. Ein Fehlerzustand des Entlüfters wird erkannt, wenn die Drehzahl n einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Entlüfter 15 um einen sogenannten ex-geschützten (non-sparking) Entlüfter. Die Abluft der Unterdruckkammer 3 wird als Volumenstrom über die Brenngassensoren 16 geführt. Bei einer möglichen speziellen Ausführungsform beträgt der Volumenstrom der Abluft etwa 50 bis 65 m3/h. Mithilfe der Brenngassensoren 16 werden allfällige Leckagen überwacht. Bei einer möglichen Ausführungsform handelt es sich bei den Brenngassensoren 16 um Wasserstoffgassensoren, welche beispielsweise 25% der unteren Explosionsgrenze von Wasserstoff (H2) in Luft (1 Vol.-% H2 in Luft) überwachen und detektieren. Bei einer möglichen Ausführungsform sind die Brenngassensoren 16 redundant ausgeführt, sodass bei Ausfall eines Brenngassensors noch mindestens ein weiterer Brenngassensor zur Verfügung steht. Die Lüfterfunktion des Entlüfters 15 wird durch Drehzahlüberwachung seitens der Sicherheitslogik 12 sichergestellt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abluftkanal 14 in einem oberen Bereich der Unterdruckkammer 3 derart angeordnet, dass das Brenngas auch bei Ausfall des in dem Abluftkanal 14 angebrachten Entlüfters 15 selbständig an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung 1 entweicht. Insbesondere bei Brenngas, welches leichter ist als die Umgebungsluft, kann auf diese Weise erreicht werden, dass selbst bei Ausfall des Entlüfters 15 ein Großteil des in der Unterdruckkammer 3 befindlichen Brenngases selbständig über den Abluftkanal 14 an die Umgebung entweicht. Bei dieser Ausführungsform befindet sich somit der Abluftkanal 14 in dem oberen Bereich der Unterdruckkammer 3, insbesondere über dem Brennstoffzellenstack 6 und dem Brennstofftank 4. Die Wandung der Unterdruckkammer 3 ist derart ausgestaltet, dass keinerlei Brenngas aus der Unterdruckkammer 3 an die Umgebung entweichen kann und ein Unterdruck Pu stabil innerhalb der Unterdruckkammer 3 aufgebaut wird.
  • Wie man aus 2 erkennen kann, wird eine Kathodenabluft der Brennstoffzellen 6 über eine Leitung 19 in den Abluftkanal 14 der Unterdruckkammer 3 geleitet. Bei einer möglichen Ausführungsform wird somit in den Abluftkanal 14 auch die Kathodenabluft der Brennstoffzellen 6 nach Abscheidung kondensierter Anteile eingebracht, wodurch Brenngasleckagen innerhalb der Brennstoffzellen 6 durch die Brenngassensoren 16 mitüberwacht werden können. Bei einer möglichen exemplarischen Ausführungsform beträgt der Volumenstrom der Kathodenabluft der Brennstoffzellen 6 30 bis 160 l/min.
  • Die Brennstoffzellen 6 werden durch den Brennstofftank 4, welcher unter Überdruck steht, mit Brenngas versorgt. Zur Absenkung des Brenngasdruckes ist eine Tankdruckminderungseinrichtung 13 vorgesehen. Bei einer möglichen Ausführungsform spricht an der Tankdruckminderungseinrichtung 13 ein dort vorgesehenes Überdruckventil an, wenn ein Schaden aufgetreten bzw. detektiert wird. Dieses Überdruckventil setzt das Brenngas in den Abluftkanal 14 der Unterdruckkammer 3 ab, wobei eine Konzentration des abgesetzten Brenngases vorzugsweise durch den in dem Abluftkanal 14 mindestens einen vorgesehenen Brenngassensor 16 erfasst und an die Sicherheitslogik 12 gemeldet wird.
  • In den Abluftkanal 14 der Unterdruckkammer 3 ist bei einer möglichen Ausführungsform der Auslass des Sicherheitsventils der Tankdruckminderungseinrichtung 13 verrohrt, sodass mithilfe der Brenngassensoren 16 und/oder einem Drucksensor in der Tankdruckminderungseinrichtung 13 auch das Öffnen des Sicherheitsventils überwacht und bei Detektion eines ausgetretenen Brenngases das Tankventil 11 geschlossen werden kann. Der Brenngassensor zur Überwachung der Konzentration befindet sich im Abluftkanal der Unterdruckkammer und erfasst Brenngasleckagen die langsam und in geringen Mengen austreten. Zusätzlich wird über einen Drucksensor in der verrohrten Leitung des Sicherheitsventils der Tankdruckminderungseinrichtung ein Öffnen des Sicherheitsventils am Tankdruckminderer sehr rasch ermöglicht. Das ist vorteilhaft, um das bei Öffnen des Sicherheitsventils rasch und in großer Menge ausströmende Brenngas zu begrenzen und damit die Sicherheit zu steigern. Bei einer möglichen Ausführungsform schließt die Sicherheitslogik 12 der Steuerelektronik 10 bei Erkennen eines Fehlerzustandes, insbesondere bei Öffnen des Sicherheitsventils, das Tankventil 11 des Brenngastankes 4 zur Verminderung der Explosionsgefahr.
  • Wie man in 2 erkennen kann, ist die Unterdruckkammer 3 durch eine Wand bzw. Wandung von den übrigen Systemkomponenten getrennt. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der in der Unterdruckkammer 3 herrschende Unterdruck Pu geringer eingestellt als der in der Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung 1 herrschende Umgebungsdruck. Bei einer möglichen Ausführungsform ist der Unterdruck Pu innerhalb der Unterdruckkammer 3 etwa 5 bis 30 mbar niedriger eingestellt als der in der Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung 1 herrschende Umgebungsdruck. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der in der Unterdruckkammer 3 herrschende Unterdruck Pu mithilfe von Drucksensoren durch die Steuerelektronik 10 überwacht. Die Wand bzw. Wandung der Unterdruckkammer 3 sowie der innerhalb der Unterdruckkammer 3 herrschende Unterdruck Pu verhindert, dass Brenngas, insbesondere Wasserstoff, über Kabeldurchführungen oder dergleichen in die übrigen Bereiche, insbesondere die Aufnahmekammer bzw. den Aufnahmeraum zur Aufnahme der elektrischen Speichereinrichtung 8 sowie der elektronischen Steuereinrichtung und eines Kühllüfters 20, gelangt. Hierdurch wird die Explosionsgefahr wirkungsvoll und deutlich abgesenkt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung 1 mit dem darin enthaltenen Brennstoffzellenhybridsystem wird Abwärme aus dem elektrochemischen Prozess der Brennstoffzelle 6 sowie Abwärme der Leistungselektronik und der Steuerelektronik 10 sowie Abwärme der elektrischen Speichereinrichtung 8 abgeführt, um eine Überhitzung zu verhindern. Der dafür notwendige Kühlluftstrom kann durch einen Entlüfter bzw. Lüfter 20 einer Kühleinrichtung erzeugt werden. Bei einer möglichen Ausführungsform befindet sich außerhalb der Unterdruckkammer 3 in einer Aufnahmekammer eine Kühleinrichtung bzw. ein Kühllüfter 20 zur Kühlung der in der Aufnahmekammer befindlichen elektrischen Speichereinrichtung 8, zur Kühlung der in der Aufnahmekammer befindlichen Steuerelektronik 10 sowie zum Abtransport der Wärme der Brennstoffzelle 6 über einen Kühler. Dabei kann dem Kühllüfter 20 von der Umgebung ein Luftstrom zugeführt werden, der sich aus zwei Teilluftströmen zusammensetzt, welche die elektrische Speichereinrichtung 8 und die Steuerelektronik 10 der Stromversorgungsvorrichtung 1 kühlen, wobei deren Volumenstrom in einem vorgegebenen Verhältnis, beispielsweise 80:20, stehen. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der Kühllüfter 20 in einem Saugbetrieb gefahren und gibt den Luftstrom an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung 1, beispielsweise durch im Gehäuse vorgesehene Schlitze, ab. Durch die konstruktive Gestaltung der luftführenden Querschnitte können unterschiedliche Teilluftströme geeignet aufgeteilt werden und vor dem Kühllüfter 20 der Brennstoffzelle 6 zusammengeführt werden. Damit ist es möglich, die unterschiedlichen Temperaturniveaus des Akkus (bspw. 10 bis 45°C), der Steuerelektronik 10 (bspw. –10 bis 70°C) und des Kühlers der Brennstoffzelle 6 (bspw. 0 bis 85°C) zu integrieren. Der gemeinsame Kühllüfter 20 kann in einem Saugbetrieb gefahren werden und erhöht daher durch den eigenen Kühlbedarf erst im Abstrom die Lufttemperatur und hat somit keinen negativen Einfluss auf die Kühlleistung der Aggregate. Bei einer möglichen Ausführungsform erfolgt die Regelung der Lüfterdrehzahl und damit der Kühlleistung in einer Kaskade, wobei Sensoren am Akku der Elektronik und im Kühlsystem Ist-Werte an die Steuerelektronik 10 liefern.
  • Die erfindungsgemäße Stromversorgungsvorrichtung 1, wie sie in 2 schematisch dargestellt ist, liefert einen elektrischen Gleichstrom zur Versorgung einer beliebigen Last 2. Bei einer möglichen Ausführungsform handelt es sich bei der Last 2 um einen Elektromotor für ein Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Logistikfahrzeug, insbesondere einen Gabelstapler oder dergleichen, handeln, wie es zumindest teilweise innerhalb geschlossener Gebäude eingesetzt wird. Die erfindungsgemäße Stromversorgungsvorrichtung 1 liefert über einen Stromanschluss 9 einen elektrischen Gleichstrom emissionsfrei an die daran angeschlossene elektrische Last 2. Da keine Emissionen entstehen, kann man die erfindungsgemäße Stromversorgungsvorrichtung 1 vor allem innerhalb geschlossener Räume, beispielsweise Werkshallen oder Lagerhallen, einsetzen.
  • Die erfindungsgemäße Stromversorgungsvorrichtung 1 kann für ein Flurförderzeuge FEZ verwendet werden. Zum Betanken wird das Fahrzeug abgestellt und die Stromversorgung zu allen Fahrzeugaggregaten unterbrochen. Eine Füllkopplung kann auf einen Einfüllstutzen des Fahrzeuges aufgesetzt werden. Nach Umlegen eines Hebels an der Kupplung erfolgt ein Potenzialausgleich zwischen dem Fahrzeug und einer Betankungsanlage über die Betankungsleitung. Bei einer möglichen Ausführungsform wird eine Kondensatabsaugleitung an einen Kondensatanschluss des Fahrzeugs angekoppelt. Weiterhin kann bei einer möglichen Ausführungsform ein Druckstoß mit einem hohen Druck von beispielsweise 50 bar eingeleitet werden, um das System für eine vorbestimmte Zeitdauer einem Dichtheitstest zu unterziehen. Nach erfolgter Betankung des Brenngastankes 4 kann die Kondensatabsaugleitung abgekoppelt werden. Die Füllkupplung wird nach dem Betankungsvorgang durch Umlegen eines Hebels abgekoppelt und in eine Halterung zurückgelegt.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Stromversorgungsvorrichtung 1 ein Nutzerinterface auf, welches insbesondere eine Anzeige zur Anzeige des Ladezustandes der elektrischen Speichereinrichtung 8 aufweist. Weiterhin kann eine Schnittstelle vorhanden sein, um Brenngaskonzentrationsschwellenwerte einzustellen, welche durch die Sicherheitslogik 12 der Steuerelektronik 10 überwacht werden. Bei einer möglichen Ausführungsform wird zudem über die Nutzerschnittstelle der in der Unterdruckkammer 3 herrschende Unterdruck Pu eingestellt. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform sind an verschiedenen Stellen innerhalb des Gehäuses der Stromversorgungsvorrichtung 1 Temperatursensoren vorgesehen, welche die Temperatur T innerhalb des Gehäuses bzw. der Aufnahmekammer überwachen. Diese Temperatursensoren sind an die Steuerelektronik 10 angeschlossen, welche den Kühllüfter 20 steuert.
  • Bei weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung 1 können weitere Ventile und Sensoren vorgesehen werden. So können bei einer möglichen Ausführungsform an die Steuerelektronik 10 weitere Sensoren angeschlossen sein, welche insbesondere den Tankdruck des Brenngastankes 4 und/oder den an der Anode der Brennstoffzellen 6 herrschenden Anodendruck erfassen. Weiterhin können zusätzliche Temperatursensoren vorgesehen sein, die beispielsweise eine Kathodentemperatur oder eine Kühltemperatur überwachen. Weitere Ausführungsformen sind möglich. Bei einer möglichen Ausführungsform verfügt die Stromversorgungsvorrichtung 1 über mehrere Brennstoffzellenstacks 6, welche durch gleiche oder unterschiedliche Brennstofftanks 4 mit Brenngas versorgt werden.

Claims (17)

  1. Stromversorgungsvorrichtung (1) zur Bereitstellung eines elektrischen Gleichstroms für eine daran anschließbare elektrische Last (2), wobei die Stromversorgungsvorrichtung (1) ein Gehäuse hat, in dem sich eine Unterdruckkammer (3) und eine Aufnahmekammer befinden, wobei in der Unterdruckkammer (3) ein Brennstofftank (4) und Brennstoffzellen (6) vorgesehen sind, die durch den Brennstofftank (4) mit einem Brenngas zur Erzeugung elektrischer Energie versorgt werden, die durch eine in der Aufnahmekammer befindliche elektrische Speichereinrichtung (8) gespeichert wird, deren Ladezustand durch eine in der Aufnahmekammer befindliche Steuerelektronik (10) überwacht wird, die einen Verbrennungsprozess innerhalb der Brennstoffzellen (6) steuert, wobei die Kathodenabluft der Brennstoffzellen (6) über eine Leitung (19) in einen Abluftkanal (14) der Unterdruckkammer (3) geleitet wird, deren Abluft durch einen in dem Abluftkanal angebrachten Entlüfter (15) zur Erzeugung eines Unterdruckes in der Unterdruckkammer (3) an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung (1) abgegeben wird, wobei die Steuerelektronik (10) eine Sicherheitslogik (12) aufweist, die ausgelegt ist, Sensordaten von mindestens einem in dem Abluftkanal (14) angebrachten Brenngassensor (16) auszuwerten und einen Fehlerzustand zu erkennen, wenn eine durch die Sensordaten angegebene Konzentration des in der Abluft enthaltenen Brenngases einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wobei in der Aufnahmekammer ein Kühllüfter (20) angeordnet ist, welcher zur Abführung der Abwärme aus dem Verbrennungsprozess der Brennstoffzellen (6), der Abwärme der elektrischen Speichereinrichtung (8) und der Abwärme der Steuerelektronik (10) vorgesehen ist.
  2. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der in dem Abluftkanal (14) der Unterdruckkammer (3) angeordnete Entlüfter (15) ein explosionssicherer Entlüfter ist.
  3. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sicherheitslogik (12) ausgelegt ist, eine Drehzahl des in dem Abluftkanal angebrachten Entlüfters (15) zur Erkennung eines Fehlerzustands aufgrund eines Ausfalls des Entlüfters (15) zu überwachen.
  4. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei der Brennstofftank (4) über ein Tankventil (11) mit Brenngas betankbar ist, das unter Überdruck steht.
  5. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das in dem Brennstofftank (4) befindliche Brenngas über das Tankventil (11) und eine Tankdruckminderungseinrichtung (13) zur Reduzierung des Brenngasdrucks den Brennstoffzellen (6) zuführbar ist.
  6. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei bei einem aufgetretenen Schaden an der Tankdruckminderungseinrichtung (13) ein Überdruckventil anspricht, wodurch das Brenngas in den Abluftkanal (14) der Unterdruckkammer (3) abgesetzt wird, wobei eine Konzentration des abgesetzten Brenngases durch den in dem Abluftkanal (14) vorgesehenen Brenngassensor (16) erfassbar ist.
  7. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 6, wobei bei Erkennen eines Fehlerzustandes durch die Sicherheitslogik (12) der Steuerelektronik (10) das Tankventil (11) des Brennstofftankes (4) zur Verminderung einer Explosionsgefahr schließbar ist.
  8. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei der Abluftkanal (14) in einem oberen Bereich der Unterdruckkammer (3) derart angeordnet ist, dass das Brenngas auch bei Ausfall des in dem Abluftkanal (14) angebrachten Entlüfters (15) selbständig an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung (1) entweicht.
  9. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei dem Kühllüfter (20) von der Umgebung ein Luftstrom zuführbar ist, der sich aus zwei Teilluftströmen zusammensetzt, welche geeignet sind, die elektrische Speichereinrichtung (8) und die Steuerelektronik (10) der Stromversorgungsvorrichtung (1) zu kühlen und deren Volumenstrom ein vorgegebenes Verhältnis aufweist.
  10. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Kühllüfter (20) zur Abgabe des Luftstromes an die Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung (1) in einem Saugbetrieb betreibbar ist.
  11. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei das in dem Brennstofftank (4) befindliche Brenngas zur Versorgung der Brennstoffzellen (6) Wasserstoff ist.
  12. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei die elektrische Speichereinrichtung (8) eine Lithium-Ionen-Batterie aufweist.
  13. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 12, wobei alle gasführenden Leitungen zum Transport des Brenngases in der Unterdruckkammer (3) der Stromversorgungsvorrichtung (1) vorgesehen sind.
  14. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13, wobei die elektrische Speichereinrichtung (8) über einen Stromanschluss (9) der Stromversorgungsvorrichtung (1) einen elektrischen Gleichstrom emissionsfrei an eine daran angeschlossene elektrische Last (2) liefert.
  15. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 14, wobei die Stromversorgungsvorrichtung (1) in einem tragbaren Gehäuse untergebracht ist.
  16. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 15, wobei der in der Unterdruckkammer (3) herrschende Unterdruck etwa 5 bis 30 mbar geringer einstellbar ist als der in der Umgebung der Stromversorgungsvorrichtung (1) herrschende Umgebungsdruck.
  17. Verwendung einer Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 16 zur Stromversorgung eines Elektromotors eines Elektrofahrzeuges.
DE102013225754.6A 2013-12-12 2013-12-12 Stromversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung eines elektrischen Gleichstroms und Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung Active DE102013225754B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013225754.6A DE102013225754B4 (de) 2013-12-12 2013-12-12 Stromversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung eines elektrischen Gleichstroms und Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013225754.6A DE102013225754B4 (de) 2013-12-12 2013-12-12 Stromversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung eines elektrischen Gleichstroms und Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102013225754A1 DE102013225754A1 (de) 2015-06-18
DE102013225754B4 true DE102013225754B4 (de) 2015-07-23

Family

ID=53192260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013225754.6A Active DE102013225754B4 (de) 2013-12-12 2013-12-12 Stromversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung eines elektrischen Gleichstroms und Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013225754B4 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101905962B1 (ko) 2016-07-29 2018-10-08 현대자동차주식회사 연료 탱크 밸브의 내부리크 제거 방법
AT518955B1 (de) * 2016-08-02 2020-01-15 Avl List Gmbh Generatoreinheit mit einer Brennstoffzellenvorrichtung, Fahrzeug mit einer solchen Generatoreinheit und Verfahren zur Überwachung einer Generatoreinheit
DE102020209949A1 (de) 2020-08-06 2022-02-10 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zur Diagnose einer Brennstoff-Leckage und/oder zum Überprüfen eines Brennstoff-Massenstroms in einem Brennstoffzellensystem
NO20220699A1 (en) * 2022-06-20 2023-12-21 Corvus Energy AS Safety and Support System for a Fuel Cell Module

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999057335A1 (en) * 1998-05-05 1999-11-11 Proton Energy Systems Hydrogen electrochemical system environment
EP1397843B1 (de) * 2000-10-31 2006-05-17 Vaillant GmbH Unterdruckkammer für brennstoffzellenanlage
DE102007011534A1 (de) * 2006-03-15 2007-09-20 Vaillant Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Kombination eines Heizgerätes mit einer Brennstoffzellenanlage
DE102009052863A1 (de) * 2009-11-02 2011-05-12 Baxi Innotech Gmbh Brennstoffzellenanordnung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999057335A1 (en) * 1998-05-05 1999-11-11 Proton Energy Systems Hydrogen electrochemical system environment
EP1397843B1 (de) * 2000-10-31 2006-05-17 Vaillant GmbH Unterdruckkammer für brennstoffzellenanlage
DE102007011534A1 (de) * 2006-03-15 2007-09-20 Vaillant Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Kombination eines Heizgerätes mit einer Brennstoffzellenanlage
DE102009052863A1 (de) * 2009-11-02 2011-05-12 Baxi Innotech Gmbh Brennstoffzellenanordnung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013225754A1 (de) 2015-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018124659B4 (de) Brennstoffzellensystem mit verbesserter Ventilation
DE102013225754B4 (de) Stromversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung eines elektrischen Gleichstroms und Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung
DE112011100838T5 (de) Hochdruckgaszufuhrsystem und Brennstoffzellensystem
EP2212957B1 (de) Ventilation für rack-stromversorgungen
EP4232363A1 (de) Stromversorgungssystem für ein flugzeug und verfahren zur stromversorgung in einem flugzeug
DE102010054756A1 (de) Brennstoffzellensystem und Verwendung eines Brennstoffzellensystems
WO2017067966A2 (de) Anordnung für eine kathoden-rezirkulation einer brennstoffzelle sowie verfahren zur kathoden-rezirkulation
DE102016110250A1 (de) Abschaltverfahren für einen Brennstoffzellenstapel sowie Brennstoffzellensystem dafür
EP2371023A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum austragen verbrauchter und zum teil explosionsfähiger betriebsmedien einer brennstoffzelle
DE102016217643A1 (de) Druckbehältersystem mit einer Temperaturüberwachungsvorrichtung sowie Verfahren zum Überwachen einer Temperatur
WO2022028866A1 (de) Brennstoffzellensystem und ein verfahren zur diagnose einer brennstoff-leckage und/oder zum überprüfen eines brennstoff-massenstroms in einem brennstoffzellensystem
DE102016222935B4 (de) Brennstoffzellenvorrichtung, Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung
EP1547184A2 (de) Brennstoffzellensystem mit einem k hlkreislauf
DE102013225792B4 (de) Emissionsfreie Stromversorgungsvorrichtung mit auf Dichtheit überprüfbarem Brenngasversorgungspfad für Brennstoffzellen
DE102005046424B4 (de) Verbesserte Abschaltstrategie zur Verbesserung der Sicherheit und des Wirkungsgrades von Brennstoffzellenfahrzeugen
US7846603B2 (en) Coolant reservoir purge system for fuel cell systems and vehicles
AT518955B1 (de) Generatoreinheit mit einer Brennstoffzellenvorrichtung, Fahrzeug mit einer solchen Generatoreinheit und Verfahren zur Überwachung einer Generatoreinheit
DE102021203443A1 (de) Verfahren zum Kalibrieren eines Brennstoffsensors
DE102020135043A1 (de) Stromversorgungsvorrichtung und -verfahren
DE102006060454A1 (de) Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle
DE102013225740A1 (de) Stromversorgungsvorrichtung mit Brennstoffzellenblock
DE112021000260B4 (de) Verfahren und Elektrofahrzeug mit CO2-Warnsystem und Verwendung eines Sensorsystems dafür
DE102012000867A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102011114717A1 (de) Brennstoffzelle mit einem Stapel von Einzellzellen
DE102020127471A1 (de) Brennstoffzellensystem mit Testkammer zur Zündgrenzdetektion, Verfahren zur Zündgrenzdetektion und Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008040000

Ipc: H01M0008247500

R082 Change of representative

Representative=s name: BRATOVIC, NINO, DR. RER. NAT., DE