[发明专利]燃料电池系统和操作燃料电池系统的方法

说明书

一种燃料电池系统(1)包括至少一个具有第一和第二供电端子(101,102)的燃料电池模块(10)，该供电端子(101,102)在燃料电池模块的操作期间具有施加到其上的电输出电压(U_A)并且被配置连接电力负载(2)，还包括连接至少一个燃料电池模块(10)以可调节的空气量向燃料电池模块(10)供应作为用于产生燃料电池模块的输出电压(U_A)的反应物之一的空气(51)的空气供应装置(40)，还包括连接至少一个燃料电池模块(10)和连接空气供应装置(40)的控制装置(30)，其用于控制至少一个燃料电池模块(10)在第一和第二供电端子(101,102)处的输出功率和用于调节由空气供应装置(40)供应的空气量，控制装置(30)被配置以检测负载(2)的负载需求，并且根据检测到的负载需求控制至少一个燃料电池模块(10)的输出功率，同时根据检测的负载需求基于特定空气比以空气比控制的方式调节和更新由空气供应装置(40)提供的空气量。

技术领域

本发明涉及一种包括多个燃料电池模块的燃料电池系统和一种操作该燃料电池系统的方法。

背景技术

燃料电池由氢气和氧气产生电能。氧气通常以空气(特别是环境空气)的形式供应，氢气从储藏器供应或本地生成，例如从甲醇中生成。燃料电池通常组合在一起形成一个或多个燃料电池堆，并且带有许多外围部件，例如用于供应新鲜操作气体和冷却水的管路，用于排放和/或再循环用过的操作气体和冷却水的管路，传感器，阀门，控制装置，开关，加热器等，没有它们，燃料电池不可能完成操作，也构不成燃料电池模块。这些部件中的一些部件设有保护盖，壳体或护套，并且所有部件或至少大部分部件尽可能紧凑地组装并与燃料电池一起容纳在壳体中。

在一个典型应用中，功率转换器连接在一个或多个燃料电池模块(多个燃料电池模块互连，例如，组成一个燃料电池组)和电力负载(如耗电器，例如一个电动机)之间，其一方面匹配并调节燃料电池模块的输出电压一致于负载的电压，另一方面根据负载需求匹配和调节负载电流。一种典型的连接在燃料电池模块和负载之间的功率转换器，例如DC-DC转换器，包括开关半导体部件，例如功率晶体管，其根据负载电流进行控制和切换以提供与负载需求一致的相应的输出电压或相应的负载电流。取决于具体应用的该DC/DC转换器，在操作中相对昂贵且有损，从而增加了操作的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种包括至少一个燃料电池模块的燃料电池系统，以及一种操作该燃料电池系统的方法，该方法可以节省操作的成本。

本发明涉及根据独立权利要求的一种包括至少一个燃料电池模块的燃料电池系统以及一种操作该燃料电池系统的方法。在从属权利要求中示出了有利的实施例和进一步的改进。

根据第一方面，本发明涉及一种包括至少一个燃料电池模块的燃料电池系统，该燃料电池模块具有第一和第二供电端子，该供电端子在燃料电池模块操作期间具有施加到其上的电输出电压并且被配置连接电力负载，还包括连接至少一个燃料电池模块用于将可调节空气量的空气供应到燃料电池模块的空气供应装置，该空气作为用于产生燃料电池模块输出电压的反应物之一，还包括连接至少一个燃料电池模块和连接空气供应装置的控制装置，其用于控制至少一个燃料电池模块在第一和第二供电端子处的输出功率和用于调节由空气供应装置供应的空气量。控制装置被配置以检测负载的负载需求，并且根据检测到的负载需求控制至少一个燃料电池模块的输出功率，同时根据检测的负载需求基于特定空气比以空气比控制的方式调节和重新调节或更新由空气供应装置提供的空气量。

因此有可能的根据本发明可以省去连接在燃料电池模块和负载之间的功率转换器，例如DC/DC转换器。根据本发明，依据检测的负载需求至少一个燃料电池模块的输出功率被控制，该控制是通过依据检测的负载需求调节和更新由空气供应装置供应的空气量实现。