EP4670217A1 - Brennstoffzellenvorrichtung - Google Patents

Brennstoffzellenvorrichtung

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Publication number
EP4670217A1
EP4670217A1 EP24706977.6A EP24706977A EP4670217A1 EP 4670217 A1 EP4670217 A1 EP 4670217A1 EP 24706977 A EP24706977 A EP 24706977A EP 4670217 A1 EP4670217 A1 EP 4670217A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel cell
unit
coupling unit
fuel
coupling
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.)
Pending
Application number
EP24706977.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Fehse
Klaus Spennemann
Danijel Sistov
Daniel Dennis
Justus Von Rhein
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4670217A1 publication Critical patent/EP4670217A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • 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
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • 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
    • 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

Definitions

  • a fuel cell device has already been proposed with a first fuel cell unit and with at least one further fuel cell unit, which can be operated independently of one another, with a gas supply unit which has at least one central fuel supply line comprising at least one first gas outlet and a further gas outlet for supplying the fuel cell units with a first gas, in particular fuel and/or hydrogen.
  • the invention is based on a fuel cell device with a first fuel cell unit and with at least one further fuel cell unit, which can be operated independently of one another, with a gas supply unit which has at least one central fuel supply line comprising at least one first gas outlet and a further gas outlet for supplying the fuel cell units with a first gas, in particular fuel and/or hydrogen.
  • the fuel cell device comprises a first coupling unit for a detachable connection of the first fuel cell unit to the first gas outlet of the at least one central fuel supply line and a further coupling unit for a detachable connection of the further fuel cell unit to the further gas outlet of the at least one central ral fuel supply line, wherein the coupling units each have closing elements for directly closing the gas outlets.
  • the closing elements are provided in particular to close the gas outlets when there is a gas flow through the gas supply lines and to prevent gas from escaping from the gas outlets when they are closed.
  • the coupling units each comprise at least one quick coupling for easy connection and disconnection of the gas connections between the gas outlets and the fuel cell units.
  • the fuel cell units are preferably constructed identically.
  • the first fuel cell unit is described in this paragraph. All features of the first fuel cell unit disclosed in this paragraph should also be considered disclosed for the at least one further fuel cell unit.
  • the first fuel cell unit preferably comprises at least one fuel cell, particularly preferably at least one high-temperature fuel cell.
  • the at least one fuel cell is preferably designed as a solid oxide fuel cell or as a molten carbonate fuel cell.
  • the at least one fuel cell is designed as a phosphoric acid fuel cell, as a direct methanol fuel cell, as a polymer electrolyte fuel cell or the like.
  • the at least one fuel cell unit is preferably intended for an electrochemical conversion of a fuel with the supply of an oxygen-containing fluid, in particular air, particularly preferably ambient air.
  • the fuel cell unit preferably comprises a plurality of fuel cells which are arranged in one or more stacks.
  • the fuel cells are preferably electrically connected in series.
  • the first fuel cell unit preferably comprises a unit housing in which the at least one fuel cell is arranged.
  • the fuel cell unit preferably comprises an insulation housing for thermally insulating the at least one fuel cell from the environment of the fuel cell unit.
  • the insulation housing can be arranged in the unit housing or formed by the unit housing.
  • the fuel cell unit preferably comprises peripheral devices for operating the fuel cell unit.
  • peripheral devices include, for example, a reformer for reforming the fuel, an afterburner for thermally converting fuel residues downstream of the at least one fuel cell unit, a Exhaust gas recirculation, a fuel feed unit for adjusting a fuel volume flow, an oxygen feed unit for adjusting an oxygen volume flow, at least one internal exhaust gas heat exchanger for exhaust gas heat recovery, a recirculation feed unit for feeding exhaust gas back into the fuel and/or the like.
  • the peripheral devices are preferably arranged within the unit housing. Depending on an operating temperature, some or all of the peripheral devices can be arranged inside or outside the insulation housing.
  • the term “first” fuel cell unit is merely a naming convention and should be understood in the sense of “the first-mentioned” fuel cell unit.
  • the first fuel cell unit and the at least one further fuel cell unit can be arranged in any relative position to one another within the fuel cell device, unless explicitly disclosed otherwise.
  • the unit housing of the first fuel cell unit and the unit housing of the further fuel cell unit are preferably designed separately from one another, in particular so that the fuel cell units can be transported independently of one another.
  • the fuel cell units are preferably arranged at a distance from one another within the fuel cell device, in particular to enable the fuel cell units to be flushed with ambient air and/or an inert gas.
  • the unit housings of the fuel cell units are arranged in physical contact with one another.
  • the fuel cell units are preferably connected to a central gas supply unit, in particular a fuel supply unit.
  • the fuel cell units are preferably connected to a central exhaust gas disposal line of the fuel cell device.
  • the gas supply unit is used in particular for a central supply of the fuel cell units with fuel and/or reaction gas.
  • the gas supply unit is used in particular for a central supply of the fuel cell units with hydrogen, natural gas, a mixture of hydrogen and natural gas and/or oxygen.
  • the gas supply unit forms in particular a central line system which is provided for supplying all fuel cell units of the fuel cell device.
  • the gas supply unit has exactly one central supply line for each substance, in particular for each gas.
  • a “coupling unit” is to be understood in particular as a unit for a detachable connection of a fuel cell unit to a gas supply unit, in particular to a gas outlet of the gas supply unit, and/or to an exhaust gas disposal line.
  • the coupling unit comprises in particular at least one pneumatic coupling unit with a first pneumatic coupling element, which is firmly connected to the fuel cell unit, and with a second pneumatic coupling element designed to correspond to the first pneumatic coupling element, which is firmly connected to a gas outlet of the gas supply unit.
  • the pneumatic coupling elements are preferably designed to be separable, in particular separable without tools.
  • the pneumatic coupling elements can preferably be connected and separated as often as desired.
  • the pneumatic coupling elements are formed, for example, by pneumatic plug connectors. However, another design that appears to be sensible to a person skilled in the art would also be conceivable.
  • the gas outlets are preferably at least partially formed by flexible hoses, which enable the coupling unit to be connected and disconnected quickly and easily.
  • the coupling unit forms, in particular, flexible, plug-in or easily closable connections, which have lockable media inlets and/or outlets for gas, air, water and/or exhaust gas on the supply line side.
  • a "closing element” is to be understood in particular as an element for directly closing a gas outlet.
  • the closing element is in particular formed by a valve.
  • Various designs of the closing element that appear to be useful to a person skilled in the art are conceivable, such as a shut-off valve, ball valve, solenoid valve or the like.
  • the closing element can preferably be formed by a safety valve that closes automatically when the connection of the coupling unit is separated.
  • the term "intended” should be understood in particular to mean specially programmed, designed and/or equipped.
  • the fact that an object is intended for a specific function should be understood in particular to mean that the object fulfils and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state.
  • the design of the fuel cell device according to the invention makes it possible, in particular, to easily and quickly separate individual fuel cell units.
  • a fuel cell device can be provided in which continuous cluster operation is possible even when servicing is required.
  • a fuel cell unit can be quickly replaced while all other fuel cell units continue to run without interruption.
  • first coupling unit and the further coupling unit each have an actuating element which is provided for simultaneously closing the closing elements of the respective coupling unit.
  • the actuating element is in particular directly connected to the closing elements.
  • the actuating element can send an electrical signal for closing to the closing elements, in particular to actuators of the closing elements, and/or mechanically move a closing means of the closing elements to close the closing elements.
  • actuating element is to be understood in particular as an element which is provided to receive an input variable from an operator during an actuation process and in particular to be contacted directly by an operator, wherein a touch of the actuating element is sensed and/or an actuating force exerted on the actuating element is sensed and/or mechanically transmitted to actuate a unit.
  • This can in particular provide an advantageously high level of operating comfort.
  • a fuel cell unit can advantageously be separated from the gas supply unit quickly and easily.
  • the first coupling unit and the further coupling unit each have an actuator which leads to an automatic, simultaneous closing of the locking elements of the respective coupling unit is provided.
  • the actuator forms part of one of the closing elements.
  • the actuator is provided in particular to convert an electrical signal into a mechanical movement or into other physical quantities.
  • the actuator can be designed, for example, as a magnetic actuator, as a pneumatic actuator, as a hydraulic actuator or as an electromechanical actuator. This can in particular enable a reliable and safe separation of a fuel cell unit from the gas supply unit. In particular, it would be conceivable that the fuel cell unit is only released when the closing elements are completely closed.
  • the first coupling unit and the further coupling unit each have a sensor unit which is intended to detect a closed position of the closing elements of the respective coupling unit.
  • the sensor unit detects the closed position of all closing elements of the respective coupling unit, each coupling unit having a corresponding sensor unit.
  • the sensor unit is intended in particular to check whether all media connections are correctly closed, preferably before the corresponding fuel cell unit can be pulled out.
  • a "sensor unit” is to be understood in particular as a unit which is intended to record at least one characteristic and/or a physical property, whereby the recording can take place actively, such as in particular by generating and transmitting an electrical measurement signal, and/or passively, such as in particular by detecting changes in the properties of a sensor component.
  • the first coupling unit and the further coupling unit each have a separating plate by means of which all connections of the respective coupling unit can be separated.
  • the separating plate is formed in particular by a plate-shaped component by means of which all connections of the respective coupling unit can be separated simultaneously.
  • the first or the further pneumatic coupling elements are integrated into the separating plate.
  • a "plate-shaped" component is to be understood in particular as an element that has a thickness that corresponds to a maximum of 50%, in particular a maximum of 20%, advantageously a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%, of a length and/or a width of the element.
  • the component preferably has at least one, preferably at least two, in particular opposite sides, which have a flat, in particular smooth, surface. This makes it possible in particular to reliably and safely separate a fuel cell unit from the gas supply unit.
  • the fuel cell device has a computing unit which is intended to release or block a movement of the separating plate depending on a signal from the sensor units.
  • the computing unit is preferably connected to a blocking element which is intended to block or release the separating plate.
  • a "computing unit" is to be understood in particular as a unit with an information input, an information processing unit and an information output.
  • the computing unit advantageously has at least one processor, a memory, input and output means, further electrical components, an operating program, control routines, control routines and/or calculation routines.
  • the components of the computing unit are preferably arranged on a common circuit board and/or advantageously arranged in a common housing. This makes it possible in particular to reliably monitor whether the closing elements are closed or open and to only allow separation when the closing elements are closed. In particular, it can be checked whether all media connections are correctly closed before the corresponding fuel cell unit can be pulled out.
  • the first coupling unit and the further coupling unit each have an electronically controllable locking element for locking the separating plate of the respective coupling unit.
  • the computing unit is directly connected to the locking element, which is intended to block or release the separating plate. This makes it possible to reliably monitor, in particular, whether the locking element elements are closed or opened and separation is only permitted when the locking elements are closed. In particular, it can be checked whether all media connections are correctly closed before the corresponding fuel cell unit can be pulled out.
  • the invention is further based on a method for operating the fuel cell device in a cluster operation. It is proposed that in at least one service step the first fuel cell unit is separated from the gas supply unit by means of the first coupling unit, while the other fuel cell unit continues to operate without interruption. It is further proposed that in the service step the computing unit locks the separating plate of the first coupling unit when the locking elements of the first coupling unit are open and only releases the separating plate of the first coupling unit when the locking elements of the first coupling unit are closed. Preferably the computing unit permanently monitors the closed position of the locking elements, with movement of the separating plate being blocked when the locking elements are open and being released when the locking elements are open.
  • all locking elements of a coupling unit must be closed so that the computing unit releases the separating plate of the coupling unit.
  • a fuel cell device can be provided in which continuous cluster operation is possible even in the event of servicing. In particular, a quick Replacement of one fuel cell unit can be made possible while all other fuel cell units continue to operate without interruption.
  • the fuel cell device according to the invention and the method should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the fuel cell device according to the invention and the method can have a number of individual elements, components and units as well as method steps that differs from the number stated herein in order to fulfill a function described herein.
  • values within the stated limits should also be considered disclosed and can be used as desired.
  • Fig. 1 shows a fuel cell device according to the invention with several fuel cell units, with several coupling units, with a gas supply unit and with a computing unit in a schematic representation
  • Fig. 2 shows a partial section of the fuel cell device according to the invention with the fuel cell units, with the coupling units and with a gas supply unit in a schematic representation and
  • Fig. 3 is a schematic flow diagram of a method for operating the fuel cell device according to the invention in a cluster operation. Description of the embodiment
  • FIG. 1 shows the fuel cell device 10.
  • the fuel cell device 10 comprises a first fuel cell unit 14 and several further fuel cell units 16, 18, 20, 22 for an electrochemical conversion of a fuel 12.
  • the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 can preferably be operated independently of one another. Particularly preferably, the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 can be switched on and off individually in order to adjust the electrical energy obtained by the electrochemical conversion of the fuel 12 at least in stages.
  • the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 are preferably of identical construction and designed separately from one another.
  • the fuel cell device 10 comprises a fuel supply and an air supply, with respect to which the first fuel cell unit 14 and the further fuel cell units 16, 18, 20, 22 are arranged in parallel in terms of fluid technology.
  • the fuel cell device 10 comprises a gas supply unit 24, which has a central fuel supply line 26 for supplying the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 with a first gas, in particular the fuel 12.
  • the central fuel supply line 26 comprises a first gas outlet 28 and several further gas outlets 30 for supplying the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 with the first gas, in particular the fuel 12.
  • the first gas outlet 28 is assigned to the first fuel cell unit 14.
  • the further gas outlets 30 are each assigned to one of the further fuel cell units 16, 18, 20, 22.
  • the gas supply unit 24 further comprises a further central fuel supply line 32 for supplying the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 with a further first gas, in particular hydrogen.
  • the further central fuel supply line 32 is optional.
  • a water supply line is provided, which supplies water during the heating process for starting the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22. which is injected.
  • the water supply is provided by a water supply module, which is also part of the fuel cell device 10.
  • the further central fuel supply line 32 comprises a first gas outlet 34 and several further gas outlets 36 for supplying the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 with the further first gas, in particular the fuel 12.
  • the first gas outlet 34 is assigned to the first fuel cell unit 14.
  • the further gas outlets 36 are each assigned to one of the further fuel cell units 16, 18, 20, 22.
  • the further central fuel supply line 32 is used in particular for operating the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 with hydrogen, in particular when commissioning or starting the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22.
  • the unit housings of the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 preferably each comprise at least one fuel supply, which is each connected to the gas outlets 28, 30 of the central fuel supply line 26 for letting in the fuel 24, at least one hydrogen supply, which is each connected to the gas outlets 34, 36 of the further central fuel supply line 32 for letting in the hydrogen, at least one air inlet for sucking in the air and at least one exhaust gas outlet for removing an exhaust gas resulting from the fuel 24 and the air 42.
  • the air inlet is preferably provided for sucking in air from an environment of the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22.
  • the air inlet is designed, for example, as an air grille.
  • the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 are connected with their respective fuel supply to the central fuel supply line 26 and to the further central fuel supply line 32.
  • the central fuel supply line 26 preferably comprises a gas connection to a connection to an external fuel source 94.
  • the further central fuel supply line 32 is connected on the input side to a hydrogen storage unit 82.
  • the fuel cell device 10 preferably has a gas meter 84, a fuel pretreatment unit 86 and/or a desulfurizer 88, which are preferably located upstream of a division of the Fuel supply line 26 is arranged on the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22.
  • the fuel cell device 10 preferably comprises a central exhaust gas disposal line 76 to which the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 are connected with their respective exhaust gas outlet.
  • the exhaust gas from the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 is discharged via the central exhaust gas disposal line 76, which comprises a first exhaust gas inlet 78, which is connected to the exhaust gas outlet of the first fuel cell unit 14, and several further exhaust gas inlets 80, which are each connected to one of the exhaust gas outlets of the further fuel cell units 16, 18, 20, 22.
  • the fuel cell device 10 has a heat exchanger 90.
  • the heat exchanger 90 is preferably connected to the central exhaust gas disposal line 76.
  • the central exhaust gas disposal line 76 leads, for example, through the heat exchanger 90 into a chimney 92 of the fuel cell device 10.
  • the fuel cell device 10 preferably comprises an electrical unit 96 for decoupling the electrical energy 98 produced by the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22.
  • the electrical unit 96 preferably comprises at least one electrical inverter.
  • the electrical unit 96 preferably comprises at least one electrical buffer.
  • the fuel cell device 10 preferably comprises at least one current detection unit 100 for measuring the electrical energy 98 taken, in particular, from the electrical buffer.
  • the electrical unit 96 is designed here, for example, as a central electrical unit 96 to which the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 are connected. Alternatively, each of the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 comprises its own electrical unit.
  • the fuel cell device 10 comprises a computing unit 68.
  • the respective unit housing of each of the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 preferably comprises at least one data interface for controlling or regulating the fuel cell unit 14, 16, 18, 20, 22 and/or for processing sensor data of the fuel cell unit 14, 16, 18, 20, 22 by the computing unit 68 common to the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22.
  • the computing unit 68 The fuel cell unit 68 is shown here as an example arranged together with the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 in a common housing of the fuel cell device 10.
  • the fuel cell device 10 comprises a communication interface connected to the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 for receiving control signals and/or sending sensor data to a separately designed computing unit 68, for example a server.
  • the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 are designed for cluster operation.
  • the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 can be operated independently of one another and can be separated independently of one another.
  • the fuel cell device 10 further comprises a first coupling unit 38 for a detachable connection of the first fuel cell unit 14 to the first gas outlet 28 of the central fuel supply line 26. Furthermore, the first coupling unit 38 is provided for a detachable connection of the first fuel cell unit 14 to the first gas outlet 34 of the further central fuel supply line 32 and for a detachable connection of the first fuel cell unit 14 to the first exhaust gas inlet 78 of the central exhaust gas disposal line 76.
  • the fuel cell device 10 further comprises a plurality of further coupling units 40, 42, 44, 46 for a detachable connection of the further fuel cell units 16, 18, 20, 22 to a further gas outlet 30 of the central fuel supply line 26.
  • the further coupling units 40, 42, 44, 46 are each provided for a detachable connection of one of the further fuel cell units 16, 18, 20, 22 to one of the further gas outlets 36 of the further central fuel supply line 32 and for a detachable connection of one of the further fuel cell units 16, 18, 20, 22 to one of the further exhaust gas inlets 80 of the central exhaust gas disposal line 76.
  • the coupling units 38, 40, 42, 44, 46 each comprise a plurality of pneumatic coupling units, each with a first pneumatic coupling element, which is firmly connected to the respective fuel cell unit 14, 16, 18, 20, 22, and with a second pneumatic coupling element designed to correspond to the first pneumatic coupling element, which is firmly connected to one of the Gas outlets 28, 30, 34, 36 of the gas supply unit 24 or one of the exhaust gas inlets 78, 80 of the central exhaust gas disposal line 76.
  • the coupling units 38, 40, 42, 44, 46 each have closing elements 48, 50 for directly closing the gas outlets 28, 30, 34, 36. Furthermore, the coupling units 38, 40, 42, 44, 46 each have closing elements 108, 110 for directly closing the exhaust gas inlets 78, 80 of the central exhaust gas disposal line 76.
  • first coupling unit 38 and the further coupling units 40, 42, 44, 46 each have an actuating element 52, 54, which allows simultaneous closing of the closing elements 48, 50 and the closing elements
  • the actuating elements 52, 54 are directly connected to the closing elements 48, 50 and the closing elements 108, 110.
  • the actuating elements 52, 54 can thereby send an electrical signal for closing to the closing elements 48, 50, 108, 110, in particular to actuators 56, 58 of the closing elements 48, 50, 108, 110, and/or mechanically actuate a closing means of the closing elements 48,
  • the first coupling unit 38 and the further coupling units 40, 42, 44, 46 each have an actuator 56, 58, which is provided for an automatic, simultaneous closing of the closing elements 38, 50 of the respective coupling unit 38, 40, 42, 44, 46.
  • actuator 56, 58 which is provided for an automatic, simultaneous closing of the closing elements 38, 50 of the respective coupling unit 38, 40, 42, 44, 46.
  • separate actuating elements to be provided for closing elements of the inlet and closing elements of the outlet. These can also be moved by purely mechanical actuating elements.
  • first coupling unit 38 and the further coupling units 40, 42, 44, 46 each have a sensor unit 60, 62, which is intended to detect a closed position of the closing elements 48, 50 of the respective coupling unit 38, 40, 42, 44, 46.
  • the sensor units 60, 62 each detect the closed position of all closing elements 48, 50, 108, 110 of the respective coupling unit 38, 40, 42, 44, 46, whereby each coupling unit 38, 40, 42, 44, 46 has a corresponding sensor unit 60, 62.
  • the sensor units 60, 62 are intended to check whether all media connections are properly closed before the corresponding fuel cell unit
  • the first coupling unit 38 and the further coupling units 40, 42, 44, 46 also each have a separating plate 64, 66, by means of which all connections of the respective coupling unit 38, 40, 42, 44, 46 can be separated.
  • the separating plates 64, 66 are formed from plate-shaped components, via which all connections of the respective coupling unit 38, 40, 42, 44, 46 can be separated simultaneously.
  • the first or the further pneumatic coupling elements of the respective coupling unit 38, 40, 42, 44, 46 are partially integrated into the separating plates 64, 66.
  • the computing unit 68 is provided to release or block a movement of the separating plate 64, 66 depending on a signal from the sensor units 60, 62.
  • the first coupling unit 38 and the further coupling units 40, 42, 44, 46 each have an electronically controllable locking element 70, 72 for locking the separating plate 64, 66 of the respective coupling unit 38, 40, 42, 44, 46.
  • the computing unit 68 is connected to the locking elements 70, 72 and is provided to control the locking elements 70, 72 depending on a signal from the sensor units 60, 62.
  • the computing unit 68 is provided to release or block a movement of the separating plates 64, 66 depending on a signal from the sensor units 60, 62 by means of the locking elements 70, 72.
  • the separating plates 64, 66 are in particular optional.
  • the coupling units 38, 40, 42, 44, 46 are also provided, in a manner not further visible, for electrically coupling the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 to the electrical unit 96.
  • the coupling units 38, 40, 42, 44, 46 preferably have clamp contacts for this purpose.
  • the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 to each have plug contacts on their rear side for an electrical connection to the electrical unit 96, which are automatically separated when one of the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 is pulled out.
  • plug contacts to be provided on the top of the fuel cell units 14,
  • FIG. 3 shows a method for operating the fuel cell device 10 in a cluster mode.
  • the fuel Cell device 10 is started in particular with a commissioning step 102.
  • the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 are supplied with hydrogen via the further central fuel supply line 32 and operated using this.
  • the starting process can also be carried out by injecting water.
  • a continuous operation step 104 follows, in which the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 are operated with the fuel 12.
  • the fuel cell units 14, 16, 18, 20, 22 are supplied with the fuel 12 via the central fuel supply line 26.
  • the computing unit 68 blocks the separating plate 64, 66 of the first coupling unit 38 and the further coupling units 40, 42, 44, 46 when the closing elements 48, 50, 108, 110 of the first coupling unit 38 and the further coupling units 40, 42, 44, 46 are open.
  • a service step 74 follows. In the service step 74, for example, the first fuel cell unit 14 is separated from the gas supply unit 24 by means of the first coupling unit 38, while the further fuel cell units 16, 18, 20, 22 continue to be operated without interruption.
  • the other fuel cell units 16, 18, 20, 22 continue to be operated without interruption in a partial operating step 106.
  • the computing unit 68 only releases the separating plate 64 of the first coupling unit 38 when the locking elements 48 of the first coupling unit 38 are closed. An operator must therefore close all locking elements 48, 108 of the first coupling unit 38 via the actuating element 52 in the service step 74 before the separating plate 64 is released and the fuel cell unit 14 can be pulled out.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einer ersten Brennstoffzelleneinheit (14) mit zumindest einer weiteren Brennstoffzelleneinheit (16, 18, 20, 22), welche unabhängig voneinander betreibbar sind, mit einer Gasversorgungseinheit (24), welche zumindest eine zentrale Brennstoffzufuhrleitung (26, 32) umfassend zumindest einen ersten Gasausgang (28, 34) und einen weiteren Gasausgang (30, 36) zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheiten (14, 16, 18, 20, 22) mit einem ersten Gas, insbesondere Brennstoff (12) und/oder Wasserstoff, aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine erste Kopplungseinheit (38) zu einer lösbaren Anbindung der ersten Brennstoffzelleneinheit (14) an den ersten Gasausgang (28, 34) der zentralen Brennstoffzufuhrleitung (26, 32) und zumindest eine weitere Kopplungseinheit (40, 42, 44, 46) zu einer lösbaren Anbindung der zumindest einen weiteren Brennstoffzelleneinheit (16, 18, 20, 22) an den weiteren Gasausgang (30, 36) der zumindest einen zentralen Brennstoffzufuhrleitung (26) vorgesehen ist, aufweist, wobei die Kopplungseinheiten (38, 40, 42, 44, 46) jeweils Schließelemente (48, 50) zu einem direkten Verschließen der Gasausgänge (28, 30, 34, 36) aufweisen.

Description

Beschreibung
Brennstoffzellenvorrichtung
Stand der Technik
Es ist bereits eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer ersten Brennstoffzelleneinheit und mit zumindest einer weiteren Brennstoffzelleneinheit, welche unabhängig voneinander betreibbar sind, mit einer Gasversorgungseinheit, welche zumindest eine zentrale Brennstoffzufuhrleitung umfassend zumindest einen ersten Gasausgang und einen weiteren Gasausgang zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheiten mit einem ersten Gas, insbesondere Brennstoff und/oder Wasserstoff, aufweist, vorgeschlagen worden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einer ersten Brennstoffzelleneinheit und mit zumindest einer weiteren Brennstoffzelleneinheit, welche unabhängig voneinander betreibbar sind, mit einer Gasversorgungseinheit, welche zumindest eine zentrale Brennstoffzufuhrleitung umfassend zumindest einen ersten Gasausgang und einen weiteren Gasausgang zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheiten mit einem ersten Gas, insbesondere Brennstoff und/oder Wasserstoff, aufweist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine erste Kopplungseinheit zu einer lösbaren Anbindung der ersten Brennstoffzelleneinheit an den ersten Gasausgang der zumindest einen zentralen Brennstoffzufuhrleitung und eine weitere Kopplungseinheit zu einer lösbaren Anbindung der weiteren Brennstoffzelleneinheit an den weiteren Gasausgang der zumindest einen zent- ralen Brennstoffzufuhrleitung aufweist, wobei die Kopplungseinheiten jeweils Schließelemente zu einem direkten Verschließen der Gasausgänge aufweisen. Die Schließelemente sind insbesondere dazu vorgesehen, die Gasausgänge bei vorhandenem Gasfluss durch die Gaszuleitungen zu verschließen und in einem geschlossenen Zustand einen Gasaustritt an den Gasausgängen zu verhindern. Vorzugsweise umfassen die Kopplungseinheiten jeweils zumindest eine Schnellkopplung zu einem einfachen Verbinden und Trennen der Gasverbindungen zwischen den Gasausgängen und den Brennstoffzelleneinheiten.
Die Brennstoffzelleneinheiten sind vorzugsweise baugleich ausgebildet. In diesem Absatz wird die erste Brennstoffzelleneinheit beschrieben. Alle in diesem Absatz offenbarten Merkmale der ersten Brennstoffzelleneinheit sollen auch für die zumindest eine weitere Brennstoffzelleneinheit als offenbart gelten. Die erste Brennstoffzelleneinheit umfasst vorzugsweise zumindest eine Brennstoffzelle, besonders bevorzugt zumindest eine Hochtemperaturbrennstoffzelle. Die zumindest eine Brennstoffzelle ist vorzugsweise als Festoxidbrennstoffzelle oder als Schmelzkarbonatbrennstoffzelle ausgebildet. Alternativ ist die zumindest eine Brennstoffzelle als Phosphorsäurebrennstoffzelle, als Direktmethanolbrennstoffzelle, als Polymerelektrolytbrennstoffzelle oder dergleichen ausgebildet. Die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit ist vorzugsweise zu einer elektrochemischen Umsetzung eines Brennstoffs unter Zuführung eines sauerstoffhaltigen Fluids, insbesondere Luft, besonders bevorzugt Umgebungsluft, vorgesehen. Die Brennstoffzelleneinheit umfasst vorzugsweise eine Vielzahl an Brennstoffzellen, welche in einem oder mehreren Stacks angeordnet sind. Die Brennstoffzellen sind vorzugsweise elektrisch in Reihe geschaltet. Die erste Brennstoffzelleneinheit umfasst vorzugsweise ein Einheitengehäuse, in welchem die zumindest eine Brennstoffzelle angeordnet ist. Die Brennstoffzelleneinheit umfasst vorzugsweise ein Isolationsgehäuse zu einer thermischen Isolierung der zumindest einen Brennstoffzelle von einer Umgebung der Brennstoffzelleneinheit. Das Isolationsgehäuse kann in dem Einheitengehäuse angeordnet sein oder durch das Einheitengehäuse gebildet werden. Die Brennstoffzelleneinheit umfasst vorzugsweise Peripheriegeräte zu einem Betrieb der Brennstoffzelleneinheit. Beispiele für Peripheriegeräte umfassen beispielsweise einen Reformer zu einem Reformieren des Brennstoffs, einen Nachbrenner zu einer thermischen Umsetzung von Brennstoffresten stromabwärts der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit, eine Abgasrezirkulation, eine Brennstofffördereinheit zu einem Einstellen eines Brennstoffvolumenstroms, eine Sauerstofffördereinheit zu einem Einstellen eines Sauerstoffvolumenstroms, zumindest einen internen Abgaswärmeübertrager zu einer Abgaswärmerückgewinnung, eine Rezirkulationsfördereinheit zu einer Rückspeisung von Abgas in den Brennstoff und/oder dergleichen. Die Peripheriegeräte sind vorzugsweise innerhalb des Einheitengehäuses angeordnet Abhängig von einer Betriebstemperatur können einzelne oder alle der Peripheriegeräte innerhalb oder außerhalb des Isolationsgehäuses angeordnet sein. Die Bezeichnung „erste“ Brennstoffzelleneinheit ist lediglich eine Namensgebung und soll im Sinne von „der als erstes genannten“ Brennstoffzelleneinheit verstanden werden. Der erste Brennstoffzelleneinheit und der zumindest eine weitere Brennstoffzelleneinheit können innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung, sofern nicht explizit anderweitig offenbart, in einer beliebigen relativen Position zueinander angeordnet sein.
Das Einheitengehäuse der ersten Brennstoffzelleneinheit und das Einheitengehäuse der weiteren Brennstoffzelleneinheit sind vorzugsweise separat voneinander ausgebildet, insbesondere sodass die Brennstoffzelleneinheiten unabhängig voneinander transportierbar sind. Die Brennstoffzelleneinheiten sind innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung vorzugsweise beabstandet voneinander angeordnet, insbesondere um eine Umspülung der Brennstoffzelleneinheiten mit Umgebungsluft und/oder einem Inertgas zu ermöglichen. Alternativ sind die Einheitengehäuse der Brennstoffzelleneinheiten in physischem Kontakt zueinander angeordnet. Die Brennstoffzelleneinheiten sind vorzugsweise an einer zentralen Gasversorgungseinheit, insbesondere Brennstoffversorgungseinheit, angeschlossen. Die Brennstoffzelleneinheiten sind vorzugsweise an einer zentralen Abgasentsorgungsleitung der Brennstoffzellenvorrichtung angeschlossen.
Die Gasversorgungseinheit dient insbesondere zu einer zentralen Versorgung der Brennstoffzelleneinheiten mit Brennstoff und/oder Reaktionsgas. Vorzugsweise dient die Gasversorgungseinheit insbesondere zu einer zentralen Versorgung der Brennstoffzelleneinheiten mit Wasserstoff, Erdgas, einem Gemisch aus Wasserstoff und Erdgas und/oder Sauerstoff. Die Gasversorgungseinheit bildet insbesondere ein zentralen Leitungssystem aus, welches zu einer Versorgung aller Brennstoffzelleneinheiten der Brennstoffzellenvorrichtung vorgesehen ist. Vorzugsweise weist die Gasversorgungseinheit für jeden Stoff, insbesondere für jedes Gas genau eine zentrale Versorgungsleitung auf.
Unter einer „Kopplungseinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit zu einer lösbaren Anbindung einer Brennstoffzelleneinheit an eine Gasversorgungseinheit, insbesondere an einen Gasausgang der Gasversorgungseinheit, und/oder an eine Abgasentsorgungsleitung verstanden werden. Die Kopplungseinheit umfasst insbesondere zumindest eine Pneumatikkopplungseinheit mit einem ersten Pneumatikkopplungselement, welches fest mit der Brennstoffzelleneinheit verbunden ist, und mit einem zu dem ersten Pneumatikkopplungselement korrespondierend ausgebildeten zweiten Pneumatikkopplungselement, welches fest mit einem Gasausgang der Gasversorgungseinheit verbunden ist. Vorzugsweise sind die Pneumatikkopplungselemente trennbar, insbesondere werkzeuglos trennbar, ausgebildet. Vorzugsweise sind die Pneumatikkopplungselemente beliebig oft verbindbar und trennbar. Die Pneumatikkopplungselemente sind beispielsweise von Pneumatik-Steckverbindern gebildet. Es wäre jedoch auch eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausgestaltung denkbar.
Vorzugsweise sind die Gasausgänge vorzugsweise zumindest teilweise von flexiblen Schläuchen gebildet, welche ein einfaches und schnelles Trennen und Verbinden der Kopplungseinheit ermöglichen. Die Kopplungseinheit bildet insbesondere flexible, steckbare oder einfach schließbare Verbindungen aus, die auf Zuleitungsseite absperrbare Medienzu- und/oder -abführungen für Gas, Luft, Wasser und/oder Abgas aufweisen.
Ferner soll in diesem Zusammenhang unter einem „Schließelement“ insbesondere ein Element zu einem direkten Verschließen eines Gasausgangs verstanden werden. Das Schließelement ist insbesondere von einem Ventil gebildet. Es sind verschiedene, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausgestaltungen des Schließelements denkbar, wie beispielsweise als Absperrventil, Kugelhahn, Magnetventil oder dergleichen. Vorzugsweise kann das Schließelement von einem Sicherheitsventil gebildet sein, welches selbsttätig schließt, wenn die Verbindung der Kopplungseinheit getrennt wird. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung kann insbesondere ein vorteilhaft einfaches und schnelles Abtrennen einzelner Brennstoffzelleneinheiten ermöglicht werden. Es kann insbesondere eine Brennstoffzellenvorrichtung bereitgestellt werden, bei welcher auch im Servicefall ein kontinuierlicher Cluster-Betrieb möglich ist. Es kann insbesondere ein schneller Austausch einer Brennstoffzelleneinheit ermöglicht werden, während alle anderen Brennstoffzelleneinheiten unterbrechungsfrei weiterlaufen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die erste Kopplungseinheit und die weitere Kopplungseinheit jeweils ein Betätigungselement aufweisen, welches zu einem gleichzeitigen Verschließen der Schließelemente der jeweiligen Kopplungseinheit vorgesehen ist. Das Betätigungselement ist insbesondere direkt mit den Schließelementen verbunden. Vorzugsweise kann das Betätigungselement ein elektrisches Signal zu einem Verschließen an die Schließelemente, insbesondere an Aktoren der Schließelemente, aussenden und/oder mechanisch ein Schließmittel der Schließelemente zu einem Verschließen der Schließelemente bewegen. Unter einem „Betätigungselement“ soll insbesondere ein Element verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, bei einem Betätigungsvorgang eine Eingabegröße von einem Bediener aufzunehmen und insbesondere unmittelbar von einem Bediener kontaktiert zu werden, wobei ein Berühren des Betätigungselements sen- siert und/oder eine auf das Betätigungselement ausgeübte Betätigungskraft sen- siert und/oder mechanisch zur Betätigung einer Einheit weitergeleitet wird. Dadurch kann insbesondere ein vorteilhaft hoher Bedienkomfort bereitgestellt werden. Es kann insbesondere vorteilhaft schnell und einfach eine Brennstoffzelleneinheit von der Gasversorgungseinheit getrennt werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die erste Kopplungseinheit und die weitere Kopplungseinheit jeweils einen Aktor aufweisen, welcher zu einem selbsttätigen, gleichzeitigen Verschließen der Schließelemente der jeweiligen Kopp- lungseinheit vorgesehen ist. Vorzugsweise bildet der Aktor ein Teil eines der Schließelemente. Der Aktor ist insbesondere dazu vorgesehen, ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung oder in andere physikalische Größen umzusetzen. Der Aktor kann beispielsweise als ein Magnetaktor, als ein pneumatischer Aktor, als ein hydraulischer Aktor oder als ein elektromechanischer Aktor ausgebildet sein. Dadurch kann insbesondere ein zuverlässiges und sicheres Trennen einer Brennstoffzelleneinheit von der Gasversorgungseinheit ermöglicht werden. Insbesondere wäre denkbar, dass die Brennstoffzelleneinheit erst freigegeben wird, wenn die Schließelemente vollständig geschlossen sind.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die erste Kopplungseinheit und die weitere Kopplungseinheit jeweils eine Sensoreinheit aufweisen, welche dazu vorgesehen ist, eine Schließstellung der Schließelemente der jeweiligen Kopplungseinheit zu erfassen. Vorzugsweise erfasst die Sensoreinheit die Schließstellung aller Schließelemente der jeweiligen Kopplungseinheit, wobei jede Kopplungseinheit eine entsprechende Sensoreinheit aufweist. Die Sensoreinheit ist insbesondere dazu vorgesehen zu prüfen, ob alle Medienverbindungen korrekt geschlossen sind, vorzugsweise bevor die entsprechende Brennstoffzelleneinheit rausgezogen werden kann. Unter einer „Sensoreinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest eine Kenngröße und/oder eine physikalische Eigenschaft aufzunehmen, wobei die Aufnahme aktiv, wie insbesondere durch Erzeugen und Aussenden eines elektrischen Messsignals, und/oder passiv, wie insbesondere durch eine Erfassung von Eigenschaftsänderungen eines Sensorbauteils, stattfinden kann. Es sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Sensoreinheiten denkbar. Dadurch kann insbesondere zuverlässig überwacht werden, ob die Schließelemente geschlossen oder geöffnet sind. Es kann insbesondere geprüft werden, ob alle Medienverbindungen korrekt geschlossen sind, bevor die entsprechende Brennstoffzelleneinheit rausgezogen wird.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass die erste Kopplungseinheit und die weitere Kopplungseinheit jeweils eine Trennplatte aufweisen, mittels welcher alle Anbindungen der jeweiligen Kopplungseinheit trennbar sind. Die Trennplatte ist insbesondere von einem plattenförmigen Bauteil gebildet, über welches alle Verbindungen der jeweiligen Kopplungseinheit gleichzeitig trennbar sind. Vorzugsweise sind in die Trennplatte jeweils die ersten oder die weiteren Pneumatikkopplungselemente integriert. Unter einem „plattenförmigen“ Bauteil soll insbesondere ein Element verstanden werden, das eine Dicke aufweist, die maximal 50 %, insbesondere maximal 20 %, vorteilhaft maximal 10 %, vorzugsweise maximal 5 %, einer Länge und/oder einer Breite des Elements entspricht. Vorzugsweise weist das Bauteil zumindest eine, vorzugsweise zumindest zwei, insbesondere einander gegenüberliegende, Seiten auf, die eine ebene, insbesondere glatte, Oberfläche aufweisen. Dadurch kann insbesondere ein zuverlässiges und sicheres Trennen einer Brennstoffzelleneinheit von der Gasversorgungseinheit ermöglicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Recheneinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, eine Bewegung der Trennplatte abhängig von einem Signal der Sensoreinheiten freizugeben oder zu blockieren. Vorzugsweise ist die Recheneinheit mit einem Sperrelement verbunden, welches dazu vorgesehen ist, die Trennplatte zu blockieren oder freizugeben. Unter einer „Recheneinheit“ soll insbesondere eine Einheit mit einem Informationseingang, einer Informationsverarbeitung und einer Informationsausgabe verstanden werden. Vorteilhaft weist die Recheneinheit zumindest einen Prozessor, einen Speicher, Ein- und Ausgabemittel, weitere elektrische Bauteile, ein Betriebsprogramm, Regelroutinen, Steuerroutinen und/oder Berechnungsroutinen auf. Vorzugsweise sind die Bauteile der Recheneinheit auf einer gemeinsamen Platine angeordnet und/oder vorteilhaft in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Dadurch kann insbesondere zuverlässig überwacht werden, ob die Schließelemente geschlossen oder geöffnet sind und ein Trennen nur in geschlossenem Zustand der Schließelemente erlaubt werden. Es kann insbesondere geprüft werden, ob alle Medienverbindungen korrekt geschlossen sind, bevor die entsprechende Brennstoffzelleneinheit rausgezogen werden kann.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die erste Kopplungseinheit und die weitere Kopplungseinheit jeweils ein elektronisch ansteuerbares Sperrelement zu einem Sperren der Trennplatte der jeweiligen Kopplungseinheit aufweisen. Vorzugsweise ist die Recheneinheit direkt mit dem Sperrelement verbunden, welches dazu vorgesehen ist, die Trennplatte zu blockieren oder freizugeben. Dadurch kann insbesondere zuverlässig überwacht werden, ob die Schließele- mente geschlossen oder geöffnet sind und ein Trennen nur in geschlossenem Zustand der Schließelemente erlaubt werden. Es kann insbesondere geprüft werden, ob alle Medienverbindungen korrekt geschlossen sind, bevor die entsprechende Brennstoffzelleneinheit rausgezogen werden kann.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Brennstoffzelleneinheiten unabhängig voneinander betreibbar und unabhängig voneinander trennbar sind. Dadurch kann insbesondere ein vorteilhaft einfaches und schnelles Abtrennen einzelner Brennstoffzelleneinheiten ermöglicht werden. Es kann insbesondere eine Brennstoffzellenvorrichtung bereitgestellt werden, bei welcher auch im Servicefall ein kontinuierlicher Cluster-Betrieb möglich ist. Es kann insbesondere ein schneller Austausch einer Brennstoffzelleneinheit ermöglicht werden, während alle anderen Brennstoffzelleneinheiten unterbrechungsfrei weiterlaufen.
Ferner geht die Erfindung aus von einem Verfahren zu einem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung in einem Cluster-Betrieb. Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Serviceschritt die erste Brennstoffzelleneinheit mittels der ersten Kopplungseinheit von der Gasversorgungseinheit getrennt wird, während die weitere Brennstoffzelleneinheit unterbrechungsfrei weiter betrieben wird. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit in dem Serviceschritt die Trennplatte der ersten Kopplungseinheit bei geöffneten Schließelementen der ersten Kopplungseinheit sperrt und die Trennplatte der ersten Kopplungseinheit erst bei geschlossenen Schließelementen der ersten Kopplungseinheit freigibt. Vorzugsweise überwacht die Recheneinheit dauerhaft die Schließstellung der Schließelemente, wobei eine Bewegung der Trennplatte bei geöffneten Schließelementen gesperrt ist und bei geöffneten Schließelementen freigegeben ist. Insbesondere müssen alle Schließelemente einer Kopplungseinheit geschlossen sein, damit die Recheneinheit die Trennplatte der Kopplungseinheit freigibt. Dadurch kann insbesondere zuverlässig überwacht werden, ob die Schließelemente geschlossen oder geöffnet sind und ein Trennen nur in geschlossenem Zustand der Schließelemente erlaubt werden. Es kann insbesondere geprüft werden, ob alle Medienverbindungen korrekt geschlossen sind, bevor die entsprechende Brennstoffzelleneinheit rausgezogen werden kann. Ferner kann insbesondere eine Brennstoffzellenvorrichtung bereitgestellt werden, bei welcher auch im Servicefall ein kontinuierlicher Cluster-Betrieb möglich ist. Es kann insbesondere ein schneller Austausch einer Brennstoffzelleneinheit ermöglicht werden, während alle anderen Brennstoffzelleneinheiten unterbrechungsfrei weiterlaufen.
Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung sowie das Verfahren sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung sowie das Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung mit mehreren Brennstoffzelleneinheiten, mit mehreren Kopplungseinheiten, mit einer Gasversorgungseinheit und mit einer Recheneinheit in einer schematischen Darstellung,
Fig. 2 einen Teilausschnitt der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung mit den Brennstoffzelleneinheiten, mit den Kopplungseinheiten und mit einer Gasversorgungseinheit in einer schematischen Darstellung und
Fig. 3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zu einem Betrieb der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung in einem Cluster-Betrieb. Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Figur 1 zeigt die Brennstoffzellenvorrichtung 10. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst eine erste Brennstoffzelleneinheit 14 und mehrere weitere Brennstoffzelleneinheiten 16, 18, 20, 22 zu einer elektrochemischen Umsetzung eines Brennstoffs 12. Die Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 sind vorzugsweise unabhängig voneinander betreibbar. Besonders bevorzugt sind die Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 einzeln abschaltbar und einschaltbar, um eine durch die elektrochemische Umsetzung des Brennstoffs 12 gewonnene elektrische Energie zumindest stufenweise einzustellen. Die Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 sind vorzugsweise baugleich und separat voneinander ausgebildet.
Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst eine Brennstoffversorgung und eine Luftversorgung, bezüglich derer die erste Brennstoffzelleneinheit 14 und die weiteren Brennstoffzelleneinheiten 16, 18, 20, 22 fluidtechnisch parallel angeordnet sind. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst eine Gasversorgungseinheit 24, welche eine zentrale Brennstoffzufuhrleitung 26 zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 mit einem ersten Gas, insbesondere dem Brennstoff 12, aufweist. Die zentrale Brennstoffzufuhrleitung 26 umfasst einen ersten Gasausgang 28 und mehrere weitere Gasausgänge 30 zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 mit dem ersten Gas, insbesondere dem Brennstoff 12. Der erste Gasausgang 28 ist der ersten Brennstoffzelleneinheit 14 zugeordnet. Die weiteren Gasausgänge 30 sind jeweils einem der weiteren Brennstoffzelleneinheiten 16, 18, 20, 22 zugeordnet.
Die Gasversorgungseinheit 24 umfasst ferner eine weitere zentrale Brennstoffzufuhrleitung 32 zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 mit einem weiteren ersten Gas, insbesondere Wasserstoff. Vorzugsweise ist die weitere zentrale Brennstoffzufuhrleitung 32 jedoch optional. Als Alternativ- Variante wäre denkbar, dass anstatt der weiteren zentralen Brennstoffzufuhrleitung 32 eine Wasserzuleitung vorgesehen ist, die während des Hochheizprozesses zum Starten der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 Wasser zuführt, das eingespritzt wird. Die Versorgung mit Wasser wird in diesem Fall von einem Wasserversorgungsmodul, das auch Teil der Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist, übernommen. Die weitere zentrale Brennstoffzufuhrleitung 32 umfasst einen ersten Gasausgang 34 und mehrere weitere Gasausgänge 36 zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 mit dem weiteren ersten Gas, insbesondere dem Brennstoff 12. Der erste Gasausgang 34 ist der ersten Brennstoffzelleneinheit 14 zugeordnet. Die weiteren Gasausgänge 36 sind jeweils einem der weiteren Brennstoffzelleneinheiten 16, 18, 20, 22 zugeordnet. Die weitere zentrale Brennstoffzufuhrleitung 32 dient insbesondere zu einem Betrieb der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 mit Wasserstoff, insbesondere bei einer Inbetriebnahme zu einem Start der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22.
Die Einheitengehäuse der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 umfassen vorzugsweise jeweils zumindest eine Brennstoffzufuhr, welche jeweils mit den Gasausgängen 28, 30 der zentralen Brennstoffzufuhrleitung 26 zu einem Einlassen des Brennstoffs 24 verbunden sind, jeweils zumindest eine Wasserstoffzufuhr, welche jeweils mit den Gasausgängen 34, 36 der weiteren zentralen Brennstoffzufuhrleitung 32 zu einem Einlassen des Wasserstoffs verbunden sind, zumindest einen Lufteinlass zu einem Ansaugen der Luft und zumindest einen Abgasauslass zu einer Abfuhr eines aus dem Brennstoff 24 und der Luft 42 entstehenden Abgases. Der Lufteinlass ist vorzugsweise zu einem Ansaugen von Luft aus einer Umgebung der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 vorgesehen. Der Lufteinlass ist beispielsweise als Luftgitter ausgebildet.
Die Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 sind mit ihrer jeweiligen Brennstoffzufuhr an die zentrale Brennstoffzufuhrleitung 26 und an die weitere zentrale Brennstoffzufuhrleitung 32 angeschlossen. Die zentrale Brennstoffzufuhrleitung 26 umfasst vorzugsweise einen Gasanschluss zu einem Anschluss an eine externe Brennstoffquelle 94. Die weitere zentrale Brennstoffzufuhrleitung 32 ist eingangsseitig mit einem Wasserstoffspeicher 82 verbunden. Entlang der zentralen Brennstoffzufuhrleitung 26 weist die Brennstoffzellenvorrichtung 10 vorzugsweise einen Gaszähler 84, eine Brennstoffvorbehandlungseinheit 86 und/oder einen Entschwefler 88 auf, welche/r vorzugsweise stromaufwärts einer Aufteilung der Brennstoffzufuhrleitung 26 auf die Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 angeordnet sind/ist.
Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst vorzugsweise eine zentrale Abgasentsorgungsleitung 76, an welcher die Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 mit ihrem jeweiligen Abgasauslass angeschlossen sind. Das Abgas aus den Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 wird über die zentrale Abgasentsorgungsleitung 76 abgeführt, welche einen ersten Abgaseinlass 78, welcher mit dem Abgasauslass der ersten Brennstoffzelleneinheit 14 verbunden ist, und mehrere weitere Abgaseinlässe 80, welche jeweils mit einem der Abgasauslässe der weiteren Brennstoffzelleneinheiten 16, 18, 20, 22 verbunden sind, umfasst. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist einen Wärmeübertrager 90 auf. Der Wärmeübertrager 90 ist vorzugsweise an der zentralen Abgasentsorgungsleitung 76 angeschlossen. Die zentrale Abgasentsorgungsleitung 76 führt beispielsweise durch den Wärmeübertrager 90 hindurch in einen Schornstein 92 der Brennstoffzellenvorrichtung 10.
Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst vorzugsweise eine Elektroeinheit 96 zu einem Auskoppeln der von den Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 produzierten elektrischen Energie 98. Die Elektroeinheit 96 umfasst vorzugsweise zumindest einen elektrischen Inverter. Die Elektroeinheit 96 umfasst vorzugsweise zumindest einen elektrischen Puffer. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 10 zumindest eine Stromerfassungseinheit 100, zu einer Messung der, insbesondere aus dem elektrischen Puffer, entnommenen elektrischen Energie 98. Die Elektroeinheit 96 ist hier beispielhaft als zentrale Elektroeinheit 96 ausgebildet, an welcher die Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 angeschlossen sind. Alternativ umfasst jede der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 eine eigene Elektroeinheit.
Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst eine Recheneinheit 68. Das jeweilige Einheitengehäuse jeder der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 umfasst vorzugsweise zumindest eine Datenschnittstelle zu einem Steuern oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit 14, 16, 18, 20, 22 und/oder zu einer Verarbeitung von Sensordaten der Brennstoffzelleneinheit 14, 16, 18, 20, 22 durch die den Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 gemeinsame Recheneinheit 68. Die Re- cheneinheit 68 ist hier beispielhaft zusammen mit den Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 in einem gemeinsamen Gehäuse der Brennstoffzellenvorrichtung 10 angeordnet dargestellt. Alternativ umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 10 eine an den Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 angeschlossene Kommunikationsschnittstelle zu einem Empfang von Steuersignalen und/oder einem Senden von Sensordaten an eine separat ausgebildete Recheneinheit 68, beispielsweise einem Server.
Die Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 sind zu einem Cluster-Betrieb vorgesehen. Die Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 sind unabhängig voneinander betreibbar und unabhängig voneinander trennbar.
Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist ferner eine erste Kopplungseinheit 38 zu einer lösbaren Anbindung der ersten Brennstoffzelleneinheit 14 an den ersten Gasausgang 28 der zentralen Brennstoffzufuhrleitung 26 auf. Ferner ist die erste Kopplungseinheit 38 zu einer lösbaren Anbindung der ersten Brennstoffzelleneinheit 14 an den ersten Gasausgang 34 der weiteren zentralen Brennstoffzufuhrleitung 32 sowie zu einer lösbaren Anbindung der ersten Brennstoffzelleneinheit 14 an den ersten Abgaseinlass 78 der zentralen Abgasentsorgungsleitung 76 vorgesehen. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist weiter mehrere weitere Kopplungseinheiten 40, 42, 44, 46 zu einer lösbaren Anbindung der weiteren Brennstoffzelleneinheiten 16, 18, 20, 22 mit jeweils einem weiteren Gasausgang 30 der zentralen Brennstoffzufuhrleitung 26 auf. Des Weiteren sind die weiteren Kopplungseinheiten 40, 42, 44, 46 jeweils zu einer lösbaren Anbindung einer der weiteren Brennstoffzelleneinheiten 16, 18, 20, 22 an jeweils einen der weiteren Gasausgang 36 der weiteren zentralen Brennstoffzufuhrleitung 32 sowie jeweils zu einer lösbaren Anbindung einer der weiteren Brennstoffzelleneinheiten 16, 18, 20, 22 an einen der weiteren Abgaseinlässe 80 der zentralen Abgasentsorgungsleitung 76 vorgesehen.
Die Kopplungseinheiten 38, 40, 42, 44, 46 umfassen jeweils mehrere Pneumatikkopplungseinheiten mit jeweils einem ersten Pneumatikkopplungselement, welches fest mit der jeweiligen Brennstoffzelleneinheit 14, 16, 18, 20, 22 verbunden ist, und mit einem zu dem ersten Pneumatikkopplungselement korrespondierend ausgebildeten zweiten Pneumatikkopplungselement, welches fest mit einem der Gasausgänge 28, 30, 34, 36 der Gasversorgungseinheit 24 oder einem der Ab- gaseinlässe 78, 80 der zentralen Abgasentsorgungsleitung 76 verbunden ist.
Die Kopplungseinheiten 38, 40, 42, 44, 46 weisen jeweils Schließelemente 48, 50 zu einem direkten Verschließen der Gasausgänge 28, 30, 34, 36 auf. Ferner weisen die Kopplungseinheiten 38, 40, 42, 44, 46 jeweils Schließelemente 108, 110 zu einem direkten Verschließen der Abgaseinlässe 78, 80 der zentralen Abgasentsorgungsleitung 76 auf.
Ferner weisen die erste Kopplungseinheit 38 und die weiteren Kopplungseinheiten 40, 42, 44, 46 jeweils ein Betätigungselement 52, 54 auf, welches zu einem gleichzeitigen Verschließen der Schließelemente 48, 50 und der Schließelemente
108. 110 der jeweiligen Kopplungseinheit 38, 40, 42, 44, 46 vorgesehen ist. Die Betätigungselemente 52, 54 sind direkt mit den Schließelementen 48, 50 und den Schließelementen 108, 110 verbunden. Die Betätigungselemente 52, 54 können dabei ein elektrisches Signal zu einem Verschließen an die Schließelemente 48, 50, 108, 110, insbesondere an Aktoren 56, 58 der Schließelemente 48, 50, 108, 110, aussenden und/oder mechanisch ein Schließmittel der Schließelemente 48,
50. 108. 110 zu einem Verschließen der Schließelemente 48, 50, 108, 110 bewegen. Die erste Kopplungseinheit 38 und die weiteren Kopplungseinheiten 40, 42, 44, 46 weisen jeweils einen Aktor 56, 58 auf, welcher zu einem selbsttätigen, gleichzeitigen Verschließen der Schließelemente 38, 50 der jeweiligen Kopplungseinheit 38, 40, 42, 44, 46 vorgesehen ist. Alternativ wäre jedoch auch denkbar, dass separate Betätigungselemente für Schließelemente des Einlasses und Schließelemente des Auslasses vorgesehen sind. Diese können auch durch rein mechanische Betätigungselemente bewegt werden.
Des Weiteren weisen die erste Kopplungseinheit 38 und die weiteren Kopplungseinheiten 40, 42, 44, 46 jeweils eine Sensoreinheit 60, 62 auf, welche dazu vorgesehen ist, eine Schließstellung der Schließelemente 48, 50 der jeweiligen Kopplungseinheit 38, 40, 42, 44, 46 zu erfassen. Die Sensoreinheiten 60, 62 erfassen dabei jeweils die Schließstellung aller Schließelemente 48, 50, 108, 110 der jeweiligen Kopplungseinheit 38, 40, 42, 44, 46, wobei jede Kopplungseinheit 38, 40, 42, 44, 46 eine entsprechende Sensoreinheit 60, 62 aufweist. Die Sensoreinheiten 60, 62 sind dazu vorgesehen zu prüfen, ob alle Medienverbindun- gen korrekt geschlossen sind, bevor die entsprechende Brennstoffzelleneinheit
14. 16. 18, 20, 22 rausgezogen werden kann. Die erste Kopplungseinheit 38 und die weiteren Kopplungseinheiten 40, 42, 44, 46 weisen ferner jeweils eine Trennplatte 64, 66 auf, mittels welcher alle Anbindungen der jeweiligen Kopplungseinheit 38, 40, 42, 44, 46 trennbar sind. Die Trennplatten 64, 66 sind von plattenförmigen Bauteilen gebildet, über welche alle Verbindungen der jeweiligen Kopplungseinheit 38, 40, 42, 44, 46 gleichzeitig trennbar sind. In die Trennplatten 64, 66 sind jeweils teilweise die ersten oder die weiteren Pneumatikkopplungselemente der jeweiligen Kopplungseinheit 38, 40, 42, 44, 46 integriert. Ferner ist die Recheneinheit 68 dazu vorgesehen, eine Bewegung der Trennplatte 64, 66 abhängig von einem Signal der Sensoreinheiten 60, 62 freizugeben oder zu blockieren. Die erste Kopplungseinheit 38 und die weiteren Kopplungseinheiten 40, 42, 44, 46 weisen jeweils ein elektronisch ansteuerbares Sperrelement 70, 72 zu einem Sperren der Trennplatte 64, 66 der jeweiligen Kopplungseinheit 38, 40, 42, 44, 46 auf. Die Recheneinheit 68 ist mit den Sperrelementen 70, 72 verbunden und zu einer Ansteuerung der Sperrelemente 70, 72 abhängig von einem Signal der Sensoreinheiten 60, 62 vorgesehen. Die Recheneinheit 68 ist dazu vorgesehen, eine Bewegung der Trennplatten 64, 66 abhängig von einem Signal der Sensoreinheiten 60, 62 mittels den Sperrelementen 70, 72 freizugeben oder zu blockieren. Die Trennplatten 64, 66 sind dabei insbesondere optional.
Ferner sind die Kopplungseinheiten 38, 40, 42, 44, 46 zudem nicht weiter sichtbar zu einer elektrischen Kopplung der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 mit der Elektroeinheit 96 vorgesehen. Die Kopplungseinheiten 38, 40, 42, 44, 46 weisen dazu vorzugsweise Klemmkontakte auf. Alternativ oder zusätzlich wäre auch denkbar, dass die Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 auf ihrer Rückseite jeweils Steckkontakte zu einer elektrischen Verbindung mit der Elektroeinheit 96 aufweisen, welche bei einem Herausziehen einer der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 automatisch getrennt werden. Generell wäre auch denkbar, dass Steckkontakte an der Oberseite der Brennstoffzelleneinheiten 14,
16. 18, 20, 22 angeordnet sind, die dann manuell gelöst werden.
Die Recheneinheit 68 ist zu einer Durchführung eines Verfahrens vorgesehen, das in der Figur 3 näher erläutert wird. Figur 3 zeigt ein Verfahren zu einem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 in einem Cluster-Betrieb. Die Brennstoff- Zellenvorrichtung 10 wird insbesondere mit einem Inbetriebnahmeschritt 102 gestartet In dem Inbetriebnahmeschritt 102 werden die Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 über die weitere zentrale Brennstoffzufuhrleitung 32 mit Wasserstoff versorgt und mittels diesem betrieben. Alternativ zum Wasserstoff kann der Startvorgang auch durch Einspritzen von Wasser durchgeführt werden. Nach Erreichen der Betriebstemperatur folgt ein Dauerbetriebsschritt 104, in welchem die Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 mit dem Brennstoff 12 betrieben werden. Dazu werden die Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 über die zentrale Brennstoffzufuhrleitung 26 mit dem Brennstoff 12 versorgt. Die Recheneinheit 68 sperrt in dem Dauerbetriebsschritt 104 die Trennplatte 64, 66 der ersten Kopplungseinheit 38 und der weiteren Kopplungseinheiten 40, 42, 44, 46 bei geöffneten Schließelementen 48, 50, 108, 110 der ersten Kopplungseinheit 38 und der weiteren Kopplungseinheiten 40, 42, 44, 46. Im Falle eines Ausfalls oder eines Defekts eines der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 oder im Falle von anfallenden Wartungsarbeiten an einer der Brennstoffzelleneinheiten 14, 16, 18, 20, 22 folgt ein Serviceschritt 74. In dem Serviceschritt 74 wird beispielsweise die erste Brennstoffzelleneinheit 14 mittels der ersten Kopplungseinheit 38 von der Gasversorgungseinheit 24 getrennt, während die weiteren Brennstoffzelleneinheiten 16, 18, 20, 22 unterbrechungsfrei weiter betrieben werden. Die weiteren Brennstoffzelleneinheiten 16, 18, 20, 22 werden dabei unterbrechungsfrei in einem Teilbetriebsschritt 106 weiter betrieben. Die Recheneinheit 68 gibt in dem Serviceschritt 74 die Trennplatte 64 der ersten Kopplungseinheit 38 erst bei geschlossenen Schließelementen 48 der ersten Kopplungseinheit 38 frei. Ein Bediener muss daher in dem Serviceschritt 74 alle Schließelemente 48, 108 der ersten Kopplungseinheit 38 über das Betätigungselement 52 schließen, bevor die Trennplatte 64 freigegeben wird und die Brennstoffzelleneinheit 14 herausgezogen werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Brennstoffzellenvorrichtung mit einer ersten Brennstoffzelleneinheit (14) mit zumindest einer weiteren Brennstoffzelleneinheit (16, 18, 20, 22), welche unabhängig voneinander betreibbar sind, mit einer Gasversorgungseinheit (24), welche zumindest eine zentrale Brennstoffzufuhrleitung (26, 32) umfassend zumindest einen ersten Gasausgang (28, 34) und einen weiteren Gasausgang (30, 36) zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheiten (14, 16, 18, 20, 22) mit einem ersten Gas, insbesondere Brennstoff (12) und/oder Wasserstoff, aufweist, gekennzeichnet durch eine erste Kopplungseinheit (38) zu einer lösbaren Anbindung der ersten Brennstoffzelleneinheit (14) an den ersten Gasausgang (28, 34) der zentralen Brennstoffzufuhrleitung (26, 32) und zumindest eine weitere Kopplungseinheit (40, 42, 44, 46) zu einer lösbaren Anbindung der zumindest einen weiteren Brennstoffzelleneinheit (16, 18, 20, 22) an den weiteren Gasausgang (30, 36) der zumindest einen zentralen Brennstoffzufuhrleitung (26), wobei die Kopplungseinheiten (38, 40, 42, 44, 46) jeweils Schließelemente (48, 50) zu einem direkten Verschließen der Gasausgänge (28, 30, 34, 36) aufweisen.
2. Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kopplungseinheit (38) und die zumindest eine weitere Kopplungseinheit (40, 42, 44, 46) jeweils ein Betätigungselement (52, 54) aufweisen, welches zu einem gleichzeitigen Verschließen der Schließelemente (48, 50) der jeweiligen Kopplungseinheit (38, 40, 42, 44, 46) vorgesehen ist.
3. Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kopplungseinheit (38) und die zumindest eine weitere Kopplungseinheit (40, 42, 44, 46) jeweils einen Aktor (56, 58) aufweisen, welcher zu einem selbsttätigen, gleichzeitigen Verschließen der Schließelemente (38, 50) der jeweiligen Kopplungseinheit (38, 40, 42, 44, 46) vorgesehen ist.
4. Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kopplungseinheit (38) und die zumindest eine weitere Kopplungseinheit (40, 42, 44, 46) jeweils eine Sensoreinheit (60, 62) aufweisen, welche dazu vorgesehen ist, eine Schließstellung der Schließelemente (48, 50) der jeweiligen Kopplungseinheit (38, 40, 42, 44, 46) zu erfassen.
5. Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kopplungseinheit (38) und die zumindest eine weitere Kopplungseinheit (40, 42, 44, 46) jeweils eine Trennplatte (64, 66) aufweisen, mittels welcher alle Anbindungen der jeweiligen Kopplungseinheit (38, 40, 42, 44, 46) trennbar sind.
6. Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet durch eine Recheneinheit (68), welche dazu vorgesehen ist, eine Bewegung der Trennplatte (64, 66) abhängig von einem Signal der Sensoreinheiten (60, 62) freizugeben oder zu blockieren.
7. Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kopplungseinheit (38) und die zumindest eine weitere Kopplungseinheit (40, 42, 44, 46) jeweils ein elektronisch ansteuerbares Sperrelement (70, 72) zu einem Sperren der Trennplatte (64, 66) der jeweiligen Kopplungseinheit (38, 40, 42, 44, 46) aufweisen.
8. Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheiten (14, 16, 18, 20, 22) unabhängig voneinander betreibbar und unabhängig voneinander trennbar sind.
9. Verfahren zu einem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Cluster-Betrieb.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Serviceschritt (74) die erste Brennstoffzelleneinheit (14) mittels der ersten Kopplungseinheit (38) von der Gasversorgungseinheit (24) getrennt wird, während die zumindest eine weitere Brennstoffzelleneinheit (16, 18, 20, 22) unterbrechungsfrei weiter betrieben wird.
11 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (68) in dem Serviceschritt (74) die Trennplatte (64) der ersten Kopplungseinheit (38) bei geöffneten Schließelementen (48) der ersten Kopplungseinheit (38) sperrt und die Trennplatte (64) der ersten Kopplungseinheit (38) erst bei geschlossenen Schließelementen (48) der ersten Kopplungseinheit (38) freigibt.
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