DE102022201051A1 - Method for regulating at least one stack temperature of a fuel cell device and fuel cell device - Google Patents

Method for regulating at least one stack temperature of a fuel cell device and fuel cell device Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (56) zum Regulieren wenigstens einer Stacktemperatur einer Brennstoffzellenvorrichtung (10), wobei die Brennstoffzellenvorrichtung (10) eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks (12) aufweist, wobei wenigstens eine erste Stacktemperatur von einem ersten Brennstoffzellenstack (12a) der Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks (12) erfasst wird. Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens der erste Brennstoffzellenstack (12a) eine erste Brennstoffdosiervorrichtung (58a) aufweist, welche dafür ausgebildet ist, den ersten Brennstoffzellenstack (12a) mit Brennstoff zu versorgen, und dass die erste Stacktemperatur mittels einer ersten Brennstoffdosierung durch die erste Brennstoffdosiervorrichtung (58a) reguliert wird.The invention relates to a method (56) for regulating at least one stack temperature of a fuel cell device (10), the fuel cell device (10) having a plurality of fuel cell stacks (12), with at least a first stack temperature of a first fuel cell stack (12a) of the plurality of fuel cell stacks (12) is detected. It is proposed that at least the first fuel cell stack (12a) has a first fuel metering device (58a) which is designed to supply the first fuel cell stack (12a) with fuel, and that the first stack temperature is determined by means of a first fuel metering by the first fuel metering device ( 58a) is regulated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regulieren wenigstens einer Stacktemperatur einer Brennstoffzellenvorrichtung nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzellenvorrichtung.The invention relates to a method for regulating at least one stack temperature of a fuel cell device according to the species of the independent claim. The invention further relates to a fuel cell device.

Stand der TechnikState of the art

Es sind Brennstoffzellenvorrichtungen bekannt, welche mehrere Brennstoffzellenstacks aufweisen. Typischerweise werden die Brennstoffzellenstack über eine gemeinsame Luftversorgung gekühlt, wobei die Stacktemperatur über eine Einstellung des Luftstroms geregelt wird. Einzelne Brennstoffzellenstacks können aufgrund von Alterung, ihrer Anordnung und/oder Fertigungsstreuung einen unterschiedlichen Kühlbedarf aufweisen. Beispielsweise kann der Brennstoffzellenstack mit der höchsten Degradation zu heiß werden. In den im Stand der Technik bekannten Regelungen wird die Kühlung über den Luftstrom an dem heißesten Brennstoffzellenstack angepasst. Das hat den Nachteil, dass die übrigen Brennstoffzellenstacks zu stark runtergekühlt werden können, so dass diese nicht mehr unter optimalen Temperaturbedingungen betrieben werden können.Fuel cell devices are known which have a plurality of fuel cell stacks. Typically, the fuel cell stacks are cooled via a common air supply, with the stack temperature being regulated by adjusting the air flow. Individual fuel cell stacks can have different cooling requirements due to aging, their arrangement and/or production variability. For example, the fuel cell stack with the highest degradation can become too hot. In the controls known from the prior art, the cooling is adapted via the air flow to the hottest fuel cell stack. This has the disadvantage that the remaining fuel cell stacks can be cooled down too much, so that they can no longer be operated under optimal temperature conditions.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

VorteileAdvantages

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Regulieren wenigstens einer Stacktemperatur einer Brennstoffzellenvorrichtung, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks aufweist, wobei wenigstens eine erste Stacktemperatur von einem ersten Brennstoffzellenstack der Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks erfasst wird. Erfindungsgemäß weist wenigstens der erste Brennstoffzellenstack eine erste Brennstoffdosiervorrichtung auf, welche dafür ausgebildet ist, den ersten Brennstoffzellenstack mit Brennstoff zu versorgen, und die erste Stacktemperatur wird mittels einer ersten Brennstoffdosierung durch die erste Brennstoffdosiervorrichtung reguliert.The present invention describes a method for regulating at least one stack temperature of a fuel cell device, wherein the fuel cell device has a plurality of fuel cell stacks, wherein at least a first stack temperature is detected by a first fuel cell stack of the plurality of fuel cell stacks. According to the invention, at least the first fuel cell stack has a first fuel metering device, which is designed to supply the first fuel cell stack with fuel, and the first stack temperature is regulated by means of a first fuel metering by the first fuel metering device.

Das hat den Vorteil, dass die erste Stacktemperatur des ersten Brennstoffzellenstacks unabhängig von den Stacktemperaturen der übrigen Brennstoffzellenstack aus dem Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks eingestellt werden kann. Auf diese Weise können alle Brennstoffzellenstacks optimiert betrieben werden, was einen sicheren, langlebigen und effizienten Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung ermöglicht.This has the advantage that the first stack temperature of the first fuel cell stack can be set independently of the stack temperatures of the remaining fuel cell stacks from the plurality of fuel cell stacks. In this way, all fuel cell stacks can be operated in an optimized manner, which enables the fuel cell device to be operated safely, with a long service life, and efficiently.

Unter einer Brennstoffzellenvorrichtung soll insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche insbesondere einen, insbesondere funktionstüchtigen, Bestandteil, insbesondere eine Konstruktions- und/oder Funktionskomponente, eines Brennstoffzellensystems oder das gesamte Brennstoffzellensystem ausbildet.A fuel cell device is to be understood in particular as a device which in particular forms a part, in particular a functional part, in particular a structural and/or functional component, of a fuel cell system or the entire fuel cell system.

Unter einem Brennstoffzellensystem soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein System zu einer stationären und/oder mobilen Gewinnung, insbesondere elektrischer und/oder thermischer Energie unter Verwendung zumindest einer Brennstoffzelleneinheit verstanden werden.In this context, a fuel cell system is to be understood in particular as a system for stationary and/or mobile production, in particular electrical and/or thermal energy, using at least one fuel cell unit.

Unter einer Brennstoffzellenstack soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen verstanden werden. Eine Brennstoffzelle ist insbesondere dazu vorgesehen, zumindest eine chemische Reaktionsenergie zumindest eines, insbesondere kontinuierlich zugeführten, Brenngases, insbesondere Wasserstoff, und zumindest eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, insbesondere in elektrische Energie umzuwandeln. Die Brennstoffzelle kann insbesondere als Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) ausgebildet sein. Typischerweise ist in einem Brennstoffzellenstack eine Mehrzahl von Brennstoffzellen elektrisch in Reihe miteinander verschaltet.In this context, a fuel cell stack is to be understood in particular as a unit with a plurality of fuel cells. A fuel cell is provided in particular to convert at least one chemical reaction energy of at least one, in particular continuously supplied, fuel gas, in particular hydrogen, and at least one oxidizing agent, in particular oxygen, in particular into electrical energy. The fuel cell can be designed in particular as a solid oxide fuel cell (SOFC). A plurality of fuel cells is typically electrically connected to one another in series in a fuel cell stack.

Unter einer Brennstoffzuführung soll eine Quelle für einen Brennstoff verstanden werden, welcher der Brennstoffzellenvorrichtung zugeführt wird. Beispielsweise kann die Brennstoffzuführung ein Anschluss für eine externe Brennstoffzuleitung sein, beispielsweise aus einem Erdgasnetz oder aus einer Wasserstoffflasche. Ein Brennstoff kann beispielsweise Erdgas, Wasserstoff oder eine Mischung aus Erdgas und Wasserstoff sein. In Varianten sind auch andere Brennstoffe und Mischungen von Brennstoffen denkbar, beispielsweise kann der Brennstoff B Erdgas, Wasserstoff, Methan, Ammoniak und/oder Kohlegas bzw. Synthesegas aufweisen.A fuel supply means a source for a fuel that is supplied to the fuel cell device. For example, the fuel supply can be a connection for an external fuel supply line, for example from a natural gas network or from a hydrogen bottle. A fuel can be, for example, natural gas, hydrogen or a mixture of natural gas and hydrogen. Other fuels and mixtures of fuels are also conceivable in variants, for example the fuel B can have natural gas, hydrogen, methane, ammonia and/or coal gas or synthesis gas.

Unter einer Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks sollen insbesondere wenigstens zwei Brennstoffzellenstacks verstanden werden.A plurality of fuel cell stacks should be understood to mean, in particular, at least two fuel cell stacks.

Darunter, dass eine Stacktemperatur erfasst wird, soll insbesondere verstanden werden, dass eine Temperatur eines Brennstoffzellenstacks gemessen wird. Dabei kann die Temperatur des Brennstoffzellenstacks unmittelbar am Brennstoffzellenstack gemessen werden. Es ist auch denkbar, dass die Stacktemperatur durch eine Messung einer anderen Temperatur genährt oder abgeleitet wird, beispielsweise kann eine Messung einer Abluft bzw. eines Abgases des Brennstoffzellenstacks erfolgen und aus dieser Temperatur die Stacktemperatur ermittelt werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass in einer ersten Näherung die Temperatur der Abluft des Brennstoffzellenstacks am Brennstoffzellenstack gemessen wird und in einer ersten Näherung gleich der Stacktemperatur gesetzt wird. Alternativ ist es denkbar, dass in einer Näherung die Temperatur eines Abbrennstoffs des Brennstoffzellenstacks am Brennstoffzellenstack gemessen wird und in einer ersten Näherung gleich der Stacktemperatur gesetzt wird. In vorteilhaften Varianten ist es denkbar, dass die Temperatur an einer Kathodenabgasführung und/oder Anodenabgasführung gemessen wird und zur Ermittlung und/oder Näherung der Stacktemperatur verwendet wird.The fact that a stack temperature is detected is to be understood in particular to mean that a temperature of a fuel cell stack is measured. The temperature of the fuel cell stack can be measured directly on the fuel cell stack. It is also conceivable that the stack temperature is approximated or derived by measuring another temperature, for example an exhaust air or an exhaust gas of the fuel cell stack can be measured and the stack temperature can be determined from this temperature. For example, it is conceivable that, in a first approximation, the temperature of the exhaust air from the fuel cell stack at the fuel cell lenstack is measured and set equal to the stack temperature in a first approximation. Alternatively, it is conceivable that, as an approximation, the temperature of a waste material from the fuel cell stack is measured on the fuel cell stack and, in a first approximation, is set equal to the stack temperature. In advantageous variants, it is conceivable that the temperature is measured at a cathode exhaust gas duct and/or anode exhaust gas duct and is used to determine and/or approximate the stack temperature.

Darunter, dass eine Stacktemperatur einer Brennstoffzellenvorrichtung reguliert wird, soll insbesondere verstanden werden, dass wenigstens eine Stacktemperatur eines Brennstoffzellenstacks reguliert wird. Darunter, dass eine Stacktemperatur eines Brennstoffzellenstacks reguliert wird, soll insbesondere verstanden werden, dass Betriebsparameter des Brennstoffzellenstacks derart angepasst bzw. eingstellt werden, dass die Stacktemperatur in einem gewünschten, vorgegebenen Bereich liegt. Insbesondere ist es möglich, dass die Betriebsparameter über eine Regelung, insbesondere einen Regelkreis so variierten werden, dass die gemessenen Stacktemperatur im vorgegebenen Temperaturbereich liegt. Dabei ist bevorzugt die gemessene Stacktemperatur die Regelgröße, welche mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Die einstellbaren Betriebsparameter des Brennstoffzellenstacks sind die Stellgrößen, welche durch die Regelung so angepasst werden, dass die Abweichung des Istwertes der gemessenen Stacktemperatur von dem Sollwert minimiert wird. Es ist auch eine Steuerung, insbesondere feed-forward Steuerung möglich, bei welcher beispielsweise bei einer vorliegenden, zu starken Abweichung der gemessenen Stacktemperatur auf Grundlage des Werts der Abweichung die notwendige Anpassung der Betriebsparameter ermittelt wird, beispielsweise aus einer dafür vorgesehenen, abgespeicherten Wertetabelle, aus einem analytischen Modell und/oder aus einem Simulationsmodell.The fact that a stack temperature of a fuel cell device is regulated should be understood to mean in particular that at least one stack temperature of a fuel cell stack is regulated. The fact that a stack temperature of a fuel cell stack is regulated is to be understood in particular as meaning that operating parameters of the fuel cell stack are adapted or set in such a way that the stack temperature lies in a desired, predetermined range. In particular, it is possible for the operating parameters to be varied via a controller, in particular a control circuit, such that the measured stack temperature is within the specified temperature range. In this case, the measured stack temperature is preferably the controlled variable, which is compared with a specified setpoint value. The adjustable operating parameters of the fuel cell stack are the manipulated variables, which are adjusted by the controller in such a way that the deviation of the actual value of the measured stack temperature from the setpoint is minimized. Control, in particular feed-forward control, is also possible, in which, for example, if there is an excessive deviation in the measured stack temperature, the necessary adjustment of the operating parameters is determined on the basis of the value of the deviation, for example from a stored table of values provided for this purpose an analytical model and/or from a simulation model.

Wesentlich für die Stacktemperatur ist die Wärmebilanz bzw. Energiebilanz des Brennstoffzellenstacks. So wird auf der einen Seiten dem Brennstoffzellenstack eine chemische Energie in Form des Brennstoffs und der Luft zugeführt. Diese wird zumindest teilweise in eine elektrische Energie umgewandelt, welche der Brennstoffzelle über einen Strom oder eine Stromabnahme entnommen wird, der Rest der zugeführten chemischen Energie ist bei der Reaktion entstehende Wärme, welche über Luftkühlung bzw. Kathodengaskühlung und/oder Brennstoffkühlung bzw. Anodengaskühlung abgeführt wird. Dabei ist der Wert des Stroms der Stromabnahme dafür entscheidend, welche Brennstoffmenge im Brennstoffzellenstack umgesetzt wird. Wird mehr Brennstoff zugeführt, als gemäß der Stromabnahme oxidiert werden kann, so wird ein Teil des Brennstoff unprozessiert zusammen mit den Abgasen an der Anodenseite des Brennstoffzellenstacks ausgeleitet. Entsprechend kann die nicht umgesetzte Brennstoffmenge zur Kühlung verwendet werden.The heat balance or energy balance of the fuel cell stack is essential for the stack temperature. On the one hand, chemical energy is supplied to the fuel cell stack in the form of fuel and air. This is at least partially converted into electrical energy, which is taken from the fuel cell via a current or a current tap, the rest of the chemical energy supplied is heat generated during the reaction, which is dissipated via air cooling or cathode gas cooling and/or fuel cooling or anode gas cooling . The value of the current from the current draw is decisive for the amount of fuel that is converted in the fuel cell stack. If more fuel is supplied than can be oxidized according to the current draw, part of the fuel is discharged unprocessed together with the exhaust gases on the anode side of the fuel cell stack. Accordingly, the unreacted amount of fuel can be used for cooling.

Der von der Luft bzw. Kathodengas vom Brennstoffzellenstack abgeführte Wärmestrom dQ/dt entspricht dem Produkt aus dem Massenstrom der Luft bzw. des Kathodengases dm/dt, der spezifischen Wärmekapazität der Luft bzw. des Kathodengases und der Temperaturdifferenz der Luft bzw. des Kathodengases zwischen dem Eingang und dem Ausgang vom Brennstoffzellenstack ΔT. Damit sind denkbare Betriebsparameter des Brennstoffzellenstacks, welche zur Regelung oder Steuerung der Stacktemperatur geeignet sind, der Massenstrom der Luft bzw. des Kathodengases, beispielsweise über eine Drehzahl oder Leistung eines Verdichters, eines Gebläses und/oder eines Lüfters für die Luftzuführung; und/oder eine Temperatur der dem Brennstoffzellenstack zugeführten Luft, beispielsweise die Leistung eines Vorheizers der Luft oder eine Zuschaltung bzw. Ansteuerung eines entsprechenden Wärmetauschers. Zur Kühlung des Brennstoffzellenstacks kann dem Brennstoffzellenstack insbesondere mehr Luft zugeführt werden bzw. der Luftstrom erhöht werdenThe heat flow dQ/dt removed from the fuel cell stack by the air or cathode gas corresponds to the product of the mass flow of the air or the cathode gas dm/dt, the specific heat capacity of the air or the cathode gas and the temperature difference of the air or the cathode gas between the Input and output from the fuel cell stack ΔT. Conceivable operating parameters of the fuel cell stack, which are suitable for regulating or controlling the stack temperature, are the mass flow of the air or the cathode gas, for example via a speed or power of a compressor, a blower and/or a fan for the air supply; and/or a temperature of the air supplied to the fuel cell stack, for example the output of a preheater for the air or a connection or activation of a corresponding heat exchanger. In order to cool the fuel cell stack, in particular more air can be supplied to the fuel cell stack or the air flow can be increased

Der von dem Brennstoff bzw. Abgasen bzw. Anodengas vom Brennstoffzellenstack abgeführte Wärmestrom dQ/dt entspricht dem Produkt aus dem Massenstrom des Brennstoffs bzw. der Abgase bzw. des Anodengases dm/dt, der spezifischen Wärmekapazität des Brennstoffs bzw. der Abgase bzw. des Anodengases und der Temperaturdifferenz des Brennstoffs bzw. der Abgase bzw. dem Anodengas zwischen dem Eingang und dem Ausgang vom Brennstoffzellenstack ΔT. Damit sind denkbare Betriebsparameter des Brennstoffzellenstacks, welche zur Regelung oder Steuerung der Stacktemperatur geeignet sind, der Massenstrom des Brennstoffs bzw. des Anodengases, beispielsweise über eine Drehzahl oder Leistung eines Verdichters, eines Gebläses und/oder eines Lüfters für die Brennstoffzuführung oder für die Anodenrezirkulation bzw. einen Anodenrezirkulationskreislauf; und/oder eine Temperatur der dem Brennstoffzellenstack zugeführten Luft, beispielsweise die Leistung eines Vorheizers der Luft oder eine Zuschaltung bzw. Ansteuerung eines entsprechenden Wärmetauschers. Zur Kühlung des Brennstoffzellenstacks kann dem Brennstoffzellenstack insbesondere mehr Brennstoff bzw. Anodengas zugeführt werden bzw. der Brennstoffstrom bzw. Anodengasstrom erhöht werden.The heat flow dQ/dt removed from the fuel cell stack by the fuel or exhaust gases or anode gas corresponds to the product of the mass flow of the fuel or exhaust gases or the anode gas dm/dt and the specific heat capacity of the fuel or exhaust gases or the anode gas and the temperature difference of the fuel or the exhaust gases or the anode gas between the input and the output of the fuel cell stack ΔT. Conceivable operating parameters of the fuel cell stack that are suitable for regulating or controlling the stack temperature are the mass flow of the fuel or the anode gas, for example via a speed or power of a compressor, a blower and/or a fan for the fuel supply or for the anode recirculation or an anode recirculation circuit; and/or a temperature of the air supplied to the fuel cell stack, for example the output of a preheater for the air or a connection or activation of a corresponding heat exchanger. In order to cool the fuel cell stack, in particular more fuel or anode gas can be supplied to the fuel cell stack or the fuel flow or anode gas flow can be increased.

Unter einem Rezirkulationskreis bzw. einem Anodenrezirkulationskreislauf soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Fluidverbindung bzw. ein Fluidpfad verstanden werden, welche bzw. welcher dazu vorgesehen ist, ein brennstoff- bzw. wasserstoff- und wasserhaltiges Anodenabgas von wenigstens einem Brennstoffzellenstack einer Mischstelle zuzuführen, an welcher das Anodenabgas mit dem zumindest im Wesentlichen reinen Brennstoff bzw. Wasserstoff vermischt wird. Insbesondere ist der Rezirkulationskreis dazu vorgesehen, dem Brennstoffzellenstack nicht umgesetzten Brennstoff bzw. Wasserstoff erneut anodenseitig zuzuführen. Insbesondere ist die Mischung des Anodenabgases und des Brennstoffs bzw. Wasserstoffs dazu vorgesehen, dem Brennstoffzellenstack anodenseitig zugeführt zu werden. Ein Verdichter kann beispielsweise als ein Gebläse ausgebildet sein.In this context, a recirculation circuit or an anode recirculation circuit should be understood to mean, in particular, a fluid connection or a fluid path, which cher is intended to supply an anode waste gas containing fuel or hydrogen and water from at least one fuel cell stack to a mixing point, at which the anode waste gas is mixed with the at least substantially pure fuel or hydrogen. In particular, the recirculation circuit is provided to feed fuel or hydrogen that has not been converted back to the fuel cell stack on the anode side. In particular, the mixture of the anode waste gas and the fuel or hydrogen is intended to be fed to the fuel cell stack on the anode side. A compressor can be designed as a blower, for example.

Ein weiterer denkbarer Betriebsparameter des Brennstoffzellenstacks, welcher zur Regelung oder Steuerung der Stacktemperatur geeignet ist, ist der vom Brennstoffzellenstack abgenommene Strom bzw. die Stromabnahme. So kann zum Kühlen des Brennstoffzellenstacks die Stromabnahme bzw. die abgeführte elektrische Leistung abgesenkt werden. Auf diese Weise wird zum einem die bei der Oxidationsreaktion entstehende Wärme reduziert, zum anderen wird weniger vom dem Brennstoffzellenstack zugeführten Brennstoff oxidiert, so dass diese nicht umgesetzte Brennstoffmenge zur Kühlung beiträgt.Another conceivable operating parameter of the fuel cell stack, which is suitable for regulating or controlling the stack temperature, is the current drawn from the fuel cell stack or the current draw. In this way, the current consumption or the electrical power dissipated can be reduced in order to cool the fuel cell stack. In this way, on the one hand, the heat generated during the oxidation reaction is reduced, and on the other hand, less of the fuel supplied to the fuel cell stack is oxidized, so that this unreacted amount of fuel contributes to the cooling.

Der bevorzugte Temperaturbereich der Stacktemperatur, auf welchen geregelt wird, bzw. eine Solltemperatur oder ein Solltemperaturbereich für die Regelung, hängt von den konstruktiven Details des Brennstoffzellenstacks bzw. der Brennstoffzellenvorrichtung ab und liegt für SOFCs typischerweise zwischen 580 °C und 640 °C, bevorzugt zwischen 600 °C und 630 °C, besonders bevorzugt zwischen 610 °C und 620°C. Bei elektrolytgetragenen Zellen (Electrolyte Supported Cells - ESC) liegt der bevorzugte Temperaturbereich der Stacktemperatur typischerweise zwischen 750 °C und 950 °C, bevorzugt zwischen 800 °C und 900 °C, besonders bevorzugt zwischen 850 °C und 875 °C.The preferred temperature range of the stack temperature to which control is applied, or a target temperature or a target temperature range for the control, depends on the structural details of the fuel cell stack or the fuel cell device and is typically between 580 °C and 640 °C for SOFCs, preferably between 600°C and 630°C, more preferably between 610°C and 620°C. In the case of electrolyte-supported cells (Electrolyte Supported Cells—ESC), the preferred temperature range for the stack temperature is typically between 750° C. and 950° C., preferably between 800° C. and 900° C., particularly preferably between 850° C. and 875° C.

Typischerweise werden in Brennstoffzellenvorrichtungen alle Brennstoffzellenstacks mit einer gemeinsamen Luftzuleitung versorgt. Von der Annahme ausgehend, dass alle Brennstoffzellenstacks die gleiche Solltemperatur haben sollen, findet sich im Stand der Technik oft eine Grobregelung der Stacktemperaturen über eine Einstellung der Luftzufuhr. Dabei wird typischerweise die Stacktemperatur des am stärksten, bevorzugt am stärksten nach oben vom Sollwert abweichenden Brennstoffzellenstacks herangezogen und diese Stacktemperatur über die Luftzufuhr auf die Solltemperatur bzw. in den Solltemperaturbereich reguliert. Das hat den Nachteil, dass alle Brennstoffzellenstacks mittels des gleichen Luftstroms gekühlt werden, so dass die Möglichkeit besteht, dass Brennstoffzellenstacks die einen geringeren Kühlbedarf haben als das zur Regulierung herangezogene Brennstoffzellenstack zu stark gekühlt werden und nicht in einem optimalen Temperaturbereich betrieben werden. Die vorliegende Erfindung bietet daher den Vorteil, dass die Brennstoffzellenstacks mit einem weiteren unabhängigen Kontrollparameter bzw. Betriebsparameter individuell temperiert werden können. Beispielsweise kann das erste Brennstoffzellenstack, welches etwa aufgrund einer erhöhten Alterung einen höheren Kühlbedarf hat, durch eine Erhöhung der ersten Brennstoffdosierung durch die erste Brennstoffdosiervorrichtung gekühlt werden, ohne dass der Luftstrom an alle Brennstoffzellenstacks reduziert werden muss, so dass die übrigen der Mehrzahl an Brennstoffzellenstacks weiterhin mit einen für ihre Temperierung optimierten Luftstrom versorgt werden können.In fuel cell devices, all fuel cell stacks are typically supplied with a common air supply line. Based on the assumption that all fuel cell stacks should have the same setpoint temperature, the state of the art often provides coarse regulation of the stack temperatures by adjusting the air supply. Typically, the stack temperature of the fuel cell stack that deviates the most, preferably the most upwards, from the setpoint value is used and this stack temperature is regulated to the setpoint temperature or within the setpoint temperature range via the air supply. This has the disadvantage that all fuel cell stacks are cooled using the same air flow, so that there is the possibility that fuel cell stacks that have a lower cooling requirement than the fuel cell stack used for regulation are cooled too much and are not operated in an optimal temperature range. The present invention therefore offers the advantage that the fuel cell stacks can be individually temperature-controlled using a further independent control parameter or operating parameter. For example, the first fuel cell stack, which has a higher cooling requirement due to increased aging, can be cooled by increasing the first fuel metering by the first fuel metering device, without the air flow to all the fuel cell stacks having to be reduced, so that the rest of the plurality of fuel cell stacks continue to flow can be supplied with an air flow optimized for their temperature control.

Unter einer Brennstoffdosiervorrichtung soll dabei insbesondere eine solche Vorrichtung verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, die dem zugeordneten Brennstoffzellenstack zugeführte Brennstoffmenge zu dosieren. Beispielsweise kann die Brennstoffdosiervorrichtung eine einstellbare Düse oder ein Ventil aufweisen, welches die dem Brennstoffzellenstack zugeführte Brennstoffmenge aus einer Brennstoffzuleitung einstellt. Es ist auch denkbar, dass die Menge der Brennstoffzellenstacks eine gemeinsame Brennstoffzuleitung aufweist, welche allen Brennstoffzellenstacks weitgehend die gleiche Brennstoffmenge zuleitet und die erste Brennstoffdosiervorrichtung eine zusätzliche Brennstoffzuführung für den ersten Brennstoffzellenstack darstellt, welche eine weitere, individuell einstellbare Brennstoffmenge zuführt.A fuel metering device is to be understood in particular as meaning a device which is provided for metering the amount of fuel supplied to the associated fuel cell stack. For example, the fuel metering device can have an adjustable nozzle or a valve which adjusts the amount of fuel supplied to the fuel cell stack from a fuel supply line. It is also conceivable that the number of fuel cell stacks has a common fuel supply line, which supplies all fuel cell stacks with largely the same amount of fuel, and the first fuel metering device represents an additional fuel supply for the first fuel cell stack, which supplies a further, individually adjustable amount of fuel.

Vorteilhaft werden weitere Stacktemperaturen von weiteren Brennstoffzellenstacks der Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks erfasst und die jeweilige Stacktemperatur mittels einer Anpassung einer Brennstoffdosierung durch eine Brennstoffdosiervorrichtung des jeweiligen Brennstoffzellenstacks geregelt. Insbesondere ist es möglich, dass die Stacktemperatur von den Brennstoffzellenstacks geregelt werden, welche anfällig für eine Abweichung der Stacktemperatur sind, beispielsweise durch ihre Anordnung in der Brennstoffzellenvorrichtung, beispielsweise in einem besonders kühlen oder besonders warmen Bereich. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Mehrzahl der Brennstoffzellenstacks unmittelbar aneinanderliegend angeordnet sind. Die zentral angeordneten Brennstoffzellenstacks weisen mehr benachbarte Brennstoffzellenstacks auf als die außen angeordneten Brennstoffzellenstacks, so dass die außen angeordneten Brennstoffzellenstacks schneller auskühlen können als die innen angeordneten Brennstoffzellenstacks. Besonders vorteilhaft wird die Stacktemperatur von jeder der Brennstoffzellenstacks der Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks erfasst und die jeweilige Stacktemperatur mittels einer Anpassung einer Brennstoffdosierung des jeweiligen Brennstoffzellenstacks geregelt. Das ermöglicht einen besonders präzisen und optimalen Betrieb aller Brennstoffzellenstacks, was einen besonders sicheren, langlebigen und effizienten Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung ermöglicht.Further stack temperatures of further fuel cell stacks of the plurality of fuel cell stacks are advantageously recorded and the respective stack temperature is regulated by means of an adjustment of a fuel metering by a fuel metering device of the respective fuel cell stack. In particular, it is possible for the stack temperature to be regulated by the fuel cell stacks which are susceptible to a deviation in the stack temperature, for example due to their arrangement in the fuel cell device, for example in a particularly cool or particularly warm area. For example, it is conceivable that the majority of the fuel cell stacks are arranged directly adjacent to one another. The centrally arranged fuel cell stacks have more adjacent fuel cell stacks than the fuel cell stacks arranged on the outside, so that the fuel cell stacks arranged on the outside can cool down faster than the fuel cell stacks arranged on the inside. The stack temperature of each of the fuel cell stacks of the plurality of is particularly advantageous Fuel cell stacks are detected and the respective stack temperature is regulated by adjusting a fuel metering of the respective fuel cell stack. This enables a particularly precise and optimal operation of all fuel cell stacks, which enables a particularly safe, long-lasting and efficient operation of the fuel cell device.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens möglich.Advantageous developments of the method are possible due to the features listed in the subclaims.

Es ist von Vorteil, wenn wenigstens eine zweite Stacktemperatur von einem zweiten Brennstoffzellenstack der Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks erfasst wird und wenigstens der zweite Brennstoffzellenstack eine zweite Brennstoffdosiervorrichtung aufweist und die zweite Stacktemperatur mittels einer zweiten Brennstoffdosierung durch die zweite Brennstoffdosiervorrichtung reguliert wird. Das ermöglicht einen besonders präzisen und optimalen Betrieb aller Brennstoffzellenstacks, was einen besonders sicheren, langlebigen und effizienten Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung ermöglicht.It is advantageous if at least one second stack temperature is detected by a second fuel cell stack of the plurality of fuel cell stacks and at least the second fuel cell stack has a second fuel metering device and the second stack temperature is regulated by means of a second fuel metering by the second fuel metering device. This enables a particularly precise and optimal operation of all fuel cell stacks, which enables a particularly safe, long-lasting and efficient operation of the fuel cell device.

Das Verfahren wird weiter verbessert, wenn bei der Regulierung die erste Brennstoffdosierung bzw. die erste Brennstoffdosiervorrichtung und die zweite Brennstoffdosierung bzw. die zweite Brennstoffdosiervorrichtung so eingestellt wird, dass die Gesamtabweichung der ersten Stacktemperatur und der zweiten Stacktemperatur von einer Solltemperatur minimiert wird. Das ermöglicht eine besonders effiziente Regelung. Insbesondere können auf diese Weise die Brennstoffzellenstacks bei der Regelung sich untereinander ausgleichen.The method is further improved if the first fuel metering or the first fuel metering device and the second fuel metering or the second fuel metering device are set during the regulation such that the total deviation of the first stack temperature and the second stack temperature from a target temperature is minimized. This enables particularly efficient regulation. In this way, the fuel cell stacks can in particular balance each other out during regulation.

Darunter, dass die Gesamtabweichung der ersten Stacktemperatur und der zweiten Stacktemperatur und ggf. einer dritten Stacktemperatur von einer Solltemperatur minimiert wird, soll insbesondere verstanden werden, dass bei der Regulierung nicht mehr jede Stacktemperatur jeweils auf einen Sollwert geregelt wird, sondern die Gesamtabweichung der ersten Stacktemperatur und der zweiten Stacktemperatur und ggf. der dritten Stacktemperatur minimiert wird. Anders formuliert wird der Wert der Gesamtabweichung minimiert, möglichst auf Null geregelt, wobei die Gesamtabweichung ein skalarer Wert ist, welcher von der ersten Stacktemperatur und der zweiten Stacktemperatur und ggf. der dritten Stacktemperatur abhängt. Beispielsweise könnte die Gesamtabweichung die Summe der Beträge der jeweiligen Differenzen von den betrachteten Stacktemperaturen zur Solltemperatur sein. Es ist auch denkbar, dass die Gesamtabweichung die Summe der mittleren quadratischen Abweichung der betrachteten Stacktemperaturen zur Solltemperatur ist. Grundsätzlich sind verschiedene Ansätze für die Gesamtabweichung denkbar, insbesondere ist es möglich, dass Temperaturabweichungen unterschiedlicher Brennstoffzellenstacks unterschiedlich stark bewertet werden, so kann beispielsweise die Abweichung der ersten Stacktemperatur von der Solltemperatur in der Gesamtabweichung stärker gewichtet werden als die Abweichung der zweiten Stacktemperatur von der Solltemperatur.The fact that the total deviation of the first stack temperature and the second stack temperature and, if applicable, a third stack temperature from a target temperature is minimized should be understood in particular to mean that during regulation, each stack temperature is no longer regulated to a target value, but rather the total deviation of the first stack temperature and the second stack temperature and possibly the third stack temperature is minimized. In other words, the value of the total deviation is minimized, regulated to zero if possible, with the total deviation being a scalar value which depends on the first stack temperature and the second stack temperature and possibly the third stack temperature. For example, the total deviation could be the sum of the amounts of the respective differences from the stack temperatures under consideration to the setpoint temperature. It is also conceivable that the total deviation is the sum of the mean square deviation of the stack temperatures considered from the target temperature. In principle, different approaches for the total deviation are conceivable, in particular it is possible that temperature deviations of different fuel cell stacks are evaluated to different degrees, for example the deviation of the first stack temperature from the target temperature can be weighted more heavily in the total deviation than the deviation of the second stack temperature from the target temperature.

Eine weitere Verbesserung ist möglich, wenn die erste Stacktemperatur mittels einer ersten Stromabnahme aus dem ersten Brennstoffzellenstack reguliert wird. Insbesondere wird die erste Stacktemperatur mittels der ersten Stromabnahme und der ersten Brennstoffdosiervorrichtung bzw. ersten Brennstoffdosierung reguliert. In anderen Worten sind die Brennstoffdosierung und die Stromabnahme zwei Betriebsparameter des ersten Brennstoffzellenstacks, welche als Stellgrößen angepasst werden, um die Stacktemperatur zu regeln. Auf diese Weise ist eine feinere Regulierung der Stacktemperatur möglich. Insbesondere lässt sich so die Regelung auf weitere Zielparameter hin optimieren. Beispielsweise könnte eine Regulierung anhand der Brennstoffdosierung alleine zu einem zu starken Leistungsabfall des ersten Brennstoffzellenstacks führen, welcher durch eine zusätzliche Anpassung der ersten Stromabnahme verringert werden kann.A further improvement is possible if the first stack temperature is regulated by means of a first current draw from the first fuel cell stack. In particular, the first stack temperature is regulated by means of the first current draw and the first fuel metering device or first fuel metering. In other words, the fuel metering and the current draw are two operating parameters of the first fuel cell stack, which are adjusted as manipulated variables in order to regulate the stack temperature. In this way, finer regulation of the stack temperature is possible. In particular, the control can be optimized with regard to further target parameters. For example, regulation based on fuel metering alone could lead to an excessive drop in performance of the first fuel cell stack, which can be reduced by additional adjustment of the first current draw.

Eine besonders zuverlässige Regelung über die erste Stromabnahme ist möglich, wenn der erste Brennstoffzellenstack mit einem zweiten Brennstoffzellenstack der Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks elektrisch in Reihe geschaltet ist und die erste Stromabnahme durch einen regelbaren ersten Widerstand angepasst wird, welcher elektrisch parallel zum ersten Brennstoffzellenstack geschaltet ist. Das ermöglicht eine besonders einfache Absenkung des Stroms durch den ersten Brennstoffzellenstack, so dass die erste Stromabnahme abgesenkt wird, ohne den Strom durch den zweiten Brennstoffzellenstack abgesenkt wird. Vorteilhaft weist der zweite Brennstoffzellenstack einen regelbaren zweiten Widerstand auf, welcher elektrisch parallel zum zweiten Brennstoffzellenstack geschaltet ist. Auf diese Weise ist eine Einstellung einer zweiten Stromabnahme des zweiten Brennstoffzellenstacks möglich, insbesondere zur Regulierung einer zweiten Stacktemperatur des Brennstoffzellenstacks. Es ist möglich das weitere Brennstoffzellenstacks der Mehrzahl an Brennstoffzellenstacks jeweils mit einem zugeordneten regelbaren Widerstand parallel geschaltet sind, so dass die jeweilige Stromabnahme einstellbar ist. Es ist denkbar, dass alle Brennstoffzellenstacks elektrisch in Reihe geschaltet sind. Es ist auch denkbar, dass eine Gruppe von Brennstoffzellenstacks elektrisch in Reihe geschaltet sind. Es ist insbesondere denkbar, dass mehrere Gruppen von Brennstoffzellenstacks vorliegenden, wobei die Brennstoffzellenstacks einer Gruppe untereinander in elektrisch in Reihe geschaltet sind und die Gruppen zueinander elektrisch parallel geschaltet sind.A particularly reliable regulation of the first current draw is possible if the first fuel cell stack is electrically connected in series with a second fuel cell stack of the plurality of fuel cell stacks and the first current draw is adjusted by a controllable first resistor which is electrically connected in parallel with the first fuel cell stack. This enables the current through the first fuel cell stack to be lowered in a particularly simple manner, so that the first current draw is lowered without the current through the second fuel cell stack being lowered. The second fuel cell stack advantageously has a controllable second resistor which is electrically connected in parallel with the second fuel cell stack. In this way, it is possible to set a second current draw of the second fuel cell stack, in particular to regulate a second stack temperature of the fuel cell stack. It is possible that further fuel cell stacks of the plurality of fuel cell stacks are each connected in parallel with an assigned controllable resistor, so that the respective current draw can be adjusted. It is conceivable that all fuel cell stacks are electrically connected in series. It is also conceivable that a group of fuel cell stacks are electrically connected in series. It is particularly conceivable that several groups of fuel cell stacks are present, the fuel cell stacks of a group are electrically connected in series with one another and the groups are electrically connected in parallel with one another.

In weiteren Varianten ist es möglich, dass der erste Brennstoffzellenstack mit einem dritten Brennstoffzellenstack der Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks elektrisch parallel geschaltet ist und die erste Stromabnahme durch einen regelbaren ersten DC/DC-Wandler bzw. Gleichspannungswandler angepasst wird, welcher elektrisch in Reihe zum ersten Brennstoffzellenstack geschaltet ist. Das hat insbesondere den zusätzlichen Vorteil, dass eine gleichzeitige Regelung bzw. Einstellung der Stromabnahme von zum ersten Brennstoffzellenstack in Reihe geschalteten weiteren Brennstoffzellenstack möglich ist, ohne die Stromabnahme vom dritten Brennstoffzellenstack und ggf. weiteren, zum dritten Brennstoffzellenstack in Reihe geschalteten Brennstoffzellenstacks zu verändern. Es ist denkbar, dass eine Gruppe von mehreren Brennstoffzellenstacks elektrisch parallel zueinander geschaltet sind und jedem der Brennstoffzellenstacks der Gruppe von mehreren Brennstoffzellenstacks jeweils ein in Reihe zum jeweiligen Brennstoffzellenstack geschalteter DC/DC-Wandler zugeordnet ist. Es ist auch denkbar, dass mehrere Gruppen von Brennstoffzellenstacks vorliegenden, wobei die Brennstoffzellenstacks einer Gruppe untereinander in elektrisch in Reihe geschaltet sind und die Gruppen zueinander elektrisch parallel geschaltet sind, wobei in jeder Gruppe jeweils ein DC/DC-Wandler elektrisch in Reihen geschaltet ist.In further variants, it is possible for the first fuel cell stack to be electrically connected in parallel with a third fuel cell stack of the plurality of fuel cell stacks and for the first current draw to be adjusted by a controllable first DC/DC converter or DC voltage converter, which is electrically connected in series with the first fuel cell stack is. In particular, this has the additional advantage that it is possible to simultaneously control or adjust the current draw from further fuel cell stacks connected in series with the first fuel cell stack, without changing the current draw from the third fuel cell stack and possibly further fuel cell stacks connected in series with the third fuel cell stack. It is conceivable for a group of several fuel cell stacks to be electrically connected in parallel and for each of the fuel cell stacks in the group of several fuel cell stacks to be assigned a DC/DC converter connected in series with the respective fuel cell stack. It is also conceivable for several groups of fuel cell stacks to be present, with the fuel cell stacks of a group being electrically connected in series with one another and the groups being electrically connected in parallel with one another, with a DC/DC converter being electrically connected in series in each group.

Vorteilhaft wird bei der Regulierung eine Leistungsanforderung an die Mehrzahl der Brennstoffzellenstacks berücksichtigt. Typischerweise ist es vorgesehen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Leistungsanforderung bedient, welche von der Mehrzahl der Brennstoffzellenstacks bereitgestellt wird. Wird nun beispielsweise bei einer der Brennstoffzellenstacks zur Regulierung der Stacktemperatur die Stromabnahme abgesenkt, so senkt sich auch die durch dieses Brennstoffzellenstack bereitgestellte elektrische Leistung. Gemäß dieser vorteilhaften Variante des Verfahrens können nun eines oder mehrere, vorteilhaft alle übrigen Brennstoffzellenstacks auf eine etwas höhere Stromabnahme reguliert werden, so dass insgesamt die benötigte Leistung geliefert werden kann. Die etwas höhere Stromabnahme ist mit einer Erhöhung der jeweiligen Stacktemperaturen verbunden, was in der Regelung durch die Veränderung eines weiteren Betriebsparameters der Brennstoffzellenstacks angepasst werden kann, beispielsweise durch eine Erhöhung bzw. Anpassung einer Gesamtluftzufuhr an alle Brennstoffzellenstacks.A power requirement for the majority of the fuel cell stacks is advantageously taken into account in the regulation. It is typically provided that the fuel cell device serves a power requirement which is provided by the plurality of fuel cell stacks. If, for example, the power consumption of one of the fuel cell stacks is reduced to regulate the stack temperature, then the electrical power provided by this fuel cell stack is also reduced. According to this advantageous variant of the method, one or more fuel cell stacks, advantageously all of the remaining fuel cell stacks, can now be regulated to a slightly higher current draw, so that the required power can be supplied overall. The slightly higher power consumption is associated with an increase in the respective stack temperatures, which can be adjusted in the control system by changing another operating parameter of the fuel cell stack, for example by increasing or adjusting a total air supply to all fuel cell stacks.

Das Verfahren wird weiter verbessert, wenn bei der Regulierung die erste Stromabnahme und eine erste Brennstoffdosierung der ersten Brennstoffdosiervorrichtung derart angepasst wird, dass die Abweichung der ersten Stacktemperatur von einer Solltemperatur, die Abweichung der ersten Stromabnahme vom Stromsollwert und die Abweichung der durch die erste Brennstoffdosiervorrichtung dosierten ersten Brennstoffmenge von einem Brennstoffsollwert minimiert werden. Auf diese Weise kann die Regulierung der Stacktemperatur weiter verfeinert werden, insbesondere können so auch Abweichungen in der Brennstoffdosierung und Stromabnahme minimiert werden.The method is further improved if, during regulation, the first current draw and a first fuel metering of the first fuel metering device are adjusted in such a way that the deviation of the first stack temperature from a target temperature, the deviation of the first current draw from the current target value, and the deviation of the metered by the first fuel metering device first amount of fuel to be minimized from a fuel setpoint. In this way, the regulation of the stack temperature can be further refined, in particular deviations in fuel metering and current consumption can also be minimized.

Darunter, dass die Abweichung der ersten Stacktemperatur von einer Solltemperatur, die Abweichung der ersten Stromabnahme vom Stromsollwert und die Abweichung der durch die erste Brennstoffdosiervorrichtung dosierten ersten Brennstoffmenge von einem Brennstoffsollwert minimiert werden, soll insbesondere verstanden werden, dass bei der Regulierung nicht nur die Stacktemperatur jeweils auf einen Sollwert geregelt wird, sondern die Abweichung der Stacktemperatur, der Brennstoffmenge und der Stromabnahme von ihren jeweiligen Sollwert minimiert werden. Vorteilhaft wird dazu ein skalarer Gesamtbetriebswert minimiert, welcher von den jeweiligen Abweichungen der Stacktemperatur, der Brennstoffmenge und der Stromabnahme von ihrem jeweiligen Sollwert abhängt. Vorteilhaft werden dazu die Stacktemperatur, Brennstoffmenge und Stromabnahme bzw. ihre jeweiligen Abweichungen von den jeweiligen Sollwerten in dimensionslose Werte umgewandelt welche miteinander verrechnet werden können. Dabei können insbesondere die Abweichungen der Stacktemperatur, der Brennstoffmenge und der Stromabnahme unterschiedlich gewichtet werden, je nach den technischen Anforderungen der vorliegenden Brennstoffzellenvorrichtung. Beispielweise kann eine Abweichung der Brennstoffmenge stärker gewichtet werden, wenn eine Änderung der Brennstoffmenge besonders unvorteilhaft ist oder eine Abweichung der Stromabnahme schwächer gewichtet werden, wenn eine solche Abweichung leicht durch die anderen Brennstoffzellenstacks ausgeglichen werden kann.The fact that the deviation of the first stack temperature from a target temperature, the deviation of the first current draw from the current target value and the deviation of the first fuel quantity metered by the first fuel metering device from a fuel target value are minimized is to be understood in particular that not only the stack temperature is is regulated to a target value, but the deviation of the stack temperature, the fuel quantity and the current consumption from their respective target values are minimized. To this end, a scalar total operating value is advantageously minimized, which depends on the respective deviations of the stack temperature, the fuel quantity and the power consumption from their respective desired value. To this end, the stack temperature, fuel quantity and power consumption or their respective deviations from the respective desired values are advantageously converted into dimensionless values which can be offset against one another. In this case, in particular the deviations in the stack temperature, the fuel quantity and the power consumption can be weighted differently, depending on the technical requirements of the present fuel cell device. For example, a deviation in the amount of fuel can be weighted more heavily if a change in the amount of fuel is particularly unfavorable, or a deviation in the power consumption can be weighted less if such a deviation can be easily compensated for by the other fuel cell stacks.

In weiteren Varianten werden bei der Regulierung auch die Abweichungen der Stacktemperatur, der Brennstoffmenge und der Stromabnahme von ihren jeweiligen Sollwerten von wenigsten einem weiteren Brennstoffzellenstack, vorteilhaft von allen Brennstoffzellenstacks berücksichtigt. Dazu kann beispielsweise ein skalarer Gesamtbetriebswert minimiert, welcher von den jeweiligen Abweichungen der Stacktemperatur, der Brennstoffmenge und der Stromabnahme von ihrem jeweiligen Sollwert von allen betrachteten Brennstoffzellenstacks abhängt.In further variants, the regulation also takes into account the deviations in the stack temperature, the fuel quantity and the current draw from their respective desired values from at least one further fuel cell stack, advantageously from all fuel cell stacks. For this purpose, for example, a scalar overall operating value can be minimized, which depends on the respective deviations of the stack temperature, the fuel quantity and the power consumption from their respective desired value of all fuel cell stacks under consideration.

Es ist auch von Vorteil, wenn wenigstens der erste Brennstoffzellenstack eine erste Luftdosiervorrichtung aufweist, welche dafür ausgebildet ist, den ersten Brennstoffzellenstack mit Luft zu versorgen, und wobei die erste Stacktemperatur mittels der ersten Luftdosiervorrichtung reguliert wird. Darunter, dass die Stacktemperatur mittels der ersten Luftdosierungsvorrichtung reguliert wird, soll insbesondere verstanden werden, dass die Stacktemperatur durch eine Anpassung einer ersten Luftdosierung reguliert wird, wobei die Luftdosierung durch die Luftdosierungsvorrichtung bereitgestellt wird. Insbesondere wird die erste Stacktemperatur mittels der ersten Brennstoffdosierung bzw. ersten Brennstoffdosierungsvorrichtung und der ersten Luftdosierung bzw. der ersten Luftdosiervorrichtung reguliert. In anderen Worten sind die Luftdosierung und die Stromabnahme zwei Betriebsparameter des ersten Brennstoffzellenstacks, welche als Stellgrößen angepasst werden, um die Stacktemperatur zu regeln. Auf diese Weise ist eine feinere Regulierung der Stacktemperatur möglich. Insbesondere lässt sich so die Regelung auf weitere Zielparameter hin optimieren. Beispielsweise könnte eine Regulierung anhand der Brennstoffdosierung alleine zu einem zu starken Leistungsabfall des ersten Brennstoffzellenstacks führen, welcher durch eine zusätzliche Anpassung der Luftdosierung verringert werden kann. Vorteilhaft ist diese Variante zusätzlich mit einer Regulierung der Stromabnahme verbesserbar, welche die Stromabnahme als weitere Stellgröße für die Regulierung ermöglicht.It is also advantageous if at least the first fuel cell stack has a first air metering has direction, which is adapted to supply the first fuel cell stack with air, and wherein the first stack temperature is regulated by means of the first air metering device. The fact that the stack temperature is regulated by means of the first air metering device is to be understood in particular to mean that the stack temperature is regulated by adjusting a first air metering, with the air metering being provided by the air metering device. In particular, the first stack temperature is regulated by means of the first fuel metering or the first fuel metering device and the first air metering or the first air metering device. In other words, the air metering and the current draw are two operating parameters of the first fuel cell stack, which are adjusted as manipulated variables in order to regulate the stack temperature. In this way, finer regulation of the stack temperature is possible. In particular, the control can be optimized with regard to further target parameters. For example, regulation based on the fuel metering alone could lead to an excessive drop in performance of the first fuel cell stack, which can be reduced by additional adjustment of the air metering. Advantageously, this variant can also be improved with a regulation of the current draw, which enables the current draw as a further control variable for the regulation.

Unter einer Luftdosiervorrichtung soll dabei insbesondere eine solche Vorrichtung verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, die dem zugeordneten Brennstoffzellenstack zugeführte Luftmenge zu dosieren. Beispielsweise kann die Luftdosiervorrichtung eine einstellbare Düse oder ein Ventil aufweisen, welches die dem Brennstoffzellenstack zugeführte Luftmenge aus einer Luftzuleitung einstellt. Es ist auch denkbar, dass die Menge der Brennstoffzellenstacks eine gemeinsame Luftzuleitung aufweist, welche allen Brennstoffzellenstacks weitgehend die gleiche Luftmenge zuleitet und die erste Brennstoffdosiervorrichtung eine zusätzliche Luftzuführung für den ersten Brennstoffzellenstack darstellt, welche eine weitere, individuell einstellbare Luftmenge zuführt.An air metering device is to be understood in particular as a device which is provided for metering the amount of air supplied to the associated fuel cell stack. For example, the air metering device can have an adjustable nozzle or a valve which adjusts the amount of air supplied to the fuel cell stack from an air supply line. It is also conceivable that the number of fuel cell stacks has a common air supply line, which supplies all fuel cell stacks with largely the same amount of air, and the first fuel metering device represents an additional air supply for the first fuel cell stack, which supplies a further, individually adjustable amount of air.

Eine feinere Regelung ist möglich, wenn bei der Regulierung die erste Brennstoffdosierung und eine erste Luftdosierung der ersten Luftdosiervorrichtung derart angepasst wird, dass die Abweichung der ersten Stacktemperatur von einer Solltemperatur, die Abweichung der ersten Stromabnahme vom Stromsollwert und die Abweichung der durch die erste Luftdosiervorrichtung dosierten ersten Luftmenge von einem Luftsollwert minimiert werden. Vorteilhaft wird dazu ein skalarer Gesamtbetriebswert minimiert, welcher von den jeweiligen Abweichungen der Stacktemperatur, der Luftmenge und der Stromabnahme von ihrem jeweiligen Sollwert abhängt. Die Regulierung kann noch weiter verfeinert werden, wenn zusätzlich noch die Abweichung der ersten Brennstoffmenge von einem Brennstoffsollwert minimiert wird. Dazu kann ein skalarer Gesamtbetriebswert minimiert werden, welcher von den jeweiligen Abweichungen der Stacktemperatur, der Luftmenge, der Brennstoffmenge und der Stromabnahme von ihrem jeweiligen Sollwert abhängt.Finer control is possible if the first fuel metering and a first air metering of the first air metering device are adjusted during the regulation in such a way that the deviation of the first stack temperature from a target temperature, the deviation of the first current draw from the current target value and the deviation of the metered by the first air metering device first air volume can be minimized by an air target value. For this purpose, a scalar total operating value is advantageously minimized, which depends on the respective deviations of the stack temperature, the air volume and the power consumption from their respective desired value. The regulation can be further refined if the deviation of the first amount of fuel from a desired fuel value is also minimized. For this purpose, a scalar overall operating value can be minimized, which depends on the respective deviations of the stack temperature, the amount of air, the amount of fuel and the power consumption from their respective setpoint.

Von Vorteil ist auch eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks, wobei wenigstens ein erstes Brennstoffzellenstack einen ersten Temperatursensor zur Erfassung einer ersten Stacktemperatur aufweist, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung wenigstens eine erste Brennstoffdosiervorrichtung aufweist, welche dafür ausgebildet ist, den ersten Brennstoffzellenstack mit Brennstoff zu versorgen, und wobei die Brennstoffzellenvorrichtung ein Steuergerät aufweist, welches zum Empfangen der ersten Stacktemperatur ausgebildet ist und wobei das Steuergerät zum Einstellen einer ersten Brennstoffdosierung für das erste Brennstoffzellenstack eingerichtet ist und wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen und die erste Stacktemperatur mittels der ersten Brennstoffdosierung durch die erste Brennstoffdosiervorrichtung zu regulieren. Eine solche Brennstoffzellenvorrichtung arbeitet besonders zuverlässig und wartungsarm.A fuel cell device with a plurality of fuel cell stacks is also advantageous, with at least one first fuel cell stack having a first temperature sensor for detecting a first stack temperature, with the fuel cell device having at least one first fuel metering device, which is designed to supply the first fuel cell stack with fuel, and wherein the fuel cell device has a control unit which is designed to receive the first stack temperature and wherein the control unit is set up to set a first fuel metering for the first fuel cell stack and wherein the control unit is designed to carry out a method according to the present invention and the first stack temperature by means of regulate the first fuel metering by the first fuel metering device. Such a fuel cell device works particularly reliably and requires little maintenance.

Vorteilhaft ist das Steuergerät dazu ausgebildet, eine erste Stromabnahme aus dem ersten Brennstoffzellenstack einzustellen und/oder die wenigstens eine Luftdosiervorrichtung anzusteuern, falls eine Luftdosiervorrichtung vorhanden ist. Zumindest ist das Steuergerät insbesondere dazu ausgebildet, eine gemeinsame Brennstoffversorgung für die Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks anzusteuern. The control unit is advantageously designed to set a first current draw from the first fuel cell stack and/or to control the at least one air metering device if an air metering device is present. At least the control device is designed in particular to control a common fuel supply for the plurality of fuel cell stacks.

Weiterhin ist das Steuergerät insbesondere dazu ausgebildet, eine gemeinsame Luftversorgung für die Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks anzusteuern.Furthermore, the control unit is designed in particular to control a common air supply for the plurality of fuel cell stacks.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der erste Temperatursensor an einer Kathodenabgasführung am ersten Brennstoffzellenstack angeordnet ist. Das ermöglicht eine besonders zuverlässige Abschätzung der ersten Stacktemperatur. Vorteilhaft ist der erste Temperatursensor unmittelbar an der Kathodenabgasausführung des ersten Brennstoffzellenstacks angeordnet.It has turned out to be particularly advantageous if the first temperature sensor is arranged on a cathode exhaust gas duct on the first fuel cell stack. This enables a particularly reliable estimation of the first stack temperature. The first temperature sensor is advantageously arranged directly on the cathode exhaust gas outlet of the first fuel cell stack.

Die Brennstoffzellenvorrichtung wird weiter verbessert, wenn die Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks eine gemeinsame Brennstoffversorgung aufweist. Auf diese Weise lässt sich der Aufbau der Brennstoffzellenvorrichtung vereinfachen. Unter einer gemeinsamen Brennstoffversorgung soll dabei insbesondere verstanden werden, dass die Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks fluidisch mit einer Brennstoffquelle verbunden sind und dabei an jedes Brennstoffzellenstack weitgehend die gleiche Brennstoffmenge bzw. der weitgehend gleiche Brennstoffstrom zugeführt wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist dabei die gemeinsame Brennstoffversorgung dazu ausgebildet, eine weitgehend gleiche Grundmenge von Brennstoff an die Mehrzahl an Brennstoffzellenstacks zu liefern, während die wenigsten eine erste Brennstoffdosiervorrichtung dafür vorgesehen ist, die erste Brennstoffdosierung exakt einzustellen. Insbesondere ist es also möglich, dass die gemeinsame Brennstoffversorgung eine für alle Brennstoffzellenstacks weitgehend gleichen Grundanteil einer Brennstoffdosierung an alle Brennstoffzellenstacks breitzustellen, während die jeweiligen Brennstoffdosiervorrichtungen eine exakte Anpassung der jeweiligen Brennstoffdosierung des zugeordneten, jeweiligen Brennstoffzellenstacks ermöglichen.The fuel cell device is further improved when the plurality of fuel cell stacks have a common fuel supply. In this way, the structure of the Simplify fuel cell device. A common fuel supply is to be understood in particular as meaning that the plurality of fuel cell stacks are fluidly connected to a fuel source and the same fuel quantity or largely the same fuel flow is supplied to each fuel cell stack. In the context of the present invention, the common fuel supply is designed to deliver a largely equal basic amount of fuel to the plurality of fuel cell stacks, while at least one first fuel metering device is provided for precisely setting the first fuel metering. In particular, it is therefore possible for the common fuel supply to provide a basic proportion of fuel metering to all fuel cell stacks that is largely the same for all fuel cell stacks, while the respective fuel metering devices enable an exact adjustment of the respective fuel metering of the associated, respective fuel cell stack.

Der Aufbau der Brennstoffzellenvorrichtung lässt sich auch vereinfachen, wenn die Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks eine gemeinsame Luftversorgung aufweist. Unter einer gemeinsamen Luftversorgung soll dabei insbesondere verstanden werden, dass die Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks fluidisch mit einer Luftquelle verbunden sind und dabei an jedes Brennstoffzellenstack weitgehend die gleiche Luftmenge bzw. der weitgehend gleiche Luftstrom zugeführt wird.The structure of the fuel cell device can also be simplified if the plurality of fuel cell stacks have a common air supply. A common air supply is to be understood in particular as meaning that the plurality of fuel cell stacks are fluidly connected to an air source and the same air quantity or largely the same air flow is supplied to each fuel cell stack.

Figurenlistecharacter list

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Brennstoffzellenvorrichtung sowie des Verfahrens dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

  • 1 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung,
  • 2 ein schematisches elektrisches Schaltbild des Ausführungsbeispiels,
  • 3 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Variante der Brennstoffzellenvorrichtung,
  • 4 das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und
  • 5 einen Ausschnitt von einem Schaltbild einer weiteren Varianten der Brennstoffzellenvorrichtung.
Exemplary embodiments of the fuel cell device and the method are shown in the drawings 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 a schematic electrical circuit diagram of the embodiment,
  • 3 a schematic electrical circuit diagram of a variant of the fuel cell device,
  • 4 the method according to the present invention and
  • 5 a section of a circuit diagram of a further variant of the fuel cell device.

BeschreibungDescription

In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.The same parts are given the same reference numbers in the different design variants.

In 1 ist ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung 10 gezeigt. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst beispielhaft zwei Brennstoffzelleneinheiten 12, eine erste Brennstoffzelleneinheit 12a und eine zweite Brennstoffzelleneinheit 12b. Die Brennstoffzelleneinheiten 12 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Brennstoffzellenstacks 12 ausgeführt, welche eine Vielzahl von Brennstoffzellen, im vorliegenden Fall Festoxidbrennstoffzellen (englisch: solid oxide fuel cell, SOFC), aufweisen. Die erste Brennstoffzelleneinheit 12a ist im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein erster Brennstoffzellenstack 12a. Die zweite Brennstoffzelleneinheit 12b ist im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein zweiter Brennstoffzellenstack 12b.In 1 a schematic circuit diagram of an exemplary embodiment of a fuel cell device 10 is shown. The fuel cell device 10 includes, for example, two fuel cell units 12, a first fuel cell unit 12a and a second fuel cell unit 12b. In the exemplary embodiment shown, the fuel cell units 12 are designed as fuel cell stacks 12 which have a multiplicity of fuel cells, in the present case solid oxide fuel cells (SOFC). The first fuel cell unit 12a is in the in 1 shown embodiment, a first fuel cell stack 12a. The second fuel cell unit 12b is in the in 1 shown embodiment, a second fuel cell stack 12b.

Des Weiteren umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 10 eine Vielzahl von Prozessoreinheiten 14. Unter einer Prozessoreinheit 14 soll im Rahmen dieser Erfindung insbesondere eine Einheit oder Komponente der Brennstoffzellenvorrichtung 10 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 Brenngases, einer Luft und/oder eines Abgases.Furthermore, the fuel cell device 10 comprises a multiplicity of processor units 14. Within the scope of this invention, a processor unit 14 is to be understood in particular as a unit or component of the fuel cell device 10 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 a fuel gas, air and/or an exhaust gas .

Bei einer der Prozessoreinheiten 14 handelt es sich um einen in einer Luftzuführung 16 angeordneten Wärmeübertrager 18 zur Erwärmung einer den Brennstoffzelleneinheiten 12 zugeführten, sauerstoffhaltigen Luft L. Im vorliegenden Fall wird 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, 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.One of the processor units 14 is a heat exchanger 18 arranged in an air supply 16 for heating an oxygen-containing air L supplied to the fuel cell units 12. In the present case, the air L is supplied to a cathode space 20 of the fuel cell units 12, for example in normal operation , while in each case an anode space 22 reformed fuel RB, in the present hydrogen, is supplied. 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.

Der reformierte Brennstoff RB wird erzeugt, indem der Brennstoffzellenvorrichtung 10 über eine Brennstoffzuführung 24 Brennstoff B, im vorliegenden Fall beispielhaft Erdgas, zugeführt wird, welcher in einer weiteren Prozessoreinheit 14, im vorliegendem Fall einem Reformer 26, reformiert wird.The reformed fuel RB is produced by the fuel cell device 10 being supplied with fuel B, in the present case for example natural gas, via a fuel feed 24 , which fuel B 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 unverbrauchte 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 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 guide 30 and part of the anode exhaust gas AA via an anode exhaust gas guide 32. The cathode exhaust gas KA contains unused air L or unused oxygen, while the anode exhaust gas AA may contain unreacted, reformed fuel RB and/or possibly non-reformed fuel B . By means of the afterburner 28, the anode exhaust gas AA, or possibly contained therein unreacted, reformed fuel RB and / or possibly contained therein unreformed fuel B, with the admixture of the cathode exhaust gas KA, or the oxygen contained therein Air L, combusted, allowing additional heat to 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 die zugeführte Luft L in der Luftzuführung 16 übertragen werden kann. Entsprechend kann die verbleibende Wärme des heißen Abgases für ein Vorwärmen der zugeführten 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 duct 34 , so that the remaining heat of the hot exhaust gas A can be transferred to the air L supplied in the air duct 16 . Correspondingly, the remaining heat of the hot exhaust gas can be used for preheating the supplied 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 portion of the anode waste gas AA can be returned or fed back to the respective anode space 22 of the fuel cell units 12 and/or the reformer 26, so that the unreacted, reformed fuel possibly contained in the branched-off anode waste gas AA RB can subsequently be converted in the fuel cell unit 12 and/or the non-reformed fuel B contained in the branched-off anode waste gas AA can subsequently be reformed in the reformer 26 . 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 feed line 24 to the anode exhaust 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 von 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 air L in the air supply 16, the supply of fuel B in the fuel supply 24 and the recirculation rate of the anode waste gas AA in the anode recirculation circuit 40 can be regulated and/or coordinated via compressors 42 in the respective lines.

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

Beispielhaft weist der erste Brennstoffzellenstack 12a einen ersten Temperatursensor 48a auf, welcher an einer Kathodenabgasausführung der Kathodenabgasführung 30 am ersten Brennstoffzellenstack 12a angeordnet ist. Damit erfasst der erste Temperatursensor 48a insbesondere eine Temperatur des Kathodenabgases KA am ersten Brennstoffzellenstack 12a, was eine gute Approximation der ersten Stacktemperatur ist.For example, the first fuel cell stack 12a has a first temperature sensor 48a, which is arranged on a cathode exhaust gas outlet of the cathode exhaust gas duct 30 on the first fuel cell stack 12a. The first temperature sensor 48a thus detects in particular a temperature of the cathode exhaust gas KA on the first fuel cell stack 12a, which is a good approximation of the first stack temperature.

Beispielhaft weist der zweite Brennstoffzellenstack 12b einen zweiten Temperatursensor 48b auf, welcher an einer Kathodenabgasausführung der Kathodenabgasführung 30 am zweiten Brennstoffzellenstack 12b angeordnet ist. Damit erfasst der zweite Temperatursensor 48b insbesondere eine Temperatur des Kathodenabgases KA am zweiten Brennstoffzellenstack 12b, was eine gute Approximation der zweiten Stacktemperatur ist.For example, the second fuel cell stack 12b has a second temperature sensor 48b, which is arranged on a cathode exhaust gas outlet of the cathode exhaust gas duct 30 on the second fuel cell stack 12b. The second temperature sensor 48b thus detects in particular a temperature of the cathode exhaust gas KA on the second fuel cell stack 12b, which is a good approximation of the second stack temperature.

Wie deutlich zu erkennen ist, werden im Ausführungsbeispiel beide Brennstoffzellenstacks 12 über die Luftzuführung 16 und einem Verdichter 42 mit Luft L versorgt. Fludisch sind die beiden Brennstoffzellenstacks 12 über die Luftzuführung 16 parallel verschaltet. Damit weisen die beiden Brennstoffzellenstacks 12 eine gemeinsame Luftversorgung 16, 42 auf. Damit weisen die beiden Brennstoffzellenstacks 12 eine gemeinsame Luftversorgung auf, wobei eine durch einen Verdichter 42 geförderte Luft L über zwei fluidisch parallel zueinander verschaltete Luftzuführungen 16 zu dem jeweiligen Brennstoffzellenstack 12 geführt wird. Durch die gemeinsame Luftzuführung 16 wird insbesondere an beide Brennstoffzellenstacks 12 weitgehend der gleiche Luftstrom L geliefert.As can be seen clearly, both fuel cell stacks 12 are supplied with air L via the air supply 16 and a compressor 42 in the exemplary embodiment. Fluidically, the two fuel cell stacks 12 are connected in parallel via the air supply 16 . The two fuel cell stacks 12 thus have a common air supply 16 , 42 . The two fuel cell stacks 12 thus have a common air supply, with air L conveyed by a compressor 42 being guided to the respective fuel cell stack 12 via two air supply lines 16 fluidically connected in parallel with one another. The common air supply 16 is in particular the same air flow L is largely supplied to both fuel cell stacks 12 .

Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden beide Brennstoffzellenstacks 12 über die Brennstoffzuführung und beispielhaft einen Reformer 26 mit Brennstoff B bzw. reformierten Brennstoff RB versorgt. Der Brennstoff B bzw. der reformierte Brennstoff RB werden dabei jeweils von einem Verdichter 42 an der Brennstoffzuführung 24 und von einem Verdichter 42 im Anodenrezirkulationskreis 40 transportiert. Dabei sind im Ausführungsbeispiel die Brennstoffzellenstacks 12 fluidisch mit dem Reformer 26 parallel verschaltet. Damit weisen die beiden Brennstoffzellenstacks 12 eine gemeinsame Brennstoffversorgung 24, 26, 42 auf. Diese gemeinsame Brennstoffversorgung 24, 26, 42 stellt im gezeigten Ausführungsbeispiel den beiden Brennstoffzellenstacks 12 eine weitgehend gleiche Grundmenge von Brennstoff zur Verfügung.in 1 In the exemplary embodiment shown, both fuel cell stacks 12 are supplied with fuel B or reformed fuel RB via the fuel supply and, for example, a reformer 26 . The fuel B and the reformed fuel RB are each transported by a compressor 42 on the fuel feed 24 and by a compressor 42 in the anode recirculation circuit 40 . In the exemplary embodiment, the fuel cell stacks 12 are fluidically connected in parallel to the reformer 26 . The two fuel cell stacks 12 thus have a common fuel supply 24 , 26 , 42 . In the exemplary embodiment shown, this common fuel supply 24, 26, 42 provides the two fuel cell stacks 12 with a largely identical basic quantity of fuel.

Anders formuliert weisen die beiden Brennstoffzellenstacks 12 eine gemeinsame Brennstoffversorgung auf, wobei durch Verdichter 42 geförderter Brennstoff B bzw. reformierter Brennstoff RB über zwei fluidisch parallel zueinander verschaltete Brennstoffzuführungen 24 zu dem jeweiligen Brennstoffzellenstack 12 geführt wird. Durch die gemeinsame Brennstoffzuführung 24 wird insbesondere an beide Brennstoffzellenstacks 12 weitgehend der gleiche Brennstoffstrom B bzw. Strom von reformierten Brennstoff RB geliefert.In other words, the two fuel cell stacks 12 have a common fuel supply, with fuel B delivered by the compressor 42 or reformed fuel RB being fed to the respective fuel cell stack 12 via two fuel feeds 24 fluidically connected in parallel with one another. The common fuel feed 24 means that the same fuel flow B or flow of reformed fuel RB is supplied to both fuel cell stacks 12 in particular.

In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der erste Brennstoffzellenstack 12a eine zusätzliche erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a auf. Die erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a ist fluidisch an die Brennstoffzuführung 24 angeschlossen, wobei die erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a strömungstechnisch kurz vor dem Anschluss der Brennstoffzuführung 24 an den ersten Brennstoffzellenstack 12a angeschlossen ist. Auf diese Weise ist die erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a dazu ausgebildet, Brennstoff B und/oder reformierten Brennstoff RB in die Brennstoffzuführung 24 in Strömungsrichtung kurz vor dem ersten Brennstoffzellenstack 12a einzuleiten, so dass insbesondere der durch die Brennstoffdosiervorrichtung 58a eingeleitete Brennstoff B bzw. reformierter Brennstoff RB in den ersten Brennstoffzellenstack 12a eingeleitet wird. Es ist auch denkbar, dass die erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a unmittelbar mit dem Brennstoffzellenstack 12a verbunden ist. Die erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a ist dazu vorgesehen, dem ersten Brennstoffzellenstack 12a eine individuell dosierbare Brennstoffmenge B zuzuführen. Auf diese Weise kann die über die Brennstoffzuführung 24 gemeinsam an alle Brennstoffzellenstacks 12 geführte Brennstoffmenge um eine zusätzliche Brennstoffmenge angepasst werden.in the in 1 shown embodiment, the first fuel cell stack 12a an additional first fuel metering device 58a. The first fuel metering device 58a is fluidically connected to the fuel feed 24, the first fuel metering device 58a being fluidically connected to the first fuel cell stack 12a just before the fuel feed 24 is connected. In this way, the first fuel metering device 58a is designed to introduce fuel B and/or reformed fuel RB into the fuel feed line 24 in the flow direction just before the first fuel cell stack 12a, so that in particular the fuel B or reformed fuel RB introduced through the fuel metering device 58a in the first fuel cell stack 12a is initiated. It is also conceivable that the first fuel metering device 58a is connected directly to the fuel cell stack 12a. The first fuel metering device 58a is provided to supply an individually metered amount of fuel B to the first fuel cell stack 12a. In this way, the amount of fuel that is routed jointly to all fuel cell stacks 12 via the fuel supply 24 can be adjusted by an additional amount of fuel.

In 1 ist der Übersicht halber nicht abgebildet, wie die erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a mit Brennstoff B bzw. reformierten Brennstoff RB versorgt wird. Es ist denkbar, dass die erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a wie die gemeinsame Brennstoffzuführung 24 an den Reformer 26 angeschlossen ist. Die erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a kann einen eigenen Verdichter 42 aufweisen. Es ist auch denkbar, dass die erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a einen eigenen Reformer 26 aufweist. Es ist auch denkbar, dass die erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a eine eigene Brennstoffquelle aufweist, welche verschieden ist von der Brennstoffquelle der gemeinsamen Brennstoffversorgung 24. In alternativen Varianten ist es möglich, dass die erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a als ein regelbares Dosierventil oder eine regelbare Drossel in der Brennstoffzuführung 24 vor dem ersten Brennstoffzellenstack 12a ausgebildet ist, so dass durch dieses Dosierventil bzw. diese Drossel die durch die gemeinsame Brennstoffzuführung 24 an den ersten Brennstoffzellenstack 12a transportierte Brennstoffmenge B angepasst werden kann, ohne die an den zweiten Brennstoffzellenstack 12b transportierte Brennstoffmenge B zu verändern.In 1 For the sake of clarity, FIG. 1 does not show how the first fuel metering device 58a is supplied with fuel B or reformed fuel RB. It is conceivable that the first fuel metering device 58a is connected to the reformer 26 like the common fuel feed 24 . The first fuel metering device 58a can have its own compressor 42 . It is also conceivable that the first fuel metering device 58a has its own reformer 26 . It is also conceivable that the first fuel metering device 58a has its own fuel source, which is different from the fuel source of the common fuel supply 24. In alternative variants, it is possible for the first fuel metering device 58a to function as an adjustable metering valve or an adjustable throttle in the fuel supply 24 is formed in front of the first fuel cell stack 12a, so that the quantity of fuel B transported through the common fuel supply 24 to the first fuel cell stack 12a can be adjusted by this metering valve or this throttle without changing the quantity of fuel B transported to the second fuel cell stack 12b.

Beispielhaft weist der zweite Brennstoffzellenstack 12b in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine zusätzliche zweite Brennstoffdosiervorrichtung 58b auf, welche dafür vorgesehen ist, dem zweiten Brennstoffzellenstack 12b eine individuell dosierbare Brennstoffmenge B bzw. Menge an reformierten Brennstoff RB zuzuführen. Die zweite Brennstoffdosiervorrichtung 58b ist fluidisch an die Brennstoffzuführung 24 angeschlossen, wobei die zweite Brennstoffdosiervorrichtung 58b strömungstechnisch kurz vor dem Anschluss der Brennstoffzuführung 24 an den zweiten Brennstoffzellenstack 12b angeschlossen ist.For example, the second fuel cell stack 12b in 1 shown embodiment, an additional second fuel metering device 58b, which is intended to supply the second fuel cell stack 12b with an individually meterable amount of fuel B or amount of reformed fuel RB. The second fuel metering device 58b is fluidically connected to the fuel feed 24, the second fuel metering device 58b being fluidically connected to the second fuel cell stack 12b just before the fuel feed 24 is connected.

2 illustriert die elektrische Verschaltung der beiden Brennstoffzelleneinheiten 12 bzw. Brennstoffzellenstacks 12. Der erste Brennstoffzellenstack 12a ist im gezeigten Ausführungsbeispiel in Reihe mit dem zweiten Brennstoffzellenstack 12b geschaltet. Beispielhaft ist zu den beiden Brennstoffzellenstacks 12 ein DC/AC-Wandler 50 geschaltet. Dieser ist insbesondere dazu vorgesehen, die von den Brennstoffzellenstacks 12 erzeugte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln. 2 illustrates the electrical interconnection of the two fuel cell units 12 or fuel cell stacks 12. In the exemplary embodiment shown, the first fuel cell stack 12a is connected in series with the second fuel cell stack 12b. For example, a DC/AC converter 50 is connected to the two fuel cell stacks 12 . This is provided in particular to convert the DC voltage generated by the fuel cell stack 12 into an AC voltage.

Der erste Brennstoffzellenstack 12a weist einen regelbaren ersten Widerstand 52a auf, welcher elektrisch parallel zum ersten Brennstoffzellenstack 12a geschaltet ist Bespielhaft weist auch der zweite Brennstoffzellenstack 12b einen regelbaren zweiten Widerstand 52b auf, welcher elektrisch parallel zum zweiten Brennstoffzellenstack 12b geschaltet ist. Auf diese Weise lässt sich die erste Stacktemperatur zusätzlich auch über eine Einstellung der ersten Stromabnahme über den ersten Widerstand 52a regulieren. Weiterhin lässt sich zusätzlich eine zweite Stacktemperatur des zweiten Brennstoffzellenstacks 12b über eine Einstellung einer zweiten Stromabnahme aus dem zweiten Brennstoffzellenstack 12b über den zweiten Widerstand 52b regulieren.The first fuel cell stack 12a has a controllable first resistor 52a which is connected electrically in parallel with the first fuel cell stack 12a. The second fuel cell stack 12b also has a controllable second resistor 52b which is connected electrically in parallel with the second fuel cell stack 12b. In this way, the first stack temperature can also be set by setting the first Regulate the current draw via the first resistor 52a. Furthermore, a second stack temperature of the second fuel cell stack 12b can also be regulated by setting a second current draw from the second fuel cell stack 12b via the second resistor 52b.

Es ist jedoch auch denkbar, dass nur der ersten Brennstoffzellenstack 12a den ersten Widerstand 52a aufweist und nicht der zweite Brennstoffzellenstack 12b. Hier könnte eine Regulierung der Stacktemperaturen beispielsweise so aussehen, dass zunächst die zweite Stacktemperatur über eine Einstellung der gemeinsame Luftversorgung 16, 42 erfolgt und anschließend die erste Stacktemperatur über die Einstellung der ersten Stromabnahme über den ersten Widerstand 52a erfolgt.However, it is also conceivable that only the first fuel cell stack 12a has the first resistor 52a and not the second fuel cell stack 12b. The stack temperatures could be regulated here, for example, by first setting the second stack temperature by setting the common air supply 16, 42 and then setting the first stack temperature by setting the first current draw via the first resistor 52a.

3 zeigt eine alternative Ausführungsform, in welcher die Brennstoffzellenvorrichtung 10 vier Brennstoffzellenstacks 12 aufweist. Beispielhaft sind der erste Brennstoffzellenstack 12a und der zweite Brennstoffzellenstack 12b elektrisch zueinander in Reihe geschaltet sowie ein dritter Brennstoffzellenstack 12c und ein vierter Brennstoffzellenstack 12d elektrisch zueinander in Reihe geschaltet. Mit dem ersten Brennstoffzellenstack 12a ist ein regelbarer erster elektrischer Widerstand 52a in Reihe geschaltet, welcher zur Regulierung der ersten Stacktemperatur vorgesehen ist. Mit dem zweiten Brennstoffzellenstack 12b ist ein regelbarer zweiter elektrischer Widerstand 52b in Reihe geschaltet, welcher zur Regulierung der zweiten Stacktemperatur vorgesehen ist. Mit dem dritten Brennstoffzellenstack 12c ist ein regelbarer dritter elektrischer Widerstand 52c in Reihe geschaltet, welcher zur Regulierung einer dritten Stacktemperatur des dritten Brennstoffzellenstacks 12c vorgesehen ist. Mit dem vierten Brennstoffzellenstack 12d ist ein regelbarer vierter elektrischer Widerstand 52d in Reihe geschaltet, welcher zur Regulierung einer vierten Stacktemperatur des vierten Brennstoffzellenstacks 12d vorgesehen ist. 3 shows an alternative embodiment in which the fuel cell device 10 has four fuel cell stacks 12 . For example, the first fuel cell stack 12a and the second fuel cell stack 12b are electrically connected in series with one another, and a third fuel cell stack 12c and a fourth fuel cell stack 12d are electrically connected in series with one another. A controllable first electrical resistor 52a, which is provided for controlling the first stack temperature, is connected in series with the first fuel cell stack 12a. A controllable second electrical resistor 52b is connected in series with the second fuel cell stack 12b and is provided for controlling the second stack temperature. A controllable third electrical resistor 52c is connected in series with the third fuel cell stack 12c and is provided for controlling a third stack temperature of the third fuel cell stack 12c. A controllable fourth electrical resistor 52d is connected in series with the fourth fuel cell stack 12d and is provided for controlling a fourth stack temperature of the fourth fuel cell stack 12d.

Weiterhin ist mit dem ersten Brennstoffzellenstack 12a - und beispielhaft mit dem zweiten Brennstoffzellenstack 12b - ein erster DC/DC-Wandler 54a elektrisch in Reihe geschaltet. Beispielhaft ist mit dem dritten Brennstoffzellenstack 12c und dem vierten Brennstoffzellenstack 12d ein zweiter DC/DC-Wandler 54b elektrisch in Reihe geschaltet. Dabei sind der erste Brennstoffzellenstack 12a, der zweite Brennstoffzellenstack 12b und der erste DC/DC-Wandler 54a elektrisch parallel geschaltet zum dritten Brennstoffzellenstack 12c, vierten Brennstoffzellenstack 12d und dem zweiten DC/DC-Wandler 54b. Dabei sind die DC/DC-Wandler 54 dazu vorgesehen, den Strom durch bzw. die Stromabbnahme von den jeweils ihnen zugeordneten, in Reihe geschalteten Brennstoffzellenstacks 12 zu regeln bzw. einzustellen. Insbesondere ist der erste DC/DC-Wandler 54a dazu vorgesehen, die erste Stromabnahme aus dem ersten Brennstoffzellenstack 12a einzustellen. Furthermore, a first DC/DC converter 54a is electrically connected in series with the first fuel cell stack 12a—and, for example, with the second fuel cell stack 12b. For example, a second DC/DC converter 54b is electrically connected in series with the third fuel cell stack 12c and the fourth fuel cell stack 12d. The first fuel cell stack 12a, the second fuel cell stack 12b and the first DC/DC converter 54a are electrically connected in parallel with the third fuel cell stack 12c, fourth fuel cell stack 12d and the second DC/DC converter 54b. In this case, the DC/DC converters 54 are provided for regulating or adjusting the current through or the current draw from the fuel cell stacks 12 connected in series that are assigned to them. In particular, the first DC/DC converter 54a is provided to set the first current draw from the first fuel cell stack 12a.

Anschließend werden die Stromleitungen nach den beiden DC/DC-Wandlern 54 zusammen und diese sind an den DC/AC-Wandler 50 angeschlossen. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, dass beispielsweise durch eine Veränderung der ersten Stromabnahme am ersten Brennstoffzellenstack 12a über den ersten DC/DC-Wandler 54a, ohne die dritte Stromabnahme am dritten Brennstoffzellenstack 12c - welcher elektrisch parallel zum ersten Brennstoffzellenstack 12a und dem ersten DC/DC-Wandler 54a geschaltet ist - zu verändern. Das ermöglicht eine individuelle Regulierung der Stacktemperatur von elektrisch parallel zueinander geschalteten Brennstoffzellenstacks 12 über eine Anpassung der Stromabnahme über den jeweiligen DC/DC-Wandler 54.The power lines are then combined after the two DC/DC converters 54 and these are connected to the DC/AC converter 50 . In this way, it is possible in particular that, for example by changing the first current draw on the first fuel cell stack 12a via the first DC/DC converter 54a, without the third current draw on the third fuel cell stack 12c - which is electrically parallel to the first fuel cell stack 12a and the first DC / DC converter 54a is connected - to change. This enables individual regulation of the stack temperature of fuel cell stacks 12 electrically connected in parallel by adapting the current draw via the respective DC/DC converter 54.

Die DC/DC-Wandler 54 erlauben insbesondere eine Veränderung des Stroms bzw. Stromabgriffs an allen elektrisch in Reihe zum DC/DC-Wandler 54 geschalteten Brennstoffzellenstacks 12. Durch die in der in 3 gezeigten Variante regelbaren Widerstände 52a ist zudem eine gezielte Veränderung der einzelnen Stromabnahme an indivduellen Brennstoffzellenstacks 12 innerhalb einer Gruppe von elektrisch in Reihe geschalteten Brennstoffzellenstacks 12 möglich. Beispielsweise ist es denkbar, dass in der in 3 gezeigten Variante zunächst die zweite Stacktemperatur des zweiten Brennstoffzellenstacks 12b über eine Anpassung des zweiten Stromabgriffs durch den ersten DC/DC-Wandler 54a reguliert wird und anschießend die erste Stacktemperatur des ersten Brennstoffzellenstacks 12a über eine Anpassung des ersten Stromabgriffs durch den ersten Widerstand 52a reguliert wird.The DC/DC converters 54 allow, in particular, a change in the current or current tap on all fuel cell stacks 12 electrically connected in series with the DC/DC converter 54 3 The variant shown with adjustable resistors 52a also makes it possible to selectively change the individual current draw on individual fuel cell stacks 12 within a group of fuel cell stacks 12 electrically connected in series. For example, it is conceivable that in 3 In the variant shown, the second stack temperature of the second fuel cell stack 12b is first regulated by adjusting the second current tap by the first DC/DC converter 54a and then the first stack temperature of the first fuel cell stack 12a is regulated by adjusting the first current tap by the first resistor 52a.

Es sind weitere Varianten denkbar, in welchen Gruppen von beispielsweise zwei, drei oder mehr Brennstoffzellenstacks 12 elektrisch in Reihe mit jeweils einem DC/DC-Wandler 54 geschaltet sind und mehrere solcher Gruppen zueinander elektrisch parallel geschaltet sind. Dabei können vorteilhaft die Brennstoffzellenstacks 12 einer solchen Gruppe jeweils einen elektrisch parallel geschalteten regelbaren Widerstand 52 aufweisen.Further variants are conceivable in which groups of, for example, two, three or more fuel cell stacks 12 are connected electrically in series with a DC/DC converter 54 each and several such groups are connected electrically in parallel with one another. The fuel cell stacks 12 of such a group can advantageously each have a controllable resistor 52 electrically connected in parallel.

4 illustriert ein Verfahren 56 zum Regulieren der ersten Stacktemperatur vom ersten Brennstoffzellenstack 12a der in 1 und 2 gezeigten Brennstoffzellenvorrichtung 10. Dazu wird in einem ersten Schritt S1 die erste Stacktemperatur ermittelt. Dazu wird beispielhaft die Temperatur vom ersten Temperatursensor 48a empfangen und als erste Stacktemperatur verwendet. Anschließend wird in einem zweiten Schritt die erste Stacktemperatur mit einem Sollwert verglichen. Beispielhaft beträgt der Sollwert 615 °C. Weicht die erste Stacktemperatur nicht stärker als um einen Toleranzwert vom Sollwert ab, so wird das Verfahren 56 über Pfad A wieder mit Schritt S1 fortgesetzt. Beispielhaft beträgt der Toleranzwert 5°C. Weicht die Stacktemperatur um mehr als den Toleranzwert vom Sollwert ab, wird das Verfahren 56 über Pfad B mit Schritt S3 fortgesetzt. 4 12 illustrates a method 56 for regulating the first stack temperature of the first fuel cell stack 12a of FIG 1 and 2 shown fuel cell device 10. For this purpose, the first stack temperature is determined in a first step S1. For this purpose, for example, the temperature is received by the first temperature sensor 48a and used as the first stack temperature. Then, in a second step, the first stack temperature temperature compared with a target value. For example, the setpoint is 615 °C. If the first stack temperature does not deviate from the desired value by more than a tolerance value, method 56 is continued via path A again with step S1. For example, the tolerance value is 5°C. If the stack temperature deviates from the setpoint by more than the tolerance value, method 56 continues via path B with step S3.

In Schritt S3 wird über die erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a die erste Brennstoffdosierung verändert. Ist die in Schritt S1 ermittelte erste Stacktemperatur kleiner als der Sollwert, so wird die erste Brennstoffdosierung abgesenkt. Ist die in Schritt S1 ermittelte erste Stacktemperatur größer als der Sollwert, so wird die erste Brennstoffdosierung erhöht. Dabei kann die Erhöhung bzw. Absenkung der ersten Brennstoffdosierung entweder um einen vorgebenen Absolut- oder Relativwert erfolgen. Es ist auch denkbar, dass die Erhöhung bzw. Absenkung der ersten Brennstoffdosierung von der Höhe der Abweichung der ersten Stacktemperatur vom Sollwert abhängt, beispielsweise ist es denkbar, dass bei einer stärkeren Abweichung eine stärkere Erhöhung bzw. Absenkung der ersten Brennstoffdosierung erfolgt. Anschließend wird das Verfahren wieder mit Schritt S1 fortgesetzt.In step S3, the first fuel metering is changed via the first fuel metering device 58a. If the first stack temperature ascertained in step S1 is less than the target value, then the first fuel metering is lowered. If the first stack temperature ascertained in step S1 is greater than the target value, then the first fuel metering is increased. In this case, the increase or decrease in the first fuel metering can take place either by a predefined absolute or relative value. It is also conceivable that the increase or decrease in the first fuel metering depends on the extent of the deviation of the first stack temperature from the target value, for example it is conceivable that the first fuel metering increases or decreases more with a larger deviation. The method then continues again with step S1.

Es ist denkbar, dass beispielsweise mit einem Fehlerzähler die Anzahl der hintereinander erfolgten Feststellungen einer zu starken Abweichung der ermittelten ersten Stacktemperatur in Schritt S2 erfolgt und bei einer festgelegten kritischen Zahl von Fehlern, beispielsweise zehn, eine Fehlerreaktion erfolgt, beispielsweise eine Abschaltung des ersten Brennstoffzellenstacks 12a. Es ist auch denkbar, dass in Schritt S2 oder einem anderen, Schritt S1 folgenden Schritt überprüft wird, ob die ermittelte Stacktemperatur einen kritischen unteren Wert unterschreitet oder einen kritischen oberen Wert überschreitet und falls ja, eine Fehlerreaktion erfolgt.It is conceivable that, for example, an error counter is used to count the number of consecutive determinations of an excessive deviation in the determined first stack temperature in step S2 and, if there is a specified critical number of errors, for example ten, an error reaction takes place, for example the first fuel cell stack 12a is switched off . It is also conceivable that in step S2 or another step following step S1 it is checked whether the ascertained stack temperature falls below a critical lower value or exceeds a critical upper value and, if so, an error reaction takes place.

In einer Variante des Verfahrens 56 ist es denkbar, dass in Schritt S2 die erste Brennstoffdosierung erhöht wird, wenn die in Schritt S1 ermittelte erste Stacktemperatur größer als der Sollwert ist, insbesondere indem die durch die erste Brennstoffdosiervorrichtung 58a des ersten Brennstoffzellenstacks 12a dosierte erste Brennstoffmenge erhöht wird. Ist die die in Schritt S1 ermittelte erste Stacktemperatur kleiner als der Sollwert, so wird ein weiterer Betriebsparameter des ersten Brennstoffzellenstacks 12a verändert, beispielsweise eine allen Brennstoffzellenstacks 12 gemeinsame Luftversorgung 16, 42 so eingestellt, dass der Luftstrom abgesenkt wird - beispielsweise durch ein Absenken einer Gebläsedrehzahl; und/oder dadurch, dass eine erste Stromabnahme aus dem ersten Brennstoffzellenstack erhöht wird; und/oder dadurch, dass eine durch eine erste Luftdosiervorrichtung 60a des ersten Brennstoffzellenstacks 12a dosierte erste Luftmenge abgesenkt wird (siehe 5). Es ist auch denkbar, dass zum ersten Brennstoffzellenstack 12a ein erster DC/DC-Wandler 54a elektrisch in Reihe geschaltet ist und in Schritt S2 die erste Stromabnahme erhöht wird, wenn die in Schritt S1 ermittelte erste Stacktemperatur kleiner als der Sollwert ist, indem der Strom durch den ersten Brennstoffzellenstack 12a durch den ersten DC/DC-Wandler 54a erhöht wird.In a variant of method 56, it is conceivable that in step S2 the first fuel metering is increased if the first stack temperature determined in step S1 is greater than the setpoint, in particular by increasing the first fuel quantity metered by the first fuel metering device 58a of the first fuel cell stack 12a becomes. If the first stack temperature determined in step S1 is lower than the target value, a further operating parameter of the first fuel cell stack 12a is changed, for example an air supply 16, 42 common to all fuel cell stacks 12 is set in such a way that the air flow is lowered - for example by lowering a fan speed ; and/or in that a first current draw from the first fuel cell stack is increased; and/or in that a first quantity of air metered by a first air metering device 60a of the first fuel cell stack 12a is reduced (see 5 ). It is also conceivable that a first DC/DC converter 54a is electrically connected in series with the first fuel cell stack 12a and that the first current draw is increased in step S2 if the first stack temperature determined in step S1 is less than the setpoint value by the current is increased by the first fuel cell stack 12a by the first DC/DC converter 54a.

5 zeigt eine weitere Variante, in welcher der erste Brennstoffzellenstack 12a eine erste Luftdosiervorrichtung 60a aufweist. Die erste Luftdosiervorrichtung 60a ist fluidisch an die Luftfzuführung 16 angeschlossen, wobei die erste Luftdosiervorrichtung 60a strömungstechnisch kurz vor dem Anschluss der Luftzuführung 16 an den ersten Brennstoffzellenstack 12a angeschlossen ist. Auf diese Weise ist die erste Luftdosiervorrichtung 58a dazu ausgebildet, Luft L in die Luftzuführung 16 in Strömungsrichtung kurz vor dem ersten Brennstoffzellenstack 12a einzuleiten, so dass insbesondere die durch die erste Luftdosiervorrichtung 60a eingeleitete Luft L in den ersten Brennstoffzellenstack 12a eingeleitet wird. Es ist auch denkbar, dass die erste Luftdosiervorrichtung 60a unmittelbar mit dem Brennstoffzellenstack 12a verbunden ist. Die erste Luftdosiervorrichtung 60a ist dazu vorgesehen, dem ersten Brennstoffzellenstack 12a eine individuell dosierbare Luftmenge L zuzuführen. Auf diese Weise kann die über Luftzuführung 16 gemeinsam an alle Brennstoffzellenstacks 12 geführte Luftmenge L um eine zusätzliche Luftmenge L angepasst werden. Die erste Luftdosiervorrichtung 60a kann einen eigenen Verdichter 42 aufweisen. In alternativen Varianten ist es möglich, dass die erste Luftdosiervorrichtung 60a als ein regelbares Dosierventil oder als regelbare Drossel in der Luftzuführung 16 vor dem ersten Brennstoffzellenstack 12a ausgebildet ist, so dass durch dieses Dosierventil bzw. diese Drossel die durch die gemeinsame Luftzuführung 16 an den ersten Brennstoffzellenstack 12a transportierte Luftmenge L angepasst werden kann, ohne die an den zweiten Brennstoffzellenstack 12b transportierte Luftmenge L zu verändern. 5 shows a further variant in which the first fuel cell stack 12a has a first air metering device 60a. The first air metering device 60a is fluidically connected to the air supply 16, the first air metering device 60a being fluidically connected to the first fuel cell stack 12a just before the air supply 16 is connected. In this way, the first air metering device 58a is designed to introduce air L into the air supply 16 in the flow direction just before the first fuel cell stack 12a, so that in particular the air L introduced through the first air metering device 60a is introduced into the first fuel cell stack 12a. It is also conceivable that the first air metering device 60a is connected directly to the fuel cell stack 12a. The first air metering device 60a is provided for supplying an individually metered quantity of air L to the first fuel cell stack 12a. In this way, the air quantity L that is routed jointly to all fuel cell stacks 12 via the air supply 16 can be adjusted by an additional air quantity L. FIG. The first air metering device 60a can have its own compressor 42 . In alternative variants, it is possible for the first air metering device 60a to be designed as a controllable metering valve or as a controllable throttle in the air supply 16 upstream of the first fuel cell stack 12a, so that this metering valve or this throttle causes the air that passes through the common air supply 16 to the first Fuel cell stack 12a transported amount of air L can be adjusted without changing the amount of air L transported to the second fuel cell stack 12b.

Beispielhaft weist der zweite Brennstoffzellenstack 12b in der in 5 gezeigten Variante eine zusätzliche zweite Luftdosiervorrichtung 60b auf, welche dafür vorgesehen ist, dem zweiten Brennstoffzellenstack 12b eine individuell dosierbare Luftmenge L zuzuführen. Die zweite Luftdosiervorrichtung 60b ist fluidisch an die Luftzuführung 16 angeschlossen, wobei die zweite Luftdosiervorrichtung 60b strömungstechnisch kurz vor dem Anschluss der Luftzuführung 16 an den zweiten Brennstoffzellenstack 12b angeschlossen ist.For example, the second fuel cell stack 12b in FIG 5 The variant shown has an additional second air metering device 60b, which is provided for supplying an individually metered quantity of air L to the second fuel cell stack 12b. The second air metering device 60b is fluidically connected to the air supply 16, the second air metering device 60b being fluidically connected to the second fuel cell stack 12b just before the air supply 16 is connected.

Claims (13)

Verfahren (56) zum Regulieren wenigstens einer Stacktemperatur einer Brennstoffzellenvorrichtung (10), wobei die Brennstoffzellenvorrichtung (10) eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks (12) aufweist, wobei wenigstens eine erste Stacktemperatur von einem ersten Brennstoffzellenstack (12a) der Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks (12) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der erste Brennstoffzellenstack (12a) eine erste Brennstoffdosiervorrichtung (58a) aufweist, welche dafür ausgebildet ist, den ersten Brennstoffzellenstack (12a) mit Brennstoff zu versorgen, und dass die erste Stacktemperatur mittels einer ersten Brennstoffdosierung durch die erste Brennstoffdosiervorrichtung (58a) reguliert wird.Method (56) for regulating at least one stack temperature of a fuel cell device (10), the fuel cell device (10) having a plurality of fuel cell stacks (12), wherein at least one first stack temperature of a first fuel cell stack (12a) of the plurality of fuel cell stacks (12) is detected characterized in that at least the first fuel cell stack (12a) has a first fuel metering device (58a) which is designed to supply the first fuel cell stack (12a) with fuel, and that the first stack temperature is controlled by means of a first fuel metering by the first fuel metering device (58a) is regulated. Verfahren (56) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Stacktemperatur von einem zweiten Brennstoffzellenstack (12b) der Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks (12) erfasst wird und wenigstens der zweite Brennstoffzellenstack (12b) eine zweite Brennstoffdosiervorrichtung (58b) aufweist und die zweite Stacktemperatur mittels einer zweiten Brennstoffdosierung durch die zweite Brennstoffdosiervorrichtung (58b) reguliert wird.Method (56) according to claim 1 , characterized in that at least a second stack temperature of a second fuel cell stack (12b) of the plurality of fuel cell stacks (12) is detected and at least the second fuel cell stack (12b) has a second fuel metering device (58b) and the second stack temperature by means of a second fuel metering by the second fuel metering device (58b) is regulated. Verfahren (56) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regulierung die erste Brennstoffdosierung bzw. die erste Brennstoffdosiervorrichtung (58a) und die zweite Brennstoffdosierung bzw. die zweite Brennstoffdosiervorrichtung (58b) so eingestellt wird, dass die Gesamtabweichung der ersten Stacktemperatur und der zweiten Stacktemperatur von einer Solltemperatur minimiert wird.Method (56) according to claim 2 , characterized in that during the regulation, the first fuel metering or the first fuel metering device (58a) and the second fuel metering or the second fuel metering device (58b) are set such that the overall deviation of the first stack temperature and the second stack temperature from a target temperature is minimized . Verfahren (56) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stacktemperatur mittels einer ersten Stromabnahme aus dem ersten Brennstoffzellenstack (12a) reguliert wird.Method (56) according to one of the preceding claims, characterized in that the first stack temperature is regulated by means of a first current draw from the first fuel cell stack (12a). Verfahren (56) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Brennstoffzellenstack (12a) mit einem zweiten Brennstoffzellenstack (12b) der Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks (12) elektrisch in Reihe geschaltet ist und die erste Stromabnahme durch einen regelbaren ersten Widerstand (52a) angepasst wird, welcher elektrisch parallel zum ersten Brennstoffzellenstack (12a) geschaltet ist.Method (56) according to claim 4 , characterized in that the first fuel cell stack (12a) is electrically connected in series with a second fuel cell stack (12b) of the plurality of fuel cell stacks (12) and the first current draw is adjusted by a controllable first resistor (52a) which is electrically parallel to the first Fuel cell stack (12a) is connected. Verfahren (56) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Brennstoffzellenstack (12a) mit einem dritten Brennstoffzellenstack (12c) der Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks (12) elektrisch parallel geschaltet ist und die erste Stromabnahme durch einen regelbaren ersten DC/DC-Wandler (54a) angepasst wird, welcher elektrisch in Reihe zum ersten Brennstoffzellenstack (12a) geschaltet ist.Method (56) according to any one of Claims 4 until 5 , characterized in that the first fuel cell stack (12a) is electrically connected in parallel with a third fuel cell stack (12c) of the plurality of fuel cell stacks (12) and the first current draw is adjusted by a controllable first DC/DC converter (54a) which is electrically is connected in series to the first fuel cell stack (12a). Verfahren (56) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regulierung die erste Stromabnahme und die erste Brennstoffdosierung der ersten Brennstoffdosiervorrichtung (58a) derart angepasst wird, dass die Abweichung der ersten Stacktemperatur von einer Solltemperatur, die Abweichung der ersten Stromabnahme vom Stromsollwert und die Abweichung der durch die erste Brennstoffdosiervorrichtung (58a) dosierten erste Brennstoffmenge von einem Brennstoffsollwert minimiert werden.Method (56) according to any one of Claims 4 until 6 , characterized in that during the regulation the first current draw and the first fuel metering of the first fuel metering device (58a) are adjusted in such a way that the deviation of the first stack temperature from a setpoint temperature, the deviation of the first current draw from the current setpoint and the deviation of the first fuel metering device (58a) metered first amount of fuel can be minimized from a fuel setpoint. Verfahren (56) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der erste Brennstoffzellenstack (12a) eine erste Luftdosiervorrichtung (60a) aufweist, welche dafür ausgebildet ist, den ersten Brennstoffzellenstack mit Luft zu versorgen, und wobei die erste Stacktemperatur mittels der ersten Luftdosiervorrichtung (60a) reguliert wird.Method (56) according to one of the preceding claims, characterized in that at least the first fuel cell stack (12a) has a first air metering device (60a), which is designed to supply the first fuel cell stack with air, and wherein the first stack temperature is adjusted by means of the first Air metering device (60a) is regulated. Verfahren (56) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regulierung die erste Brennstoffdosierung und eine erste Luftdosierung der ersten Luftdosiervorrichtung (60a) derart angepasst wird, dass die Abweichung der ersten Stacktemperatur von einer Solltemperatur, die Abweichung der ersten Brennstoffdosierung vom Brennstoffsollwert und die Abweichung der durch die erste Luftdosiervorrichtung (60a) dosierten ersten Luftmenge von einem Luftsollwert minimiert werden.Method (56) according to claim 8 , characterized in that during regulation the first fuel metering and a first air metering of the first air metering device (60a) are adjusted in such a way that the deviation of the first stack temperature from a target temperature, the deviation of the first fuel metering from the fuel target value and the deviation of the first air metering device (60a) metered first amount of air can be minimized by an air target value. Brennstoffzellenvorrichtung (10) mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks (12), wobei wenigstens ein erstes Brennstoffzellenstack (12a) einen ersten Temperatursensor (48a) zur Erfassung einer ersten Stacktemperatur aufweist, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung (10) wenigstens eine erste Brennstoffdosiervorrichtung (58a) aufweist, welche dafür ausgebildet ist, den ersten Brennstoffzellenstack (12a) mit Brennstoff zu versorgen, und wobei die Brennstoffzellenvorrichtung (10) ein Steuergerät aufweist, welches zum Empfangen der ersten Stacktemperatur ausgebildet ist und wobei das Steuergerät zum Einstellen einer ersten Brennstoffdosierung für das erste Brennstoffzellenstack (12a) eingerichtet ist und wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, ein Verfahren (56) nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen und die erste Stacktemperatur mittels der ersten Brennstoffdosierung durch die erste Brennstoffdosiervorrichtung (58a) zu regulieren.Fuel cell device (10) with a plurality of fuel cell stacks (12), wherein at least one first fuel cell stack (12a) has a first temperature sensor (48a) for detecting a first stack temperature, wherein the fuel cell device (10) has at least one first fuel metering device (58a) which is designed to supply the first fuel cell stack (12a) with fuel, and wherein the fuel cell device (10) has a control device, which is designed to receive the first stack temperature and wherein the control device for setting a first fuel metering for the first fuel cell stack (12a) is set up and wherein the control device is designed to carry out a method (56) according to one of the preceding claims and to regulate the first stack temperature by means of the first fuel metering by the first fuel metering device (58a). Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperatursensor (48a) an einer Kathodenabgasführung (30) am ersten Brennstoffzellenstack (12a) angeordnet ist.Fuel cell device (10) after claim 10 , characterized in that the first temperature sensor (48a) is arranged on a cathode exhaust gas duct (30) on the first fuel cell stack (12a). Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks (12) eine gemeinsame Brennstoffversorgung (24, 26, 42) aufweist.Fuel cell device (10) according to one of Claims 10 until 11 , characterized in that the plurality of fuel cell stacks (12) has a common fuel supply (24, 26, 42). Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks (12) eine gemeinsame Luftversorgung (16, 42) aufweist.Fuel cell device (10) according to one of Claims 10 until 12 , characterized in that the plurality of fuel cell stacks (12) has a common air supply (16, 42).
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