ITTO20091026A1 - Gestione del funzionamento di un generatore elettrico di back-up a celle a combustibile pem impilate - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“GESTIONE DEL FUNZIONAMENTO DI UN GENERATORE ELETTRICO DI BACK-UP A CELLE A COMBUSTIBILE PEM IMPILATE”
SETTORE TECNICO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un generatore elettrico a celle a combustibile specificamente destinato al back-up in assenza di alimentazione elettrica di rete, nel quale una molteplicità di celle a combustibile sono impilate per generare energia elettrica a partire da un gas combustibile e da un gas ossidante alimentati rispettivamente su di un elettrodo del combustibile (anodo) e un elettrodo di ossidazione (catodo). In particolare, l’invenzione si riferisce ad un sistema di celle a combustibile del tipo a membrana a scambio di protoni (Proton Exchange Membrane - PEM) e che utilizza idrogeno come combustibile, in cui si effettua una particolare gestione della umidificazione delle celle PEM stesse.
STATO DELL’ARTE
Com’è noto, il mantenimento di una corretta umidificazione è uno degli aspetti più delicati per quanto concerne la gestione di un sistema di generazione di energia elettrica e termica basato sulla tecnologia delle celle a combustibile PEM.
Le celle a combustibile rappresentano una delle soluzioni tecnologicamente più promettenti per l’utilizzo di idrogeno come vettore energetico. Esse sono dispositivi che, sfruttando una reazione elettrochimica, possono convertire energia chimica in energia elettrica.
In una singola cella PEM si svolgono contemporaneamente due semireazioni, rispettivamente all’anodo e al catodo. Anodo e catodo di una cella PEM sono separati da un elettrolita, tipicamente costituito da una membrana di un polimero solfonato in grado di condurre protoni, i cui lati opposti sono rivestiti da uno strato di un’opportuna miscela catalitica (ad esempio a base di Pt). L’elettrolita è generalmente saturato con un fluido di trasporto ionico (ad esempio acqua) di modo che gli idrogenioni possono attraversarlo dall’anodo al catodo.
La reazione complessiva che si svolge in una cella a combustibile è:
2H2+ O2→ 2H2O (1) che è accompagnata dallo sviluppo di calore e di energia elettrica e risulta dalla somma di due semireazioni che si svolgono rispettivamente all’anodo:
2H2→ 4H<+>+ 4e<->(2) e al catodo:
O2+ 4H<+>+ 4e<->→ 2H2O (3). All’anodo, quindi, viene alimentato l’idrogeno che diffonde all’interno dello strato catalitico e vi si dissocia in idrogenioni ed elettroni, i quali, essendo la membrana ad essi è impermeabile, viaggiano lungo un circuito elettrico esterno verso il catodo, generando una corrente elettrica e la corrispondente differenza di potenziale. Al catodo viene invece alimentata una miscela gassosa contenente ossigeno, che reagisce con gli idrogenioni che hanno attraversato l’elettrolita e gli elettroni provenienti dal circuito elettrico esterno.
È necessario che i gas reagenti siano umidificati perché è proprio grazie alle molecole d’acqua che avviene il passaggio dei protoni attraverso la membrana polimerica: un grado di umidità troppo basso porta ad una maggiore difficoltà di passaggio di protoni dal compartimento anodico a quello catodico, con conseguente diminuzione delle prestazioni della cella a combustibile, mentre un grado di umidità troppo elevato condensa in stato liquido con conseguente occlusione dei siti catalitici e diminuzione delle prestazioni della cella a combustibile.
L’umidificazione di gas reagenti è quindi un parametro molto delicato nella gestione di un sistema di celle a combustibile.
Poiché alla reazione (1) è associata la generazione di una ben definita tensione elettrica massima, al fine di raggiungerne una più elevata, generalmente si collegano in serie una molteplicità di celle a combustibile così da costituire uno stack.
Oltre allo stack, un generatore elettrico a celle a combustibile specificamente destinato al back-up in caso di mancanza di alimentazione di rete comprende un circuito idraulico (pompa, tubazioni, dissipatori, eccetera), un circuito di alimentazione e scarico delle correnti gassose (tubazioni di alimentazione dell’idrogeno, tubazioni di alimentazione della miscela gassosa ossidante, eccetera), un sistema di controllo (unità di controllo, misuratori di temperatura, portata e pressione, attuatori, ecc.). All’insieme di questi elementi si fa comunemente riferimento con la sigla BoP, acronimo di “Balance of Plant”. In numerose realizzazioni note di un tale sistema, il BoP comprende un dispositivo di umidificazione dell’aria in ingresso allo stack, eventualmente con recupero dell’acqua prodotta durante il processo. Questo dispositivo è in genere costituito da una serie di membrane polimeriche che permettono il trasferimento per gradiente osmotico delle molecole di acqua dal gas uscente, che passa su una parte della membrana, al gas entrante, che passa sull’altro lato della membrana.
Alcune realizzazioni prevedono, inoltre, il ricircolo e la miscelazione con il gas “nuovo” di almeno una parte del flusso uscente dallo stack grazie all’impiego di una soffiante o di una pompa, il che comporta, però, una diminuzione dell’efficienza, un aumento di rumorosità del sistema ed un incremento del rischio di guasti.
Infine viene generalmente impiegata aria come gas catodico ed è quindi necessaria una soffiante o una pompa per alimentare lo stack vincendo le perdite di carico del circuito catodico stesso.
Un sistema includente tutte le caratteristiche sopra descritte è noto ad esempio da US-A-5543238. In tale sistema, si effettua un ricircolo, mediante compressori, di parte sia del gas catodico che del gas anodico in uscita; tuttavia è necessario mantenere un sistema di umidificazione di almeno il gas anodico che funziona mediante una fonte esterna di umidità.
OGGETTO E RIASSUNTO DELL’INVENZIONE
Come è desumibile da quanto descritto finora, le realizzazioni note di sistemi di generazione elettrica di back-up sono relativamente costose e ingombranti e necessitano di una manutenzione di routine accurata e attenta per evitare di divenire poco affidabili, in quanto trattandosi di sistemi di back-up, destinati pertanto ad intervenire solo saltuariamente, ad esempio le parti in movimento (pompe, compressori, eccetera) necessitano di accurati controlli onde non risultare in avaria proprio nel momento della necessità.
Inoltre, i sistemi noti prevedono sempre l’uso di un sistema di umidificazione, sia che questo funzioni con acqua apportata dall’esterno sia che l’acqua sia in parte recuperata tramite i citati scambiatori a membrana. Infatti, come precedentemente accennato, il corretto funzionamento di una cella a combustibile PEM in un sistema di generazione di energia fruibile dall’utente richiede un corretto grado di umidificazione della membrana: un basso contenuto di acqua nelle celle porta ad una disidratazione delle celle a combustibile e conseguente riduzione del tempo di vita dello stack, un elevato contenuto di acqua diminuisce l’afflusso dei reagenti e conseguentemente diminuisce la generazione di potenza elettrica fruibile dall’utente. Il grado di umidificazione della membrana impatta soprattutto in fase di start e stop, soprattutto se gli avvii sono distanziati nel tempo come accade per i sistemi di generazione di energia impiegati in applicazioni di back-up.
Le soluzioni esistenti sono normalmente incentrate sulla ricerca di assemblati membrana-elettrodi (Membrane Electrode Assembly – MEA) costituiti da materiali non soggetti a problemi di sovra-sotto idratazione. Tali soluzioni però sono prive della possibilità di intervento diretto sul generatore elettrico in caso di problemi riscontrati dall’utente, ad esempio occlusione temporanea di una cella a combustibile o bassa idratazione.
Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire un generatore elettrico a celle a combustibile specificamente studiato per il back-up, che superi gli inconvenienti descritti, in particolare che consenta di ridurne i costi di impianto e di esercizio, di aumentare l’efficienza e l’affidabilità del generatore elettrico al tempo stesso riducendone gli ingombri, e che permetta di intervenire in maniera diretta sul generatore elettrico a fronte di situazione critica debitamente rilevata.
Secondo la presente invenzione, viene fornito un generatore elettrico di back-up a celle a combustibile PEM impilate, come definito nella rivendicazione 1.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Per una migliore comprensione della presente invenzione, verrà ora descritta, a puro titolo di esempio non limitativo, una preferita forma di realizzazione, con riferimento alle figure allegate, in cui:
- la Figura 1 mostra lo schema a blocchi di un generatore elettrico di back up a celle a combustibile PEM impilate, del quale sono mostrate solo le parti necessarie per la comprensione della presente invenzione; e
- la Figura 2 mostra l’andamento della tensione elettrica di una singola cella a combustibile in funzione della densità di corrente.
Nella Figura 1 è indicato nel suo complesso con 1 un generatore elettrico di back up a celle a combustibile PEM impilate comprende essenzialmente:
- uno stack di celle a combustibile 2 formato da una pluralità di celle a combustibile PEM impilate 3 collegate elettricamente in serie per fornire energia elettrica ad un carico elettrico (non mostrato);
- un misuratore di tensione elettrica di cella 4 accoppiato allo stack di celle a combustibile 2 per misurare la tensione elettrica fornita da ciascuna cella a combustibile 3;
- un’unità di gestione e condizionamento energia elettrica 5 collegata fra lo stack di celle a combustibile 2 ed il carico elettrico;
- una soffiante 6 atta a fornire il quantitativo di aria necessario per la reazione chimica che avviene in ciascuna cella a combustibile 3;
- un ricircolatore di idrogeno 7 per ricircolare dell’idrogeno fra l’uscita e l’ingresso dello stack di celle a combustibile 2;
- un dispositivo di spurgo dell’idrogeno 8 per liberare una quota parte dell’idrogeno nell’ambiente o nel circuito catodico e comprendente una coppia di valvole calibrate di spurgo dell’idrogeno 9, 10, una primaria ed una secondaria, tali da realizzare, rispettivamente, uno spurgo primario di idrogeno di portata inferiore, ed uno spurgo secondario di idrogeno di portata maggiore; ed
- un controllore elettronico 11 collegato al misuratore di tensione elettrica di cella 4, all’unità di gestione e condizionamento energia elettrica 5, alla soffiante 6, al ricircolatore di idrogeno 7 e al dispositivo di spurgo dell’idrogeno 8 e configurato per gestire il funzionamento del generatore elettrico 1 secondo le modalità di seguito descritte, le quali consentono di operare lo stack di celle a combustibile 2 in condizioni di umidificazione di membrana ottimali preservandone la vita utile, e di erogare sempre la potenza elettrica richiesta dal carico elettrico.
Ogni cella a combustibile 3 comprende essenzialmente un assemblato membrana-elettrodi (MEA) e due piatti bipolari, i quali sono assemblati attraverso componenti secondari quali guarnizioni, testate, molle o tiranti di chiusura. L’assemblato membrana-elettrodi è dedicato alla scissione dell’atomo di idrogeno in protone e elettrone, ed ha una temperatura di funzionamento di circa 70 °C ed un’umificazione relativa 70,5% @ 70 °C. I due piatti bipolari, che hanno un funzionamento ottimale in presenza di fluidi monobasici, assolvono invece alla funzione di veicolare i reagenti (aria o ossigeno, idrogeno) verso l’assemblato membrana-elettrodi e di agire da collettori di corrente elettrica.
La tensione elettrica di una singola cella a combustibile 3 è funzione della potenza elettrica richiesta alla cella a combustibile 3 stessa e segue l’andamento rappresentato nella Figura 2, in cui sull’asse delle ordinate è rappresentata la tensione elettrica media di una cella a combustibile 3 misurata a 60 °C, mentre sull’asse delle ascisse è rappresentata la densità di corrente elettrica richiesta alla cella a combustibile 3 stessa.
Grazie al collegamento elettrico in serie delle celle a combustibile 3, la tensione elettrica fornita dallo stack di celle a combustibile 2 altro non è che la somma delle tensioni elettriche fornite dalle singole celle a combustibile e presenta un andamento simile a quello mostrato nella Figura 2. L’uniformità nella distribuzione della tensione elettrica fornita dalle singole celle a combustibile è un parametro chiave per la prestazione e la durata degli assemblati membrana-elettrodi.
La tensione elettrica fornita da ciascuna cella a combustibile 3 è misurata tramite il misuratore di tensione elettrica di cella 4 (cell voltage monitor - CVM), il quale è montato sullo stack di celle a combustibile 2 ed è provvisto di appositi puntalini metallici accoppiati alle singole celle a combustibile 3. La tensione elettrica fornita da ciascuna cella a combustibile 3 viene misurata ad una frequenza molto più elevata delle costanti di tempo tipiche dei fenomeni fluidodinamici all’interno di una cella a combustibile 3, ad esempio ogni 20 msec.
L’andamento della tensione elettrica generata dallo stack di celle a combustibile 2 fa sì che l’energia elettrica generata dal generatore elettrico 1 non sia ottimale per un utilizzo diretto da parte del carico elettrico. Tale inconveniente è superato dall’unità di gestione e condizionamento energia elettrica 5, la quale, oltre a misurare la corrente elettrica erogata dallo stack di celle a combustibile 2, ha il compito di far si che quest’ultimo eroghi la potenza elettrica richiesta dal carico elettrico operando al contempo in condizioni ottimali per la durata dello stack di celle a combustibile 2 stesso in termini di tensione e corrente elettriche.
A tal fine, l’unità di gestione e condizionamento energia elettrica 5 è costituita da elementi statici per la conversione dell’energia elettrica quali dispositivi a semiconduttore (diodi, mosfet), reattanze induttive e capacitive connesse secondo un topologia di tipo boost o buck, ovvero in grado di convertire l’energia elettrica variandone tensione e corrente elettriche, uno dei due valori in maniera indipendente, l’altro come conseguenza della potenza elettrica richiesta. Tale compito può essere svolto anche attraverso la gestione di un’unità di bridge (batterie o supercapacitori).
Per quanto riguarda la funzione del ricircolatore di idrogeno 7, l’idrogeno all’interno dello stack di celle a combustibile 2 si può idealmente scomporre in due componenti: idrogeno prelevato dallo stoccaggio per la successiva conversione in energia elettrica, ed idrogeno ricircolato allo scopo di mantenere un’adeguata umidità relativa all’interno dello stack di celle a combustibile 2. In condizioni di piena potenza elettrica, i due contributi vengono portati nella proporzione di circa 4/3 evidenziata sperimentalmente come ottimale. La quota parte di idrogeno ricircolato viene asportato dall’uscita dello stack di celle a combustibile 2 e riportato all’ingresso dello stesso attraverso il ricircolatore di idrogeno 7, il quale ha come ulteriore funzione quella di incrementare la pressione dell’idrogeno ricircolato dall’uscita all’ingresso dello stack di celle a combustibile 2, tipicamente da 20 a 50 mbar.
Il controllore 11 è programmato per acquisire le misure di tensione e corrente elettriche fornite rispettivamente dal misuratore di tensione elettrica di cella 4 e dall’unità di gestione e condizionamento energia elettrica 5; determinare obiettivi prestazionali per l’unità di gestione e condizionamento energia elettrica 5, la soffiante 6 ed il ricircolatore di idrogeno 7 sulla base delle misure acquisite e di logiche di gestione di seguito descritte; e controllare opportunamente l’unità di gestione e condizionamento energia elettrica 5, la soffiante 6, il ricircolatore di idrogeno 7 ed il dispositivo di spurgo dell’idrogeno 8 in maniera tale da raggiungere gli obiettivi prestazionali determinati.
In particolare, il controllore 11 è programmato per implementare differenti logiche di gestione del funzionamento del generatore elettrico 1 a seconda, appunto, della modalità di funzionamento del generatore elettrico: una specifica per l’avviamento (start up), una specifica per il funzionamento normale, ed una specifica per lo spegnimento (shut down), le quali sono qui di seguito descritte singolarmente in dettaglio.
1. Avviamento
L’avviamento del generatore elettrico 1 è una fase particolarmente critica a causa della cosiddetta “presa di carico”, durante la quale lo stack di celle a combustibile 2 viene portato a erogare la potenza elettrica richiesta dal carico elettrico senza che nessuna cella a combustibile 3 abbia problemi di umidità e umidificazione. A tale scopo, il controllore 11 è programmato per:
- aprire e mantenere aperta la valvola primaria di spurgo dell’idrogeno 9, realizzando così uno spurgo primario di idrogeno continuo; e
- aprire e chiudere ciclicamente la valvola secondaria di spurgo dell’idrogeno 10, realizzando così uno spurgo secondario di idrogeno ciclico, secondo un ciclo di lavoro (duty cycle) in cui, a partire da valori iniziali dei tempi di chiusura e di apertura della valvola secondaria di spurgo dell’idrogeno 10 pari, rispettivamente, a 9 sec. e 4 sec., il tempo di apertura viene aumentato ad ogni ciclo di lavoro di una data quantità, convenientemente pari al 20%, fino a quando si verifichi una delle seguenti condizioni:
• la tensione elettrica di una cella a combustibile 3 è inferiore ad una data tensione elettrica minima ammissibile, convenientemente 0,4 V;
• la tensione elettrica di una cella a combustibile 3 varia, rispetto ad un valore nominale di riferimento ottenuti sperimentalmente su ogni tipologia di stack in condizioni ottimali di umidificazione, di una quantità superiore ad una variazione massima ammissibile, convenientemente pari al 10%; e
• la tensione elettrica dello stack di celle a combustibile (2) varia, rispetto ad un valore nominale di riferimento, di una quantità superiore ad una variazione massima ammissibile, convenientemente pari al 10%, per un tempo superiore ad un tempo massimo ammissibile, convenientemente pari a 60 sec; e
• è trascorso un tempo superiore ad un tempo massimo ammissibile, convenientemente pari a due minuti, dall’accensione del generatore elettrico 1.
2. Funzionamento normale
Il funzionamento normale del generatore elettrico 1 può costituire una fase critica perché, a causa di momentanee disidratazioni o “allagamenti” degli assemblati membranaelettrodi, lo stack di celle a combustibile 2 può trovarsi ad operare in condizioni non ottimali per l’erogazione di potenza elettrica con conseguente riduzione della vita utile dello stack stesso e disservizio possibile verso l’utente.
Pertanto, una volta terminata la fase di avviamento, il controllore 11 è programmato per controllare l’unità di gestione e condizionamento energia elettrica 5 in maniera tale che, in base alla potenza elettrica richiesta dal carico elettrico, la corrente elettrica prelevata dallo stack di celle a combustibile 2 aumenti con un dato tasso di crescita, convenientemente pari a 10 A/sec, per attestarsi ad un valore di corrente elettrica corrispondente alla potenza elettrica richiesta dal carico elettrico e in ogni caso non superiore ad un dato valore massimo, convenientemente pari a 180 A.
Inoltre, il controllore 11 è programmato per:
- rilevare il verificarsi di una delle seguenti condizioni:
• la tensione elettrica di una cella a combustibile 3 è inferiore ad una data tensione elettrica minima ammissibile, convenientemente 0,4 V;
• la tensione elettrica di una cella a combustibile 3 varia, rispetto ad un valore nominale di riferimento, di una quantità superiore ad una variazione massima ammissibile, convenientemente pari al 10%; e
• la tensione elettrica dello stack di celle a combustibile (2) varia, rispetto ad un valore nominale di riferimento, di una quantità superiore ad una variazione massima ammissibile, convenientemente pari al 10%, per un tempo superiore ad un tempo massimo ammissibile, convenientemente pari a 60 sec; e
- al verificarsi di una delle suddette condizioni, controllare l’unità di gestione e condizionamento energia elettrica 5 in maniera tale che la corrente elettrica prelevata dallo stack di celle a combustibile 2 diminuisca con un dato tasso di decrescita, convenientemente sempre pari a 10 A/sec, fino all’annullamento della condizione rilevata. L’energia elettrica viene fornita al carico elettrico parzialmente attraverso la gestione dell’unità di bridge.
Inoltre, il controllore 11 è programmato per gestire il ricircolatore di idrogeno 7, la soffiante 6 ed il dispositivo di spurgo dell’idrogeno 8 in funzione della potenza elettrica erogata dall’unità di gestione e condizionamento energia elettrica 5. In particolare, al verificarsi di una delle suddette condizioni, il controllore 11 è programmato per attivare la soffiante 6 in maniera tale che questa fornisca una data portata d’aria in più rispetto a quella normalmente richiesta, ad esempio pari al 4%, e per controllare le valvole primaria e secondaria di spurgo dell’idrogeno 9, 10 come descritto nella procedura di avviamento.
3. Spegnimento
Lo spegnimento del generatore elettrico 1 può costituire una fase critica a causa della possibile permanenza di acqua nei piatti bipolari di una cella a combustibile 3, che potrebbe occludere l'adduzione di reagenti verso il relativo assemblato membrana-elettrodi e quindi impedire di portare la cella a combustibile 3 in una condizione di bassa idratazione necessaria per consentire un successivo avviamento del generatore elettrico 1.
Per evitare questo problema, il controllore 11 è programmato per:
- attendere il raffreddamento dello stack di celle a combustibile 2 fino ad una temperatura convenzionalmente impostata a 20°C, accelerando l’espulsione del calore accumulato mediante l’ausilio dei sistemi di raffreddamento forzato;
- al termine del raffreddamento, azionare la soffiante 6 per eliminare l'acqua condensata durante il raffreddamento; e
- aprire e mantenere aperta la valvola primaria di spurgo dell’idrogeno 9, realizzando così uno spurgo primario di idrogeno continuo.
Da un esame delle caratteristiche del generatore elettrico di back-up a celle di combustibile PEM impilate 1 secondo la presente invenzione sono evidenti i vantaggi che esso presenta rispetto ai generatori elettrici noti dello stesso tipo. In particolare, esso presenta non solo un’efficienza e un’affidabilità maggiore rispetto ai generatori elettrici noti dello stesso tipo, ma consente anche un intervento diretto di un operatore a fronte di una situazione critica debitamente rilevata.
Risulta infine chiaro che al generatore elettrico di back-up a celle di combustibile PEM impilate descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.
In particolare, la tensione elettrica minima ammissibile, la variazione massima ammissibile, il tempo massimo ammissibile, i tassi di crescita e decrescita della corrente elettrica prelevata, e la corrente massima raggiungibile possono assumere valori differenti da quelli precedentemente indicati.
Claims (9)
- RIVENDICAZIONI 1. Generatore elettrico di back-up a celle a combustibile PEM impilate (1) comprendente: - uno stack di celle a combustibile (2) formato da una pluralità di celle a combustibile PEM impilate (3) collegate elettricamente in serie per fornire energia elettrica ad un carico elettrico; - un misuratore di tensione elettrica di cella (4) per misurare la tensione elettrica fornita da ciascuna cella a combustibile (3); - un’unità di gestione e condizionamento energia elettrica (5) collegata fra lo stack di celle a combustibile (2) ed il carico elettrico; - una soffiante (6) per fornire il quantitativo di aria necessario per le reazioni chimiche che avvengono nelle celle a combustibile (3); - un ricircolatore di idrogeno (7) per ricircolare 7 dell’idrogeno fra l’uscita e l’ingresso dello stack di celle a combustibile (2); - un dispositivo di spurgo dell’idrogeno (8) configurato per realizzare uno spurgo primario di idrogeno di portata inferiore, ed uno spurgo secondario di idrogeno di portata superiore; ed - un controllore (11) collegato al misuratore di tensione elettrica di cella (4), all’unità di gestione e condizionamento energia elettrica (5), alla soffiante (6), al ricircolatore di idrogeno (7) e al dispositivo di spurgo dell’idrogeno (8) e configurato per gestire in maniera differenziata il funzionamento del generatore elettrico (1) all’avviamento, allo spegnimento e durante il normale funzionamento dello stesso.
- 2. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 1, in cui il controllore (11) è inoltre configurato per: - acquisire le misure di tensione e corrente elettriche fornite dal misuratore di tensione elettrica di cella (4) e dall’unità di gestione e condizionamento energia elettrica (5); - determinare obiettivi prestazionali per l’unità di gestione e condizionamento energia elettrica (5), la soffiante (6) ed il ricircolatore di idrogeno (7) sulla base delle misure acquisite e di logiche di gestione; e - controllare l’unità di gestione e condizionamento energia elettrica (5), la soffiante (6), il ricircolatore di idrogeno (7) ed il dispositivo di spurgo dell’idrogeno (8) in maniera tale da raggiungere gli obiettivi prestazionali determinati.
- 3. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il controllore (11) è inoltre configurato per gestire l’avviamento del generatore elettrico (1) implementando le seguenti operazioni: - controllare il dispositivo di spurgo (8) in maniera tale da realizzare uno spurgo primario di idrogeno continuo; e - controllare il dispositivo di spurgo (8) in maniera tale da realizzare uno spurgo secondario di idrogeno ciclico secondo un ciclo di lavoro in cui, a partire da un dato valore iniziale, il tempo di spurgo viene aumentato di una data quantità ad ogni ciclo di lavoro, fino a quando si verifica una delle seguenti condizioni: • la tensione elettrica di una cella a combustibile (3) è inferiore ad una data tensione elettrica minima ammissibile; • la tensione elettrica di una cella a combustibile (3) varia, rispetto a valori di riferimento, di una quantità superiore ad una data variazione massima ammissibile; • la tensione elettrica dello stack di celle a combustibile (2) varia, rispetto a valori di riferimento, di una quantità superiore ad una data variazione massima ammissibile per un tempo superiore ad un tempo massimo ammissibile; e • è trascorso un tempo superiore ad un tempo massimo ammissibile dall’accensione del generatore elettrico (1).
- 4. Generatore elettrico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il controllore (11) è inoltre configurato per gestire lo spegnimento del generatore elettrico (1) implementando le seguenti operazioni: - attendere il raffreddamento dello stack di celle a combustibile (2) fino al raggiungimento di una temperatura impostata; - al termine del raffreddamento, azionare la soffiante 6 in maniera tale da eliminare l'acqua condensata durante il raffreddamento; e - controllare il dispositivo di spurgo dell’idrogeno (8) in maniera tale da realizzare uno spurgo primario di idrogeno continuo.
- 5. Generatore elettrico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il controllore (11) è inoltre configurato per gestire il funzionamento normale del generatore elettrico (1) implementando le seguenti operazioni: - controllare l’unità di gestione e condizionamento energia elettrica (5) in maniera tale che, in base alla potenza elettrica richiesta del carico elettrico, la corrente elettrica prelevata dallo stack di celle a combustibile (2) aumenti con un dato tasso di crescita, per attestarsi ad un valore di corrente corrispondente alla potenza elettrica richiesta dal carico elettrico e non superiore ad un data corrente massima.
- 6. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 5, in cui il controllore (11) è inoltre configurato per gestire il funzionamento normale del generatore elettrico (1) implementando le seguenti operazioni: - rilevare il verificarsi di una delle seguenti condizioni: • la tensione elettrica di una cella a combustibile 3 è inferiore ad una data tensione elettrica minima ammissibile; • la tensione elettrica di una cella a combustibile 3 varia, rispetto ad un valore di riferimento, di una quantità superiore ad una variazione massima ammissibile; e • la tensione elettrica dello stack di celle a combustibile (2) varia, rispetto ad un valore di riferimento, di una quantità superiore ad una variazione massima ammissibile per un tempo superiore ad un tempo massimo ammissibile; e - al verificarsi di una delle precedenti condizioni, controllare l’unità di gestione e condizionamento energia elettrica (5) in maniera tale che la corrente elettrica prelevata dallo stack di celle a combustibile (2) diminuisca con un dato tasso di decrescita, fino all’annullamento della condizione rilevata.
- 7. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui il controllore (11) è inoltre configurato per gestire il funzionamento normale del generatore elettrico (1) implementando le seguenti operazioni: - controllare il ricircolatore di idrogeno (7) in funzione alla potenza elettrica erogata dall’unità di gestione e condizionamento energia elettrica (5); e - al verificarsi di una delle precedenti condizioni: - controllare la soffiante (6) in maniera tale che questa fornisca una data portata d’aria in più rispetto a quella normalmente richiesta; e - controllare il dispositivo di spurgo dell’idrogeno (8) in maniera tale da realizzare uno spurgo primario di idrogeno ed uno spurgo secondario di idrogeno come rivendicato nella rivendicazione 3.
- 8. Controllore (11) per un generatore elettrico di back-up a celle a combustibile PEM impilate (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
- 9. Software caricabile in un controllore (10) di un generatore elettrico di back-up a celle a combustibile PEM impilate (1) e progettato per far sì che, quando eseguito, il controllore (11) diventi configurato come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
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