-
Die
Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs
1.
-
Brennstoffzellen
der gattungsgemäßen Art sind
bekannt. Sie weisen zumindest eine mit Medien versorgbare aktive
Fläche
auf, die mit einem ebenfalls flächig
ausgebildeten Stromabnehmer elektrisch zusammenwirkt. Dabei ist
es Aufgabe des Stromabnehmers, das an der aktiven Fläche entstehende elektrische
Potential aufzunehmen und nach außen zu führen, um so die im Inneren
der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie nutzbar zu machen.
Es ist bekannt, die Stromabnehmer plattenförmig und größer als die aktive Fläche auszubilden,
so dass der Stromabnehmer zumindest teilweise seitlich aus der Brennstoffzelle
herausragt und so ein Kontaktstück bildet.
Die herausragenden Teile des Stromabnehmers können dann auf bekannte Art
und Weise kontaktiert werden.
-
Aus
der
DE 693 12 788
T2 sind Stromabnehmer bekannt, die Kohlenstoffgewebe aufweisen.
Diese werden mittels Anoden und Katodenverbindungen seitlich kontaktiert.
Insbesondere zum Führen
großer Ströme stößt man bei
solchen seitlichen Kontaktstücken
schnell an physikalische Grenzen oder muss diese zumindest so massiv
auslegen, dass sich dadurch der von der Brennstoffzelle beanspruchte
Bauraum erheblich vergrößert.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennstoffzelle zu schaffen,
die diese Nachteile nicht aufweist.
-
Diese
Aufgabe wird mit einer Brennstoffzelle mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Brennstoffzelle
zeichnet sich dadurch aus, dass das Kontaktstück quer zu der Fläche des
Stromabnehmers verläuft.
Der Strom kann deshalb direkt von der Fläche abgenommen werden. Das
Kontaktstück
dient der Stromabführung
nach außen.
Auf eine entsprechend massivere Dimensionierung des Stromabnehmers,
um auch über
Seitenflächen
und/oder Kanten desselben größere Ströme abzuführen, ist
verzichtbar. Der Stromabnehmer kann also in der Dimension, die senkrecht
zu der Fläche
steht, dünner
ausgeführt
werden, was insgesamt eine kleinere Brennstoffzelle ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist es
möglich,
einem in der Größe bestimmbaren
Flächenanteil
des Stromabnehmers jeweils ein erfindungsgemäßes Kontaktstück zuzuordnen.
-
Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Kontaktstück länglich ausgebildet
ist und in seiner Längsrichtung
von der Fläche
des Stromabnehmers wegzeigt. Der elektrische Strom kann also von
der Fläche
des Stromabnehmers entlang der Längsrichtung
des elektrischen Kontakts abgeführt
werden.
-
Eine
weitere bevorzugte Ausführung
der Erfindung sieht vor, dass eine Stromabnehmerplatte des Stromabnehmers
die Fläche
aufweist. Die Stromabnehmerplatte weist eine hinreichende Dicke auf,
um eine mechanische Stabilität
zu schaffen, so dass das Kontaktstück besonders einfach an der
Fläche
des Stromabnehmers anbringbar, also mit dieser elektrisch verbindbar,
ist.
-
Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kontaktstück als ein an die Fläche anbringbarer
Bolzen ausgeführt
ist. Bolzen ermöglichen
eine besonders einfach herstellbare und sichere elektrische Verbindung.
Dies gewährt
eine kostengünstige
Herstellung und aufgrund der sicheren Verbindung eine hohe Betriebssicherheit
der Brennstoffzelle.
-
Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
sieht vor, dass das Kontaktstück
einen steckbaren Leistungskontakt aufweist. Dies ist insbesondere zum
Führen
hoher Ströme
vorteilhaft. Außerdem lässt sich
die Brennstoffzelle jederzeit über
die Steckkontakte kontaktieren beziehungsweise entkontaktieren.
-
Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung sieht vor, dass eine Gehäuseplatte der Brennstoffzelle
zumindest einen Durchbruch zum Durchführen des Kontaktstücks aufweist.
Die Gehäuseplatte
weist eine bestimmte Dicke auf. Das Kontaktstück weist in den Durchbruch
der Gehäuseplatte
hinein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Längsausdehnung des Kontaktstücks an die
Dicke der Gehäuseplatte
angepasst ist. In diesem Fall entsteht ein versenkter, nicht über die
Gesamtdimension der Brennstoffzelle hinausragender elektrischer
Kontakt. Dieser kann dann durch Stecken kontaktiert werden und ist
-wie erwähnt-
in dem Durchbruch versenkt angeordnet, also durch dessen Ränder geschützt. Auf
diese Art und Weise ergibt sich eine besonders sichere Kontaktierung.
-
Außerdem sieht
ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung vor, dass die Stromabnehmerplatte in die Gehäuseplatte
integriert ist. Die innere Ausgestaltung der Gehäuseplatte ist also an die Dimensionierung
der Stromabnehmerplatte angepasst. Dies ist in zweierlei Hinsicht
vorteilhaft. Erstens lässt
sich auf diese Art und Weise über
die Gehäuseplatte
ein innerer Bereich der Brennstoffzelle, der mit Medium gefüllt ist,
zu den elektrischen Kontakten, also zum Äußeren der Brennstoffzelle hin
abdichten. Zweitens lässt
sich dadurch eine noch flachere Brennstoffzelle realisieren, da
die in die Gehäuseplatte
integrierte Stromabnehmerplatte keinen zusätzlichen Bauraum beansprucht.
-
Schließlich sieht
ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung vor, dass eine Stromabnehmerfläche der Stromabnehmerplatte
des Stromabnehmers an die mit Medien versorgbare aktive Fläche der
Brennstoffzelle angepasst ist. So ergibt sich ein bezüglich elektrischer
Wirksamkeit, Abmessungen und Gewicht optimierter Stromabnehmer.
-
Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Kombinationsmöglichkeiten der Ansprüche, aus
der Zeichnung und der dazugehörigen
Beschreibung.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigt:
-
1 eine
Stromabnehmerplatte einer Brennstoffzelle;
-
2 eine
Gehäuseplatte
der Brennstoffzelle, in die die Stromabnehmerplatte aus 1 integrierbar
ist;
-
3 die
in den 1 und 2 gezeigten Bauelemente, jedoch
im montierten Zustand;
-
4 eine
Außenansicht
der in den 2 und 3 dargestellten
Gehäuseplatte
und
-
5 die
in 4 dargestellte Gehäuseplatte in einer anderen
dreidimensionalen Ansicht, jedoch mit Anschlusskanälen und
montierter Stromabnehmerplatte.
-
1 zeigt
ein Bauteil einer Brennstoffzelle 1, nämlich einen Stromabnehmer 2,
der eine Stromabnehmerplatte 3 aufweist. Die Stromabnehmerplatte 3 kann
der Kathoden- und/oder der Anodenseite der Brennstoffzelle 1 zugeordnet
werden und weist eine Fläche 5 auf,
an der Kontaktstücke 7 und
ein weiteres Kontaktstück 9 angebracht
sind, über
die ein elektrischer Kontakt mit einem entsprechenden hier nicht
dargestellten Gegenstück
herstellbar ist. Die Fläche 5 ist
als Ebene ausgebildet. Die Kontaktstücke 7, 9 sind
länglich
ausgebildet und weisen in ihrer Längsausdehnung von der Fläche 5 der
Stromabnehmerplatte 3 weg und dienen der Stromabführung nach
außen
bzw. dem Abgriff des Messwertes für die elektrische Spannung.
-
Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die Kontaktstücke 7, 9 als
in Bohrungen der Stromabnehmerplatte 3 befestigte Bolzen
ausgeführt.
Die elektrische Verbindung zwischen Stromabnehmerplatte 3 und
Bolzen kann insbesondere durch Verschrauben, Nieten, Schweißen, Verkabeln
oder dergleichen ausgeführt
sein. Wichtig ist dabei, dass neben einer mechanischen Verbindung
zusätzlich
eine elektrische Verbindung zwischen der Stromabnehmerplatte 3 und
den Kontaktstücken 7, 9 hergestellt wird.
-
Die 2 und 3 zeigen
jeweils eine Gehäuseplatte 11 der
Brennstoffzelle 1. Die 2 zeigt die
Gehäuseplatte 11 ohne
und die 3 zeigt die Gehäuseplatte 11 mit
montierter Stromabnehmerplatte 3. Gleiche Teile sind mit
gleichen Bezugsziffern versehen, wobei insofern auch auf 1 Bezug
genommen wird.
-
Die
Gehäuseplatte 11 weist
Durchbrüche 13, 15, 17 auf.
Die Durchbrüche 13 dienen
zum Zubeziehungsweise Abführen
mindestens eines in der Brennstoffzelle 1 umsetzbaren,
der Stromerzeugung dienenden Mediums, zum Beispiel Wasserstoff und Sauerstoff
bzw. des Kühlmediums
z. B. Wasser. Die Durchbrüche 15 werden
zum mittels Schrauben erfolgenden Spannen der Gehäuseplatten 11 und
weiteren Bauteilen der Brennstoffzelle 1 verwendet. Die Durchbrüche 17,
die als Bohrungen ausgeführt
sind, nehmen die Kontaktstücke 7, 9 der
Stromabnehmerplatte 3 auf. 3 zeigt
diesen montierten Zustand, bei dem sich die Kontaktstücke 7, 9 der
Stromabnehmerplatte 3 in den durch diese verdeckten Durchbrüchen 17 der
Gehäuseplatte 11 befinden.
Die Stromabnehmerplatte 3 weist eine Abnehmerfläche 19 auf, an
der die rückseitigen
Stirnenden der bolzenartigen Kontaktstücke 7, 9 erkennbar
sind.
-
Die
Abnehmerfläche 19 der
Stromabnehmerplatte 3 wirkt beim Betrieb der Brennstoffzelle 1 mit
einer hier nicht dargestellten aktiven Fläche elektrisch zusammen. Bei
der aktiven Fläche
handelt es sich vorzugsweise um eine Seite einer Polymerelektrolytmembran,
die mit Medium beaufschlagt wird. Diese aktive Fläche ist
in den 2 und 3 nicht dargestellt und liegt
im Wesentlichen parallel zur Abnehmerfläche 19 der Stromabnehmerplatte 3.
Außerdem
ist die aktive Fläche
im Wesentlichen gleichgroß wie
die Abnehmerfläche 19,
also wie die flächige Ausdehnung
der Stromabnehmerplatte 3. Die Abnehmerfläche 19 ist
daher an die Größe der aktiven Fläche angepasst,
sodass das gesamte an der aktiven Fläche anfallende elektrische
Potential auf die Stromabnehmerplatte 3 übertragen
wird. Eine größere Auslegung
der Stromabnehmerplatte würde
also bezüglich
der elektrischen Wirksamkeit keinen Zugewinn bringen.
-
Wie
in 2 zu erkennen, weist die Gehäuseplatte 11 der Brennstoffzelle 1 einen
Mittelbereich 21 mit einer im Wesentlichen rechteckförmigen Vertiefung 23 auf.
Die Vertiefung 23 besitzt eine Grundfläche 25, in die die
Durchbrüche 17 münden. Diese Grundfläche 25 wirkt mit
der Fläche 5 der
Stromabnehmerplatte 3 derart zusammen, dass die Durchbrüche 17 der
Gehäuseplatte 11 abgedichtet
werden. In montiertem Zustand der Stromabnehmerplatte 3 kann
also kein Medium aus dem Inneren der Brennstoffzelle 1 durch
die Durchbrüche 17 der
Gehäuseplatte 11 nach
außen
gelangen. Vorteilhafterweise ist die Gehäuseplatte 11 der Brennstoffzelle 1 aus
einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellt. Vorzugsweise
ist es möglich,
zum Abdichten der Durchbrüche 17 der
Gehäuseplatte 11 zusätzlich Dichtungen
und/oder Dichtmaterialien vorzusehen. Es können dort auch Isolatoren vorgesehen
sein.
-
Anhand
der 2 und 3 ist weiter zu erkennen, dass
die Stromabnehmerplatte 3 im montierten Zustand in die
Gehäuseplatte 11 integriert
und aufgenommen ist. Dazu ist die Tiefe der Vertiefung 23 der
Gehäuseplatte 11 zumindest
ebenso tief dimensioniert wie die Dicke der Stromabnehmerplatte 3.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die Tiefe der Vertiefung 23 und die Dicke der Stromabnehmerplatte 3 gleichgroß dimensioniert,
sodass im montierten Zustand die Abnehmerfläche 19 der Stromabnehmerplatte 3 bündig mit
einer vorzugsweise umlaufenden Montagefläche 27 der Gehäuseplatte 11 abschließt. Die
Montagefläche 27 der
Gehäuseplatte 11 kann
mit weiteren Flächen
hier nicht dargestellter Bauteile der Brennstoffzelle 1 abdichtend
zusammenwirken. Für
die Montage werden die Durchbrüche 15 verwendet,
in die zum Beispiel Befestigungsschrauben einschraubbar sind.
-
Die 4 und 5 zeigen
perspektivische Außenansichten
zweier Ausführungen
der in den 2 und 3 dargestellten
Gehäuseplatte 11.
In 5 ist die Gehäuseplatte 11 im
montierten Zustand mit der Stromabnehmerplatte 3 dargestellt. Gleiche
Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass insofern
auf die Beschreibung zu den vorhergehenden Figuren verwiesen wird.
-
Zu
erkennen ist die im Wesentlichen rechteckförmige Gehäuseplatte 11 mit einer
Außenfläche 29,
in die die Durchbrüche 13, 15, 17 münden. Die Durchbrüche 13 (5)
sind mit Anschlussstutzen 13' versehen,
die dem Zu- und Abführen
von Medien dienen. Die Seitenflächen
der Gehäuseplatte 11 sind mit
dem Bezugszeichen 31 gekennzeichnet. In 5 ist
zu erkennen, dass sich die Kontaktstücke 7, 9 in den
Durchbrüchen 17 der
Gehäuseplatte 11 befinden.
Dabei sind die Kontaktstücke 7, 9 so
ausgelegt, dass sie nicht über
die Außenfläche 29 der
Gehäuseplatte 11 hinausragen.
Die Durchbrüche 17 sind
im Durchmesser größer ausgelegt
als die hineinragenden Kontaktstücke 7, 9,
so dass auf diese passende elektrische Kontaktstecker, die hier
nicht dargestellt sind, zum Herstellen einer elektrischen Kontaktierung
der Brennstoffzelle 1 aufgeschoben werden können. Eine
so hergestellte Kontaktierung der Brennstoffzelle 1 ist
besonders gut geschützt
und auch geeignet, hohe Ströme
abzuführen.
Die Anzahl der elektrischen Kontakte kann dabei entsprechend der über die
Kontakte zu führenden
Stromstärke
gewählt
werden.
-
In
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Kontaktstücke 7 als
Leistungskontakte und 9 als Messkontakt ausgeführt. Wichtig
ist in diesem Zusammenhang, dass die Stromführung durch die Durchbrüche 17 der
Gehäuseplatte 11 hindurch erfolgt.
Alternativ zu lösbaren
Kontakten ist auch eine feste Verdrahtung denkbar.
-
Ferner
ist es möglich,
die Stromabnehmerplatte 3 und entsprechend die Vertiefung 23 in
einer von der rechteckigen und/oder ebenen Form abweichenden Gestalt
auszuführen.
Insbesondere sind runde, ovale oder polygone Formen beziehungsweise
gekrümmte
Oberflächen
denkbar.
-
- 1
- Brennstoffzelle
- 2
- Stromabnehmer
- 3
- Stromabnehmerplatte
- 5
- Fläche
- 7
- Kontaktstück
- 9
- Kontaktstück
- 11
- Gehäuseplatte
- 13
- Durchbruch
- 13'
- Anschlussstutzen
- 15
- Durchbruch
- 17
- Durchbruch
- 19
- Abnehmerfläche
- 21
- Mittelbereich
- 23
- Vertiefung
- 25
- Grundfläche
- 27
- Montagefläche
- 29
- Außenfläche
- 31
- Seitenfläche