DE102020213866A1

DE102020213866A1 - fuel cell

Info

Publication number: DE102020213866A1
Application number: DE102020213866.4A
Authority: DE
Inventors: Siegbert Griesinger; Rouven Fuhrmann; Matthias Horn; Philipp Wachter; Lars Olems
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-11-04
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle (10), aufweisend ein Brennstoffzellengehäuse (20) mit seitlichen Gehäuseinnenseiten (21), einer oberen Gehäuseinnenseite (22) und einer unteren Gehäuseinnenseite (23), sowie einen Brennstoffzellenstapel (30) innerhalb des Brennstoffzellengehäuses (20) mit einer Stapelhöhe (31), einer Stapellänge (32), einer Stapelbreite (33), seitlichen Stapelaußenseiten (34) und einer oberen Stapelaußenseite (35), wobei Distanzen (40) zwischen den seitlichen Gehäuseinnenseiten (21) und den seitlichen Stapelaußenseiten (34) jeweils wenigstens 10% der Stapelhöhe (31) und/oder jeweils wenigstens 10% der Stapellänge (32) betragen.The present invention relates to a fuel cell (10), having a fuel cell housing (20) with lateral housing inner sides (21), an upper housing inner side (22) and a lower housing inner side (23), and a fuel cell stack (30) inside the fuel cell housing (20). a stack height (31), a stack length (32), a stack width (33), lateral stack outsides (34) and an upper stack outside (35), wherein distances (40) between the lateral housing insides (21) and the lateral stack outsides (34) in each case at least 10% of the stack height (31) and/or in each case at least 10% of the stack length (32).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle mit einem Brennstoffzellengehäuse und einem innerhalb des Brennstoffzellengehäuses angeordneten Brennstoffzellenstapel.The present invention relates to a fuel cell with a fuel cell housing and a fuel cell stack arranged within the fuel cell housing.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellen können in Fahrzeugen verwendet werden, um einen Elektromotor des Fahrzeugs zum Antreiben des Fahrzeugs mit Strom zu versorgen. Dazu werden mehrere Einzelzellen zu einem sog. Brennstoffzellenstapel zusammengeschaltet. In den Brennstoffzellenstapel werden Brennstoff, typischerweise Wasserstoff, und ein Oxidationsmittel, typischerweise Luft, eingeleitet, um mittels der Einzelzellen Strom zu erzeugen. Der Brennstoffzellenstapel befindet sich in einem Brennstoffzellengehäuse bzw. in einem Gehäusevolumen, das durch das Brennstoffzellengehäuse definiert wird, um vor äußeren Einflüssen geschützt zu werden.Fuel cells may be used in vehicles to power a vehicle's electric motor to propel the vehicle. For this purpose, several individual cells are combined to form a so-called fuel cell stack. Fuel, typically hydrogen, and an oxidant, typically air, are introduced into the fuel cell stack to generate electricity by the individual cells. The fuel cell stack is located in a fuel cell housing or in a housing volume that is defined by the fuel cell housing in order to be protected from external influences.

In einem Normalbetrieb der Brennstoffzelle gibt es eine Leckage bzw. eine Permeation des Brennstoffs und/oder des Oxidationsmittels aus dem Brennstoffzellenstapel in das Gehäuse bzw. in das Gehäusevolumen. In einem Fehlerfall des Brennstoffzellenstapels kann diese Leckage auch sprungartig ansteigen. Im Gehäusevolumen kann sich daraufhin ein zündfähiges Stoffgemisch bilden, das in Verbindung mit einer Zündquelle zu einer Explosion führen kann.During normal operation of the fuel cell, there is leakage or permeation of the fuel and/or the oxidizing agent from the fuel cell stack into the housing or into the housing volume. If there is a fault in the fuel cell stack, this leakage can also suddenly increase. An ignitable mixture of substances can then form in the housing volume which, in combination with an ignition source, can lead to an explosion.

Es sollen daher Maßnahmen getroffen werden, um entweder die Zündung zu vermeiden oder die Auswirkung einer Explosion zu begrenzen. Bei der Umsetzung der Maßnahmen müssen verschiedene technische Bedingungen berücksichtigt werden. So soll das Restvolumen im Brennstoffzellengehäuse möglichst gering sein, um Bauraum zu reduzieren. Ein zu kleines Volumen mit zu engen Spalten in Verbindung mit einem leicht gebauten Gehäuse ist jedoch anfällig für Beschädigungen bei einer Explosion im Gehäuseinneren. Hierbei könnte ein möglichst robustes Gehäuse helfen. Robuste Gehäuse erfordern allerdings große Wandstärken und damit ein hohes Gewicht.Measures should therefore be taken to either avoid ignition or to limit the effects of an explosion. When implementing the measures, various technical conditions must be taken into account. The residual volume in the fuel cell housing should be as small as possible in order to reduce installation space. However, a volume that is too small with gaps that are too narrow in combination with a lightweight housing is susceptible to damage in the event of an internal explosion. A case that is as robust as possible could help here. However, robust housings require large wall thicknesses and thus a high weight.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Um der vorstehend beschriebenen Problematik Rechnung zu tragen, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine weiterentwickelte Brennstoffzelle mit einem Brennstoffzellengehäuse und einem darin angeordneten Brennstoffzellenstapel zur Verfügung gestellt. Insbesondere wird eine Brennstoffzelle gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.In order to take account of the problems described above, a further developed fuel cell with a fuel cell housing and a fuel cell stack arranged therein is provided within the scope of the present invention. In particular, a fuel cell according to claim 1 is proposed. Further embodiments of the invention result from the dependent claims, the description and the figures.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Brennstoffzelle mit einem Brennstoffzellengehäuse und einem innerhalb des Brennstoffzellengehäuses angeordneten Brennstoffzellenstapel vorgeschlagen. Das Brennstoffzellengehäuse weist seitliche Gehäuseinnenseiten, eine obere Gehäuseinnenseite und eine untere Gehäuseinnenseite auf. Der Brennstoffzellenstapel weist eine Stapelhöhe, eine Stapellänge, eine Stapelbreite, seitliche Stapelaußenseiten und eine obere Stapelaußenseite auf. Distanzen zwischen den seitlichen Gehäuseinnenseiten und den seitlichen Stapelaußenseite betragen erfindungsgemäß jeweils wenigstens 10% der Stapelhöhe und/oder jeweils wenigstens 10% der Stapellänge.According to a first aspect of the present invention, a fuel cell with a fuel cell housing and a fuel cell stack arranged inside the fuel cell housing is proposed. The fuel cell housing has lateral housing inner sides, an upper housing inner side and a lower housing inner side. The fuel cell stack has a stack height, a stack length, a stack width, side stack outsides and a top stack outside. According to the invention, distances between the lateral insides of the housing and the lateral outsides of the stack are in each case at least 10% of the stack height and/or in each case at least 10% of the stack length.

Kernelement der vorliegenden Erfindung ist die Erkenntnis, dass mit einer gezielten Dimensionierung des Restvolumens im Brennstoffzellengehäuse ein überraschend großer Einfluss auf die Betriebssicherheit der Brennstoffzelle genommen werden kann. Bei umfangreichen Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde so herausgefunden, dass der Zusammenhang zwischen den vorgeschlagenen Distanzen und der Stapelhöhe bzw. der Stapellänge zu einer Brennstoffzelle führt, welche die gewünschte Kombination aus möglichst hoher Betriebssicherheit im Fehlerfall und gleichzeitig möglichst kleinem Bauraum aufweist. Insbesondere wurde erkannt, dass eine gezielte Restvolumengestaltung in bestimmten Bereichen des Brennstoffzellengehäuses bereits bei kleinen Restvolumen einen stärkeren Effekt auf die Betriebssicherheit haben kann, als bislang angenommen. Durch die konstruktiven Maßnahmen können bei einem relativ kleinen Bauvolumen die Verbrennungsgeschwindigkeit und damit auch der Druckanstieg im Falle einer Verbrennung im Brennstoffzellengehäuse bzw. im Gehäusevolumen gering gehalten werden.The core element of the present invention is the finding that a targeted dimensioning of the residual volume in the fuel cell housing can have a surprisingly large influence on the operational reliability of the fuel cell. In extensive tests within the scope of the present invention, it was found that the relationship between the proposed distances and the stack height or stack length leads to a fuel cell which has the desired combination of the highest possible operational reliability in the event of a fault and at the same time the smallest possible installation space. In particular, it was recognized that a targeted design of the residual volume in certain areas of the fuel cell housing can have a greater effect on operational reliability than previously assumed, even with small residual volumes. Due to the design measures, the combustion rate and thus also the pressure increase in the event of combustion in the fuel cell housing or in the housing volume can be kept low with a relatively small construction volume.

Unter den Distanzen können Spaltlängen bzw. Spaltbreiten und/oder Spaltmaße an unterschiedlichen Stellen im Brennstoffzellengehäuse zwischen einer seitlichen Gehäuseinnenseite und einer seitlichen Stapelaußenseite verstanden werden. Die Distanzen können mithin als mittlere Spaltbreite zwischen den seitlichen Gehäuseinnenseiten und den seitlichen Stapelaußenseiten verstanden werden. Unter der jeweiligen Distanz kann damit die Entfernung entlang einer Linie zwischen einem Punkt an einer seitlichen Gehäuseinnenseite und einem Punkt an einer seitlichen Stapelaußenseite verstanden werden, wobei die Linie jeweils im Lot zu der seitlichen Gehäuseinnenseite und zu der seitlichen Stapelaußenseite steht.The distances can be understood to mean gap lengths or gap widths and/or gap dimensions at different points in the fuel cell housing between a lateral inside of the housing and a lateral outside of the stack. The distances can therefore be understood as the average gap width between the lateral insides of the housing and the lateral outsides of the stack. The respective distance can thus be understood as the distance along a line between a point on a lateral inside of the housing and a point on a lateral outside of the stack, with the line being perpendicular to the lateral inside of the housing and to the lateral outside of the stack.

Der Brennstoffzellenstapel ist bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle vorzugsweise quaderförmig oder im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet. Das Brennstoffzellengehäuse und/oder zumindest ein Gehäusevolumen innerhalb des Brennstoffzellengehäuses sind ebenfalls bevorzugt quaderförmig oder im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet. Damit können die Distanzen bzw. die entsprechenden Spaltmaße zwischen den seitlichen Gehäuseinnenseiten und den seitlichen Stapelaußenseiten in einer Umfangsrichtung um den Brennstoffzellenstapel besonders gleichmäßig zur Verfügung gestellt werden. Vorzugsweise erstreckt sich ein Spalt zwischen den seitlichen Gehäuseinnenseiten und den seitlichen Stapelaußenseiten und/oder zwischen der oberen Gehäuseinnenseite und der oberen Stapelaußenseite mit einer Spaltbreite, die den Distanzen bzw. einer solchen Distanz entspricht, insbesondere vollständig, um die seitlichen Stapelaußenseiten herum bzw. zwischen der oberen Gehäuseinnenseite und der oberen Stapelaußenseite. In a fuel cell according to the invention, the fuel cell stack is preferably cuboid or essentially cuboid. The fuel cell housing and/or at least one housing volume within the fuel cell housing are also preferably designed cuboid or essentially cuboid. In this way, the distances or the corresponding gap dimensions between the lateral inner sides of the housing and the lateral outer sides of the stack can be provided particularly uniformly in a circumferential direction around the fuel cell stack. Preferably, a gap between the lateral inner sides of the housing and the lateral outer sides of the stack and/or between the upper inner side of the housing and the upper outer side of the stack extends with a gap width that corresponds to the distances or such a distance, in particular completely, around the lateral outer sides of the stack or between the upper housing inside and the upper stack outside.

Demnach hat es sich hinsichtlich einer möglichst betriebssicheren und trotzdem kompakten Brennstoffzelle weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn Distanzen bzw. Spaltmaße zwischen der oberen Gehäuseinnenseite und der oberen Stapelaußenseite jeweils wenigstens 10%, insbesondere mehr als 12,5%, der Stapelhöhe und/oder jeweils wenigstens 10%, insbesondere mehr als 12,5%, der Stapellänge betragen. Die jeweilige Distanz entspricht auch in diesem Fall einer Entfernung entlang einer Linie zwischen einem Punkt an der oberen Gehäuseinnenseite und einem Punkt an der oberen Stapelaußenseite, wobei die Linie jeweils im Lot zu der oberen Gehäuseinnenseite und zu der oberen Stapelaußenseite steht. Die Distanzen können auch in diesem Fall als mittlere Spaltbreite bzw. Spalthöhe zwischen der oberen Gehäuseinnenseite und der oberen Stapelaußenseite verstanden werden.Accordingly, with regard to a fuel cell that is as reliable as possible and nevertheless compact, it has also proven to be advantageous if distances or gap dimensions between the upper housing inside and the upper stack outside are at least 10%, in particular more than 12.5%, of the stack height and/or at least 10%, in particular more than 12.5%, of the staple length. In this case, too, the respective distance corresponds to a distance along a line between a point on the upper housing inside and a point on the upper stack outside, the line being perpendicular to the upper housing inside and to the upper stack outside. In this case, too, the distances can be understood as the average gap width or gap height between the upper inside of the housing and the upper outside of the stack.

Bei der Entwicklung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle hat es sich als ein besonders vorteilhafter Kompromiss herausgestellt, wenn die Distanzen zwischen den seitlichen Gehäuseinnenseiten und den seitlichen Stapelaußenseiten jeweils mehr als 12,5% der Stapelhöhe und/oder jeweils mehr als 12,5% der Stapellänge betragen.In the development of the fuel cell according to the invention, it has turned out to be a particularly advantageous compromise if the distances between the lateral insides of the housing and the lateral outsides of the stack are more than 12.5% of the stack height and/or more than 12.5% of the stack length.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einer Brennstoffzelle die Distanzen zwischen den seitlichen Gehäuseinnenseiten und den seitlichen Stapelaußenseiten höchstens 30%, insbesondere höchstens 20%, der Stapelhöhe und/oder höchstens 30%, insbesondere höchstens 20%, der Stapellänge betragen. Mit den Spaltmaßen zwischen den angegebenen Grenzen kann ein relativ sicherer Betrieb der Brennstoffzelle bei einer gleichzeitig kompakten Dimensionierung der Brennstoffzelle geschaffen werden. Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, wenn auch eine Distanz zwischen der oberen Gehäuseinnenseite und der oberen Stapelaußenseiten höchstens 30%, insbesondere höchstens 20%, der Stapelhöhe und/oder höchstens 30%, insbesondere höchstens 20%, der Stapellänge beträgt.According to a further embodiment of the present invention, it is possible that in a fuel cell the distances between the lateral housing inner sides and the lateral stack outer sides are at most 30%, in particular at most 20%, of the stack height and/or at most 30%, in particular at most 20%, of the stack length be. With the gap dimensions between the given limits, a relatively reliable operation of the fuel cell can be created with a compact dimensioning of the fuel cell at the same time. In addition, it can be advantageous if the distance between the upper housing inside and the upper stack outside is at most 30%, in particular at most 20%, of the stack height and/or at most 30%, in particular at most 20%, of the stack length.

Ferner kann eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens einen Vorsprung aufweisen, der sich von einer seitlichen Gehäuseinnenseite in Richtung einer seitlichen Stapelaußenseite und/oder von der oberen Gehäuseinnenseite in Richtung der oberen Stapelaußenseite erstreckt und, in dieser Richtung betrachtet, jeweils eine Vorsprungshöhe aufweist, wobei die Distanz zwischen der seitlichen Gehäuseinnenseite und der seitlichen Stapelaußenseite wenigstens 200% der Vorsprungshöhe beträgt. In diesem Fall kann es von Vorteil sein, wenn die Distanzen zwischen den seitlichen Gehäuseinnenseiten und den seitlichen Stapelaußenseiten höchstens 800%, insbesondere höchstens 400%, der Vorsprungshöhe betragen. Auch mit diesen Maßen bzw. Werten kann ein relativ sicherer Betrieb der Brennstoffzelle bei einer möglichst kompakten Dimensionierung der Brennstoffzelle geschaffen werden. Unter der Vorsprungshöhe kann eine Höhe bzw. eine Länge des Vorsprungs zwischen der Gehäuseinnenseite, von welcher er sich weg erstreckt, und der Stapelaußenseite, zu welcher er sich hin erstreckt, und/oder zwischen der oberen Gehäuseinnenseite von welcher er sich weg erstreckt, und der oberen Stapelaußenseite, zu welcher er sich hin erstreckt, verstanden werden.Furthermore, a fuel cell according to the present invention can have at least one projection which extends from a lateral inside of the housing in the direction of a lateral outside of the stack and/or from the top inside of the housing in the direction of the top outside of the stack and, viewed in this direction, each has a projection height, wherein the distance between the side housing inside and the side stack outside is at least 200% of the projection height. In this case, it can be advantageous if the distances between the lateral inner sides of the housing and the lateral outer sides of the stack are at most 800%, in particular at most 400%, of the projection height. Relatively reliable operation of the fuel cell can also be achieved with these dimensions or values, with the fuel cell being dimensioned as compactly as possible. Protrusion height may be a height or length of the protrusion between the housing interior from which it extends away and the stack exterior to which it extends towards, and/or between the upper housing interior from which it extends away and the upper stack outside, to which it extends out, are understood.

Der wenigstens eine Vorsprung kann bei einer Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Schaltelement und/oder wenigstens eine Stromschiene umfassen oder zumindest als ein Teil des elektrischen Schaltelements und/oder als ein Teil des elektrischen Schaltelements ausgestaltet sein. Durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung solcher Vorsprünge kann dem Wunsch nach einem weiterhin möglichst kompakten Brennstoffzellengehäuse bzw. einer entsprechend kompakten Brennstoffzelle, welche trotzdem eine möglichst hohe Betriebssicherheit aufweist, weiterhin Rechnung getragen werden.In a fuel cell according to the present invention, the at least one projection can comprise an electrical switching element and/or at least one busbar or be designed at least as part of the electrical switching element and/or as part of the electrical switching element. By taking such projections into account according to the invention, the desire for a fuel cell housing that is as compact as possible or a correspondingly compact fuel cell, which nevertheless has the highest possible operational reliability, can still be taken into account.

Bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle ist es weiterhin möglich, dass das Brennstoffzellengehäuse ein Gehäusevolumen definiert, in welchem sich der Brennstoffzellenstapel befindet, und der Brennstoffzellenstapel ein Stapelvolumen aufweist, wobei das Gehäusevolumen in einem Bereich zwischen 300% und 700% des Stapelvolumens liegt. Das heißt, das Gehäusevolumen kann 300% bis 700% des Stapelvolumens betragen. In diesem Fall können die Distanzen zwischen den seitlichen Gehäuseinnenseiten und den seitlichen Stapelaußenseiten und/oder die Distanz zwischen der oberen Gehäuseinnenseite und der oberen Stapelaußenseiten ungleichmäßig ausgestaltet sein. D. h., eine wie vorstehend beschriebene Distanz zwischen einer seitlichen Gehäuseinnenseite und einer seitlichen Stapelaußenseite kann kleiner oder größer, jeweils bspw. in einem Bereich zwischen 10% und 50% kleiner bzw. größer, als die Distanz zwischen der oberen Gehäuseinnenseite und der oberen Stapelaußenseite sein.In a fuel cell according to the invention, it is also possible for the fuel cell housing to define a housing volume in which the fuel cell stack is located, and for the fuel cell stack to have a stack volume, with the housing volume being in a range between 300% and 700% of the stack volume. That is, the housing volume can be 300% to 700% of the stack volume. In this case, the distances between the side housing insides and the side stack outsides ten and/or the distance between the upper inside of the housing and the upper stack outside can be configured unevenly. That is, a distance between a lateral housing inside and a lateral stack outside as described above can be smaller or larger, for example in a range between 10% and 50% smaller or larger than the distance between the upper housing inside and the upper be stack outside.

Darüber hinaus ist es bei einer Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass das Brennstoffzellengehäuse wenigstens eine Überdruckableiteinheit zur kontrollierten Reduzierung von Überdruck im Brennstoffzellengehäuse aufweist. In Verbindung mit der Überdruckableiteinheit kann die Betriebssicherheit der Brennstoffzelle bei weiterhin geringem Gewicht und geringem Bauvolumen weiter verbessert werden. Die Überdruckableiteinheit kann wenigstens eine Berstklappe aufweisen, die den entstehenden Verbrennungsdruck unschädlich in die Umgebung der Brennstoffzelle ableiten kann. Berstklappen funktionieren dann effektiv, wenn eine etwaige Verbrennung im Brennstoffzellengehäuse bzw. im Gehäusevolumen relativ langsam abläuft. Bei der Verwendung von Berstklappen in einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle hat sich jedoch gezeigt, dass sich aufgrund der spezifischen Konfiguration des Restvolumens damit auch relativ schnelle Verbrennungsreaktionen überraschend gut kontrollieren bzw. hinsichtlich eines möglichen Schadens abschwächen lassen. Die Überdruckableiteinheit kann alternativ oder zusätzlich dahingehend konfiguriert und ausgestaltet sein, dass sich die Gehäusewandung des Brennstoffzellengehäuses unter einem vordefinierten Druck dahingehend verformt, dass an Dichtstellen der Gehäusewandung Durchgangsöffnungen entstehen, die Überdruck aus dem Brennstoffzellengehäuse entweichen lassen.In addition, with a fuel cell according to the present invention, it is possible for the fuel cell housing to have at least one overpressure discharge unit for the controlled reduction of overpressure in the fuel cell housing. In conjunction with the overpressure discharge unit, the operational reliability of the fuel cell can be further improved while the weight and construction volume remain low. The overpressure discharge unit can have at least one bursting flap, which can discharge the combustion pressure generated harmlessly into the surroundings of the fuel cell. Bursting flaps work effectively when any combustion in the fuel cell housing or in the housing volume takes place relatively slowly. When using bursting flaps in a fuel cell according to the invention, however, it has been shown that due to the specific configuration of the residual volume, relatively rapid combustion reactions can also be surprisingly well controlled or mitigated with regard to possible damage. Alternatively or additionally, the overpressure discharge unit can be configured and designed such that the housing wall of the fuel cell housing deforms under a predefined pressure such that through-openings are formed at sealing points of the housing wall, which allow excess pressure to escape from the fuel cell housing.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der Brennstoffzelle kann das Brennstoffzellengehäuse eine Gehäusewandung mit einer Dicke in einem Bereich zwischen 2 mm und 12 mm aufweisen. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Konfiguration der Spaltmaße zwischen den Gehäuseinnenseiten und den Stapelaußenseiten kann damit eine relativ leichte Brennstoffzelle mit einer gleichzeitig relativ hohen Betriebssicherheit geschaffen werden. Die Gehäusewandung weist insbesondere eine Dicke in einem Bereich zwischen 3 mm und 10 mm auf. Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn die Gehäusewandung zumindest abschnittsweise eine Rippenstruktur mit Wandungsabschnitten mit einer Dicke in einem Bereich zwischen 2 mm und 4 mm und Wandungsabschnitten mit einer Dicke in einem Bereich zwischen 8 mm und 12 mm aufweist.According to a further configuration variant of the fuel cell, the fuel cell housing can have a housing wall with a thickness in a range between 2 mm and 12 mm. In connection with the configuration according to the invention of the gap dimensions between the insides of the housing and the outsides of the stack, a relatively light fuel cell can be created with a relatively high level of operational reliability at the same time. In particular, the housing wall has a thickness in a range between 3 mm and 10 mm. Furthermore, it can be advantageous if the housing wall has, at least in sections, a rib structure with wall sections with a thickness in a range between 2 mm and 4 mm and wall sections with a thickness in a range between 8 mm and 12 mm.

Das Brennstoffzellengehäuse besteht bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle vorzugsweise zumindest überwiegend aus Aluminium oder weist Aluminium auf.In a fuel cell according to the invention, the fuel cell housing preferably consists at least predominantly of aluminum or has aluminum.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.Further measures improving the invention result from the following description of various exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All of the features and/or advantages resulting from the claims, the description or the figures, including structural details and spatial arrangements, can be essential to the invention both on their own and in the various combinations.

Es zeigen jeweils schematisch:

1 eine Brennstoffzelle gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer geschnittenen Vorderansicht,
2 eine Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer geschnittenen Seitenansicht,
3 eine Brennstoffzelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer geschnittenen Vorderansicht, und
4 eine Brennstoffzelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer geschnittenen Vorderansicht.

They each show schematically:

1 a fuel cell according to a first embodiment of the present invention in a sectional front view,
2 a fuel cell according to the first embodiment of the present invention in a sectional side view,
3 a fuel cell according to a second embodiment of the present invention in a sectional front view, and
4 a fuel cell according to a third embodiment of the present invention in a sectional front view.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are each provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt eine Brennstoffzelle 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Brennstoffzelle 10 weist ein Brennstoffzellengehäuse 20 und einen innerhalb des Brennstoffzellengehäuses 20 angeordneten Brennstoffzellenstapel 30 auf. Das Brennstoffzellengehäuse 20 weist seitliche Gehäuseinnenseiten 21, eine obere Gehäuseinnenseite 22 und eine untere Gehäuseinnenseite 23 auf. Der Brennstoffzellenstapel 30 weist eine Stapelhöhe 31, eine Stapellänge 32, eine in 2 gezeigte Stapelbreite 33, seitliche Stapelaußenseiten 34 und eine obere Stapelaußenseite 35 auf. Wie in 1 zu erkennen ist, betragen Distanzen 40 zwischen den seitlichen Gehäuseinnenseiten 21 und den seitlichen Stapelaußenseiten 34 jeweils mehr als 10% der Stapelhöhe 31 und jeweils mehr als 10% der Stapellänge 32. Ebenso beträgt eine Distanz 40 zwischen der oberen Gehäuseinnenseite 22 und der oberen Stapelaußenseiten 35 mehr als 10% der Stapelhöhe 31 und mehr als 10% der Stapellänge 32. Genauer gesagt beträgt die Distanz 40 bzw. eine entsprechende Spaltbreite zwischen einer seitlichen Gehäuseinnenseite 21 und einer seitlichen Stapelaußenseite 34, mit Blick auf 1, etwas mehr als 1/8 der Stapelhöhe 31 sowie etwas mehr als 1/8 der Stapellänge 32. Dasselbe trifft auf die Distanz 40 bzw. einen entsprechenden Abstand zwischen der oberen Gehäuseinnenseite 22 und der oberen Stapelaußenseite 35 zu. 1 12 shows a fuel cell 10 according to a first embodiment. The fuel cell 10 has a fuel cell case 20 and a fuel cell stack 30 arranged inside the fuel cell case 20 . The fuel cell housing 20 has lateral housing inner sides 21 , an upper housing inner side 22 and a lower housing inner side 23 . The fuel cell stack 30 has a stack height 31, a stack length 32, an in 2 Stack width 33 shown, lateral stack outsides 34 and an upper stack outside 35. As in 1 As can be seen, distances 40 between the lateral inner sides of the housing 21 and the lateral outer sides of the stack 34 are each more than 10% of the stack height 31 and each more than 10% of the stack length 32. There is also a distance 40 between the upper inner side of the housing 22 and the upper outer side of the stack 35 more than 10% of the stack height 31 and more than 10% of the stack length 32. More precisely, the distance is 40 or a corresponding gap width between a lateral housing inner side 21 and a lateral stack outer side 34, with a view to 1 , a little more than 1/8 of the stack height 31 and a little more than 1/8 of the stack length 32. The same applies to the distance 40 or a corresponding one Distance between the upper housing inside 22 and the upper stack outside 35 to.

Das Brennstoffzellengehäuse 20 besteht aus Aluminium und weist eine Gehäusewandung 24 mit einer durchschnittlichen Dicke von ca. 5 mm auf. Das Brennstoffzellengehäuse 20 definiert ferner ein Gehäusevolumen 25, in welchem sich der Brennstoffzellenstapel 30 befindet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäusevolumen 25 in etwa 5 Mal größer als das Stapelvolumen. Wie mit Blick auf 1 und 2 zu sehen ist, weist der Brennstoffzellenstapel 30 eine Quaderform auf.The fuel cell housing 20 consists of aluminum and has a housing wall 24 with an average thickness of approximately 5 mm. The fuel cell housing 20 further defines a housing volume 25 in which the fuel cell stack 30 is located. In the illustrated embodiment, the housing volume 25 is approximately 5 times the stack volume. Like facing 1 and 2 As can be seen, the fuel cell stack 30 has a cuboid shape.

In 3 ist eine Brennstoffzelle 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Die in 3 gezeigte Brennstoffzelle 10 weist einen Vorsprung 50 auf, der sich von einer seitlichen Gehäuseinnenseite 21 in Richtung einer seitlichen Stapelaußenseite 34 erstreckt und, in der Erstreckungsrichtung betrachtet, eine Vorsprungshöhe 51 aufweist. Gemäß der zweiten Ausführungsform beträgt die Distanz 40 zwischen der seitlichen Gehäuseinnenseite 21 und der seitlichen Stapelaußenseite 34 etwas mehr als 300% der Vorsprungshöhe 51. Der Vorsprung 50 ist gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform in Form einer symbolisch gezeigten Stromschiene ausgestaltet, die über eine seitliche Gehäuseinnenseite 21 in Richtung einer seitlichen Stapelaußenseite 34 ragt.In 3 a fuel cell 10 according to a second embodiment is shown. In the 3 The fuel cell 10 shown has a projection 50 which extends from a lateral housing inner side 21 in the direction of a lateral stack outer side 34 and, viewed in the direction of extension, has a projection height 51 . According to the second embodiment, the distance 40 between the lateral inside of the housing 21 and the lateral outside of the stack 34 is slightly more than 300% of the projection height 51. The projection 50 is, according to FIG 3 shown embodiment configured in the form of a busbar shown symbolically, which projects beyond a lateral housing inner side 21 in the direction of a lateral stack outer side 34.

4 zeigt eine Brennstoffzelle 10 gemäß einer vierten Ausführungsform, bei welcher das Brennstoffzellengehäuse 20 eine Überdruckableiteinheit 60 zur kontrollierten Reduzierung von Überdruck im Brennstoffzellengehäuse 20 aufweist. Die Überdruckableiteinheit 60 weist mehrere Berstklappen auf, die in der Gehäusewandung 24 des Brennstoffzellengehäuses 20 ausgestaltet sind. 4 shows a fuel cell 10 according to a fourth embodiment, in which the fuel cell housing 20 has an overpressure discharge unit 60 for the controlled reduction of overpressure in the fuel cell housing 20. The excess pressure discharge unit 60 has a number of bursting flaps which are designed in the housing wall 24 of the fuel cell housing 20 .

Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D.h., die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden.In addition to the illustrated embodiments, the invention permits further design principles. That is, the invention should not be considered limited to the exemplary embodiments explained with reference to the figures.

Claims

Fuel cell (10), having a fuel cell housing (20) with lateral housing inner sides (21), an upper housing inner side (22) and a lower housing inner side (23), and a fuel cell stack (30) within the fuel cell housing (20) with a stack height (31) , a stack length (32), a stack width (33), lateral stack outer sides (34) and an upper stack outer side (35), characterized in that distances (40) between the lateral housing inner sides (21) and the lateral stack outer sides (34) are at least 10% of the stack height (31) and/or at least 10% of the stack length (32).

Fuel cell (10) after claim 1 , characterized in that a distance (40) between the upper housing inside (22) and the upper stack outside (35) is at least 10% of the stack height (31) and/or at least 10% of the stack length (32).

Fuel cell (10) according to one of the preceding claims. characterized in that the distances (40) between the lateral housing inner sides (23) and the lateral stack outer sides (34) amount to at most 30% of the stack height (31) and/or at most 30% of the stack length (32).

Fuel cell (10) according to one of the preceding claims, characterized by at least one projection (50) which extends from a lateral housing inner side (21) in the direction of a lateral stack outer side (34) and/or from the upper housing inner side (22) in the direction of the upper stack outside (35) and, viewed in this direction, each has a projection height (51), wherein the distance (40) between the lateral housing inner side (21) and the lateral stack outer side (34) is at least 200% of the projection height (51).

Fuel cell (10) after claim 4 , characterized in that the distances (40) between the lateral housing inner sides (21) and the lateral stack outer sides (34) is at most 800% of the projection height (51).

Fuel cell (10) according to one of Claims 4 until 5 , characterized in that the at least one projection (50) comprises an electrical switching element and/or at least one busbar or is designed at least as part of the electrical switching element and/or as part of the electrical switching element.

Fuel cell (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell housing (20) defines a housing volume (25) in which the fuel cell stack (30) is located, and the fuel cell stack (30) has a stack volume, the housing volume ( 25) is in a range between 300% and 700% of the stack volume.

Fuel cell (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell housing (20) has at least one overpressure discharge unit (60) for controlled Reduction of overpressure in the fuel cell housing (20).

Fuel cell (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell housing (20) has a housing wall (24) with a thickness in a range between 2 mm and 12 mm.

Fuel cell (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell housing (20) has aluminum or consists at least predominantly of aluminum.