[发明专利]燃料电池系统和驱动该燃料电池系统的方法

说明书

本发明涉及燃料电池系统和驱动该燃料电池系统的方法，包括通过连接至少一种保持工作状态的分系统的动态功率调整低压系统、起动系统和/或供电盘(Bordstromversorgung)。

例如，由EP 0677411B1已知一种包括多个燃料电池组件的燃料电池系统。该文献提出根据结构将燃料电池模块(modul)划分成多个组件，因为要么是所需单个电池的数量超过固定燃料电池系统的组件，要么是运输工具中驱动单元的重量要求分成两个组件。

已知的燃料电池系统的结构几乎不可能适应动态功率，例如在检修过程中，因为它们仅能通过较高的工作压力、较高的反应气体浓度等呈现连续的功率增大。此外，具有燃料电池系统的已知系统的不足是例如对于固定燃料电池系统的夏季工作和/或夜间工作、对于供电盘或作为动系统动态工作的备件既不能提供低压机组也不能提供附件。

因此，本发明的目的是提供一种燃料电池系统，该系统能够提供动态功率匹配和/或具有低电压附件。

本发明的另一目的是提供一种驱动这一系统的方法。

本发明的主题涉及一种燃料电池系统，它包括至少两个分开的可驱动的分系统。

本发明的另一主题涉及一种驱动燃料电池系统的方法，其中至少两个分系统是可分开驱动的。

根据系统的一优选实施方案，系统具有分开的电压调节和/或电功率(Leistungselektronik)。

根据系统的一优选实施方案，分系统是电串联连接的，以使系统的电压数值达到最大，约在小的分系统中，具有许多电池，但电极的面积较小(也称为“带状电池”，特征在于燃料电池单元的电池平面形成不同电位)。在起动系统的结构中，应考虑到这种关系。为了使电流达到最大，将电压相同的分系统(例如通过带状电池串联连接)以并联连接。对此，应确保与负荷无关的驱动电机所需的电压。

根据本发明一优选的实施方案，系统的至少一个分系统包括至少一个高温-聚合物-电解质-膜(HTM)-燃料电池和/或聚合物-电解质-膜(PEM)燃料电池。

“分系统”是指具有至少一个燃料电池单元的堆积体或组件。既可将多个分系统安装在同一壳体中，也可将其分装在分开的壳体中。例如两个分系统可以分开，即独立地活化、驱动、控制和调节。每一分系统提供了总的工作电压，此外，只有一个分系统被用作低压机组。分系统的独立性既包括短时的元件，也包括驱动元件，即分系统可以依次地运行并且以不同的工作方式和第二个同时运行。同时包括两种方案的组合，其中一个分系统迟起动并且是在另一个工作条件下运行的。

例如，一个系统包括具有下列功率分配的3个分系统：10kW、20kW和再一个20kW。20kW组块足以在测量的电压值下起动，然后需要时，接通另一个组块以使动态功率增大。每一分系统提供全起动电压和/或工作电压。

根据另一实施例，并联和/或串联的组件是这样工作的：在该实施例中，燃料电池系统包括3个分开的组件，这些组件可以串联连接和/或并联连接：组件1的作用是稳定地供电并具有低的工作电压(电极的数量)和平均的电流功率(电极面积)，组件2具有的电极(电压)数量较多并且同样具有平均的电流功率，最后一个组件3在较高的电流功率下具有满工作电压，当然能持续较长的时间，直到达到工作温度。当组件1和2串联连接时，这样它们也能提供满工作电压，即起动系统所需的电压，例如与组件3的电压相当，尽管它们不提供系统的输出功率(与电流/电极面积有关)，但是它们可以快速地运行加热和随时可供使用。串联连接的组件1和2接通可以起动运输工具并且组件3不久进入运行加热，进行工作，组件1和2关闭或例如在检修过程中又被接通，如果所有的3个组件不能提供工作所需的全部总功率的话组件1可以分开使用供电盘。在高速公路上运行时，彼此间串联连接的组件1和2甚至与组件3并联连接，其中可使用产生电流和驱动运输工具的3个分开组件的总电极面积。

根据另一实施例，系统包括10个分系统，每一分系统的功率为5kW。在这种情况下，维护/修理相当简便，因为单个系统较小并且在损坏/维修时易于更换。

根据需要，可连接的分系统包括常规的燃料电池(大面积、高安培燃料电池)或带状电池(小面积、串联时具有高电压数值)，其中既需要较高的电压，又需要较高的电流。