DE3221995C2 - - Google Patents

Info

Publication number
DE3221995C2
DE3221995C2 DE3221995A DE3221995A DE3221995C2 DE 3221995 C2 DE3221995 C2 DE 3221995C2 DE 3221995 A DE3221995 A DE 3221995A DE 3221995 A DE3221995 A DE 3221995A DE 3221995 C2 DE3221995 C2 DE 3221995C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
output
generator system
inverter
ignition
cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE3221995A
Other languages
English (en)
Other versions
DE3221995A1 (de
Inventor
Masao Kobe Hyogo Jp Yano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE3221995A1 publication Critical patent/DE3221995A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3221995C2 publication Critical patent/DE3221995C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/525—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Generatorsystem zur Erzeugung elektrischer Energie mittels mehrerer parallel betriebener, elektrische Energie abgebender Zellen.
Es sind Generatorsysteme zur Erzeugung elektrischer Energie der eingangs genannten Art bekannt, bei denen mehrere parallelgeschaltete Zellen elektrische Energie mit hohem Wirkungsgrad erzeugen. Bei den bekannten Generatorsystemen ist jedoch häufig eine bemerkenswerte Last-Ungleichheit bzw. eine schlechte Abgleichung zwischen den entsprechenden Zellen, die vorwiegend aus Brennstoffzellen bestehen, festzustellen. Aus dieser Tatsache leitet sich als Nachteil der bekannten Generatorsysteme die Tatsache ab, daß nur Brennstoffzellen mit gleichen Ausgangscharakteristika ausgewählt werden konnten, wobei diese Brennstoffzellen eingangsseitig in Parallelschaltung betrieben werden müssen, damit bei ausgangsseitiger bzw. elektrischer Reihen- bzw. Parallelschaltung der Brennstoffzelle eine gewünschte Ausgangsspannung erzielt werden kann.
In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung eines bekannten Generatorsystems dargestellt, das in der japanischen Publikation "Electric Society Technical Report" vom Oktober 1980 beschrieben ist. In diesem Generatorsystem wird als Brennstoff Erdgas aus einem Erdgas-Speichertank 1 einem Wasserstoffgas-Extraktor 3 über eine Leitung 2 zugeführt. Zusätzlich wird dem Wasserstoffgas- Extraktor 3 über eine Leitung 5 Wasser aus einem Wassertank 4 zugeführt. Der Wasserstoffgas-Extraktor 3 extrahiert Wasserstoffgas aus dem Erdgas und speist das daraus resultierende Wasserstoffgas über ein Ventil 111 in die einzelnen Mischkammern 6 und 7 einer Brennstoffzelle ein. Außerdem wird aus dem Wasserstoffgas-Extraktor 3 den Mischkammern 8 und 9 einer weiteren Brennstoffzelle über ein Ventil 112 Wasserstoffgas zugeführt.
Darüber hinaus wird den Mischkammern 6-9 dieser Brennstoffzellen über eine Leitung 13 jeweils Luft aus einer Luftzuführung 12 zugeführt. Mit den Elektroden dieser Mischkammern 6-9 sind jeweils eine positive und negative Leitungsverbindung 14 und 15 verbunden und in die eine Leitungsverbindung 14 ist ein statischer Unterbrecher 161, der als Gleichstromsteller arbeitet, zur Steuerung der abgegebenen Gleichspannung eingefügt.
Der Unterbrecher 161 enthält einen anodenseitig mit der Leitung 14 verbundenen Thyristor 17, dessen Kathode mit der Anode eines Kommutierungsthyristors 20 verbunden ist, der in Reihe zu einer Kommutierungsdrossel 19 und einem Kommutierungskondensator 18 geschaltet und mit der Anode des Thyristors 17 verbunden ist und die Kommutierung des Thyristors 17 steuert.
Zusätzlich ist eine Glättungsinduktivität 211 vorgesehen, die über den Thyristor 17 mit der Leitung 14 verbunden ist. Ein mehrere Thyristoren umfassender Stromrichter 22 bewirkt die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und ist einerseits mit der Glättungsinduktivität 211 und andererseits mit der Leitung 15 verbunden. Der Stromrichter 22 arbeitet dabei als Wechselrichter, kann aber auch als zusätzlicher Gleichstromsteller oder Umrichter arbeiten. Mit den Wechselspannung führenden Ausgängen des Stromrichters 22 ist ein Transformator 24 verbunden.
Zur Erläuterung der Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Generatorsystems sind in Fig. 2 mehrere Signalverläufe dargestellt. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, erzeugen die Mischkammern 6-9 eine elektrische Gleichspannung, indem das von dem Wasserstoffgas- Extraktor 3 zugeführte Wasserstoffgas mit der von der Luftzuführung 12 eingespeisten Luft reagiert. Der durch die Reaktion in bekannter Weise erzeugte Gleichstrom wird über den Unterbrecher 161 und die Glättungsinduktivität 211 dem Stromrichter 22 zugeführt und dadurch in Wechselstrom umgeformt, der über den Transformator 24 einer nicht näher dargestellten Last zugeführt wird.
In Fig. 2 (a) ist der zeitliche Verlauf des dem Steueranschluß des Thyristors 17 im Unterbrecher 161 zugeführten Zündimpulses dargestellt, wobei der zeitliche Abstand der Zündimpulse eine Periodendauer T aufweist.
Darunter ist in Fig. 2 (b) der zeitliche Verlauf des dem Kommutierungsthyristor 20 zugeführten Zündimpulses dargestellt, wobei dieser Zündimpuls eine gewisse Phasenverschiebung gegenüber dem Thyristor 17 zugeführten Zündimpuls jedoch die gleiche Periodendauer T aufweist.
Werden die Thyristoren 17 und 20 entsprechend den in Fig. 2 dargestellten Zündimpulsen (a) und (b) abwechselnd eingeschaltet, so gibt der Unterbrecher bzw. Gleichstromsteller 161 die in Fig. 2 (c) dargestellte Ausgangsspannung ab, die mittels der Glättungsinduktivität 211 glättet und als welliger Gleichstrom gemäß Fig. 2 (d) dem Stromrichter bzw. Wechselrichter 22 zugeführt wird. Aus der dargestellten Funktionsweise wird deutlich, daß die am Ausgang der Glättungsinduktivität 211 anstehende Spannung dadurch auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden kann, daß die Perioden T der den Thyristoren 17 und 20 zugeführten Zündimpulse verändert werden.
In Fig. 3 ist der Verlauf der Spannung über der Stromdichte in (mA/cm²) in einer Brennstoffzelle dargestellt, wobei der Kurvenverlauf zeigt, daß der ursprüngliche Spannungsverlauf, der in Fig. 3 in durchgezogener Linie dargestellt ist, auf den in gestrichelter Linie dargestellten Spannungsverlauf, der 90% des ursprünglichen Wertes beträgt, abfällt. Mit anderen Worten: Nach Ablauf von ca. 5000 Betriebsstunden fällt der Spannungsverlauf in Abhängigkeit von der Stromdichte auf unter 90% des ursprünglichen Wertes ab.
Darüber hinaus ist in Fig. 4 eine graphische Darstellung der Ausgangskennlinien der Mischkammern der in Fig. 1 dargestellten Brennstoffzellen dargestellt, in der die Linie A die Ausgangscharakteristika der Mischkammern 6 und 7 wiedergeben soll, während die Gerade B die Ausgangscharakteristika der Mischkammern 8 und 9 repräsentieren soll. Vergleicht man die Gerade A mit der Geraden B, so geht daraus deutlich hervor, daß die Kammern 8 und 9 einem erheblich stärkeren Alterungsprozeß unterworfen sind als die Mischkammern 6 und 7, so daß der über der abgegebenen Gleichspannung aufgetragene Kurvenverlauf des Gleichstromes bei den Mischkammern 8 und 9 niedriger verläuft als bei den Mischkammern 6 und 7.
Schaltet man die in der oben beschriebenen Weise mit unterschiedlichen Ausgangscharakteristika versehenen Kammern 6-9 in Serie und parallel zueinander, d. h., sorgt man dafür, daß durch Parallelbetrieb der einzelnen Zellen die Ausgangs-Gleichspannung denselben Wert V₀ aufweist, so ist der durch die Kammern 6 und 7 fließende Strom I₂ mindestens um 150% größer als der durch die Kammern 8 und 9 fließende Strom I₁. Dies hat zur Folge, daß die von den einzelnen Kammern 6-9 erzeugte Energie in erheblichem Maße ungleichförmig ist, was zur Folge hat, daß die den einzelnen Zellen zugeführte Menge an Wasserstoffgas und Luft infolge der dargestellten Unterschiede voneinander abweichen muß, so daß die Funktion der gesamten Anordnung erheblich schlechter wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der obengenannten, den bekannten Systemen innewohnenden Nachteile ein Generatorsystem zur Erzeugung elektrischer Energie mittels mehrerer parallel betriebener, elektrische Energie abgebender Zellen zu schaffen, das eine gleichmäßige Belastung jeder Brennstoffzelle sicherstellt und das einen Parallelbetrieb mehrerer Brennstoffzellen mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede der parallelgeschalteten Zellen mit einer Steuerschaltung verbunden ist, die einen aus zündungsgesteuerten Schaltelementen bestehenden und mit den Ausgängen der entsprechenden Zellen verbundenen Unterbrecher aufweist und daß Zündschaltungen zur Erzeugung von Zündimpulsen zur Zündungssteuerung der Schaltelemente vorgesehen sind, derart, daß der Ausgangsstrom der Unterbrecher auf einen vorgegebenen Wert einstellbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Verbindung jeder der parallelgeschalteten Brennstoffzellen mit einem ihr zugeordneten, jeweils unabhängig von den anderen Unterbrechern gesteuerten Unterbrecher wird eine gleichmäßige Belastung jeder Brennstoffzelle sichergestellt und ein Parallelbetrieb mehrerer Brennstoffzellen mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche zu entnehmen.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung eines bekannten Brennstoffzellen-Generatorsystems;
Fig. 2 einen die Funktionsweise der Anordnung gemäß Fig. 1 erläuternden Signalverlauf;
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Kurvenverlaufs der von einer Brennstoffzelle abgegebenen Spannung über der Stromdichte;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Ausgangscharakteristika der Mischkammer einer Brennstoffzelle gemäß Fig. 1;
Fig. 5 die Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Generatorsystems und
Fig. 6 eine Variante der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Die in Fig. 5 dargestellte Schaltungsanordnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Generatorsystems, in dem die gleichen Schaltkreiselemente wie in Fig. 1 mit den gleichen wie in Fig. 1 verwendeten Bezugsziffern bezeichnet sind.
In Fig. 5 sind die den Brennstoffzellen 6, 7 bzw. 8, 9 zugeordneten Gleichstromsteller 162 bzw. 163 mit den Mischkammern 6 bzw. 8 verbunden. An die Ausgangsanschlüsse der Gleichstromsteller 162 bzw. 163 sind Drosseln 212 bzw. 213 angeschlossen. Mit den Drosseln 212 und 213 sind Stromwandler 251 bzw. 252 zur Stromtransformation des Ausgangsstromes verbunden. Des weiteren sind an den Ausgängen des Stromrichters 22 verbundenen Transformators 24 ein Stromtransformator 26 zur Stromtransformierung des von dem Transformator 24 abgegebenen Ausgangsstromes sowie ein Transformator 27 zur Spannungstransformation der von dem Transformator 24 abgegebenen Ausgangsspannung angeschlossen. Darüber hinaus ist eine an sich bekannte Meßeinrichtung 28 zur Messung der von dem Stromtransformator 26 und dem Spannungstransformator 27 erfaßten elektrischen Größen vorgesehen und mit den Ausgängen des Stromtransformators 26 sowie des Spannungstransformators 27 verbunden. Das von der Meßeinrichtung 28 abgegebene Ausgangssignal wird an eine erste Vergleichssschaltung 30 zur Feststellung einer Abweichung zwischen dem Ausgangssignal der Meßeinrichtung 28 und einem in gleicher Weise von einem Stellglied 29, das einen Spannungsteiler enthält, abgegebenen Signals übertragen. Das Ausgangssignal der ersten Vergleichsschaltung 30 wird an den Eingang einer zweiten Vergleichsschaltung 311 zusammen mit dem von dem Stromwandler 251 abgegebenen Ausgangssignal angelegt und dient zur Erfassung der Abweichungen dieser beiden Ausgangssignale. An der anderen Seite sind sowohl das Ausgangssignal der ersten Vergleichsschaltung 30 als auch das Ausgangssignal des von dem Stromwandler 252 abgegebenen Wertes an die Eingänge einer dritten Vergleichsschaltung 312 gelegt, die Abweichungen der eingegebenen Signale erfaßt. Die Zündschaltungen 331 und 332 geben phasengesteuerte Zündimpulse an die entsprechenden Thyristoren 20 in den Gleichstromstellern 162 und 163 in der Weise ab, daß eine Abweichung zwischen den Ausgangssignalen der Vergleichsschaltung 311 und 312 in bezug auf die von den Oszillatoren 321 und 322 abgegebenen Signale sowie in bezug auf die Ausgangssignale der beiden Gleichstromsteller 162 und 163 auf ein Mindestmaß heruntergedrückt werden. Darüber hinaus geben die Zündschaltungen 341 und 342 Zündimpulse an die entsprechenden Thyristoren der Gleichstromsteller 162 und 163 in bezug auf die von den Oszillatoren 321 und 322 abgegebenen Signale ab.
Mit den Eingangsklemmen eines Stromrichters bzw. Wechselrichters 22 ist ein Spannungsteiler 35 zur Teilung der Eingangsspannung angeschlossen. An den Ausgang des Spannungsteilers 35 ist eine weitere Vergleichsschaltung 36 zur Erfassung einer Abweichung zwischen dem Ausgangssignal des Spannungsteilers 35 und einem festen Einstellwert angeschlossen. An den Ausgang der Vergleichsschaltung 36 ist eine Zündschaltung 37 zur Erzeugung von Zündimpulsen für jeden der Stromrichter- bzw. Wechselrichter-Thyristoren des Stromrichters bzw. Wechselrichters 22 angeschlossen, wobei die Zündimpulse so abgegeben werden, daß die von der Vergleichsschaltung 36 festgestellten Abweichungen auf ein Mindestmaß verkleinert werden.
Nachstehend soll die Funktionsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 näher erläutert werden.
Nimmt man an, daß:
die mit T bezeichnete Periode der von den Zündschaltungen 341 und 432 abgegebenen Zündimpulse etwa 400 Hz beträgt;
der durch die Stromwandler 251 und 252 fließende Strom Id1 bzw.Id2 beträgt;
der Widerstand der Verbindungsleitung über den Gleichstromsteller 162 mit R₁ bezeichnet wird;
und daß die an den Eingangsanschlüssen der Gleichstromsteller 162 und 163 zu einem Zeitpunkt, wenn die von den Zündschaltungen 341 und 432 abgegebenen Zündimpulse um eine Zeitspanne TON1 und TON2 verglichen mit den von den Zündschaltungen 331 und 332 abgegebenen Zündimpulsen verzögert sind, mit Ed1 bzw. Ed2 bezeichnet werden, wobei die mit E01 bzw. E02 bezeichneten Spannungen an den Ausgangsanschlüssen der Gleichstromsteller 162 und 163 die Größe Ed1× bzw. Ed2×, so ergeben sich die folgenden beiden Gleichungen:
Die obenstehende Gleichung (1) bestimmt den durch den Stromwandler 251 fließenden Strom, während die Gleichung (2) den durch den Stromwandler 252 fließenden Strom wiedergibt. Verändern sich nun im Laufe der Zeit oder aus anderen Gründen die Ausgangsspannungs-Charakteristika der Mischkammern 6- 9 der Brennstoffzellen, so werden bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung die durch die Stromwandler 251 und 252 fließenden Ströme durch Steuerung der Periodendauer TON1 bzw. TON2 auf gleiche Werte gehalten. So wird beispielsweise der durch den Stromwandler 251 fließende Strom durch die aus dem Stromwandler 251, die Vergleichsschaltung 311, die Zündschaltung 331 und den Gleichstromsteller 162 bestehende Regelschaltung geregelt.
Darüber hinaus wird die von dem gesamten System abgegebene elektrische Energie in der Weise geregelt, daß der Stromtransformator 26, der Spannungstransformator 27, die Meßeinrichtung 28 und die Vergleichsschaltung 30 den oben dargestellten Regelkreisen hinzugefügt werden. Auf diese Weise wird ein mit dem Stellglied 29 vorgegebener Sollwert mit den am Ausgang des Transformators 24 abgegriffenen Istwerten der dem nicht dargestellten Verbraucher zugeführten elektrischen Größen verglichen und die Abweichung als Sollwert den Vergleichsschaltungen 311 bzw. 312 vorgegeben, wo der Sollwert mit dem jeweiligen, vom Stromwandler 251 bzw. 252 abgegebenen Istwert des von den Gleichstromstellern 162 bzw. 163 abgegebenen Stroms verglichen werden.
In Fig. 6 ist die Schaltungsanordnung eines weiteren Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Generatorsystems dargestellt, in dem ein Stromrichter 30 Thyristoren 39 zur Steuerung der Kommutierung der Thyristoren 23 zur Schaffung eines selbsterregten bzw. selbstgeführten Stromrichters versehen ist. Mit der Bezugsziffer 40 ist ein Kondensator zur Glättung der am Stromrichter anliegenden Eingangsspannung im Zusammenwirken mit den Glättungsinduktivitäten 212 und 213 bezeichnet worden, der parallel zu den Gleichspannungs-Eingängen des Stromrichters 38 geschaltet ist.
Obwohl in den dargestellten Ausführungsbeispielen lediglich jeweils zwei Mischkammern einer Brennstoffzelle dargestellt sind, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, auch drei oder mehr dieser Mischkammern für jeweils eine Brennstoffzelle vorzusehen.
Wie aus der obenstehenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung hervorgeht, wird mit der Ausgangssteuerung jedes einzelnen Stapels einer Brennstoffzelle erreicht, daß eine gleiche Lastverteilung für die Brennstoffzelle erreicht wird und daß das Energieerzeugungssystem damit einen günstigen Wirkungsgrad erreicht.

Claims (10)

1. Generatorsystem zur Erzeugung elektrischer Energie mittels mehrerer parallel betriebener, elektrische Energie abgebender Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß jede der parallelgeschalteten Zellen (6, 7 bzw. 8, 9) mit einer Steuerschaltung verbunden ist, die einen aus zündungsgesteuerten Schaltelementen (17, 20) bestehenden und mit den Ausgängen der entsprechenden Zellen (6, 7 bzw. 8, 9) verbundenen Unterbrecher (162 bzw. 163) aufweist und daß Zündschaltungen zur Erzeugung von Zündimpulsen zur Zündungssteuerung der Schaltelemente (17, 20) vorgesehen sind, derart, daß der Ausgangsstrom der Unterbrecher (162 bzw. 163) auf einen vorgegebenen Wert einstellbar ist.
2. Generatorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselrichter (22 bzw. 38) vorgesehen ist, an dessen Steuereingang die Ausgänge mehrerer Steuerschaltungen angeschlossen sind und der den eingangsseitig zugeführten Gleichstrom bzw. die zugeführte Gleichspannung in Wechselstrom bzw. Wechselspannung umformt.
3. Generatorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie abgebenden Zellen (6, 7 bzw. 8, 9) Brennstoffzellen sind.
4. Generatorsystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit jeweils einer Steuerschaltung verbundenen Zellen (6, 7 bzw. 8, 9) aus mehreren elektrisch in Reihe geschalteten Zellen bestehen.
5. Generatorsystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrecher (162; 163) einen in den Hauptstrompfad geschalteten Thyristor (17) aufweisen, dessen Anode mit dem einen Ausgang der Zelle (6 bzw. 8) und dessen Kathode mit der Anode eines Kommutierungsthyristors (20) verbunden ist, dessen Kathode über eine Kommutierungsdrossel (19) und einen Kommutierungskondensator (18) mit der Anode des Thyristors (17) verbunden ist.
6. Generatorsystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Unterbrecher (162; 163) über je eine Glättungsdrossel (212; 213) mit einem Eingang eines dreiphasigen Wechselrichters (22; 38) verbunden sind.
7. Generatorsystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranschlüsse der Thyristoren (17) der Unterbrecher (162; 163) mit dem Ausgang einer eingangsseitig von je einem Oszillator (321; 322) angesteuerten ersten Zündschaltung (341; 342) verbunden sind, daß die Steueranschlüsse der Kommutierungsthyristoren (20) mit dem Ausgang einer eingangsseitig sowohl von dem Oszillator (321; 322) als auch von einer Vergleichsschaltung (311; 312) angesteuerten zweiten Zündschaltung (331; 332) verbunden sind, daß die Vergleichsschaltungen (311, 312) sowohl mit je einem an die Ausgänge der Unterbrecher (162, 163) angeschlossenen Stromwandler (251, 252) als auch mit dem Ausgang einer weiteren Vergleichsschaltung (30) verbunden sind, die eingangsseitig mit den Ausgangssignalen eines Stellgliedes (29) und einer Meßeinrichtung (28) beaufschlagt ist und daß die Meßeinrichtung (28) über einen Stromtransformator (26) sowie einen Spannungstransformator (27) an die Ausgänge eines mit den Ausgangsanschlüssen des Wechselrichters (22) verbundenen Transformators (24) verbunden ist.
8. Generatorsystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranschlüsse der Wechselrichter- Schaltelemente (23) mit dem Ausgang einer Wechselrichter-Zündschaltung (37) verbunden sind, die eingangsseitig mit den Ausgangssignalen einer Wechselrichter-Vergleichsschaltung (36) verbunden ist, der wiederum sowohl ein Sollwert als auch über einen Spannungsteiler (35) der Istwert der Wechselrichter-Eingangsspannung zugeführt wird.
9. Generatorsystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (38) aus in Drehstrom-Brückenschaltung angeordneten Hauptthyristoren (23) besteht, denen über einen Kommutierungskondensator und eine Kommutierungsdrossel ein Kommutierungsthyristor (39) parallelgeschaltet ist.
10. Generatorsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Eingangs- bzw. Gleichstromanschlüssen des Wechselrichters (38) ein Glättungskondensator (40) geschaltet ist.
DE19823221995 1981-06-11 1982-06-11 Brennstoffzellen-generatorsystem Granted DE3221995A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56091401A JPS57204927A (en) 1981-06-11 1981-06-11 Battery power generating system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3221995A1 DE3221995A1 (de) 1982-12-30
DE3221995C2 true DE3221995C2 (de) 1990-12-20

Family

ID=14025352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19823221995 Granted DE3221995A1 (de) 1981-06-11 1982-06-11 Brennstoffzellen-generatorsystem

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4411967A (de)
JP (1) JPS57204927A (de)
DE (1) DE3221995A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4223291A1 (de) * 1991-07-17 1993-01-21 Fuji Electric Co Ltd Aus systemeinheiten aufgebautes brennstoffzellen-energieerzeugungssystem
DE4338178A1 (de) * 1993-11-09 1995-05-11 Licentia Gmbh Anordnung zur Überwachung des Zustands von Brennstoffzellen-Modulen

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59114769A (ja) * 1982-12-22 1984-07-02 Toshiba Corp 燃料電池装置
JPS59149662A (ja) * 1983-02-01 1984-08-27 Toshiba Corp 燃料電池発電装置
US4792384A (en) * 1983-06-03 1988-12-20 United Technologies Corporation Method and apparatus for operating a fuel cell in combination with an electrochemical cell to produce a chemical product
US4778579A (en) * 1983-06-03 1988-10-18 United Technologies Corporation Method and apparatus for operating a fuel cell in combination with an electrochemical cell to produce a chemical product
US4797186A (en) * 1983-06-03 1989-01-10 United Technologies Corporation Method and apparatus for operating a fuel cell in combination with an electrochemical cell to produce a chemical product
US4780187A (en) * 1983-06-03 1988-10-25 Levy Alexander H Method and apparatus for operating a fuel cell in combination with an electrochemical cell to produce a chemical product
JPS6037673A (ja) * 1983-08-10 1985-02-27 Toshiba Corp 燃料電池プラント
JPS61125626A (ja) * 1984-11-22 1986-06-13 Toshiba Corp 発電装置
JPH02230304A (ja) * 1988-10-20 1990-09-12 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池用インバータ装置の電圧制御装置
JP2745776B2 (ja) * 1990-05-10 1998-04-28 富士電機株式会社 燃料電池発電システム
US5180641A (en) * 1991-05-09 1993-01-19 Rockwell International Corporation Battery cell bypass circuit
EP0782209A1 (de) * 1995-12-29 1997-07-02 FINMECCANICA S.p.A. AZIENDA ANSALDO Versorgungsanordnung mit Brennstoffzellen und Pufferbatterie für energieautonome Fahrzeug mit elektrischem Antrieb
US6428918B1 (en) * 2000-04-07 2002-08-06 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell power systems, direct current voltage converters, fuel cell power generation methods, power conditioning methods and direct current power conditioning methods
US6620538B2 (en) * 2002-01-23 2003-09-16 Avista Laboratories, Inc. Method and apparatus for monitoring equivalent series resistance and for shunting a fuel cell
US20040217732A1 (en) * 2003-04-29 2004-11-04 Ballard Power Systems Inc. Power converter architecture and method for integrated fuel cell based power supplies
CN102460818B (zh) 2009-06-12 2014-08-27 益达科技有限责任公司 独立地控制燃料电池堆的操作的系统和方法以及包含该燃料电池堆的燃料电池系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3580741A (en) * 1968-07-29 1971-05-25 Gen Electric Universal automatic sensing and actuating control system for fluid consuming power sources and the like
US4289836A (en) * 1980-03-05 1981-09-15 Lemelson Jerome H Rechargeable electric battery system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4223291A1 (de) * 1991-07-17 1993-01-21 Fuji Electric Co Ltd Aus systemeinheiten aufgebautes brennstoffzellen-energieerzeugungssystem
DE4223291C2 (de) * 1991-07-17 1998-02-12 Fuji Electric Co Ltd Aus Systemeinheiten aufgebautes Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem
DE4338178A1 (de) * 1993-11-09 1995-05-11 Licentia Gmbh Anordnung zur Überwachung des Zustands von Brennstoffzellen-Modulen
DE4338178C2 (de) * 1993-11-09 2003-04-30 Aeg Energietechnik Gmbh Anordnung zur Überwachung des Zustands von Brennstoffzellen-Modulen

Also Published As

Publication number Publication date
US4411967A (en) 1983-10-25
DE3221995A1 (de) 1982-12-30
JPS57204927A (en) 1982-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3221995C2 (de)
DE4312084A1 (de) Leistungsversorgung
DE112007002396T5 (de) Wandlersteuerungsvorrichtung
DE3118554A1 (de) Stromversorgungsschaltung
DE102012201325A1 (de) Energieversorgungsvorrichtung
DE102017222380A1 (de) On-Board-Ladesystem
EP0161527A1 (de) Wechselrichter
DE2225609A1 (de) Mehrphasiger Wechselstrommotorantrieb mit einstellbarer Drehzahl
DE112019002256T5 (de) Leistungswandler
EP3576284A1 (de) Elektrisches koppeln eines ersten elektrischen netzes mit einem zweiten elektrischen netz
WO2016012061A1 (de) Elektrolysesystem
DE2605185C3 (de) Einphasen-Stromrichter
WO2018172329A1 (de) Wechselrichter
DE60128040T2 (de) Stromversorgung und diese stromversorgung benutzende elektronische vorrichtung
EP3036811B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines umrichters in einem umrichterbasierten energieverteilungssystem sowie energieverteilungssystem mit mehreren umrichterbasierten energieübertragungseinheiten
DE112019007292T5 (de) Dc/dc-wandler und leistungswandler
DE2920275A1 (de) Elektrischer umformer fuer wechselstromgespeiste elektrofahrzeug
EP1053588B1 (de) Verfahren zur erstellung von stellbefehlen für stromrichter
EP0586369B1 (de) Verfahren und schaltungsanordnung zur gleichstromübertragung
EP2849327B1 (de) Variabler Tiefsetzer und Batterieladestation mit einem solchen Tiefsetzer
DE3924398A1 (de) Einrichtung zur speisung eines verbraucherzweipols mit einem weitgehend oberschwingungsfreien und dennoch rasch veraenderbaren gleichstrom
EP0491690B1 (de) Pulssteuerverfahren für einen mehrstufigen wechselrichter
DE3832545A1 (de) Verfahren und regelanordnung zur regelung der ausgangsspannungen von zwei gleichstromstellern
WO2023143825A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum versorgen einer gleichstromlast
CH617046A5 (en) Device for compensating the idle power of a consumer

Legal Events

Date Code Title Description
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: EISENFUEHR, G., DIPL.-ING. SPEISER, D., DIPL.-ING.

8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee