DE202004011801U1 - Kraftwerk zur Erzeugung elektrischen Stroms mit einer Anordnung von Brennstoffzellensystemen - Google Patents

Kraftwerk zur Erzeugung elektrischen Stroms mit einer Anordnung von Brennstoffzellensystemen Download PDF

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Abstract

Kraftwerk zur Erzeugung elektrischen Stroms mit:
einer Anordnung von Brennstoffzellensystemen, wobei die Anordnung eine zusammengesetzte Leistungsausgabe hat und umfasst:
einen Leistungsbus und
mindestens zwei Brennstoffzellensysteme, wobei jedes Brennstoffzellensystem einen Brennstoffzellenstapel, eine elektrisch parallel zu dem Brennstoffzellenstapel geschaltete Einrichtung zur Speicherung elektrischer Energie und eine Einrichtung zur Steuerung eines Stromflusses von dem Brennstoffzellenstapel zu der Einrichtung zur Speicherung elektrischer Energie und dem Leistungsbus umfasst, wobei jedes Brennstoffzellensystem eine Ausgangsspannung und eine Leistungsausgabe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftwerk ferner umfasst:
mindestens zwei Leistungsbeeinflussungseinheiten, wobei jede Einheit elektrisch mit dem Leistungsbus verbunden ist und wobei die Leistungsbeeinflussungseinheiten eine Eingangsspannung und eine Gesamtnennleistungsausgabe aufweisen,
wobei die Anzahl von elektrisch mit dem Leistungsbus verbundenen Brennstoffzellensystemen so gewählt ist, dass sie an die Eingangsspannung der Leistungsbeeinflussungseinheiten angepasst ist und die Anzahl der Leistungsbeeinflussungseinheiten so gewählt ist, dass sie an die Gesamtnennleistungsausgabe angepasst ist oder die Leistungsausgabe der Anordnung überschreitet.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft allgemein Energieversorgungsvorrichtungen mit einer Anordnung von Brennstoffzellensystemen.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Brennstoffzellen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Brennstoffzellen setzen einen Wasserstoff enthaltenden Brennstoffstrom und einen Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittelstrom zur Erzeugung von elektrischem Strom elektrochemisch um. Brennstoffzellen-Kraftwerke wurden in der Verkehrstechnik, für mobile sowie für stationäre Anwendungen eingesetzt.
  • Konventionelle Reserve- oder Notenergiesysteme umfassen wiederaufladbare Batteriereihen zur Bereitstellung von elektrischer Energie, wenn das Energieversorgungsnetz unzureichend oder unterbrochen ist. Systeme zur Bereitstellung von Wechselstrom (AC) weisen typischerweise eine unterbrechungsfreie Stromversorgungs (uninterruptible power supply, UPS)-Einheit auf, die einen UPS-Schalter, eine Batterieladevorrichtung und einen Wechselrichter umfasst (und die ferner Leistungsfilterungs- und/oder -aufbereitungsanordnungen umfassen kann). Normalerweise führt das Netz der Last/den Lasten Primärenergie zu. Wenn das Netz unterbrochen ist, führt die Batteriereihe der Last/den Lasten Energie durch den Wechselrichter zu, der die Gleichstrom (DC)-Eingabe in eine AC-Ausgabe umwandelt. Wenn die Primärstromversorgung wieder vorhanden ist, lädt die Batterieladevorrichtung die Batteriereihe.
  • In den Batteriereihen werden meistens ventilgesteuerte Bleisäure (valve regulated lead acid, VRLA)-Batterien eingesetzt. Die Anzahl und Größe der Batterien hängt von der erforderlichen Laufzeit ab. Kommerziell erhältliche UPS- und andere elektrische Einrichtungen, wie z.B. Wechselrichter haben unterschiedliche Eingangsspannungsanforderungen (z.B. 48, 72 und 96 Volt Gleichspannung, VDC), die ein Vielfaches der 12 VDC-Ausgabe der VRLA-Batterie darstellen, und ihre Nennausgangsleistung ist an die entsprechende Batteriereihe angepasst.
  • Notstromsysteme, bei denen Brennstoffzellen-Kraftwerke zum Einsatz kommen, wurden ebenfalls beschrieben. Ein Ansatz besteht darin, Brennstoffzellenmodule einzusetzen, bei denen eine Batterie elektrisch parallel zu dem Brennstoffzellensystem geschaltet ist, um zusätzlichen Strom bereitzustellen, wenn die Lastanforderung die Ausgabe des Brennstoffzellenstapels überschreitet und um Strom zu speichern, wenn die Ausgabe des Brennstoffzellenstapels die Lastanforderung überschreitet. Die Eigenschaften der Anschlüsse des Moduls können darüber hinaus ähnlich ausgebildet werden, wie die bestehender VRLA-Batterien.
  • Brennstoffzellenmodule sind jedoch nicht so gut an die Strom-, Spannung- oder Leistungsniveaus kommerzieller Anordnungen angepasst wie VRLA-Batteriereihen. Es ist wünschenswert, ein Brennstoffzellen-Kraftwerk bereitzustellen, das besser an die DC-Eingangspannung und die Leistungsausgabe bestehender elektrischer Reserveeinrichtungen, wie z.B. eine UPS-Einrichtung angepasst ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In der folgenden Beschreibung werden spezifische Details erläutert, um die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung vollständig verständlich zu machen. Für den Fachmann versteht es sich jedoch, dass die Erfindung ohne diese Details ausgeführt werden kann. In anderen Beispielen werden bekannte mit Brennstoffzellen, Brennstoffzellenstapeln, Vorrichtungen zur Speicherung von elektrischer Energie, wie z.B. Batterien, Schwungräder und Superkondensatoren, Reaktandenzufuhrsystemen, Temperatursteuerungssystemen und Brennstoffzellensystemen zusammenhängende Strukturen nicht gezeigt oder detailliert beschrieben, um zu vermeiden, dass die Beschreibungen der Ausführungsformen der Erfindung unnötigerweise undeutlich werden.
  • In der vorliegenden Beschreibung und den beigefügten Schutzansprüchen wird unter einer "UPS-Einrichtung" eine unterbrechungsfreie Stromversorgung beliebiger Topologie, einschließlich der passiven Standby- (passive standby), der stromleitungsinteraktiven (line-interactive) und der Doppelumwandlungs(double conversion)-Typen verstanden, die in den IEC 62040-3- und den ENV 50091-3-Normen festgelegt sind.
  • 1 zeigt ein Hybrid-Brennstoffzellenmodul 10, das einer Last 12 Energie zuführt, zur Verwendung in einer dargestellten Ausführungsform der Erfindung. Die Last 12 stellt typischerweise die durch das Hybridbrennstoffzellenmodul 10 anzutreibende Einrichtung, wie z.B. ein Fahrzeug, eine Vorrichtung, einen Computer und/oder zugehörige Peripheriekomponenten dar. Während das Hybridbrennstoffzellenmodul 10 typischerweise nicht als Teil der Last 12 betrachtet wird, können Teile des Hybridbrennstoffzellenmoduls 10, wie z.B. die Steuerungselektronik in einigen möglichen Ausführungsformen einen Teil der Last 12 oder die gesamte Last 12 bilden.
  • Das Brennstoffzellenmodul 10 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 14, der aus einer Anzahl von einzelnen elektrisch in Reihe geschalteten Brennstoffzellen zusammengesetzt ist. Der Brennstoffzellenstapel 14 nimmt, wie durch den Pfeil 9 dargestellt ist, Reaktanden, wie z.B. Wasserstoff und Luft über ein Reaktandenzufuhrsystem 16 auf. Das Reaktendenzufuhrsystem 16 kann ein/eine oder mehrere Reaktanden-Zufuhrreservoir(s) oder -quelle(n) 11, einen Reformer (nicht gezeigt) und/oder ein oder mehrere Steuerungselement(e), wie z.B. einen oder mehrere Kompressor(en) eine oder mehrere Pumpe(n) und/oder ein oder mehrere Ventile) 18 oder andere Reaktandensteuerungselemente umfassen. Im Betrieb erzeugt der Brennstoffzellenstapel 14, wie durch den Pfeil 20 dargestellt ist, ein Reaktionsprodukt, das typischerweise Wasser enthält. Das Brennstoffzellenmodul 10 kann einen Teil der Reaktionsprodukte 20 oder die gesamten Reaktionsprodukte 20 wiederverwenden. Beispielsweise kann, wie durch den Pfeil 22 dargestellt, ein Teil des Wassers oder das gesamte Wasser zu dem Brennstoffzellenstapel 14 zurückgeführt werden, um den Wasserstoff und die Luft bei der richtigen Temperatur zu befeuchten und/oder die Ionenaustauschmembranen (nicht gezeigt) zu hydratisieren oder die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 14 zu steuern.
  • Der Brennstoffzellenstapel 14 erzeugt eine Stapel-Spannung VS über einen Hochspannungsbus, der durch die positiven und negativen Spannungsleitungen 19a, 19b gebildet wird. Der Stapel-Strom IS fließt von dem Brennstoffzellenstapel 14 über den Hochspannungsbus zur Last 12. Hier wird mit dem Begriff "Hochspannung" die Spannung bezeichnet, die von konventionellen Brennstoffzellenstapeln 14 zu Antreiben von Lasten 12 erzeugt wird und der Begriff wird verwendet, um eine Unterscheidung von anderen Spannungen zu ermöglichen, die von dem Brennstoffzellenmodul 10 für die Steuerung und/oder die Kommunikation eingesetzt werden (z.B. 5 V). Somit bedeutet Hochspannung nicht notwendigerweise "hoch" in Bezug auf andere elektrische Systeme.
  • Das Hybridbrennstoffzellenmodul 10 umfasst eine Einrichtung zur Speicherung elektrischer Energie, wie z.B. einen Superkondensator und/oder eine Batterie 24, der/die über die Leitungen 19a, 19b des Hochspannungsbusses elektrisch parallel zu dem Brennstoffzellenstapel 14 geschaltet sind, um die Last 12 anzutreiben. Die Ruhespannung der Batterie 24 ist so gewählt, dass sie ähnlich der Volllastspannung des Brennstoffzellenstapels 14 ist. Ein innerer Widerstand RB der Batterie 24 ist so gewählt, dass er viel kleiner ist als der innere Widerstand des Brennstoffzellenstapels 14. Somit wirkt die Batterie 24 als Puffer, der überschüssigen Strom aufnimmt, wenn der Brennstoffzellenstapel 14 mehr Strom erzeugt als die Last 12 benötigt, und der der Last 12 Strom zuführt, wenn der Brennstoffzellenstapel 14 weniger Strom erzeugt, als die Last 12 benötigt. Die Spannung über den Hochspannungsbus 19a, 19b entspricht der Ruhespannung der Batterie 24 abzüglich des Batterieentladestroms multipliziert mit dem Wert des inneren Widerstands RB der Batterie 24. Je kleiner der innere Widerstand RB der Batterie 24 ist, desto kleiner sind die Schwankungen der Busspannung. Eine optionale Gegenstrom-Blockierungsdiode D1 kann elektrisch zwischen den Brennstoffzellenstapel 14 und die Batterie 24 geschaltet sein, um zu verhindern, dass Strom von der Batterie 24 zu dem Brennstoffzellenstapel 14 fließt. Das Brennstoffzellenmodul 10 kann darüber hinaus andere Dioden sowie Sicherungen oder andere Überspannungsschutzelemente umfassen, um einen Kurzschluss und/oder Überspannungen zu vermeiden.
  • 2 zeigt eine zweidimensionale Anordnung 68 von Brennstoffzellensystemen 10, die in einer Anzahl von M Reihen und einer Anzahl von N Spalten angeordnet sind, um die Last 12 über den Leistungsbus 56 anzutreiben. Die Brennstoffzellensysteme 10 sind einzeln mit 10(1,1) – 10(M,N) bezeichnet, wobei die erste Zahl in der Klammer eine Reihenposition und die zweite Zahl in der Klammer eine Spaltenposition des Brennstoffzellenmoduls 10 in der zweidimensionalen Anordnung 68 angibt. Die Ellipsen in 3 zeigen, dass die verschiedenen Reihen und Spalten der zweidimensionalen Anordnung 68 zusätzliche Brennstoffzellensysteme (nicht explizit gezeigt) umfassen können.
  • Jedes der Brennstoffzellensysteme 10(1,1) – 10(M,N) ist einzeln mit dem Leistungsbus 56 verbindbar, um verschiedene gewünschte Ausgangsleistungen, -spannungen oder -ströme bereitzustellen. Die Brennstoffzellensysteme 10(1 – M,1) 10(1 – M,2), 10(1 – M,3) – 10(1 – M,N) in jeder Spalte 1 – M sind in einer elektrischen Reihenschaltung miteinander verbindbar. Die Brennstoffzellensysteme 10(1,1 – N), 10(2,1 – N), 10(3,1 – N) – 10(M,1 – N) in jeder Reihe 1 – N sind in einer elektrischen Parallelschaltung miteinander verbindbar. Aus der 3 und dieser Beschreibung ist für den Fachmann ersichtlich, dass die zweidimensionale Anordnung 68 die Reihenschaltung der Brennstoffzellensysteme 10 ermöglicht, um eine Ausgangsleistung des Energieversorgungssystems 50 durch eine Einstellung einer Ausgangsspannung einzustellen. Für den Fachmann ist ferner ersichtlich, dass die zweidimensionale Anordnung 68 die Parallelschaltung der Brennstoffzellensysteme 10 ermöglicht, um die Ausgangsleistung des Energieversorgungssystems 50 durch eine Einstellung eines Ausgangsstroms einzustellen. Für den Fachmann ist ferner ersichtlich, dass die zweidimensionale Anordnung 68 die Reihen- und Parallelschaltung der Brennstoffzellensysteme 10 ermöglicht, um die Ausgangsleistung des Energieversorgungssystems 50 durch Einstellung sowohl des Ausgangsstroms als auch der Ausgangsspannung einzustellen. Somit ist für die dargestellte Ausführungsform, bei der jedes Brennstoffzellensystem beispielsweise 1 kW bei 24 Volt und 40 Ampere erzeugt, eine maximale Ausgangsleistung von N × M kW möglich. Für den Fachmann ist ferner ersichtlich, dass sich die hier diskutierten ein- und zweidimensionalen Anordnungsstrukturen auf elektrisch relativ miteinander verbindbare Positionen beziehen und nicht notwendigerweise erfordern, dass die Brennstoffzellensysteme 10 physikalisch in Reihen und/oder Spalten angeordnet sind.
  • Wie oben diskutiert, kann eines oder mehrere der Brennstoffzellensysteme in dem vorliegenden Kraftwerk (z.B. 10(M + 1)) als "Redundanz"-Brennstoffzellensystem dienen. Verbindungen (nicht gezeigt), die die eine Reihe bildenden Brennstoffzellensysteme 10 (z.B. 10(3,1), 10(3,2), 10(3,3), ... 10(3,N)) elektrisch verbinden, können darüber hinaus zur Bereitstellung von zumindest einer N+1-Redundanz verwendet werden. Die Verbindungen verhindern, dass der Verlust eines beliebigen einzelnen Brennstoffzellenmoduls 10 in einer Spalte die Fähigkeit beeinträchtigt, die Last 12 vollständig zu versorgen. Darüber hinaus können die Verbindungen abgegriffen werden oder können Abgriffe bilden, um die gewünschten Potentiale auf den Leitungen der Spannungsbusse zu erzeugen. Wie für den Fachmann ersichtlich ist, kann das Redundanzkonzept auch bei verschiedenen anderen Systemen des vorliegenden Kraftwerks angewendet werden.
  • Eine anpassbare Anordnung von Brennstoffzellenmodulen kann so gestaltet sein, dass sie das Strom-, Spannungs- oder Leistungsniveau der Brennstoffzellen an bestehende kommerzielle Einrichtungen anpasst. Die Brennstoffzellenmodule können so gestaltet sein, dass sie in Standardeinschubschränke oder -gehäuse passen, die für gegenwärtige Notstromsysteme mit Batteriereihen eingesetzt werden. Ein Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass die elektrischen Einrichtungen eines Kunden nur geringfügig oder gar nicht modifiziert werden müssen, um Brennstoffzellen für die Reserveenergieversorgung einzusetzen. Dies führt zu Kosten- und Zeitersparnissen für Kunden, die Brennstoffzellen in ihre Produkte integrieren möchten.
  • Leider passen die Spannungs- und Leistungsausgaben kommerziell erhältlicher Brennstoffzellenmodule nicht immer gut zu den Eingangsspannungs- und Leistungsausgabeeigenschaften kommerziell erhältlicher UPS- und anderer elektrischer Einrichtungen. Dies ist insbesondere bei Produkten der Fall, bei denen normalerweise kleinere Batterien mit geringeren Amperestunden-Leistungen eingesetzt werden, die in Reihe geschaltet werden, um bei niedrigeren Stromniveaus höhere Spannungen zu erzeugen.
  • Beispielsweise stellen NexaTM Brennstoffzellensysteme (Ballard Power Systems Inc., Burnaby, CA) 1 kW bei 24 Volt und 40 Ampere bereit. NexaTM-Module können elektrisch in Reihe geschaltet werden, um eine Eingangsspannung bereitzustellen, die für eine vorgegebene Leistungsumwandlungseinheit geeignet ist. Beispielsweise können zur Bereitstellung von 48 VDC bei 80 Ampere vier Module in Reihe und parallel geschaltet werden, um als Reserveeinrichtung für bestehende Gleichrichter zu dienen, die in Telekommunikations-Notstromsystemen eingesetzt werden.
  • Kommerziell erhältliche Leistungsbeeinflussungseinrichtungen, wie z.B. Wechselrichter und UPS-Einheiten haben Eingangsanforderungen, die Vielfache der VRLA-Batterieausgabe von 12 VDC sind. Die Nennausgabe derartiger Einrichtungen ist darüber hinaus so gestaltet, dass sie an die Leistungsfähigkeit erhältlicher Batteriereihen angepasst ist, die für eine vorgegebene Anwendung eingesetzt werden. Beispielsweise sind Wechselrichter und UPS-Einrichtungen mit einer Nennausgabe von 2 kW AC kommerziell erhältlich, die eine 72 oder 96 VDC-Eingabe erfordern. Drei oder vier NexaTM-Module können elektrisch in Reihe geschaltet werden, um zur Anpassung an diese Eingangsanforderungen eine 72 bzw. 96 VDC-Ausgabe zu erzeugen (zusätzliche Module können darüber hinaus elektrisch zuschaltbar sein, um, falls gewünscht, für das gewünschte Redundanzniveau zu sorgen). Die Ausgabekapazität der Brennstoffzellenanordnung (3 bzw. 4 kW) passt jedoch nicht zur Nennausgabe der UPS-Einrichtung – bei einem Notstromgenerator, bei dem die 96 VDC UPS-Einrichtung zum Einsatz kommt, wird die Hälfte der erhältlichen Brennstoffzellenleistung nicht genutzt.
  • Das vorliegende Brennstoffzellen-Kraftwerk umfasst eine Anordnung von mit einem DC-Bus verbundenen Brennstoffzellenmodulen und mindestens zwei UPS-Einrichtungen, Wechselrichter oder andere Leistungsbeeinflussungseinrichtungen (wie z.B. DC/DC-Wandler). Die Anzahl der mit dem DC-Bus in Reihe geschalteten Brennstoffzellenmodule ist so gewählt, dass sie an die DC-Eingangspannungsanforderungen der Leistungsbeeinflussungseinrichtungen angepasst ist. Die Anzahl der Leistungsbeeinflussungseinrichtungen ist so gewählt, dass sie mit der Gesamtnennleistung derartiger Einheiten im Wesentlichen übereinstimmt oder die Nennleistungsausgabe der Brennstoffzellenmodule überschreitet. In einigen Anwendungen können die Brennstoffzellenmodule und die Leistungsbeeinflussungseinrichtungen so gestaltet sein, dass sie in einen Standardeinschubschrank oder ein Standardgehäuse passen.
  • Die 3A und 3B zeigen zwei Ausführungsformen des vorliegenden Brennstoff zellen-Kraftwerks. Das Kraftwerk 70 umfasst eine Anordnung von vier Brennstoffzellenmodulen 10 (z.B. NexaTM-Brennstoffzellenmodule), von denen jedes 1 kW bei 24 Volt bereitstellt. Die Brennstoffzellenmodule sind so gestaltet, dass sie in einen Einschubschrank 72 passen und mit einem 96 VDC-Bus (nicht gezeigt) elektrisch in Reihe geschaltet. Zwei 2 kW UPS-Einheiten 74 sind parallel zu dem DC-Bus geschaltet. Eine Steuerung 76 für den Einschubschrank überwacht und steuert die Ausgabe des Kraftwerks 70. Die Ausgabe der Anordnung von Brennstoffzellenmodulen 10 ist an die Eingangsspannungsanforderung der UPS-Einrichtungen 74 angepasst und die Gesamtausgabe der Anordnung und beider UPS-Einrichtungen 74 ist darüber hinaus auf 4 kW angepasst. Somit kann die Ausgabe des Kraftwerks durch den Einsatz einer zusätzlichen UPS-Einrichtung effektiv verdoppelt werden.
  • Das Kraftwerk 80 umfasst eine Anordnung von drei Brennstoffzellenmodulen 10 (z.B. NexaTM-Brennstoffzellenmodule), von denen jedes 1 kW bei 24 Volt bereitstellt und mit einem 72 VDC-Bus (nicht gezeigt) elektrisch in Reihe geschaltet ist, drei parallel zu dem DC-Bus geschaltete 1,5 kW Wechselrichter und eine Ladevorrichtung 84 zum Laden von den Brennstoffzellenmodulen 10 zugeordneten Batterien und/oder Superkondensatoren. Die Wechselrichter 82 sind parallel zu dem DC-Bus schaltbar, um eine n + 1 redundante 3,0 kW AC-Ausgabe bereitzustellen.
  • Der Einsatz mehrerer Leistungsbeeinflussungseinheiten erweitert die Kompatibilität der Brennstoffzellenmodulanordnungen mit einem breiteren Bereich von Leistungsbeeinflussungsprodukten und Notstromanwendungen. Dies ermöglicht es nicht nur, die Ausgabe des Kraftwerks besser an die Brennstoffzellenmodulausgabe anzupassen, es kann darüber hinaus die Zuverlässigkeit verbessern, indem dem Kraftwerk Redundanzen hinzugefügt werden. Im vorliegenden Kontext müssen die Ausgabe des Kraftwerks und die Brennstoffzellenausgabe nicht gleich sein, um zueinander zu pas sen; die Ausgabe der Anordnung kann die Nennausgabe der Leistungsbeeinflussungseinrichtungen um 10 % oder dergleichen überschreiten und immer noch dazu passen. Beispielsweise würde die 4 kW Leistungsausgabe der UPS-Einrichtung 74 immer noch zu der Ausgabe der Anordnung in dem in den 3A und 3B dargestellten Kraftwerk 70 passen, wenn diese 4400 W betragen würde.
  • Obwohl dies in den 3A und 3B nicht gezeigt ist, versteht es sich für den Fachmann ferner, dass zusätzliche Brennstoffzellenmadule 10 elektrisch in die Anordnungen der Kraftwerke 70 und 80 geschaltet werden können, um, wie oben beschrieben, für jedes gewünschte Modulredundanzniveau zu sorgen. In Anwendungen, bei denen das Kraftwerk Wechselstrom bereitstellt, kann die Phase der AC-Ausgangsspannung einzelner Wechselrichter oder UPS-Einrichtungen gesteuert werden, um, wie gewünscht, Ein-, Mehrphasen- oder Hilfsphasen-AC-Leistung bereitzustellen. Beispielsweise kann das Kraftwerk 80 so gestaltet sein, dass es 3 kW 120 VAC Einphasenstrom oder 208 VAC Dreiphasenstrom bereitstellt.
  • Die offenbarten Ausführungsformen stellen einen "Baublock"- oder "Komponenten"-Ansatz der Herstellung von Energieversorgungssystemen zur Verfügung, der es einem Hersteller ermöglicht, sehr vielfältige Energieversorgungssysteme aus einigen oder sogar nur einem Basistypen) eines Brennstoffzellenmoduls 10 herzustellen. Darüber hinaus kann die Ausgabe der Stromversorgungseinrichtung unter Verwendung kommerziell erhältlicher Leistungsbeeinflussungseinrichtungen an die Brennstoffzellenmodulausgabe angepasst werden. Dieser Ansatz kann die Konstruktions-, Herstellungs- und Lagerhaltungskosten verringern, sowie für eine Redundanz sorgen, um den mittleren Ausfallabstand des resultierenden Endverbraucherprodukts (d.h. des Stromversorgungssystems) zu verlängern. Dieser Ansatz kann darüber hinaus die Wartung und die Reparatur vereinfachen und die Kosten dafür reduzieren.
  • Allgemein kann das vorliegende Kraftwerk in einem Notstromsystem für eine Reihe von Anwendungen eingesetzt werden, die die folgenden Anwendungen umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind:
    • 1. Netzwerkservereinheiten: LAN/WAN-Anlagen, wie z.B. Netzknoten und Router.
    • 2. Kommunikation: Kabelfernsehen (community antenna television, CATV), Radio, Telekommunikationsspeichersysteme und/oder Server, drahtlose Basisstationen, Mikrowellenverstärkerstationen, Radarzielverfolgungssysteme.
    • 3. Computerräume: Kleine und mittelgroße Server, Großunternehmensserver, Datenspeicherungssysteme, Netzwerkcomputerblöcke, Internetdatencenter.
    • 4. Desktop/Arbeitsstationen: Alleinstehende PC's, Arbeitsstationen und Computerperipherien.
    • 5. Industriell/kommerziell: Prozesssteuerungsanlagen, medizinische Anlagen, Laborinstrumente, Verkehrsleitsysteme, Sicherheitsanlagen, Verkaufsanlagen.
  • Das vorliegende Kraftwerk und das Betriebsverfahren stellen ein System bereit, das kleiner und leichter ist, als konventionelle Stromversorgungssysteme, bei denen VRLA-Batterien eingesetzt werden. Das vorliegende Kraftwerk sorgt darüber hinaus für einen "Sofort"-Betrieb mit einzelnen Brennstoffzellensystemen, die "im Betrieb umschaltbar" ("hot swappable") sind.

Claims (2)

  1. Kraftwerk zur Erzeugung elektrischen Stroms mit: einer Anordnung von Brennstoffzellensystemen, wobei die Anordnung eine zusammengesetzte Leistungsausgabe hat und umfasst: einen Leistungsbus und mindestens zwei Brennstoffzellensysteme, wobei jedes Brennstoffzellensystem einen Brennstoffzellenstapel, eine elektrisch parallel zu dem Brennstoffzellenstapel geschaltete Einrichtung zur Speicherung elektrischer Energie und eine Einrichtung zur Steuerung eines Stromflusses von dem Brennstoffzellenstapel zu der Einrichtung zur Speicherung elektrischer Energie und dem Leistungsbus umfasst, wobei jedes Brennstoffzellensystem eine Ausgangsspannung und eine Leistungsausgabe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftwerk ferner umfasst: mindestens zwei Leistungsbeeinflussungseinheiten, wobei jede Einheit elektrisch mit dem Leistungsbus verbunden ist und wobei die Leistungsbeeinflussungseinheiten eine Eingangsspannung und eine Gesamtnennleistungsausgabe aufweisen, wobei die Anzahl von elektrisch mit dem Leistungsbus verbundenen Brennstoffzellensystemen so gewählt ist, dass sie an die Eingangsspannung der Leistungsbeeinflussungseinheiten angepasst ist und die Anzahl der Leistungsbeeinflussungseinheiten so gewählt ist, dass sie an die Gesamtnennleistungsausgabe angepasst ist oder die Leistungsausgabe der Anordnung überschreitet.
  2. Kraftwerk nach Anspruch 1, bei dem die Ausgangsspannung 24 Volt Gleichspannung (VDC) und die Leistungsausgabe der Brennstoffzellensysteme 1 kW beträgt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102007051361B3 (de) * 2007-10-26 2009-04-16 Enerday Gmbh Modulgehäuse für Brennstoffzellenmodule und Verfahren zum Bereitstellen eines Brennstoffzellenmoduls
DE102011050033A1 (de) * 2011-05-02 2012-11-08 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Bausatz für eine Brennstoffzellenvorrichtung

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DE102011050033B4 (de) * 2011-05-02 2013-02-21 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Bausatz für eine Brennstoffzellenvorrichtung, Brennstoffzellenvorrichtung und Fahrzeug

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