DE112012000730B4

DE112012000730B4 - Direktoxidations-Brennstoffzellen-System

Info

Publication number: DE112012000730B4
Application number: DE112012000730.1T
Authority: DE
Inventors: Masaki Mitsui
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-12-11
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: US20130337355A1; DE112012000730T5; JPWO2013080410A1; WO2013080410A1

Abstract

Direktoxidations-Brennstoffzellen-System, umfassend: – eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Brennstoff und Oxidationsgas; – eine Verdrängerpumpe zur Versorgung der zuvor genannten Brennstoffzelle mit dem zuvor genannten Oxidationsgas; – eine Energiequelle für die Pumpe zum Anlegen einer Betriebsspannung an die zuvor genannte Pumpe; – eine Pufferkammer zum Dämpfen von Schwingungen in einem Förderdruck der zuvor genannten Pumpe; – einen Druck-Sensor zum Messen des Förderdrucks der zuvor genannten Pumpe; – einen elektrischen Laststrom-Sensor zum Messen eines elektrischen Laststroms der zuvor genannten Brennstoffzelle; – einen Spannungs-Sensor zum Messen der Betriebsspannung der zuvor genannten Pumpe; – einen ersten Speicher, in dem eine erste Information für eine an den zuvor genannten elektrischen Laststrom angepasste, vorbestimmte, zuzuführende Soll-Durchflussmenge für das zuvor genannte Oxidationsgas zur zuvor genannten Brennstoffzelle gespeichert ist; – einen zweiten Speicher, in dem eine zweite Information für einen Zusammenhang zwischen der Betriebsspannung der zuvor genannten Pumpe, dem Förderdruck der zuvor genannten Pumpe und der zuvor genannten zuzuführenden Soll-Durchflussmenge gespeichert ist; – einen Controller zum Einstellen einer zugeführten Durchflussmenge an zuvor genanntem Oxidationsgas, das in die zuvor genannte Brennstoffzelle geleitet wird, basierend auf der zuvor genannten ersten Information, der zuvor genannten zweiten Information, einem mit dem zuvor genannten Druck-Sensor gemessenen Wert, einem mit dem zuvor genannten elektrischen Laststrom-Sensor gemessenen Wert und basierend auf einem mit dem zuvor genannten Spannungs-Sensor gemessenen Wert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Direktoxidations-Brennstoffzellen-System, im Einzelnen ein Regelungssystem, das eine Menge an Oxidationsgas einstellt, mit dem eine Brennstoffzelle versorgt wird.
Stand der Technik
Brennstoffzellen werden beispielsweise als Energiequellen für Fahrzeuge oder als Energiequellen bei Kraft-Wärme-Kopplungen in Haushalten verwendet. Darüber hinaus werden in jüngster Zeit Anwendungen in mobilen elektronischen Kleingeräten wie Notebook-Computern, Mobiltelefonen und PDAs (personal digital assistants) erforscht. Weiterhin werden Anwendungen von Brennstoffzellen als Outdoor-Energiequellen für Freizeitgeräte oder auch als Reserve-Energieversorgung für den Notfall geprüft. Da es möglich ist, mit einer Brennstoffzelle durch ein Nachfüllen eines Brennstoffes ununterbrochen Energie zu erzeugen, ist im Besonderen zu erwarten, dass sich die Anwendung als Energiequelle für mobile elektronische Kleingeräte oder auch als transportable Energiequelle noch weiter verbessern kann.
Unter den unterschiedlichen Arten von Brennstoffzellen zeichnet sich eine Direktoxidations-Brennstoffzelle (DOFC: direct oxidation fuel cell) dadurch aus, dass sie einen bei Normaltemperatur flüssigen Brennstoff ohne über eine Reformierung von Wasserstoff nutzt, sondern durch direkte Oxidation elektrische Energie erzeugt. Deswegen lässt sich die Direktoxidations-Brennstoffzelle leicht verkleinern. Besonders, wenn als Brennstoff Methanol genutzt wird – bei einer sogenannten Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC: direct methanol fuel cell) – ist sowohl die Energieeffizienz als auch die Energie-Kapazität anderen Direktoxidations-Brennstoffzellen überlegen, weswegen unter den verschiedenen Arten von DOFCs in die DMFC die höchste Hoffnung für die Zukunft gelegt wird.
9 zeigt ein Beispiel für ein bisheriges Brennstoffzellensystem mit einer DMFC. Das Brennstoffzellensystem 80 in 9 ist ausgestattet mit einer Brennstoffzelle 51, einer die Brennstoffzelle 51 mit Brennstoffversorgenden Brennstoffpumpe 52 und einer die Brennstoffzelle 51 mit Oxidationsgas versorgenden Luftpumpe 53. An einer Saugseite der Brennstoffpumpe 52 ist ein Verdünnungstank 54 direkt angeschlossen. An den Verdünnungstank 54 ist sowohl eine Methanolpumpe 55 als auch eine Rücklaufpumpe 56 direkt angeschlossen. Die Methanolpumpe 55 pumpt ein in einem Methanoltank 57 aufbewahrtes hochkonzentriertes Methanol in den Verdünnungstank 54. Zudem pumpt die Rücklaufpumpe 56 eine durch einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider 58 extrahierte Flüssigkeit in den Verdünnungstank 54.
Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 58 extrahiert aus einem Gemisch von Reaktionsprodukten aus der Brennstoffzelle, die namentlich Luft, Wasser und unverbrauchtem Brennstoff (Methanol) umfassen, eine Flüssigkeit (Methanol und Wasser, also eine Methanol-Wasser-Lösung).
Die Brennstoffpumpe 52, die Luftpumpe 53, die Methanolpumpe 55 sowie die Rücklaufpumpe 56 werden von einem Reglerbereich 59 angesteuert. Der Reglerbereich 59 stellt nicht nur die Menge eines aus dem Methanoltank 57 gepumpten hochkonzentrierten Methanols und die Menge der Methanol-Wasser-Lösung aus dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider ein, er steuert auch die Methanolpumpe 55 sowie die Rücklaufpumpe 56 an. Dadurch wird ein vom Methanoltank 57 zugeführtes, hochkonzentriertes Methanol im Verdünnungstank 54 zu einer Methanol-Wasser-Lösung verdünnt, die eine Konzentration mit einem bestimmten Massenanteil aufweist.
In der Brennstoffzelle wird Methanol mit einer Brennstoff-Elektrode (Anode) in Kontakt gebracht, und Luft wird mit einer Luft-Elektrode (Kathode) in Kontakt gebracht. An der Brennstoff-Elektrode werden die Reaktionsstoffe Methanol und Wasser, zusammen mit einem Katalysator (Elektrodenoberfläche), sowie einem Elektrolyt in Berührung gebracht. In einem Bereich, der „Dreiphasenzone” genannt wird, kommt es zu einer Reaktion wie in der nachstehend gezeigten Formel (11). Daraus entstehen Kohlendioxid, Wasserstoff-Ionen und Elektronen. CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e– (11)
Während als Reaktionsprodukt entstandene Wasserstoff-Ionen (H+) eine Polymer-Membran (Elektrolytmembran) zwischen der Brennstoff-Elektrode und der Luft-Elektrode durchdringen, durchdringen die Elektronen (e–) einen äußeren elektrischen Verbraucher. Die Wasserstoff-Ionen und die Elektronen gelangen schließlich zur Luft-Elektrode (Anode). An der Luft-Elektrode reagiert der Sauerstoff der Luft in der Dreiphasenzone mit den Wasserstoff-Ionen (H+), wie es in der nachstehend gezeigten Formel (12) beschrieben ist. Aus dem Katalysator (Elektrodenoberfläche) lösen sich Elektronen und es entsteht Wasser. (3/2)O2 + 6H+ + 6e– → 3H2O (12)
Die gemäß der Formel (12) entstehende Wassermenge ändert sich in Abhängigkeit zum elektrischen Verbraucher. Als Folge davon wird in einem Luft-Strömungskanal der Luft-Elektrode eine Druckänderung bewirkt. Außerdem kommt es vor, dass sich im Luft-Strömungskanal der Luft-Elektrode Wasser ansammelt.
Aus diesem Grund ist es notwendig, an der Luft-Elektrode der Brennstoffzelle die Menge der zugeführten Luft auf die erzeugte elektrische Energie abzustimmen. Wird zu wenig Luft zugeführt, sammelt sich an der Oberfläche der Elektrolytmembran Wasser, was zu einer stark verminderten Erzeugung elektrischer Energie führt. Wird aber wiederum zu viel Luft zugeführt, trocknet die Oberfläche der Elektrolytmembran aus und auch dann vermindert sich die Erzeugung elektrischer Energie. Darüber hinaus wird, wenn die zugeführte Menge an Luft nicht abgestimmt ist, ein Gleichgewicht der Wasser-Wiederverwendung, also das Gleichgewicht einer Wasserzufuhr und -abfuhr, zerstört, und es ist nicht mehr möglich, die stetige Erzeugung elektrischer Energie über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten.
Aus diesem Grund wird eine Durchflussmenge der zur Luft-Elektrode geführten Luft gemessen und die zugeführte Menge gesteuert. Im Rahmen des in der Patentliteratur 1 offenbarten Regelungsverfahrens wird ein Luftdruck und eine Durchflussmenge einer zur Luft-Elektrode zugeführten Luft erfasst, und basierend auf erfasster Werte für den Luftdruck und die Durchflussmenge wird eine Öffnung eines Steuerventils an einem Luftzufuhr-Rohr eingestellt.
Im Rahmen des in der Patentliteratur 2 offenbarten Regelungsverfahrens wird ein Luftdruck erfasst und basierend darauf eine Öffnung eines Steuerventils eingestellt.
Im Rahmen des in der Patentliteratur 3 offenbarten Regelungsverfahrens wird eine Durchflussmenge der Luft erfasst und basierend darauf eine Öffnung eines Steuerventils eingestellt.
Liste der zitierten Druckschriften:
Patentliteratur

Patentliteratur 1: veröffentlichte japanische Patentanmeldung mit der Nummer JPH053042A
Patentliteratur 2: veröffentlichte japanische Patentanmeldung mit der Nummer JP2006210004A
Patentliteratur 3: veröffentlichte japanische Patentanmeldung mit der Nummer JP2006196203A

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Wie oben beschrieben, wird bei herkömmlichen Brennstoffzellen-Systemen die Durchflussmenge und der Druck der zur Brennstoffzelle geführten Luft erfasst, und auf Grundlage der erfassten Werte wird das Steuerventil eingestellt, wodurch wiederum die Durchflussmenge der zur Brennstoffzelle geführten Luft eingestellt wird. Jedoch muss, wie im Rahmen der Patentliteratur 1 und 3 offenbart, in einem Aufbau, bei dem die Durchflussmenge der zur Brennstoffzelle geführten Luft erfasst wird, ein Durchfluss-Detektor direkt in Reihe zur Brennstoffzelle angeordnet werden. Da der Durchfluss-Detektor in der Regel in einem schmalen Luft-Strömungskanal eingebaut ist, sammeln sich im Kanal leicht Verunreinigungen an. Dadurch kann es passieren, dass der schmale Luft-Strömungskanal am Durchfluss-Detektor mit Verunreinigungen verstopft und die Luft, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, nicht mehr ausreicht, so dass die Erzeugung elektrischer Energie sinkt.
Des Weiteren ist es insbesondere in einem kleineren Brennstoffzellen-System vorteilhaft, zur Zuführung der Luft eine sich gut für das kleine Format des Brennstoffzellen-Systems eignende Verdrängerpumpe wie z. B. eine Diaphragma-Pumpe zu verwenden. Doch ist es bei der Verwendung derartiger Verdrängerpumpen in Brennstoffzellen-Systemen möglich, dass sich aus der Vor-und-Zurückbewegung einer Diaphragma-Membran resultierende Schwingungen im Förderdruck auf den Luftstrom auswirken und Schwankungen in der Erzeugung elektrischer Energie der Brennstoffzelle verursachen. In Konstruktionen, in denen, wie im Rahmen der Patentliteratur 1 bis 3 offenbart, ein Steuerventil verwendet wird, um die Menge der zugeführten Luft zu regeln, vergrößern sich einerseits die Kosten durch die Herstellung eines solchen Steuerventils, andererseits muss auch der dafür nötige Platz sichergestellt werden. Gerade bei kleinen Systemen kann das ein Hindernis darstellen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Berücksichtigung der oben genannten Probleme, Verstopfungen von Versorgungssystemen zur Versorgung von Brennstoffzellen mit Luft vorzubeugen, die Entwicklung von Fehlfunktionen zu vermeiden und gleichzeitig ein Brennstoffzellen-System mit geringeren Abmessungen und Kosten anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der zuvor gestellten Aufgabe betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Direktoxidations-Brennstoffzellen-System, umfassend:
eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Brennstoff und Oxidationsgas;
eine Verdrängerpumpe zur Versorgung der zuvor genannten Brennstoffzelle mit dem zuvor genannten Oxidationsgas;
eine Energiequelle für die Pumpe zum Anlegen einer Betriebsspannung an die zuvor genannte Pumpe;
einen Oxidationsgas-Gleichrichtbereich zum Dämpfen von Schwingungen in einem Förderdrucks der zuvor genannten Pumpe;
einen Druck-Sensor zum Messen des Förderdrucks der zuvor genannten Pumpe;
einen elektrischen Laststrom-Sensor zum Messen eines elektrischen Laststroms der zuvor genannten Brennstoffzelle;
einen Spannungs-Sensor zum Messen der Betriebsspannung der zuvor genannten Pumpe;
einen ersten Speicher, in dem eine erste Information für eine an den zuvor genannten elektrischen Laststrom angepasste, vorbestimmte, zuzuführende Soll-Durchflussmenge für das zuvor genannte Oxidationsgas zur zuvor genannten Brennstoffzelle gespeichert ist;
einen zweiten Speicher, in dem eine zweite Information für einen Zusammenhang zwischen der Betriebsspannung der zuvor genannten Pumpe, dem Förderdrucks der zuvor genannten Pumpe und der zuvor genannten zuzuführenden Soll-Durchflussmenge gespeichert ist;
einen Controller zum Einstellen einer zugeführten Durchflussmenge an zuvor genanntem Oxidationsgas, das in die zuvor genannte Brennstoffzelle geleitet wird, basierend auf der zuvor genannten ersten Information, der zuvor genannten zweiten Information, einem mit dem zuvor genannten Drucksensor gemessenen Wert, einem mit dem zuvor genannten elektrischen Laststrom-Sensor gemessenen Wert und basierend auf einem mit dem zuvor genannten Spannungssensor gemessenen Wert.
Weiterhin kann das Direktoxidations-Brennstoffzellen-System der vorliegenden Erfindung ebenfalls das Folgende umfassen:
einen Brennstoffzellen-Stapel, in dem mehrere Brennstoffzellen geschichtet sind, die aus einem Brennstoff und einem Oxidationsgas elektrische Energie erzeugen;
eine Verdrängerpumpe zur Versorgung des zuvor genannten Brennstoffzellen-Stapels mit dem zuvor genannten Oxidationsgas;
einen Oxidationsgas-Gleichrichtbereich zum Dämpfen von Schwingungen in einem Förderdrucks der zuvor genannten Pumpe;
einen Druck-Sensor zum Messen des Förderdrucks der zuvor genannten Pumpe;
einen elektrischen Laststrom-Sensor zum Messen eines elektrischen Laststroms des zuvor genannten Brennstoffzellen-Stapels;
einen Spannungs-Sensor zum Messen einer Betriebsspannung der zuvor genannten Pumpe;
einen ersten Speicher, in dem eine Information für eine vorbestimmte, zuzuführende Soll-Durchflussmenge für das zuvor genannte Oxidationsgas zum zuvor genannten Brennstoffzellen-Stapel gespeichert ist, die an alle Werten für den zuvor genannten elektrischen Laststroms angepasst ist;
einen zweiten Speicher, in dem eine Information für einen Zusammenhang zwischen der Betriebsstrom der zuvor genannten Pumpe, dem Förderdruck der zuvor genannten Pumpe und der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge gespeichert ist;
einen Controller zum Einstellen einer zugeführten Durchflussmenge an zuvor genanntem Oxidationsgas, das in die zuvor genannte Brennstoffzelle geleitet wird, basierend auf den im zuvor genannten ersten Speicher und im zuvor genannten zweiten Speicher gespeicherten Informationen und basierend auf Messergebnissen aus dem zuvor genannten Druck-Sensor, dem zuvor genannten elektrischen Laststrom-Sensor und dem zuvor genannten Spannungs-Sensor.
Durch diese Anordnungen kann sichergestellt werden, dass immer die optimale Durchflussmenge an Oxidationsgas zur Brennstoffzelle geführt wird. Weiterhin ist die Betriebsspannung der Pumpe vorzugsweise derart eingestellt, dass die zugeführte Durchflussmenge des der Brennstoffzelle zugeführten Oxidationsgases mit der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge übereinstimmt. Dementsprechend ließe sich die Information, die im obigen zweiten Speicher gespeichert ist, durch die nachstehende Formel (A) darstellen. In besonders günstiger Weise sind im Betrieb der Förderdruck P der Pumpe sowie die Betriebsspannung V der Pumpe Variablen und die zuzuführende Soll-Durchflussmenge der Pumpe ein fester Parameter. P = a·V – b (A)
Dabei sind a und b Konstanten, die von bestimmten Eigenschaften der Pumpe abhängen.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Direktoxidations-Brennstoffzellen-System, umfassend:
eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Brennstoff und Oxidationsgas;
eine Verdrängerpumpe zur Versorgung der zuvor genannten Brennstoffzelle mit dem zuvor genannten Oxidationsgas;
eine Pumpen-Energiequelle zur Versorgung der zuvor genannten Pumpe mit einem Betriebsstrom
einen Oxidationsgas-Gleichrichtbereich zum Dämpfen von Schwingungen in einem Förderdruck der zuvor genannten Pumpe;
einen Druck-Sensor zum Messen des Förderdrucks der zuvor genannten Pumpe;
einen Elektronenfluss-Sensor zum Messen eines elektrischen Laststroms der zuvor genannten Brennstoffzelle;
einen Pumpen-Strom-Sensor zum Messen des Betriebsstroms der zuvor genannten Pumpe;
einen ersten Speicher, in dem eine erste Information gespeichert ist, welche eine, an den elektrischen Laststrom angepasste, vorbestimmte, zuzuführende Soll-Durchflussmenge für das zuvor genannte Oxidationsgases zur zuvor genannten Brennstoffzelle enthält;
einen zweiten Speicher, in dem eine zweite Information für einen Zusammenhang zwischen dem Betriebsstrom der zuvor genannten Pumpe, dem Förderdruck der zuvor genannten Pumpe und der zuvor genannten zuzuführenden Soll-Durchflussmenge gespeichert ist;
einen Controller zum Einstellen einer zugeführten Durchflussmenge an zuvor genanntem Oxidationsgas, das in die zuvor genannte Brennstoffzelle geleitet wird basierend auf der zuvor genannten ersten Information, der zuvor genannten zweiten Information, einem mit dem zuvor genannten Druck-Sensors gemessenen Wert, einem mit dem zuvor genannten elektrischen Laststrom-Sensor gemessenen Wert, sowie einem mit dem zuvor genannten Pumpen-Strom-Sensor gemessenen Wert.
Weiterhin umfasst das Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung vorzugsweise:
einen Brennstoffzellen-Stapel, in dem mehrere Brennstoffzellen geschichtet sind, zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem Brennstoff und Oxidationsgas;
eine Verdrängerpumpe zur Versorgung des zuvor genannten Brennstoffzellen-Stapels mit dem zuvor genannten Oxidationsgas;
einen Oxidationsgas-Gleichrichtbereich zur Dämpfung von Schwingungen in einem Förderdrucks der zuvor genannten Pumpe;
einen Druck-Sensor zum Messen des Förderdrucks der zuvor genannten Pumpe;
einen elektrischen Laststrom-Sensor zum Messen eines elektrischen Laststroms des zuvor genannten Brennstoffzellen-Stapels;
einen Pumpen-Strom-Sensor zum Messen eines Betriebsstroms der zuvor genannten Pumpe;
einen ersten Speicher, in dem eine Information für eine vorbestimmte, zuzuführende Soll-Durchflussmenge für das zuvor genannte Oxidationsgas an den zuvor genannten Brennstoffzellen-Stapel enthält, die an alle Werte des zuvor genannten elektrischen Laststroms gespeichert ist;
einen zweiten Speicher, in dem eine Information für einen Zusammenhang zwischen dem Betriebsstrom der zuvor genannten Pumpe, dem Förderdruck der zuvor genannten Pumpe und der zuvor genannten, zuzuführenden Soll-Durchflussmenge gespeichert ist;
einen Controller zum Einstellen einer zugeführten Durchflussmenge an zuvor genanntem Oxidationsgas, das in die zuvor genannte Brennstoffzelle geleitet wird, basierend auf den im zuvor genannten ersten Speicher und im zuvor genannten zweiten Speicher gespeicherten Informationen und basierend auf Messergebnissen aus dem zuvor genannten Druck-Sensor, dem zuvor genannten elektrischen Laststrom-Sensor und dem zuvor genannten Pumpen-Strom-Sensor.
Durch diese Anordnungen kann sichergestellt werden, dass immer die optimale Durchflussmenge an Oxidationsgas den Brennstoffzellen geführt wird. Weiterhin ist der Betriebsstrom der Pumpe vorzugsweise derart eingestellt, dass durch die zugeführte Durchflussmenge des den Brennstoffzellen zugeführten Oxidationsgases mit der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge übereinstimmt.
Dementsprechend ließe sich die Information, die im zuvor genannten zweiten Speicher gespeichert ist, durch die nachstehende Formel (B) darstellen. In besonders günstiger Weise sind im Betrieb der Förderdruck P der Pumpe sowie der Betriebsstrom IP der Pumpe Variablen und die zuzuführende Soll-Durchflussmenge der Pumpe ein fester Parameter. P = c·IP – d (B)
Dabei sind c und d Konstanten, die von bestimmten Eigenschaften der Pumpe abhängen.
Wenn darüber hinaus der zuvor genannte elektrische Laststrom unter die Hälfte eines gewünschten Ausgangsstroms für den zuvor genannten Brennstoffzellen-Stapel fällt, ist es sinnvoll, die zuvor genannte zuzuführende Soll-Durchflussmenge an die zugeführte Durchflussmenge des Oxidations-Gases des Brennstoffzellen-Stapels zum Zeitpunkt, an dem der zuvor genannte elektrische Laststrom auf weniger als die Hälfte des gewünschten Ausgangsstroms für den Brennstoffzellen-Stapel fällt, anzugleichen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung wird die zuzuführende Soll-Durchflussmenge an den durch den elektrischen Laststrom-Sensor gemessenen elektrischen Laststrom angepasst, so dass auch bei Änderungen des elektrischen Laststroms der Brennstoffzelle genau die benötigte Menge an Oxidationsgas zugeführt wird.
Darüber hinaus ist es möglich, der Brennstoffzelle immer nur mit einem Drucksensor die optimale Durchflussmenge an Oxidationsgas zuzuführen, ohne dass der Einbau eines Durchfluss-Detektors zum Messen der Zufuhr-Durchflussmenge des der Brennstoffzelle zugeführten Oxidationsgases oder eines Steuerventils zum Steuern der Zufuhr-Durchflussmenge notwendig ist. Folglich sind in einfacher Weise sowohl eine Reduktion der Kosten als auch eine Verkleinerung des Brennstoffzellensystems möglich. Darüber hinaus wird eine Verkleinerung durch die Wahl einer Diaphragma- oder anderen Verdrängerpumpe als Vorrichtung zum Zuführen des Oxidationsgases möglich. Die Erzeugung der elektrischen Energie in der Brennstoffzelle wird sichergestellt, da sich mit dem Oxidationsgas-Gleichrichtbereich die durch die Vor- und Zurückbewegungen des Diaphragma-Membrans entstehenden Schwingungen im Druck dämpfen lassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[1] ist ein Blockschaltbild, das den allgemeinen Aufbau eines Brennstoffzellen-Systems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
[2] ist ein Diagramm, das in einem Speicher dieses Brennstoffzellen-System gespeicherte Informationen zeigt, welche die Eigenschaften einer Betriebsspannung, eines Förderdrucks und einer Luft-Durchflussmenge (Information Nr. 2A) einer Luftpumpe beschreiben.
[3] ist ein Flussdiagramm, das einen durch einen Steuerbereich dieses Brennstoffzellen-Systems ausgeführten Ablauf einer Steuerung der Betriebsspannung der Luftpumpe zeigt.
[4] ist ein Diagramm, das eine im Speicher dieses Brennstoffzellen-Systems gespeicherte Beziehung zwischen einer bestimmten Zuzuführende Soll-Durchflussmenge und einem elektrischen Laststrom zeigt.
[5] ist ein Flussdiagramm, das einen durch einen Steuerbereich dieses Brennstoffzellen-Systems ausgeführten Ablauf einer Verarbeitung eines Werts für die Zuzuführende Soll-Durchflussmenge zeigt.
[6] ist ein Blockschaltbild, das den allgemeinen Aufbau eines Brennstoffzellen-Systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
[7] ist ein Diagramm, das in einem Speicher dieses Brennstoffzellen-Systems gespeicherte Informationen zeigt, die die Eigenschaften einer Betriebsspannung, eines Förderdrucks und einer Luft-Durchflussmenge (Information Nr. 2B) einer Luftpumpe beschreiben.
[8] ist ein Flussdiagramm, das einen durch einen Steuerbereich dieses Brennstoffzellen-Systems ausgeführten Ablauf einer Steuerung der Betriebsspannung der Luftpumpe zeigt.
[9] ist ein Blockschaltbild, das den allgemeinen Aufbau eines Brennstoffzellen-Systems gemäß dem Stand der Technik zeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden mit Hilfe der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Das Brennstoffzellen-System 1 in 1 ist ein Brennstoffzellen-System, das eine Brennstoffzelle 2 als Quelle zur Versorgung mit elektrischer Energie nutzt. Dementsprechend umfasst die Brennstoffzelle 2 einen mehrschichtigen Brennstoffzellen-Stapel, der aus mehreren Einzel-Brennstoffzellschichten (nicht abgebildet) gebildet ist, die aus Brennstoff und Oxidationsgas elektrische Energie erzeugen. Außerdem umfasst das Brennstoffzellen-System 1: eine Brennstoffpumpe 3, die der Brennstoffzelle den Brennstoff zuführt; sowie eine Luftpumpe 4, die der Brennstoffzelle die als Oxidationsgas fungierende Luft zuführt; sowie eine Luftkammer 14, die als Oxidationsgas-Gleichrichtbereich zum Dämpfen von Schwingungen im Förderdruck der Luftpumpe 4 fungiert; sowie einen Druck-Sensor 11, der den Förderdruck der Luftpumpe 4 misst. Die Luftkammer 14 wirkt als Pufferkammer, in der durch vorrübergehendes Ansammeln von aus der Luftpumpe 4 ausgestoßener Luft Schwingungen des Förderdrucks der Luftpumpe 4 gedämpft werden.
Als Luftpumpe 4 lässt sich eine Verdrängerpumpe nutzen. Als derartige Verdrängerpumpe kann beispielsweise eine Diaphragma-Pumpe verwendet werden, deren Diaphragma-Membran sich beispielsweise durch Anlegen einer elektrischen Spannung an ein Piezoelement vor- und zurückbewegen lässt. Für das Volumen der Luftkammer 14 sollte vorzugsweise ein Volumen eingestellt werden, bei dem die Schwingungen des Förderdrucks der Luftpumpe 4 zu einem ausreichenden Grad verringert werden. Zum Beispiel könnte in dem Brennstoffzellensystem 1 bei einer fest eingestellten Ausgabeleistung während des Betriebs der Luftpumpe ihre Fördermenge pro Minute auf das 0,005 fache–0,05 fache eingestellt werden. Besonders bevorzugt sind das 0,01 fache–0.03 fache.
An einer Saugseite der Brennstoffpumpe 3 schließt ein Verdünnungstank 5 unmittelbar an. An den Verdünnungstank 5 sind unmittelbar eine Methanolpumpe 6, sowie eine Rücklaufpumpe 7 angeschlossen.
Die Methanolpumpe 6 pumpt ein in einem Methanoltank 8 aufbewahrtes, hochkonzentriertes Methanol (Konzentration über 50%) in den Verdünnungstank 5. Gleichzeitig pumpt die Rücklaufpumpe 7 eine in einem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 9 abgeschiedene Flüssigkeit in den Verdünnungstank 5. Die Brennstoffpumpe 3, die Rücklaufpumpe 7 und die Methanolpumpe 6 sind entweder Verdrängungspumpen oder Pumpen anderer Art.
Der Gas-Flüssigkeits-Abscheiden 9 umfasst eine nicht abgebildete Gas-Flüssigkeits-Abscheidungs-Membran, mit der er aus einem Gemisch der Abfallprodukte der Brennstoffzelle 2, namentlich Luft, Wasser, unverbrauchten Brennstoff (Methanol), sowie Kohlendioxid etc., eine Flüssigkeit (Methanol und Wasser, also eine Methanol-Wasser-Lösung) abscheidet.
In der vorliegenden Ausführung werden die Brennstoffpumpe 3, die Luftpumpe 4, die Methanolpumpe 6, sowie die Rücklaufpumpe 7 mittels eines Reglerbereichs 10 (Controller) gesteuert, der beispielsweise als Ein-Chip-Mikrocontroller aufgebaut sein kann. Der Reglerbereich 10 steuert, indem er die Methanolpumpe 6 sowie die Rücklaufpumpe 7 ansteuert, die Menge des aus dem Methanoltank 8 gepumpten Methanols und die Menge der aus dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 9 gepumpten Methanol-Wasser-Lösung. Daraufhin entsteht eine ausreichende Konzentration (ein bestimmter Masse-Prozentsatz) von Methanol-Wasser-Lösung im Verdünnungstank.
Die Brennstoffpumpe 3 pumpt auf Grundlage einer Ansteuerung des Reglerbereichs 10 die im Verdünnungstank 5 entstandene Methanol-Wasser-Lösung zur Brennstoffzelle 2. Genauso pumpt die Luftpumpe 4 auf Grundlage der Ansteuerung des Reglerbereichs 10 Luft, über die Luftkammer 14 in die Brennstoffzelle 2.
Der Druck-Sensor 11 ist dadurch, dass ein Druck in der Druckkammer 14 gemessen wird, um den Förderdruck der Luftpumpe 4 zu messen, direkt an die Luftkammer 14 angeschlossen. Ein vom Druck-Sensor 11 gemessener Wert (gemessener Druck Pd) wird dem Reglerbereich 10 zugeführt. Weiterhin ist an eine Stromversorgungsleitung 2a, die aus der Brennstoffzelle 2 elektrische Energie zum äußeren elektrischen Verbraucher führt, ein elektrischer Laststrom-Sensor 12 angebracht, der einen von der Brennstoffzelle abgegebenen elektrischen Strom (elektrischer Laststrom) misst. Auch ein Messwert des elektrischen Laststrom-Sensors 12 (gemessener elektrischer Laststrom ILd) wird dem Reglerbereich 10 zugeführt.
Im Folgenden wird das Regelungsverfahren genauer erklärt. Im Brennstoffzellensystem 1 ist als Energiequelle für die Luftpumpe 4 eine Luftpumpen-Energiequelle 17 vorhanden. Die Luftpumpen-Energiequelle 17 umfasst einen Kondensator, der beispielsweise durch die von der Brennstoffzelle 2 abgegebene elektrische Energie aufgeladen wird. In dem Brennstoffzellen-System ist außerdem ein Spannungssensor 15 angebracht, der die Betriebsspannung der Luftpumpe 4 misst, welche an die Luftpumpe 4 über die Luftpumpen-Energiequelle 17 angelegt ist. Der Spannungs-Sensor 15 kann in Parallelschaltung zur Luftpumpen-Energiequelle 17 angebracht werden. Ein vom Spannungs-Sensor 15 gemessener Wert (gemessene Pumpen-Spannung Vd) wird dem den Reglerbereich ausbildenden Ein-Chip-Mikrocontroller zugeführt.
Damit ferner aufgrund z. B. von Schwankungen des Laststroms die von der Brennstoffzelle 2 produzierte elektrische Energiemenge nicht sinkt, stellt der Reglerbereich 10 die Spannung der Luftpumpe 4 ein. Dies geschieht auf der Grundlage der jeweiligen Messergebnisse des Druck-Sensors 11, des elektrischen Laststrom-Sensor 12 und des Spannungs-Sensors 15, sowie auf der Grundlage der Informationen, die in einem Speicher 13 vorab gespeichert wurden. Der Speicher 13 ist ein Hilfsspeicher, der zum Beispiel das Flash-Memory des Ein-Chip-Mikrocontrollers sein kann. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Brennstoffzelle 2 immer die richtige Menge an Luft zugeführt wird. Dementsprechend speichert der Speicher 13 die Information, die sich auf die Eigenschaften der Betriebsspannung, des Förderdrucks und einer zuzuführenden Soll-Durchflussmenge Q bezieht (Information Nr. 2A), genauer gesagt: die sich auf das Verhältnis der Betriebsspannung der Luftpumpe 4, des Förderdrucks der Luftpumpe 4 und der zuzuführende Soll-Durchflussmenge an Luft (Oxidationsgas), die von der Luftpumpe 4 zur Brennstoffzelle 2 gepumpt wird, bezieht. Darüber hinaus speichert der Speicher 13 eine Information, die eine Eigenschaft des elektrischen Laststroms der Brennstoffzelle 2 und eine Eigenschaft der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge enthält (Information Nr. 1). Noch konkreter beschrieben, legt der Reglerbereich 10 aufgrund der folgenden Werte die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q fest: Er berücksichtigt einerseits die im Speicher 13 vorab gespeicherten Informationen, welche die zuzuführende Soll-Durchflussmenge und den elektrischen Laststrom betriffen (siehe 4), und berücksichtigt andererseits die vom elektrischen Laststrom-Sensor 12 gemessenen elektrischen Lastströme (gemessener elektrischer Laststrom ILd). Außerdem berücksichtigt der Reglerbereich 10 die vorab in Speicher 13 gespeicherte Information (Information Nr. 2A), welche die Eigenschaften der Betriebsspannung, des Förderdrucks und der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge der Luftpumpe 4 betrifft und er stellt die Betriebsspannung der Luftpumpe 4 so ein, dass die tatsächliche zugeführte Durchflussmenge an Luft aus der Luftpumpe 4 mit der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge Q übereinstimmt. Wie oben beschrieben, umfasst der Speicher 13 den Speicher Nr. 1 und den Speicher Nr. 2A.
2 ist ein Beispiel für die vorab im Speicher 13 gespeicherte Information (Information Nr. 2A), welche die Eigenschaften der Betriebsspannung, des Förderdrucks und der zugeführten Durchflussmenge der Luftpumpe 4 enthält. Die Information Nr. 2A umfasst Funktionen oder eine Vielzahl von Kennlinien (Betriebsspannungs-Förderdruck-Kurven), die eine Beziehung zwischen der Betriebsspannung und dem Förderdruck der Luftpumpe 4 beschreiben, wobei die vom elektrischen Laststrom abhängigen zuzuführenden Soll-Durchflussmengen Q(1), Q(2), Q(3), ..., Q(n) als Parameter (feste Variablen) behandelt sind. Mit anderen Worten beschreibt jede einzelne dieser Funktionen, eine Beziehung zwischen dem Förderdruck der Luftpumpe 4, welcher zum Erhalten der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge Q(k) notwendig ist, und der Betriebsspannung der Luftpumpe 4, welche zum Erhalten des Förderdrucks notwendig ist. Im abgebildeten Beispiel gibt hängen die zuzuführenden Soll-Durchflussmengen Q(k) gemäß folgender Beziehungen voneinander ab: Q(1) < Q(2) < Q(3) < ... < Q(n). Vorzugsweise sollte n nach Möglichkeit eine sehr große Zahl sein, so dass die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) mit der optimalen zugeführten Durchflussmenge soweit wie möglich übereinstimmt.
In Speicher 13 ist eine vorbestimmte Formel gespeichert, welche die Spannungs-Förderdruck-Kurven beschreibt die zu den jeweiligen zuzuführenden Soll-Durchflussmengen Q(1), Q(2), Q(3), ..., Q(n) gleichwertig sind. Mit dem nachstehend gezeigten Term (1) ist eine Formel beschrieben, die eine Spannungs-Förderdruck-Kurve zeigt, die an die k-te (k:k = 1, 2, ..., n) zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) angepasst ist. P(k) = a(k)·V – b(k) (1)
Dabei ist a(k): eine von einer Eigenschaft der Luftpumpe abhängige Zahl, während P(k): der Förderdruck der Luftpumpe, V: die Betriebsspannung der Luftpumpe, b(k): ein angenommener Förderdruck der Luftpumpe in dem Fall, dass die Spannung der Luftpumpe Null beträgt, sind. Darüber hinaus hängt auch der Wert b(k) von der Eigenschaft der Luftpumpe ab.
Der Reglerbereich 10 vergleicht den vom Druck-Sensor 11 gemessenen Wert des Förderdrucks der Luftpumpe 4 (gemessener Druck Pd) mit einem Förderdruck (geschätzter Druck P(k)), der mit der obigen Formel (1) auf Grundlage der Betriebsspannung V (hier: gemessene Spannung Vd) geschätzt wurde, die in diesem Moment an der Luftpumpe 4 anliegt. Dann wird die Betriebsspannung V so eingestellt, dass der gemessene Förderdruck Pd und der geschätzte Förderdruck P(k) gleich sind. Diese Einstellung der Spannung V kann über eine Spannungsveränderung der Ausgangsspannung der Luftpumpen-Energiequelle 17 durch beispielsweise einen DC/DC-Konverter oder einen DC/AC-Wandler vorgenommen werden. Das Verhältnis der Spannungs-Umwandlung beim DC/DC-Konverter bzw. DC/AC-Wandler kann vom Reglerbereich 10 über eine PWM-Einstellung gemäß einem Tastgrads eingestellt werden. Durch eine derartige Einstellung kommt es zu einem angeglichenen Wert der zugeführten Durchflussmenge an Luft aus der Luftpumpe 4 an die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k).
3 ist ein Flussdiagramm, das den obengenannten Ablauf der Einstellung der Zufuhr-Durchflussmenge von Luft am Reglerbereich 10 zeigt.
In 3 werden zunächst sowohl der Förderdruck der Luftpumpe 4 durch den Drucksensor 11, als auch der elektrische Laststrom gemessen, und als gemessener Druck Pd und gemessener elektrischer Laststrom ILd an den Reglerbereich 10 ausgegeben (Schritt S11). Als nächstes wird basierend auf dem gemessenen elektrischen Laststrom ILd die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) eingestellt, wobei auf die Einstellung der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge Q(k) hin basierend auf der Betriebsspannung der Luftpumpe 4 (gemessene abgegebene Spannung Vd) zu diesem Zeitpunkt über die obige Formel (1) der geschätzte Druck P(k) ermittelt wird. Danach wird ermittelt, ob der gemessene Druck Pd kleiner ist, als der geschätzte Druck P(k) (Schritt S12). Davon abhängig wird, wenn der gemessene Druck Pd kleiner als der geschätzte Druck P(k) ist, mit Schritt S13 fortgefahren und wenn der gemessene Druck Pd größer als der geschätzte Druck P(k) ist, wird mit Schritt S14 fortgefahren.
In Schritt S13 wird, damit der geschätzte Druck P(k) bis auf den gemessenen Druck Pd abgesenkt wird, auf eine Anweisung des Reglerbereichs 10 hin die Betriebsspannung V der Luftpumpe 4 auf einen vorbestimmten Wert reduziert, und mit dem nächsten Schritt S14 fortgefahren. Die durch die Reduktion der Betriebsspannung V bewirkte Reduktion des geschätzten Drucks P(k) ist größer als die Reduktion des tatsächlichen Förderdrucks der Luftpumpe 4 (gemessener Druck Pd). Aus diesem Grund können die beiden Werte durch die Reduktion der Betriebsspannung V aneinander angeglichen werden.
In Schritt S14 wird festgestellt, ob der gemessene Druck Pd größer ist, als der geschätzte Druck P(k). Auf der Grundlage der Betriebsspannung V (gemessene Spannung Vd) der Luftpumpe 4 zum Zeitpunkt der Messung des gemessenen Druckes Pd, ist der geschätzte Druck P(k) eine Schätzung basierend auf der obigen Funktion (1), die an die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) angepasst ist. Wenn der gemessene Druck Pd größer ist als der geschätzte Druck P(k), wird daraufhin mit Schritt S15 fortgefahren; wenn aber der gemessene Druck Pd kleiner ist als der geschätzte Druck P(k), wird mit Schritt S16 fortgefahren.
In Schritt S15 wird, damit die oben genannte festgelegte zuzuführenden Soll-Durchflussmenge Q(k) erreicht wird, auf Anweisung des Reglerbereichs 10 hin die Betriebsspannung V der Luftpumpe 4 auf einen vorbestimmten Wert erhöht, und mit dem nächsten Schritt S16 fortgefahren. Die durch die Erhöhung der Betriebsspannung V bewirkte Erhöhung des geschätzten Drucks P(k) ist größer als die Erhöhung des tatsächlichen Förderdrucks der Luftpumpe 4 (gemessener Druck Pd). Aus diesem Grund können die beiden Werte durch die Reduktion der Betriebsspannung V aneinander angeglichen werden.
In Schritt S16 wird festgestellt, ob der gemessene Druck Pd mit dem geschätzten Druck P(k) übereinstimmt, der auf der Grundlage der Betriebsspannung V der Luftpumpe 4 zum Zeitpunkt der Messung des gemessenen Drucks geschätzt wurde und an die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) angepasst ist. Daraufhin wird, wenn der gemessene Druck Pd mit dem geschätzten Druck P(k) übereinstimmt und die zugeführte Ist-Durchflussmenge der zur Brennstoffzelle 2 geführten Luft mit der zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) übereinstimmt, mit Schritt S17 fortgefahren. Wenn in Schritt S16 der gemessene Druck Pd mit dem geschätzten Druck P(k) nicht übereinstimmt, wird wieder mit Schritt S11 begonnen.
In Schritt S17 wird die Betriebsspannung V der Luftpumpe 4 beibehalten und wieder mit Schritt S11 begonnen. Als nächstes wird die Festlegung der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge, welche an den elektrischen Laststrom angepasst wird, erklärt. 4 ist eine Kennlinie, die ein Verhältnis zwischen dem elektrischen Laststrom und der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge zeigt, wobei das Verhältnis die Information (Information Nr. 1) ist, welche die anfängliche Bestimmung der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge an Luft zur Brennstoffzelle 2 basierend auf den Werten des elektrischen Laststroms betrifft.
Die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q wird festgelegt, indem eine optimale zuzuführende Durchflussmenge an Luft und der Ausgangsstrom (elektrischer Laststrom) der Brennstoffzelle 2 gegenüber gestellt werden. Zum Beispiel ein vorbestimmter Wert des Ausgangsstromes der Brennstoffzelle 2 als INL und die bei diesem Wert optimale zugeführte Durchflussmenge an Luft als Q(3) bezeichnet werden. Wenn dann, wie in 4 gezeigt wird, der elektrische Laststrom auf weniger als 0,5 × INL fällt (die Hälfte des vorbestimmten Werts für den Ausgangsstrom INL), dann wird die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q auf Q(1) gesetzt, was die Hälfte von Q(3) beträgt. Wenn der elektrische Laststrom ferner größer als 0,5·INL und kleiner als 0,75 × INL (drei Viertel des vorbestimmten Werts für den Ausgangsstrom INL) ist, dann wird die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q auf Q(2) gesetzt, was drei Viertel von Q(3) beträgt.
Auf diese Weise kann durch ein Festlegen der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge in Form eines stufenförmigen Anstiegs bei einem Anstiegs des elektrischen Laststroms, die Datenmenge, die in Speicher 13 gespeichert wird, verringert werden.
Ausgehend von dem Ziel, die zuzuführende Soll-Durchflussmenge so weit wie möglich an die optimale zuzuführende Durchflussmenge anzupassen, ist es jedoch besonders bevorzugt, den festgelegten Wert (n) der zuzuführende Soll-Durchflussmenge so groß wie möglich zu wählen.
In der vorliegenden Ausführung besteht beim Setzen der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge Q(1) im Falle eines Laststromes von weniger als 0,5 × INL die Gefahr, dass die Betriebsspannung spürbar sinkt, weil wenn die zugeführte Durchflussmenge an Luft im Falle eines vergleichsweise kleinen elektrischen Laststromes sinkt, sich im Luftkanal ansammelndes Wasser den gesamten Luftkanal verstopft. Ebenfalls sollte in besonders günstiger Weise ein Wertebereich für den elektrischen Laststrom, der einem festgelegten Wert für die zuzuführende Soll-Durchflussmenge zugeordnet ist, auf weniger als 0,5 × INL eingeschränkt werden, wobei dieser Wertebereich derart bestimmt werden kann, dass zum Beispiel Faktoren wie die Ansammlung von Wasser im Luftkanal und die darauf mögliche Verstopfung des Kanals berücksichtigt werden.
Im Folgenden wird, basierend auf dem Flussdiagramm der 5, ein Ablauf zum Festlegen der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge erklärt, im Rahmen dessen der Reglerbereich 10 die in 4 gezeigte Information (Information Nr. 1) nutzt, um die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) festzulegen.
Wie in 5 gezeigt ist, misst zunächst der elektrische Laststrom-Sensor 12 den elektrischen Laststrom der Brennstoffzelle 2 (Schritt S21). Daraufhin wird bestimmt, ob der gemessene elektrische Laststrom (gemessener elektrischer Laststrom ILd) geringer ist als 0,5 × INL (Schritt S22). Wenn dann der gemessene elektrische Laststrom ILd geringer ist als 0,5 × INL, wird mit Schritt S23 fortgefahren, und nachdem die zuzuführende Soll-Durchflussmenge auf Q(1) festgelegt wurde, wird zu Schritt S21 zurückgekehrt. Wenn jedoch der gemessene elektrische Laststrom ILd größer ist als 0,5 × INL, wird mit Schritt S24 fortgefahren.
In Schritt S24 wird festgestellt, ob der gemessene elektrische Laststrom ILd größer ist als 0,5 × INL und gleichzeitig in einem Bereich von niedriger als 0,75 × INL liegt. Mit anderen Worten: es wird festgestellt, ob der gemessene elektrische Laststrom ILd größer ist, als 0,75 × INL. Im dem Fall, dass er nicht größer ist (Schritt S24: NO), sich also der gemessene elektrische Laststrom ILd im oben genannten Wertebereich befindet, wird mit Schritt S25 fortgefahren, die zuzuführende Soll-Durchflussmenge auf Q(2) festgelegt und zurückgekehrt zu Schritt S21. Im dem Fall, dass sich der gemessene elektrische Laststrom ILd nicht im oben genannten Bereich befindet (Schritt S24: YES), der gemessene elektrische Laststrom ILd also größer ist als 0,75 × INL, wird mit Schritt S25 fortgefahren. In Schritt S26 wird die zuzuführende Soll-Durchflussmenge auf Q(3) festgelegt und zurückgekehrt zu Schritt S21.
Wie oben erklärt wurde, ist es beim vorliegenden Aufbau leicht möglich, über die Verwendung einer Verdrängerpumpe als Luftpumpe 4 das Brennstoffzellen-System 4 zu verkleinern. Darüber hinaus wird die von der Luftpumpe 4 ausgestoßene Luft in die Luftkammer 14 abgegeben, die als Pufferkammer fungiert. Wenn über die Luftkammer der Brennstoffzelle 2 Luft zugeführt wird, ist es möglich, immer genau die richtige Menge an Oxidationsgas zuzuführen. Auf diese Weise ist die regelmäßige Stromerzeugung der Brennstoffzelle 2 sichergestellt.
Weiterhin wird die zuzuführende Soll-Durchflussmenge immer an die vom elektrischen Laststrom-Sensor 12 gemessenen elektrischen Lastströme angepasst, so dass selbst, wenn sich der elektrische Laststrom ändert, eine daran angepasste, genau richtige Durchflussmenge an Oxidationsgas zur Brennstoffzelle 2 geführt werden kann.
Außerdem wird es dadurch möglich, ohne einen Durchfluss-Detektor, der die Durchflussmenge des an die Brennstoffzelle geführten Oxidationsgases misst und auch ohne ein die Durchflussmenge steuerndes Steuerventil, sondern allein durch den Druck-Sensor 11 der Brennstoffzelle 2 immer die richtige Menge an Oxidationsgas zuzuführen. Aufgrund dessen können sowohl die Kosten für das Brennstoffzellen-System reduziert, als auch eine einfache Verkleinerung ermöglicht werden. Als weiterer Vorteil kann auf diese Weise der Ursache von Fehlfunktionen, namentlich den Verstopfungen durch die Durchflussmenge-Detektoren, vorgebeugt und so ein durchgängiger Betrieb der Brennstoffzelle sichergestellt werden.
Im Folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklärt.
6 ist ein Blockschaltbild, das einen anderen Aufbau eines Brennstoffzellen-Systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Das dort dargestellte Brennstoffzellensystem 1A unterscheidet sich vom System in 1 in einem Punkt: Es ist ein Pumpen-Strom-Sensor 16 angeordnet, der den Strom misst, den die Luftpumpen-Energiequelle 17 der Luftpumpe 4 zuführt, d. h. den Betriebsstrom IP der Luftpumpe 4. Der Pumpen-Strom-Sensor 16 kann direkt in Reihe zur Luftpumpen-Energiequelle 17 angeordnet werden. Der vom Pumpen-Strom-Sensor 16 gemessene Stromwert (gemessener Pumpen-Strom IPd) wird in den sich im Reglerbereich 10 befindlichen Ein-Chip-Mikrocontroller eingegeben.
Damit, z. B. hervorgerufen durch Änderungen im Laststrom, die in Brennstoffzelle 2 erzeugte Menge an elektrischer Energie nicht sinkt, steuert der Reglerbereich 10 den Betriebsstrom IP der Luftpumpe 4. Dies geschieht mittels der einzelnen Werte des Druck-Sensors 11, des elektrischen Laststrom-Sensors 12 sowie des Pumpen-Strom-Sensors 16, außerdem aufgrund der im Voraus gespeicherten Informationen in Speicher 13A, welcher ein Hilfsspeicher ist, der zum Beispiel das Flash-Memory des Ein-Chip-Controllers sein kann. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die zur Brennstoffzelle 2 geführte Zufuhr-Durchflussmenge genau richtig ist.
Der Speicher 13A speichert die Information, die die Eigenschaften zwischen zwischen dem Antriebsstrom, dem Förderdruck und der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge beschreiben (Information Nr. 2B), genauer gesagt, die die Beziehung zwischen dem Antriebsstrom der Luftpumpe 4 (gemessener Pumpen-Strom IPd), dem Förderdruck der Luftpumpe 4 (gemessener Druck Pd) und der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge Q an Luft (Oxidationsgas), die von der Luftpumpe 4 zur Brennstoffzelle 2 geführt wird, beschreiben. Außerdem speichert der Speicher 13A die Information, die die Eigenschaften zwischen dem Laststrom und der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge der Brennstoffzelle 2 beschreiben (Information Nr. 1). Diesem Struktur der Information entsprechend umfasst der Speicher 13A einen Speicher Nr. 1 einen und Speicher Nr. 2. Noch konkreter beschrieben, legt der Reglerbereich 10 aufgrund der folgenden Werte die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q fest: Er berücksichtigt einerseits die im Speicher 13A vorab gespeicherten Informationen, welche die zuzuführende Soll-Durchflussmenge und den elektrischen Laststrom betriffen (siehe 4), und berücksichtigt andererseits die vom elektrischen Laststrom-Sensor 12 gemessenen elektrischen Lastströme (gemessener elektrischer Laststrom ILd). Außerdem berücksichtigt der Reglerbereich 10 die vorab in Speicher 13A gespeicherte Information (Information Nr. 2B), welche die Eigenschaften des Betriebsstromes, des Förderdrucks und der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge der Luftpumpe 4 betrifft und er stellt den Betriebsstrom der Luftpumpe 4 so ein, dass die tatsächliche zugeführte Durchflussmenge an Luft aus der Luftpumpe 4 mit der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge Q übereinstimmt. Wie oben beschrieben, umfasst der Speicher 13 den Speicher Nr. 1 und den Speicher Nr. 2B.
7 ist ein Beispiel für die vorab im Speicher 13A gespeicherte Information (Information Nr. 2B), welche die Eigenschaften des Betriebsstromes, des Förderdrucks und der zugeführten Durchflussmenge der Luftpumpe 4 enthält. Die Information Nr. 2B umfasst Funktionen oder eine Vielzahl von Kennlinien (Betriebsstrom-Förderdruck-Kurven), die eine Beziehung zwischen dem Betriebsstrom und dem Förderdruck der Luftpumpe 4 beschreiben, wobei die vom elektrischen Laststrom abhängigen zuzuführenden Soll-Durchflussmengen Q(1), Q(2), Q(3), ..., Q(n) als Parameter (feste Variablen) behandelt sind. Mit anderen Worten beschreibt jede einzelne dieser Funktionen, eine Beziehung zwischen dem Förderdruck der Luftpumpe 4, welcher zum Erhalten der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge Q(k) notwendig ist, und dem Betriebsstrom der Luftpumpe 4, welche zum Erhalten des Förderdrucks notwendig ist. Im abgebildeten Beispiel gibt hängen die zuzuführenden Soll-Durchflussmengen Q(k) gemäß folgender Beziehungen voneinander ab: Q(1) < Q(2) < Q(3) < ... < Q(n). Vorzugsweise sollte n nach Möglichkeit eine sehr große Zahl sein, so dass die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) mit der optimalen zugeführten Durchflussmenge soweit wie möglich übereinstimmt.
In Speicher 13 ist eine vorbestimmte Formel gespeichert, welche die Strom-Förderdruck-Kurven beschreibt die zu den jeweiligen zuzuführenden Soll-Durchflussmengen Q(1), Q(2), Q(3), ..., Q(n) gleichwertig sind. Mit dem nachstehend gezeigten Term (1) ist eine Formel beschrieben, die eine Strom-Förderdruck-Kurve zeigt, die an die k-te (k:k = 1, 2, ..., n) zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) angepasst ist. P(k) = c(k)·IP – d(k) (2)
Dabei ist c(k) eine von den Eigenschaften der Luftpumpe abhängige Zahl, während P(k): der Förderdruck der Luftpumpe, IP: der Betriebsstrom der Luftpumpe, d(k): der bestimmter Förderdruck der Luftpumpe für den Fall ist, dass der Strom-Wert des Luftpumpe „0” beträgt. Darüber hinaus hängt auch der Wert von d(k) von den Eigenschaften der Luftpumpe ab.
Der Reglerbereich 10 vergleicht einen vom Druck-Sensor 11 gemessenen Wert des Förderdrucks der Luftpumpe 4 (gemessener Druck Pd) mit einem Förderdruck (geschätzter Druck P(k)), welcher mit der obigen Formel (2) auf Grundlage des Betriebsstroms (hier: gemessener Pumpenstrom IPd), der zum entsprechenden Zeitpunkt der Messung des Wert des Förderdrucks der Luftpumpe 4 bei der Luftpumpe 4 auftrat, ermittelt wurde. Dann wird der Betriebsstrom der Luftpumpe 4 derart eingestellt, dass der gemessene Druck Pd und der geschätzte Druck P(k) einander angepasst sind. Diese Einstellung des Betriebsstroms der Luftpumpe kann über eine Spannungsveränderung der Ausgangsspannung der Luftpumpen-Energiequelle 17 durch beispielsweise einen DC/DC-Konverter oder einen DC/AC-Wandler vorgenommen werden. Das Verhältnis der Spannungs-Umwandlung beim DC/DC-Konverter bzw. DC/AC-Wandler kann vom Reglerbereich 10 über eine PWM-Einstellung gemäß einem Tastgrads eingestellt werden. Durch eine derartige Einstellung kommt es zu einem angeglichenen Wert der zugeführten Durchflussmenge an Luft aus der Luftpumpe 4 an die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k).
8 ein Flussdiagramm, das den obengenannten Ablauf der Einstellung der Zufuhr-Durchflussmenge von Luft am Reglerbereich 10 zeigt.
In 8 werden zunächst sowohl der Förderdruck der Luftpumpe 4 durch den Drucksensor 11, als auch der elektrische Laststrom gemessen, und als gemessener Druck Pd und gemessener elektrischer Laststrom ILd an den Reglerbereich 10 ausgegeben (Schritt S31). Als nächstes wird basierend auf dem gemessenen elektrischen Laststrom ILd die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) eingestellt, wobei auf die Einstellung der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge Q(k) hin basierend auf dem Betriebsstrom der Luftpumpe 4 (gemessener ausgegebener Strom IPd) zu diesem Zeitpunkt über die obige Formel (2) der geschätzte Druck P(k) ermittelt wird. Danach wird ermittelt, ob der gemessene Druck Pd kleiner ist, als der geschätzte Druck P(k) (Schritt S32). Davon abhängig wird, wenn der gemessene Druck Pd kleiner als der geschätzte Druck P(k) ist, mit Schritt S33 fortgefahren und wenn der gemessene Druck Pd größer als der geschätzte Druck P(k) ist, wird mit Schritt S34 fortgefahren.
In Schritt S33 wird, damit die oben genannte, festgelegte zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) erreicht wird, auf eine Anweisung des Reglerbereichs 10 hin der Betriebsstrom IP der Luftpumpe 4 auf einen vorbestimmten Wert reduziert, wobei der geschätzte Druck P(k) bis auf den gemessenen Druck Pd abgesenkt wird, und mit dem nächsten Schritt S34 fortgefahren. Die durch die Reduktion des Betriebsstromes IP bewirkte Reduktion des geschätzten Drucks P(k) ist größer als die Reduktion des tatsächlichen Förderdrucks der Luftpumpe 4 (gemessener Druck Pd). Aus diesem Grund können die beiden Werte durch die Reduktion des Betriebsstroms IP aneinander angeglichen werden.
In Schritt S34 wird festgestellt, ob der gemessene Druck Pd größer ist, als der geschätzte Druck P(k). Auf der Grundlage der Betriebsstrom IP (gemessener Strom IP) der Luftpumpe 4 zum Zeitpunkt der Messung des gemessenen Druckes Pd, ist der geschätzte Druck P(k) eine Schätzung basierend auf der obigen Funktion (1), die an die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) angepasst ist. Wenn der gemessene Druck Pd größer ist als der geschätzte Druck P(k), wird daraufhin mit Schritt S35 fortgefahren; wenn aber der gemessene Druck Pd kleiner ist als der geschätzte Druck P(k), wird mit Schritt S36 fortgefahren.
In Schritt S35 wird, damit die oben genannte festgelegte zuzuführenden Soll-Durchflussmenge Q(k) erreicht wird, auf Anweisung des Reglerbereichs 10 hin dir Betriebsstrom IP der Luftpumpe 4 auf einen vorbestimmten Wert erhöht, wobei der geschätzte Druck P(k) auf den gemessenen Druck Pd erhöht wird, und mit dem nächsten Schritt S16 fortgefahren. Die durch die Erhöhung des Betriebsstromes IP bewirkte Erhöhung des geschätzten Drucks P(k) ist größer als die Erhöhung des tatsächlichen Förderdrucks der Luftpumpe 4 (gemessener Druck Pd). Aus diesem Grund können die beiden Werte durch die Reduktion des Betriebsstromes aneinander angeglichen werden.
In Schritt S36 wird festgestellt, ob der gemessene Druck Pd mit dem geschätzten Druck P(k) übereinstimmt, der auf der Grundlage des Betriebsstromes IP der Luftpumpe 4 zum Zeitpunkt der Messung des gemessenen Drucks geschätzt wurde und an die zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) angepasst ist. Daraufhin wird, wenn der gemessene Druck Pd mit dem geschätzten Druck P(k) übereinstimmt und die zugeführte Ist-Durchflussmenge der zur Brennstoffzelle 2 geführten Luft mit der zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q(k) übereinstimmt, mit Schritt S37 fortgefahren. Wenn in Schritt S36 der gemessene Druck Pd mit dem geschätzten Druck P(k) nicht übereinstimmt, wird wieder mit Schritt S31 begonnen.
In Schritt S37 wird der Betriebsstrom IP der Luftpumpe 4 beibehalten und wieder mit Schritt S31 begonnen. Auf diese Weise kann die Einstellung der zuzuführenden Soll-Durchflussmenge Q(k) entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt werden (siehe 4 und 5).
Vorstehend wurden zwei Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 1 und Ausführungsbeispiel 2 für ein Brennstoffzellen-System beschrieben, im Rahmen derer eine zugeführte Ist-Durchflussmenge an Luft, die von einer Luftpumpe 4 zu einer Brennstoffzelle 2 gepumpt wird, an eine zuzuführende Soll-Durchflussmenge Q angepasst wird. Entweder wird die Betriebsspannung oder der Antriebsstrom der Luftpumpe basierend auf den Messergebnissen des Druck-Sensors 11 verändert.
Dabei ist jedoch weder ein Durchfluss-Detektor, der die zugeführten Durchflussmenge an Luft misst, die von der Luftpumpe 4 zur Brennstoffzelle 2 gepumpt wird, noch ist ein Luftventil oder Luft-Steuerventil zur Steuerung der zugeführten Durchflussmenge an Luft notwendig. So können die Herstellungskosten des Brennstoffzellen-Systems gesenkt werden und eine Verkleinerung des Brennstoffzellen-Systems wird ermöglicht.
Dadurch, dass bei der Brennstoffzelle 2 ein Einbau eines Sensors zum Erfassen einer Durchflussmenge – der normalerweise Parallelschaltung eingebaut werden muss – unnötig geworden ist, können außerdem Fehlfunktionen vorgebeugt werden, die durch Verstopfung an dem Sensor zum Erfassen der Durchflussmenge in Brennstoffzellen-Systemen auftreten können. Weiterhin werden Schwingungen des Drucks, der durch die Vor-und-Zurückbewegung einer Diaphragma-Membran entsteht, durch die Luftkammer 14 gedämpft, so dass eine stabile Stromerzeugung der Brennstoffzelle möglich wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das Brennstoffzellen-System der vorliegenden Erfindung zeichnet sich durch niedrige Produktionskosten, einen geringen Platzbedarf und einer geringen Anfälligkeit für Verstopfungen im Luftkanal durch einen Sensor zum Erfassen einer Durchflussmenge als besonders vorteilhaft aus und kann beispielsweise als Energiequelle in technischen Bereichen mit mobilen elektronischen Kleingeräten wie Notebook-Computern, Mobiltelefonen und PDAs (personal digital assistants) genutzt werden. Weiterhin kann es als Energiequelle für Outdoor-Freizeitgeräte oder auch als Reserve-Energieversorgung für den Notfall genutzt werden. Darüber hinaus kann das Brennstoffzellen-System der vorliegenden Erfindung beispielsweise auch als Energiequelle für elektrische Anlasser und ähnliche Verwendungszwecke eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1, 1A: Brennstoffzellensystem
2: Brennstoffzelle
3: Brennstoffpumpe
4: Luftpumpe
5: Verdünnungstank
6: Methanolpumpe
7: Rücklaufpumpe
8: Methanoltank
9: Gas-Flüssigkeits-Abscheider
10: Reglerbereich
11: Druck-Sensor
12: Laststrom-Sensor
13, 13A: Speicher
14: Luftkammer
15: Druck-Sensor
16: Pumpen-Strom-Sensor
17: Luftpumpen-Energiequelle

Claims

Direktoxidations-Brennstoffzellen-System, umfassend: – eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Brennstoff und Oxidationsgas; – eine Verdrängerpumpe zur Versorgung der zuvor genannten Brennstoffzelle mit dem zuvor genannten Oxidationsgas; – eine Energiequelle für die Pumpe zum Anlegen einer Betriebsspannung an die zuvor genannte Pumpe; – eine Pufferkammer zum Dämpfen von Schwingungen in einem Förderdruck der zuvor genannten Pumpe; – einen Druck-Sensor zum Messen des Förderdrucks der zuvor genannten Pumpe; – einen elektrischen Laststrom-Sensor zum Messen eines elektrischen Laststroms der zuvor genannten Brennstoffzelle; – einen Spannungs-Sensor zum Messen der Betriebsspannung der zuvor genannten Pumpe; – einen ersten Speicher, in dem eine erste Information für eine an den zuvor genannten elektrischen Laststrom angepasste, vorbestimmte, zuzuführende Soll-Durchflussmenge für das zuvor genannte Oxidationsgas zur zuvor genannten Brennstoffzelle gespeichert ist; – einen zweiten Speicher, in dem eine zweite Information für einen Zusammenhang zwischen der Betriebsspannung der zuvor genannten Pumpe, dem Förderdruck der zuvor genannten Pumpe und der zuvor genannten zuzuführenden Soll-Durchflussmenge gespeichert ist; – einen Controller zum Einstellen einer zugeführten Durchflussmenge an zuvor genanntem Oxidationsgas, das in die zuvor genannte Brennstoffzelle geleitet wird, basierend auf der zuvor genannten ersten Information, der zuvor genannten zweiten Information, einem mit dem zuvor genannten Druck-Sensor gemessenen Wert, einem mit dem zuvor genannten elektrischen Laststrom-Sensor gemessenen Wert und basierend auf einem mit dem zuvor genannten Spannungs-Sensor gemessenen Wert.
Direktoxidations-Brennstoffzellen-System nach Anspruch 1, wobei der zuvor genannte Controller zum Einstellen der Betriebsspannung der zuvor genannten Pumpe durch Anpassen eines geschätzten Wertes für den Förderdruck der zuvor genannten Pumpe, der mittels der zuvor genannten zweiten Information basierend auf der zuvor genannten vorbestimmten zuzuführenden Soll-Durchflussmenge geschätzt wurde, an einen gemessenen Wert aus dem Druck-Sensor angepasst ist, wobei die vorbestimmte zuzuführende Soll-Durchflussmenge mittels der zuvor genannten ersten Information basierend auf dem zuvor genannten Laststrom geschätzt ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellen-System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei sich die mittels der zweiten Information festgelegte Beziehung zwischen dem zuvor genannten und nachstehend mit P bezeichneten Förderdruck der Pumpe und der zuvor genannten und nachstehend mit V bezeichneten Betriebsspannung der Pumpe als eine Funktion P = a × V – b darstellen lässt, in der die oben genannte zuzuführende Soll-Durchflussmenge als Parameter behandelt ist, wobei a und b Konstanten sind.
Direktoxidations-Brennstoffzellen-System, umfassend: – eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Brennstoff und Oxidationsgas; – eine Verdrängerpumpe zur Versorgung der zuvor genannten Brennstoffzelle mit dem zuvor genannten Oxidationsgas; – eine Energiequelle für die Pumpe zum Anlegen eines Betriebsstromes an die zuvor genannte Pumpe; – eine Pufferkammer zum Dämpfen von Schwingungen in einem Förderdruck der zuvor genannten Pumpe; – einen Druck-Sensor zum Messen des Förderdrucks der zuvor genannten Pumpe; – einen elektrischen Laststrom-Sensor zum Messen eines elektrischen Laststroms der zuvor genannten Brennstoffzelle; – einen Pumpen-Strom-Sensor zum Messen des Betriebsstromes der zuvor genannten Pumpe; – einen ersten Speicher, in dem eine erste Information für eine an den zuvor genannten elektrischen Laststrom angepasste, vorbestimmte, zuzuführende Soll-Durchflussmenge für das zuvor genannte Oxidationsgas zur zuvor genannten Brennstoffzelle gespeichert ist; – einen zweiten Speicher, in dem eine zweite Information für einen Zusammenhang zwischen dem Betriebsstrom der zuvor genannten Pumpe, dem Förderdruck der zuvor genannten Pumpe und der zuvor genannten zuzuführenden Soll-Durchflussmenge gespeichert ist; – einen Controller zum Einstellen einer zugeführten Durchflussmenge an zuvor genanntem Oxidationsgas, das in die zuvor genannte Brennstoffzelle geleitet wird, basierend auf der zuvor genannten ersten Information, der zuvor genannten zweiten Information, einem mit dem zuvor genannten Druck-Sensor gemessenen Wert, einem mit dem zuvor genannten elektrischen Laststrom-Sensor gemessenen Wert und basierend auf einem mit dem zuvor genannten Pumpen-Strom-Sensor gemessenen Wert.
Direktoxidations-Brennstoffzellen-System nach Anspruch 4, wobei der zuvor genannte Controller zum Einstellen des Betriebsstroms der zuvor genannten Pumpe durch Anpassen eines geschätzten Wertes für den Förderdruck der zuvor genannten Pumpe, der mittels der zuvor genannten Information basierend auf der zuvor genannten vorbestimmten zuzuführenden Soll-Durchflussmenge geschätzt wurde, an einen gemessenen Wert aus dem Druck-Sensor angepasst ist, wobei die vorbestimmte zuzuführende Soll-Durchflussmenge mittels der zuvor genannten ersten Information basierend auf dem zuvor genannten Laststrom geschätzt ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellen-System nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei sich die mittels der zweiten Information festgelegte Beziehung zwischen dem zuvor genannten und nachstehend mit P bezeichneten Förderdruck der Pumpe und dem zuvor genannten und nachstehend mit IP bezeichneten Betriebsstrom der Pumpe als eine Funktion P = c × IP – d darstellen lässt, in der die oben genannte zuzuführende Soll-Durchflussmenge als Parameter behandelt ist, wobei c und d Konstanten sind.
Direktoxidations-Brennstoffzellen-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zuvor genannte erste Information eine Funktion ist, im Rahmen derer sich die zuvor genannte zuzuführende Soll-Durchflussmenge bei einer Erhöhung des zuvor genannten elektrischen Laststroms stufenweise erhöht.
Direktoxidations-Brennstoffzellen-System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zuvor genannte Druck-Sensor den Druck innerhalb der zuvor genannten Pufferkammer misst.