DE202004011801U1 - Electrical current power production unit for emergency systems with fuel cells has electrical store and control systems and power adjusting units to suit the output - Google Patents
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Abstract
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die Erfindung betrifft allgemein Energieversorgungsvorrichtungen mit einer Anordnung von Brennstoffzellensystemen.The The invention relates generally to power supply devices an arrangement of fuel cell systems.
Beschreibung des Standes der Technikdescription the state of the art
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.fuel cells are known from the prior art. Put fuel cells a hydrogen-containing fuel stream and an oxygen containing oxidant stream for generating electrical Electricity electrochemically. Fuel cell power plants were in traffic engineering, for mobile as well as for stationary Applications.
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.conventional Reserve or emergency energy systems include rechargeable battery series Provision of electrical energy when the power grid is insufficient or interrupted. Systems for providing Alternating current (AC) typically have an uninterruptible Uninterruptible power supply (UPS) unit on, which include a UPS switch, a battery charger, and an inverter (and the further power filtering and / or conditioning arrangements may include). Usually leads the network to the load (s) primary energy. If the network is interrupted, leads the battery array of load / loads of energy by the inverter which converts the direct current (DC) input into an AC output. If the primary power supply is available again, loads the battery charger the battery row.
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.In the battery series are mostly valve-controlled lead acid (valve regulated lead acid (VRLA) batteries. The number and Battery size depends on the required term. Commercially available UPS and other electrical Facilities such as Inverters have different input voltage requirements (e.g. 48, 72 and 96 volts DC, VDC), which is a multiple of the 12th Represent the VDC output of the VRLA battery and its nominal output power is adapted to the corresponding battery series.
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.Emergency power systems where fuel cell power plants are used also described. One approach is fuel cell modules use where a battery is electrically parallel to the Fuel cell system is switched to provide additional electricity when the load request exceeds the output of the fuel cell stack and to store electricity when the output of the fuel cell stack exceeds the load requirement. The properties of the connections of the module about that similar out trained like the existing VRLA batteries.
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.fuel cell modules however, are not as commercial in terms of current, voltage, or power levels Arrangements adapted like VRLA battery series. It is desirable to provide a fuel cell power plant that better matches the DC input voltage and the power output of existing electrical reserve facilities, such as. a UPS facility is customized.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
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 The following description explains specific details to the different embodiments the invention completely understandable close. For however, those skilled in the art will understand that the invention is without them Details executed can be. In other examples, known ones with fuel cells, Fuel cell stacks, devices for storing electrical Energy such as Batteries, flywheels and supercapacitors, Reactant delivery systems, temperature control systems and fuel cell systems related Structures not shown or described in detail to avoid that the descriptions of the embodiments of the Invention unnecessarily become indistinct.
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.In the present description and the appended claims under an "UPS facility" an uninterruptible Power any topology, including passive standby (passive standby), the power line interactive and the double conversion types understood that are defined in the IEC 62040-3 and ENV 50091-3 standards.
Das
Brennstoffzellenmodul
Der
Brennstoffzellenstapel
Das
Hybridbrennstoffzellenmodul
Jedes
der Brennstoffzellensysteme
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
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.A customizable arrangement of fuel cell modules can be designed in this way be the current, voltage or power level of the fuel cells adapts to existing commercial facilities. The fuel cell modules can be designed so that they are in standard slide-in cabinets or -casing fit that for current Emergency power systems with battery series are used. An advantage this approach is that the electrical facilities of a customer only marginally or not at all need to be modified to supply fuel cells for backup energy use. this leads to to cost and time savings for customers, the fuel cells want to integrate into their products.
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.Unfortunately the voltage and power outputs fit more commercially available Fuel cell modules are not always good at the input voltage and power output characteristics are more commercially available UPS and other electrical equipment. This is particularly so the case for products that normally have smaller batteries lower amp hour outputs are used in series can be switched to higher voltages at lower current levels to create.
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.For example, Nexa ™ fuel cell systems (Ballard Power Systems Inc., Burnaby, CA) provide 1 kW at 24 volts and 40 amps. Nexa TM modules can be electrically connected in series to provide an input voltage that is suitable for a given power conversion unit. For example, to provide 48 VDC at 80 amps, four modules can be connected in series and in parallel to serve as a backup device for existing rectifiers that are used in telecommunications emergency power systems.
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 (
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.The The present fuel cell power plant comprises an arrangement of fuel cell modules connected to a DC bus and at least two UPS devices, Inverters or other power influencing devices (such as e.g. DC / DC converter). The number of series connected to the DC bus Fuel cell modules are chosen to meet the DC input voltage requirements the performance influencing devices is adapted. The number of the performance influencing devices is chosen so that it essentially corresponds to the total nominal power of such units or exceeds the nominal power output of the fuel cell modules. In some applications the fuel cell modules and the performance influencing devices be designed to be placed in a standard slide-in cabinet or a standard housing fit.
Die
Das
Kraftwerk
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
Obwohl
dies in den
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
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:Generally can the present power plant in an emergency power system for a number of applications that use the following applications include, but are not limited to:
- 1. Netzwerkservereinheiten: LAN/WAN-Anlagen, wie z.B. Netzknoten und Router.1. Network server units: LAN / WAN systems, such as e.g. Network nodes and routers.
- 2. Kommunikation: Kabelfernsehen (community antenna television, CATV), Radio, Telekommunikationsspeichersysteme und/oder Server, drahtlose Basisstationen, Mikrowellenverstärkerstationen, Radarzielverfolgungssysteme.2. Communication: cable television (community antenna television, CATV), radio, telecommunications storage systems and / or servers, wireless base stations, microwave amplifier stations, radar targeting systems.
- 3. Computerräume: Kleine und mittelgroße Server, Großunternehmensserver, Datenspeicherungssysteme, Netzwerkcomputerblöcke, Internetdatencenter.3. Computer rooms: Small and medium sized Server, large enterprise server, Data storage systems, network computer blocks, internet data centers.
- 4. Desktop/Arbeitsstationen: Alleinstehende PC's, Arbeitsstationen und Computerperipherien.4. Desktop / workstations: stand-alone PCs, workstations and computer peripherals.
- 5. Industriell/kommerziell: Prozesssteuerungsanlagen, medizinische Anlagen, Laborinstrumente, Verkehrsleitsysteme, Sicherheitsanlagen, Verkaufsanlagen.5. Industrial / commercial: process control systems, medical Plants, laboratory instruments, traffic control systems, security systems, Commercial equipment.
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.The The present power plant and the operating procedure constitute a system ready, which is smaller and lighter than conventional power supply systems, where VRLA batteries are used. The present power plant worries about it in addition for an "immediate" operation with individual Fuel cell systems that "in Operation switchable "(" hot swappable ").
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202004011801U DE202004011801U1 (en) | 2004-07-28 | 2004-07-28 | Electrical current power production unit for emergency systems with fuel cells has electrical store and control systems and power adjusting units to suit the output |
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Publications (1)
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---|---|
DE202004011801U1 true DE202004011801U1 (en) | 2004-09-30 |
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202004011801U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007051361B3 (en) * | 2007-10-26 | 2009-04-16 | Enerday Gmbh | Modular housing for fuel cell modules and method for providing a fuel cell module |
DE102011050033A1 (en) * | 2011-05-02 | 2012-11-08 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Kit for a fuel cell device |
-
2004
- 2004-07-28 DE DE202004011801U patent/DE202004011801U1/en not_active Expired - Lifetime
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