NL8901962A - Celontladingsketen voor een brandstofcel. - Google Patents

Description

Titel: Celontladingsketen voor een brandstofcel.

De uitvinding heeft betrekking op een keten voor het ontladen vaneen brandstofcel wanneer de werking van een brandstofcelgeneratorstelselwordt onderbroken of wanneer een uitval van de besturingsvermogensbronoptreedt.

Het is bij een brandstofcel bekend, dat een elektrode wordt gede¬gradeerd wanneer de temperatuur van de elektrode hoog is (bij benadering170 - 200°C tijdens het bedrijf) en de door de brandstofcel opgewektespanning 0,8 volt / cel of meer bedraagt (nullastspanning = 1-1,1 voltper cel).

Wanneer een stelsel in een bedrijfstoestand overgaat naar een on¬werkzame toestand, wordt de temperatuur van de brandstofcel hoog en wcrdtde elektrische energietoevoer naar een belasting onderbroken, waardoorde brandstofcel in de nullasttoestand komt. Derhalve neemt de opgewektespanning toe en doet zich een toestand voor waarbij de brandstofcelwordt gedegradeerd.

Wanneer de werking van het generatorstelsel wordt beëindigd,wordt de brandstoftoevoer tot de brandstofcel afgesloten door een elek¬tromagnetisch ventiel of dergelijke. Tegelijkertijd blijft in een lichaamof een pijpstelsel van de brandstofcel brandstofgas aanwezig.

Teneinde dit probleem op te lossen is het gebruikelijk de klem-spanning van de brandstofcel tot 0,8 volt/cel te verlagen door een keten,welke de cel ontlaadt op het moment, dat de werking wordt onderbroken,waarbij het restgas wordt verbruikt door een ontlaadweerstand.

Fig.l en 2 tonen een ontlaadketen van het constante weerstandsty-pe resp. het bedrijfstijddiagram daarvan.

De keten voor het ontladen wordt in hoofdzaak gebruikt voor eenbrandstofcel-energieopwekstelsel met geringe capaciteit (b.v. enige kW).Het uitgangsvermogen van de brandstofcel (FC) 1 wordt door omzetter (CNV) 2 omgezet in een wisselstroom, welke wordt toegevoerd aan een belasting 3.Wanneer een besturingsketen 4 een onderbrekingscommando levert om dewerking van de brandstofcel 1 te onderbreken, wordt daardoor een schake¬laar 5 (SWd) in werking gesteld. De besturingsketen 4 wordt gevoed uiteen besturingsvoedingsbron 6.

Wanneer de schakelaar 5 in werking treedt en een a-contact of eennormaal open contact 9a wordt gesloten, wordt de ontlaadketen gevormd.

Een ontlaadweerstand 7 (Rd) verbruikt het elektrische vermogen, dat doorhet restgas in de brandstofcel 1 wordt opgewekt.

Fig.3 en 4 tonen een keten van het variabele weerstandstype voorhet ontladen resp. het bedrijfstijddiagram daarvan. In fig.3 vindt mendezelfde verwijzingen als bij de overeenkomstige elementen volgens fig.l.

Deze keten voor ontlading wordt in hoofdzaak gebruikt voor eenbrandstofcelvermogensopwekstelsel met grote capaciteit (b.v. enige tien¬tallen kW of meer). De ter visie gelegde Japanse octrooiaanvrage No.61-233974 beschrijft een hoofdklemspanningsbesturingsstelsel van debrandstofcel. De klemspanning van de brandstofcel 1 wordt gedetecteerddoor een spanningsdetector (VD) 8 en daarna worden de gedetecteerde re¬sultaten toegevoerd aan de besturingsketen 4. Wanneer de besturingsketen4 een onderbrekingscommando voor de brandstofcel 1 levert, worden deschakelaars (SWdl, SWd2, .... SWdn) in werking gesteld en worden de con¬tacten 9al, 9a2, ... 9an daarvan gesloten. Wanneer de schakelaars (SWdl,SWd2, ... SWdn) . resp. en sequentieel worden gesloten, neemt de klemspan¬ning van de brandstofcel 1 geleidelijk af.

De bovengenoemde keten heeft evenwel het bezwaar, dat bij hetuitvallen van het vermogen van de besturingsvoedingsbron geen ontlaad¬keten wordt gevormd aangezien de ontlaadketen wordt gevormd door de con¬tacten SWd-a.

Voorts heeft de bedoelde keten het bezwaar, dat tengevolge vande gecompliceerde bouw van de ontlaadketen, de keten veel ruimte in be¬slag neemt en geen ontlaadketen wordt gevormd wanneer in de besturings-vermogensbron, zoals boven is beschreven, een uitvallen van het vermogenoptreedt.

De uitvinding beoogt te voorzien in een ontlaadketen, waarbij debovengenoemde problemen worden opgelost.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een verbe¬terde ontlaadketen, die een compacte bouw heeft en op een zekere wijzeeen ontlaadhandeling uitvoert.

De uitvinding voorziet in een celontlaadketen voor een brandstof¬cel met een ontlaadbaan van de brandstofcel, welke zich over een ontlaad-weerstand uitstrekt, welke is voorzien van organen om de ontlaadbaan teschakelen d.w.z. te openen of te sluiten, en organen om de schakelorga-nen in responsie op een door de brandstofcel zelf opgewekte spanning tebesturen.

Hierbij kunnen de schakelorganen bestaan uit een transistor, diein serie met de ontlaadweerstand is verbonden en door de besturingsorga-nen wordt bestuurd.

De bedieningsorganen kunnen bestaan uit een zenerdiode, welke dezelf opgewekte spanning ontvangt, waarbij de zenerdiode met de schakel¬organen kan zijn verbonden.

De bedieningsorganen kunnen zijn voorzien van een zenerdiode, wel¬ke de zelf opgewekte spanning ontvangt waarbij de zenerdiode met de ba¬sis van de transistor is verbonden.

Volgens de uitvinding kan zelfs indien zich bij een besturings-voedingsbron van het constante weerstandstype een uitval voordoet, deontlaadketen worden onderhouden onder gebruik van de door de brandstof¬cel zelf opgewekte spanning.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder ver¬wijzing naar de tekening. Daarbij toont:

Fig.l een schema van een bekende ontlaadketen van het constanteweerstandstype;

Fig.2 een tijdschema, waarin de werking van de bekende keten vol¬gens fig.l is aangegeven;

Fig.3 een schema van een bekende ontlaadketen van het variabeleweerstandstype;

Fig.4 een tijddiagram, dat de werking van de bekende keten vol¬gens fig.3 toont;

Fig.5 een schema van een uitvoeringsvorm van een ontlaadketenvolgens de uitvinding; en

Fig.6 een tijddiagram, dat de werking van de keten volgens de uit¬ vinding, weergegeven in fig.5, toont.

De uitvinding zal hierna gedetailleerd worden toegelicht onderverwijzing naar de tekening. De fig.5 en 6 tonen een uitvoeringsvorm vaneen ontlaadketen volgens de uitvinding resp. het bedrijfstijddiagramdaarvan. In fig.5 zijn aan overeenkomstige elementen, weergegeven infig.l, dezelfde verwijzingen gegeven.

Bij het uitschakelcommando (normale uitschakeling) of falen vanhet besturingsvermogen, wordt de spoel-excitatie van het relais (RYD) 9onderbroken, zodat het b-contact 9b daarvan wordt gesloten. In verbandhiermede wordt een keten gevormd door de brandstofcel (FC) 1, een b-con-tact of een normaal gesloten contact 9b, de spanningsdeelweerstand (Rl) 10 en de variabele weerstand (VR) 11 en vloeit een stroom door de keten.Het brandstofgas, dat in de brandstofcel 1 achterblijft, wekt een zoge¬naamde zelfgeneratorspanning op, zodat in deze keten een stroom vloeit.

Dientengevolge wordt, aangezien de spanning Vst, welke door deweerstand 11 vooraf wordt ingesteld, hoger wordt dan de spanning V2 vande zenerdiode (ZD) 12, de transistor (Tr) 13 geleidend tengevolge vande basisstroom (B) daarvan. Dientengevolge wordt een ontlaadketen voorde brandstofcel 1 gevormd door de ontlaadweerstand (Rd) 7 en de collec-tort (C) en de emitter (E) van de transistor 13, zodat de brandstofcel1 kan worden ontladen . Met de verwijzing 14 is een basisweerstand (R2)aangegeven.

Zoals aangegeven in fig,6 neemt de klemspanning (Vtc) over de ont¬laadweerstand 7 geleidelijk af. Wanneer de klemspanning lager wordt dande vooraf ingestelde spanning (Vst) wordt de stroom door de zenerdiode12 onderbroken. Dit leidt tot de uit-toestand van de transistor 13 waar¬door de ontlaadhandeling wordt onderbroken. Daarna bevindt de brandstof¬cel zich in de natuurlijke ontlaadtoestand.

De ontlaadketen wordt ook niet gevormd bij het begin van de brand¬stofcel 1 omdat het relais 9 is geëxciteerd waardoor het b-contact 9bwordt geëxciteerd onmiddellijk voordat de temperatuur toeneemt en hetgas aan de brandstofcel wordt toegevoerd, en omdat de transistor 13niet geleidend wordt zelfs indien de brandstofcel 1 zich in een toestandbevindt waarbij elektrisch vermogen wordt opgewekt.

D.w.z. dat wanneer de brandstofcel werkt en vermogen opwekt, de ontlaadketen in het geheel niet tot stand wordt gebracht. Anderzijdswordt, wanneer een onderbrekingscommando aan de brandstofcel uit de be-sturingsketen 4 wordt toegevoerd, of wanneer de voedingsbron van de be-sturingsinrichting faalt, de ontlaadketen wel tot stand gebracht, zodatde brandstofcel wordt ontladen totdat de brandstofcelspanning afneerattot een waarde, welke kleiner is dan de vooraf ingestelde spanning (Vst).

Zoals bovenstaand beschreven kan volgens de uitvinding, aange¬zien de ontladingsbaan voor de brandstofcel tot stand wordt gebrachtvoor het uitvoeren van een ontlading over een ontlaadweerstand, de ketencompact worden uitgevoerd. Bovendien blijft, zelfs indien de werkingvan de brandstofcel 1 wordt onderbroken of de besturingsvermogensbron,welke elektrisch vermogen aan de besturingsketen levert, faalt de wer¬king van de ontlaadketen behouden onder gebruik van de door de brandstof¬cel zelf opgewekte spanning. Dientengevolge kan de ontlaadketen volgensde uitvinding op een doeltreffende wijze de degradatie van de brandstof¬cel beletten.

Claims (4)

1. Celontlaadketen voor een brandstofcel waarvan de ontlaadbaan vande brandstofcel zich over een ontlaadweerstand uitstrekt, gekenmerktdoor: organen om de ontlaadbaan te schakelen, en organen om de organen voor het schakelen in responsie op een doorde brandstofcel zelf opgewekte spanning, te besturen.

2. Celontlaadketen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de scha-kelorganen zijn voorzien van een transistor, die in serie met de ont¬laadweerstand is verbonden en door de besturingsorganen wordt bestuurd.

3. Celontlaadketen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de be-dieningsorganen zijn voorzien van een zenerdiode, welke de zelf opgewek¬te spanning ontvangt, welke zenerdiode met de organen voor het schakelenis verbonden.

4. Celontlaadketen volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de be-dieningsorganen zijn voorzien van een zenerdiode, welke de zelf opgewek¬te spanning ontvangt, waarbij deze zenerdiode met de basis van de tran¬sistor is verbonden.