EP4158710A1 - Verfahren zum betanken von brennstoffzellensystemen und brennstoffzellensystemverbund - Google Patents

Verfahren zum betanken von brennstoffzellensystemen und brennstoffzellensystemverbund

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EP4158710A1
EP4158710A1 EP21719573.4A EP21719573A EP4158710A1 EP 4158710 A1 EP4158710 A1 EP 4158710A1 EP 21719573 A EP21719573 A EP 21719573A EP 4158710 A1 EP4158710 A1 EP 4158710A1
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EP
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sys
fuel cell
tank
cell system
cell systems
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Pending
Application number
EP21719573.4A
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English (en)
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Inventor
Christian Krause
Stephan Olbrich
Stephan Strahl
Bilge Manga
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method for refueling fuel cell systems which are operated in a network of a plurality of fuel cell systems, through which network at least one load is supplied with energy, wherein a fuel cell system each has at least one fuel cell, with a plurality of tank devices through which the Fuel cells Fuel is supplied, wherein each of the tank devices can be assigned or assigned to at least one of the fuel cells, and with a control device by means of which the operation of fuel cells and tank devices is monitored and controlled.
  • the invention also relates to a fuel cell system composite which is provided with a plurality of fuel cell systems each with at least one fuel cell and is set up to supply at least one load with energy.
  • Fuel cells or fuel cell systems are now widely used. In the field of vehicles, this applies both to their drives and to various structures that require electrical power, for example for the cooling of goods.
  • a fuel and an oxidizing agent are converted into electrical energy and water as reaction products.
  • a fuel cell consists essentially of an anode part, a membrane and a cathode part. Let go of the electrons given off during the chemical reaction conduct themselves as electrical current through a consumer, for example the electric motor of an automobile.
  • Such fuel cell systems are known, for example, from DE10028331C2.
  • fuel cells or fuel cell systems for example in server farms, can be used for their own performance as well as for cooling tasks.
  • the invention advantageously provides a method for refueling fuel cell systems as well as a network of fuel cell systems with which tank devices assigned to the fuel cells for supplying the respective fuels can be carried out with less effort and at the same time uninterrupted operation of the loads operated by the fuel cell systems can be guaranteed.
  • the idea on which the present invention is based therefore consists in the following steps being carried out in a method of the type mentioned at the beginning: ; b) separating the power output of those fuel cell systems from the composite of fuel cell systems to which the fuel cell (s) belong to which the tank device to be refueled is assigned; c) Carrying out the refueling at the respective respective tank facility operated by the remaining network of fuel cell systems; d) ending the refueling process at the relevant refueling facility; e) Reconnecting the previously separated fuel cell system to the fuel cell system assembly.
  • the tank devices assigned to the fuel cell systems are initially queried continuously with regard to their fill level, for example, during ongoing operation, i.e. during operation of the at least one load, or a corresponding, continuously updated sensor signal from at least one sensor is permanently present.
  • the need to refuel a tank device can also arise simply from the lapse of a certain period of time.
  • the control device is able to recognize the need for a refueling process on the basis of the parameters made available to it. This can result, for example, from the fact that for the to A longer operation is planned for the supplying load, which makes an interim refueling unnecessary or unlikely.
  • the power output of that fuel cell system is separated from the composite of fuel cell systems which has fuel cells that are supplied with fuel by the tank device to be refueled, to which the tank device to be refueled is therefore assigned.
  • the relevant fuel cell system can have at least one fuel cell, but also a plurality of fuel cells. What is important here is the separation of the respective fuel cell system with one or more fuel cells from the power output of the network, whereby it is also conceivable, for example because corresponding safety requirements exist, to switch off the respective fuel cell system completely for the refueling process.
  • the filling of the relevant tank device which is assigned to the fuel cell system or its fuel cells separated from the power output to the load, is carried out, with the load being operated by the remaining network of fuel cell systems, i.e. continuing with electrical energy (power). is supplied.
  • the fuel cell system separated from the composite of fuel cell systems is reconnected to the latter in a further step.
  • An advantageous variant of the method according to the invention for permanently ensuring that the tank equipment is sufficiently refueled can consist of a method step in which the previously listed method steps are run through again, provided that the need to refuel one of the tank equipment is recognized again in the first of these steps.
  • this can be any of the tank devices of the network of fuel cell systems.
  • On the part of the control device there is advantageously a permanent query as to whether one of the tank devices requires a refueling process, so that on the system side necessary measures can be initiated in good time.
  • the network of fuel cell systems continuously generates electrical power while the above-mentioned method steps are being carried out and provides the at least one load so that the latter can be operated in uninterrupted continuous operation.
  • the electrical power made available by the network of fuel cell systems during refueling allows functional devices of the fuel cell system and / or a fuel cell system assigned to the refueled tank device Petrol station to be supplied.
  • the functionalities to be covered by the mentioned functional devices can, for example, be the monitoring of the H2 concentration within the respective fuel cell system, so that the battery otherwise provided for this can be dispensed with.
  • other electrically operated functional devices in principle any desired, are also conceivable.
  • a permanent supply of electrical power is ensured with a further advantageous variant of the method according to the invention, in which at least one fuel cell system is not refueled while the tank equipment is being refueled. It can be the task of the control device to monitor the network of fuel cell systems so that there is a permanent output of at least one fuel cell system of the network of fuel cell systems takes place in order to ensure a permanent electrical supply in this way.
  • each tank device is assigned a fuel cell system composed of at least two fuel cells. Even if the respective fuel cell systems can in principle only be provided and set up with one fuel cell, it is expedient in the sense of increased reliability to provide at least two fuel cells for this purpose.
  • a preferred embodiment of the assembly of fuel cell systems according to the invention can be provided and set up in such a way that each of the tank devices is assigned to the same number of fuel cells.
  • a fuel cell system can be set up with two fuel cells, to which a tank device is jointly assigned, while the network is composed of a large number of precisely these fuel cell systems.
  • the establishment of the network with a plurality of identical fuel cell systems promotes its scalability, which in turn can also increase the reliability of the overall system (network).
  • the assembly of fuel cell systems according to the invention, it can be provided and set up in such a way that, depending on the respective application, one of the fuel cell systems of the assembly of fuel cell systems is sufficient to supply the load sufficiently.
  • a high failure safety coupled with the possibility of filling up all of the other tank devices not assigned to the fuel cells of this fuel cell system at the same time.
  • this is provided and set up to have a sensor device that detects at least one fill level, at least one concentration, the disconnection of a fuel cell system from the composite or its shutdown or at least the presence of the fact that a tank device is being refueled and signals.
  • the sensor device which is generally assigned to the control device is therefore essentially intended to provide the control device with information which could be relevant to at least one of the tank devices for a refueling process. As mentioned, on the one hand this can be level or concentration information, which can be important with regard to determining the need for refueling or with regard to safety aspects.
  • it can be information that is linked to the refueling process of at least one of the tank devices per se, for example whether the tank device in question has been properly separated from the network of fuel cell systems or whether a refueling process is currently taking place or has ended. This can be important, for example, for the efficient refueling of all tank facilities in the network of fuel cell systems.
  • the 1 shows a diagram of a composite of fuel cell systems with fuel cells and tank devices assigned to them;
  • FIG. 3 shows a diagram to illustrate a refueling process on a tank facility from FIG. 1 as part of the method from FIG. 2.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment according to the invention of a composite of fuel cell systems Sys A, Sys B, designated as a whole by 10, the two fuel cell systems Sys A, Sys B shown being arranged next to one another but spaced apart from one another.
  • the consumers BoP x can for example be functional devices of the fuel cell to which they are assigned.
  • FC 1 therefore shows the fuel cell systems FC x with the respective consumers BoP x and the tank devices 20 with the respective tank y with its respective consumers BoP y. If the tank device 20 is to be refueled with tank A, then so the fuel cell system Sys A can be disconnected or switched off. FC 1 and FC 2 can then be switched off. While the fuel cell system Sys A is being refueled, the fuel cell system Sys B can continue to provide power to the load 100 as a remaining, non-separate part of the assembly 10 of fuel cell systems Sys A, Sys B.
  • FIG. 1 also shows a high-voltage battery 70 which can be used in the operation of the consumer BoP x of the respective separate fuel cell system Sys A, Sys B with fuel cells FC x that are switched off if necessary.
  • This battery 70 can, however, also be dispensed with, since the required power is made available by the respective other, non-separate fuel cell system B, A.
  • FIG. 2 shows a diagram of the method according to the invention for refueling fuel cell systems Sys A, Sys B, which are operated in the composite 10 of a plurality of fuel cell systems Sys A, Sys B, through which composite 10 at least one load 100 with electrical energy is supplied, illustrated.
  • a step S1 the need to refuel at least one of the tank devices 20 is recognized by the control device 50, not shown further, on the basis of a sensor signal or a predetermined value of a parameter.
  • step S2 that fuel cell system A from the composite 10 of fuel cell systems Sys A, Sys B is separated from the power output to which those fuel cells FC 1, FC 2 belong to which the tank device 20 to be refueled is assigned to the respective tank A; while the load 100 is operated by the fuel cell system Sys B as the remaining assembly 10 of fuel cell systems, the refueling of the respective tank device 20 is carried out in a step S3;
  • step S4 the refueling process at the relevant tank device 20 is ended, after which, in a step S5, the previously separated fuel cell system Sys A is reconnected to the fuel cell system assembly 10.
  • the dashed lines indicate that, after step S5 has been completed, the process of recognizing the need to refuel is started again. This also applies to the fact that in S1 the existence of the necessity for the current moment is denied.
  • FIG. 3 A schematic diagram can be seen in FIG. 3 in which steps S2 to S5 from FIG. 2 for a composite of fuel cells from FIG. 1 are illustrated in greater detail in a variant in which all tank devices are refueled one after the other.
  • the sensor device 60 not shown in detail in the figures of the drawing
  • the control device 50 also not shown in detail
  • it can be continuously scanned and, as a result of step S1, it can be signaled that the tank device 20 is to be refueled first with the tank A (as a result of step S1 in FIG. 2).
  • step S21 the power output of the fuel cell system A is disconnected from the composite 10 and the fuel cells FC 1 and FC 2 are switched off in a step S22.
  • the load 100 is ensured in a step S31 with power output by the further fuel cell system B of the assembly 10, after which the refueling is carried out in a step S32 by releasing a connection of the tank A to a fuel cell system (not shown).
  • step S41 After the end of the refueling process in step S41, the previously released connection to tank A is blocked again in step S42, so that then in step S51 the fuel cells FC 1 and FC 2 are initially switched on again, if necessary, in order to restore the fuel cell system Sys A in step S52 to connect to the composite 10 of fuel cell systems Sys A, Sys B.
  • tank Sys B of the tank device 20 of the fuel cell system B is also to be refueled, the same process takes place with the respective other devices of the network 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betanken von Brennstoffzellensystemen (Sys A, Sys B), welche in einem Verbund (10) einer Mehrzahl von Brennstoffzellensystemen (Sys A, Sys B) betrieben werden und einen Brennstoffzellensystemverbund (10). Erfindungsgemäß wird ein Verfahren angegeben, mit welchem eine durch den Verbund (10) betriebene Last (100) während des Durchführens eines Tankvorgangs an einer den Brennstoffzellen (FC 1, FC 2) des Brennstoffzellensystems (Sys A, Sys B) zugeordneten Tankeinrichtung 20 weiter betrieben werden kann.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betanken von Brennstoffzellensystemen und Brennstoffzellensystemverbund
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betanken von Brennstoffzellensystemen, welche im Verbund einer Mehrzahl von Brennstoffzellensystemen betrieben werden, durch welchen Verbund wenigstens eine Last mit Energie versorgt wird, wobei ein Brennstoffzellensystem jeweils mindestens eine Brennstoffzelle aufweist, mit einer Mehrzahl an Tankeinrichtungen, durch welche den Brennstoffzellen Brennstoff zugeführt wird, wobei jede der Tankeinrichtungen wenigstens einer der Brennstoffzellen zuordenbar oder zugeordnet ist, und mit einer Steuereinrichtung, mittels derer der Betrieb von Brennstoffzellen und Tankeinrichtungen überwacht und gesteuert wird. Außerdem betrifft die Erfindung einen Brennstoffzellensystemverbund, welcher mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellensystemen mit jeweils wenigstens einer Brennstoffzelle vorgesehen und eingerichtet ist, wenigstens eine Last mit Energie zu versorgen.
Stand der Technik
Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellensysteme werden inzwischen verbreitet eingesetzt. Dies gilt im Bereich von Fahrzeugen sowohl für deren Antriebe, wie auch für diverse Aufbauten, die elektrische Leistung erfordern, bspw. für die Kühlung von Gütern.
In einer Brennstoffzelle wird durch eine chemische Reaktion Strom erzeugt.
Dabei wird ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel in elektrische Energie und Wasser als Reaktionsprodukte umgewandelt. Dabei besteht eine Brennstoffzelle besteht im wesentlichen aus einem Anodenteil, einer Membran und einem Kathodenteil. Die bei der chemischen Reaktion abgegebenen Elektronen lassen sich als elektrischer Strom durch einen Verbraucher leiten, beispielsweise den Elektromotor eines Automobils.
Solche Brennstoffzellensysteme kennt man beispielsweise aus der DE10028331C2.
Auch in anderen technischen Gebieten können Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellensysteme beispielsweise in Server-Farmen unter anderem für deren Leistung selbst wie gleichermaßen für Kühlaufgaben eingesetzt werden, in der Schiffahrt könnte man zum Beispiel an Hilfsaggregate von Kreuzfahrt- oder Containerschiffen denken.
Betrachtet man Brennstoffzellen-Systemen, wie sie etwa in Fahrzeugen verwendet werden, ist es aus sicherheitstechnischen Gründen notwendig, während das Tankens das System auszuschalten. Dies bedeutet, dass während eines Tankvorgangs keine elektrische Leistung von dem Brennstoffzellen-System abgegeben werden darf oder kann. Da es jedoch während des Tankvorgangs demgegenüber sogar gewährleistet sein soll, dass das Brennstoffzellen-System mit elektrischer Leistung versorgt wird, um notwendige Funktionalitäten (z.B. Überwachung der H2- Konzentration innerhalb des Systems) während des Tankens zur Verfügung zu stellen, kommt in aller Regel eine im Fahrzeug vorhandene, ggf. sogar dezidiert hierfür vorgesehene Batterie innerhalb des Fahrzeugs zum Einsatz. Bei anderen Ausgestaltungen kann eine Versorgung auch etwa über die Tankstelle selbst sichergestellt werden. Beide erwähnten Varianten erhöhen hierbei den Aufwand hinsichtlich vorzuhaltender Versorgungseinrichtungen, sowie von deren Administration und Wartung.
Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung verfügt man vorteilhafteweise über ein Verfahren zum Betanken von Brennstoffzellensystemen sowie einen Verbund von Brennstoffzellensystemen , mit welchen den Brennstoffzellen zugeordnete Tankeinrichtungen zur Versorgung mit den jeweiligen Brennstoffen aufwandsärmer durchgeführt werden kann und gleichzeitig ein unterbrechungsfreier Betrieb der den durch die Brennstoffzellensysteme betriebenen Lasten gewährleistet werden kann.
Erfindungsgemäß werden diese Vorteile durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 verwirklicht.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht mithin darin darin, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die folgenden Schritte durch geführt werden: a) Erkennen der Notwendigkeit des Betankens wenigstens einer der Tankeinrichtungen anhand eines Sensorsignals oder eines vorbestimmten Wertes eines Parameters durch die Steuereinrichtung; b) Trennen der Leistungsabgabe derjenigen Brennstoffzellensysteme von dem Verbund von Brennstoffzellensystemen, welchen diejenige(n) Brennstoffzelle(n) zugehören, denen die zu betankende Tankeinrichtung zugeordnet ist; c) Durchführen des Betankens an der betreffenden jeweiligen Tankeinrichtung unter Betreiben durch den verbleibenden Verbund an Brennstoffzellensystemen; d) Beenden des Tankvorgangs an der betreffenden Tankeinrichtung; e) Wiederverbinden des zuvor getrennten Brennstoffzellensystems mit dem Brennstoffzellensystemverbund.
Entsprechend werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst im laufenden Betrieb, also während des Betreibens der wenigstens einen Last, die den Brennstoffzellensystemen zugeordneten Tankeinrichtungen beispielsweise kontinuierlich hinsichtlich ihres Fülltstandes abgefragt, oder es liegt ein entsprechendes, dauernd aktualisiertes Sensorsignal wenigstens eines Sensors dauerhaft an. Bei bekanntem, dauerhaft gleichbleibendem Verbrauch der jeweiligen Last kann sich die Notwendigkeit eines Betanken einer Tankeinrichtung auch einfach aus dem Ablauf einer gewissen Zeitspanne ergeben. Die Steuereinrichtung ist anhand der ihr zur Verfügung gestellten Parameter in der Lage, die Notwendigkeit eines Tankvorganges zu erkennen. Diese kann sich beispielsweise auch aus dem Umstand ergeben, dass für die zu versorgende Last ein längerer Betrieb geplant, der einen zwischenzeitlichen Tankvorgang nicht geboten oder unwahrscheinlich erscheinen lässt.
In einem nächsten Schritt wird die Leistungsabgabe desjenigen Brennstoffzellensystems von dem Verbund von Brennstoffzellensystemen getrennt, das Brennstoffzellen aufweist, die durch die zu betankende Tankeinrichtung mit Brennstoff versorgt werden, denen die zu betankende Tankeinrichtung also zugeordnet ist. Das betreffende Brennstoffzellensystem kann hierbei bekanntermaßen wenigstens eine Brennstoffzelle, aber auch eine Mehrzahl von Brennstoffzellen aufweisen. Wichtig ist hierbei das Trennen des jeweiligen Brennstoffzellensystems mit einer oder mehreren Brennstoffzellen von der Leistungsabgabe des Verbundes, wobei auch denkbar ist, beispielsweise weil entsprechende Sicherheit Anforderungen herrschen, dass jeweilige Brennstoffzellensystem für den Tankvorgang ganz auszuschalten.
In dem nächsten Schritt wird das Betanken der betreffenden Tankeinrichtung, die dem von der Leistungsabgabe an die Last getrennten Brennstoffzellensystem bzw. dessen Brennstoffzellen zugeordnet ist, durchgeführt, wobei die Last durch den verbleibenden Verbund an Brennstoffzellensystemen weiter betrieben, also weiter mit elektrischer Energie (Leistung) versorgt wird.
Nachdem der Tankvorgang an der betreffenden Tankeinrichtung beendet wurde, wird in einem weiteren Schritt das von dem Verbund von Brennstoffzellensystemen getrennten Brennstoffzellensystem wieder mit diesem verbunden.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.
Eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum dauerhaften Sicherstellen genügend betankter Tankeinrichtungen kann in einem Verfahrensschritt bestehen, bei dem die zuvor aufgezählten Verfahrensschritte erneut durchlaufen werden, unter der Bedingung, dass in dem ersten dieser Schritte erneut die Notwendigkeit eines Betankens einer der Tankeinrichtungen erkannt wird. Hierbei kann es sich prinzipiell um jede der Tankeinrichtungen des Verbunds von Brennstoffzellensystemen handeln. Seitens der Steuereinrichtung findet vorteilhafter Weise also dauerhaft eine Abfrage dahingehend statt, ob eine der Tankeinrichtungen eines Tankvorganges bedarf, sodass systemseitig rechtzeitig notwendige Maßnahmen eingeleitet werden können. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass alle Tankeinrichtungen des Verbundes von Brennstoffzellensystemen automatisch nacheinander betankt werden, oder nach einem vorgegebenen Muster oder Schema oder auch in willkürlicher Kumulation mehrere Tankeinrichtungen gleichzeitig betankt werden können, solange gleichzeitig die erforderliche Leistungsabgabe gewährleistet ist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird seitens des Verbundes von Brennstoffzellensystemen während der Durchführung der oben erwähnten Verfahrensschritte kontinuierlich elektrische Leistung erzeugt und der wenigstens einen Last zur Verfügung gestellt, so dass Letztere in einem unterbrechungsfreien Dauerbetrieb betrieben werden kann.
In einer anderen vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die von ggf. extern zur Verfügung gestellten Energiequellen unabhängig ist, können durch die durch den Verbund von Brennstoffzellensystemen während des Betankens zur Verfügung gestellte elektrische Leistung unter anderem Funktionseinrichtungen des der betankten Tankeinrichtung zugeordneten Brennstoffzellensystems und/oder einer Tankstelle versorgt werden. Bei den durch die erwähnten Funktionseinrichtungen abzudeckenden Funktionalitäten kann es sich beispielsweise um die Überwachung der H2- Konzentration innerhalb des jeweiligen Brennstoffzellensystems handeln, sodass auf die hierfür sonst vorgesehene Batterie verzichtet werden kann. Es sind darüber hinaus auch weitere, im Prinzip beliebige, elektrisch betriebene Funktionseinrichtungen denkbar. Überdies ist es weiter auch möglich, die jeweiligeder oder den Tankeinrichtungen Brennstoff zu führende Tankstelle über die zur Verfügung gestellte elektrische Leistung zu versorgen/zu betreiben.
Eine dauerhafte Versorgung mit elektrischer Leistung wird sichergestellt mit einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der wenigstens ein Brennstoffzellensystem während des Betankens von Tankeinrichtungen nicht betankt wird. Dabei kann es Aufgabe der Steuereinrichtung sein, den Verbund von Brennstoffzellensystemen dahingehend zu überwachen, dass dauerhaft eine Leistungsabgabe wenigstens eines Brennstoffzellensystems des Verbundes von Brennstoffzellensystemen stattfindet, um auf diese Weise eine dauerhafte elektrische Versorgung sicherzustellen.
Gleichermaßen vorteilhaft verfügt man vermittels der Erfindung auch über einen Verbund von Brennstoffzellensystemen der eingangs erwähnten Art, bei dem die Steuereinrichtung zum Betanken wenigstens einer der Tankeinrichtungen die dieser Tankeinrichtung zugeordneten Brennstoffzellensysteme von dem Verbund an Brennstoffzellensystemen (elektrisch) trennt und gegebenenfalls ausschaltet, während zumindest ein Teil der übrigen Brennstoffzellensysteme als verbleibender Verbund die Last energetisch ausreichend versorgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbundes von Brennstoffzellensystemen ist einer Tankeinrichtung jeweils einem Brennstoffzellensystem aus wenigstens zwei Brennstoffzellen zugeordnet. Auch wenn die jeweiligen Brennstoffzellensysteme prinzipiell nur mit einer Brennstoffzelle vorgesehen und eingerichtet sein können ist es im Sinne einer erhöhten Ausfallsicherheit zweckmäßig, hierfür wenigstens zwei Brennstoffzellen vorzusehen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundes von Brennstoffzellensystemen kann derart vorgesehen und eingerichtet sein, dass jede der Tankeinrichtungen der gleichen Anzahl von Brennstoffzellen zugeordnet ist. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Brennstoffzellensystem mit zwei Brennstoffzellen eingerichtet sein, denen gemeinsam eine Tankeinrichtung zugeordnet ist, während der Verbund aus einer Vielzahl eben dieser Brennstoffzellensysteme aufgebaut ist. Die Einrichtung des Verbundes mit einer Mehrzahl jeweils gleicher Brennstoffzellensysteme fördert dessen Skalierbarkeit, was wiederum auch die Ausfallsicherheit des Gesamtsystems (Verbunds) erhöhen kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundes von Brennstoffzellensystemen kann diese derart vorgesehen und eingerichtet sein, dass, abhängig von dem jeweiligen Einsatzzweck, bereits eines der Brennstoffzellensysteme des Verbundes von Brennstoffzellensystemen zur ausreichenden Versorgung der Last genügt. Bei dieser Ausgestaltung ist eine hohe Ausfallsicherheit anzutreffen, gepaart mit der Möglichkeit, sämtliche der übrigen, den Brennstoffzellen dieses Brennstoffzellensystems nicht zugeordneten Tankeinrichtungen gleichzeitig zu betanken.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verbundes von Brennstoffzellen ist dieser derart vorgesehen und eingerichtet, eine Sensoreinrichtung aufzuweisen, die wenigstens einen Füllstand, wenigstens eine Konzentration, das Trennen eines Brennstoffzellensystems von dem Verbund oder dessen Abschalten oder zumindest das Vorliegen des Umstands einer Betankung einer Tankeinrichtung erfasst und signalisiert. Die in aller Regel der Steuereinrichtung zugeordnete Sensoreinrichtung ist also im wesentlichen dafür vorgesehen, der Steuereinrichtung Informationen, die für einen Tankvorgang wenigstens einer der Tankeinrichtungen von Belang sein könnte, zur Verfügung zu stellen. Wie erwähnt, kann es sich dabei zum einen um eine Füllstands-oder Konzentrationsinformation handeln, welche in Bezug auf die Feststellung der Notwendigkeit des betanken oder hinsichtlich von Sicherheitsaspekten Bedeutung haben können. Zum anderen kann es sich um Informationen handeln, die mit dem Tankvorgang wenigstens einer der Tankeinrichtungen an sich verknüpft sind, also etwa ob die betreffende Tankeinrichtung ordnungsgemäß von dem Verbund an Brennstoffzellensystemen getrennt wurde oder ob ein Tankvorgang gerade stattfindet oder beendet ist. Dies kann etwa für das effiziente Durchführen des Betankens aller Tankeinrichtungen des Verbundes von Brennstoffzellensystemen von Bedeutung sein.
Mit dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren sowie dem erfindungsgemäßen Verbund an Brennstoffzellensystemen ist es also möglich, die Versorgung der Brennstoffzellen zugeordneten Tankeinrichtungen mit den jeweiligen Brennstoffen aufwandsärmer durchzuführen und gleichzeitig einen unterbrechungsfreien Betrieb der den durch die Brennstoffzellensysteme betriebenen Lasten zu gewährleisten.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren der Zeichnung näher erläutert. In teilweise stark schematisierter Darstellung zeigen hierbei die Fig. 1 ein Diagramm eines Verbunds von Brennstoffzellensystemen mit Brennstoffzellen und diesen zugeordneten Tankeinrichtungen;
Fig. 2 ein Diagramm mit Verfahrensschritten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verafhrtens; und die
Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Tankvorgangs an einer Tankeinrichtung aus der Fig. 1 als Teil des Verfahrens aus der Fig. 2.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
In der Fig. 1 erkennt man ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines im Ganzen mit 10 bezeichneten Verbunds von Brennstoffzellensystemen Sys A, Sys B wobei die beiden gezeigten Brennstoffzellensysteme Sys A, Sys B nebeneinander, aber voneinander beanstandet angeordnet sind. Jedem der beiden Brennstoffzellensysteme Sys A, Sys B ist dabei jeweils eine Tankeinrichtung 20 mit jeweils einem Tank y mit zugeordneten Verbrauchern BoP y zugeordnet (y = A, B), die wiederum die ihnen zugeordneten Brennstoffzellen FC x mit zugeordneten Verbrauchern BoP x mit Brennstoff versorgen (x = 1, 2, 3, 4). Die Verbraucher BoP x können etwa Funktionseinrichtungen der Brennstoffzelle sein, der sie jewils zugeordnet sind.
Zu erkennen ist hierbei gut, dass jedem Brennstoffzellensystem Sys A, Sys B jeweils zwei Brennstoffzellen FCx zugeordnet sind, die von der jeweils gleichen Tankeinrichtung 20 versorgt werden, also hier etwa die FC 1 und FC 2 durch die Tankeinrichtung 20 mit Tank A und die FC 3 und die FC 4 durch die Tankeinrichtung 20 mit Tank B . In dieser Konfiguration ist es demnach möglich, dass bei Trennung eines zu betankenden Brennstoffzellensystems Sys A, Sys B von dem Verbund 10 das jeweils andere Brennstoffzellensystem Sys B, Sys A als verbleibender Verbund 10 die Versorgung der Last 100 alleine ausreichend übernimmt, während das betankte Brennstoffzellensystem Sys A, Sys B von der Leistungsabgabe an die Last 100 getrennt ist. Die Figur 1 zeigt also die Brennstoffzellen-Systeme FC x mit den jeweiligen Verbrauchern BoP x sowie die Tankeinrichtungen 20 mit dem jeweiligen Tank y mit dessen jeweiligen Verbrauchern BoP y. Soll die Tankeinrichtung 20 mit Tank A betankt werden, so kann das Brennstoffzellensystem Sys A getrennt bzw. abgeschaltet werden. FC 1 und FC 2 können dann also ausgeschaltet sein. Während des Tankens des Brennstoffzellensystems Sys A kann das Brennstoffzellensystem Sys B als verbleibender, nicht getrennter Teil des Verbundes 10 von Brennstoffzellensytemen Sys A, Sys B Leistung an die Last 100 weiterhin bereitstellen.
Schließlich zeigt die Fig. 1 auch eine Hochspannungsbatterie 70, die in zum Betrieb der Verbraucher BoP x des jewils getrennten Brennstoffzellensystems Sys A, Sys B mit gegebenenfalls abgeschalteten Brennstoffzellen FC x zum Einsatz kommen kann. Auf diese Batterie 70 kann allerdings auch verzichtet werden, da die erfoderliche Leistung durch das jeweils andere, nicht getrennte Brennstoffzellensystem B, A zur Verfügung gestellt wird.
In der Fig. 2 erkennt man ein Diagramm die das erfindungsgemäße Verfahren zum Betanken von Brennstoffzellensystemen Sys A, Sys B, welche im Verbund 10 einer Mehrzahl von Brennstoffzellensystemen Sys A, Sys B betrieben werden, durch welchen Verbund 10 wenigstens eine Last 100 mit elektrischer Energie versorgt wird, veranschaulicht. Dabei wird in eine Schritt S1 die Notwendigkeit des Betankens wenigstens einer der Tankeinrichtungen 20 anhand eines Sensorsignals oder eines vorbestimmten Wertes eines Parameters durch die nicht weiter gezeigte Steuereinrichtung 50 erkannt. In einem Schritt S2 wird dasjenige Brennstoffzellensystem A von dem Verbund 10 von Brennstoffzellensystemen Sys A, Sys B von der Leistungsabgabe getrennt, welchem diejenigen Brennstoffzellen FC 1 , FC 2 zugehören, denen die zu betankende Tankeinrichtung 20 mit dem jeweiligen Tank A zugeordnet ist; unter Betreiben der Last 100 durch das Brennstoffzellensystem Sys B als verbleibenden Verbund 10 an Brennstoffzellensystemen wir das Betanken der jewiligen Tankeinrichtung 20 in einem Schritt S3 durchgeführt; in einem Schritt S4 wird der Tankvorgang an der betreffenden Tankeinrichtung 20 beendet, wonach in einem Schritt S5 das zuvor getrennte Brennstoffzellensystem Sys A wieder mit dem Brennstoffzellensystemverbund 10 verbunden wird. Durch die Strichlinierung wird angedeutet, dass nach Abschluss des Schrittes S5, der Erkennensvorgang der Notwendigkeit einer Betantkung erneut angestossen wird. Dies gilt gleichermaßen für den Umstand, dass in S1 das Vorliegen der Notwendigkeit für den aktuellen Moment verneint wird.
In der Fig. 3 erkennt man ein schematisches Diagramm, in welchem die Schritte S2 bis S5 aus der Fig. 2 für einen Verbund an Brennstoffzellen aus der Fig.l in einer Variante, bei der alle Tankeinrichtungen nacheinander betankt werden, noch näher veranschaulicht werden. So kann etwa mittels der in den Figuren der Zeichnung nicht näher dargestellten Sensoreinrichtung 60 zusammen mit der ebenfalls nicht näher dargestellten Steuereinrichtung 50 ständig abgetastet und als Ergebnis des Schritts S1 signalisiert werden, dass zunächst die Tankeinrichtung 20 mit dem Tank A betankt werden soll (als Ergebnis des Schritts S1 der Figur 2 ). Es erfolgt im Schritt S21 das Trennen der Leistungsabgabe des Brennstoffzellensystems A von dem Verbund 10 sowie ein Ausschalten der Brennstoffzellen FC 1 und FC 2 in einem Schritt S22. Die Last 100 wird in einem Schritt S31 unter Leistungsabgabe durch das weitere Brennstoffzellensystem B des Verbunds 10 sichergestellt, wonach in einem Schritt S32 das Betanken durch Freigabe einer Verbindung des Tanks A mit einer nicht dargestellten Tanstelleinrichtung durchgeführt wird.
Nach dem Beenden des Tankvorgangs in Schritt S41 wird in Schritt S42 die zuvor freigegebene Verbindung zum Tank A wieder gesperrt, so dass dann in Schritt S51 die Brennstoffzellen FC 1 und FC 2 zunächst gegebenfalls wieder angestellt werden, um im Schritt S52 das Brennstoffzellensystem Sys A wieder mit dem Verbund 10 an Brennstoffzellensystemen Sys A, Sys B zu verbinden.
Bei einer notwendigen Betankung auch des Tanks Sys B der Tankeinrichtung 20 des Brennstoffzellensystems B findet der gleiche Vorgang mit den jeweils anderen Einrichtungen des Verbundes 10 statt.
Werden also mehrere Brennstoffzellensysteme Sys A, Sys B im Verbund 10 betrieben werden, so ist während des Betankens eines der Brennstoffzellensysteme Sys A, Sys B, welches Teil des Verbundes 10 ist, bspw. mit Wasserstoff, ein kontinuierlicher Betrieb möglich und es wird kontinuierlich elektrische Leistung erzeugt. Damit kann während des Tankens auch eine Batterie entfallen. Es ist sogar möglich, die Tankstelle selbst mit elektrischer Leistung zu versorgen. Die kontinuierliche Erzeugung von Leistung und der hierdurch ermöglichte kontinuierliche Betrieb der betreffenden Last kann in den eingangs erwähnten Beispielen etwa bedeuten, dass im Fall eines Fahrzeugs dieses während des Tankens weiterfahren kann, dass die Aufbauten eines Fahrzeugs (z.B. Kühlung von Gütern) weiter betrieben werden können, dass bei mit Brennstoffzellen-Systemen versorgten Server-Farmen ein Verbund von Brennstoffzellen-Systemen während des Tankens für Ausfallsicherheit sorgen kann, und auch, dass Kreuzfahrtschiffe oder Containerschiffe im Hafen während des Tankens weiterbetrieben werden können.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vor- liegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige
Weise modifizierbar.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betanken von Brennstoffzellensystemen (SYS A, SYS B), welche im Verbund (10) einer Mehrzahl von Brennstoffzellensystemen (SYS A, SYS B) betrieben werden, durch welchen Verbund (10) wenigstens eine Last (100) mit elektrischer Leistung versorgt wird, wobei ein Brennstoffzellensystem (SYS A, SYS B) jeweils mindestens eine Brennstoffzelle (FC x) aufweist, mit einer Mehrzahl an Tankeinrichtungen (20), durch welche den Brennstoffzellen (FC x) Brennstoff zugeführt wird, wobei jede der Tankeinrichtungen (20) wenigstens einer der Brennstoffzellen (FC x) zuordenbar oder zugeordnet ist, und mit einer Steuereinrichtung (50), mittels derer der Betrieb von Brennstoffzellen (FC x) und Tankeinrichtungen (20) überwacht und gesteuert wird, mit folgenden Schritten: a) Erkennen der Notwendigkeit des Betankens wenigstens einer der Tankeinrichtungen (20) anhand eines Sensorsignals oder eines vorbestimmten Wertes eines Parameters durch die Steuereinrichtung (50) (Sl); b) Trennen der Leistungsabgabe desjenigen Brennstoffzellensystems (SYS A, SYS B) von dem Verbund (10) von Brennstoffzellensystemen (SYS A, SYS B), welchem diejenige(n) Brennstoffzelle(n) (FC x) zugehören, denen die zu betankende Tankeinrichtung (20) zugeordnet ist (S2); c) Durchführen des Betankens an der betreffenden jeweiligen Tankeinrichtung (20) unter Betreiben der Last (100) durch den verbleibenden Verbund (10) an Brennstoffzellensystemen (SYS A, SYS B) (S3); d) Beenden des Tankvorgangs an der betreffenden Tankeinrichtung (20) (S4); e) Wiederverbinden des zuvor getrennten Brennstoffzellensystems (SYS A, SYS B) mit dem Brennstoffzellensystemverbund (10) (S5).
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: f) Erneutes Durchführen der Schritte a) bis e), wenn bei erneuter
Durchführung von Schritt a) die Notwendigkeit eines Betankens einer weiteren Tankeinrichtung (20) erkannt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei während des Ausführens der Schritte a)-e) bzw. a) f) durch den Verbund (10) von Brennstoffzellensystemen (Sys A, Sys B) kontinuierlich elektrische Leistung erzeugt und zur Verfügung gestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die durch den Verbund (10) von Brennstoffzellensystemen (Sys A, Sys B) während des Betankens zur Verfügung gestellte elektrische Leistung unter anderem Funktionseinrichtungen (BoP x) des der betankten Tankeinrichtung (20) zugeordneten Brennstoffzellensystems (Sys A, Sys B) und/oder einer Tankstelle versorgt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei wenigstens ein Brennstoffzellensystem (Sys A, Sys B) während des Betankens von Tankeinrichtungen (20) nicht betankt wird.
6. Brennstoffzellensystemverbund (10), welcher mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellensystemen (Sys A, Sys B) mit jeweils wenigstens einer Brennstoffzelle (FC x) vorgesehen und eingerichtet ist, wenigstens eine Last (100) mit elektischer Leistung zu versorgen, mit einer Mehrzahl an Tankeinrichtungen (20), die den Brennstoffzellen (FC x) Brennstoff zuführen, wobei jede der Tankeinrichtungen (20) wenigstens einer der Brennstoffzellen (FC x) zuordenbar oder zugeordnet ist, und mit einer Steuereinrichtung (50) , die den Betrieb der Brennstoffzellensysteme (Sys A, Sys B) und Tankeinrichtungen (20) überwacht und steuert, wobei die Steuereinrichtung (50) zum Betanken wenigstens einer der Tankeinrichtungen (20) die dieser Tankeinrichtung zugeordneten Brennstoffzellen (FC x) des betreffenden Brennstoffzellensystems (SYS A, SYS B) von dem Verbund (10) an Brennstoffzellensystemen (Sys A, Sys B) elektrisch trennt und gegebenenfalls ausschaltet, während zumindest ein Teil der übrigen Brennstoffzellensysteme (Sys A, Sys B) als verbleibender Verbund die Last ausreichend mit elektrischer Leistung versorgt.
7. Brennstoffzellensystemverbund (10) nach Anspruch 6, wobei eine Tankeinrichtung (20) jeweils einem Brennstoffzellensystem (Sys A, Sys B) aus wenigstens zwei Brennstoffzellen (FC x) zugeordnet ist.
8. Brennstoffzellensystemverbund (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei jede der Tankeinrichtungen (20) der gleichen Anzahl von Brennstoffzellen (FC x) zugeordnet ist.
9. Brennstoffzellensystemverbund (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8. wobei jedes der Brennstoffzellensysteme (Sys A, Sys B) des Brennstoffzellensystemverbundes (10) derart vorgesehen und ausgebildet ist, dass es zur alleinigen ausreichenden Versorgung der Last (100) genügt.
10. Brennstoffzellensystemverbund (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei dieser vorgesehen und eingerichtet ist, eine Sensoreinrichtung (60) aufzuweisen, die wenigstens einen Füllstand, wenigstens eine Konzentration, das Trennen eines Brennstoffzellensystems (Sys A, Sys B) von dem Verbund (10) oder dessen Abschalten oder zumindest das Vorliegen des Umstands einer Betankung einer Tankeinrichtung (20) erfasst und signalisiert.
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