DE2148209B2 - Method for operating a fuel battery - Google Patents

Method for operating a fuel battery

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffbatterie mit einem im Kreislauf geführten Elektrolyten, dem außerhalb der Batterie Verlustwärme und Reaktionswasser entzogen wird.The invention relates to a method for operating a fuel battery with a circulated fuel battery Electrolytes from which heat loss and water of reaction are extracted outside the battery.

Brennstoffbatterien, bestehend aus einer Anzahl von Brennstoffelementen, werden im allgemeinen bei Temperaturen betrieben, die über der Umgebungstemperatur liegen. Ist die Betriebstemperatur noch nicht erreicht, so kann nicht die volle Leistung entnommen werden. Bei der Inbetriebnahme einer Brennstoffbatterie soll aber die Energie möglichst schnell verfügbar sein, d. h. es ist notwendig, die Betriebstemperatur schnell und ohne großen Aufwand an zusätzlicher Energie zu erreichen. Da während der Anfahrzeit, d. h. solange die Betriebstemperatur noch nicht erreicht worden ist, die Batterie noch nicht voll leistungsfähig ist, ist man allgemein bestrebt, die Anfahrzeit zu verkürzen, um der Batterie möglichst frühzeitig Energie entnehmen zu können.Fuel batteries, consisting of a number of fuel elements, are generally used in Temperatures operated that are above the ambient temperature. Is the operating temperature still is not achieved, the full capacity cannot be drawn. When commissioning a However, the energy should be available as quickly as possible from the fuel battery, i. H. it is necessary the operating temperature can be reached quickly and without a great deal of additional energy. Since during the Start-up time, d. H. as long as the operating temperature has not yet been reached, the battery is not yet full is efficient, efforts are generally made to shorten the start-up time in order to get the battery as early as possible To be able to extract energy.

Auf die eben beschriebene Eigenschaft von Brennstoffelementen und Brennstoffbatterien wird beispielsweise auch in der Zeitschrift »Atom und Strom«, 16. Jahrg. (1970), Heft 5,Seite 77 bis 80, hingewiesen, wo unter anderem als eine Eigenschaft von Brennstoffelementen die Tatsache genannt ist, daß die thermische Trägheit Anwärmzeiten von etwa 20 Minuten erfordert.The property of fuel elements and fuel batteries just described is for example also in the magazine "Atom und Strom", 16th year (1970), issue 5, pages 77 to 80, pointed out, where, among other things, a property of fuel elements is the fact that the thermal Inertia requires warming up times of around 20 minutes.

Im Tagungsbericht II der »Journees Internationales d'Etudedes Piles a Combustible«, Brüssel 1965, Seite 16 bis 21, ist ausgeführt, daß sich bei Brennstoffelementen und Batterien unter anderem Probleme thermischer Art ergeben. Es wird festgestellt, daß beim Anfahren einer kalten Batterie die Verlustwärme und die sonst nach außen abzugebende Energie zum Erwärmen notwendig ist. Darüber hinaus müssen, wie dort weiter ausgeführt wird, größere Einheiten mitIn conference report II of the "Journees Internationales d'Etudedes Piles a Combustible", Brussels 1965, page 16 to 21, it is stated that, inter alia, thermal problems arise in fuel elements and batteries Kind of surrender. It is found that when starting a cold battery, the heat loss and the energy that would otherwise have to be given off to the outside is necessary for heating. In addition, need how there is further carried out, larger units with

ίο Einrichtungen zum Heizen wie auch zum Kühlen versehen sein.ίο Provide facilities for both heating and cooling be.

Aus der US-Patentschrift 3300341 ist ein Brennstoffzellenaggregat mit Elektrolytkreislauf bekannt, bei dem Maßnahmen getroffen sind, um Abweichungen bei der Konzentration und der Temperatur der Elektrolytflüssigkeit auszugleichen. Zur Konstanthaltung der Elektrolytkonzentration dient eine im Elektrolytkreislauf angeordnete Vorrichtung zur Abtrennung von Wasserdampf. Zur Konstanthaltung der Temperatur der Elektrolytflüssigkeit dient ein Kühlmittelkreislauf, in welchem ein Wärmetauscher angeordnet ist, der sowohl von der Elektrolytflüssigkeit als auch von der Kühlflüssigkeit durchströmt wird. Wenn sich die Temperatur der Elektrolytflüssigkeit ändert, wird durch ein innerhalb der Brennstoffbatterie angeordnetes Thermoelement ein Ventil- oder Pumpensystem in der Weise gesteuert, daß - abhängig von der Ele.ktrolyttemperatur - mehr oder weniger Kühlflüssigkeit durch den Kühlkreislauf fließt. Die Elektrolytflüssigkeit durchströmt dabei die Brennstoffbatterie kontinuierlich, d. h. der Elektrolytdurchfluß durch die Batterie ist konstant.From US patent 3300341 a fuel cell unit is known with the electrolyte cycle, in which measures are taken to avoid deviations balance in the concentration and temperature of the electrolyte fluid. To keep things constant a device arranged in the electrolyte circuit serves to separate the electrolyte concentration of water vapor. A coolant circuit is used to keep the temperature of the electrolyte liquid constant, in which a heat exchanger is arranged, both of the electrolyte liquid and the cooling liquid flows through it. When the temperature of the electrolyte liquid changes, a thermocouple located inside the fuel battery is a valve or Pump system controlled in such a way that - depending on the Ele.ktrolyttemperatur - more or less Coolant flows through the cooling circuit. The electrolyte fluid flows through the fuel battery continuous, d. H. the electrolyte flow through the battery is constant.

Aus der DT-AS 1183563 ist eine H2/O2-Brennstoffbatterie mit einem zur Kühlung dienenden Wasserstoff-Zirkulationssystem bekannt, bei dem der Wasserstoff intermittierend die Batterie durchströmt. Hierbei wird nämlich - durch eine auf die Temperatur der Batterie ansprechende Vorrichtung zui Steuerung der Mittel zum Zirkulieren des Wasserstoffes - der Wasserstoff jedesmal nur dann in Zirkulation versetzt, wenn die Temperatur einen bestimmten Wert erreicht hat. Eine derartige intermittierende Betriebsweise ist aber hinsichtlich Empfindlichkeit und Regelgenauigkeit unbefriedigend. Auch aus der DT-AS 1264555 und der DT-OS 1496286 sind Regelsysteme für Brennstoffelemente bekannt, bei denen die Temperatur durch einen intermittierend betriebenen Gaskreislauf geregelt wird.From DT-AS 1183563 an H 2 / O 2 fuel battery with a hydrogen circulation system serving for cooling, in which the hydrogen flows intermittently through the battery, is known. Here, namely - by a device responsive to the temperature of the battery for controlling the means for circulating the hydrogen - the hydrogen is only put into circulation each time the temperature has reached a certain value. Such an intermittent mode of operation is unsatisfactory in terms of sensitivity and control accuracy. Control systems for fuel elements are also known from DT-AS 1264555 and DT-OS 1496286, in which the temperature is controlled by an intermittently operated gas circuit.

Zur Erwärmung von Brennstoffelementen undFor heating fuel elements and

to Brennstoffbatterien kann man beispielsweise die Batterie mit der jeweils zur Verfügung stehenden Leistung auf eine Heizung im Elektrolytkreislauf wirken lassen. Man kann ferner die Elektrolytflüssigkeit, innerhalb oder außerhalb der Batterie, auch unter Verwendung von Fremdstrom aufheizen. Bei diesen Verfahren wird nach außen erst dann Nutzleistung abgegeben, wenn die Betriebstemperatur erreicht ist. In vielen Fällen wäre es jedoch vorteilhaft, wenn die Batterie sofort nach dem Einschalten Nutzleistung, wenn auch vermindert, abgeben könnte, ohne daß dabei die Anfahrzeit wesentlich verlängert wird.For example, one can use the battery to fuel batteries act with the available power on a heater in the electrolyte circuit permit. One can also use the electrolyte liquid inside or outside the battery heat up by external current. With these methods, only then is the useful power outwardly available released when the operating temperature is reached. In many cases, however, it would be advantageous if the Battery could deliver useful power immediately after switching on, even if reduced, without doing so the start-up time is significantly increased.

Wird eine Brennstoffbatterie unterhalb der Nennleistung belastet, so reicht im allgemeinen ab einer unteren Grenze die erzeugte Reaktionswärme nicht mehr aus, um die Wärmeverluste des gesamten Systems zu decken, so daß die Temperatur absinkt. Bei einer plötzlichen Lasterhöhung dauert es dann eine längere Zeit, bis die Betriebstemperatur wieder er-If a fuel battery is loaded below the nominal output, one or more is generally sufficient lower limit, the generated reaction heat is no longer due to the heat losses of the entire system to cover so that the temperature drops. If the load suddenly increases, it will take one longer time until the operating temperature

reicht ist und die Batterie voll belastet werden kann. Man ist deshalb bestrebt, die Betriebstemperatur wegen des besseren Gasumsetzungsgrades und der unmittelbaren Vollastbereitschaft auch bei einer Erniedrigung der Belastung aufrechtzuerhalten.is enough and the battery can be fully charged. The aim is therefore to keep the operating temperature the better degree of gas conversion and the immediate full load readiness even with a decrease to maintain the load.

Wird eine Brennstoffbatterie überlastet, so muß aus der Batterie eine größere Menge an Reaktionswärme abgeführt werden, da eine Maximaltermperatur nicht überschritten werden darf, um Wärmeschäden, insbesondere am Katalysatormaterial und am Rahmenmaterial der Bstierie, zu vermeiden. Auch bei einem derartigen Betriebszustand soll die Brennstoffbatterie ohne Leistungsverminderung betrieben werden können. If a fuel battery is overloaded, a larger amount of heat of reaction must be released from the battery be dissipated, since a maximum temperature must not be exceeded to avoid heat damage, in particular on the catalyst material and on the frame material of the animal. Even with one of these In the operating state, the fuel battery should be able to be operated without a reduction in output.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffbatterie mit einem im Kreislauf geführten Elektrolyten, dem außerhalb der Batterie Verlustwärme und Reaktionswasser entzogen wird, anzugeben, das die genannten Schwierigkeiten beseitigt. Insbesondere soll erreicht werden, daß die Batterie kurze Zeit nach der Inbetriebnahme ihre volle Leistung erreicht. Darüber hinaus soll erreicht werden, daß die volle Leistungsfähigkeit der Batterie auch bei einem Betrieb unterhalb der Nennleistung und auch bei Überlastung gewährleistet ist.The object of the invention is to provide a method for Operation of a fuel battery with a circulating electrolyte, the one outside the battery Heat loss and water of reaction is withdrawn to indicate that the difficulties mentioned eliminated. In particular, the aim is to ensure that the battery is in operation a short time after it has been put into operation full performance achieved. In addition, the aim is to achieve the full capacity of the battery is guaranteed even with operation below the nominal power and also in the event of overload.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Elektrolytdurchfluß durch die Batterie in Abhängigkeit von der Elektrolyttemperatur in der Weise gesteuert oder geregelt wird, daß bei Inbetriebnahme der Batterie die Betriebstemperatur durch vollständigen oder nahezu vollständigen Stillstand der Elektrolytzirkulation rasch erreicht wird und daß die Betriebstemperatur während des Betriebes bei wechselnder Belastung der Batterie durch Änderung der Elektrolytdurchflußgeschwindigkeit wenigstens annähernd konstant gehalten wird.According to the invention, this is achieved in that the electrolyte flow through the battery is dependent on is controlled or regulated by the electrolyte temperature in such a way that at start-up the operating temperature of the battery by completely or almost completely stopping the electrolyte circulation is reached quickly and that the operating temperature during operation with changing At least approximately the load on the battery by changing the electrolyte flow rate is kept constant.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läuft der Elektrolyt bei kalter Batterie nicht oder fast nicht um. Außerdem wird im Elektrolytkreislauf keine Heizung vorgesehen, so daß die gesamte Batterieleistung als Nutzleistung verwendet werden kann. Die in der Batterie entwickelte Reaktionswärme, die bei kalter Batterie größer ist als im Betriebszustand, heizt nur die Elektroden und den Batterieblock auf. Darüber hinaus wird beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Wärme verbraucht für das Aufheizen der außerhalb des Batterieblocks in den Leitungen und dem Vorratsgefäß befindlichen Elektrolytmenge sowie für das Aufheizen von Leitungen und Wärmetauschern und für deren Wärmeableitung und Wärmeabstrahlung. Nähert sich die Batterietemperatur der Betriebstemperatur, so wird der Elektrolytumlauf langsam erhöht, wobei die außerhalb der Batterie angeordneten Bauteile langsam aufgeheizt werden. Die !Erhöhung des Elektrolytumlaufes wird in der Weise geregelt, daß die Batterietemperatur nicht absinkt, sondern stetig bis zur Betriebstemperatur ansteigt. Auf diese Weise kann man eine maximal mögliche Nutzleistung bei kurzer Anfahrzeit erreichen. Wird während des Betriebes die Belastung der Brennstoffbatterie erniedrigt, so sinkt, wie bereits ausgeführt wurde, ab einer bestimmten Grenze die Elektrolyttemperatur ab. Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird aber schon bei geringem Temperaturrückgang der Elektrolytumlauf gedrosselt, so daß die durch den Elektrolyten aus der Batterie abgeführte Wärmemenge vermindert und die Wärmeverluste im Elektrolytkreislauf erniedrigt werden. Auf eine zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur - bei Belastung unterhalb der Nennleistung-unter Umständen erforderliche Zusatzheizung braucht deshalb erst bei einem weiteren Rückgang der Belastung und somit bei weiterem Absinken der Elektrolyttemperatur zurückgegriffen zu werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird demnach die untere Belastungsgrenze, bei der die Betriebstemperatur absinkt, ohne zusätzlichen Energieaufwand gesenkt, so daß die Aufrechterhaltung des Betriebszustandes, eine gute Ausnutzung der Reaktionsgase und die Vollastbereitschaft über einen längeren Zeitraum gewährleistet werden können.According to the method according to the invention, the electrolyte does not or hardly circulates when the battery is cold. In addition, no heating is provided in the electrolyte circuit, so that the entire battery power as Useful power can be used. The heat of reaction developed in the battery that occurs when the battery is cold is larger than in the operating state, only heats up the electrodes and the battery block. Furthermore In the process according to the invention, no heat is consumed for heating the outside of the battery block in the lines and the storage vessel as well as the amount of electrolyte Heating of pipes and heat exchangers and for their heat dissipation and heat radiation. If the battery temperature approaches the operating temperature, the electrolyte circulation is slowly increased, the components arranged outside the battery are slowly heated up. The! Increase of the The electrolyte circulation is regulated in such a way that the battery temperature does not drop, but rather steadily rises to operating temperature. In this way you can achieve the maximum possible useful power short start-up time. If the load on the fuel battery is reduced during operation, as has already been stated, the electrolyte temperature drops above a certain limit. In the method according to the invention, however, is If the temperature drops slightly, the electrolyte circulation is throttled, so that the electrolyte out The amount of heat dissipated from the battery is reduced and the heat losses in the electrolyte circuit are reduced will. On one to maintain the operating temperature - at load below the rated power - below Additional heating required under certain circumstances is therefore only required when the Load and thus to be used if the electrolyte temperature drops further. To the method according to the invention is therefore the lower load limit at which the operating temperature sinks, lowered without additional energy expenditure, so that the maintenance of the operating state, a good utilization of the reaction gases and the full load readiness over a longer period of time can be guaranteed.

Wird die Brennstoffbatterie während des Betriebes überlastet, so wird mehr Reaktionswärme gebildet, die durch die Elektrolytflüssigkeit aus der Batterie ausgebracht werden muß. Erfindungsgemäß kann dies dadurch erreicht werden, daß der Elektrolytdurchfluß durch die Batterie erhöht wird. Auf diese Weise kann die Wärme ohne Absenken der Elektrolyteingangstemperatur, d. h. bei der ursprünglichen Temperaturdifferenz zwischen Elektrolyteingangs- und Elektrolytausgangstemperatur, aus der Batterie abgeführt werden. Nachteile, die sich bei einem Absenken der Eingangstemperatur des Elektrolyten in die Batterie ergeben würden, werden deshalb vermieden. Dadurch kann die Leistungsfähigkeit der Batterie gesteigert und die Batterie stärker überlastet werden. Die genannten Nachteile würden sich dadurch ergeben, daß - bei konstantem Elektrolytdurchfluß durch die Batterie — zur Abführung der erhöhten Wärmemenge mittels der Elektrolytflüssigkeit zwischen der Eintrittstemperatur des Elektrolyten in die Batterie und der Austrittstemperatur des Elektrolyten aus der Batterie eine größere Temperaturdifferenz erforderlich wäre. Da aber, wie bereits erläutert, eine Maximaltemperatur nicht überschritten werden darf, müßte dabei die Elektrolyteingangstemperatur abgesenkt werden. Dies hätte aber ein Abkühlen zumindest eines Teiles der Elektroden am Eingang der Batterie zur Folge, wodurch eine Leistungsverminderung auftreten würde.If the fuel battery is overloaded during operation, more reaction heat is generated, which must be discharged from the battery by the electrolyte liquid. According to the invention this can can be achieved by increasing the electrolyte flow through the battery. That way you can the heat without lowering the electrolyte inlet temperature, d. H. at the original temperature difference between the electrolyte inlet and electrolyte outlet temperature, discharged from the battery will. Disadvantages of lowering the temperature of the electrolyte entering the battery would therefore be avoided. This can increase the performance of the battery and the battery will become more overloaded. The disadvantages mentioned would result from the fact that - with constant electrolyte flow through the battery - to dissipate the increased amount of heat by means of the electrolyte liquid between the entry temperature of the electrolyte into the battery and the outlet temperature of the electrolyte from the battery requires a greater temperature difference were. However, since, as already explained, a maximum temperature must not be exceeded, this would have to be the case the electrolyte inlet temperature can be lowered. But this would have cooled down at least one thing Part of the electrodes at the input of the battery result, which leads to a reduction in performance would.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann zur Elektrolytzirkulation, d. h. zum Umwälzen der Elektrolytflüssigkeit, vorteilhaft eine Pumpe verwendet werden, deren Antrieb in einem Drehzahlregelkreis angeordnet wird, auf den die Elektrolyttemperatur als Führungsgröße wirkt.In the method according to the invention, for electrolyte circulation, i. H. for circulating the electrolyte liquid, It is advantageous to use a pump whose drive is in a speed control loop is arranged, on which the electrolyte temperature acts as a reference variable.

Der Elektrolytdurchfluß durch die Batterie kann aber auch vorteilhaft in der Weise gesteuert werden, daß im Elektrolytkreislauf ein Drosselventil angeordnet wird, dessen Öffnungsgrad von einem Temperaturfühler geregelt wird.The electrolyte flow through the battery can also be advantageously controlled in such a way that a throttle valve is arranged in the electrolyte circuit, the degree of opening of a temperature sensor is regulated.

Die Elektrolyttemperatur kann vorteilhaft mit einem Temperaturfühler, insbesondere einem Thermistor, ermittelt werden. So kann zur Ermittlung der Elektrolyttemperatur beispielsweise ein Heißleiter verwendet werden. Als Temperaturfühler kann beispielsweise aber auch ein Thermoelement oder ein Widerstandsthermometer Verwendung finden.The electrolyte temperature can advantageously be measured with a temperature sensor, in particular a thermistor, be determined. For example, a thermistor can be used to determine the electrolyte temperature be used. A thermocouple or a Find resistance thermometers use.

Der Temperaturfühler kann im Elektrolytkreislauf vorteilhaft an der Stelle höchster Temperatur angeordnet werden. Im allgemeinen wird der Temperaturfühler innerhalb der Batterie an deren Ende oder außerhalb der Batterie unmittelbar am Batterieausgang angeordnet werden.The temperature sensor can be in the electrolyte circuit are advantageously arranged at the point of highest temperature. In general, the temperature sensor inside the battery at its end or outside the battery directly at the battery output to be ordered.

An Hand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigtThe invention will be explained in more detail using a few figures and exemplary embodiments. It shows

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens undFig. 1 shows a preferred embodiment of a device for carrying out the invention Procedure and

Fig. 2 eine Regelkennlinie für den Elektrolytdurchfluß durch eine Brennstoffbatterie.2 shows a control characteristic for the electrolyte flow through a fuel battery.

Bei der beispielhaften Ausführungsform nach Fig. 1 sind in einem Elektrolytkreislauf 1 eine Brennstoffbatterie 2, eine Abreicherungseinheit 3 für Reaktionswasser und Verlustwärme, ein Elektrolytvorratsgefäß 4 und eine Elektrolytpumpe 5 angeordnet. Die Batterie 2, beispielsweise eine H2/O2-Brennstoffbatterie, ist aus mehreren Brennstoffelementen aufgebaut, deren Elektrolyträume von der Elektrolytflüssigkeit parallel durchströmt werden, wie in Fig. 1 angedeutet ist. Die Batterie enthält beispielsweise 50 Brennstoffelemente mit gestützten Elektroden der Art, wie sie aus den US-Patentschriften 3471336, 3480538 und 3554812 bekannt ist. Die gestützten Elektroden der Brennstoffelemente enthalten beispielsweise pulverförmiges Raney-Nickel als Anodenmaterial (Brennstoffelektrode) und pulverförmiges Raney-Silber als Kathodenmaterial (positive Elektrode). Als Elektrolytflüssigkeit dient wäßrige Kalilauge mit einer Konzentration etwa im Bereich von 6 Mol KOH/1. Als Brenngas wird Wasserstoff verwendet, Sauerstoff dient als gasförmiges Oxidationsmittel; die Leitungen für die Reaktionsgase sind in Fig. 1 übersichtlichkeitshalber weggelassen worden. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, a fuel battery 2, a depletion unit 3 for water of reaction and lost heat, an electrolyte storage vessel 4 and an electrolyte pump 5 are arranged in an electrolyte circuit 1. The battery 2, for example an H 2 / O 2 fuel battery, is made up of several fuel elements, the electrolyte spaces of which are traversed in parallel by the electrolyte liquid, as indicated in FIG. 1. For example, the battery contains 50 supported electrode fuel elements of the type known from US Patents 3,471,336, 3,480,538 and 3,554812. The supported electrodes of the fuel elements contain, for example, powdered Raney nickel as anode material (fuel electrode) and powdered Raney silver as cathode material (positive electrode). Aqueous potassium hydroxide solution with a concentration approximately in the range of 6 mol KOH / 1 is used as the electrolyte liquid. Hydrogen is used as fuel gas, oxygen is used as a gaseous oxidizing agent; the lines for the reaction gases have been omitted in FIG. 1 for the sake of clarity.

In der Wärme/Wasser-Abreicherungseinheit 3 werden aus der Elektrolytflüssigkeit das bei der elektrochemischen Reaktion in der Brennstoffbatterie entstandene Wasser, das den Elektrolyten verdünnt, und gleichzeitig auch die bei dieser Reaktion gebildete Verlustwärme entfernt, die zu einer Aufheizung der Elektrolytflüssigkeit führt. Eine entsprechende Vorrichtung ist aus der österreichischen Patentschrift 277341 bekannt.In the heat / water depletion unit 3, the electrolyte liquid becomes that of the electrochemical Reaction in the fuel battery created water, which dilutes the electrolyte, and at the same time also removes the heat loss generated in this reaction, which leads to heating of the Electrolyte liquid leads. A corresponding device is from the Austrian patent 277341 known.

Die Elektrolytzirkulation wird mit der Pumpe 5 vorgenommen, die gleichzeitig auch als Steuerelement für den Elektrolytdurchfluß durch die Batterie dient. Als Pumpe 5 findet beispielsweise eine drehzahlgeregelte Spaltrohrpumpe Verwendung, die mit einem kollektorlosen Gleichstrommotor 6 angetrieben wird. Eine derartige Pumpe ist in der »Siemens-Zeitschrift«, 44. Jahrg. (1970), Heft 6, Seite 392 bis 395, beschrieben. Sie hat eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer.The electrolyte circulation is made with the pump 5, which also acts as a control element serves for the flow of electrolyte through the battery. The pump 5 is, for example, a speed-regulated one Canned pump use, which is driven by a brushless DC motor 6. Such a pump is in the "Siemens-Zeitschrift", 44th year (1970), issue 6, pages 392 to 395, described. It has a high level of reliability and a long service life.

Zur Regelung des Elektrolytdurchflusses durch die Brennstoffbatterie 2 ist im Elektrolytkreislauf 1 unmittelbar am Ausgang der Batterie ein Temperaturfühler 7, beispielsweise ein Heißleiter, angeordnet. Die durch den Temperaturfühler ermittelte Elektrolyttemperatur wirkt als Führungsgröße auf einen Drehzahlregelkreis, in dem außer einer Spannungsquelle, die eine Gleichspannung von etwa 24 V zum Antrieb des Motors liefert, der Motor 6 und ein Regelgerät 8 zur Drehzahlregelung angeordnet sind.To regulate the electrolyte flow through the fuel battery 2 is in the electrolyte circuit 1 directly A temperature sensor 7, for example an NTC thermistor, is arranged at the output of the battery. The electrolyte temperature determined by the temperature sensor acts as a reference variable on you Speed control loop in which, in addition to a voltage source, which supplies a DC voltage of about 24 V to the Drive the motor supplies, the motor 6 and a control device 8 for speed control are arranged.

Der Elektrolytdurchfluß wird bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entsprechend einer Regelkennlinie durch eine elektronische Schaltung mit Hilfe des Regelgerätes verwirklicht. Der Elektrolytdurchfluß durch die Batterie kann aber auch durch ein über den Temperaturf ühler 7 mechanisch betätigtes Drosselventil geregelt werden. In diesem Fall dient zum Umwälzen der Elektrolytflüssigkeit eine Pumpe mit konstanter Drehzahl.In the embodiment shown in FIG. 1, the electrolyte flow is in accordance with a control characteristic realized by an electronic circuit with the help of the control device. The electrolyte flow through the battery, but also through a mechanically actuated via the temperature sensor 7 Throttle valve can be regulated. In this case, a pump is used to circulate the electrolyte liquid with constant speed.

In Fig. 2 ist eine beispielhafte Regelkennlinie für den Elektrolytdurchfluß graphisch dargestellt, wobei auf der Ordinate die Durchflußmenge in Liter/h und auf der Abszisse die Elektrolyttemperatur in "C aufgetragen ist. Beispielhafte Werte der in Fig. 2 dargestellten Kennlinie sind folgende:
Elektrolyt-In Fig. 2 an exemplary control characteristic for the electrolyte flow is shown graphically, with the flow rate in liters / h on the ordinate and the electrolyte temperature in "C" on the abscissa. Exemplary values of the characteristic shown in Fig. 2 are as follows:
Electrolyte-

temperatur in 0C 25 50 60 70 75 80 81
Durchfluß in l/h 0,6 0,6 5 35 75 240 330.temperature in 0 C 25 50 60 70 75 80 81
Flow rate in l / h 0.6 0.6 5 35 75 240 330.

Die Nennleistung einer aus 50 Brennstoffelementen bestehenden Batterie beträgt beispielsweise 1,9 kW, bei einer Betriebstemperatur von etwa 80° C.The nominal power of a battery consisting of 50 fuel elements is 1.9, for example kW, at an operating temperature of around 80 ° C.

Der Elektrolytdurchfluß bei der Nennleistung beträgt, entsprechend der Kennlinie nach Fig. 2, etwa 240 l/h, d. h. 4 l/min. Die Steuerung des Elektrolytdurchflusses beim Anfahren der Batterie erfolgt in der Weise, daß bei Batterietemperaturen unterhalb etwa 50° CThe electrolyte flow at the nominal power is, according to the characteristic curve according to Fig. 2, about 240 l / h, d. H. 4 l / min. The control of the electrolyte flow when starting the battery takes place in the way, that at battery temperatures below about 50 ° C

der Durchfluß durch die Batterie nur etwa 10 cm3/ min, d. h. 0,6 l/h, beträgt. Die untere Grenze für den Elektrolytdurchfluß, die durchaus unter 10 cm'/min liegen kann, wird jeweils so eingestellt, daß der verwendete Temperaturfühler auch bei derart niedrigen Werten für den Durchfluß die richtige Elektrolyttemperatur anzeigt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Temperaturfühler nicht an der Stelle der höchsten Temperatur angeordnet wird. Ab einer Temperatur von etwa 50° C wird der Durchfluß erhöht und er erreicht bei etwa 80° C, der Arbeitstemperatur bei Nennlast, den Wert für den Durchfluß während des Betriebszustandes (ca. 240 l/h).the flow through the battery is only about 10 cm 3 / min, ie 0.6 l / h. The lower limit for the electrolyte flow, which can be less than 10 cm / min, is set in such a way that the temperature sensor used indicates the correct electrolyte temperature even with such low values for the flow. This is particularly advantageous if the temperature sensor is not arranged at the point of the highest temperature. From a temperature of approx. 50 ° C, the flow rate is increased and at approx. 80 ° C, the working temperature at nominal load, it reaches the value for the flow rate during the operating state (approx. 240 l / h).

Durch die Anwendung eines sich stetig steigernden Elektrolytdurchflusses wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Anfahrzeit einer Batterie beträchtlich reduziert. Während bei der beschriebenen Batterie beispielsweise bei bisher üblichem Betrieb, d. h. konstantem Elektrolytumlauf, die Anfahrzeit etwa 22 Minuten beträgt, kann sie mit Hilfe des sich steigernden Elektrolytumlaufes nach der Erfindung auf etwa 14 Minuten herabgesetzt werden. Die Zeitspanne, innerhalb der die Batterie voll betriebsbereit ist, kann demnach um mehr als 35% vermindert werden.By using a steadily increasing electrolyte flow rate, in the case of the invention Procedure considerably reduces the start-up time of a battery. While with the described battery for example in normal operation, d. H. constant electrolyte circulation, the start-up time about 22 minutes it can be increased to about 14 with the help of the increasing electrolyte circulation according to the invention Minutes can be decreased. The time span within which the battery is fully operational can therefore can be reduced by more than 35%.

Wird die Brennstoffbatterie überlastet, so wird erfindungsgemäß der Elektrolytdurchfluß durch die Batterie über den Wert für den Betriebszustand bei der Nennleistung hinaus erhöht. Beim Anstieg der Elektrolyttemperatur um etwa 1° C (beispielsweise von 80° C auf 81° C), festgestellt durch den Temperaturfühler im Elektrolytkreislauf, nimmt der Elektrolytdurchfluß auf etwa 5,5 l/min, d. h. 330 l/h, zu, wobei bei der gleichen Temperaturdifferenz zwischen Elektrolyteingangs- und Elektrolytaustrittstemperatur wie beim Betriebszustand bei der Nennleistung von 1,9 kW, nämlich 6° C, die Reaktionswärme füi eine Nutzleistung von 2,3 kW abgeführt wird. Die Wärme/Wasser-Abreicherungseinheit ist deshalb, beispielsweise durch den Einbau von Wärmetauschern, so ausgelegt, daß die maximal mögliche Verlustwärme abgeführt werden kann.If the fuel battery is overloaded, the electrolyte flow through the Battery increased beyond the value for the operating state at the nominal power. When the Electrolyte temperature around 1 ° C (for example from 80 ° C to 81 ° C), determined by the temperature sensor in the electrolyte circuit, the electrolyte flow increases to about 5.5 l / min, i.e. H. 330 l / h, to, with the same temperature difference between the electrolyte inlet and electrolyte outlet temperature as in the operating condition at the nominal power of 1.9 kW, namely 6 ° C, the heat of reaction füi a useful power of 2.3 kW is dissipated. The heat / water depletion unit is therefore for example, by installing heat exchangers, designed so that the maximum possible heat loss can be discharged.

Wird die Batterie unterhalb der Nennleistung belastet, wobei die Elektrolyttemperatur absinkt, so wird die in Fig. 2 dargestellte Kennlinie in umgekehrte) Richtung durchlaufen, d. h. der ElektrolytdurchfluCIf the battery is loaded below the nominal power, whereby the electrolyte temperature drops, so will run through the characteristic curve shown in FIG. 2 in the opposite direction, d. H. the electrolyte flow rate

b5 durch die Batterie wird vermindert.b5 by the battery is decreased.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zuim Betrieb einer Brennstoffbatterie mit einem im Kreislauf geführten Elektrolyten, dem außerhalb der Batterie Verlustwärme und Reaktionswasser entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolytdurchfluß durch die Batterie in Abhängigkeit von der Elektrolyttemperatur ha der Weise gesteuert oder geregelt wird, daß bei Inbetriebnahme der Batterie die Betriebstemperatur durch vollständigen oder nahezu vollständigen Stillstand der Elektrolytzirkulation rasch erreicht wird und daß die Betriebstemperatur während des Betriebes bei wechselnder Belastung deir Batterie durch Änderung der Elektrolytdurchflußgeschwindigkeit wenigstens annähernd konstant gehalten wird.1. A method for operating a fuel battery with a circulating electrolyte, the heat loss and water of reaction is withdrawn outside the battery, characterized in that the electrolyte flow through the battery is controlled or regulated depending on the electrolyte temperature ha in such a way that when the Battery the operating temperature is reached quickly by complete or almost complete standstill of the electrolyte circulation and that the operating temperature is kept at least approximately constant during operation with changing load on the battery by changing the electrolyte flow rate. 2. Verfahren mach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Elektrolytzirkulation eine in Abhängigkeit von der Elektrolyttemperatur drehzahlgeregelte Pumpe verwendet wird.2. The method make claim 1, characterized in that that for electrolyte circulation one depending on the electrolyte temperature speed-controlled pump is used. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dalBi die Elektrolyttemperatur mit einem Temperaturfühler, insbesondere einem Thermistor, ermittelt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that dalBi the electrolyte temperature with a temperature sensor, especially one Thermistor, is determined. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolytdurchfluß mittels eines im Elektrolytkreislauf angeordneten Drosselventils mit von einem Temperaturfühler geregeltem Öffnungsgrad gesteuert wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the electrolyte flow means a throttle valve arranged in the electrolyte circuit with a temperature sensor regulated Opening degree is controlled. 5. Verfahren mach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyttemperatur mittels eines im Elektrolytkieislauf an der Stelle höchster Temperatur angeordneten Temperaturfühlers gemessen wird.5. The method make claim 3 or 4, characterized in that the electrolyte temperature by means of a temperature sensor located in the electrolyte circuit at the point of highest temperature is measured.
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