DE10158514A1 - Steuerung der Temperatur, bei der das Brennstoffzellen-Abgas oxidiert wird - Google Patents
Steuerung der Temperatur, bei der das Brennstoffzellen-Abgas oxidiert wirdInfo
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Abstract
Ein Brennstoffzellen-System beinhaltet einen Brennstoffzellen-Stapel, der während des Betriebs durch Reagieren von zwei Strömen von Reaktionsgasen elektrische Energie erzeugt. Der Brennstoffzellen-Stapel produziert ebenso einen Brennstoffzellen-Abgasstrom. Eine Oxidationseinheit ist so positioniert, dass sie den Brennstoffzellen-Abgasstrom aufnimmt. Die Oxidationseinheit oxidiert zumindest einen Teil des Brennstoffzellen-Abgasstromes in einem Oxidations-Gasstrom während des Betriebs. Ein Temperatursensor ist so positioniert, dass er eine Temperatur der Oxidationseinheit misst, und ein Einlasssystem stellt der Oxidationseinheit zumindest die stöchiometrische Menge des Oxidations-Gasstromes während des Betriebs bereit. Das Einlasssystem steuert die Menge des Oxidations-Gasstromes oberhalb der stöchiometrischen Menge, die der Oxidationseinheit in Abhängigkeit von der Temperatur der Oxidationseinheit bereitgestellt wird.
Description
Die Erfindung betrifft Endgas-Oxidations-Einheiten in einem Brennstoffzellen-
System.
Brennstoffzellen erzeugen elektrische Energie durch Reaktion zweier Brennstoff-
Gasströme miteinander. Einer der Gasströme wird als Anoden-Gas bezeichnet,
während der andere als Kathoden-Gas bezeichnet wird. Bestimmte Brennstoffzellen
verwenden einen Gasstrom als Anoden-Gas, der reich an Wasserstoff ist, und einen
Luftstrom als Kathoden-Gas. Wenn sich die Brennstoffzelle in Betrieb befindet,
reagiert der Wasserstoff in dem Anoden-Gas mit dem Sauerstoff in dem Kathoden-
Gas, um elektrische Leistung zu erzeugen. Abgase, die die Brennstoffzelle verlassen,
können nicht reagierte Brennstoffgase, in den Brennstoff-Gasströmen enthaltene
Verunreinigungen und chemische Produkte der Reaktionen in der Brennstoffzelle
beinhalten.
Mehrere Brennstoffzellen sind typischerweise in einem Stapel angeordnet.
Normalerweise bilden Brennstoffzellen-Stapel Teil eines Systems, bekannt als ein
Brennstoffzellen-System, das einen Brennstoff-Prozessor oder Reformer zur
Erzeugung von einem der Brennstoff-Gasströme umfasst. Beispielsweise kann das
Brennstoffzellen-System, das die Brennstoffzelle des vorhergehenden Beispiels
beinhaltet, auch einen Reformer umfassen, der einen Kohlenwasserstoff, wie
beispielsweise Methan, mit Wasser reagiert, um einen wasserstoffreichen Strom zu
erzeugen. Bestimmte Brennstoffzellen-Systeme umfassen ebenfalls eine anodische
Endgas-Oxidationseinheit (ATO), in denen die Abgase von der Brennstoffzelle
beispielsweise mit Sauerstoff reagiert werden, um umweltschädliche Chemikalien aus
dem Abgas zu eliminieren.
Im Allgemeinen betrifft ein Aspekt der Erfindung ein Brennstoffzellen-System, das
einen Brennstoffzellen-Stapel beinhaltet, der während des Betriebs durch Reagieren
von zwei Reaktionsgasen elektrische Energie erzeugt. Der Brennstoffzellen-Stapel
produziert ebenfalls einen Brennstoffzellen-Abgasstrom. Eine Oxidationseinheit ist so
positioniert, dass sie den Brennstoffzellen-Abgasstrom aufnimmt. Die
Oxidationseinheit oxidiert zumindest einen Teil des Brennstoffzellen-Abgasstromes in
einem Oxidations-Gasstrom, wie beispielsweise Luft, während des Betriebs. Ein
Temperatursensor ist so positioniert, dass er eine Temperatur der Oxidationseinheit
misst, und ein Einlasssystem stellt zumindest die stöchiometrische Menge des
Oxidations-Gasstromes während des Betriebs an der Oxidationseinheit zur
Verfügung. Das Einlasssystem steuert die Menge des Oxidations-Gasstromes
oberhalb der stöchiometrischen Menge, die an der Oxidationseinheit in Abhängigkeit
von der Temperatur der Oxidationseinheit bereitgestellt wird.
Ausgestaltungen der Erfindung können ein oder mehrere der folgenden Merkmale
beinhalten. Das Einlasssystem steuert die Menge des Oxidations-Gasstromes in
Abhängigkeit von der Temperatur der Oxidationseinheit, um die Temperatur der
Oxidationseinheit auf einer Soll-Temperatur zu halten. Das Einlasssystem beinhaltet
eine Quelle, wie beispielsweise ein Gebläse, um den Oxidations-Gasstrom
bereitzustellen, und eine Steuerung, um die Menge des von der Quelle in
Abhängigkeit von der Temperatur der Oxidationseinheit zur Verfügung gestellten
Oxidationsstromes zu steuern. Der Temperatursensor erzeugt ein Temperatursignal,
das der Temperatur der Oxidationseinheit entspricht, und die Steuerung beinhaltet
einen Prozessor, der so programmiert ist, dass er ein Steuersignal auf der Basis des
Temperatursignals erzeugt. Die Quelle stellt den Oxidations-Gasstrom in
Abhängigkeit von dem Steuersignal zur Verfügung.
Die Steuerung speichert eine stöchiometrische Tabelle zur Bestimmung einer
stöchiometrischen Menge des Oxidations-Gasstromes und verwendet die
stöchiometrische Tabelle, wenn das Steuersignal generiert wird, um die Quelle
anzusteuern, um zumindest die stöchiometrische Menge des Oxidations-Gasstromes
der Oxidationseinheit bereitzustellen. Ein Messgerät misst eine Menge der durch das
System erzeugten elektrischen Leistung und generiert ein entsprechendes Lastsignal.
Die stöchiometrische Tabelle setzt das Lastsignal mit einem Gebläse-Steuersignal in
Beziehung, was bewirkt, dass das Gebläse die stöchiometrische Menge des
Oxidations-Gasstromes an der Oxidationseinheit bereitstellt. Die Steuerung verwendet
das Lastsignal und die stöchiometrische Tabelle, wenn das Steuersignal generiert
wird, um die Quelle anzusteuern, um der Oxidationseinheit zumindest die
stöchiometrische Menge des Oxidations-Gasstromes an der Oxidationseinheit
bereitzustellen.
Im Allgemeinen betrifft ein weiterer genereller Aspekt der Erfindung ein Verfahren,
das das Erzeugen einer elektrischen Energie in einem Brennstoffzellen-Stapel durch
die Reaktion von zwei Reaktionsgasströmen zur Erzeugung eines Brennstoffzellen-
Abgasstromes, Oxidieren zumindest eines Teils des Brennstoffzellen-Abgasstromes
unter Verwendung eines Oxidations-Gasstromes in einer Oxidationseinheit, Messen
einer Temperatur der Oxidationseinheit, Bereitstellen zumindest der
stöchiometrischen Menge des Oxidations-Gasstromes für die Oxidationseinheit, und
Steuern der Menge des Oxidations-Gasstromes oberhalb der stöchiometrischen
Menge, die der Oxidationseinheit in Abhängigkeit von der Temperatur bereitgestellt
wird, beinhaltet.
Ausgestaltungen des Aspekts der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden
Merkmale beinhalten. Die Menge des Oxidations-Gasstromes wird in Abhängigkeit
von der Temperatur der Oxidationseinheit gesteuert, um die Temperatur der
Oxidationseinheit auf einer Soll-Temperatur zu halten. Ein der Temperatur der
Oxidationseinheit entsprechendes Temperatursignal wird erzeugt und ein Steuersignal
auf Basis des Temperatursignals wird erzeugt. Der Oxidationsstrom wird in
Abhängigkeit von dem Steuersignals zur Verfügung gestellt.
Eine stöchiometrische Tabelle zur Bestimmung einer stöchiometrischen Menge des
Oxidations-Gasstromes ist gespeichert und wird verwendet, wenn das Steuersignal
erzeugt wird, um der Oxidationseinheit zumindest die stöchiometrische Menge des
Oxidations-Gasstromes bereitzustellen. Eine Menge der durch das System erzeugten
elektrischen Leistung wird gemessen, und ein der Menge der elektrischen Leistung
entsprechendes Lastsignal wird erzeugt. Die stöchiometrische Tabelle setzt das
Lastsignal mit der stöchiometrischen Menge des Oxidations-Gasstromes in
Beziehung, und das Steuersignal wird auf der Basis des Lastsignals und der
stöchiometrischen Tabelle erzeugt, um der Oxidationseinheit zumindest die
stöchiometrische Menge des Oxidations-Gasstromes bereitzustellen.
Neben anderen Vorteilen regelt das Steuern der Temperatur der anodischen Endgas-
Oxidationseinheit durch beispielsweise Halten der Temperatur auf einer Soll-
Betriebstemperatur die Mengen der umweltschädlichen Chemikalien in dem Abgas
der Oxidationseinheit. Folglich kann die Erfindung verwendet werden, um die
Mengen der umweltschädlichen Chemikalien in dem Oxidations-Abgas unterhalb
eines Schwellenwertes zu halten.
Details einer oder mehrerer Ausgestaltungen der Erfindung werden in der
beiliegenden Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung angeführt. Andere
Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung und
der Zeichnung sowie aus den Ansprüchen, deutlich werden.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellen-Systems.
Wie in Fig. 1 gezeigt, weist ein Brennstoffzellen-System 10 zur Bereitstellung
elektrischer Energie an einen Verbraucher/eine Last 12 einen negativen elektrischen
Anschluss 16 und einen positiven elektrischen Anschluss 17 zum Verbinden mit
entsprechenden Anschlüssen des Verbrauchers auf. Verbraucher 12 umfasst
typischerweise ein Leistungsanpassungs-System und einen Schaltkreis auf, mit
welchen elektrische Einrichtungen und/oder Geräte verbunden werden. Wenn sich das
Brennstoffzellen-System 10 in Betrieb befindet, liefert es elektrische Energie zu dem
Verbraucher 12, indem zwischen den Anschlüssen 16 und 17 eine Potential-Differenz
erzeugt wird. Ein Leistungsmessgerät 13 misst die Rate, zu welcher die elektrische
Energie an den Verbraucher 12 ("Elektrische Leistung") geliefert wird, und erzeugt
ein Lastsignal 15, das der gemessenen elektischen Leistung entspricht.
Das Brennstoffzellen-System 10 beinhaltet einen Brennstoffzellen-Stapel 22, der
elektrische Energie erzeugt, indem er einen wasserstoffreichen Gasstrom 34, der von
einem Reformer 20 produziert wird, verwendet. Der Brennstoffzellen-Stapel 22
produziert ebenso ein Anoden-Abgas 14, das Restmengen an Wasserstoffgas von dem
wasserstoffreichen Strom 34 und Kohlenwasserstoffe von dem Reformer 20 enthält.
Eine Anodenendgas-Oxidationseinheit 24 unterstützt eine Oxidationsreaktion
zwischen den Bestandteilen des Anoden-Abgases 14 und der Luft 26, um ein
Oxidations-Abgas 30 zu produzieren. Luft 26 wird als ATO-Oxidationsstrom
bezeichnet. Ein Luftgebläse 31 stellt die Luft 26 an der Anodenengas-
Oxidationseinheit 24 zur Verfügung. Zumindest ein Anteil der Luft 26 kann ebenso
von dem Kathoden-Abgas der Brennstoffzelle aus dem Luftstrom 44 stammen.
Andere Quellen für ATO-Oxidationsmittel sind möglich. Ein Temperatursensor 32,
wie beispielsweise ein Thermoelement, misst die Temperatur innerhalb der
Anodenengas-Oxidationseinheit 24 und erzeugt ein Temperatursignal 34. Eine
Steuerung 36, welche ein Steuersignal 38 erzeugt, regelt, wieviel Luft 26 das Gebläse
31 der Anodenengas-Oxidationseinheit 24 bereitstellt. Die Steuerung 36 steuert das
Gebläse 31, um Luft 26 bereitzustellen oberhalb der Menge, die benötigt wird, um die
Kohlenwasserstoffe und den Wasserstoff in dem Anoden-Abgas 14 zu oxidieren. Die
Steuerung 36 steuert die Temperatur des Anoden-Abgases 14 durch Steuerung der
Menge der Luft 26, die in die Anodenengas-Oxidationseinheit 24 geleitet wird.
Erhöhen der Strömung der Luft 26 in die Anodenengas-Oxidationseinheit 24 oberhalb
der stöchiometrischen Menge tendiert dazu, die Temperatur der Einheit 24 zu senken,
indem Wärme von der Oxidationseinheit 24 weggeführt wird.
Ein Reformer 20 reagiert einen Kohlenwasserstoff 40, wie beispielsweise Methan, mit
Dampf 42 und Sauerstoff 43, um einen wasserstoffreichen Gasstrom 34 zu erzeugen,
welcher beispielsweise ca. 30% Wasserstoffgas enthält. Da der Reformer 20 nicht
vollständig effizient bei der Umwandlung des Kohlenwasserstoffs in Wasserstoff ist,
enthält der wasserstoffreiche Strom 34 ebenfalls Restmengen des Kohlenwasserstoffs
40. Typischerweise setzen sich mehr als 2% des wasserstoffreichen Stroms 34 aus
Rest-Kohlenwasserstoffen zusammen. Der wasserstoffreiche Strom 34 kann ebenfalls
Restmengen von Kohlenmonoxid, z. B. 30 ppm, enthalten.
Der Brennstoffzellen-Stapel 22 ist z. B. ein Stapel aus Protonen-Austausch-Membran-
Brennstoffzellen, die jeweils etwas von dem wasserstoffreichen Strom 32 (Anoden-
Gas) mit einem Luftstrom 44 (Kathoden-Gas) reagieren, um elektrische Energie zu
erzeugen. Die Reaktion in dem Brennstoffzellen-Stapel 22 erzeugt auch Anoden-
Abgas 14. Das Anoden-Abgas 40 enthält Restmengen von unreagiertem Wasserstoff
aus dem wasserstoffreichen Strom 34 zusätzlich zu den vorhergehend beschriebenen
Restmengen des Kohlenwasserstoffs 36. Beispielsweise kann das Anoden-Abgas 40
10% oder mehr unreagiertes Wasserstoffgas enthalten.
Die Anodenendgas-Oxidationseinheit 24 setzt das Anoden-Abgas 14 von dem
Brennstoffzellen-Stapel 22 der Luft 26 bei Vorhandensein eines Katalysators 46, wie
beispielsweise einer Platin- oder Palladium-Matrix, aus, der die Oxidation unterstützt
und Oxidations-Abgas 30 produziert. Wenn der Oxidationsprozess stattfindet bei
Temperaturen, die zu hoch sind (z. B. oberhalb von 800°C), produziert er
unerwünschte Produkte, die schädlich sind, wenn sie in die Umwelt entlassen werden.
Oxidation bei sogar größeren Temperaturen kann zur Schädigung des ATO-
Katalysators führen (z. B. durch Sintern). Andererseits, wenn der Oxidationsprozess
bei niedrigeren Temperaturen stattfindet, werden gutartigere Oxidationsprodukte
erzeugt. Der Katalysator gestattet dem Abgas 14, bei niedrigeren Temperaturen
oxidiert zu werden, als dies in einem anderen Oxidationsapparat möglich wäre, wie
beispielsweise einem Flammen-Verbrennungssystem. Jedoch kann, wenn die
Temperatur des Katalysators zu gering ist (z. B. unterhalb 500°C), der Katalysator die
Kohlenwasserstoffe und den Wasserstoff in dem Anoden-Abgas 14 nicht effektiv
oxidieren. Die Anodenendgas-Oxidationseinheit 24 arbeitet typischerweise bei einer
Temperatur zwischen 500°C und 800°C. Der Oxidationsprozess erzeugt Wärme,
wodurch die Temperatur des Oxidations-Abgases 30 ansteigt. Das Oxidations-Abgas
30 kann zu einer Wärmeentnahme-Vorrichtung 48 geleitet werden, die die Wärme
von dem Abgas 30, beispielsweise zur Verwendung in einer Komponente des
Brennstoffzellen-Systems 10, wie beispielsweise einem Reformer 20, extrahiert.
Die Menge der in der Anodenendgas-Oxidationseinheit 24 produzierten Wärme hängt
von der Menge der durch das Gebläse 31 zur Verfügung gestellten Luft 26 ab. Z. B.,
wenn das Gebläse 31 nicht genügend Luft zur Verfügung stellt, um alle der nicht
oxidierten Kohlenwasserstoffe und des Wasserstoffs in dem Anoden-Abgas 14 zu
oxidieren, wird nur ein Teil des Abgases 14 oxidiert, was nur teilweise zu der
Wärmemenge des Abgases führt. Wenn das Gebläse 31 mehr Luft 26 zur Verfügung
stellt, wird mehr des Anoden-Abgases 14 oxidiert, was zu einem höheren Heizwert
des Abgases 14 führt und in einer höheren Temperatur in der Anodenendgas-
Oxidationseinheit 24 resultiert. Es gibt eine bestimmte Menge an Luft 26, bekannt als
die stöchiometrische Menge, die theoretisch gerade ausreichend ist, um alle der
oxidierbaren Bestandteile in dem Anoden-Abgas 14 zu oxidieren. Wenn das Gebläse
31 die stöchiometrische Menge der Luft 26 bereitstellt, erreicht die Anodenendgas-
Oxidationseinheit 24 eine maximale Energiemenge, was in einer maximalen
Temperatur innerhalb der Oxidationseinheit 24 resultiert.
Wenn das Gebläse 31 Luft 26 oberhalb der stöchiometrischen Menge bereitstellt,
bleibt die durch die Anodenendgas-Oxidationseinheit 24 produzierte Wärme konstant,
da die zusätzliche Luft keine weiteren Bestandteile des Anoden-Abgases 14 oxidiert.
Jedoch, da die überschüssige Luft kälter als die Temperatur der Oxidationseinheit 24
ist, erwärmt etwas von der in der Anodenendgas-Oxidationseinheit 24 produzierten
Wärme die überschüssige Luft und wird abgeführt, wodurch die Temperatur der
Anodenendgas-Oxidationseinheit 24 und des Katalysators 44 herabgesetzt wird.
Folglich sinkt die Temperatur in der Oxidationseinheit 24, wenn dieser überschüssige
Mengen an Luft 26 bereitgestellt werden.
Die Steuerung 36 speichert ein Programm 52, eine Soll-Temperatur des Katalysators
44 und eine stöchiometrische Tabelle 54, die das Lastsignal 15 mit einem Steuersignal
38 in Beziehung setzt, das benötigt wird, um zu bewirken, dass das Gebläse 31 die
stöchiometrische Menge an Luft 26 der Anodenendgas-Oxidationseinheit 24
bereitstellt. Die Steuerung 36 beinhaltet einen Prozessor 50, welcher das Programm
52 zur Erzeugung des Steuersignals 38 durchführt, das steuert, wie viel Luft das
Gebläse 31 der Anodenendgas-Oxidationseinheit 24 zur Verfügung stellt. Die
Steuerung 36 verwendet die stöchiometrische Tabelle 54, das Lastsignal 15 und das
Temperatursignal 34 von dem Sensor 32, der innerhalb der Anodenendgas-
Oxidationseinheit positioniert ist, um die Menge der Luft 26 oberhalb der
stöchiometrischen Menge zu bestimmen, die das Gebläse 31 der Anodenendgas-
Oxidationseinheit 24 zur Verfügung stellen soll, um die Soll-Temperatur zu erhalten.
Die Daten in der stöchiometrischen Tabelle 54 werden während
Kalibrierungsversuchen erhalten, die durchgeführt werden, bevor die Brennstoffzelle
zur Anwendung kommt. Während der Kalibrierungsversuche wird der
Brennstoffzellen-Stapel 22 bei verschiedenen Laststufen betrieben, und Proben des
Anoden-Abgases 14 werden für jeden Wert des Lastsignals 15, das durch das
Leistungsmessgerät 13 gemessen wird, gesammelt. Jede der Proben wird in einem
Gas-Chromatographen analysiert, um die Mengen der Kohlenwasserstoffe und des
Wasserstoffs in der Probe zu bestimmen. Basierend auf der Menge der
Kohlenwasserstoffe und des Wasserstoffs in den Proben wird die stöchiometrische
Menge der Luft bestimmt. In dem man die stöchiometrische Menge der Luft kennt,
die in die Oxidationseinheit 24 eingeleitet werden muss, kann die Drehzahl des
Gebläses 31 und das Steuersignal 38, das benötigt wird, um die Drehzahl zu erzeugen,
bestimmt werden. Entsprechende Werte des Lastsignals 15 und des Steuersignals 38
sind in der stöchiometrischen Tabelle 54 aufgelistet.
Während des Betriebs verwendet der Prozessor 50 das Lastsignal 15 und die
stöchiometrische Tabelle 54, um das stöchiometrische Steuersignal 38 zu ermitteln,
das das Gebläse antreibt, um die stöchiometrische Menge an Luft bereitzustellen. Der
Prozessor 50 überwacht ebenfalls das Temperatursignal 34, was die Temperatur
innerhalb der Anodenendgas-Oxidationseinheit 24 anzeigt, und vergleicht diese
Temperatur mit der Soll-Temperatur 56 des Katalysators 46. Typischerweise wird die
Temperatur innerhalb der Anodenendgas-Oxidationseinheit 24 höher als die Soll-
Temperatur 56 sein, wenn das Gebläse 51 die stöchiometrische Menge an Luft zur
Verfügung stellt. Um die Temperatur innerhalb der Oxidationseinheit 24 auf die Soll-
Temperatur 56 zu verringern, bringt der Prozessor 50 das Gebläse 31 dazu, Luft 26
oberhalb der stöchiometrischen Menge bereitzustellen. Die überschüssige Luft führt
Wärme aus der Anodenendgas-Oxidationseinheit 24 ab und verringert dadurch die
Temperatur innerhalb der Oxidationseinheit.
Der Prozessor 50 steuert die Menge der von dem Gebläse auf der Basis des
Unterschieds zwischen der Soll-Temperatur 56 und der Temperatur innerhalb der
Anodenendgas-Oxidationseinheit 24 zur Verfügung gestellten Menge an
überschüssiger Luft. Auf diese Art und Weise steuert der Prozessor 50 das Gebläse
31, um die Temperatur innerhalb der Anodenendgas-Oxidationseinheit 24 auf der
Soll-Temperatur zu halten. Die Erfindung kann ebenfalls in anderen Ausführungen
verwirklicht werden, die andere Steueranordnungen sowie Hardware- und Software-
Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise, in einer vereinfachten Form, kann die
Erfindung als eine einfache Rückkopplungsschleife zwischen der ATO-Temperatur
und der Oxidations-Gaszufuhr verwirklicht sein.
Es ist verständlich, dass unterschiedliche Modifikationen mit der vorhergehend
beschriebenen Ausgestaltung durchgeführt werden können, ohne den Kern und den
Umfang der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise, obwohl Wasserstoff-/Sauerstoff-
Brennstoffzellen beschrieben wurden, können die hier dargestellten Konzepte eine
Anwendbarkeit in anderen Brennstoffzellen-Systemen haben.
Dementsprechend fallen andere Ausgestaltungen in den Rahmen der folgenden
Ansprüche.
Claims (14)
1. Brennstoffzellen-System umfassend:
einen Brennstoffzellen-Stapel, der während des Betriebs elektrische Energie erzeugt, indem zwei Ströme von Reaktionsgasen miteinander reagieren, wobei der Brennstoffzellen-Stapel ebenso einen Brennstoffzellen-Abgasstrom produziert;
eine Oxidationseinheit, die so positioniert ist, dass sie den Brennstoffzellen- Abgasstrom aufnimmt, wobei die Oxidationseinheit während des Betriebs zumindest einen Teil des Brennstoffzellen-Abgasstromes in einem Oxidationsgasstrom oxidiert;
einen Temperatursensor, der so positioniert ist, dass die Temperatur der Oxidationseinheit gemessen wird; und
ein Einlasssystem, um der Oxidationseinheit eine Menge eines Oxidationsgasstromes zur Verfügung zu stellen oberhalb einer stöchiometrischen Menge, die benötigt wird, um den Anteil des Brennstoffzellen-Abgasstromes zu oxidieren, wobei das Einlasssystem auf die Temperatur der Oxidationseinheit reagiert, indem es die Menge des Oxidationsgases, das bereitgestellt wird, steuert, um eine gewünschte Differenz zwischen der bereitgestellten Menge des Oxidations-Gasstromes und der stöchiometrischen Menge zu erhalten.
einen Brennstoffzellen-Stapel, der während des Betriebs elektrische Energie erzeugt, indem zwei Ströme von Reaktionsgasen miteinander reagieren, wobei der Brennstoffzellen-Stapel ebenso einen Brennstoffzellen-Abgasstrom produziert;
eine Oxidationseinheit, die so positioniert ist, dass sie den Brennstoffzellen- Abgasstrom aufnimmt, wobei die Oxidationseinheit während des Betriebs zumindest einen Teil des Brennstoffzellen-Abgasstromes in einem Oxidationsgasstrom oxidiert;
einen Temperatursensor, der so positioniert ist, dass die Temperatur der Oxidationseinheit gemessen wird; und
ein Einlasssystem, um der Oxidationseinheit eine Menge eines Oxidationsgasstromes zur Verfügung zu stellen oberhalb einer stöchiometrischen Menge, die benötigt wird, um den Anteil des Brennstoffzellen-Abgasstromes zu oxidieren, wobei das Einlasssystem auf die Temperatur der Oxidationseinheit reagiert, indem es die Menge des Oxidationsgases, das bereitgestellt wird, steuert, um eine gewünschte Differenz zwischen der bereitgestellten Menge des Oxidations-Gasstromes und der stöchiometrischen Menge zu erhalten.
2. Brennstoffzellen-System nach Anspruch 1, wobei das Einlasssystem die
Menge des Oxidations-Gasstromes in Abhängigkeit von der Temperatur der
Oxidationseinheit steuert, um die Temperatur der Oxidationseinheit auf einer
Soll-Temperatur zu halten.
3. Brennstoffzellen-System nach Anspruch 1, wobei das Einlasssystem umfasst:
eine Quelle zum Bereitstellen des Oxidations-Gasstromes; und
eine Steuerung zum Steuern der Menge des Oxidationsstromes welcher durch die Quelle in Abhängigkeit von der Temperatur der Oxidationseinheit bereitgestellt wird.
eine Quelle zum Bereitstellen des Oxidations-Gasstromes; und
eine Steuerung zum Steuern der Menge des Oxidationsstromes welcher durch die Quelle in Abhängigkeit von der Temperatur der Oxidationseinheit bereitgestellt wird.
4. Brennstoffzellen-System nach Anspruch 3, wobei:
der Temperatursensor ein Temperatursignal erzeugt, das der Temperatur der Oxidationseinheit entspricht;
die Steuerung einen Prozessor umfasst, der so programmiert ist, dass er ein Steuersignal auf der Grundlage des Temperatursignals erzeugt; und
die Quelle den Oxidations-Gasstrom in Abhängigkeit von dem Steuersignal zur Verfügung stellt.
der Temperatursensor ein Temperatursignal erzeugt, das der Temperatur der Oxidationseinheit entspricht;
die Steuerung einen Prozessor umfasst, der so programmiert ist, dass er ein Steuersignal auf der Grundlage des Temperatursignals erzeugt; und
die Quelle den Oxidations-Gasstrom in Abhängigkeit von dem Steuersignal zur Verfügung stellt.
5. Brennstoffzellen-System nach Anspruch 4, wobei die Steuerung eine
stöchiometrische Tabelle gespeichert hat, um die stöchiometrische Menge des
Oxidations-Gasstromes zu bestimmen, und wobei die Steuerung die
stöchiometrische Tabelle verwendet, wenn das Steuersignal erzeugt wird, um
die Quelle anzusteuern, um der Oxidationseinheit zumindest die
stöchiometrische Menge des Oxidations-Gasstromes an der Oxidationseinheit
bereitzustellen.
6. Brennstoffzellen-System nach Anspruch 5, weiter aufweisend:
ein Messgerät zum Messen der Menge der von dem System erzeugten elektrischen Leistung, wobei das Messgerät ein Lastsignal erzeugt, das der Menge der elektrischen Leistung entspricht;
wobei:
Die stöchiometrische Tabelle das Lastsignal zu der stöchiometrischen Menge des Oxidations-Gasstromes in Beziehung setzt, und wobei die Steuerung das Lastsignal und die stöchiometrische Tabelle verwendet, wenn das Steuersignal erzeugt wird, um die Quelle anzusteuern, um der Oxidationseinheit zumindest die stöchiometrische Menge des Oxidations-Gasstromes bereitzustellen.
ein Messgerät zum Messen der Menge der von dem System erzeugten elektrischen Leistung, wobei das Messgerät ein Lastsignal erzeugt, das der Menge der elektrischen Leistung entspricht;
wobei:
Die stöchiometrische Tabelle das Lastsignal zu der stöchiometrischen Menge des Oxidations-Gasstromes in Beziehung setzt, und wobei die Steuerung das Lastsignal und die stöchiometrische Tabelle verwendet, wenn das Steuersignal erzeugt wird, um die Quelle anzusteuern, um der Oxidationseinheit zumindest die stöchiometrische Menge des Oxidations-Gasstromes bereitzustellen.
7. Brennstoffzellen-System nach Anspruch 3, wobei die Quelle ein Gebläse ist.
8. Brennstoffzellen-System nach Anspruch 3, wobei der Oxidations-Gasstrom
ein Luftstrom ist.
9. Verfahren umfassend:
Erzeugen von elektrischer Energie in einem Brennstoffzellen-Stapel durch Reagieren von zwei Strömen von Reaktionsgasen, um einen Brennstoffzellen- Abgasstrom zu produzieren;
Oxidieren zumindest eines Teils des Brennstoffzellen-Abgasstroms unter Verwenden eines Oxidations-Gasstromes in einer Oxidationseinheit;
Messen einer Temperatur der Oxidationseinheit;
Bereitstellen einer Menge des Oxidations-Gasstromes für die Oxidationseinheit oberhalb einer stöchiometrischen Menge, die benötigt wird, um den Teil des Brennstoffzellen-Abgasstromes während des Betriebs zu oxidieren; und
Reagieren auf die gemessene Temperatur durch Steuern der Menge des Oxidationsgases, das bereitgestellt ist, um eine gewünschte Differenz zwischen der bereitgestellten Menge des Oxidations-Gasstromes und der stöchiometrischen Menge zu erreichen.
Erzeugen von elektrischer Energie in einem Brennstoffzellen-Stapel durch Reagieren von zwei Strömen von Reaktionsgasen, um einen Brennstoffzellen- Abgasstrom zu produzieren;
Oxidieren zumindest eines Teils des Brennstoffzellen-Abgasstroms unter Verwenden eines Oxidations-Gasstromes in einer Oxidationseinheit;
Messen einer Temperatur der Oxidationseinheit;
Bereitstellen einer Menge des Oxidations-Gasstromes für die Oxidationseinheit oberhalb einer stöchiometrischen Menge, die benötigt wird, um den Teil des Brennstoffzellen-Abgasstromes während des Betriebs zu oxidieren; und
Reagieren auf die gemessene Temperatur durch Steuern der Menge des Oxidationsgases, das bereitgestellt ist, um eine gewünschte Differenz zwischen der bereitgestellten Menge des Oxidations-Gasstromes und der stöchiometrischen Menge zu erreichen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, weiter umfassend:
Steuern der Menge des Oxidations-Gasstromes in Abhängigkeit von der Temperatur der Oxidationseinheit, um die Temperatur der Oxidationseinheit auf einer Soll-Temperatur zu halten.
Steuern der Menge des Oxidations-Gasstromes in Abhängigkeit von der Temperatur der Oxidationseinheit, um die Temperatur der Oxidationseinheit auf einer Soll-Temperatur zu halten.
11. Verfahren nach Anspruch 9, weiter umfassend:
Erzeugen eines Temperatursignals, das der Temperatur der Oxidationseinheit entspricht;
Erzeugen eines Steuersignals auf der Basis des Temperatursignals; und
Bereitstellen des Oxidations-Gasstromes in Abhängigkeit von dem Steuersignal.
Erzeugen eines Temperatursignals, das der Temperatur der Oxidationseinheit entspricht;
Erzeugen eines Steuersignals auf der Basis des Temperatursignals; und
Bereitstellen des Oxidations-Gasstromes in Abhängigkeit von dem Steuersignal.
12. Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend:
Speichern einer stöchiometrischen Tabelle zur Bestimmung einer stöchiometrischen Menge des Oxidations-Gasstromes;
Verwenden der stöchiometrischen Tabelle, wenn das Steuersignal erzeugt wird, um der Oxidationseinheit zumindest die stöchiometrische Menge des Oxidations-Gasstromes an bereitzustellen.
Speichern einer stöchiometrischen Tabelle zur Bestimmung einer stöchiometrischen Menge des Oxidations-Gasstromes;
Verwenden der stöchiometrischen Tabelle, wenn das Steuersignal erzeugt wird, um der Oxidationseinheit zumindest die stöchiometrische Menge des Oxidations-Gasstromes an bereitzustellen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, weiter umfassend:
Messen einer Menge der durch das System erzeugten elektrischen Leistung;
Erzeugen eines Lastsignals, welches der Menge der elektrischen Leistung entspricht, wobei die stöchiometrische Tabelle das Lastsignal zu der stöchiometrischen Menge des Oxidations-Gasstromes in Verbindung setzt;
Erzeugen des Steuersignals auf der Basis des Lastsignals und der stöchiometrischen Tabelle, um der Oxidationseinheit zumindest die stöchiometrische Menge des Oxidations-Gasstromes bereitzustellen.
Messen einer Menge der durch das System erzeugten elektrischen Leistung;
Erzeugen eines Lastsignals, welches der Menge der elektrischen Leistung entspricht, wobei die stöchiometrische Tabelle das Lastsignal zu der stöchiometrischen Menge des Oxidations-Gasstromes in Verbindung setzt;
Erzeugen des Steuersignals auf der Basis des Lastsignals und der stöchiometrischen Tabelle, um der Oxidationseinheit zumindest die stöchiometrische Menge des Oxidations-Gasstromes bereitzustellen.
14. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Oxidations-Gasstrom ein Luftstrom ist.
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