DE2050781C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Durchsatzes an Brennstoff und/oder Oxydationsmittel transportierendem Elektrolyt für eine Brennstoffzellen-Batterie - Google Patents

Description

Eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine über einen Elektromotor mit von einem linear

veränderlichen Betriebsparameter des Stromverbrauchers abhängiger Drehzahl angetriebene Pumpe für den

Umlauf des Elektrolyten in der Brennstoffzellen-Batterie einerseits an ihrer Ansaugieite parallel und unmittelbar mit den Elektrolytauslässen aller elektrisch in Serie geschalteten Brennstoffzellen und andererseits an ihrer Druckseite mit dem Elektrolytein'aß der ersten Brennstoffzelle unmittelbar und mit den Elektrolyteinlässen der weiteren Brennstoffzellen zum einen über je eine kalibrierte Drosselöffnung und zum anderen über jeweils erst bei einem vorgegebenen und für jede nachfolgende Brennstoffzelle höher als für die vorangehende Brennstoffzelle liegenden Elektrolytdruck öffnende Druckventile verbunden ist.

Dabei weisen in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Druckventile jedes ein zylindrisches Gehäuse auf, das zum ersten mit dem Elektrolyteinlaß der zugehörigen Brennstoffzelle, zum zweiten mit einer beim ersten Druckventil unmittelbar und bei allen weiteren Druckventilen über das jeweils vorangehende Druckventil vom Elektrolyteinlaß der jeweils vorangehenden Brennstoffzelle kommenden Leitung und bis auf das letzte Druckventil zum dritten mit einer über das jeweils nachfolgende Druckventil zum Elektrolyteinlaß der jeweils nachfolgenden Brennstoffzelle führenden Leitung in Verbindung steht und eine elastisch nachgiebige Membran enthält, die auf ihrer einen Seite unter Zwischenschaltung eines Metallringes νοη einer Feder belastet ist und auf ihrer anderen Seite konzentrisch der im Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses bemessenen Austrittsöffnung der von der jeweils vorangehenden Brennstoffzelle kommenden Leitung gegenübersteht und im Ruhezustand unter der Federbelastung daran

liegt.

Die Erfindung gestattet einen mit hohem Wirkungsgrad verbundenen Einsatz von Brennstoffzellen-Batterien insbesondere für den Betrieb von Fahrzeugen und ganz allgemein für die Speisung von Stromverbrauchern, die eine im wesentlichen linear verlaufende Leistungskennlinie aufweisen und eine zeitweise konstante Stromaufnahme benötigen. Dabei wird im Rahmen der Erfindung ein linear veränderlicher Betriebsparameter des jeweils aus der Brennstoffzellen-Batterie zu speisenden Stromverbrauchers in eine elektrische Spannung umgesetzt, und diese elektrische Spannung dient dann zum Betriebe der den Elektrolytumlauf in der Brennstoffzellen-Batterie bewirkenden Pumpe. Die Drehzahl dieser Pumpe und damit der von ihr im Elektrolytsystem erzeugte Elektrolytdruck hängen damit unmittelbar vom Leistungsbedarf des zu speisenden Stromverbrauchers ab, und sie bestimmen ihrerseits die von der Brennstoffzellen-Batterie an den Stromverbraucher abgegebene Leistung, womit die jeweils gewünschte Koppelung von Leistungsbedarf des Stromverbrauchers und Leistungsabgabe durch die Brennstoffzellen-Batterie sichergestellt ist.

Als im Sinne der Erfindung brauchbare Betriebsparameter des Stromverbrauchers sind beispielsweise die physikalischen Größengeschwindigkeit, Beschleunigung, Druck, Durchsatz, Viskosität, Spannung, Temperatur, Wärmemenge, Lichtintensität, Strahlungsmenge und magnetische Induktion zu nennen, wobei als entsprechende Wandler außer Tachometereinrichtungen insbesondere Druckmeßdosen, Durchsatzmesser, Thermoelemente, photoelektrische Zellen u.dgl. in Betracht kommen.
Für die weitere Erläuterung der Erfindung soll nunmehr in Verbindung mit der Zeichnung deren Einsatz für den Betrieb des Antriebsmotors eines Fahrzeugs als aus einer Brennstoffzellen-Batterie zu speisender Stromverbraucher näher beschrieben werden; dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gruppe von Brennstoffzellen und ihrer bisher üblichen Speisung mit Elektrolyt,

F i g. 2 einerseits die Beziehung zwischen Strom und ίο Spannung für die Zellengruppe von Fig. 1 bei vollem und bei verringertem Elektrolytdurchsatz und andererseits die gleiche Beziehung für einen Fahrzeugmotor, der aus dieser Batterie von der Drehzahl Null bis zu höheren Drehzahlen gespeist werden soll, Fig.3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung ,für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 4 eine Teildarstellung eines der geeichten Druckventile der Vorrichtung von F i g. 3, ίο F i g. 5 ein Diagramm für die Leistungssteuerung für den Antriebsmotor der Pumpe der Vorrichtung nach F i g. 3,

F i g. 6 einerseits die Beziehung zwischen Strom und Spannung für die Vorrichtung von F i g. 3 bei zunehmendem und bei verringertem Durchsatz an Elektrolyt und andererseits die gleiche Beziehung für einen Fahrzeugantriebsmotor, der aus dieser Batterie mit von Null ansteigender Drehzahl gespeist wird.

Eine Batterie aus Brennstoffelementen umfaßt eine gewisse Anzahl einzelner, grundsätzlich gleicher Elemente, die in Reihe, aber auch gruppenweise in Parallelschaltung geschaltet sein können. Mehrere solcher in Reihe geschalteter Elemente oder Elementgruppen bilden eine mehrzellige Einheit, die auch Teil-Batterie genannt werden kann. Um die Erläuterung zu vereinfachen, werden im folgenden nur Anordnungen aus einzelnen Zellen P\, Pi, ■ ■ -. Pn (F i g. 1) betrachtet, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und deren Anzahl genügt, um die höchste notwendige Spannung LJ_m zu erhalten. Alle diese Einzelzellen werden von dem gleichen Strom / durchflossen, dessen Höchstwert I_n, beträgt.

Im allgemeinen werden die Zellen derartiger Batterien parallel mit Elektrolyt gespeist; verwendet wird dazu eine einzige Pumpe 1, deren Durchsatzleistung Q dadurch gesteuert werden kann, daß man die Speisespannung u eines diese Pumpe 1 antreibenden Elektromotors 2 entsprechend beeinflußt, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist.

Die Kennlinien für Spannung und Strom in einer derartigen Batterie sind in F i g. 2 veranschaulicht. Die Kurve 3 ist die Kennlinie der Batterie von F i g. 1 bei vollem Elektrolytdurchsatz Q. Diese Kurve 3 hat einen ersten Kurventeil AB, den normalen Betriebsbereich; die Batterie liefert ihre größte Leistung bei dem Elektrolytdurchsatz Q im Kennlinienpunkt B. Darüber hinaus nimmt in dem zweiten Kurvenbereich BC der Kurve 3 die Spannung der Batterie sehr schnell bis zur kritischen Spannung U₀ im Punkt C ab, und diese Spannung verringert sich unter gleichzeitiger Verringerung der Stromstärke im dritten Kurventeil CD der Kurve 3, der für die Benutzung »verboten« ist.

Die Kurven 4 und 5 stellen die Kennlinie der Batterie von Fig. 1 bei verringerten Elektrolytdurchsätzen ot\Q 65 und OLiQ dar. Es ist festzustellen, daß sich diese Kurven zumindest angenähert aus der Kurve 3 durch eine Anamorphose parallel zur Achse der Stromstärken ableiten lassen. Daraus folgt, daß die kritische Spannung

Uc bei verringertem und vollem Elektrolytdurchsatz im wesentlichen die gleiche ist.

Aus dieser Tatsache beruht die Schwierigkeit, diese Art von Batterien unmittelbar durch Änderung des Elektrolytdurchsatzes für das Speisen eines Verbrauchers zu benutzen, der eine quasi lineare Verbrauchscharakteristik mit veränderlicher Lage hat, wie ein Antriebsmotor für ein Land-, Wasser- oder Luftfahrzeug. Die gegenelektromotorische Kraft eines solchen Antriebsmotors, insbesondere eines Fahrzeugmotors, kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

In dieser Formel bedeuten /?den inneren elektrischen Widerstand des Motors, π seine Drehzahl und k eine durch die Konstruktion gegebene Konstante. Die Betriebskennlinien eines derartigen Motors sind infolgedessen in Abhängigkeit vom Strom /parallele Gerade 6, 7, 8,.., die den Drehzahlen Null, n\, /72,..· entsprechen (F i g. 2).

Es ergibt sich aus der F i g. 2 daß bei Verwendung einer großen Batterie aus Brennstoffzellen, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist, die Kennlinie 6 des Fahrzeugmotors bei der Drehzahl Null die Kennlinien 3, 4, 5 der Brennstoffzellen-Batterie nicht in einem für die Benutzung zulässigen Kurvenabschnitt schneidet, wie der Zone AB oder BC der Kurve 3. Man wäre infolgedessen genötigt, die Batterie aus untereinander umschaltbaren Einzelzellen bzw. Zellengruppen zusammenzusetznen, deren kritische Spannungen weit unter dem Wert U_c liegen; und diese Einzelzellen oder Zellengruppen könnte man dann stufenweise in Reihe schalten. Eine derartige Zellenanordnung ließe sich natürlich mit Hilfe von Schaltgeräten in entsprechender Weise zusammenschalten, dann müßte aber jede einzelne Zelle oder Zellengruppe ihre besondere Einrichtung für das Speisen mit Elektrolyt für die Reinigung, die Kühlung usw. erhalten.

Die vorliegende Erfindung macht es möglich, die fortschreitende Reihenschaltung von einzelnen Brennstoffzellen oder Brennstoffzellengruppen einer Batterie durch entsprechende Beeinflussung der Speisung der Zellen mit Elektrolyt zu erzielen.

Zu diesem Zweck werden — wie F i g. 3 zeigt — die elektrisch in Reihe geschalteten Einzelzellen Pa, Pb,.., Pm der Batterie von einer Pumpe 9 mit Elektrolyt gespeist, die durch einen Elektromotor 10 angetrieben wird. Die Saugseite der Pumpe 9 ist mit den Elektrolytauslässen der Zellen Pa bis Pm verbunden, während an die Druckseite der Pumpe 9 der Elektrolyteinlaß der ersten Zelle Pa über eine Leitung 11 angeschlossen ist, von der Abzweigungen 12b, 12c;.., 12/n ausgehen, die dazu bestimmt sind, die Brennstoffzellen Pb, Pc,..., Pm mit einem schwachen oder geringen Elektrolytdurchsatz über kalibrierte Drosselöffnungen 136,13c,.. _M 13m zu speisen, die einen bestimmten Druckabfall in den entsprechenden Abzweigungen 126 bis 12m erzeugen. Die Zellen Pb,.., Pm werden außerdem mit Hilfe eines Systems von einstellbaren Ventilen 14b, 14c,..., 14m gespeist, die in Kaskadenanordnung miteinander in Verbindung stehen und jeweils den Elektrolyteinlaß einer Brennstoffzelle mit dem der vorhergehenden Zelle verbinden. Jedes der Ventile 14 (Fig.4) besteht aus einem zylindrischen Ventilgehäuse 15, in dem eine nachgiebige kreisförmige Membran 16 befestigt ist, die durch eine Feder 17 belastet wird; ein Metallring 18 ist zur einwandfreien Druckübertragung zwischen die Membran 16 und die Feder 17 eingelegt. Die Kammer 19 des inneren Ventilteils ist abgedichtet und mit Luft gefüllt. Das Ventilgehäuse 15 ist über eine Rohrleitung 20 mit dem Einlaß der Brennstoffzelle P, und über eine Rohrleitung 21 mit dem Ventilgehäuse der folgenden Zelle verbunden. Die Rohrleitung 22 kommt aus dem Gehäuse des vorhergehenden Ventils und ist in der Achse des Ventilgehäuses 15 angeordnet, sie hat eine Austrittsöffnung 22a mit einem Durchmesser, der eindeutig kleiner als der des Ventilgehäuses 15 ist; diese Austrittsöffnung 22a wird normalerweise durch die unter Federdruck stehende Membran 16 verschlossen. Wegen der Unterschiede der unter Druck stehenden Flächen innerhalb der Austrittsöffnung 22a und an der ij Außenseite der Membran 16 schließt sich die Austrittsöffnung 22a, wenn sie sich zuvor unter der Wirkung eines Elektrolytdruckes po geöffnet hat, nur bei einem Elektrolytdruck pt, der wesentlich kleiner ist als der Druck po-

»o Der Motor 10 für den Antrieb der Pumpe 9 wird mit einer Spannung u gespeist, deren Steuerung weitgehend selbsttätig in der Weise erfolgt, wie dies Fig.5 zeigt. Die Spannung u wird von einem Potentiometer 23 abgenommen, das durch die Beschleunigungskurbel ij oder das Beschleunigungssteuerorgan des anzutreibenden Fahrzeuges eingestellt und von zwei in Reihe geschalteten Stromerzeugern 24 und 25 gespeist wird. Der Stromerzeuger 24 besteht aus einer Batterie, die eine konstante Spannung U₀ liefert, während der Stromerzeuger 25 ein Tachometerdynamo ist, der eine Spannung kn liefert, die der Motordrehzahl und damit auch der Geschwindigkeit des Fahrzeuges proportional ist. Die Spannung u liegt infolgedessen zwischen dem Wert Null und einem Maximalwert von Um—uo + kn, während der Durchsatz Q durch die Pumpe zwischen dem Wert Null und einem Wert etwa proportional zu u,„ liegt.

Die Vorrichtung von F i g. 3 bis 5 arbeitet in folgender Weise:

Die Anzahl und die Leerlaufspannung der Zellen jeder einzelnen Batteriegruppe oder Batterie wird sorgfältig in Abhängigkeit von den Kennwerten des Fahrzeugs gewählt; dem Betrieb der ersten Zelle oder Zellengruppe Pa allein entspricht eine maximale Spannung U\_m dem Serienbetrieb der Zellen Pa und Pb entspricht eine maximale Spannung U_2n, usw; die maximale Stromstärke in irgendeiner der in Reihe geschalteten Zellen oder Zellengruppen ist stets I_n*

Wenn die einzelne Zelle oder Zellengruppe P in normaler Weise über ihr Ventil 14 mit Elektrolyt gespeist wird, liefert sie eine Spannung, die nicht Null ist, Wenn sie jedoch nur über die ihr zugeordnete entsprechend kalibrierte Drosselöffnung 13 gespeisi

wird, liefert sie eine Spannung, die im wesentlichen NuI

ist. Diese Drosselöffnung 13 ist jedoch grundsätzlich

derart bemessen, daß durch den durch sie nocl· hindurchfließenden Elektrolyten der innere Widerstanc

der Zelle im wesentlichen ausgeglichen wird bzw. al:

vernachlässigbar angesehen werden kann, da eine kleini Spannung in der Zelle erzeugt wird. Auf jeden Fall kam

diese Drosselöffnung 13 so gewählt werden, daß de

innere Widerstand der Zelle einen ganz bcstimmtei

Wert hat, der sich zum inneren Widerstand de Antriebsmotors des Fahrzeugs addiert und die Anfahr

entsprechend der Wirkung eines Vorschaltwiderstandc

erleichtert. Der kleinste Elektrolytdurchsat/, durch di<

kalibrierte Drosselöffnung 13 hat außerdem den Zwecl·

die Wärme abzuführen, die durch den Strom / in de

Zelle auftritt; der Elektrolyt wird überdies in einem Wärmetauscher abgekühlt, der in der gemeinsamen Elektrolytleitung liegt und nicht eigens dargestellt ist.

Beim Anfahren des von der Batterie zu speisenden Motorfahrzeuges ist die Vollastkennlinie q\ der Zelle oder der Zellengruppe Pa allein die Kurve 26 in F i g. 6; die Kennlinien bei verringerter Leistung tx\q\, <xiqu «3<7i werden durch die Kurven 27a, 27b und 27c veranschaulicht. Die Spannungskennlinie 28 des Antriebsmotors im Stillstand schneidet nun zumindest eine dieser Kurven 27 in einem Punkt 29, für den die von der Zelle oder Zellengruppe Pa gelieferte Spannung u_a größer ist als die kritische Spannung u_ac dieser Zelle und die Stromstärke I, ausreicht, um das Fahrzeug sicher anzufahren.

Von diesem Augenblick ab ist die Drehzahl des Antriebsmotors nicht mehr Null, sie nimmt vielmehr zu. Die Kennlinie 28 verschiebt sich mit zunehmender Motordrehzahl parallel zu sich selbst in die Lage der Kennlinie 28a, während die Batteriekennlinie 27 wegen der selbsttätig gesteuerten Vergrößerung des Elektrolytdurchsatzes in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit sich durch eine Anamorphose parallel zur Achse der Stromstärke ändert, wobei der Betriebspunkt sich über den Punkt 29a hinaus verschiebt, der einer Stromstärke U entspricht, bis der der Kennlinie 26 für das Brennstoffelement entsprechende Elektrolytdurchsatz q\ und die Kennlinie 286 für den Motor erreicht sind. Diese beiden Kennlinien schneiden den sich in einem Punkt 30, der einer Stromstärke entspricht, die von dem Wert Id nur wenig abweicht.

Von nun ab steigt die Drehzahl des Antriebsmotors weiter, die Geschwindigkeit des Fahrzeuges wächst, und der Durchsatz bzw. die Förderleistung der Pumpe 9 steigt in der gleichen Weise wie die Durchfluß-Druckverluste durch die Zelle Pa.

Der vor dem Elektrolyteinlaß der Zelle oder Zellengruppe Pa vorhandene Elektrolytdruck überschreitet dann diejenige Druckschwelle, bei der das Ventil 146 geöffnet wird, sich der gesamte Elektrolytdurchsatz dann zwischen den Brennstoffzellen oder -Zellengruppen Pa und Pb aufteilt, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Spannungskennlinie der Reihenschaltung der Zellen bzw. Zellengruppen Pa+Pb bei vollem Elektrolytdurchsatz qi ist eine Kurve 31 (Fig.6), die Kennlinie dieser Zellengruppierung nach Beginn des Zuschaltens der zweiten Zelle, d. h. bei einem Elektrolytdurchsatz q\+e = ß\q7 ist eine Kennlinie oder Kurve 32a, die aus der Kurve 31 durch Anamorphose parallel zur Stromachse erhalten wird und die Betriebskennlinie 28b des Antriebsmotors in einem Punkt 33 schneidet. Dieser Punkt 33 kann dicht an dem Punkt 30 liegen, wenn das Verhältnis der Leerlaufspannungen der Zellen Pb und Pa geeignet vorgesehen worden ist, und einer Stromstärke entspricht, die wenig von dem Wert /,/abweicht.

Der Elektrolytdurchsatz in der Zellengruppierung Pa+Pb nimmt weiter zu, und die vorher geschilderten Vorgänge wiederholen sich, zunächst für die Kennlinie 28c des Motors und 32b der Zellengruppierung, die einem Elektrolytdurchsatz ß₇q2 entspricht, dann für die Kennlinie 28c/des Motors und 31 der Zellengruppierung Pa+ Pöbei vollem Elektrolytdurchsatz φ; diese Kurven schneiden sich in einem Punkt 34, der einer Stromstärke in der Nähe von h entspricht. Daraufhin öffnet sich das Verhältnis 14c wegen Ansteigens der Strömungswiderstände und damit des Druckes vor den Zellen bzw. Zellengruppen Pa und Pb. Der Durchsatz an Elektrolyt teilt sich sodann zwischen den elektrisch in Reihe geschalteten Zellen bzw. Zellengruppen Pa, Pb und Pc auf.

ίο Die Kennlinie der Reihenschaltung der drei Zellen bzw. Zellengruppen Pa+ Pb+ Pcbei vollem Elektrolytdurchsatz φ ist eine Kurve 35 in F i g. 6; die Kennlinie dieser Gruppierung nach Beginn des öffnens des Ventils 14c und bei dem entsprechenden Durchsatz φ + η = yi φ ist die Kennlinie 36a, die durch Anamorphose aus der Kennlinie 35 abgeleitet wird. Diese Kennlinie 36a schneidet die Betriebskurve 28c/ des Motors in einem Punkt 37, der in der Nähe des Punktes 34 liegen kann, wenn das Verhältnis der Leerlaufspannungen für die drei in Reihe geschalteten Zellen bzw. Zellengruppen geeignet bestimmt ist; dieser Punkt entspricht einer Stromstärke, die wenig von dem Wert Idabweicht.

Das aufeinanderfolgende »Einschalten« der Zellen oder Zellengruppen der Brennstoffzellen-Batterie setzt sich in der soeben beschreibenen Weise während der gesamten Dauer des Anfahrens fort. Das Anfahren erfolgt infolgedessen bei einer im wesentlichen konstanten Stromstärke in der Nähe des Stromes Id. Diese Stromstärke ist abhängig von der Drehzahl der Pumpe 9 (F i g. 3), die durch den Abgriff von dem Potentiometer-Widerstand 23 (Fig. 5) gesteuert wird; diese Pumpendrehzahl steigt ganz unabhängig von der Einstellung dieses Widerstandes stetig mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges, da die Spannung des Motors 10 durch die in Fig.5 angegebene Schaltung bestimmt und gesteuert wird.

Nach Beendigen des Anfahrens ist die zum Betrieb des Antriebsmotors notwendige Stromstärke kleiner als Id; die Betriebspunkte bei den unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten nähern sich in dem Kurvenbild der Fig.6 mehr der Achse der Spannungen. Solange wie die Geschwindigkeit zunimmt, wiederholt sich der vorher beschriebene Vorgang, wobei die einzelnen weiteren Zellen der Batterie oder Gruppen solcher Zellen stetig zunehmend durch Speisung mit Elektrolyt als Spannungslieferer in den Stromkreis »eingeschaltet«, d. h. in ihm wirksam werden. Wenn jedoch die Fahrzeugeschwindigkeit abnimmt, verringen sich auch der Elektrolytdurchsatz bzw. die Förderleistung der Pumpe 9, und die Zellen werden nacheinandei durch stufenweises Schließen ihrer Ventile 14 weitge hend aus dem Elektrolyt-Umlaufkreis »ausgeschaltet« Trägt man jedoch den Kenndaten dieser Ventili Rechnung, so erfolgt das »Ausschalten« eines Elemen tes, d. h. dss Absperren des Haupt-Elektrolytdurchsat zes bei einer Geschwindigkeit, die wesentlich kleiner is als die Einschaltgeschwindigkeit; dies macht es möglich die gesamte Zellenanordnung in einem großen Bereicl des //u-Kennlinienbildes unverändert zu lassen. Di< beschriebene Vorrichtung kann schließlich noch mi einer Bremse zusammenwirken, um das Stillsetzen de Fahrzeuges zu ermöglichen.

Hierzu 2 Bhitt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern des Durc' 'es an Brennstoff und/oder Oxydationsmittel ti portierendem Elektrolyt für eine Brennstoffzellen-Batterie zwecks Bedarfsanpassung von deren durch den Elektrolytdurchsatz durch die einzelnen Zellen bestimmter Leistungsabgabe an einen Stromverbraucher mit mindestens zeitweise konstanter Stromaufnahme und durch eine Schar von im wesentlichen geradlinigen Strom/Spannungs- Kennlinien bestimmter Leistungsaufnahme, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Reihe elektrisch in Serie geschalteter Brennstoffzellen (Pa bis Pm) die erste Brennstoffzelle (Pa) ständig mit ■? unmittelbarer Elektrolytversorgung unter leistungsabha'ngigem Speisedruck und die weiieren Brennstoffzellen (Pb bis Pm) einerseits mit einer Elektrolytversorgung von geringem Durchsatz ohne Leistungsabgabe und andererseits in Abhängigkeit vom Speisedruck für die Elektrolytversorgung und schrittweise zuschaltbar mit leistungsabhängiger Elcktrolytversorgung betrieben werden.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine über einen Elektromotor (10) mit von einem linear veränderlichen Betriebsparameter des Stromverbrauchers abhängiger Drehzahl angetriebene Pumpe (9) für den Umlauf des Elektrolyten in der Brennstoffzellen-Batterie einerseits an ihrer Ansaugseite parallel und unmittelbar mit den Elektrolytauslässen aller elektrisch in Serie geschalteten Brennstoffzellen (Pa bis Pm) und andererseits an ihrer Druckseite mit dem Elektrolyteinlaß der ersten Brennstoffzelle (Pa) unmittelbar und mit den Elcktrolyteinlässen der weiteren Brennstoffzellen (Pb bis Pm) zum einen über je eine kalibrierte Drosselöffnung (13£> bis i3m) und zum anderen über jeweils erst bei einem vorgegebenen und für jede nachfolgende Brennstoffzelle höher als für die vorangehende Brennstoffzelle liegenden Elektrolytdruck öffnende Druckventile (i4b bis i4m) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckventile (146 bis \4m) jedes ein zylindrisches Gehäuse (15) aufweisen, das zum ersten mit dem Elektrolyteinlaß (20) der zugehörigen Brennstoffzelle (Pn), zum zweiten mit einer beim ersten Druckventil (146,) unmittelbar und bei allen weiteren Druckventilen (14c bis iAm) über das jeweils vorangehende Druckventil vom Elektrolyteinlaß der jeweils vorangehenden Brennstoffzelle kommenden Leitung (22) und bis auf das letzte Druckventil (14m,) aim dritten mit einer über das jeweils nachfolgende Druckventil zum Elektrolyteinlaß der jeweils nachfolgenden Brennstoffzelle führenden Leitung (21) in Verbindung steht und eine elastisch nachgiebige Membran (16) enthält, die auf ihrer einen Seite unter Zwischenschaltung eines Metallringes (18) von einer Feder (17) belastet ist und auf ihrer anderen Seite konzentrisch der im Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses bemessenen Austrittsöffnung (22a.) der von der jeweils vorangehenden Brennstoffzelle kommenden Leitung gegenübersteht und im Ruhe- f>5 zustand unter der Federbelastung daran anliegt.

Die Erfindung bezieht sicii auf ein Verfahren zum Steuern des Durchsatzes an Brennstoff und/oder Oxydationsmittel transportierenden Elektrolyt für eine Brennstoffzellen-Batterie zwecks Bedarfsanpassung von deren durch den Elektrolytdurchsatz durch die einzelnen Zellen bestimmter Leistungsabgabe an einen Stromverbraucher mit mindestens zeitweise konstanter Stromaufnahme und durch eine Schar von im wesentlichen geradlinigen Strom/Spannungs-Kennlimen bestimmter Leistungsaufnahme, sowie auf zum Durchführen eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtungen. Wenn eine Brenstoffzellen-Battene einen Stromverbraucher speisen soll, dessen Stromaufnahme mindestens zeitweise konstant ist und dessen Leistungsaufnahme durch eine Schar von im wesentlichen geradlinigen Strom/Spannungs-Kennlinien bestimmt wird, ein Fall der beispielsweise bei Elektromotoren fur den Antrieb von Fahrzeugen vorliegt, wobei insbesondere deren Anfahren interessiert, so geschieht dies bisher unter Zwischenschaltung eines Netzes von elektrischen Widerständen, die sich nach Anzahl und Große in ihrer Wirksamkeit für den elektrischen Stromfluß verändern lassen Auf diese Weise ist zwar eine entsprechende Veränderung der für den Betrieb des jeweiligen Stromve, brauchers zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung möglich, jedoch wirkt sich diese Änderung nicht unmittelbar auf die der Brennstoffzellen-Batterie selbst entnommene Leistung aus, vielmehr wird stets ein Teil dieser Leistung ohne unmittelbaren Nutzen für den Stromverbraucher in dem Widerstandsnetzwerk verzehrt, so daß sich der gesamte Betrieb unwirtschaftlich gestaltet.

Nun gibt es unter den bisher entwickelten Brennstoffzellen auch solche, bei denen sich der Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke in Abhängigkeit vom Elektrolytdurchsatz ändern läßt, so daß unter Änderung des Elektrolytdurchsatzes eine Schar von Strom/Spannungs-Kennlinien für diese Batterien erhalten werden kann. Auch diese Batterien lassen sich jedoch nicht ohne weiteres mit einfacher Änderung des Elektrolytdurchsatzes betreiben, wenn der angeschlossene Stromverbraucher einen Betrieb mit wenigstens zeitweise konstanter Stromabnahme verlangt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, auf dem sich die Leistungsabgabe einer Brennstoffzellen-Batterie durch einfache Änderung des Elektrolytdurchsatzes durch ihre einzelnen Zellen an den Bedarf eines Stromverbrauchers anpassen läßt, der während bestimmter Zeitabschnitte eine konstante Stromaufnahme zeigt und dessen Leistungsaufnahme allgemein durch eine Schar von im wesentlichen geradlinigen Strom/Spannungs-Kennlinien bestimmt wird.

Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von einer Reihe elektrisch in Serie geschalteter Brennstoffzellen die erste Brennstoffzelle ständig mit unmittelbarer Elektrolytversorgung unter leistungsabhängigem Speisedruck und die weiteren Brennstoffzellen einerseits mit einer Elektrolytversorgung von geringem Duschsatz ohne Leistungsabgabe und andererseits in Abhängigkeit vom Speisedruck für die Elektrolytversorgung und schrittweise zuschaltbar mit leistungsabhängiger Eiektroiytversorgung betrieben werden.