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DE102019206578A1 - Brennstoffzellenstapel mit Heizelement, Brennstoffzellensystem und Fahrzeug - Google Patents

Brennstoffzellenstapel mit Heizelement, Brennstoffzellensystem und Fahrzeug Download PDF

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DE102019206578A1
DE102019206578A1 DE102019206578.3A DE102019206578A DE102019206578A1 DE 102019206578 A1 DE102019206578 A1 DE 102019206578A1 DE 102019206578 A DE102019206578 A DE 102019206578A DE 102019206578 A1 DE102019206578 A1 DE 102019206578A1
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cell stack
heating element
main supply
supply channel
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DE102019206578.3A
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Inventor
Ian Stewart
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Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
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Abstract

Um einen Brennstoffzellenstapel (100), umfassend einen Stapel abwechselnd angeordneter Membran-Elektroden-Anordnungen (10) und Bipolarplatten (12), die von Hauptversorgungskanälen (101 - 106) zur Zu- und Abführung von Reaktanten und eines Kühlmediums in Stapelrichtung (S) durchdrungen werden, sowie ein Heizelement (30) zur Temperierung des Brennstoffzellenstapels (100), derart zu verbessern, dass dieser bei niedrigen Temperaturen gegenüber dem Stand der Technik eine optimierte Inbetriebnahme erlaubt, wird vorgeschlagen, dass in mindestens einem der Hauptversorgungskanäle (103, 106) zur Zu- oder Abführung des Kühlmediums jeweils zumindest ein sich in Stapelrichtung (S) erstreckendes Heizelement (30) angeordnet ist.Zudem werden ein Brennstoffzellensystem und ein Fahrzeug offenbart.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel, umfassend einen Stapel abwechselnd angeordneter Membran-Elektroden-Anordnungen und Bipolarplatten, die von Hauptversorgungskanälen zur Zu- und Abführung von Reaktanten und eines Kühlmediums in Stapelrichtung durchdrungen werden, sowie ein Heizelement zur Temperierung des Brennstoffzellenstapels, ein Brennstoffzellensystem und ein Fahrzeug.
  • Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Einheit (MEA für membrane electrode assembly), die ein Gefüge aus einer ionenleitenden (meist protonenleitenden) Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten katalytischen Elektrode (Anode und Kathode) ist. Letztere umfassen zumeist geträgerte Edelmetalle, insbesondere Platin. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Einheit an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl im Stapel (stack) angeordneter MEA gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen den einzelnen Membran-Elektroden-Einheiten sind in der Regel Bipolarplatten (auch Flussfeldplatten genannt) angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten, sicherstellen und üblicherweise auch der Kühlung dienen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den MembranElektroden-Einheiten.
  • Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff (Anodenbetriebsmedium), insbesondere Wasserstoff H2 oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, über ein anodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen stattfindet (H2 → 2 H+ + 2 e-). Über den Elektrolyten oder die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen H+ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird über ein kathodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch (zum Beispiel Luft) zugeführt, sodass eine Reduktion von O2 zu O2- unter Aufnahme der Elektronen stattfindet (½ O2 + 2 e- → O2-). Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum die Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser (O2- + 2 H+ → H2O).
  • Es sind verschiedenste Heizsysteme für Brennstoffzellensysteme bekannt:
    • In der US 20160141647 A1 wird ein Brennstoffzellensystem mit einem Kühlsystem offenbart, das mit einem Kühlsystem eines elektrischen Heizers verbunden ist, wobei überschüssige Leistung des Brennstoffzellensystems an den Heizer abgeleitet wird. Der Heizer wird gekühlt, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Heizer-Kühlsystem in einen Temperaturbereich fällt, in dem sich der Leistungsverbrauch des elektrischen Heizers abrupt ändert.
  • US 7763368 B2 beschreibt ein Brennstoffzellensystem mit einem Kraftstoffprozessor, der einen Reformer aufweist, über den Wasserstoff erzeugt wird, wobei dem Reformer über ein Heizelement Wärme zugeführt werden kann.
  • In der US 7485382 B2 wird ein Frostschutzsystem für Brennstoffzellenstapel beschrieben, das eine Vielzahl von parallel geschalteten Brennstoffzellenstapeln aufweist, wobei jedem Brennstoffzellenstapel ein elektrischer Heizer zugeordnet ist und die in Wärmeübertragungsverbindung mit dem jeweiligen Brennstoffzellenstapel stehen. Der Heizer ist bevorzugt als Stirnplattenheizer ausgebildet.
  • In der US 20050175875 A1 wird offenbart, dass zur Verbesserung der Anlaufzeit für ein Brennstoffzellensystem bei niedrigen Umgebungstemperaturen der Kühlmittelkreislauf einen Standardkreislauf und einen zusätzlichen Anlaufkreislauf aufweist, wobei der Anlaufkreislauf ein reduziertes Volumen aufweist, das durch ein Heizelement im Vergleich zu dem Standardkreislauf schneller temperiert werden kann.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung einen Brennstoffzellenstapel bereitzustellen, der bei niedrigen Temperaturen eine optimierte Inbetriebnahme erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Brennstoffzellenstapel und die weiteren Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Erfindungsgemäß wird ein Brennstoffzellenstapel bereitgestellt, der einen Stapel abwechselnd angeordneter Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) und Bipolarplatten aufweist. Dieser Stapel wird in Stapelrichtung von Hauptversorgungskanälen durchdrungen, die zur Zu- und Abführung von Reaktanten, beispielsweise Wasserstoff und Luft, und eines Kühlmediums dienen. Zur Temperierung des Brennstoffzellenstapels ist zumindest ein Heizelement in dem Hauptversorgungskanal zur Zu- oder Abführung des Kühlmediums oder beiden Hauptversorgungskanälen zur Zu- und Abführung des Kühlmediums in direktem Kontakt zu diesem angeordnet. Das zumindest eine Heizelement erstreckt sich in Stapelrichtung im jeweiligen Hauptversorgungskanal.
  • Die Hauptversorgungskanäle verlaufen üblicherweise in inaktiven Randbereichen der Brennstoffzelle. Die Betriebsmedien und das Kühlmittel werden durch einen zentralen, aktiven Bereich geführt, in dem die Zellreaktion stattfindet und anschließend über einen Hauptversorgungskanal im inaktiven Randbereich wieder abgeleitet.
  • Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Brennstoffzellenstapels verbessert die Temperierung des Stapels, insbesondere bei niedrigen Temperaturen von unter -20°C, bei denen nach längeren Standzeiten ein Neustart eines Brennstoffzellensystem Probleme bereiten kann. Durch die Anordnung des zumindest einen Heizelements in einem Hauptversorgungskanal wird das zu temperierende Volumen des Kühlmittels reduziert, so dass dieses vorteilhafterweise besonders effizient auf die gewünschte Betriebstemperatur gebracht werden kann.
  • Daher ist es bevorzugt, dass der freie Querschnitt des Hauptversorgungskanals, in dem sich zumindest ein Heizelement befindet, geringer ist als der freie Querschnitt des Hauptversorgungskanals ohne das zumindest eine Heizelement, um vorteilhafterweise ein in der Summe ausreichend großes Kühlmittelvolumen bereitstellen zu können.
  • Besonders bevorzugt ist es, das zumindest eine Heizelement im Hauptversorgungskanal zur Zuführung des Kühlmittels anzuordnen, da das temperierte Kühlmittel anschließend durch die einzelnen Lagen (Bipolarplatten) geleitet wird und somit den Stapel unmittelbar temperieren kann.
  • Das zumindest eine Heizelement ist vorzugsweise im Hauptversorgungskanal mittels zumindest eines Abstandshalters fixiert, um im Fahrbetrieb eines Fahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel Beschädigungen durch Erschütterungen sicher zu vermeiden.
  • Vorzugsweise weist der Brennstoffzellenstapel mehr als ein Heizelement, also zumindest zwei Heizelement auf, die nebeneinander angeordnet sein können. Über die Anzahl der Heizelemente und deren Querschnittsfläche lässt sich die Menge an Kühlmittel in vom Fachmann angestrebter Weise reduzieren, so dass nur ein kleines Volumen, wie bereits oben beschrieben, effektiv erwärmt werden muss.
  • Bei Bipolarplatten eines Brennstoffzellenstapels kann es sein, dass sogenannte „backfeed slots“ (Rückführungsöffnungen) vorgesehen sind. Diese sind im Verteilerbereich vorgesehen und ermöglichen es, Betriebsmedien von einer Seite der Bipolarplatten zur anderen zu leiten. Um auch hier eine optimale Temperierung zu gewährleisten, ist es bei derartigen Bipolarplatten bevorzugt, dass das zumindest eine Heizelement im Hauptversorgungskanal derart angeordnet wird, dass es möglichst dicht benachbart zu dem oder den „backfeed slots“ ist.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich zumindest das zumindest eine Heizelement über die gesamte Länge des jeweiligen Hauptversorgungskanals, um eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit über die Höhe des Brennstoffzellenstapels zu erzielen, wodurch die Einspeisung in die jeweiligen Brennstoffzellen vereinheitlich wird und somit konstruktiver Aufwand reduziert wird.
  • Auch können, wenn die einzelnen Heizelemente nur eine bestimmte Länge aufweisen, zumindest zwei Heilelemente hintereinander angeordnet werden, um das zu heizende Volumen über eine definierte Strecke zu temperieren. Somit stehen dem Fachmann mehrere Optionen zur Verfügung, um für die jeweiligen Anwendung ein Optimum zu bestimmen. Beide vorgenannten Varianten können vorteilhafterweise miteinander kombiniert werden.
  • Das zumindest eine Heizelement ist derart ausgelegt, dass bei einer vorgegebenen Temperatur der Widerstand abrupt (exponentiell) ansteigt. Dies kann durch Auswahl geeigneter Materialien erfolgen, die dem Fachmann bekannt sind.
  • Vorzugsweise soll die vorgegebene Temperatur im Bereich von 10°C bis 60°C liegen.
  • Durch diese Ausgestaltung des zumindest einen Heizelements ist eine Temperierung eines Brennstoffzellenstapels möglich, bei gleichzeitig reduziertem konstruktiven Aufwand für Verschaltung und Steuerung.
  • Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels ist das zumindest eine Heizelement elektrisch parallel zum Brennstoffzellenstapel geschaltet, so dass vorteilhafterweise kein Lastausgleich im Verlauf der Temperierung erfolgen muss, so dass auch hier ein im Vergleich zum Stand der Technik reduzierter Aufwand zur Steuerung und damit auch ein verringerter konstruktiver Aufwand betrieben werden muss.
  • Um die Funktionen des Brennstoffzellenstapels steuern zu können, ist dieser vorzugsweise mit einer Steuereinheit verbunden, der Bestandteil eines Brennstoffzellensystems sein kann.
  • Ein Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Brennstoffzellensystem, das zumindest einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel aufweist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel aufweist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug, bei dem eine von dem Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie der Versorgung eines Elektrotraktionsmotors und/oder einer Traktionsbatterie bedient.
  • Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
  • Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • 1 einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel;
    • 2 eine Draufsicht auf eine Bipolarplatte des Brennstoffzellenstapels;
    • 3 eine geschnittene Detailansicht zweier Bipolarplatten des Brennstoffzellenstapels;
    • 4 -6 Detailansichten verschiedener Anordnungen von Heizelementen in einem Hauptversorgungskanal einer Bipolarplatte;
    • 7 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels und
    • 8 eine Heizkurve eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels.
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen insgesamt mit 100 bezeichneten Brennstoffzellenstapel gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Brennstoffzellenstapel 100 ist Teil eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, das einen Elektrotraktionsmotor aufweist, der durch den Brennstoffzellenstapel 100 mit elektrischer Energie versorgt wird.
  • Der Brennstoffzellenstapel 100 umfasst eine Vielzahl von abwechselnd, an deren Flachseiten aneinandergereihten (gestapelten) Membran-Elektroden-Anordnungen 10 und Bipolarplatten 12. Insgesamt bilden also mehrere gestapelte Einzelzellen 11 den Brennstoffzellenstapel 100, wobei sowohl eine der Einzelzellen 11, als auch der Brennstoffzellenstapel 100 allgemein als Brennstoffzelle bezeichnet werden können.
  • Jede Einzelzelle 11 umfasst somit jeweils eine MEA 10, die eine hier nicht näher dargestellte ionenleitfähige Polymerelektrolytmembran aufweist sowie beidseits daran angeordnete katalytische Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, welche die jeweilige Teilreaktion der Brennstoffzellenumsetzung katalysieren und insbesondere als Beschichtungen auf der Membran ausgebildet sein können. Zwischen einer Bipolarplatte 12 und der Anode wird somit ein Anodenraum ausgebildet und zwischen der Kathode und der nächsten Bipolarplatte 12 ein Kathodenraum. Die Bipolarplatten 12 dienen der Zuführung der Betriebsmedien in die Anoden- und Kathodenräume und stellen ferner die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Brennstoffzellen 11 her. Zudem verfügen sie über ein System innerer Kühlmittelkanäle, die der Durchleitung eines Kühlmittels und somit der Temperierung des Stapels 10 dienen. Der Brennstoffzellenstapel 10 weist zur Temperierung des Kühlmittels und somit des Brennstoffzellenstapels 10 in dieser Figur nicht dargestellte Heizelemente auf. Diese werden nachstehend bei den folgenden Figuren beschrieben. Um den Brennstoffzellenstapel 10 mit den Betriebsmedien, Reaktanten und dem Kühlmittel zu versorgen, weist der Brennstoffzellenstapel 100 Hauptversorgungskanäle auf, die in 1 nicht dargestellt sind und die den Brennstoffzellenstapel 100 in Stapelrichtung S durchdringen. Der Brennstoffzellenstapel 100 weist beidendseitig Endplatten 18 auf. Die Anoden- und Kathodenräume sind von umlaufenden Dichtungen 20 begrenzt. Unter anderem, um die Dichtfunktion der Dichtungen 20 herzustellen, wird der Brennstoffzellenstapel 100 in der Stapelrichtung S mittels eines Spannsystems zusammengepresst (verpresst). Das Spannsystem umfasst eine äußere Spannvorrichtung 22. Zum Aufbau einer äußeren Spannung leiten längliche Zugkörper 24 der äußeren Spannvorrichtungen 22 Zugkräfte zwischen den beiden Endplatten 18 weiter, sodass die Endplatten 18 mittels der Zugkörper 24 zueinander gezogen werden. Dazu erstrecken sich die Zugkörper 24 in einer Stapelrichtung S des Brennstoffzellenstapels 100.
  • In 2 ist schematisch in einer Aufsicht eine Bipolarplatte 12 dargestellt. Die Bipolarplatte 12 unterteilt sich in einen aktiven Bereich AA (active area), in dem die Brennstoffzellreaktionen stattfinden, und in auf gegenüberliegenden Seiten des aktiven Bereichs angeordnete Versorgungsbereiche SA (supply area) und Verteilerbereiche DA (distribution area), die als inaktiv, bezogen auf die Zellreaktion, bezeichnet werden. Innerhalb der Versorgungsbereiche SA sind Versorgungsöffnungen 121 bis 126, die sich auch in der hier nicht gezeigten MEA 10 finden und im gestapelten Zustand im Rahmen des Brennstoffzellenstapels 100 im Wesentlichen miteinander fluchten und Hauptversorgungskanäle 101 bis 103 zur Zuführung von Anodengas, Kathodengas und Kühlmittel sowie Hauptversorgungskanäle 104 bis 106 zur Abführung von Anodengas, Kathodengas und Kühlmittel innerhalb des Brennstoffzellenstapels 100 ausgebildet.
  • Die Anodeneinlassöffnung 121 dient der Zuführung des Anodenbetriebsgases, also des Brennstoffs, beispielsweise Wasserstoff. Die Anodenauslassöffnung 124 dient der Abführung des Anodenabgases nach Überströmen des aktiven Bereichs AA. Die Kathodeneinlassöffnung 122 dient der Zuführung des Kathodenbetriebsgases, das insbesondere Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gemisch, vorzugsweise Luft ist. Die Kathodenauslassöffnung 125 dienen der Abführung des Kathodenabgases nach Überströmen des aktiven Bereichs AA. Die Kühlmitteleinlassöffnung 123 dient der Zuführung und die Kühlmittelauslassöffnung 126 der Ableitung des Kühlmittels.
  • In der Kühlmitteleinlassöffnung 123 bzw. dem Hauptversorgungskanal für das Kühlmittel 103 sind vier Heizelemente 30 zur Temperierung des Kühlmittels und damit des Brennstoffzellenstapels 100 angeordnet. Die Heizelemente 30 werden im Hauptversorgungskanal 103 von in den Figuren nicht gezeigten Abstandshaltern in Position gehalten.
  • In einer perspektivischen Detailansicht ist in 3 die Anordnung von Heizelementen 30 im Hauptversorgungskanal für das Kühlmittel 103 dargestellt. Bei dieser Darstellung sind es drei Heizelemente 30, deren Anzahl in Abhängigkeit von den spezifischen Gegebenheiten des Brennstoffzellenstapels 100 vom Fachmann frei variiert werden kann. In dieser Darstellung sind zwei Bipolarplatten 12 voneinander beabstandet dargestellt, um zu zeigen, wie die Heizlelemente 30 im Hauptversorgungskanal für das Kühlmittel 103 in Stapelrichtung S eingebracht sind.
  • Verschiedene Varianten der Anordnung der Heizelemente 30 im Hauptversorgungskanal für das Kühlmittel 103 sind in den 4 bis 6 gezeigt. So ist bei der Ausführungsform gemäß 4 eine Gruppe von acht Heizelementen 30 vorgesehen, die in dem Hauptversorgungskanal 103 gleichmäßig verteilt sind. 5 zeigt ein einzelnes Heizelement 30, das zentral angeordnet ist. In 6 ist eine spezifische Anordnung von Heizelementen 30 für Bipolarplatten 12 dargestellt, bei denen Rückführungsöffnungen 32 nahe am Hauptversorgungskanal 103 angeordnet sind, über die Betriebsmedien auf jeweils die andere Seite der Bipolarplatte 12 geleitet werden können. Die Heizelemente 30 sind im Hauptversorgungskanal 103 möglichst nahe an den Rückführungsöffnungen 32 angeordnet, um das darin befindliche Medium ebenfalls zu temperieren.
  • 7 zeigt einen vereinfachten Schaltplan 40 des Brennstoffzellenstapels 100. Im Schaltplan 40 ist der Brennstoffzellenstapel 100 mit zwei Batteriepole 42, 44 auf eine Last 46 und ein parallel zum Brennstoffzellenstapel 100 geschaltetes Heizelement 30 vorgesehen. Dies stellt eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels 100 dar, da hierbei im Verlauf der Temperierung kein Lastausgleich bei sich ändernden Widerstand des Heizelements 30 stattfinden muss.
  • Eine Heizkurve 50 der Temperierung mittels eines Heizelements 30 wird in 8 gezeigt. Es ist der Widerstand vom Heizelement 30 und des Brennstoffzellenstapels 100 gegen die Temperatur im Bereich von -40°C bis 120°C aufgetragen. Die Widerstandskurve 52 des Brennstoffzellenstapels 100 verläuft konstant bei einem bestimmten Widerstand, während die Widerstandskurve 54 für das Heizelement 30 zwischen -40°C und 40°C annähernd konstant bei einem Widerstand kleiner als der des Brennstoffzellenstapels 100 verläuft, um bei 40°C als vorgegebene Temperatur exponentiell anzusteigen, so dass der Widerstand des Brennstoffzellenstapels 100 deutlich überstiegen wird. Im Bereich unterhalb von 40°C fließt daher ein Strom zum Heizelement 30 bis der Widerstand bei 40°C exponentiell ansteigt und somit der Strom zum Brennstoffzellenstapel 100 fließt.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Brennstoffzellenstapel
    10
    Membran-Elektroden-Anordnung
    11
    Einzelzelle
    12
    Bipolarplatte
    18
    Endplatte
    20
    Dichtung
    22
    Spannvorrichtung
    24
    länglicher Zugkörper
    30
    Heizelement
    32
    Rückführungsöffnung
    40
    Schaltplan
    46
    Last
    50
    Heizkurve
    52
    Widerstand Brennstoffzellenstapel
    54
    Widerstand Heizelement
    101
    Hauptversorgungskanal für Zuführung Anodengas
    102
    Hauptversorgungskanal für Zuführung Kathodengas
    103
    Hauptversorgungskanal für Zuführung Kühlmittel
    104
    Hauptversorgungskanal für Abführung Anodengas
    105
    Hauptversorgungskanal für Abführung Kathodengas
    106
    Hauptversorgungskanal für Abführung Kühlmittel
    121
    Anodeneinlassöffnung
    122
    Kathodeneinlassöffnung
    123
    Kühlmitteleinlassöffnung
    124
    Anodenauslassöffnung
    125
    Kathodenauslassöffnung
    126
    Kühlmittelauslassöffnung
    AA
    Aktiver Bereich (Reaktionsbereich, active area)
    SA
    Versorgungsbereich (supply area)
    DA
    Verteilerbereich (distribution area)
    S
    Stapelrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 20160141647 A1 [0004]
    • US 7763368 B2 [0005]
    • US 7485382 B2 [0006]
    • US 20050175875 A1 [0007]

Claims (10)

  1. Brennstoffzellenstapel (100), umfassend einen Stapel abwechselnd angeordneter Membran-Elektroden-Anordnungen (10) und Bipolarplatten (12), die von Hauptversorgungskanälen (101 - 106) zur Zu- und Abführung von Reaktanten und eines Kühlmediums in Stapelrichtung (S) durchdrungen werden, sowie ein Heizelement (30) zur Temperierung des Brennstoffzellenstapels (100), dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der Hauptversorgungskanäle (103, 106) zur Zu- oder Abführung des Kühlmediums jeweils zumindest ein sich in Stapelrichtung (S) erstreckendes Heizelement (30) angeordnet ist.
  2. Brennstoffzellenstapel (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Heizelement (30) ausgelegt ist, dass bei einer vorgegebenen Temperatur der Widerstand abrupt ansteigt.
  3. Brennstoffzellenstapel (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Heizelement (30) mittels zumindest eines Abstandshalters im jeweiligen Hauptversorgungskanal (103, 106) fixiert ist.
  4. Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Heizelemente (30) nebeneinander und/oder hintereinander im Hauptversorgungskanal (103, 106) angeordnet sind.
  5. Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bipolarplatten (12) Rückführungsöffnungen (32) vorgesehen sind und dass das zumindest eine Heizelement (30) im Hauptversorgungskanal (103, 106) benachbart zu den Rückführungsöffnungen (32) angeordnet ist.
  6. Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Heizelement (30) sich über die gesamte Länge des jeweiligen Hauptversorgungskanals (103, 106) erstreckt.
  7. Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Heizelement (30) der freie Querschnitt des Haupversorgungskanals (103, 106), in dem sich zumindest ein Heizelement (30) befindet geringer ist als der freie Querschnitt des Haupversorgungskanals (103, 106) ohne das zumindest eine Heizelement (30).
  8. Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Heizelement (30) elektrisch parallel zum Brennstoffzellenstapel (100) geschaltet ist.
  9. Brennstoffzellensystem, zumindest einen Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweisend.
  10. Fahrzeug, aufweisend ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007055227A1 (de) * 2006-11-22 2008-06-05 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Brennstoffzellenerwärmung
DE102017211307A1 (de) * 2017-07-04 2019-01-10 Audi Ag Heizelement für einen Brennstoffzellenstapel

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