DE102022201045A1 - Method for controlling an energy supply device - Google Patents

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Peter Horstmann
Stefan Mueller
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Steuerung einer Energieversorgungseinrichtung (1), welche mindestens zwei Brennstoffzelleneinheiten (12) jeweils zur Erzeugung von elektrischer Energie aufweist, und wobei mindestens zwei Stränge (50, 60, 70) mit jeweils mindestens einer Brennstoffzelleneinheit (12) ausgebildet sind, und wobei die Stränge (50, 60, 70) zueinander elektrisch parallel verschaltet sind, umfassend die Schritte:• Ermitteln (110) zumindest eines Strangstroms,• Regulieren (120) der Zufuhr eines Brennstoffs und/oder der Zufuhr eines Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des zugeführten Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des Brennstoffs und/oder die Rezirkulationsrate zumindest einer der Brennstoffzelleneinheiten (12) in Abhängigkeit von zumindest einem ermittelten Strangstrom.The invention relates to a method (100) for controlling an energy supply device (1), which has at least two fuel cell units (12) each for generating electrical energy, and wherein at least two lines (50, 60, 70) each with at least one fuel cell unit (12 ) are formed, and wherein the strands (50, 60, 70) are electrically connected in parallel to one another, comprising the steps of:• determining (110) at least one strand current,• regulating (120) the supply of a fuel and/or the supply of an oxidizing medium and/or the heating of the oxidizing medium supplied and/or the heating of the fuel and/or the recirculation rate of at least one of the fuel cell units (12) as a function of at least one determined branch current.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Energieversorgungseinrichtung zur Energieversorgung.The invention relates to a method for controlling an energy supply device for supplying energy.

Stand der TechnikState of the art

Um größere Leistungen zu ermöglichen, ist es bekannt mehrere Brennstoffzelleneinheiten zusammenzuschalten. Es ist bekannt die Brennstoffzelleneinheiten in Strängen miteinander zusammenzuschalten. Es ist auch bekannt, dass die Stränge parallel miteinander verschaltet sind. Die einzelnen Stränge weisen DC/DC Wandler auf, welche erlauben eine gleiche Spannung über alle Stränge zu erzeugen. Die DC/DC Wandler weisen jedoch einen Wirkungsgradverlust auf.In order to enable greater power, it is known to connect several fuel cell units together. It is known to interconnect the fuel cell units in strings. It is also known that the strands are connected to one another in parallel. The individual strands have DC/DC converters, which allow the same voltage to be generated across all strands. However, the DC/DC converters show a loss of efficiency.

Der Entfall der DC/DC Wandler führt, aufgrund der parallelen Verschaltung, dazu dass die Spannungen über alle Stränge dennoch identisch sind. Kommt es nun aufgrund von Alterung und Temperatureinflüssen zu einer Änderung des Innenwiderstands einzelner Brennstoffzelleneinheiten, so führt dies wiederum zu sich unterscheidenden Strangströme. Es ergibt sich eine unsymmetrische Stromverteilung, die wiederum Auswirkungen auf die erzeugte Verlustwärme hat.Due to the parallel connection, the omission of the DC/DC converter means that the voltages across all strands are nevertheless identical. If there is now a change in the internal resistance of individual fuel cell units due to aging and temperature influences, this in turn leads to differing string currents. The result is an asymmetrical current distribution, which in turn has an impact on the heat loss generated.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Energieversorgungseinrichtung. Die Energieversorgungseinrichtung weist mindestens zwei Brennstoffzelleneinheiten auf. Die Brennstoffzelleneinheiten sind jeweils zur Erzeugung von elektrischer Energie ausgebildet und eingerichtet. Die Brennstoffzelleneinheiten wandeln Brennstoff und ein Oxidationsmedium in elektrische Energie um.The invention relates to a method for controlling an energy supply device. The energy supply device has at least two fuel cell units. The fuel cell units are each designed and set up to generate electrical energy. The fuel cell units convert fuel and an oxidizing medium into electrical energy.

Die Brennstoffzelleneinheiten weisen eine Brennstoffzelle auf, die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmediums in elektrische Energie wandelt. Die Energieversorgungseinrichtung weist zwei oder mehr Stränge auf. Jeder Strang weist zumindest eine, vorzugsweise mehrere, Brennstoffzelleneinheit auf. Vorzugsweise weisen alle Stränge die gleiche Anzahl an Brennstoffzelleneinheit auf. Die Stränge sind zueinander elektrisch parallel verschaltet.The fuel cell units include a fuel cell that converts chemical reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidizing medium into electrical energy. The energy supply device has two or more strands. Each strand has at least one, preferably several, fuel cell units. All strings preferably have the same number of fuel cell units. The strands are electrically connected in parallel to one another.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte.The method according to the invention comprises the following steps.

In einem Verfahrensschritt erfolgt das Ermitteln, insbesondere Bestimmen, zumindest eines Strangstroms. Insbesondere werden alle Strangströme ermittelt.In a method step, at least one phase current is determined, in particular determined. In particular, all phase currents are determined.

In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt das Regulieren der Zufuhr eines Brennstoffs und/oder der Zufuhr eines Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des zugeführten Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des Brennstoffs und/oder die Rezirkulationsrate zumindest einer der Brennstoffzelleneinheiten in Abhängigkeit von dem ermittelten Strangstrom oder den ermittelten Strangströmen. Vorzugsweise werden mehrere Brennstoffzelleneinheiten, insbesondere gleichzeitig und/oder nacheinander, reguliert. Vorzugsweise werden die Brennstoffzelleneinheiten gruppenweise reguliert.In a further method step, the supply of a fuel and/or the supply of an oxidizing medium and/or the heating of the supplied oxidizing medium and/or the heating of the fuel and/or the recirculation rate of at least one of the fuel cell units is regulated as a function of the determined string current or the determined phase currents. A number of fuel cell units are preferably regulated, in particular simultaneously and/or one after the other. The fuel cell units are preferably regulated in groups.

Vorteilhaft ist, dass insbesondere durch das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Anwendung gealterte Brennstoffzelleneinheiten geringer belastet werden. It is advantageous that in particular fuel cell units that have aged as a result of the method according to the invention and its application are less stressed.

Insbesondere ist die Belastung einzelner Brennstoffzelleneinheiten geringer, bei Anwendung des Verfahrens. Ferner ist vorteilhaft, dass die Anzahl an elektrischen Baugruppe, wie DC/DC Wandler, die normalerweise in jedem Strang notwendig sind, reduziert werden.In particular, the load on individual fuel cell units is lower when the method is used. Furthermore, it is advantageous that the number of electrical assemblies, such as DC/DC converters, which are normally necessary in each strand, are reduced.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens.The measures listed in the subclaims result in advantageous developments and improvements of the method specified in the main claim.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist, dass mehrere, insbesondere alle, Strangströme ermittelt werden. Vorzugsweise werden die Strangströme von mehreren, insbesondere allen Strängen ermittelt. Das Ermitteln kann hierbei mittels Messen oder Berechnen erfolgen. Das Regulieren erfolgt in Abhängigkeit der ermittelten Strangströme.An advantageous development of the invention is that several, in particular all, phase currents are determined. The phase currents of several, in particular all, phases are preferably determined. In this case, the determination can take place by means of measurement or calculation. The regulation takes place depending on the determined string currents.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, dass das Regulieren derart erfolgt, dass sich die Strangströme der einzelnen Stränge aneinander angleichen. Insbesondere wird unter Angleichen verstanden, dass die Strangströme im Wesentlichen gleich sind. Insbesondere wird unter einem Angleichen verstanden, dass sich die Strangströme mit einem Prozentsatz kleiner 5% unterscheiden.An advantageous further development is that the regulation takes place in such a way that the phase currents of the individual phases adjust to one another. In particular, matching means that the phase currents are essentially the same. In particular, matching means that the phase currents differ by a percentage of less than 5%.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung ist, dass das Ermitteln der Strangströme ein Erfassen, insbesondere Messen zumindest eines Strangstroms umfasst. Ferner wird zumindest ein Gesamtstrom erfasst, insbesondere gemessen. Der Gesamtstrom kann auch aus der Addition aller Strangströme ermittelt werden. Anhand der Strangströme und/oder des Gesamtstroms kann jeweils ein weiterer fehlender Strom bestimmt werden. Vorteilhaft erfolgt das Messen mittels Shunt-Widerstände, die im Strang zur Messung des Strangstroms angeordnet sind. Auch erfolgt die Messung des Gesamtstroms mittels eines Shunt-Widerstands, der, nachdem alle Stränge zusammengeführt sind, angeordnet ist. Es sind auch andere Messverfahren denkbar, wie z.B. magnetfeldbasierte Hallsensoren.A particularly advantageous development is that determining the phase currents includes detecting, in particular measuring, at least one phase current. Furthermore, at least one total current is recorded, in particular measured. The total current can also be determined from the addition of all phase currents. A further missing current can be determined in each case on the basis of the phase currents and/or the total current. Before the measurement is advantageously carried out using shunt resistors which are arranged in the phase for measuring the phase current. The total current is also measured using a shunt resistor, which is placed after all the strands have been brought together. Other measurement methods are also conceivable, such as Hall sensors based on magnetic fields.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich durch die im Folgenden aufgeführten Schritte aus.An advantageous development of the method is characterized by the steps listed below.

In einem Verfahrensschritt erfolgt das Ermitteln des Strangs mit dem geringsten Strangstrom. Insbesondere weist dieser Strang zumindest eine Brennstoffzelleneinheit mit einem erhöhten Innenwiderstand auf.In one method step, the strand with the lowest strand current is determined. In particular, this train has at least one fuel cell unit with an increased internal resistance.

In einem Verfahrensschritt erfolgt das Auswählen zumindest einer Brennstoffzelleneinheiten aus einem der weiteren Stränge. Die zumindest eine ausgewählte Brennstoffzelleneinheit ist nicht in dem Strang mit dem geringsten Strangstrom angeordnet.In a method step, at least one fuel cell unit is selected from one of the other lines. The at least one selected fuel cell unit is not arranged in the branch with the lowest branch current.

In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt das Regulieren der Zufuhr eines Brennstoffs und/oder der Zufuhr eines Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des zugeführten Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des Brennstoffs und/oder die Rezirkulationsrate der ausgewählten Brennstoffzelleneinheit oder der ausgewählten Brennstoffzelleneinheiten, derart, dass sich ein im Wesentlichem ähnlicher Strangstrom, wie in dem ermittelten Strang mit dem geringsten Strangstrom, einstellt. Vorzugweise wird das Verfahren für jeden weiteren Strang wiederholt, bis alle Stränge einen ähnlichen Strangstrom aufweisen.In a further method step, the supply of a fuel and/or the supply of an oxidizing medium and/or the heating of the supplied oxidizing medium and/or the heating of the fuel and/or the recirculation rate of the selected fuel cell unit or the selected fuel cell units is regulated in such a way that an essentially similar phase current as in the determined phase with the lowest phase current. Preferably, the process is repeated for each additional strand until all strands have a similar strand current.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, dass kein Regulieren erfolgt, wenn die Abweichung der einzelnen Strangströme in einem definierten Bereich liegen.An advantageous further development is that there is no regulation if the deviation of the individual phase currents is within a defined range.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich durch die im Folgenden aufgeführten Schritte aus.An advantageous development of the method is characterized by the steps listed below.

In einem Verfahrensschritt erfolgt das Regulieren der Zufuhr eines Brennstoffs und/oder der Zufuhr eines Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des zugeführten Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des Brennstoffs und/oder die Rezirkulationsrate zumindest einer der Brennstoffzelleneinheiten, derart, dass sich die Strangströme der einzelnen Stränge an einen Soll-Strangstrom angleichen. Der Soll-Strangstrom wird zuvor definiert bzw. festgelegt.In one method step, the supply of a fuel and/or the supply of an oxidizing medium and/or the heating of the supplied oxidizing medium and/or the heating of the fuel and/or the recirculation rate of at least one of the fuel cell units is regulated in such a way that the strand currents of the individual Match strings to a target string current. The target phase current is previously defined or fixed.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist, dass zumindest eine Prozessoreinheiten vorgesehen ist. Die Prozessoreinheiten ist mehreren, insbesondere allen, Brennstoffzelleneinheiten eines und/oder mehrere Stränge zugeordnet. Sie dient insbesondere der Versorgung der Brennstoffzellen mit beispielsweise Brennstoff oder dem Oxidationsmedium. Vorzugsweise erfolgt das Regulieren durch entsprechendes Ansteuern von einer Prozessoreinheit insbesondere von mehreren Prozessoreinheiten.An advantageous development of the invention is that at least one processor unit is provided. The processor units are assigned to several, in particular all, fuel cell units of one and/or several strands. It serves in particular to supply the fuel cells with, for example, fuel or the oxidizing medium. The regulation preferably takes place by appropriately controlling a processor unit, in particular a plurality of processor units.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist, dass es sich bei dem Oxidationsmedium um Luft handelt.An advantageous further development of the method is that the oxidation medium is air.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung ist, dass in jedem Strang zumindest eine Diode angeordnet ist. Vorteilhaft können so Ausgleichseffekte zwischen den Strängen verhindert werden, wenn die Brennstoffzellen angefahren oder abgekühlt werden.A particularly advantageous development is that at least one diode is arranged in each strand. Compensation effects between the strands can advantageously be prevented in this way when the fuel cells are started up or cooled down.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

  • 1 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung;
  • 2 schematisch die elektrische Verschaltung einer Energieversorgungseinrichtung; und
  • 3 den Verfahrensablauf des Verfahrens.
In the drawings, exemplary embodiments of the invention are shown schematically and explained in more detail in the following description. Show it
  • 1 a schematic circuit diagram of an embodiment of a fuel cell device;
  • 2 schematic of the electrical wiring of an energy supply device; and
  • 3 the course of the procedure.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren 100 zur Steuerung einer Energieversorgungseinrichtung 1. Die Energieversorgungseinrichtung 1 umfasst zumindest eine Brennstoffzellenvorrichtung 10 sowie zumindest zwei Brennstoffzelleneinheiten 12. In 1 ist beispielhaft der Aufbau einer Brennstoffzellenvorrichtung 10 dargestellt. In 2 ist beispielhaft der Aufbau einer Energieversorgungseinrichtung 1 mit sechs Brennstoffzelleneinheiten 12 dargestellt. Die 2 ist dahingehend vereinfacht, dass nur die elektrischen Pfade schematisch dargestellt sind. Es ist selbstverständlich, dass die in der 2 gezeigt Energieversorgungseinrichtung 1 neben den Brennstoffzelleneinheiten 12 auch zusätzliche Prozessoreinheiten 14 aufweisen. Die Prozessoreinheiten 14 werden im Folgenden in 1 näher beschrieben. Wie im Folgenden beschrieben können die Brennstoffzelleneinheiten 12 und die Prozessoreinheiten 14 beliebig zu Brennstoffzellenvorrichtung 10 zusammengefasst sein.The invention relates to a method 100 for controlling an energy supply device 1. The energy supply device 1 comprises at least one fuel cell device 10 and at least two fuel cell units 12. In 1 the structure of a fuel cell device 10 is shown as an example. In 2 the structure of an energy supply device 1 with six fuel cell units 12 is shown as an example. The 2 is simplified in that only the electrical paths are shown schematically. It goes without saying that those in the 2 energy supply device 1 shown in addition to the fuel cell units 12 also have additional processor units 14 . The processor units 14 are described below in 1 described in more detail. As described below, the fuel cell units 12 and the processor units 14 can be arbitrarily combined to form the fuel cell device 10 .

In 1 ist ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung 10 gezeigt. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst beispielhaft zwei Brennstoffzelleneinheiten 12. Vorzugsweise können mehr als die zwei in 1 gezeigten Brennstoffzelleneinheiten 12 ausgebildet sein.In 1 a schematic circuit diagram of an exemplary embodiment of a fuel cell device 10 is shown. The fuel cell device 10 includes two fuel cells, for example units 12. Preferably, more than the two in 1 shown fuel cell units 12 may be formed.

Die Brennstoffzelleneinheiten 12 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Brennstoffzellenstack ausgeführt, welche eine Vielzahl von Brennstoffzellen, im vorliegenden Fall Festoxidbrennstoffzellen (englisch: solid oxide fuel cell, SOFC), aufweisen.In the exemplary embodiment shown, the fuel cell units 12 are designed as fuel cell stacks which have a multiplicity of fuel cells, in the present case solid oxide fuel cells (SOFC).

Des Weiteren umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 10 eine Vielzahl von Prozessoreinheiten 14. Die Anzahl und Skalierung der Prozessoreinheiten 14 hängt von der Anzahl der Brennstoffzelleneinheiten 12 ab sowie von dem Aufbau und der Struktur der gesamten Energieversorgungseinrichtung 1.Furthermore, the fuel cell device 10 includes a large number of processor units 14. The number and scaling of the processor units 14 depends on the number of fuel cell units 12 and on the design and structure of the entire energy supply device 1.

Unter einer „Prozessoreinheit“ 14 soll im Rahmen dieser Erfindung insbesondere eine Einheit oder Komponente der Brennstoffzellenvorrichtung 10, bzw. der Energieversorgungseinrichtung 1 verstanden werden, bei der es sich nicht um eine Brennstoffzelleneinheit 12 handelt. In dem vorliegenden Fall handelt es sich bei den Prozessoreinheiten 14 um Einheiten zur chemischen und/oder thermischen Vor- und/oder Nachbereitung zumindest eines in einer Brennstoffzelleneinheit 12 umzusetzenden und/oder umgesetzten Mediums, wie beispielsweise eines Oxidationsmedium, insbesondere Luft und/oder Sauerstoff, und/oder eines Abgases und/oder eines Brennstoffs, vorzugsweise eines Brenngases, insbesondere Erdgas oder Wasserstoff.In the context of this invention, a “processor unit” 14 is to be understood in particular as a unit or component of the fuel cell device 10 or of the energy supply device 1 which is not a fuel cell unit 12 . In the present case, the processor units 14 are units for the chemical and/or thermal preparation and/or post-processing of at least one medium to be converted and/or converted in a fuel cell unit 12, such as an oxidation medium, in particular air and/or oxygen, and/or an exhaust gas and/or a fuel, preferably a combustible gas, in particular natural gas or hydrogen.

Bei einer der Prozessoreinheiten 14 handelt es sich um einen in einer Luftzuführung 16 angeordneten Wärmeübertrager 18 zur Erwärmung einer den Brennstoffzelleneinheiten 12 zugeführten Oxidationsmedium, insbesondere sauerstoffhaltigen Luft L. Im vorliegenden Fall wird das Oxidationsmedium, insbesondere die Luft L, beispielsweise in einem Normalbetrieb, jeweils einem Kathodenraum 20 der Brennstoffzelleneinheiten 12 zugeführt, während jeweils einem Anodenraum 22 reformierter Brennstoff RB, im vorliegenden Wasserstoff oder Erdgas, zugeführt wird. In den Brennstoffzelleneinheiten 12 wird der reformierte Brennstoff RB durch Mitwirkung von Sauerstoff aus der Luft L unter Erzeugung von Strom und Wärme elektrochemisch umgesetzt. Es wird elektrische Energie erzeugt.One of the processor units 14 is a heat exchanger 18 arranged in an air supply 16 for heating an oxidizing medium, in particular air L containing oxygen, supplied to the fuel cell units 12. In the present case, the oxidizing medium, in particular the air L, for example in normal operation, is one Supplied to the cathode space 20 of the fuel cell units 12, while in each case an anode space 22 is supplied with reformed fuel RB, in this case hydrogen or natural gas. In the fuel cell units 12, the reformed fuel RB is electrochemically converted by the participation of oxygen from the air L, with the generation of electricity and heat. Electrical energy is generated.

Der reformierte Brennstoff RB wird erzeugt, indem der Brennstoffzellenvorrichtung 10 über eine Brennstoffzuführung 24 Brennstoff B, insbesondere Erdgas oder Wasserstoff oder Methan oder Kohlegas, zugeführt wird, welcher in einer weiteren Prozessoreinheit 14, im vorliegenden Fall einem Reformer 26, reformiert wird.The reformed fuel RB is generated by fuel B, in particular natural gas or hydrogen or methane or coal gas, being supplied to the fuel cell device 10 via a fuel supply 24 , which fuel is reformed in a further processor unit 14 , in the present case a reformer 26 .

Des Weiteren sind die Brennstoffzelleneinheiten 12 abgasseitig mit einer weiteren Prozessoreinheit 14, im vorliegenden Fall mit einem Nachbrenner 28, verbunden. Dem Nachbrenner 28 wird Abgas der Brennstoffzelleneinheiten 12 zugeführt, im vorliegenden Fall Kathodenabgas KA über eine Kathodenabgasführung 30 und ein Teil des Anodenabgas AA über eine Anodenabgasführung 32. Das Kathodenabgas KA enthält unverbrauchtes Oxidationsmedium, insbesondere Luft L, bzw. unverbrauchten Sauerstoff, während das Anodenabgas AA ggf. nicht-umgesetzten, reformierten Brennstoff RB und/oder ggf. nicht-reformierten Brennstoff B enthält. Mittels des Nachbrenners 28 wird das Anodenabgas AA, bzw. der ggf. darin enthaltene nicht-umgesetzte, reformierte Brennstoff RB und/oder der ggf. darin enthaltende nicht-reformierte Brennstoff B, unter Beimischung des Kathodenabgases KA, bzw. des darin enthaltenen Sauerstoffs des Oxidationsmedium, insbesondere der Luft L, verbrannt, wodurch zusätzliche Wärme erzeugt werden kann.Furthermore, the fuel cell units 12 are connected on the exhaust gas side to a further processor unit 14 , in the present case to an afterburner 28 . Exhaust gas from the fuel cell units 12 is supplied to the afterburner 28, in the present case cathode exhaust gas KA via a cathode exhaust gas duct 30 and part of the anode exhaust gas AA via an anode exhaust gas duct 32. The cathode exhaust gas KA contains unused oxidation medium, in particular air L, or unused oxygen, while the anode exhaust gas AA possibly unreacted, reformed fuel RB and/or possibly non-reformed fuel B contains. By means of the afterburner 28, the anode waste gas AA, or any unreacted, reformed fuel RB contained therein and/or the non-reformed fuel B contained therein, is mixed with the cathode waste gas KA, or the oxygen contained therein Oxidizing medium, in particular the air L, burned, whereby additional heat can be generated.

Das bei der Verbrennung im Nachbrenner 28 entstehende heiße Abgas A wird über eine Abgasführung 34 über eine weitere Prozessoreinheit 14, im vorliegenden Fall über einen Wärmeübertrager 36, vom Nachbrenner 28 abgeführt. Der Wärmeübertrager 36 ist dabei wiederum mit dem Reformer 26 strömungstechnisch verbunden, so dass Wärme von dem heißen Abgas A, auf den dem Reformer 26 zugeführten Brennstoff B übertragen wird. Entsprechend kann die Wärme des heißen Abgases A für die Reformierung des zugeführten Brennstoffs B im Reformer 26 genutzt werden.The hot exhaust gas A produced during the combustion in the afterburner 28 is discharged from the afterburner 28 via an exhaust gas duct 34 via a further processor unit 14, in the present case via a heat exchanger 36. The heat exchanger 36 is in turn fluidically connected to the reformer 26 so that heat is transferred from the hot exhaust gas A to the fuel B supplied to the reformer 26 . Accordingly, the heat of the hot exhaust gas A can be used for reforming the fuel B supplied in the reformer 26 .

Stromabwärts des Wärmeübertragers 36 befindet sich eine weitere Prozessoreinheit 14, im vorliegenden Fall der Wärmeübertrager 18, in der Abgasführung 34, so dass die verbleibende Wärme des heißen Abgases A auf das zugeführte Oxidationsmedium, insbesondere Luft L in der Luftzuführung 16 übertragen werden kann. Entsprechend kann die verbleibende Wärme des heißen Abgases für ein Vorwärmen des zugeführten Oxidationsmedium, insbesondere der Luft L in der Luftführung 16 genutzt werden.A further processor unit 14, in the present case the heat exchanger 18, is located downstream of the heat exchanger 36 in the exhaust gas duct 34, so that the remaining heat of the hot exhaust gas A can be transferred to the supplied oxidation medium, in particular air L in the air supply 16. Correspondingly, the remaining heat of the hot exhaust gas can be used for preheating the supplied oxidation medium, in particular the air L in the air duct 16 .

Darüber hinaus weist die Brennstoffzellenvorrichtung 10 eine Rückführung 38 auf, mittels welcher ein Teil des Anodenabgas AA aus der Anodenabgasleitung 32 abgezweigt und einem Anodenrezirkulationskreis 40 zugeführt werden kann. Dabei passiert das abgezweigte Anodenabgas AA eine weitere Prozessoreinheit 14, im vorliegenden Fall einen weiteren Wärmeübertrager 39.In addition, the fuel cell device 10 has a return 38 by means of which part of the anode exhaust gas AA can be branched off from the anode exhaust gas line 32 and fed to an anode recirculation circuit 40 . The anode waste gas AA that is branched off passes through a further processor unit 14, in the present case a further heat exchanger 39.

Mittels des Anodenrezirkulationskreises 40 kann der abgezweigte Teil des Anodenabgas AA dem jeweiligen Anodenraum 22 der Brennstoffzelleneinheiten 12 und/oder dem Reformer 26 rückgeführt, bzw. erneut zugeführt, werden, so dass der ggf. im abgezweigten Anodenabgas AA enthaltene, nicht-umgesetzte, reformierte Brennstoff RB im Nachgang in der Brennstoffzelleneinheit 12 umgesetzt und/oder der ggf. im abgezweigten Anodenabgas AA enthaltene, nicht-reformierte Brennstoff B im Nachgang im Reformer 26 reformiert werden kann. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenvorrichtung 10 weiter erhöht werden. Zudem kann über die Brennstoffzuführleitung 24 frischer Brennstoff B dem im Anodenrezirkulationskreis 40 rezirkuliertem, abgezweigten Anodenabgas AA beigemischt werden. Mittels des weiteren Wärmeübertragers 39 kann dann zur thermischen Aufbereitung Wärme von dem abgezweigten Anodenabgas AA aus der Rückführleitung 38 auf das durch die Beimischung des frischen Brennstoffs B entstehende Brennstoffgemisch im Anodenrezirkulationskreis 40 übertragen werden.By means of the anode recirculation circuit 40, the branched-off part of the anode exhaust gas AA can be returned to the respective anode space 22 of the fuel cell units 12 and/or the reformer 26 leads, or are supplied again, so that the unreacted, reformed fuel RB possibly contained in the branched off anode waste gas AA is subsequently converted in the fuel cell unit 12 and/or the unreformed fuel possibly contained in the branched off anode waste gas AA B can be reformed in the reformer 26 afterwards. As a result, the efficiency of the fuel cell device 10 can be further increased. In addition, fresh fuel B can be admixed via the fuel supply line 24 to the anode waste gas AA that has been branched off and recirculated in the anode recirculation circuit 40 . By means of the further heat exchanger 39, heat can then be transferred from the branched off anode waste gas AA from the return line 38 to the fuel mixture produced by the admixture of the fresh fuel B in the anode recirculation circuit 40 for thermal processing.

Über Verdichter 42 in den jeweiligen Leitungen, kann die Zufuhr eines Oxidationsmediums, insbesondere von Oxidationsmedien, vorzugsweise Luft L in der Luftzuführung 16, die Zufuhr von Brennstoff B in der Brennstoffzuführung 24 und die Rezirkulationsrate des Anodenabgases AA im Anodenrezirkulationskreis 40 geregelt und/oder aufeinander abgestimmt werden.The supply of an oxidizing medium, in particular oxidizing media, preferably air L in the air supply 16, the supply of fuel B in the fuel supply 24 and the recirculation rate of the anode exhaust gas AA in the anode recirculation circuit 40 can be regulated and/or coordinated via compressor 42 in the respective lines become.

Vorzugsweise weist die Brennstoffzellenvorrichtung ein Heizelement 44 zur, im vorliegenden Fall zusätzlichen, Erwärmung der den Brennstoffzelleneinheiten 12 zugeführten Oxidationsmedium, insbesondere Luft L in einer Bypassleitung 46, wodurch die Betriebseffizienz der Brennstoffzellevorrichtung 10 gesteigert wird.The fuel cell device preferably has a heating element 44 for, in the present case additional, heating of the oxidation medium supplied to the fuel cell units 12, in particular air L in a bypass line 46, as a result of which the operating efficiency of the fuel cell device 10 is increased.

Die Erfindung ist nicht auf Festoxidbrennstoffzellen beschränkt. Vielmehr können beliebige Brennstoffzellen ausgeführt sein. Beispielsweise können die Brennstoffzellen auch als alkalische Brennstoffzelle (AFC), Niedertemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (NT-PEMFC), Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (HT-PEMFC), Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC), Phosphorsäure-Brennstoffzelle (PAFC), Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC) ausgeführt sein. Entsprechend unterscheiden sich die verwendeten Brennstoffe oder das Oxidationsmedium. Beispiel für Brennstoffe sind Wasserstoff, Alkohole (Ethanol, Propanol, Glycerin, Methanol), Methan, Kohlegas, Ammoniak Reformatgas, insbesondere Methanol. Beispiels für Oxidationsmedien sind Luft, insbesondere der Luftsauerstoff der Luft, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, Salpertersäure oder Halogene.The invention is not limited to solid oxide fuel cells. Rather, any fuel cells can be designed. For example, the fuel cells can also be classified as alkaline fuel cell (AFC), low temperature polymer electrolyte fuel cell (NT-PEMFC), high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (HT-PEMFC), direct methanol fuel cell (DMFC), phosphoric acid fuel cell (PAFC), molten carbonate Fuel cell (MCFC) be running. The fuels used or the oxidizing medium differ accordingly. Examples of fuels are hydrogen, alcohols (ethanol, propanol, glycerine, methanol), methane, coal gas, ammonia reformate gas, especially methanol. Examples of oxidation media are air, in particular the atmospheric oxygen in the air, oxygen, hydrogen peroxide, nitric acid or halogens.

Abhängig von der verwendeten Brennstoffzelle der Brennstoffzelleneinheit 12 sind die Prozesseinheiten 14 angepasst.The process units 14 are adapted depending on the fuel cell used in the fuel cell unit 12 .

In 2 ist schematisch die elektrische Verschaltung einer Energieversorgungseinrichtung 1 dargestellt. Die Energieversorgungseinrichtung 1 weist beispielhaft drei Stränge 50, 60, 70 mit jeweils zwei Brennstoffzelleneinheiten 12 auf. Die Anzahl der Brennstoffzelleneinheiten 12 ist hierbei nicht auf zwei je Strang beschränkt. Die Brennstoffzelleneinheiten 12 eines Strangs sind hier beispielhaft seriell miteinander verschaltet.In 2 the electrical wiring of an energy supply device 1 is shown schematically. The energy supply device 1 has, for example, three strands 50, 60, 70, each with two fuel cell units 12. The number of fuel cell units 12 is not limited to two per line. The fuel cell units 12 of a train are connected to one another in series here, for example.

Die Stränge 50, 60, 70 sind zueinander elektrisch parallel verschaltet. Erfindungsgemäß kann die Anzahl der Stränge 50, 60, 70 beliebig gewählt werden. Auch kann die Anzahl an Brennstoffzelleneinheiten 12 je Strang beliebig gewählt werden.The strands 50, 60, 70 are electrically connected in parallel to one another. According to the invention, any number of strands 50, 60, 70 can be selected. The number of fuel cell units 12 per strand can also be selected as desired.

Gemäß einer ersten Ausführungsform bilden die Brennstoffzelleneinheiten 12 eines Strangs 50, 60, 70 eine Brennstoffzellenvorrichtung 10. Entsprechend sind in 2 jeweils eine Brennstoffzellenvorrichtung 10 je Strang, also drei Brennstoffzellenvorrichtungen 10 dargestellt.According to a first embodiment, the fuel cell units 12 of a train 50, 60, 70 form a fuel cell device 10. Accordingly, in 2 one fuel cell device 10 per train, ie three fuel cell devices 10 are shown.

Eine Brennstoffzellenvorrichtung 10 kann auch entgegen dem Beispiel in 1 mehr oder weniger als die in 1 angegebenen zwei Brennstoffzelleneinheiten 12 aufweisen. Entsprechend sind die Prozessoreinheiten 14, die eine Brennstoffzelleneinheiten benötigt, in Anzahl, Leistung und Abmessung angepasst sein. Vorzugsweise benötigt jede Brennstoffzelleneinheit 12 eine Vielzahl von Prozessoreinheiten 14 entsprechend 1.A fuel cell device 10 can also be used contrary to the example in 1 more or less than the in 1 indicated two fuel cell units 12 have. Correspondingly, the processor units 14 required by a fuel cell unit are adapted in terms of number, power and dimensions. Preferably, each fuel cell unit 12 requires a plurality of processor units 14 accordingly 1 .

Einzelne der Prozessoreinheiten 14 können derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass sie sich mehrere Brennstoffzelleneinheiten 12 teilen. Beispielsweise sind in 1 zwei Brennstoffzelleneinheiten 12 sowie eine Vielzahl an Prozessoreinheiten 14 zu deren Versorgung dargestellt.Individual processor units 14 can be designed and set up in such a way that they share a number of fuel cell units 12 . For example, in 1 two fuel cell units 12 and a variety of processor units 14 shown to supply them.

Gemäß einer Weiterbildung können einzelne Prozessoreinheiten 14, gleichzeitig mehrere Brennstoffzelleneinheiten 12 versorgen. Eine einzelne Prozessoreinheiten 14 kann hierbei auch Brennstoffzelleneinheiten 12 von mehr als einem Strang 50, 60, 70 versorgen. Insbesondere kann ein Verdichter 42 für zwei oder mehr Brennstoffzelleneinheiten 12 vorgesehen sein. Auch kann die Luftzuführung 16 für viele, insbesondere alle, Brennstoffzelleneinheiten 12 verwendet werden.According to a further development, individual processor units 14 can supply several fuel cell units 12 at the same time. A single processor unit 14 can also supply fuel cell units 12 from more than one line 50 , 60 , 70 . In particular, a compressor 42 can be provided for two or more fuel cell units 12 . The air supply 16 can also be used for many, in particular all, fuel cell units 12 .

Vorzugsweise sind Prozessoreinheiten 14, die zum Regulieren eingesetzt werden, für die einzeln, zu regulierenden Brennstoffzelleneinheiten 12 oder Gruppen aus Brennstoffzelleneinheiten 12 jeweils separat ausgebildet.Processor units 14, which are used for regulation, are preferably designed separately for the individual fuel cell units 12 or groups of fuel cell units 12 to be regulated.

Vorzugsweise erfolgt das Regulieren 120 durch entsprechendes Ansteuern 122 von einer Prozessoreinheit 14 insbesondere von mehreren Prozessoreinheiten 14. In 3 wird das Verfahren 100 und dessen Verfahrensschritte detailliert erläutert.The regulation 120 is preferably carried out by appropriate activation 122 of a processor unit 14, in particular of a plurality of processors cessor units 14. In 3 the method 100 and its method steps are explained in detail.

Bei einer elektrisch parallelen Verschaltung entsprechend 2 ergibt sich ein erzwungener Spannungsangleich. Ein erzwungener Spannungsangleich kann zu einer unsymmetrischen Stromverteilung, insbesondere aufgrund von Alterung oder Temperaturunterscheiden zwischen den Brennstoffzelleneinheiten 12 führen.Correspondingly in the case of an electrically parallel connection 2 a forced voltage equalization results. A forced voltage equalization can lead to an asymmetrical current distribution, in particular due to aging or temperature differences between the fuel cell units 12 .

Der Strom, der sich in einem Strang ausbildet, hängt von dem Innenwidersand der Brennstoffzelleneinheiten 12 eines Strangs 50, 60, 70 ab. Der Innenwiderstand hängt beispielsweise von der Temperatur der Brennstoffzelleneinheit 12, der Alterung der Brennstoffzelleneinheit 12, dem zugeführten Oxidationsmedium und dem zugeführten Brennstoff ab.The current that forms in a train depends on the internal resistance of the fuel cell units 12 of a train 50, 60, 70 from. The internal resistance depends, for example, on the temperature of the fuel cell unit 12, the aging of the fuel cell unit 12, the oxidation medium supplied and the fuel supplied.

Insbesondere werden Brennstoffzelleneinheiten 12 mit vielen örtlich benachbarten Brennstoffzelleneinheiten 12 durch diese zusätzlich erwärmt. Eine wärmere Brennstoffzelleneinheit 12 weist geringere thermische Verluste auf. Auch weisen wärme Brennstoffzelleneinheit 12 einen niedriger Innenwiderstand auf. Der niedriger Innenwiderstand führt zu einem erhöhten Strom, der wiederum zu einer erhöhten Temperatur führt. Es kann sich eine Spirale ergeben.In particular, fuel cell units 12 with many locally adjacent fuel cell units 12 are additionally heated by them. A warmer fuel cell unit 12 has lower thermal losses. Also, when heated, the fuel cell unit 12 has a low internal resistance. The low internal resistance leads to an increased current, which in turn leads to an increased temperature. A spiral can ensue.

In 2 ist ein optionaler Wandler 98 ausgebildet. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen DC/AC Spannungswandler, welcher die von den Brennstoffzelleneinheit 12 erzeugte Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt. Insbesondere die öffentlichen Stromnetze sowie die meisten Verbraucher arbeiten mit einer Wechselspannung.In 2 an optional converter 98 is formed. This is preferably a DC/AC voltage converter which converts the DC voltage generated by the fuel cell unit 12 into AC voltage. In particular, the public power grids and most consumers work with an AC voltage.

Vorzugsweise ist dem optionalen Wandler 98 ein weitere Spannungswandler 96 vorgeschaltet. Bei dem Spannungswandler 96 handelt sich um einen DC/DC Wandler. Der Spannungswandler 96 ist insbesondere notwendig, da vor einem DC/AC-Wandler 98 stets eine definierte minimale Spannungslage erforderlich, sodass der DC/AC-Wandler 98 vernünftig und effizient in Wechselstrom umwandeln kann.A further voltage converter 96 is preferably connected upstream of the optional converter 98 . The voltage converter 96 is a DC/DC converter. The voltage converter 96 is necessary in particular because a defined minimum voltage level is always required upstream of a DC/AC converter 98, so that the DC/AC converter 98 can convert sensibly and efficiently into alternating current.

Der Spannungswandler 96 erzeugt eine Zwischenkreisspannung 97 mit einer minimal notwendigen Spannungslage, so dann der Spannungswandler 98 vernünftig und/oder effizient arbeiten kann.The voltage converter 96 generates an intermediate circuit voltage 97 with a minimum necessary voltage level so that the voltage converter 98 can then work sensibly and/or efficiently.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, dass der Spannungswandler 96 und 98 in einem Gerät kombiniert sind. Vorteilhaft erfolgt so eine Kosten- und Bauraum-Optimierung erreicht werden. Auch besteht eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeiten durch eine geringe Anzahl an Einzelkomponenten.An advantageous further development is that the voltage converters 96 and 98 are combined in one device. Advantageously, cost and space optimization can be achieved in this way. There is also a lower probability of failure due to a small number of individual components.

In 3 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren 100 dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 110 erfolgt das Ermitteln der Strangströme. Vorzugweise werden alle Strangströme ermittelt.In 3 a method 100 according to the invention is shown. In a first method step 110, the phase currents are determined. All phase currents are preferably determined.

Das Ermitteln 110 erfolgt insbesondere durch ein Messen einzelner Ströme, insbesondere Strangströme und/oder des Gesamtstroms. Insbesondere reicht es, wenn nur wenige Strangströme und der Gesamtstrom gemessen werden. Die nicht gemessenen Strangströme können dann aus den gemessenen Strömen im Rahmen der Ermittlung berechnet werden.The determination 110 takes place in particular by measuring individual currents, in particular phase currents and/or the total current. In particular, it is sufficient if only a few phase currents and the total current are measured. The unmeasured phase currents can then be calculated from the measured currents as part of the determination.

Vorzugsweise werden die Strangströme mittels eines Shunt-Widerstands ermittelt Hierzu ist ein Shunt Widerstand in den Strängen angeordnet.The phase currents are preferably determined by means of a shunt resistor. A shunt resistor is arranged in the phases for this purpose.

In einem weiteren Verfahrensschritt 120 erfolgt das Regulieren zumindest einer Brennstoffzelleneinheit 12, insbesondere mehrere Brennstoffzelleneinheiten 12, vorzugsweise aller Brennstoffzelleneinheiten 12.In a further method step 120, at least one fuel cell unit 12, in particular a plurality of fuel cell units 12, preferably all fuel cell units 12, is regulated.

Das Regulieren 120 umfasst das Ändern, insbesondere das Erhöhen oder Reduzieren, der Zufuhr eines Brennstoffs und/oder der Zufuhr eines Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des zugeführten Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des Brennstoffs und/oder die Rezirkulationsrate in die zu regulierende Brennstoffzelleneinheit. Durch das Regulieren 120 wird eine Änderung des Stroms erreicht. Die Brennstoffzelleneinheiten 12 reagiert hierbei sensitiver auf eine Änderung der Zufuhr an Brennstoff als auf eine Änderung des Oxidationsmediums und/oder der Rezirkulationsrate.Regulating 120 includes changing, in particular increasing or reducing, the supply of a fuel and/or the supply of an oxidation medium and/or the heating of the supplied oxidation medium and/or the heating of the fuel and/or the recirculation rate in the fuel cell unit to be regulated. By regulating 120, a change in the current is achieved. In this case, the fuel cell units 12 react more sensitively to a change in the supply of fuel than to a change in the oxidation medium and/or the recirculation rate.

Vorzugsweise erfolgt ein individuelles Regulieren einer jeden Brennstoffzelleneinheiten 12. Vorzugsweise erfolgt eine Regelung von Gruppen von Brennstoffzelleneinheiten 12. Insbesondere können mehrere Brennstoffzelleneinheiten 12 zu einer Gruppe zusammengefasst sein, die dann von einer Prozessoreinheit 14 versorgt werden. Vorzugsweise werden die Brennstoffzelleneinheiten 12 eines Strangs gemeinsam reguliert.Each fuel cell unit 12 is preferably regulated individually. Groups of fuel cell units 12 are preferably regulated. The fuel cell units 12 of a train are preferably regulated together.

Beispielsweise kann so mittels eines Verdichters 42 in der Luftzuführung 16, die Zufuhr von Luft L reguliert werden. Ein Verdichter 42 in der Brennstoffzuführung 24 kann die Zufuhr von Brennstoff B regulieren. Ein Verdichter 42 im Anodenrezirkulationskreis 40 kann die Rezirkulationsrate des Anodenabgases AA regeln. In Verfahrensschritt 120 erfolgt abhängig von den in Verfahrensschritt 110 ermittelten Strangströmen ein Regulieren von einzelnen oder mehreren Brennstoffzelleneinheiten 12.For example, by means of a compressor 42 in the air supply 16, the supply of air L can be regulated. A compressor 42 in the fuel supply 24 can regulate the supply of fuel B. A compressor 42 in the anode recirculation circuit 40 can regulate the recirculation rate of the anode exhaust gas AA. In method step 120, depending on the string currents determined in method step 110, individual or multiple fuel cell units 12 are regulated.

Vorzugsweise erfolgt das Regulieren 120 in Verfahrensschritt 120 derart, dass sich die Strangströme der einzelnen Stränge aneinander angleichen. Insbesondere sind die Strangströme nach dem Regulieren 120 vernachlässigbar unterschiedlich. Vorzugsweise sind die Strangströme nach dem Regulieren im Wesentlichen gleich.The regulation 120 in method step 120 is preferably carried out in such a way that the strand adjust the currents of the individual strands to each other. In particular, after regulation 120, the phase currents are negligibly different. Preferably, the string currents are essentially equal after regulation.

In einem optionalen Verfahrensschritt 122 erfolgt das Ansteuern von einzelnen oder mehreren Prozessoreinheiten 14. Das Ansteuern 122 ist ein Unterverfahrensschritt des Verfahrensschritt 120.In an optional method step 122, individual or multiple processor units 14 are activated. The activation 122 is a sub-method step of method step 120.

In einem optionalen Verfahrensschritt 116 erfolgt die Auswahl der Brennstoffzelleneinheiten 12, die in dem Verfahrensschritt 120 reguliert werden. Vorzugsweise werden die Brennstoffzelleneinheiten 12 ausgewählt, die einem Strang angehören, dessen Strangstrom von den anderen Strangströmen, insbesondere abzüglich der Toleranzen, abweicht.In an optional method step 116, the fuel cell units 12, which are regulated in method step 120, are selected. The fuel cell units 12 are preferably selected that belong to a line whose line current differs from the other line currents, in particular minus the tolerances.

Vorzugsweise werden alle Brennstoffzelleneinheiten 12 eines Strangs reguliert.All fuel cell units 12 of a train are preferably regulated.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann auch die Alterung einzelner Brennstoffzelleneinheiten 12 bestimmt werden. Die Auswahl 116 erfolgt dann zusätzlich von der Alterung der Brennstoffzelleneinheiten 12.According to an advantageous development, the aging of individual fuel cell units 12 can also be determined. The selection 116 is then also made based on the aging of the fuel cell units 12.

Ferner kann die Auswahl 116 in Abhängigkeit von der Position der Brennstoffzelleneinheit 12 gegenüber weiterer Brennstoffzelleneinheiten 12 erfolgen. Insbesondere sind Brennstoffzelleneinheiten 12, die viele benachbarte Brennstoffzelleneinheiten 12 aufweisen, tendenziell wärmer und weisen dadurch einen geringeren Innenwiederstand auf.Furthermore, the selection 116 can be made depending on the position of the fuel cell unit 12 relative to other fuel cell units 12 . In particular, fuel cell units 12 that have many adjacent fuel cell units 12 tend to be warmer and thereby have a lower internal resistance.

Vorzugsweise werden zumindest eine, insbesondere alle, Brennstoffzelleneinheiten 12 eines Strangs, der den höchsten Strangstrom aufweist, reguliert.At least one, in particular all, fuel cell units 12 of a branch that has the highest branch current are preferably regulated.

Vorzugsweise werden die zu regulierenden Brennstoffzelleneinheiten 12 ausgewählt, deren ermittelte Strangströme, von einem definierten Soll-Strangstrom abweichen.The fuel cell units 12 to be regulated are preferably selected whose determined line currents deviate from a defined target line current.

Vorzugsweise wird der Soll-Strangstrom definiert. Alternativ oder zusätzlich wird der Soll-Strangstrom aus dem Gesamtstrom ermittelt. Hierzu wird der Gesamtstrom durch die Anzahl an Stränge 50, 60, 70 dividiert.The setpoint phase current is preferably defined. Alternatively or additionally, the target phase current is determined from the total current. To do this, the total current is divided by the number of strands 50, 60, 70.

Optional weisen einige oder alle Stränge 50, 60, 70 zumindest eine Diode 80 auf.Optionally, some or all of the strands 50, 60, 70 have at least one diode 80.

In der Aufwärmphase, insbesondere im Anfahrbetrieb, der Energieversorgungseinrichtung 10 weisen die einzelnen Brennstoffzelleneinheit 12 sich unterscheidende Spannungen auf. Dies führt dazu, dass, die Spannungen der Brennstoffzelleneinheit 12 einen Strang von der Spannung der Brennstoffzelleneinheit 12 eines weiteren Strangs bei einer nicht parallelen Verschaltung sich unterscheiden würden. Da jedoch die Spannung bei Parallelschaltungen immer gleich ist, fließen Ausgleichströme, die zu einer Beschädigung der Energieversorgungseinrichtung 10 führen können. Die Dioden 80 verhindern das Fließen solcher Ausgleichströme. Auch im Abfahrbetrieb verhindern die Dioden 80 das sich Ausgleichsströme ergeben.In the warm-up phase, in particular during start-up operation, of the energy supply device 10, the individual fuel cell units 12 have different voltages. The result of this is that the voltages of the fuel cell unit 12 in one line would differ from the voltage of the fuel cell unit 12 in another line if the connection was not parallel. However, since the voltage is always the same in parallel circuits, compensating currents flow, which can lead to damage to the energy supply device 10 . The diodes 80 prevent such transient currents from flowing. The diodes 80 also prevent compensating currents from occurring during shutdown operation.

Ferner können zusätzlich elektrisches Bauteil, insbesondere einstellbarer Widerstand, Thyristor oder Halbleiterschalter, vorgesehen sein, welche den Strom in einem Strang zusätzlich regulieren.Furthermore, additional electrical components, in particular adjustable resistors, thyristors or semiconductor switches, can be provided, which additionally regulate the current in a strand.

Claims (9)

Verfahren (100) zur Steuerung einer Energieversorgungseinrichtung (1), welche mindestens zwei Brennstoffzelleneinheiten (12) jeweils zur Erzeugung von elektrischer Energie aufweist, und wobei mindestens zwei Stränge (50, 60, 70) mit jeweils mindestens einer Brennstoffzelleneinheit (12) ausgebildet sind, und wobei die Stränge (50, 60, 70) zueinander elektrisch parallel verschaltet sind, umfassend die Schritte: • Ermitteln (110) zumindest eines Strangstroms, • Regulieren (120) der Zufuhr eines Brennstoffs und/oder der Zufuhr eines Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des zugeführten Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des Brennstoffs und/oder die Rezirkulationsrate zumindest einer der Brennstoffzelleneinheiten (12) in Abhängigkeit von zumindest einem ermittelten Strangstrom.Method (100) for controlling an energy supply device (1), which has at least two fuel cell units (12) each for generating electrical energy, and wherein at least two lines (50, 60, 70) each having at least one fuel cell unit (12) are formed, and wherein the strands (50, 60, 70) are electrically connected in parallel to one another, comprising the steps: • determining (110) at least one phase current, • Regulating (120) the supply of a fuel and/or the supply of an oxidizing medium and/or the heating of the supplied oxidizing medium and/or the heating of the fuel and/or the recirculation rate of at least one of the fuel cell units (12) as a function of at least one determined string current . Verfahren (100) zur Steuerung einer Energieversorgungseinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere alle, Strangströme ermittelt werden und dass das Regulieren (120) in Abhängigkeit der ermittelten Strangströme erfolgt.Method (100) for controlling an energy supply device (1) according to the preceding claim, characterized in that several, in particular all, phase currents are determined and that the regulation (120) takes place as a function of the phase currents determined. Verfahren (100) zur Steuerung einer Energieversorgungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regulieren (120) derart erfolgt, dass sich die Strangströme der einzelnen Stränge aneinander angleichen.Method (100) for controlling an energy supply device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the regulation (120) takes place in such a way that the phase currents of the individual phases adjust to one another. Verfahren (100) zur Steuerung einer Energieversorgungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln (110) der Strangströme ein Erfassen des Gesamtstroms und/oder zumindest eines Strangstroms umfasst und dass insbesondere anhand der erfassten Ströme die weiteren Strangströme ermittelt werden.Method (100) for controlling an energy supply device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the determination (110) of the phase currents comprises a detection of the total current and/or at least one phase current and that the further phase currents are determined in particular on the basis of the currents detected become. Verfahren (100) zur Steuerung einer Energieversorgungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: • Ermitteln (114) des Strangs mit dem geringsten Strangstrom, • Auswählen (116) zumindest einer Brennstoffzelleneinheiten (12) aus einem der weiteren Stränge, • Regulieren (120) der Zufuhr eines Brennstoffs und/oder der Zufuhr eines Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des zugeführten Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des Brennstoffs und/oder die Rezirkulationsrate der ausgewählten Brennstoffzelleneinheit (12), derart, dass sich ein im Wesentlichem ähnlicher Strangstrom, wie in dem ermittelten Strang mit dem geringsten Strangstrom, einstellt.Method (100) for controlling an energy supply device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the steps: • determining (114) the string with the lowest string current, • selecting (116) at least one fuel cell unit (12) from one of the other strings , • Regulating (120) the supply of a fuel and/or the supply of an oxidizing medium and/or the heating of the supplied oxidizing medium and/or the heating of the fuel and/or the recirculation rate of the selected fuel cell unit (12) such that an im Significantly similar phase current, as in the determined phase with the lowest phase current, sets. Verfahren (100) zur Steuerung einer Energieversorgungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: • Regulieren (120) der Zufuhr eines Brennstoffs und/oder der Zufuhr eines Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des zugeführten Oxidationsmediums und/oder die Erwärmung des Brennstoffs und/oder die Rezirkulationsrate zumindest einer der Brennstoffzelleneinheiten (12), derart, dass sich die Strangströme der einzelnen Stränge an einen Soll-Strangstrom angleichen.Method (100) for controlling an energy supply device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the steps: • Regulating (120) the supply of a fuel and / or the supply of an oxidizing medium and / or the heating of the supplied oxidizing medium and / or the Heating of the fuel and/or the recirculation rate of at least one of the fuel cell units (12) in such a way that the line currents of the individual lines are adjusted to a target line current. Verfahren (100) zur Steuerung einer Energieversorgungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Prozessoreinheiten (14) vorgesehen ist, wobei die Prozessoreinheiten (14) mehreren, insbesondere allen, Brennstoffzelleneinheiten (12) eines Strangs (50, 60, 70) versorgt.Method (100) for controlling an energy supply device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one processor unit (14) is provided, the processor units (14) having several, in particular all, fuel cell units (12) in a train (50, 60, 70). Verfahren (100) zur Steuerung einer Energieversorgungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Oxidationsmedium um Luft handelt.Method (100) for controlling an energy supply device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the oxidizing medium is air. Verfahren (100) zur Steuerung einer Energieversorgungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Strang (50, 60, 70) zumindest eine Diode angeordnet ist.Method (100) for controlling an energy supply device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one diode is arranged in each phase (50, 60, 70).
DE102022201045.0A 2022-02-01 2022-02-01 Method for controlling an energy supply device Pending DE102022201045A1 (en)

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