DE102022127871A1 - Fuel cell system with DC-DC converter and method for operating a fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system with DC-DC converter and method for operating a fuel cell system Download PDF

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Jörg Weiss
Steffen Flade
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, umfassend eine erste Brennstoffzellenvorrichtung (12) mit mindestens einem Brennstoffzellenstack (16) mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen (18), eine zweite Brennstoffzellenvorrichtung (14) mit mindestens einem Brennstoffzellenstack (16') mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen (18), wobei die erste Brennstoffzellenvorrichtung (12) und die zweite Brennstoffzellenvorrichtung (14) elektrisch verbunden sind, einen DC-DC-Wandler (22) mit einer Primärseite (24) und einer Sekundärseite (26), wobei der DC-DC-Wandler (22) elektrisch zwischen der ersten Brennstoffzellenvorrichtung (12) und der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung (14) angeordnet ist, und wobei die erste Brennstoffzellenvorrichtung (12) an die Primärseite (24) angeschlossen ist und die zweite Brennstoffzellenvorrichtung (14) an die Sekundärseite (26) angeschlossen ist, und eine Abgriffeinrichtung (28) für eine nutzbare elektrische Spannung (Usys) und/oder einen nutzbaren elektrischen Strom (Isys), wobei die Abgriffeinrichtung (28) einen ersten Abgriffpunkt (30) und einen zweiten Abgriffpunkt (32) umfasst und der erste Abgriffpunkt (30) elektrisch mit dem DC-DC-Wandler (22) verbunden ist.The invention relates to a fuel cell system, comprising a first fuel cell device (12) with at least one fuel cell stack (16) with a plurality of fuel cells (18), a second fuel cell device (14) with at least one fuel cell stack (16') with a plurality of fuel cells (18), wherein the first fuel cell device (12) and the second fuel cell device (14) are electrically connected, a DC-DC converter (22) with a primary side (24) and a secondary side (26), wherein the DC-DC converter (22) is electrically arranged between the first fuel cell device (12) and the second fuel cell device (14), and wherein the first fuel cell device (12) is connected to the primary side (24) and the second fuel cell device (14) is connected to the secondary side (26), and a tapping device (28) for a usable electrical voltage (Usys) and/or a usable electrical current (Isys), wherein the tapping device (28) has a first tapping point (30) and a second tapping point (32), and the first tapping point (30) is electrically connected to the DC-DC converter (22).

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, umfassend eine erste Brennstoffzellenvorrichtung mit mindestens einem Brennstoffzellenstack mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen, und eine zweite Brennstoffzellenvorrichtung mit mindestens einem Brennstoffzellenstack mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen, wobei die erste Brennstoffzellenvorrichtung und die zweite Brennstoffzellenvorrichtung elektrisch verbunden sind.The invention relates to a fuel cell system comprising a first fuel cell device having at least one fuel cell stack with a plurality of fuel cells, and a second fuel cell device having at least one fuel cell stack with a plurality of fuel cells, wherein the first fuel cell device and the second fuel cell device are electrically connected.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieben eines Brennstoffzellensystems.The invention further relates to a method for operating a fuel cell system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches bei einfachem Aufbau eine optimierte Betreibbarkeit aufweist.The invention is based on the object of providing a fuel cell system of the type mentioned above, which has an optimized operability with a simple structure.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Brennstoffzellensystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein DC-DC-Wandler mit einer Primärseite und einer Sekundärseite vorgesehen ist, wobei der DC-DC-Wandler elektrisch zwischen der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet ist, und wobei die erste Brennstoffzellenvorrichtung an die Primärseite angeschlossen ist und die zweite Brennstoffzellenvorrichtung an die Sekundärseite angeschlossen ist, und eine Abgriffeinrichtung für eine nutzbare elektrische Spannung und/oder einen nutzbaren elektrischen Strom vorgesehen ist, wobei die Abgriffeinrichtung einen ersten Abgriffpunkt und einen zweiten Abgriffpunkt umfasst und der erste Abgriffpunkt elektrisch mit dem DC-DC-Wandler verbunden ist.This object is achieved according to the invention in the fuel cell system mentioned at the outset in that a DC-DC converter with a primary side and a secondary side is provided, wherein the DC-DC converter is arranged electrically between the first fuel cell device and the second fuel cell device, and wherein the first fuel cell device is connected to the primary side and the second fuel cell device is connected to the secondary side, and a tapping device for a usable electrical voltage and/or a usable electrical current is provided, wherein the tapping device comprises a first tapping point and a second tapping point and the first tapping point is electrically connected to the DC-DC converter.

Durch die Reihenschaltung der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung lässt sich beispielsweise eine relativ hohe elektrische Leistung bereitstellen. Die elektrische Leistung des Brennstoffzellensystems ist insbesondere ein Mehrfaches der Leistung eines Einzelstacks.By connecting the first fuel cell device and the second fuel cell device in series, for example, a relatively high electrical output can be provided. The electrical output of the fuel cell system is in particular several times the output of a single stack.

Bei Brennstoffzellen ergibt sich die grundsätzliche Problematik, dass eine Zellspannung einer Brennstoffzelle mit zunehmendem Strom sinkt. Dies führt dazu, dass - ohne weitere Maßnahmen - ein angeschlossener Verbraucher, wie beispielsweise ein Elektromotor, für die bei geringer Last auftretenden hohen Spannungen ausgelegt werden muss. Gleichzeitig treten auch bei hoher Last große Ströme auf, sodass auch für diese großen Ströme entsprechend ausgelegt werden muss. Es müsste also sowohl für hohe Spannungen (die bei geringer Last auftreten), als auch für große Ströme (die bei großer Last auftreten) ausgelegt werden.The basic problem with fuel cells is that the cell voltage of a fuel cell drops as the current increases. This means that - without further measures - a connected consumer, such as an electric motor, must be designed for the high voltages that occur at low loads. At the same time, high currents also occur at high loads, so the system must be designed accordingly for these high currents. It would therefore have to be designed for both high voltages (which occur at low loads) and high currents (which occur at high loads).

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist ein DC-DC-Wandler elektrisch zwischen der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet und der erste Abgriffpunkt der Abgriffeinrichtung ist elektrisch (galvanisch) mit dem DC-DC-Wandler verbunden.In the solution according to the invention, a DC-DC converter is arranged electrically between the first fuel cell device and the second fuel cell device and the first tapping point of the tapping device is electrically (galvanically) connected to the DC-DC converter.

Durch den DC-DC-Wandler lässt sich eine Gesamtspannung (Systemspannung) bereitstellen, welche grundsätzlich vorgebbar ist und beispielsweise in einem Betriebsbereich zumindest in einem Bandbereich konstant vorgegeben ist. Dadurch ist eine optimierte Anpassung beispielsweise an einen Elektromotor als elektrischer Verbraucher, welchem das Brennstoffzellensystem elektrische Energie bereitstellt, möglich. Es ist eine kostengünstigere und gewichtssparende Auslegung einschließlich Zuleitungen möglich.The DC-DC converter can provide a total voltage (system voltage) which can be specified in principle and is constant in at least one band range, for example, in an operating range. This enables optimized adaptation, for example, to an electric motor as an electrical consumer to which the fuel cell system provides electrical energy. A more cost-effective and weight-saving design, including supply lines, is possible.

Es lässt sich dadurch auch eine Leistungsübertragung bei relativ hoher Spannung realisieren, so dass ein entsprechendes Leitungssystem auf angepasste niedrigere Ströme ausgelegt werden kann. Beispielsweise ist es dann auch nicht nötig, Elektromotoren, welche mit entsprechender elektrischer Leistung versorgt werden sollen, überzudimensionieren.This also makes it possible to transmit power at relatively high voltages, so that a corresponding cable system can be designed for lower currents. For example, it is then not necessary to over-dimension electric motors that are to be supplied with the corresponding electrical power.

Dadurch, dass der DC-DC-Wandler zwischen der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet ist, muss er nicht die Gesamtleistung übertragen, sondern nur einen Teil der Gesamtleistung.Because the DC-DC converter is arranged between the first fuel cell device and the second fuel cell device, it does not have to transmit the total power, but only a part of the total power.

Dadurch wiederum lässt sich das Brennstoffzellensystem mit niedrigerem Gewicht ausbilden, es ergibt sich ein erhöhter Wirkungsgrad und auch eine kostengünstigere Lösung.This in turn allows the fuel cell system to be designed with a lower weight, resulting in increased efficiency and also a more cost-effective solution.

Der DC-DC-Wandler kann dabei grundsätzlich als elektrisch nicht isolierend bzw. als galvanisch nicht getrennt ausgebildet werden, so dass sich ein konstruktiver und auch finanzieller Vorteil bei der Realisierung des Brennstoffzellensystems ergibt.The DC-DC converter can basically be designed as electrically non-insulating or galvanically non-isolated, resulting in a structural and financial advantage in the implementation of the fuel cell system.

Durch die Anordnung des DC-DC-Wandlers bei der erfindungsgemäßen Lösung zwischen der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung geht nur ein Teil des Energieflusses im Gesamtsystem durch den DC-DC-Wandler, der dadurch auf eine geringere Leistung als die Gesamtleistung ausgelegt werden kann.Due to the arrangement of the DC-DC converter in the solution according to the invention between the first fuel cell device and the second fuel cell device, only a part of the energy flow in the overall system passes through the DC-DC converter, which can therefore be designed for a lower power than the total power.

Die elektrische Verbindung des ersten Abgriffpunkts mit dem DC-DC-Wandler bedeutet eine galvanische Verbindung.The electrical connection of the first tapping point with the DC-DC converter means a galvanic connection.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass der erste Abgriffpunkt elektrisch (galvanisch) mit der Sekundärseite des DC-DC-Wandlers verbunden ist. Der DC-DC-Wandler kann dann eine Ausgangsspannung bereitstellen, welche kleiner ist als eine Eingangsspannung an der Primärseite. Eine Systemspannung setzt sich dann zusammen aus der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers und einer Spannung über die zweite Brennstoffzellenvorrichtung. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, eine Systemspannung über einen Betriebsbereich (in Volllast und auch in Teillast) einzustellen und beispielsweise zumindest in einem Bandbereich konstant zu halten. Der DC-DC-Wandler muss dabei nicht auf die Gesamtleistung des Brennstoffzellensystems ausgerichtet werden, sondern nur für eine Teilleistung, welche deutlich geringer ist als die Gesamtleistung. Dadurch kann dieser wiederum entsprechend einfacher ausgestaltet werden und insbesondere als unidirektionaler Wandler (Abwärtswandler) ausgestaltet werden, welcher insbesondere nicht elektrisch isolierend (zwischen Primärseite und Sekundärseite) ausgebildet ist.In particular, it is intended that the first tapping point is electrically (galvanically) connected to the secondary side of the DC-DC converter. The DC-DC converter can then provide an output voltage that is lower than an input voltage on the primary side. A system voltage is then made up of the output voltage of the DC-DC converter and a voltage across the second fuel cell device. This makes it possible to set a system voltage over an operating range (at full load and also at partial load) and, for example, to keep it constant at least in a band range. The DC-DC converter does not have to be aligned to the total output of the fuel cell system, but only for a partial output that is significantly lower than the total output. This in turn allows it to be designed correspondingly simpler and in particular to be designed as a unidirectional converter (step-down converter), which in particular is not electrically insulating (between the primary side and the secondary side).

Es ist ferner vorgesehen, dass der zweite Abgriffpunkt elektrisch und insbesondere galvanisch mit der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung verbunden ist. Es lässt sich dann an der Abgriffeinrichtung die entsprechende Gesamtspannung (Systemspannung) abgreifen.It is further provided that the second tapping point is electrically and in particular galvanically connected to the second fuel cell device. The corresponding total voltage (system voltage) can then be tapped at the tapping device.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass die zweite Brennstoffzellenvorrichtung an der Sekundärseite mit dem DC-DC Wandler elektrisch in Reihe geschaltet ist. Es lässt sich dadurch eine Systemspannung realisieren, welche mindestens näherungsweise die Summe einer Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers an seiner Sekundärseite und der Spannung über die zweite Brennstoffzellenvorrichtung ist. Dadurch wiederum genügt es, nur einen Teil des Energieflusses durch den DC-DC-Wandler zu führen, so dass die Leistung dort kleiner ist als die Gesamtleistung des Brennstoffzellensystem. Dadurch kann der DC-DC-Wandler wiederum entsprechend einfacher ausgestaltet werden.In particular, it is provided that the second fuel cell device is electrically connected in series with the DC-DC converter on the secondary side. This makes it possible to achieve a system voltage which is at least approximately the sum of an output voltage of the DC-DC converter on its secondary side and the voltage across the second fuel cell device. This in turn means that it is sufficient to guide only part of the energy flow through the DC-DC converter, so that the power there is less than the total power of the fuel cell system. This in turn means that the DC-DC converter can be designed to be correspondingly simpler.

Günstig ist es, wenn mindestens eines der Folgenden vorgesehen ist:

  • - der DC-DC-Wandler ist so angeordnet, dass seine Primärseite durch die erste Brennstoffzellenvorrichtung gespeist ist;
  • - der DC-DC-Wandler ist so angeordnet, dass ein elektrischer Energiefluss in dem Brennstoffzellensystem teilweise über den DC-DC-Wandler erfolgt;
  • - der DC-DC-Wandler ist als Abwärtswandler ausgebildet, wobei insbesondere eine Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers an dessen Sekundärseite kleiner ist als eine Eingangsspannung des DC-DC-Wandlers an der Primärseite und/oder kleiner ist als eine Spannung an der ersten Brennstoffzellenvorrichtung;
  • - der DC-DC-Wandler ist als unidirektionaler Wandler ausgebildet;
  • - eine Systemspannung an der Abgriffeinrichtung ergibt sich als Summe einer Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers an dessen Sekundärseite und einer Spannung an der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung;
  • - der DC-DC-Wandler ist als nicht isolierter DC-DC-Wandler ausgebildet.
It is advantageous if at least one of the following is provided:
  • - the DC-DC converter is arranged so that its primary side is fed by the first fuel cell device;
  • - the DC-DC converter is arranged so that an electrical energy flow in the fuel cell system occurs partly via the DC-DC converter;
  • - the DC-DC converter is designed as a step-down converter, wherein in particular an output voltage of the DC-DC converter on its secondary side is smaller than an input voltage of the DC-DC converter on the primary side and/or is smaller than a voltage at the first fuel cell device;
  • - the DC-DC converter is designed as a unidirectional converter;
  • - a system voltage at the tapping device results from the sum of an output voltage of the DC-DC converter on its secondary side and a voltage at the second fuel cell device;
  • - the DC-DC converter is designed as a non-isolated DC-DC converter.

Wenn der DC-DC-Wandler an seiner Primärseite durch die erste Brennstoffzellenvorrichtung gespeist wird (die Primärspannung an dem DC-DC-Wandler ist die Spannung über die erste Brennstoffzellenvorrichtung), dann lässt es sich ermöglichen, dass ein elektrischer Energiefluss teilweise (und nur teilweise) über den DC-DC-Wandler erfolgt. Dabei lässt sich eine Systemspannung (Gesamtspannung) an der Abgriffeinrichtung einstellen bzw. mindestens näherungsweise konstant halten.If the DC-DC converter is fed on its primary side by the first fuel cell device (the primary voltage on the DC-DC converter is the voltage across the first fuel cell device), then it is possible for an electrical energy flow to occur partially (and only partially) via the DC-DC converter. In this case, a system voltage (total voltage) can be set at the tapping device or at least kept approximately constant.

Es ergibt sich eine einfache Ausbildung des DC-DC-Wandlers als Abwärtswandler. Eine Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers an seiner Sekundärseite (Sekundärspannung) ist dabei insbesondere kleiner als eine Eingangsspannung an der Primärseite (Primärspannung) bzw. als eine Spannung an der ersten Brennstoffzellenvorrichtung.This results in a simple design of the DC-DC converter as a step-down converter. An output voltage of the DC-DC converter on its secondary side (secondary voltage) is in particular smaller than an input voltage on the primary side (primary voltage) or than a voltage on the first fuel cell device.

Eine Systemspannung an der Abgriffeinrichtung ergibt sich als Summe der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers an der Sekundärseite und der Spannung über die zweite Brennstoffzellenvorrichtung.A system voltage at the tap is the sum of the output voltage of the DC-DC converter on the secondary side and the voltage across the second fuel cell device.

Der DC-DC-Wandler lässt sich kostengünstig realisieren und auch betreiben, wenn er als nicht isolierter DC-DC-Wandler ausgebildet ist, wobei der Pluspol oder der Minuspol der Primärseite und Sekundärseite galvanisch verbunden sind.The DC-DC converter can be implemented and operated cost-effectively if it is designed as a non-isolated DC-DC converter, whereby the positive pole or the negative pole of the primary side and secondary side are galvanically connected.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass der erste Abgriffpunkt auf einem niedrigeren Potential liegt als der zweite Abgriffpunkt, insbesondere mit mindestens einem der Folgenden:

  • - Minuspole der Primärseite und der Sekundärseite des DC-DC-Wandlers sind galvanisch verbunden;
  • - das Potential, auf dem der erste Abgriffpunkt liegt, ist das niedrigste Potential im Brennstoffzellensystem.
In one embodiment, it is provided that the first tapping point is at a lower potential than the second tapping point, in particular with at least one of the following:
  • - Negative poles of the primary side and the secondary side of the DC-DC converter are galvanically connected;
  • - the potential at which the first tap point is located is the lowest potential in the fuel cell system.

Dadurch ergibt sich ein einfacher Aufbau.This results in a simple structure.

Alternativ ist es möglich (in einer Art von kinematischer Umkehr), dass der erste Abgriffpunkt auf einem höheren Potential liegt als der zweite Abgriffpunkt, insbesondere mit mindestens einem der Folgenden:

  • - Pluspole der Primärseite und der Sekundärseite des DC-DC-Wandlers sind galvanisch verbunden;
  • - das Potential, auf dem der erste Abgriffpunkt liegt, ist das höchste Potential im Brennstoffzellensystem.
Alternatively, it is possible (in a kind of kinematic reversal) that the first tap point is at a higher potential than the second tap point, in particular with at least one of the following:
  • - Positive poles of the primary side and the secondary side of the DC-DC converter are galvanically connected;
  • - the potential at which the first tap point is located is the highest potential in the fuel cell system.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der DC-DC-Wandler steuerbar und/oder regelbar und/oder einstellbar und/oder eingestellt ist, und insbesondere mit mindestens einem der Folgenden:

  • - der DC-DC-Wandler ist so gesteuert und/oder geregelt und/oder eingestellt, dass eine Systemspannung an der Abgriffeinrichtung in einem Betriebsbereich des Brennstoffzellensystems zumindest in einem Bandbereich konstant ist;
  • - der DC-DC-Wandler ist so gesteuert und/oder geregelt und/oder eingestellt, dass eine Systemspannung an der Abgriffeinrichtung variabel ist.
It is particularly advantageous if the DC-DC converter is controllable and/or adjustable and/or adjustable and/or set, and in particular with at least one of the following:
  • - the DC-DC converter is controlled and/or regulated and/or adjusted such that a system voltage at the tapping device is constant in an operating range of the fuel cell system at least in a band range;
  • - the DC-DC converter is controlled and/or regulated and/or adjusted so that a system voltage at the tapping device is variable.

Durch einen steuerbaren und/oder regelbaren und/oder einstellbaren DC-DC-Wandler kann die Systemspannung an der Abgriffeinrichtung im Betriebsbereich einen vorgegebenen Verlauf erhalten. Beispielsweise kann die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers bezüglich der Systemleistung einen positiven oder negativen Gradienten haben.Using a controllable and/or adjustable and/or adjustable DC-DC converter, the system voltage at the tapping device can have a predetermined profile in the operating range. For example, the output voltage of the DC-DC converter can have a positive or negative gradient with respect to the system power.

Durch eine mindestens näherungsweise Konstanz der Systemspannung (Gesamtspannung) an der Abgriffeinrichtung lässt sich ein Verbraucher wie ein Elektromotor optimiert betreiben und auch entsprechend optimiert ausgestalten.By ensuring that the system voltage (total voltage) at the tapping device is at least approximately constant, a consumer such as an electric motor can be operated in an optimized manner and can also be designed accordingly.

Bei einer Variabilität der Systemspannung ist eine Anpassung beispielsweise an einen Verbraucher oder unterschiedliche Verbraucher möglich. Beispielsweise ist auch eine Auslegung möglich, bei der die Systemspannung mit zunehmender Leistung des Brennstoffzellensystems ansteigt.If the system voltage is variable, it can be adapted to one or more consumers, for example. For example, a design is also possible in which the system voltage increases as the power of the fuel cell system increases.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Brennstoffzellenvorrichtung und/oder die zweite Brennstoffzellenvorrichtung mindestens ein Brennstoffzellenmodul mit mindestens einem Brennstoffzellenstack umfasst, wobei das mindestens eine Brennstoffzellenmodul Hilfsaggregate zum Betrieb des mindestens einen Brennstoffzellenstacks aufweist. Die Hilfsaggregate sind solche Aggregate, die zu einem Betrieb notwendig sind. Dazu gehört zum Beispiel eine Einrichtung zur Zuführung von Brennstoff, eine Einrichtung zur Zuführung von Oxidator, eine Einrichtung zur Abführung von Reaktionswasser, eine Kühleinrichtung und so weiter.It is particularly provided that the first fuel cell device and/or the second fuel cell device comprises at least one fuel cell module with at least one fuel cell stack, wherein the at least one fuel cell module has auxiliary units for operating the at least one fuel cell stack. The auxiliary units are units that are necessary for operation. These include, for example, a device for supplying fuel, a device for supplying oxidizer, a device for removing reaction water, a cooling device and so on.

Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ist die bereitgestellte nutzbare elektrische Leistung ein Mehrfaches eines Brennstoffzellenstacks als Einzelstack.In the fuel cell system according to the invention, the usable electrical power provided is a multiple of a fuel cell stack as a single stack.

Insbesondere weist das Brennstoffzellensystem durch die Hintereinanderschaltung von Brennstoffzellenstacks (zumindest eines Brennstoffzellenstacks der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und eines Brennstoffzellenstacks der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung) eine elektrische Leistung auf, welche mindestens 100 kW, insbesondere mindestens 150 kW und insbesondere mindestens 200 kW beträgt. Es lässt sich dadurch beispielsweise ein Antrieb eines Fahrzeugs mit entsprechender elektrischer Energie versorgen.In particular, the fuel cell system has an electrical output of at least 100 kW, in particular at least 150 kW and in particular at least 200 kW, due to the series connection of fuel cell stacks (at least one fuel cell stack of the first fuel cell device and one fuel cell stack of the second fuel cell device). This makes it possible, for example, to supply a vehicle drive with corresponding electrical energy.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist an der Abgriffeinrichtung eine Batterieeinrichtung mit mindestens einer Batterie und/oder eine Superkondensatoreinrichtung mit mindestens einem Superkondensator angeordnet. Es ist dadurch ein Hybridsystem realisiert, welches alternativ oder gleichzeitig elektrische Energie durch die Brennstoffzellen oder durch die Batterieeinrichtung bzw. Superkondensatoreinrichtung bereitstellt. Ferner lässt sich die Batterieeinrichtung bzw. die Superkondensatoreinrichtung über die Brennstoffzellen beladen.In one embodiment, a battery device with at least one battery and/or a supercapacitor device with at least one supercapacitor is arranged on the tapping device. This creates a hybrid system which alternatively or simultaneously provides electrical energy through the fuel cells or through the battery device or supercapacitor device. Furthermore, the battery device or the supercapacitor device can be charged via the fuel cells.

Insbesondere ist dabei die Batterieeinrichtung und/oder die Superkondensatoreinrichtung elektrisch parallel zu der Reihenschaltung der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet. Dadurch lässt sich die Abgriffeinrichtung nutzen, um einem Verbraucher elektrische Energie aus der Batterieeinrichtung und/oder der Superkondensatoreinrichtung und/oder der Brennstoffzelleneinrichtung bereitzustellen. Ferner kann die Superkondensatoreinrichtung bzw. die Batterieeinrichtung beladen werden.In particular, the battery device and/or the supercapacitor device is arranged electrically parallel to the series connection of the first fuel cell device and the second fuel cell device. As a result, the tapping device can be used to provide a consumer with electrical energy from the battery device and/or the supercapacitor device and/or the fuel cell device. Furthermore, the supercapacitor device or the battery device can be charged.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Batterieeinrichtung oder Superkondensatoreinrichtung einen weiteren DC-DC-Wandler umfasst. Dadurch ist es möglich, eine gewählte Spannung bzw. eine mindestens näherungsweise konstante Spannung über die Batterieeinrichtung oder Superkondensatoreinrichtung zu realisieren. Grundsätzlich ist die Spannung an einer Batterie abhängig von deren Ladezustand bzw. die Spannung an einem Superkondensator ist abhängig von dessen Ladezustand (state of charge). Durch den weiteren DC-DC-Wandler lässt sich dies ausgleichen, und es lässt sich beispielsweise die entsprechende Spannung über die Batterieeinrichtung oder Superkondensatoreinrichtung mit dem entsprechend weiteren DC-DC-Wandler zumindest näherungsweise konstant halten bzw. auch einstellen bzw. variieren und dabei gezielt variieren.It is particularly advantageous if the battery device or supercapacitor device comprises an additional DC-DC converter. This makes it possible to achieve a selected voltage or an at least approximately constant voltage via the battery device or supercapacitor device. In principle, the voltage on a battery depends on its state of charge, or the voltage on a supercapacitor depends on its state of charge. This can be compensated for by the additional DC-DC converter, and the corresponding voltage via the battery device or supercapacitor device can, for example, be kept at least approximately constant or even adjusted or varied and thereby varied in a targeted manner using the additional DC-DC converter.

Es ist dann vorteilhaft, wenn mindestens eines der Folgenden vorgesehen ist:

  • - der weitere DC-DC-Wandler ist als galvanisch getrennter DC-DC-Wandler mit galvanisch getrennter Primärseite und Sekundärseite ausgebildet;
  • - der weitere DC-DC-Wandler ist als bidirektionaler Wandler ausgebildet;
  • - der weitere DC-DC-Wandler ist als Zweiquadrat-Wandler oder Vierquadrat-Wandler ausgebildet.
It is advantageous if at least one of the following is provided:
  • - the additional DC-DC converter is designed as a galvanically isolated DC-DC converter with galvanically isolated primary side and secondary side;
  • - the additional DC-DC converter is designed as a bidirectional converter;
  • - the additional DC-DC converter is designed as a two-square converter or a four-square converter.

Es ergibt sich dadurch die Möglichkeit, beispielsweise eine Systemspannung an der Abgriffeinrichtung unabhängig von der anliegenden Last oder dem Ladezustand einer Batterie der Batterieeinrichtung oder eines Superkondensators der Superkondensatoreinrichtung vorzugeben.This makes it possible, for example, to specify a system voltage at the tapping device independently of the applied load or the charge state of a battery of the battery device or of a supercapacitor of the supercapacitor device.

Es ist dann insbesondere vorgesehen, dass eine Primärseite des weiteren DC-DC-Wandlers und eine Sekundärseite des weiteren DC-DC-Wandlers mit der mindestens einen Batterie der Batterieeinrichtung oder dem mindestens einen Superkondensator der Superkondensatoreinrichtung elektrisch wirksam verbunden sind (galvanisch verbunden sind), um insbesondere eine gewisse Unabhängigkeit der Systemspannung an der Abgriffeinrichtung von der Last oder dem Ladezustand an der Batterieeinrichtung bzw. der Superkondensatoreinrichtung zu erreichen.It is then provided in particular that a primary side of the further DC-DC converter and a secondary side of the further DC-DC converter are electrically effectively connected (galvanically connected) to the at least one battery of the battery device or the at least one supercapacitor of the supercapacitor device, in order in particular to achieve a certain independence of the system voltage at the tapping device from the load or the state of charge at the battery device or the supercapacitor device.

Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn die Primärseite des weiteren DC-DC-Wandlers elektrisch parallel zu der mindestens einen Batterie oder dem mindestens einen Superkondensator angeordnet ist. Insbesondere speist dann die mindestens eine Batterie bzw. der mindestens eine Superkondensator die Primärseite des weiteren DC-DC-Wandlers.For the same reason, it is advantageous if the primary side of the further DC-DC converter is arranged electrically parallel to the at least one battery or the at least one supercapacitor. In particular, the at least one battery or the at least one supercapacitor then feeds the primary side of the further DC-DC converter.

Günstig ist es, wenn mindestens eines der Folgenden vorgesehen ist:

  • - die erste Brennstoffzellenvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks, welche elektrisch in Reihe und/oder elektrisch parallel geschaltet sind;
  • - die zweite Brennstoffzellenvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks, welche elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
It is advantageous if at least one of the following is provided:
  • - the first fuel cell device comprises a plurality of fuel cell stacks which are electrically connected in series and/or electrically in parallel;
  • - the second fuel cell device comprises a plurality of fuel cell stacks which are electrically connected in series and/or parallel.

Es lässt sich dadurch die Leistung des Brennstoffzellensystems gezielt anpassen.This allows the performance of the fuel cell system to be specifically adjusted.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Brennstoffzellenstack PEM-Brennstoffzellen umfasst. Es ergibt sich dadurch eine entsprechend einfache Betreibbarkeit und Ausbildung.In particular, it is intended that the fuel cell stack comprises PEM fuel cells. This results in correspondingly simple operation and design.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems bereitgestellt, bei dem der DC-DC-Wandler an der Sekundärseite eine Ausgangsspannung bereitstellt, welche kleiner ist als eine Spannung über die erste Brennstoffzellenvorrichtung, und an der Abgriffeinrichtung eine Systemspannung bereitstellt, welche die Summe der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers an der Sekundärseite und der Spannung über die zweite Brennstoffzellenvorrichtung ist.According to the invention, a method is provided for operating a fuel cell system according to the invention, in which the DC-DC converter provides an output voltage on the secondary side which is smaller than a voltage across the first fuel cell device, and provides a system voltage at the tapping device which is the sum of the output voltage of the DC-DC converter on the secondary side and the voltage across the second fuel cell device.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem erläuterten Vorteile auf.The method according to the invention has the advantages already explained in connection with the fuel cell system according to the invention.

Die Systemspannung (Gesamtspannung) an der Abgriffeinrichtung lässt sich an den vorgesehenen Verbraucher anpassen bzw. einstellen und lässt sich beispielsweise im Betriebsbereich (bei Volllast und auch bei Teillast) mindestens in einem Bandbereich konstant halten.The system voltage (total voltage) at the tap can be adapted or adjusted to the intended consumer and can, for example, be kept constant in at least one band range in the operating range (at full load and also at partial load).

Durch entsprechende Auslegung kann die Systemspannung an der Abgriffeinrichtung im Betriebsbereich einen vorgegebenen Verlauf erhalten. Beispielsweise kann die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers einen positiven oder negativen Gradienten haben.By appropriate design, the system voltage at the tapping device can have a predetermined curve in the operating range. For example, the output voltage of the DC-DC converter can have a positive or negative gradient.

Der DC-DC-Wandler muss dabei nicht den gesamten Energiefluss des Brennstoffzellensystems aufnehmen, sondern nur einen Teil des gesamten Energieflusses, so dass er entsprechend einfacher ausgebildet werden kann und beispielsweise auch als elektrisch nicht isolierender DC-DC-Wandler ausgebildet werden kann. Insbesondere lässt er sich als unidirektionaler Wandler bzw. Abwärtswandler ausbilden.The DC-DC converter does not have to absorb the entire energy flow of the fuel cell system, but only a part of the total energy flow, so that it can be designed more simply and can, for example, also be designed as an electrically non-insulating DC-DC converter. In particular, it can be designed as a unidirectional converter or step-down converter.

Es lässt sich dadurch auch auf einfache Weise ein Hybridsystem betreiben, bei dem an die Reihenschaltung von erster Brennstoffzellenvorrichtung und zweiter Brennstoffzellenvorrichtung mindestens eine Batterie bzw. mindestens ein Superkondensator angeschlossen ist.This also makes it easy to operate a hybrid system in which at least one battery or at least one supercapacitor is connected to the series connection of the first fuel cell device and the second fuel cell device.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

  • 1: schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem;
  • 2: eine ähnliche Ansicht wie 1, wobei die mit dem Buchstaben a bezeichnete Brennstoffzellenvorrichtung eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks umfasst;
  • 3: eine ähnliche Darstellung wie 2 eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellensystems, wobei die mit dem Buchstaben b bezeichnete Brennstoffzellenvorrichtung eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks umfasst;
  • 4: als Ergebnis von Simulationen verschiedener Spannungen in einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem gemäß 1 in Abhängigkeit von einem Systemstrom;
  • 5: für das entsprechende Brennstoffzellensystem die Abhängigkeit von verschiedenen Strömen in Abhängigkeit von dem Systemstrom sowie die Abhängigkeit von verschiedenen Komponentenleistungen;
  • 6: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems, an welchem eine Batterieeinrichtung angeordnet ist;
  • 7: ein drittes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems mit einem Superkondensator;
  • 8: schematisch eine Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellensystems mit einer Batterieeinrichtung, welche einen weiteren DC-DC-Wandler umfasst;
  • 9: schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems, welches eine Superkondensatoreinrichtung mit einem weiteren DC-DC-Wandler umfasst;
  • 10: ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems in einer ähnlichen Darstellung wie 1;
  • 11: schematisch ein Ausführungsbeispiel eines DC-DC-Wandlers in Form eines Abwärtswandlers, welcher insbesondere bei dem Brennstoffzellensystem gemäß 1 einsetzbar ist; und
  • 12: ein Ausführungsbeispiel eines DC-DC-Konverters in Form eines Abwärtswandlers, welcher bei dem Brennstoffzellensystem gemäß 9 einsetzbar ist.
The following description of preferred embodiments serves to explain the invention in more detail in conjunction with the drawings. They show:
  • 1 : schematically shows a first embodiment of a fuel cell system according to the invention;
  • 2 : a similar view to 1 , where the combustion chamber designated by the letter a fuel cell device comprising a plurality of fuel cell stacks;
  • 3 : a similar representation as 2 a further embodiment of a fuel cell system, wherein the fuel cell device designated by the letter b comprises a plurality of fuel cell stacks;
  • 4 : as a result of simulations of different voltages in a fuel cell system according to the invention according to 1 depending on a system current;
  • 5 : for the corresponding fuel cell system, the dependence of different currents on the system current as well as the dependence on different component powers;
  • 6 : a second embodiment of a fuel cell system on which a battery device is arranged;
  • 7 : a third embodiment of a fuel cell system with a supercapacitor;
  • 8th : schematically shows a fourth embodiment of a fuel cell system with a battery device which comprises a further DC-DC converter;
  • 9 : schematically shows a fifth embodiment of a fuel cell system which comprises a supercapacitor device with a further DC-DC converter;
  • 10 : a sixth embodiment of a fuel cell system in a similar representation as 1 ;
  • 11 : schematically an embodiment of a DC-DC converter in the form of a step-down converter, which is used in particular in the fuel cell system according to 1 can be used; and
  • 12 : an embodiment of a DC-DC converter in the form of a step-down converter, which is used in the fuel cell system according to 9 can be used.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, welches in 1 schematisch gezeigt und mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine erste Brennstoffzellenvorrichtung 12 (auch mit „b“ bezeichnet), und eine zweite Brennstoffzellenvorrichtung 14 (auch mit „a“ bezeichnet).A first embodiment of a fuel cell system according to the invention, which is shown in 1 shown schematically and designated 10, comprises a first fuel cell device 12 (also designated "b"), and a second fuel cell device 14 (also designated "a").

Die erste Brennstoffzellenvorrichtung 12 umfasst mindestens einen Brennstoffzellenstack 16 (Brennstoffzellenstapel) mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen 18. Innerhalb des Brennstoffzellenstacks 16 sind die Brennstoffzellen 18 in Reihe geschaltet.The first fuel cell device 12 comprises at least one fuel cell stack 16 (fuel cell stack) with a plurality of fuel cells 18. Within the fuel cell stack 16, the fuel cells 18 are connected in series.

Die Brennstoffzellen 18 sind insbesondere PEM-Brennstoffzellen.The fuel cells 18 are in particular PEM fuel cells.

Die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 14 umfasst ebenfalls mindestens einen Brennstoffzellenstack mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen.The second fuel cell device 14 also comprises at least one fuel cell stack with a plurality of fuel cells.

Insbesondere umfassen die erste Brennstoffzellenvorrichtung 12 und die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 14 mindestens ein Brennstoffzellenmodul 20. Ein solches Brennstoffzellenmodul 20 umfasst wiederum ein oder mehrere Brennstoffzellenstacks 16. Ein Brennstoffzellenmodul enthält zusätzlich zu den Brennstoffzellen, welche in entsprechenden Brennstoffzellenstacks angeordnet sind, auch Hilfsaggregate, die zum Betrieb der Brennstoffzellen benötigt werden.In particular, the first fuel cell device 12 and the second fuel cell device 14 comprise at least one fuel cell module 20. Such a fuel cell module 20 in turn comprises one or more fuel cell stacks 16. In addition to the fuel cells, which are arranged in corresponding fuel cell stacks, a fuel cell module also contains auxiliary units that are required to operate the fuel cells.

Die Hilfsaggregate umfassen insbesondere eine Zuführungseinrichtung für Brennstoff, eine Zuführungseinrichtung für Oxidator, entsprechende Abführungseinrichtungen für nicht verbrauchten Brennstoff und gegebenenfalls Oxidator, eine Abführungseinrichtung für bei entsprechenden Brennstoff-Oxidator-Reaktionen an den Brennstoffzellen 18 entstehendes Wasser, eine Kühleinrichtung und so weiter. Beispielsweise umfasst ein Brennstoffzellenmodul 20 auch eine mechanische Befestigungseinrichtung zur Fixierung des entsprechenden Brennstoffzellenmoduls 20 an einer Anwendung.The auxiliary units include in particular a supply device for fuel, a supply device for oxidizer, corresponding discharge devices for unused fuel and optionally oxidizer, a discharge device for water produced in the fuel cells 18 during corresponding fuel-oxidizer reactions, a cooling device, and so on. For example, a fuel cell module 20 also includes a mechanical fastening device for fixing the corresponding fuel cell module 20 to an application.

Die erste Brennstoffzellenvorrichtung 12 und die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 14 sind elektrisch miteinander verbunden und elektrisch in Reihe angeordnet.The first fuel cell device 12 and the second fuel cell device 14 are electrically connected to each other and arranged electrically in series.

Zwischen der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 12 und der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 14 ist ein DC-DC-Wandler 22 (Gleichstrom-Wandler) angeordnet. Dieser DC-DC-Wandler umfasst eine Primärseite 24 und eine Sekundärseite 26.A DC-DC converter 22 (direct current converter) is arranged between the first fuel cell device 12 and the second fuel cell device 14. This DC-DC converter comprises a primary side 24 and a secondary side 26.

Die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 14 ist elektrisch in Reihe zu der Sekundärseite 26 des DC-DC-Wandlers 22 angeordnet.The second fuel cell device 14 is electrically arranged in series with the secondary side 26 of the DC-DC converter 22.

Die erste Brennstoffzellenvorrichtung 12 ist an die Primärseite 24 gekoppelt und an der Primärseite 24 ist der DC-DC-Wandler 22 durch die erste Brennstoffzellenvorrichtung 12 gespeist.The first fuel cell device 12 is coupled to the primary side 24 and on the primary side 24 the DC-DC converter 22 is fed by the first fuel cell device 12.

Der DC-DC-Wandler 22 ist so an dem Brennstoffzellensystem 10 angeordnet und dabei zwischen der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 12 und der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 14 angeordnet, dass ein elektrischer Energiefluss in dem Brennstoffzellensystem 10 teilweise (und dabei nur teilweise, das heißt nicht vollständig) über den DC-DC-Wandler 22 erfolgt. Dies wird untenstehend noch näher erläutert.The DC-DC converter 22 is arranged on the fuel cell system 10 and is arranged between the first fuel cell device 12 and the second fuel cell device 14 such that an electrical energy flow in the fuel cell system 10 is partially (and only partially, i.e. not completely) supplied via the DC-DC converter 22. This is explained in more detail below.

Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst eine Abgriffeinrichtung 28. Die Abgriffeinrichtung 28 umfasst einen ersten Abgriffpunkt 30 und einen zweiten Abgriffpunkt 32.The fuel cell system 10 comprises a tapping device 28. The tapping device 28 comprises a first tapping point 30 and a second tapping point 32.

An der Abgriffeinrichtung 28 ist zwischen dem ersten Abgriffpunkt 30 und dem zweiten Abgriffpunkt 32 eine nutzbare elektrische Spannung bzw. ein nutzbarer elektrischer Strom des Brennstoffzellensystems 10 abgreifbar.A usable electrical voltage or a usable electrical current of the fuel cell system 10 can be tapped at the tapping device 28 between the first tapping point 30 and the second tapping point 32.

Im Folgenden wird diese an der Abgriffeinrichtung 28 abgreifbare Spannung (Gesamtspannung) als Systemspannung Usys bezeichnet und der entsprechende nutzbare Strom als Systemstrom Isys.In the following, this voltage (total voltage) that can be tapped at the tapping device 28 is referred to as system voltage U sys and the corresponding usable current is referred to as system current I sys .

Der erste Abgriffpunkt 30 der Abgriffeinrichtung 28 ist elektrisch (galvanisch) mit der Sekundärseite 26 des DC-DC-Wandlers 22 verbunden.The first tapping point 30 of the tapping device 28 is electrically (galvanically) connected to the secondary side 26 of the DC-DC converter 22.

Der zweite Abgriffpunkt 32 ist elektrisch (galvanisch) mit der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 14 verbunden und dabei mit einer Plus-Seite der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 14 verbunden.The second tapping point 32 is electrically (galvanically) connected to the second fuel cell device 14 and is connected to a plus side of the second fuel cell device 14.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist der DC-DC-Wandler als Abwärtswandler (Buck converter) ausgebildet, welcher an der Sekundärseite 26 eine kleinere Spannung bereitstellt als eine Eingangsspannung an der Primärseite 24.In one embodiment, the DC-DC converter is designed as a buck converter, which provides a smaller voltage on the secondary side 26 than an input voltage on the primary side 24.

Ein Ausführungsbeispiel eines entsprechenden Abwärtswandlers ist in 11 schematisch gezeigt und dort mit 22' bezeichnet. Das energieübertragende Bauelement des DC-DC-Wandlers 22' ist eine Speicherdrossel.An embodiment of a corresponding buck converter is shown in 11 shown schematically and designated there with 22'. The energy-transmitting component of the DC-DC converter 22' is a storage choke.

Es können auch andere DC-DC-Wandlertypen wie beispielsweise Synchronwandler, H-Brückenwandler usw. eingesetzt werden.Other types of DC-DC converters such as synchronous converters, H-bridge converters, etc. can also be used.

Die Ausgangsspannung (Sekundärspannung) des DC-DC-Wandlers 22 an der Sekundärseite 26 wird im Folgenden mit UDCDC2 bezeichnet.The output voltage (secondary voltage) of the DC-DC converter 22 on the secondary side 26 is referred to below as U DCDC2 .

Bei einem Ausführungsbeispiel ist der DC-DC-Wandler 22 nicht isolierend ausgebildet. Die Minuspole der Primärseite 24 und der Sekundärseite 26 sind galvanisch miteinander verbunden.In one embodiment, the DC-DC converter 22 is not designed to be insulating. The negative poles of the primary side 24 and the secondary side 26 are galvanically connected to one another.

Der DC-DC-Wandler 22 ist insbesondere unidirektional in dem Sinne, dass er für eine Spannungserniedrigung zwischen Primärseite 24 und Sekundärseite 26 sorgt.The DC-DC converter 22 is in particular unidirectional in the sense that it ensures a voltage reduction between the primary side 24 and the secondary side 26.

Die erste Brennstoffzellenvorrichtung 12 und die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 14 können grundsätzlich ein oder mehrere Brennstoffzellenstacks 16 bzw. 16' umfassen. Innerhalb einer Brennstoffzellenvorrichtung 12 bzw. 14 können Brennstoffzellenstacks 16 bzw. 16' in Reihe und/oder parallel angeordnet sein.The first fuel cell device 12 and the second fuel cell device 14 can basically comprise one or more fuel cell stacks 16 and 16', respectively. Within a fuel cell device 12 and 14, fuel cell stacks 16 and 16', respectively, can be arranged in series and/or in parallel.

In 2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 14 zwei Brennstoffzellenstacks 16' umfasst, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind.In 2 an embodiment is shown in which the second fuel cell device 14 comprises two fuel cell stacks 16' which are electrically connected in series.

In 3 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die erste Brennstoffzellenvorrichtung 12 zwei Brennstoffzellenstacks 16 umfasst, welche in Reihe geschaltet sind, und die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 14 zwei Brennstoffzellenstacks 16' umfasst, welche ebenfalls in Reihe angeordnet sind.In 3 1 shows schematically an embodiment in which the first fuel cell device 12 comprises two fuel cell stacks 16 which are connected in series, and the second fuel cell device 14 comprises two fuel cell stacks 16' which are also arranged in series.

Bei dem Brennstoffzellensystem 10, welches schematisch in 1 gezeigt ist (mit Varianten in den 2 und 3), fällt über die erste Brennstoffzellenvorrichtung 12 eine Spannung ab, welche im Folgenden als Ub bezeichnet wird. Der entsprechende Stromfluss ist Ib, wie in 1 angedeutet. Die Spannung Ub ist die Einspeisespannung (Primärspannung) für die Primärseite 24 des DC-DC-Wandler 22.In the fuel cell system 10, which is shown schematically in 1 shown (with variants in the 2 and 3 ), a voltage drops across the first fuel cell device 12, which is referred to below as U b . The corresponding current flow is I b , as in 1 The voltage U b is the feed voltage (primary voltage) for the primary side 24 of the DC-DC converter 22.

Über die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 14 fällt eine entsprechende Spannung Ua ab. Es fließt ein Strom Ia, wie in 1 angedeutet. Dieser Strom Ia entspricht dem Systemstrom Isys.A corresponding voltage U a drops across the second fuel cell device 14. A current I a flows, as in 1 This current I a corresponds to the system current I sys .

Die Gesamtspannung Usys, welche an der Abgriffeinrichtung 28 abgreifbar ist, ist mindestens näherungsweise die Summe der Spannung UDCDC2, welche an der Sekundärseite 26 des DC-DC-Wandlers 22 anliegt, und der Spannung Ua.The total voltage U sys , which can be tapped at the tapping device 28, is at least approximately the sum of the voltage U DCDC2 , which is present at the secondary side 26 of the DC-DC converter 22, and the voltage U a .

Die Spannung UDCDC2 (Sekundärspannung) ist dabei kleiner als die Spannung Ub (Primärspannung), so dass wie oben erwähnt nur ein Teil des elektrischen Energieflusses in dem Brennstoffzellensystem 10 über den DC-DC-Wandler 22 erfolgt.The voltage U DCDC2 (secondary voltage) is smaller than the voltage U b (primary voltage), so that, as mentioned above, only a part of the electrical energy flow in the fuel cell system 10 occurs via the DC-DC converter 22.

Die 4 und 5 zeigen Diagramme, welche sich aus Simulationen ergeben haben, für ein konkretes Ausführungsbeispiel des Brennstoffzellensystems 10, bei dem die erste Brennstoffzellenvorrichtung 12 einen Brennstoffzellenstack 16 mit 455 Brennstoffzellen 18 aufweist.The 4 and 5 show diagrams resulting from simulations for a concrete embodiment of the fuel cell system 10, in which the first fuel cell device 12 has a fuel cell stack 16 with 455 fuel cells 18.

Die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 14 weist drei Brennstoffzellenstacks 16' auf, welche in Reihe geschaltet sind, wobei jeder Brennstoffzellenstack 16' 455 Brennstoffzellen 18 aufweist.The second fuel cell device 14 has three fuel cell stacks 16' connected in series, each fuel cell stack 16' having 455 fuel cells 18.

In 4 ist als Ergebnis der Simulationen die Abhängigkeit der Spannungen Ua an der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 14 und Ub an der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 12 gezeigt. Ferner gezeigt ist die entsprechende Abhängigkeit der Ausgangsspannung UDCDC2 an der Sekundärseite 26 des DC-DC-Wandlers 22 von dem Systemstrom Isys.In 4 As a result of the simulations, the dependence of the voltages U a at the second fuel cell device 14 and U b at the first fuel cell device 12 is shown. Also shown is the corresponding dependence of the output voltage U DCDC2 at the secondary side 26 of the DC-DC converter 22 on the system current I sys .

Der maximale Systemstrom Ia = Isys beträgt bei diesem konkreten Ausführungsbeispiel 420 A. Es liegt dann der Volllastfall vor. Bei kleineren Systemströmen liegt ein Teillastbetrieb vor.The maximum system current I a = I sys in this specific embodiment is 420 A. This is the full load case. Smaller system currents result in partial load operation.

Das entsprechende Brennstoffzellensystem wurde so eingestellt und betrieben, dass die Ausgangsspannung Usys fest bei 1210 V liegt.The corresponding fuel cell system was adjusted and operated so that the output voltage U sys is fixed at 1210 V.

Aus dem Diagramm gemäß 4 ist ersichtlich, dass für alle Systemströme Isys die Spannung UDCDC2 unterhalb der Spannungen Ua und Ub liegt. Insbesondere ist diese Ausgangsspannung an der Sekundärseite 26 des DC-DC-Wandlers 22 kleiner als die Eingangsspannung Ub an der Primärseite 24.From the diagram according to 4 it is evident that for all system currents I sys the voltage U DCDC2 is below the voltages U a and U b . In particular, this output voltage on the secondary side 26 of the DC-DC converter 22 is smaller than the input voltage U b on the primary side 24.

In 5 sind die Abhängigkeiten der Ströme Ia und Ib (vergleiche 1) in Abhängigkeit von dem Systemstrom Isys gezeigt, sowie die entsprechende elektrische Leistung Pa an der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 14 und Pb an der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 12. Da Ia = Isys, liegen die Daten für Ia auf einer Geraden.In 5 are the dependencies of the currents I a and I b (compare 1 ) as a function of the system current I sys , as well as the corresponding electrical power P a at the second fuel cell device 14 and P b at the first fuel cell device 12. Since I a = I sys , the data for I a lie on a straight line.

Die Gesamtleistung des entsprechenden Brennstoffzellensystems 10 bei diesem konkreten Ausführungsbeispiel liegt bei dem maximalen Systemstrom von 420 A bei ca. 508,2 kW.The total output of the corresponding fuel cell system 10 in this specific embodiment is approximately 508.2 kW at the maximum system current of 420 A.

Die vom DC-DC-Wandler 22 bei diesem Systemstrom von 420 A zu übertragende Leistung liegt bei ca. 120,2 kW und damit bei nur ca. 24 % der genannten Gesamtleistung des Brennstoffzellensystems 10.The power to be transmitted by the DC-DC converter 22 at this system current of 420 A is approximately 120.2 kW and thus only approximately 24% of the stated total power of the fuel cell system 10.

Der DC-DC-Wandler 22 wird bei einem Ausführungsbeispiel so geregelt, dass in einem Betriebsbereich des Brennstoffzellensystems 10 die Gesamtspannung (Systemspannung) Usys zumindest in einem Bandbereich konstant ist.In one embodiment, the DC-DC converter 22 is controlled such that in an operating range of the fuel cell system 10 the total voltage (system voltage) U sys is constant at least in a band range.

Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers 22 so geregelt wird, dass die Gesamtspannung Usys einem vorgegebenem Verlauf folgt, beispielsweise einem vorgegebenen konstanten positiven oder negativen Gradienten bezüglich der Leistung des Gesamtsystems.For example, it can also be provided that the output voltage of the DC-DC converter 22 is regulated such that the total voltage U sys follows a predetermined curve, for example a predetermined constant positive or negative gradient with respect to the power of the overall system.

Es ist auch möglich, dass über den DC-DC-Wandler 22 die Gesamtspannung variabel ist und dadurch in einem gewissen Bereich veränderbar ist.It is also possible for the total voltage to be variable via the DC-DC converter 22 and thus to be changeable within a certain range.

Der DC-DC-Wandler 22 ist so angeordnet, dass die Potentialdifferenz an der Abgriffeinrichtung 28, das heißt die Gesamtspannung Usys, die höchste Potentialdifferenz in dem Brennstoffzellensystem 10 ist und in dem Brennstoffzellensystem 10 an keiner Stelle eine höhere Potentialdifferenz vorliegt.The DC-DC converter 22 is arranged such that the potential difference at the tapping device 28, i.e. the total voltage U sys , is the highest potential difference in the fuel cell system 10 and there is no higher potential difference at any point in the fuel cell system 10.

Bei dem Brennstoffzellensystem 10 sind die Minuspole der Primärseite 24 und der Sekundärseite 26 miteinander verbunden. Insbesondere ist der DC-DC-Wandler 22 so angeordnet, dass der entsprechende Minuspol des DC-DC-Wandler 22 dann auf dem niedrigsten Potential in dem Brennstoffzellensystem 10 liegt.In the fuel cell system 10, the negative poles of the primary side 24 and the secondary side 26 are connected to one another. In particular, the DC-DC converter 22 is arranged such that the corresponding negative pole of the DC-DC converter 22 is then at the lowest potential in the fuel cell system 10.

Es ist grundsätzlich vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem eine Leistung von mindestens 100 kW, insbesondere von mindestens 150 kW, und insbesondere von mindestens 200 kW aufweist. Dies wird durch eine entsprechende Anzahl von Brennstoffzellen 18 in den Brennstoffzellenstacks 16, 16' erreicht.It is fundamentally intended that the fuel cell system has an output of at least 100 kW, in particular of at least 150 kW, and in particular of at least 200 kW. This is achieved by a corresponding number of fuel cells 18 in the fuel cell stacks 16, 16'.

Grundsätzlich ist es so, dass bei Brennstoffzellen 18 und insbesondere PEM-Brennstoffzellen die Zellspannung an einer Brennstoffzelle 18 mit zunehmendem Strom sinkt. Dies bedeutet zunächst, dass ein angeschlossener Verbraucher einschließlich aller Zuleitungen bei seriell verschalteten Brennstoffzellen 18 auf eine Spannung von mindestens n multipliziert mit einer entsprechenden oberen Zellspannung ausgelegt werden muss. Der maximale Strom ergibt sich aus der Nennleistung dividiert durch eine deutlich geringere Spannung bei Nennlast.Basically, with fuel cells 18 and in particular PEM fuel cells, the cell voltage on a fuel cell 18 decreases with increasing current. This means first of all that a connected consumer including all supply lines in series-connected fuel cells 18 must be designed for a voltage of at least n multiplied by a corresponding upper cell voltage. The maximum current is the result of the nominal power divided by a significantly lower voltage at nominal load.

Durch die erfindungsgemäße Lösung werden zwei Brennstoffzellenvorrichtungen 12, 14 so verbunden, dass die Gesamtleistung des Brennstoffzellensystems größer ist als die Leistung jeweils der Brennstoffzellenvorrichtung 12 und der Brennstoffzellenvorrichtung 14. Die Gesamtleistung ist entsprechend größer und beträgt ein Mehrfaches der Leistung eines Einzelstacks 16 bzw. 16'. Es kann beispielsweise eine Leistung von 100 kW oder mehr bereitgestellt werden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist ein DC-DC-Wandler 22 vorgesehen, welcher nicht galvanisch trennend ausgebildet sein muss.The solution according to the invention connects two fuel cell devices 12, 14 in such a way that the total power of the fuel cell system is greater than the power of the fuel cell device 12 and the fuel cell device 14. The total power is correspondingly greater and is a multiple of the power of an individual stack 16 or 16'. For example, a power of 100 kW or more can be provided. The solution according to the invention provides a DC-DC converter 22 which does not have to be designed to be galvanically isolating.

Insbesondere bei geeigneter Wahl der Anzahl der Brennstoffzellen 18 in den entsprechenden Brennstoffzellenstacks 16, 16' kann die Gesamtspannung Usys im Betriebsbereich zumindest innerhalb einem Bandbereich konstant gehalten werden. Diese ändert sich dadurch nicht oder nur wenig mit der Gesamtleistung des entsprechenden Brennstoffzellensystems 10. Dadurch werden die oben beschriebenen Nachteile vermieden.In particular, with a suitable selection of the number of fuel cells 18 in the corresponding fuel cell stacks 16, 16', the total voltage U sys in the operating range can be kept constant at least within a band range. This changes little or not at all with the total output of the corresponding fuel cell system 10. This avoids the disadvantages described above.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird nur ein Teil des Energieflusses über den DC-DC-Wandler 22 geführt, das heißt nur ein Teil der Systemleistung wird über den DC-DC-Wandler 22 geführt. Dies kann entsprechend bei der Auslegung des DC-DC-Wandlers 22 berücksichtigt werden. Im Vergleich zu einem DC-DC-Wandler 22, über welchen die Gesamtleistung des Systems geführt wird, lässt sich bei der erfindungsgemäßen Lösung ein geringeres Gewicht, ein verbesserter Wirkungsgrad und auch ein Kostenvorteil erreichen.In the solution according to the invention, only a portion of the energy flow is conducted via the DC-DC converter 22, i.e. only a portion of the system power is conducted via the DC-DC converter 22. This can be taken into account accordingly when designing the DC-DC converter 22. In comparison to a DC-DC converter 22, via which the total power of the system is conducted, a lower weight, improved efficiency and also a cost advantage can be achieved with the solution according to the invention.

Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Lösung das Brennstoffzellensystem 10 als Hybridsystem mit einer Batterieeinrichtung oder Superkondensatoreinrichtung realisiert werden, wie nachstehend beschrieben wird. Durch entsprechende Einstellung der Ausgangsspannung an der Sekundärseite 26 des DC-DC-Wandlers 22 kann die Systemspannung an der Abgriffeinrichtung 28 eingestellt werden und an den Betriebspunkt einer Batterie bzw. eines Superkondensators angepasst werden.Furthermore, in the solution according to the invention, the fuel cell system 10 can be implemented as a hybrid system with a battery device or supercapacitor device, as described below. By appropriately setting the output voltage on the secondary side 26 of the DC-DC converter 22, the system voltage at the tapping device 28 can be set and adapted to the operating point of a battery or a supercapacitor.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, welches in 6 schematisch gezeigt und mit 34 bezeichnet ist, ist an ein Brennstoffzellensystem, welches grundsätzlich gleich wie oben ausgebildet ist und deshalb mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet wird, an der Abgriffeinrichtung 28 eine Batterieeinrichtung 36 angeschlossen. Die Batterieeinrichtung 36 ist dabei zwischen dem ersten Abgriffpunkt 30 und dem zweiten Abgriffpunkt 32 angeschlossen. Die Batterieeinrichtung 36 liegt parallel zu der Reihenschaltung von erster Brennstoffzellenvorrichtung 12 und zweiter Brennstoffzellenvorrichtung 14.In a second embodiment of a fuel cell system according to the invention, which is 6 shown schematically and designated 34, a battery device 36 is connected to the tapping device 28 in a fuel cell system which is basically designed the same as above and is therefore designated with the reference number 10. The battery device 36 is connected between the first tapping point 30 and the second tapping point 32. The battery device 36 is parallel to the series connection of the first fuel cell device 12 and the second fuel cell device 14.

Bei dem Brennstoffzellensystem 34 umfasst die Batterieeinrichtung 36 mindestens eine Batterie 38 mit mindestens einer Batteriezelle.In the fuel cell system 34, the battery device 36 comprises at least one battery 38 with at least one battery cell.

Durch Einstellung der Ausgangsspannung an der Sekundärseite 26 des DC-DC-Wandlers 22 lässt sich der Betriebspunkt der Batterie 38 bestimmen. Durch Verschieben der Systemspannung (Gesamtspannung) des Brennstoffzellensystems 10 gegenüber der Leerlaufspannung der Batterieeinrichtung 36 kann der Betriebszustand der Batterie 38 verschoben werden. Wie oben erwähnt, hängt die Leerlaufspannung der Batterie 38 grundsätzlich vom Ladezustand der Batterie 38 ab.By adjusting the output voltage on the secondary side 26 of the DC-DC converter 22, the operating point of the battery 38 can be determined. By shifting the system voltage (total voltage) of the fuel cell system 10 relative to the open circuit voltage of the battery device 36, the operating state of the battery 38 can be shifted. As mentioned above, the open circuit voltage of the battery 38 basically depends on the charge state of the battery 38.

Wird die Gesamtspannung des Brennstoffzellensystems 10 niedriger als die Leerlaufspannung der Batterie 38 eingestellt, wird die Batterie 38 entladen. Wird die Gesamtspannung des Brennstoffzellensystems 10 höher als die Leerlaufspannung der Batterie 38 eingestellt, so wird die Batterie 38 geladen.If the total voltage of the fuel cell system 10 is set lower than the open circuit voltage of the battery 38, the battery 38 is discharged. If the total voltage of the fuel cell system 10 is set higher than the open circuit voltage of the battery 38, the battery 38 is charged.

(Bei dem Brennstoffzellensystem 34, bei dem die Batterieeinrichtung 36 mindestens eine Batterie 38 ist, hängt die Systemspannung an der Abgriffeinrichtung 28 grundsätzlich von dem Ladezustand der Batterie 38 ab.)(In the fuel cell system 34, in which the battery device 36 is at least one battery 38, the system voltage at the tapping device 28 basically depends on the state of charge of the battery 38.)

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, welches in 7 schematisch gezeigt ist, ist an die Brennstoffzellenvorrichtung 10 eine Superkondensatoreinrichtung 42 angeschlossen. Die Superkondensatoreinrichtung 42 liegt an der Abgriffeinrichtung 28. Sie ist parallel zu der Reihenschaltung von erster Brennstoffzellenvorrichtung 12 und zweiter Brennstoffzellenvorrichtung 14 angeordnet.In a third embodiment of a fuel cell system according to the invention, which is 7 As shown schematically, a supercapacitor device 42 is connected to the fuel cell device 10. The supercapacitor device 42 is located on the tapping device 28. It is arranged parallel to the series connection of the first fuel cell device 12 and the second fuel cell device 14.

Die Superkondensatoreinrichtung 42 umfasst mindestens einen Superkondensator. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Superkondensatoreinrichtung 42 eine Superkondensatorbank.The supercapacitor device 42 includes at least one supercapacitor. In one embodiment, the supercapacitor device 42 includes a supercapacitor bank.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist die Superkondensatoreinrichtung 42 durch einen oder mehrere Superkondensatoren gebildet.In the embodiment according to 7 the supercapacitor device 42 is formed by one or more supercapacitors.

Wie oben erwähnt wird durch Einstellung der Ausgangsspannung an der Sekundärseite 26 des DC-DC-Wandlers 22 der Betriebspunkt der Superkondensatoreinrichtung 42 eingestellt.As mentioned above, the operating point of the supercapacitor device 42 is set by adjusting the output voltage on the secondary side 26 of the DC-DC converter 22.

Wenn die Superkondensatoreinrichtung 42 nur mindestens einen Superkondensator umfasst, dann gilt entsprechend, dass der Betriebszustand der Superkondensatoreinrichtung 42 (Laden/Entladen) von der Systemspannung an der Abgriffeinrichtung 28 abhängt.If the supercapacitor device 42 only comprises at least one supercapacitor, then the operating state of the supercapacitor device 42 (charging/discharging) depends on the system voltage at the tapping device 28.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, welches in 8 gezeigt und mit 44 bezeichnet ist, ist an ein Brennstoffzellensystem 10 an der Abgriffeinrichtung 28 eine Batterieeinrichtung 46 angeschlossen. Die Batterieeinrichtung 46 umfasst (mindestens) eine Batterie 48. Sie umfasst ferner einen weiteren DC-DC-Wandler 50 (Gleichstrom-Wandler 50). Der weitere DC-DC-Wandler 50 ist als galvanisch getrennter Wandler ausgebildet.In a fourth embodiment of a fuel cell system according to the invention, which is 8th shown and designated 44, a battery device 46 is connected to a fuel cell system 10 at the tapping device 28. The battery device 46 comprises (at least) one battery 48. It also comprises a further DC-DC converter 50 (direct current converter 50). The further DC-DC converter 50 is designed as a galvanically isolated converter.

Der weitere DC-DC-Wandler 50 hat eine Primärseite 52 und eine Sekundärseite 54. Die Primärseite 52 wird durch die mindestens eine Batterie 48 gespeist.The further DC-DC converter 50 has a primary side 52 and a secondary side 54. The primary side 52 is powered by the at least one battery 48.

Sowohl die Primärseite 52 als auch die Sekundärseite 54 sind mit der mindestens einen Batterie 48 verbunden.Both the primary side 52 and the secondary side 54 are connected to the at least one battery 48.

Die Sekundärseite 54 des weiteren DC-DC-Wandlers 50 ist elektrisch in Reihe mit der mindestens einen Batterie 48 geschaltet.The secondary side 54 of the further DC-DC converter 50 is electrically connected in series with the at least one battery 48.

Die Primärseite 52 ist bei einem Ausführungsbeispiel parallel zu der mindestens einen Batterie 48 geschaltet.In one embodiment, the primary side 52 is connected in parallel to the at least one battery 48.

Durch die Verwendung des weiteren DC-DC-Wandlers 50 kann die Systemspannung, welche an der Batterieeinrichtung 46 über die Abgriffeinrichtung 28 anliegt, unabhängig von der anliegenden Last oder dem Ladezustand der mindestens einen Batterie 48 realisiert werden. Sie kann grundsätzlich auch frei veränderbar realisiert werden.By using the additional DC-DC converter 50, the system voltage which is applied to the battery device 46 via the tapping device 28 can be realized independently of the applied load or the charge state of the at least one battery 48. In principle, it can also be realized in a freely variable manner.

Die Systemspannung an der Abgriffeinrichtung 28, welche an der Batterieeinrichtung 46 anliegt, kann dabei nicht kleiner sein als die Spannung der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 14.The system voltage at the tapping device 28, which is applied to the battery device 46, cannot be lower than the voltage of the second fuel cell device 14.

Beispielsweise ist dazu der weitere DC-DC-Wandler 50 als bidirektionaler Wandler (mit möglicher Abwärtswandlung oder Aufwärtswandlung) ausgebildet bzw. als Zweiquadratwandler oder Vierquadratwandler bezogen auf Strom-Spannungs-Quadranten.For example, the further DC-DC converter 50 is designed as a bidirectional converter (with possible step-down or step-up conversion) or as a two-square converter or four-square converter based on current-voltage quadrants.

Die maximale Leistung an dem weiteren DC-DC-Wandler 50 ist deutlich geringer als die Leistung der mindestens einen Batterie 48.The maximum power of the additional DC-DC converter 50 is significantly lower than the power of at least one battery 48.

Die Steuerung bzw. Regelung bzw. Einstellung des weiteren DC-DC-Wandlers 50 kann so ausgeführt sein, dass die Systemspannung an der Abgriffeinrichtung 28 im Betriebsbereich zumindest in einem Bandbereich konstant ist. Sie kann auch so gestaltet werden, dass die Systemspannung zumindest in einem gewissen Bereich veränderbar ist.The control or regulation or setting of the further DC-DC converter 50 can be designed such that the system voltage at the tapping device 28 is constant in the operating range at least in a band range. It can also be designed such that the system voltage is variable at least in a certain range.

Grundsätzlich ist es auch möglich, den weiteren DC-DC-Wandler 50 so auszubilden und anzusteuern bzw. zu regeln bzw. einzustellen, dass ein Batteriestrom frei einstellbar ist.In principle, it is also possible to design and control, regulate or adjust the additional DC-DC converter 50 in such a way that a battery current can be freely adjusted.

Bei einem fünften Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 56, welches in 9 schematisch dargestellt ist, ist an ein Brennstoffzellensystem 10 an der Abgriffeinrichtung 28 eine Superkondensatoreinrichtung 58 parallel angeschlossen. Die Superkondensatoreinrichtung 58 umfasst mindestens einen Superkondensator 60 und einen weiteren DC-DC-Wandler, welcher dem weiteren DC-DC-Wandler 50 bei dem Brennstoffzellensystem 44 entspricht. Es werden deshalb gleiche Bezugszeichen verwendet.In a fifth embodiment of a fuel cell system 56 according to the invention, which is shown in 9 As shown schematically, a supercapacitor device 58 is connected in parallel to a fuel cell system 10 at the tapping device 28. The supercapacitor device 58 comprises at least one supercapacitor 60 and a further DC-DC converter, which corresponds to the further DC-DC converter 50 in the fuel cell system 44. The same reference numerals are therefore used.

Die Anordnung des Brennstoffzellensystems 56 ist grundsätzlich gleich wie bei dem Brennstoffzellensystem 44, wobei die mindestens eine Batterie 48 durch mindestens einen Superkondensator 60 ersetzt ist. Die Funktionsweise ist deshalb auch grundsätzlich gleich wie oben anhand des Brennstoffzellensystems 44 beschrieben.The arrangement of the fuel cell system 56 is basically the same as that of the fuel cell system 44, with the at least one battery 48 being replaced by at least one supercapacitor 60. The mode of operation is therefore also basically the same as described above with reference to the fuel cell system 44.

Ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 56, welches in 10 schematisch gezeigt und mit 62 bezeichnet ist, ist eine Variante des Brennstoffzellensystems gemäß 1.A sixth embodiment of a fuel cell system 56 according to the invention, which in 10 shown schematically and designated 62, is a variant of the fuel cell system according to 1 .

Das Brennstoffzellensystem 62 umfasst eine erste Brennstoffzellenvorrichtung 64 („b“), und eine zweite Brennstoffzellenvorrichtung 66 (zweite Brennstoffzellenvorrichtung „a“).The fuel cell system 62 includes a first fuel cell device 64 (“b”), and a second fuel cell device 66 (second fuel cell device “a”).

Diese sind elektrisch miteinander verbunden.These are electrically connected to each other.

Zwischen der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 64 und der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 66 ist ein DC-DC-Wandler 68 positioniert. Dieser ist insbesondere nicht elektrisch isolierend (nicht galvanisch trennend) ausgebildet. Mit einer Primärseite 70 ist er an der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 64 angeordnet, welche diesen speist. Mit einer Sekundärseite 72 ist er an die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 66 angeschlossen, wobei die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 66 in Reihe zu der Sekundärseite 72 geschaltet ist. Es ist eine Abgriffeinrichtung 74 vorgesehen, an welche eine nutzbare Spannung bzw. ein nutzbarer Strom angeschlossen ist.A DC-DC converter 68 is positioned between the first fuel cell device 64 and the second fuel cell device 66. This is designed in particular not to be electrically insulating (not galvanically isolating). It is arranged with a primary side 70 on the first fuel cell device 64, which feeds it. It is connected with a secondary side 72 to the second fuel cell device 66, the second fuel cell device 66 being connected in series to the secondary side 72. A tapping device 74 is provided, to which a usable voltage or a usable current is connected.

Die Anordnung des DC-DC-Wandlers 68 ist derart, dass die Primärseite 70 und die Sekundärseite 72 einen gemeinsamen Pluspol aufweisen. Insbesondere ist es dann vorgesehen, dass der DC-DC-Wandler 68 so angeordnet ist, dass der Pluspol des DC-DC-Wandlers 68 (welcher ein gemeinsamer Pluspol der Primärseite 70 und der Sekundärseite 72 aufgrund beispielsweise galvanischer Verbindung) ist, auf dem höchsten im Gesamtsystem auftretenden Potential liegt.The arrangement of the DC-DC converter 68 is such that the primary side 70 and the secondary side 72 have a common positive pole. In particular, it is then provided that the DC-DC converter 68 is arranged such that the positive pole of the DC-DC converter 68 (which is a common positive pole of the primary side 70 and the secondary side 72 due to, for example, galvanic connection) is at the highest potential occurring in the overall system.

Ein Ausführungsbeispiel eines DC-DC-Wandlers 68 ist ein Abwärtswandler, welcher in 12 schematisch gezeigt und mit 68' bezeichnet ist. Das energieübertragende Element ist eine Speicherdrossel.One embodiment of a DC-DC converter 68 is a step-down converter, which in 12 shown schematically and designated 68'. The energy-transferring element is a storage choke.

Die Abgriffeinrichtung 74 umfasst eine erste Abgriffstelle 76, welche galvanisch mit der Sekundärseite 72 des DC-DC-Wandlers 68 verbunden ist. Es ist eine zweite Abgriffstelle 78 vorgesehen, welche mit einem Minuspol der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 66 galvanisch verbunden ist.The tapping device 74 comprises a first tapping point 76, which is galvanically connected to the secondary side 72 of the DC-DC converter 68. A second tapping point 78 is provided, which is galvanically connected to a negative pole of the second fuel cell device 66.

Die Potentialdifferenz zwischen der ersten Abgriffstelle 76 und der zweiten Abgriffstelle 78 ist bei der Anordnung des Brennstoffzellensystems 62 negativ.The potential difference between the first tapping point 76 and the second tapping point 78 is negative in the arrangement of the fuel cell system 62.

Die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Abgriffpunkt 30 und dem zweiten Abgriffpunkt 32 bei dem Brennstoffzellensystem 10 (1) ist positiv.The potential difference between the first tapping point 30 and the second tapping point 32 in the fuel cell system 10 ( 1 ) is positive.

Ansonsten funktioniert das Brennstoffzellensystem 62 wie oben anhand des Brennstoffzellensystems 10 beschrieben. Entsprechend lässt sich auch an das Brennstoffzellensystem 62 eine Batterieeinrichtung oder Superkondensatoreinrichtung ankoppeln.Otherwise, the fuel cell system 62 functions as described above with reference to the fuel cell system 10. Accordingly, a battery device or supercapacitor device can also be coupled to the fuel cell system 62.

Durch die erfindungsgemäße Lösung lässt sich insbesondere ein Elektromotoraggegrat mit elektrischer Energie versorgen. Das Motoraggregat ist insbesondere ein Motoraggregat eines Fahrzeugs. Anwendungsbeispiele sind beispielsweise für ein Luftfahrzeug ein Propellerantrieb oder die Hilfsenergieerzeugung. Bei einem Landfahrzeug lässt sich beispielsweise ein Fahrzeugantrieb mit entsprechender Energie versorgen. Auch Schienenverkehrsfahrzeuge lassen sich entsprechend mit entsprechender elektrischer Energie für einen Fahrzeugantrieb versorgen.The solution according to the invention makes it possible to supply an electric motor unit with electrical energy. The motor unit is in particular a motor unit of a vehicle. Examples of applications are, for example, a propeller drive for an aircraft or the generation of auxiliary power. In a land vehicle, for example, a vehicle drive can be supplied with the corresponding energy. Rail vehicles can also be supplied with the corresponding electrical energy for a vehicle drive.

Beispielsweise lassen sich auch Baumaschinen oder Bergbaufahrzeuge entsprechend mit elektrischer Energie versorgen. Beispielsweise können auch Flurförderfahrzeuge wie Gabelstapler mit entsprechender Energie versorgt werden. Ein weiterer Anwendungsfall sind Antriebe für landwirtschaftliche Fahrzeuge und Maschinen.For example, construction machinery or mining vehicles can also be supplied with electrical energy. For example, industrial trucks such as forklifts can also be supplied with the appropriate energy. Another application is drives for agricultural vehicles and machines.

Grundsätzlich lässt sich die erfindungsgemäße Lösung auch verwenden, wenn stationär Strom erzeugt werden soll wie beispielsweise bei Stromgeneratoren im Inselbetrieb oder bei der Rückverstromung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff. Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auch einsetzen für Wasserfahrzeuge, beispielsweise für einen Schiffsantrieb oder für die Bordstromerzeugung.In principle, the solution according to the invention can also be used when electricity is to be generated in a stationary manner, such as in power generators in island operation or in the reconversion of hydrogen generated from renewable sources. The solution according to the invention can also be used for watercraft, for example for a ship's propulsion system or for on-board power generation.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Brennstoffzellensystem (Erstes Ausführungsbeispiel)Fuel cell system (first embodiment)
1212
erste Brennstoffzellenvorrichtung („b“)first fuel cell device (“b”)
1414
zweite Brennstoffzellenvorrichtung („a“)second fuel cell device (“a”)
16, 16'16, 16'
Brennstoffzellenstack (Brennstoffzellenstapel)Fuel cell stack (fuel cell stack)
1818
BrennstoffzelleFuel cell
2020
BrennstoffzellenmodulFuel cell module
22, 22'22, 22'
DC-DC-Wandler (Gleichstrom-Wandler)DC-DC converter (direct current converter)
2424
PrimärseitePrimary page
2626
SekundärseiteSecondary side
2828
AbgriffeinrichtungTapping device
3030
erster Abgriffpunktfirst tap point
3232
zweiter Abgriffpunktsecond tap point
3434
Brennstoffzellensystem (Zweites Ausführungsbeispiel)Fuel cell system (second embodiment)
3636
BatterieeinrichtungBattery setup
3838
Batteriebattery
4040
Brennstoffzellensystem (Drittes Ausführungsbeispiel)Fuel cell system (third embodiment)
4242
SuperkondensatoreinrichtungSupercapacitor device
4444
Brennstoffzellensystem (Viertes Ausführungsbeispiel)Fuel cell system (fourth embodiment)
4646
BatterieeinrichtungBattery setup
4848
Batteriebattery
5050
weiterer DC-DC-Wandleradditional DC-DC converter
5252
PrimärseitePrimary page
5454
SekundärseiteSecondary side
5656
Brennstoffzellensystem (Fünftes Ausführungsbeispiel)Fuel cell system (fifth embodiment)
5858
SuperkondensatoreinrichtungSupercapacitor device
6060
SuperkondensatorSupercapacitor
6262
Brennstoffzellensystem (Sechstes Ausführungsbeispiel)Fuel cell system (sixth embodiment)
6464
erste Brennstoffzellenvorrichtung („b“)first fuel cell device (“b”)
6666
zweite Brennstoffzellenvorrichtung („a“)second fuel cell device (“a”)
68, 68'68, 68'
DC-DC-WandlerDC-DC converter
7070
PrimärseitePrimary page
7272
SekundärseiteSecondary side
7474
AbgriffeinrichtungTapping device
7676
erste Abgriffstellefirst tap point
7878
zweite Abgriffstellesecond tap point

Claims (20)

Brennstoffzellensystem, umfassend eine erste Brennstoffzellenvorrichtung (12; 64) mit mindestens einem Brennstoffzellenstack (16) mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen (18), eine zweite Brennstoffzellenvorrichtung (14; 66) mit mindestens einem Brennstoffzellenstack (16') mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen (18), wobei die erste Brennstoffzellenvorrichtung (12; 64) und die zweite Brennstoffzellenvorrichtung (14; 66) elektrisch verbunden sind, einen DC-DC-Wandler (22; 68) mit einer Primärseite (24; 70) und einer Sekundärseite (26; 72), wobei der DC-DC-Wandler (22; 68) elektrisch zwischen der ersten Brennstoffzellenvorrichtung (12; 64) und der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung (14; 66) angeordnet ist, und wobei die erste Brennstoffzellenvorrichtung (12; 64) an die Primärseite (24; 70) angeschlossen ist und die zweite Brennstoffzellenvorrichtung (14; 66) an die Sekundärseite (26; 72) angeschlossen ist, und eine Abgriffeinrichtung (28; 74) für eine nutzbare elektrische Spannung (Usys) und/oder einen nutzbaren elektrischen Strom (Isys), wobei die Abgriffeinrichtung (28; 74) einen ersten Abgriffpunkt (30; 76) und einen zweiten Abgriffpunkt (32; 78) umfasst und der erste Abgriffpunkt (30; 76) elektrisch mit dem DC-DC-Wandler (22; 68) verbunden ist.Fuel cell system comprising a first fuel cell device (12; 64) with at least one fuel cell stack (16) with a plurality of fuel cells (18), a second fuel cell device (14; 66) with at least one fuel cell stack (16') with a plurality of fuel cells (18), wherein the first fuel cell device (12; 64) and the second fuel cell device (14; 66) are electrically connected, a DC-DC converter (22; 68) with a primary side (24; 70) and a secondary side (26; 72), wherein the DC-DC converter (22; 68) is arranged electrically between the first fuel cell device (12; 64) and the second fuel cell device (14; 66), and wherein the first fuel cell device (12; 64) is connected to the primary side (24; 70) and the second fuel cell device (14; 66) is connected to the secondary side (26; 72), and a tapping device (28; 74) for a usable electrical voltage (U sys ) and/or a usable electrical current (I sys ), wherein the tapping device (28; 74) comprises a first tapping point (30; 76) and a second tapping point (32; 78) and the first tapping point (30; 76) is electrically connected to the DC-DC converter (22; 68) is connected. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgriffpunkt (30; 76) elektrisch mit der Sekundärseite (26; 72) des DC-DC-Wandlers (22; 68) verbunden ist.Fuel cell system according to Claim 1 , characterized in that the first tapping point (30; 76) is electrically connected to the secondary side (26; 72) of the DC-DC converter (22; 68). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abgriffpunkt (32; 78) elektrisch mit der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung (14; 66) verbunden ist.Fuel cell system according to Claim 1 or 2 , characterized in that the second tapping point (32; 78) is electrically connected to the second fuel cell device (14; 66). Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Brennstoffzellenvorrichtung (14; 66) an der Sekundärseite (26; 72) mit dem DC-DC Wandler (22; 68) elektrisch in Reihe geschaltet ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the second fuel cell device (14; 66) on the secondary side (26; 72) is electrically connected in series with the DC-DC converter (22; 68). Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eines der Folgenden: - der DC-DC-Wandler (22; 68) ist so angeordnet, dass seine Primärseite (24; 70) durch die erste Brennstoffzellenvorrichtung (12; 64) gespeist ist; - der DC-DC-Wandler (22; 68) ist so angeordnet, dass ein elektrischer Energiefluss in dem Brennstoffzellensystem teilweise über den DC-DC-Wandler (22; 68) erfolgt; - der DC-DC-Wandler (22; 68) ist als Abwärtswandler ausgebildet, wobei insbesondere eine Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers (22; 68) an dessen Sekundärseite (26; 72) kleiner ist als eine Eingangsspannung (Ub) des DC-DC-Wandlers (22; 68) an der Primärseite (24; 70) und/oder kleiner ist als eine Spannung an der ersten Brennstoffzellenvorrichtung (12; 64); - der DC-DC-Wandler (22; 68) ist als unidirektionaler Wandler ausgebildet; - eine Systemspannung (Usys) an der Abgriffeinrichtung (28; 74) ergibt sich mindestens näherungsweise als Summe einer Ausgangsspannung (UDCDC2) des DC-DC-Wandlers (22; 68) an dessen Sekundärseite (26; 72) und einer Spannung (Ua) an der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung (14; 66); - der DC-DC-Wandler (22; 68) ist als nicht isolierter DC-DC-Wandler ausgebildet.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized by at least one of the following: - the DC-DC converter (22; 68) is arranged such that its primary side (24; 70) is fed by the first fuel cell device (12; 64); - the DC-DC converter (22; 68) is arranged such that an electrical energy flow in the fuel cell system occurs partially via the DC-DC converter (22; 68); - the DC-DC converter (22; 68) is designed as a step-down converter, wherein in particular an output voltage of the DC-DC converter (22; 68) on its secondary side (26; 72) is smaller than an input voltage (U b ) of the DC-DC converter (22; 68) on the primary side (24; 70) and/or is smaller than a voltage on the first fuel cell device (12; 64); - the DC-DC converter (22; 68) is designed as a unidirectional converter; - a system voltage (U sys ) at the tapping device (28; 74) results at least approximately as the sum of an output voltage (U DCDC2 ) of the DC-DC converter (22; 68) on its secondary side (26; 72) and a voltage (U a ) at the second fuel cell device (14; 66); - the DC-DC converter (22; 68) is designed as a non-isolated DC-DC converter. Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgriffpunkt (30) auf einem niedrigeren Potential liegt als der zweite Abgriffpunkt (32), insbesondere mit mindestens einem der Folgenden: - Minuspole der Primärseite (24) und der Sekundärseite (26) des DC-DC-Wandlers (22) sind galvanisch verbunden; - das Potential, auf dem der erste Abgriffpunkt (30) liegt, ist das niedrigste Potential im Brennstoffzellensystem.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the first tapping point (30) is at a lower potential than the second tapping point (32), in particular with at least one of the following: - negative poles of the primary side (24) and the secondary side (26) of the DC-DC converter (22) are galvanically connected; - the potential at which the first tapping point (30) is located is the lowest potential in the fuel cell system. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgriffpunkt (76) auf einem höheren Potential liegt als der zweite Abgriffpunkt (78), insbesondere mit mindestens einem der Folgenden: - Pluspole der Primärseite (70) und der Sekundärseite (72) des DC-DC-Wandlers (68) sind galvanisch verbunden; - das Potential, auf dem der erste Abgriffpunkt (76) liegt, ist das höchste Potential im Brennstoffzellensystem.Fuel cell system according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the first tapping point (76) is at a higher potential than the second tapping point (78), in particular with at least one of the following: - positive poles of the primary side (70) and the secondary side (72) of the DC-DC converter (68) are galvanically connected; - the potential at which the first tapping point (76) is located is the highest potential in the fuel cell system. Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der DC-DC-Wandler (22; 68) steuerbar und/oder regelbar und/oder einstellbar und/oder eingestellt ist und insbesondere mit mindestens einem der Folgenden: - der DC-DC-Wandler (22; 68) ist so gesteuert und/oder geregelt und/oder eingestellt, dass eine Systemspannung (Usys) an der Abgriffeinrichtung (28; 74) in einem Betriebsbereich des Brennstoffzellensystems zumindest in einem Bandbereich konstant ist; - der DC-DC-Wandler (22; 68) ist so gesteuert und/oder geregelt und/oder eingestellt, dass eine Systemspannung (Usys) an der Abgriffeinrichtung (28; 74) variabel ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the DC-DC converter (22; 68) is controllable and/or adjustable and/or settable and/or adjusted and in particular with at least one of the following: - the DC-DC converter (22; 68) is controlled and/or regulated and/or adjusted such that a system voltage (U sys ) at the tapping device (28; 74) is constant in an operating range of the fuel cell system at least in a band range; - the DC-DC converter (22; 68) is controlled and/or regulated and/or adjusted such that a system voltage (U sys ) at the tapping device (28; 74) is variable. Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Brennstoffzellenvorrichtung (12; 64) und/oder die zweite Brennstoffzellenvorrichtung (14; 66) mindestens ein Brennstoffzellenmodul (20) mit mindestens einem Brennstoffzellenstack (16; 16') umfasst, wobei das mindestens eine Brennstoffzellenmodul (20) Hilfsaggregate zum Betrieb des mindestens einen Brennstoffzellenstacks (16; 16') aufweist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the first fuel cell device (12; 64) and/or the second fuel cell device (14; 66) comprises at least one fuel cell module (20) with at least one fuel cell stack (16; 16'), wherein the at least one fuel cell module (20) has auxiliary units for operating the at least one fuel cell stack (16; 16'). Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektrische Leistung, welche mindestens 100 kW, insbesondere mindestens 150 kW und insbesondere mindestens 200 kW beträgt.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized by an electrical power which is at least 100 kW, in particular at least 150 kW and in particular at least 200 kW. Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Abgriffeinrichtung (28; 74) eine Batterieeinrichtung (36; 46) mit mindestens einer Batterie (38; 48) und/oder eine Superkondensatoreinrichtung (42; 58) mit mindestens einem Superkondensator (60) angeordnet ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that a battery device (36; 46) with at least one battery (38; 48) and/or a supercapacitor device (42; 58) with at least one supercapacitor (60) is arranged on the tapping device (28; 74). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinrichtung (36; 46) und/oder die Superkondensatoreinrichtung (42; 58) elektrisch parallel zu der Reihenschaltung der ersten Brennstoffzellenvorrichtung (12; 64) und der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung (14; 66) angeordnet ist.Fuel cell system according to Claim 11 , characterized in that the battery device (36; 46) and/or the supercapacitor device (42; 58) is arranged electrically parallel to the series connection of the first fuel cell device (12; 64) and the second fuel cell device (14; 66). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinrichtung (46) oder Superkondensatoreinrichtung (58) einen weiteren DC-DC-Wandler (50) umfasst.Fuel cell system according to Claim 11 or 12 , characterized in that the battery device (46) or supercapacitor device (58) comprises a further DC-DC converter (50). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch mindestens eines der Folgenden: - der weitere DC-DC-Wandler (50) ist als galvanisch getrennter DC-DC-Wandler mit galvanisch getrennter Primärseite (52) und Sekundärseite (54) ausgebildet; - der weitere DC-DC-Wandler (50) ist als bidirektionaler Wandler ausgebildet; - der weitere DC-DC-Wandler (50) ist als Zweiquadrat-Wandler oder Vierquadrat-Wandler ausgebildet.Fuel cell system according to Claim 13 , characterized by at least one of the following: - the further DC-DC converter (50) is designed as a galvanically isolated DC-DC converter with galvanically isolated primary side (52) and secondary side (54); - the further DC-DC converter (50) is designed as a bidirectional converter; - the further DC-DC converter (50) is designed as a two-square converter or four-square converter. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Primärseite (52) des weiteren DC-DC-Wandlers (50) und eine Sekundärseite (54) des weiteren DC-DC-Wandlers (50) mit der mindestens einen Batterie (48) der Batterieeinrichtung (46) oder dem mindestens einen Superkondensator (60) der Superkondensatoreinrichtung (58) elektrisch wirksam verbunden sind.Fuel cell system according to Claim 13 or 14 , characterized in that a primary side (52) of the further DC-DC converter (50) and a secondary side (54) of the further DC-DC converter (50) are electrically operatively connected to the at least one battery (48) of the battery device (46) or the at least one supercapacitor (60) of the supercapacitor device (58). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärseite (54) des weiteren DC-DC-Wandlers (50) elektrisch in Reihe mit der mindestens einen Batterie (48) oder dem mindestens einen Superkondensator (60) angeordnet ist.Fuel cell system according to Claim 15 , characterized in that the secondary side (54) of the further DC-DC converter (50) is arranged electrically in series with the at least one battery (48) or the at least one supercapacitor (60). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärseite (52) des weiteren DC-DC-Wandlers (50) elektrisch parallel zu der mindestens einen Batterie (48) oder dem mindestens einen Superkondensator (60) angeordnet ist.Fuel cell system according to Claim 15 or 16 , characterized in that the primary side (52) of the further DC-DC converter (50) is arranged electrically parallel to the at least one battery (48) or the at least one supercapacitor (60). Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eines der Folgenden: - die erste Brennstoffzellenvorrichtung (12; 64) umfasst eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks(16), welche elektrisch in Reihe und/oder elektrisch parallel geschaltet sind; - die zweite Brennstoffzellenvorrichtung (14; 66) umfasst eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks (16'), welche elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized by at least one of the following: - the first fuel cell device (12; 64) comprises a plurality of fuel cell stacks (16) which are electrically connected in series and/or electrically connected in parallel; - the second fuel cell device (14; 66) comprises a plurality of fuel cell stacks (16') which are electrically connected in series and/or electrically connected in parallel. Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennstoffzellenstack (16; 16') PEM-Brennstoffzellen umfasst.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that a fuel cell stack (16; 16') comprises PEM fuel cells. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der DC-DC-Wandler (22; 68) an der Sekundärseite (26; 72) eine Ausgangsspannung (UDCDC2) bereitstellt, welche kleiner ist als eine Spannung (Ub) über die erste Brennstoffzellenvorrichtung (12; 64), und an der Abgriffeinrichtung (28; 74) eine Systemspannung (Usys) bereitgestellt ist, welche mindestens näherungsweise die Summe der Ausgangsspannung (UDCDC2) des DC-DC-Wandlers (22; 68) an der Sekundärseite (26; 72) und der Spannung (Ua) über die zweite Brennstoffzellenvorrichtung (14; 66) ist.Method for operating a fuel cell system according to one of the preceding claims, in which the DC-DC converter (22; 68) on the secondary side (26; 72) provides an output voltage (U DCDC2 ) which is smaller than a voltage (U b ) across the first fuel cell device (12; 64), and a system voltage (U sys ) is provided at the tapping device (28; 74), which is at least approximately the sum of the output voltage (U DCDC2 ) of the DC-DC converter (22; 68) on the secondary side (26; 72) and the voltage (U a ) across the second fuel cell device (14; 66).
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