DE4338178A1 - Anordnung zur Überwachung des Zustands von Brennstoffzellen-Modulen - Google Patents
Anordnung zur Überwachung des Zustands von Brennstoffzellen-ModulenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwachung des
Zustands von Brennstoffzellen in einer Brennstoffzellen-Batterie.
Da die Brennstoffzellen die Energie eines Brennstoffs und eines Oxidations
mittels in einem isothermen Prozeß kontinuierlich in elektrische Energie
umwandeln, gelten für sie nicht die Bedingungen des Carnot-Wirkungs
grads, d. h. es lassen sich relativ hohe Wirkungsgrade erzielen. Es stehen
Brennstoffzellen für Arbeitstemperaturen von 20 bis 100°C, 200 bis 600°C
und 800 bis 1000°C zur Verfügung. Die Hochtemperaturzellen, die im Tem
peraturbereich von 800 bis 1000°C arbeiten, weisen Festelektrolyte, z. B.
ZrO₂, Y₂O₃, auf. Bedingt durch das Elektrolytmaterial, das Kathoden- und
Anodenmaterial und dem mit der Zufuhr der Reaktionsgase und der Ablei
tung der Gase nach der Reaktion zusammenhängenden konstruktiven Aufbau
ergeben sich gewisse günstige geometrische Abmessungen von Brennstoff
zellen. Durch diese Abmessungen ist die Leistung festgelegt. Festelektro
lyt-Brennstoffzellen üblicher Größe haben derzeit z. B. Leerlaufspannungen
von 1 V und Bemessungsspannungen von 0,7 V bei einem Bemessungsstrom
von 24 A. Es ist möglich, daß in Zukunft Brennstoffzellen mit höheren
Leerlauf- und Bemessungsspannungen verfügbar sein werden. Um größere
Leistungen zu erzeugen, müssen zahlreiche Brennstoffzellen miteinander
elektrisch verbunden werden. Da im allgemeinen höhere
Betriebsspannungen als 1 V benötigt werden, werden auf der untersten
Ebene von aus Brennstoffzellen aufgebauten elektrischen Energieerzeugern
Einzelzellen zu sogenannten "Stacks" in Reihe geschaltet.
Diese Stacks können - aber müssen nicht - als Monolithe ausgebildet sein.
Diesen Monolithen werden die umzusetzenden Gase über Zuleitungen, sog.
Manifolds oder Kappen, zugeführt. Die Kappen werden dicht an die
Stackflächen angeschlossen. Ein Stack hat z. B. ein kubisches oder
quaderförmiges Gehäuse, das an drei oder vier Seiten mit Kappen
verbunden ist, an die Rohrleitungen für die zu verbrennenden oder
abzuführenden Gase angeschlossen sind.
Um noch größere Leistungen zu erzielen, werden die "Stacks" zu Modulen
verbunden, die in einer gemeinsamen Einheit angeordnet sind. Die Module
sind bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen thermisch isoliert und stellen eine
kleinste für sich transportierbare Einheit dar. Eine solche Einheit kann
bedarfsweise aus einer Anlage, die mehrere solche Einheiten enthält,
herausgelöst und z. B. zur Reparaturzwecken in die Fabrikationsstelle
zurücktransportiert werden. Eine Energieerzeugungsanlage besteht aus
mehreren Modulen, wobei aus Redundanzgründen wenigstens zwei vorhanden
sein sollen.
Ein Stack besteht beispielsweise aus 50 Zellen und hat eine Leistung von
rund 850 W bei Abmessungen von 10 · 10 · 10 cm³. Jede Zelle hat eine
Leerlaufspannung von 1 V und eine Bemessungsspannung von 0,7 V. Für
den Stack ergibt sich eine Leerlaufspannung von 50 V und eine
Bemessungsspannung von 35 V bei einem Bemessungsstrom von 24 A. Der
Innenwiderstand beträgt dann 0,6 Ω.
Diese Stacks werden dann z. B. auf der nächsten Integrationsebene zu
"Modulen" verschaltet. Als Beispiel diene ein 100 kW-Modul, bestehend aus
128 Stacks, die zu acht "Säulen" mit je 16 Stacks in Serie verschaltet sind.
Diese 128 Stacks sind zu einer gemeinsamen Einheit, die thermisch isoliert
ist, zusammen gebaut. Diese Einheit kann im Falle eines Defekts von der
Energieerzeugungsanlage abgebaut werden, solange sie innen noch auf
Betriebstemperatur (1000°C) ist. Sie wird durch eine Reserveeinheit
ersetzt, so daß der Betrieb bereits nach kurzer Zeit wieder aufgenommen
werden kann (im günstigen Fall kann das Abtrennen sogar während des
Betriebes mit verringerter Leistung durchgeführt werden). Die defekte
Einheit kann dann langsam auf Raumtemperatur abkühlen, bevor sie
transportiert wird.
Wird nun gemäß diesem Aufbau eine 1-MW-Anlage gebaut, so beinhaltet
diese 10 Module mit insgesamt 1280 Stacks, bzw. ingesamt 64.000 einzelne
Zellen.
Brennstoffzellen können im Laufe der Zeit ihre charakteristischen
Eigenschaften ändern. Unter Umständen sind die Änderungen so
gravierend, daß die jeweilige Brennstoffzelle nicht mehr für die
Energieversorgung geeignet ist. Tritt bei einer Brennstoffzelle in einer der
oben erwähnten Reihenschaltungen eine solche unzulässige Eigenschaft auf,
dann kann die einwandfreie Arbeitsweise des zugeordneten Stacks
beeinträchtigt oder gestört werden. Um zu verhindern, daß durch störende
Parameteränderungen an Brennstoffzellen die Arbeitsweise von Modulen
beeinträchtigt wird, können die Brennstoffzellen während des Betriebes, z. B.
durch Messung der Betriebsspannung und Vergleich mit dem Nennwert
überwacht werden. Bei einer großen Anzahl von Brennstoffzellen ergibt
sich dabei ein sehr großer Überwachungsaufwand.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu
entwickeln, mit denen die Arbeitsweise von einer Anzahl miteinander
verbundener Brennstoffzellen ohne großen Aufwand überwacht werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brennstoffzellen
in wenigstens zwei parallel geschalteten Reihen mit jeweils gleicher Anzahl
in den Reihen hintereinander geschaltet sind und daß die Reihen in Zweige
einer Brückenschaltung aufgeteilt und mit wenigstens einer
Auswertanordnung verbunden sind, die die zwischen den Zweigen
abgegriffene Spannung oder den abgegriffenen Strom auswertet und bei
Abweichungen über zulässige Grenzen hinaus eine Fehlermeldung erzeugt
und/oder die Brennstoffzellen-Batterie abschaltet. Mit dieser Anordnung
können die Einflüsse von Parameteränderungen einzelner oder mehrerer
Brennstoffzellen, die in Reihe mit einer großen Anzahl von Brennstoffzellen
geschaltet sind, auf relativ einfache Weise festgestellt werden.
Wenn sich die Änderungen unerwünscht stark auf die von der
Reihenschaltung abgegebenen Ströme bzw. Spannungen auswirken, kann die
betroffene Reihenschaltung der Brennstoffzellen bei entsprechendem
schaltungstechnischen Aufbau der Brennstoffzellen abgeschaltet und
ausgewechselt werden.
In den Zweigen der Brückenschaltung sind insbesondere jeweils zwei oder
mehr der oben erwähnten "Stacks" in Reihe angeordnet. Vorzugsweise
werden sowohl die Größe der Spannung oder des Stroms an der
Brückendiagonalen mit wenigstens einem vorgegebenen Wert als auch der
zeitliche Verlauf der Spannung oder des Stroms mit wenigstens einem
vorgebbaren Wert verglichen.
Durch die vorstehend beschriebene Art der Auswertung der Brückendiago
nalspannung kann zwischen betrieblich normalen Veränderungen in den
Zeilen (wie beispielsweise Differenzen in der Temperatur, der Strömungs
geschwindigkeit des Brenngases oder des Oxidants, der Gasnutzung, etc.),
einer langsamen Degradation der Zellen einerseits und akuten Schädigungen
der Zeilen (wie Bruch des Elektrolyten, Ablösung von Elektroden,
Auftrennen von elektrischen Anschlüssen, Kurzschlüssen etc.) andererseits
unterschieden werden.
Zwischen den vorstehend erwähnten "normalen" und den "gestörten"
Betriebsfällen ergeben sich deutliche Unterschiede in der Größe der
Spannung und/oder im Verlauf der Spannung der Brückendiagonalen. Aus
der langsamen Verstimmung der Brücke kann auf den allgemeinen Zustand
der Stacks geschlossen werden, während kurzfristige Änderungen Zeichen
für akute Schäden sind und direkt zu Warnungen oder Abschaltungen des
Systems führen müssen. Mit Schwellenwertdiskriminatoren, die für deutlich
unterschiedliche zeitliche Veränderungen der Meßsignale an den
Brückendiagonalen bestimmt sind, werden solche Fehler erfaßt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden eine Anzahl von paralleler
Reihen mit hintereinander geschalteten Brennstoffzellen zeitmultiplex mit
der Auswertanordnung verbunden.
Die zeitmultiplexe Erfassung der Brückendiagonalspannungen kann in so
kurzen Zeitabständen erfolgen, daß sich auch schnelle Änderungen der
Brückendiagonalspannungen, d. h. Störungen des normalen Betriebsverlaufs
ohne einen ins Gewicht fallenden Zeitverzug, erfassen lassen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen aus Brennstoffzellen bestehender Modul im Schema;
Fig. 2 eine Anordnung zur Überwachung des Zustands von Brennstoff
zellen, die in einem Modul angeordnet sind und
Fig. 3 einen aus Brennstoffzellen aufgebauten Zweig einer Brücke, an
dem eine Spannung zu Überwachungszwecken abgegriffen wird.
Brennstoffzellen setzen die Energie eines Brennstoffs und eines
Oxidationsmittels in einem isothermen Prozeß kontinuierlich in elektrische
Energie um. Dabei wird ein invariantes Elektroden-Elektrolyt-System
verwendet.
Eine aus einzelnen Brennstoffzellen bestehende Brennstoffzellen-Batterie
enthält einzelne Gruppen bzw. "Stacks" 2 von Brennstoffzellen, die jeweils
n (n = 5) in Reihe geschaltete Brennstoffzellen aufweisen. Es sind
wiederum s (s = 4) Stacks 2 in Reihe geschaltet. Jeweils vier in Reihe
geschaltete Stacks 2 sind in einer Parallelschaltung mit Reihenschaltungen
von anderen Stacks verbunden. Als Brennstoffzellen werden insbesondere
Festelektrolyt-Brennstoffzellen verwendet.
Die Fig. 1 zeigt acht Reihenschaltungen von je vier Stacks. Diese acht
Reihenschaltungen von je vier Stacks sind parallel geschaltet und bilden
ein Modul. Wenn größere Leistungen verlangt werden, wird die Anzahl der
Stacks in der Reihenschaltung und die Anzahl der parallel geschalteten
Gruppen entsprechend vergrößert.
Von den in Reihe geschalteten Stacks werden an bestimmten Stellen
Spannungen zu Meßzwecken abgegriffen. Die Abgriffstellen sind so gelegt,
daß die Brennstoffzellen-Batterie oder Teile der Brennstoffzellen-Batterie
hinsichtlich der Spannungsmessung als Brücken- oder H-Schaltung aufgefaßt
werden können. In Fig. 1 sind von den acht Reihenschaltungen, die je vier
Stacks 2 haben, jeweils vier zu einer Brückenhälfte zusammengefaßt, bei
der in der Mitte, d. h. zwischen den oberen beiden und den unteren beiden
Stacks 2, eine leitende Verbindung 3 bzw. 4 vorgesehen ist. Von diesen
leitenden Verbindungen 3, 4 bzw. ihren Anschlußstellen an den
Verbindungsleitungen zwischen zwei in Reihe geschalteten Stacks gehen
Leitungen 5, 6 zu einer Auswertanordnung 7, die in Fig. 1 schematisch
durch ein Anzeigegerätsymbol dargestellt ist.
Die Fig. 2 zeigt einen detaillierten schaltungstechnischen Aufbau einer
Überwachungsanordnung für eine Brennstoffzellen-Batterie, die aus
einzelnen Brennstoffzellen 8 aufgebaut ist. Die Brennstoffzellen-Batterie
speist einen Verbraucher 9. Die Auswertanordnung 7 enthält einen
Schreiber 10, mit dem der Spannungsverlauf an der Brückendiagonalen
aufgezeichnet wird. Die Brückendiagonalspannung wird unmittelbar einem
Schwellenwertdiskriminator 12 zugeführt, mit dem langsame Veränderungen
der Brückendiagonalspannung erfaßt werden. Die eingestellte
Spannungsgrenze ist z. B. auf Spannungsänderungen eingestellt, die an
normale betriebliche Veränderungen angepaßt sind, die sich durch
Differenzen in der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit des
Brenngases oder des Oxidants der Gasnutzung usw. ergeben. Wenn diese
Parameter sich so stark ändern, daß die Arbeitsweise der Brennstoffzellen-
Batterie beeinträchtigt wird, dann wird durch Über- oder Unterschreiten
der Grenzwerte des Schwellenwertdiskriminators 11 eine Fehlermeidung
erzeugt und gegebenenfalls die Brennstoffzellen-Batterie 1 abgeschaltet. Die
Abschaltung ist den Gegebenheiten der Brennstoffzellen-Batterie angepaßt
und kann bedarfsweise die Abschaltung des Verbrauchers 9 über einen
Schalter 12 oder die Unterbrechung der Gaszufuhr für die Speisung der
Batterie beinhalten.
Ein zweiter Schwellenwertdiskriminator 13 mit einer oberen und unteren
Spannungsgrenze überwacht schnelle Änderungen der
Brückendiagonaispannung. Die Überwachung schneller Vorgänge ist durch
einen im Zuge der Leitungsverbindung angeordneten Kondensator 14
angedeutet. Mit dem Schwellenwertdiskriminator werden Veränderungen der
Brückendiagonalspannung aufgrund akuter Schädigungen von
Brennstoffzellen, wie Bruch des Elektrolyten, Ablösung der Elektroden,
Auftrennen von elektrischen Anschlüssen, Kurzschlüssen usw., festgestellt,
die z. B. zu sofortiger Fehlermeldung und einer schnellen Abschaltung oder
Außerbetriebsetzung führen.
Bei besonders großen Brennstoffzellen-Batterien können Teile als
Brückenschaltungen ausgebildet und von einer Auswertanordnung
zeitmultiplex gemessen werden. Zumindest die Langzeitveränderungen bzw.
Trends im Verhalten der Brückendiagonalspanung können zeitmultiplex
erfaßt werden.
Im folgenden wird an dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel einer
Brennstoffzellen-Batterie die Empfindlichkeit der Brückenmeßmethode
überprüft. Dargestellt ist ein Brückenzweig mit vier parallelen Anordnungen
aus jeweils acht Stacks 2, die schematisch dargestellt sind. Jeder Stack 2
soll aus 50 Zellen bestehen. Die Brennstoffzellen lassen sich jeweils als
Serienschaltung einer idealen Spannungsquelle 16 mit einem idealen
Innenwiderstand 17 darstellen. Diese Annahme stimmt mit guter Näherung.
Um den Einfluß der Spannung der Reihenschaltung eines Stacks auf die
Brückendiagonalspannung zu bestimmen, wurde angenommen, daß sich die
Leerlaufspannung der Reihenschaltung um die Leerlaufspannung einer
Brennstoffzelle, nämlich um 0,7 V, ändert. Diese Annahme geht von einer
minimalen Spannung aus, die in der Praxis nicht unterschritten wird. In
der Praxis sind erst Spannungsänderungen von einigen Volt von Interesse
bzw. kritisch.
Die Brückendiagonalspannung beträgt in diesem Fall 0,35 V, was bei einer
annähernd abgeglichenen Brücke auf einfache Weise erfaßbar ist.
Weiterhin wurde der Einfluß des Innenwiderstands einer Reihenschaltung
aus acht Stacks 2 bestimmt. Bei gleichen Leerlaufspannungungen der
Brennstoffzellen wurde unter der Annahme, daß sich der Innenwiderstand
des Brückenzweigs 15 um 1% erhöht, der Einfluß auf die
Brückendiagonalspannung bestimmt. Die Brückendiagonalspannung ist hierbei
0,48 V, was ebenfalls mit der Brücke auf einfache Weise feststellbar ist.
Claims (5)
1. Anordnung zur Überwachung des Zustands von Brennstoffzellen einer
Brennstoffzellen-Batterie,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennstoffzellen (8) in wenigstens zwei parallel geschalteten
Reihen mit jeweils gleicher Anzahl in den Reihen hintereinander
geschaltet sind und daß die Reihen in Zweige einer Brückenschaltung
aufgeteilt und mit wenigstens einer Auswertanordnung (7) verbunden
sind, die die zwischen den beiden Zweigen abgegriffene Spannung oder
den Strom auswertet und bei Abweichungen über zulässige Grenzen
hinaus eine Fehlermeldung und/oder eine Abschaltung der
Brennstoffzellen-Batterie abschaltet.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl die Größe der Spannung oder des Stroms der
Brückendiagonalen als auch der zeitliche Verlauf der Spannung der
Brückendiagonalen mit wenigstens einem vorgegebenen Wert verglichen
werden.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Auswertanordnung (7) zwei oder mehr Schwellenwertdiskriminatoren
(11, 13) vorgesehen sind, die für deutlich unterschiedliche
zeitliche Veränderungen der Meßsignale der Brückendiagonalen
bestimmt sind.
4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Anzahl von parallelen Reihen mit hintereinander geschalteten
Brennstoffzellen in Brückenschaltungen zeitmultiplex mit der
Auswertanordnung verbunden sind.
5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Brennstoffzellen Festelektrolyt-Brennstoffzellen (Solid Oxide
Fuel Cells) vorgesehen sind.
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DE4338178A DE4338178C2 (de) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | Anordnung zur Überwachung des Zustands von Brennstoffzellen-Modulen |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4338178A1 true DE4338178A1 (de) | 1995-05-11 |
DE4338178C2 DE4338178C2 (de) | 2003-04-30 |
Family
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DE4338178A Expired - Fee Related DE4338178C2 (de) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | Anordnung zur Überwachung des Zustands von Brennstoffzellen-Modulen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4338178C2 (de) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19523260A1 (de) * | 1995-06-27 | 1997-03-20 | Daimler Benz Ag | Verfahren zur Überwachung mehrerer gleichartiger Spannungsquelleneinheiten |
EP0918363A1 (de) * | 1997-11-20 | 1999-05-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer ausgewählten Gruppe von Brennstoffzellen eines Hochtemperatur-Brennstoff-zellenstapels |
DE19827880C1 (de) * | 1998-06-23 | 1999-12-23 | Dbb Full Cell Engines Gmbh | Schaltungsanordnung für ein Brennstoffzellenverbundsystem und Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltungsanordnung |
DE19827045A1 (de) * | 1998-06-18 | 2000-01-05 | Dbb Fuel Cell Engines Gmbh | Vorrichtung zur Spannungsmessung |
EP1178551A2 (de) * | 2000-08-02 | 2002-02-06 | Buderus Heiztechnik GmbH | Verfahren zur Regelung eines Brennstoffzellensystems |
EP1391957A2 (de) * | 2002-06-11 | 2004-02-25 | General Electric Company | Verfahren und Anordung zur Fehlererfassung eines Brennstoffzellensystems |
US6798221B2 (en) | 2001-10-22 | 2004-09-28 | Ballard Power Systems Inc. | Method, apparatus and article to test fuel cells |
US7124040B2 (en) | 2003-09-12 | 2006-10-17 | Daimlerchrysler Ag | Method of monitoring a fuel cell unit |
GB2522865A (en) * | 2014-02-06 | 2015-08-12 | Ge Aviat Systems Ltd | Fuel cell-based auxiliary power unit |
DE10043139B4 (de) * | 2000-08-31 | 2015-10-29 | Heliocentris Fuel Cell Solutions Gmbh | Verfahren zur Überwachung von Brennstoffzellenstapeln und Überwachungseinheit |
EP1273061B1 (de) | 2000-03-29 | 2016-08-10 | Dcns | Brennstoffzellensystem mit lademanagement |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10244534B4 (de) * | 2002-09-25 | 2012-03-01 | Nucellsys Gmbh | Schaltungsanordnung sowie Verfahren zur Erkennung von Fehlersituationen in gekoppelten Systemen |
CN106569001B (zh) * | 2016-10-11 | 2019-12-31 | 芯海科技(深圳)股份有限公司 | 一种低功耗电桥阵列信号处理电路 |
Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1907737A1 (de) * | 1969-02-15 | 1970-08-20 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Regelung eines Brennstoffzellenaggregates |
DE2148628A1 (de) * | 1971-09-29 | 1973-04-05 | Varta Ag | Zellspannungsueberwachung |
DE2041800B2 (de) * | 1970-08-22 | 1977-08-11 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Schaltungsanordnung zur ausloesung eines elektrischen schaltvorganges in abhaengigkeit von einer vorbestimmten elektrizitaetsmenge |
DE2842817B1 (de) * | 1978-09-30 | 1979-05-17 | Siemens Ag | Ermittlung des Ladezustandes einer Batterie |
US4198597A (en) * | 1978-08-23 | 1980-04-15 | United Technologies Corporation | Negative cell detector for a multi-cell fuel cell stack |
DE3146141A1 (de) * | 1981-11-21 | 1983-06-01 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Ueberwachungseinrichtung fuer eine batterie |
EP0112242A1 (de) * | 1982-12-13 | 1984-06-27 | Electricite De France | Anordnung zum Überprüfen der Leistungsfähigkeit einer Batterie von Akkumulatorelementen |
DE3043692C2 (de) * | 1980-11-19 | 1985-07-11 | Ingenieurkontor Luebeck Prof. Gabler Nachf. Gmbh, 2400 Luebeck | Elektrische Gleichstromquelle |
US4883724A (en) * | 1988-02-18 | 1989-11-28 | Fuji Electric Co., Ltd. | Control unit of fuel cell generating system |
SU1597972A1 (ru) * | 1988-11-28 | 1990-10-07 | Предприятие П/Я Г-4514 | Устройство дл автоматического контрол гальванически св занных аккумул торов |
DE3221995C2 (de) * | 1981-06-11 | 1990-12-20 | Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo, Jp | |
DE4034183A1 (de) * | 1989-10-27 | 1991-05-02 | Fuji Electric Co Ltd | Schutzvorrichtung fuer eine brennstoffzelle |
DE4132229A1 (de) * | 1991-09-27 | 1993-04-08 | Mentzer Electronic Gmbh | Einrichtung zur analyse und zur optimierung einer mehrzelligen batterie |
WO1993010590A1 (en) * | 1991-11-20 | 1993-05-27 | Silent Power Gmbh Für Energiespeichertechnik | Battery management system |
DE4327996A1 (de) * | 1992-08-21 | 1994-03-03 | Btech Inc | Vorrichtung zur Impedanzmessung einer zugeschalteten Batterie |
-
1993
- 1993-11-09 DE DE4338178A patent/DE4338178C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1907737A1 (de) * | 1969-02-15 | 1970-08-20 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Regelung eines Brennstoffzellenaggregates |
DE2041800B2 (de) * | 1970-08-22 | 1977-08-11 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Schaltungsanordnung zur ausloesung eines elektrischen schaltvorganges in abhaengigkeit von einer vorbestimmten elektrizitaetsmenge |
DE2148628A1 (de) * | 1971-09-29 | 1973-04-05 | Varta Ag | Zellspannungsueberwachung |
US4198597A (en) * | 1978-08-23 | 1980-04-15 | United Technologies Corporation | Negative cell detector for a multi-cell fuel cell stack |
DE2842817B1 (de) * | 1978-09-30 | 1979-05-17 | Siemens Ag | Ermittlung des Ladezustandes einer Batterie |
DE3043692C2 (de) * | 1980-11-19 | 1985-07-11 | Ingenieurkontor Luebeck Prof. Gabler Nachf. Gmbh, 2400 Luebeck | Elektrische Gleichstromquelle |
DE3221995C2 (de) * | 1981-06-11 | 1990-12-20 | Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo, Jp | |
DE3146141A1 (de) * | 1981-11-21 | 1983-06-01 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Ueberwachungseinrichtung fuer eine batterie |
EP0112242A1 (de) * | 1982-12-13 | 1984-06-27 | Electricite De France | Anordnung zum Überprüfen der Leistungsfähigkeit einer Batterie von Akkumulatorelementen |
US4883724A (en) * | 1988-02-18 | 1989-11-28 | Fuji Electric Co., Ltd. | Control unit of fuel cell generating system |
SU1597972A1 (ru) * | 1988-11-28 | 1990-10-07 | Предприятие П/Я Г-4514 | Устройство дл автоматического контрол гальванически св занных аккумул торов |
DE4034183A1 (de) * | 1989-10-27 | 1991-05-02 | Fuji Electric Co Ltd | Schutzvorrichtung fuer eine brennstoffzelle |
DE4132229A1 (de) * | 1991-09-27 | 1993-04-08 | Mentzer Electronic Gmbh | Einrichtung zur analyse und zur optimierung einer mehrzelligen batterie |
WO1993010590A1 (en) * | 1991-11-20 | 1993-05-27 | Silent Power Gmbh Für Energiespeichertechnik | Battery management system |
DE4327996A1 (de) * | 1992-08-21 | 1994-03-03 | Btech Inc | Vorrichtung zur Impedanzmessung einer zugeschalteten Batterie |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19523260C2 (de) * | 1995-06-27 | 1998-01-15 | Daimler Benz Ag | Verfahren zur Überwachung von mehr als zwei gleichartigen Spannungsquelleneinheiten |
DE19523260A1 (de) * | 1995-06-27 | 1997-03-20 | Daimler Benz Ag | Verfahren zur Überwachung mehrerer gleichartiger Spannungsquelleneinheiten |
EP0918363A1 (de) * | 1997-11-20 | 1999-05-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer ausgewählten Gruppe von Brennstoffzellen eines Hochtemperatur-Brennstoff-zellenstapels |
US6432569B1 (en) * | 1997-11-20 | 2002-08-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for monitoring a selected group of fuel cells of a high-temperature fuel cell stack |
DE19827045A1 (de) * | 1998-06-18 | 2000-01-05 | Dbb Fuel Cell Engines Gmbh | Vorrichtung zur Spannungsmessung |
DE19827880C1 (de) * | 1998-06-23 | 1999-12-23 | Dbb Full Cell Engines Gmbh | Schaltungsanordnung für ein Brennstoffzellenverbundsystem und Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltungsanordnung |
EP1273061B1 (de) | 2000-03-29 | 2016-08-10 | Dcns | Brennstoffzellensystem mit lademanagement |
EP1178551A2 (de) * | 2000-08-02 | 2002-02-06 | Buderus Heiztechnik GmbH | Verfahren zur Regelung eines Brennstoffzellensystems |
EP1178551A3 (de) * | 2000-08-02 | 2004-05-26 | Buderus Heiztechnik GmbH | Verfahren zur Regelung eines Brennstoffzellensystems |
DE10043139B4 (de) * | 2000-08-31 | 2015-10-29 | Heliocentris Fuel Cell Solutions Gmbh | Verfahren zur Überwachung von Brennstoffzellenstapeln und Überwachungseinheit |
US6798221B2 (en) | 2001-10-22 | 2004-09-28 | Ballard Power Systems Inc. | Method, apparatus and article to test fuel cells |
JP2004134361A (ja) * | 2002-06-11 | 2004-04-30 | General Electric Co <Ge> | 燃料電池システムの故障を検出する方法及び装置 |
EP1391957A3 (de) * | 2002-06-11 | 2011-01-12 | General Electric Company | Verfahren und Anordung zur Fehlererfassung eines Brennstoffzellensystems |
EP1391957A2 (de) * | 2002-06-11 | 2004-02-25 | General Electric Company | Verfahren und Anordung zur Fehlererfassung eines Brennstoffzellensystems |
US7124040B2 (en) | 2003-09-12 | 2006-10-17 | Daimlerchrysler Ag | Method of monitoring a fuel cell unit |
GB2522865A (en) * | 2014-02-06 | 2015-08-12 | Ge Aviat Systems Ltd | Fuel cell-based auxiliary power unit |
GB2522865B (en) * | 2014-02-06 | 2016-04-20 | Ge Aviat Systems Ltd | Fuel cell-based auxiliary power unit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4338178C2 (de) | 2003-04-30 |
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