DE102004060526A1

DE102004060526A1 - Fuel cell stack for motor vehicles has number of individual fuel cells with liquid and gas as operating medium and fuel cell stack has end plates on both sides with connection elements whereby liquid or gas is supplied and discharged

Info

Publication number: DE102004060526A1
Application number: DE102004060526A
Authority: DE
Inventors: Patrick Dipl.-Ing. Mangold; Sven Dipl.-Ing. Schnetzler; Norbert Dipl.-Ing. Wiesheu
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-06-22

Abstract

Fuel cell stack (1) has number of individual fuel cell (2) and fuel cell stack has end plates (3) on both sides with connection elements (4) whereby liquid or gas as an operating medium is supplied or discharged. The end plate are of identical form and the connection elements has sensors for monitoring of state variables. An independent claim is also included for the arrangement of at least two fuel cell stacks.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel aus einer Anzahl von einzelnen Brennstoffzellen, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anordnung mit wenigstens zwei Brennstoffzellenstapeln.The The invention relates to a fuel cell stack of a number of individual fuel cells, according to the preamble of claim 1 defined closer Art. Besides The invention relates to an arrangement with at least two fuel cell stacks.

Brennstoffzellenstapel, oder kurz Stacks, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Die einzelnen Brennstoffzellen, kurz Einzelzellen, werden dazu in einer der gewünschten Spannung bzw. Leistung entsprechenden Anzahl übereinander gestapelt und zwischen zwei Endplatten zu dem Stack verspannt. Typischerweise werden z.B. PEM-Brennstoffzellen in Form von solchen Stacks aufgebaut.Fuel cell stack, or stacks for short, are known from the general state of the art. The individual fuel cells, short single cells, are in to one of the desired Voltage or power corresponding number stacked and between clamped two end plates to the stack. Typically, e.g. PEM fuel cells built in the form of such stacks.

Ab einer bestimmten Anzahl an Einzelzellen in dem Stack kommt es dabei zunehmend zu Problemen, da die Verspannung der Endplatten gegeneinander nicht nur die mechanische Stabilität sondern auch die Dichtheit der Einzelzellen untereinander gewährleisten muss. Insbesondere bei temporär betriebenen und dynamisch hoch belasteten Stacks, z.B. in Kraftfahrzeugen, ist dies sehr schwierig, da es zu großen Schwankungen in der Temperatur des Stacks, z.B. von –20 bis ca. +100°C kommen kann. Die einzelnen Brennstoffzellenstapel können daher eine bestimmte Größe, welche heute typischerweise bei einer elektrischen Leistung von 25-30kW liegt, nur schwer überschreiten. Anordnungen zur Bereitstellung von elektrischer Energie weisen daher häufig mehrere einzelne Stacks auf.From a certain number of single cells in the stack are involved increasingly causing problems because the tension of the end plates against each other not only the mechanical stability but also the tightness the individual cells must guarantee each other. Especially at temporary operated and dynamically loaded stacks, e.g. in motor vehicles, This is very difficult as it causes large fluctuations in temperature of the stack, e.g. from 20 up to approx. + 100 ° C can come. The individual fuel cell stacks can therefore have a specific Size, which today typically at an electrical power of 25-30kW lies, hard to cross. Arrangements for providing electrical energy therefore have often several individual stacks on.

In bekannter und nahe liegender Art und Weise lassen sich die einzelnen Stacks dabei sowohl elektrisch als auch Strömungstechnisch parallel und/oder in Reine verschalten. Besonders die strömungstechnische Verschaltung zum Zu- und Abführen der flüssigen und gasförmigen Betriebsmittel, typischerweise Brennstoff, Luft und Kühlwasser, kann dabei sehr schnell sehr komplex werden, da neben der reinen Zu- und Abfuhr auch eine geeignete Konditionierung, z.B. hinsichtlich Feuchtigkeit und/oder Temperatur, erfolgen muss. Ferner muss eine möglichst gleichmäßige Versorgung der einzelnen Stacks und eine zu dessen Größen passende Betriebsmittelmenge gewährleistet werden. Aus Volumen-, Gewichts- und Kostengründen wird die Versorgung typischerweise mittel einer Fördereinrichtung, z.B. einem Kompressor im Falle der Luft, realisiert. Dies führt im Allgemeinen zu einem extrem hohen Aufwand hinsichtlich der Versohrung. Damit ergeben sich vergrößerte Anforderungen an die Abdichtungen der teilweise Wasserstoff führenden Vorrohrungen. Um die Gleichverteilung sicherzustellen sollten die einzelnen Rohrabschnitte außerdem gleiches oder zumindest ähnliches Volumen aufweisen und/oder mit geeigneter Sensorik und Aktuatorik versehen sein, z.B. regelbare Drosselklappen oder dergleichen.In known and obvious way the individual Stacks thereby both electrically and fluidically parallel and / or interconnect in pure. Especially the fluidic connection for feeding and discharging the liquid and gaseous Operating resources, typically fuel, air and cooling water, can be very complex very quickly, because in addition to the pure Inlet and outlet also a suitable conditioning, e.g. regarding Moisture and / or temperature must be done. Furthermore, a must preferably uniform supply the individual stacks and an appropriate amount of resources to its sizes guaranteed become. For volume, weight and cost reasons, the supply typically becomes means of a conveyor, e.g. a compressor in the case of air, realized. This generally leads at an extremely high cost in terms of oiling. In order to arise increased demands to the seals of the partially hydrogen leading Vorrohrungen. To the equal distribution As well, the individual pipe sections should be the same or at least similar Have volume and / or with suitable sensors and actuators be provided, e.g. adjustable throttle or the like.

All dies führt zu sehr großen, komplexen, schweren und teueren Systemen, welche hinsichtlich der Wartung sehr aufwändig sind.Alles this leads to too big, complex, heavy and expensive systems, which in terms of Maintenance very expensive are.

Aus den Schriften DE 101 85 258 T1 und DE 695 13 032 T2 sind jeweils aufbauten von verschalteten Stacks bekannt, bei denen über die einen Endplatten die Betriebsmittel zu- und abgeführt werden und über die jeweils anderen Endplatten eine Umlenkung der Betriebsmittel erfolgt. Durch die Integration der Fluidsammlung in die Endplatten und die damit erzielte Anschließbarkeit von einer Seite aus soll ein kompakterer Aufbau des Stacks erzielt werden.From the scriptures DE 101 85 258 T1 and DE 695 13 032 T2 In each case structures of interconnected stacks are known in which the resources are fed in and out via one end plate and a diversion of the operating medium takes place via the respective other end plates. By integrating the fluid collection in the end plates and the connectivity thus achieved from one side to a more compact construction of the stack can be achieved.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brennstoffzellenstapel zu schaffen, welcher es erlaubt ein denselben aufweisendes System sehr kompakt zu bauen, und welcher selbst sehr flexibel eingesetzt werden kann.It The object of the present invention is a fuel cell stack which allows a system having the same very much compact to build, and which are used very flexibly can.

Die erfindungsgemäßen Endplatten weisen alle Anschlüsse für alle flüssigen und gasförmigen Betriebsmittel, typischerweise Brennstoff, Luft und Kühlwasser, auf. Damit kann der Stack von jeder Seite aus beliebig mit Betriebsmitteln versorgt und diese wieder abgeführt werden. Der so entstehende erfindungsgemäße Stackaufbau ist hochflexibel einsetzbar. Er ermöglicht die Verschaltung von einzelnen Stacks zu eine höhere Leistung liefernden Anordnungen bei minimalem Verrohrungsaufwand, da die Betriebsmittel durch einen oder beide Endplatten annähernd beliebig zuwischen den Stacks weitergegeben werden können.The Endplates according to the invention have all connections for all liquid and gaseous resources, typically fuel, air and cooling water, on. This can be the Stack supplied from any side with any resources and these dissipated again become. The resulting stack construction according to the invention is highly flexible used. He allows the interconnection of individual stacks to a higher-performance arrangements with minimal piping effort, since the resources through a or approximate both end plates can be passed freely to the stacks.

Dabei können die benötigten Anschlüsse beliebig kombiniert werden, womit kurze Leitungswege möglich sind. Die verbleibenden Anschlüsse können sehr einfach mittels Bildstopfen oder dergleichen verschlossen werden.there can The necessities connections can be combined arbitrarily, whereby short cable routes are possible. The remaining connections can be very simply be closed by means of image stopper or the like.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Endplatten, sind beide Endplatten des Stacks identisch aufgebaut.According to one particularly advantageous embodiment of the end plates according to the invention, Both end plates of the stack are constructed identically.

Neben den bekannten Synergien im Bereich der Produktion und Kosten bei der Verwendung von Gleichteilen, erhöht auch dies die Flexibilität des Systems. Bei mehren Stacks können diese so nämlich beliebig und sehr einfach ausgewechselt und vertauscht werden. Durch beliebig einbaubare und untereinander so wie auf beiden Seiten identische Stacks wird ferner die Beschaffung und Bevorratung von Ersatzstacks vereinfacht, da nur noch ein Modell vorgehalten werden muss.In addition to the well-known synergies in the area of production and costs when using identical parts, this also increases the flexibility of the system. With multiple stacks, they can be exchanged and exchanged as desired and very easily. By arbitrarily installable and mutually as well as on both sides identical stacks also the procurement and storage of spare stacks is simplified, since only one model must be kept.

Eine weitere sehr günstige Ausführung der Erfindung sieht vor, dass einige der nicht zur Zu- oder Abfuhr der Betriebsmittel benötigten Anschlusselemente Sensoren zur Überwachung von Zustandsgrößen aufweisen.A more very cheap execution The invention provides that some of the not to supply or discharge the resources needed Connection elements Sensors for monitoring of state variables.

Ohne zusätzlich Anschlusspunkte, welche den Aufbau der Endplatte und/oder des Stacks verteuern würden und welche entsprechende Abdichtungsprobleme verursachen können, wird die Erfassung von Zustandgrößen, z.B. Betriebsmitteltemperatur, Stoffkonzentrationen, Drücke etc., möglich. Der Aufbau eines überwachten Stacks wird somit deutlich einfacher und im Betrieb über eine lange Nutzungszeit zuverlässiger, da weniger Leckageproblem auftreten werden.Without additionally Connection points which the construction of the end plate and / or the stack would be more expensive and which can cause corresponding sealing problems the detection of state quantities, e.g. Operating medium temperature, substance concentrations, pressures etc., possible. The construction of a supervised Stacks are thus much easier and in operation over a long service life more reliable, because less leakage problem will occur.

Ferner ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von Brennstoffzellenstapel anzugeben, welche ein sehr kompaktes die Brennstoffzellenstapel aufweisendes System erlaubt.Further it is the object of the present invention an arrangement of Fuel cell stack indicate which is a very compact fuel cell stack exhibiting system allowed.

Erfindungsgemäß werden dazu die Stacks seriell verschaltet und an ihren einander zugewandten Endplatten miteinander gekoppelt. Die Versorgung mit den Betriebsmitteln erfolgt dabei durch nur einen der Stacks. Durch diesen werden die Betriebsmittel dann über die Kopplung an den anderen Stack weitergegeben. Aus diesen anderen Stack können die Betriebsmittel dann direkt oder nach Rückleitung in den ersten Stack auch aus diesen wieder abgeführt werden.According to the invention to the stacks connected in series and to their facing each other End plates coupled together. Supply of resources takes place by only one of the stacks. Through this, the Resources then over passed the coupling to the other stack. Out of these others Stack can be the resources then directly or after return in the first stack also be removed from these again.

Es entsteht so eine kompakter Aufbau mit einem sehr geringen notwendigen Aufwand zur Verrorrung.It so creates a compact structure with a very small necessary Effort to Verrorrung.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die miteinander verbundenen Endplatten über eine Adapterplatte miteinander verbundnen sind.A Particularly advantageous embodiment of the invention provides that the interconnected end plates via an adapter plate with each other are connected.

Somit können die Leitungswege minimiert werden, was ebenfalls Bauraum und Aufwand spart. Die Probleme hinsichtlich der Abdichtung und Gleichverteilung werden durch das einsparen von Leitungen zwischen den Stacks ebenfalls minimiert.Consequently can the cable routes are minimized, which also space and effort saves. The problems of sealing and equal distribution By saving lines between the stacks as well minimized.

Gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung der Erfindung ist es ferner vorgesehen, dass die Anschlusselemente in der einen Endplatte, durch die keine Versorgung mit den flüssigen und gasförmigen Betriebsmitteln erfolgt, abgedichtet sind.According to one very cheap Further development of the invention, it is further provided that the connection elements in the one end plate, through which no supply of the liquid and gaseous resources takes place, are sealed.

Durch diese Abdichtung, z.B. durch „Blindstopfen", kann die hohe Flexibilität beim Einsatz und bei der Verschaltung der Stacks ideal genutzt werden, benötigte Anschlüsse verwendet und verbleibenden Anschlüsse mittels verschlossen werden können.By this seal, e.g. By "blind plugging", the high flexibility in use and are used ideally when interconnecting the stacks, needed connections used and remaining connections can be closed by means of.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung hiervon können im Bereich der Abdichtungen Sensoren vorgesehen sein. Es ergeben sich so die oben bereits genannten Vorteile.Corresponding In an advantageous development thereof, sensors can be used in the region of the seals be provided. This results in the advantages already mentioned above.

Die Verbindung unter den Brennstoffzellenstapeln kann gemäß einer sehr vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung durch eine Verbindung der einander zugewandten Endplatten miteinander ausgebildet sein.The Connection under the fuel cell stacks can according to a very advantageous embodiments of the invention by a connection the mutually facing end plates be formed with each other.

Die Verbindung muss so nur die mechanischen Kräfte für die eigentliche Kopplung, z.B. Verbindung und Dichtung über eine Adapterplatte, der Stacks untereinander aufbringen. Die für die Dichtung der Einzelzellen relevanten Kräfte werden durch jeden der Stacks selbst aufgebracht.The Connection only needs the mechanical forces for the actual coupling, e.g. Connection and seal over an adapter plate that stacks with each other apply. The one for the seal the individual cells relevant forces are applied by each of the stacks themselves.

Alternativ oder ergänzend kann die Verbindung auch mittels Spannbändern ausgebildet sein, welche zumindest jeweils zwei der Brennstoffzellenstapel umfassen.alternative or in addition the connection can also be formed by means of tension bands, which at least two of the fuel cell stacks each comprise.

Bei mehreren Stacks können also alle oder jeweils mindestens zwei Stacks – falls nun Spannbänder eingesetzt werden müssen diese natürlich benachbart sein – verbunden sein, so dass letztendlich ein alle Stacks verbindender Gesamtaufbau entsteht.at several stacks can So all or at least two stacks - if now used tension bands Need to become this, of course, adjacent be - connected so that ultimately a total construction connecting all stacks arises.

Auch hier gilt, dass diese Spannbänder nur die mechanischen Kräfte für die eigentliche Kopplung, z.B. Verbindung und Dichtung über eine Adapterplatte, der Stacks untereinander aufbringen müssen. Die für die Dichtung der Einzelzellen relevanten Kräfte werden durch jeden der Stacks selbst aufgebracht.Also here is that these straps only the mechanical forces for the actual coupling, e.g. Connection and sealing over one Adapter plate, the stacks must apply each other. The for the Seal of the individual cells relevant forces will be through each of the Stacks itself applied.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ferner aus den nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.Further advantageous embodiments of the invention will become further apparent the embodiments illustrated below with reference to the drawing.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 einen schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels mit erfindungsgemäßen Endplatten; 1 a schematic representation of a fuel cell stack with end plates according to the invention;

2 eine beispielhafte Anordnung mit zwei parallelen Brennstoffzellenstapeln; und 2 an exemplary arrangement with two parallel fuel cell stacks; and

3 eine beispielhafte Anordnung mit drei seriellen Brennstoffzellenstapeln. 3 an exemplary arrangement with three serial fuel cell stacks.

In 1 ist ein Brennstoffzellenstapel 1 bzw. Stack 1 beispielhaft dargestellt. Der Stack 1 weist eine Vielzahl von einzelnen Brennstoffzellen 2 bzw. Einzelzellen 2 auf, welche zwischen zwei Endplatten 3 zu dem Stack 1 verbunden sind. Die Einzelzellen 2 werden mittels der Endplatten 3 gegeneinander verspannt, beispielsweise durch die Endplatten 3 verbindende Spannbänder oder Spannschrauben. Diese mechanische Verspannung der Endplatten gegeneinander muss für eine Abdichtung der Einzelzellen 2 gegeneinander sowie der Endplatten 3 gegenüber dem Stapel an Einzelzellen 2 sorgen.In 1 is a fuel cell stack 1 or stack 1 exemplified. The stack 1 has a plurality of individual fuel cells 2 or single cells 2 on which between two end plates 3 to the stack 1 are connected. The single cells 2 be by means of the end plates 3 braced against each other, for example, by the end plates 3 connecting straps or clamping screws. This mechanical tension of the end plates against each other must be for a sealing of the single cells 2 against each other as well as the end plates 3 opposite the stack of single cells 2 to care.

Da derartige Brennstoffzellenstapel 1, welche beispielsweise als PEM-Brennstoffzellenstapel 1 aufgebaut sind, eine Betriebstemperatur von ca. 80 bis 100° C aufweisen und, beispielsweise im Anwendungsfall für Fahrzeugantriebe, aus sehr niedrigen Temperaturen (z.B. –20°C) gestartet werden müssen, sind vergleichsweise große Temperaturschwankungen und thermische Ausdehnungen der Einzelzellen 2 zu erwarten. Durch die Verspannung der Endplatten 3 gegeneinander müssen diese so weit ausgeglichen werden, dass in allen Betriebszuständen ein dichtes System entsteht.Because such fuel cell stacks 1 , which, for example, as a PEM fuel cell stack 1 are constructed, have an operating temperature of about 80 to 100 ° C and, for example, in the application for vehicle drives, from very low temperatures (eg -20 ° C) must be started, are comparatively large temperature fluctuations and thermal expansion of the individual cells 2 expected. By the tension of the end plates 3 against each other they must be compensated so far that a dense system is created in all operating conditions.

Aufgrund dieser eben geschilderten Problematik ist die maximale Baugröße von derartigen Stacks 1 eingeschränkt. Derzeit können derartige Stacks 1 typischerweise mit elektrischen Leitungen in der Größenordnung von 25 bis 30 kW aufgebaut werden. Je nach Anwendungsfall sind jedoch höhere Leistungen gewünscht, beispielsweise zum Antreiben eines Fahrzeugs. Dann werden typischerweise mehrere solche Stacks 1 elektrisch und fluidisch miteinander verschaltet. Dadurch entstehen bei den Aufbauten gemäß dem Stand der Technik die eingangs bereits im Detail dargelegten Probleme hinsichtlich der Verrohrung der einzelnen Stacks 1.Because of this just described problem, the maximum size of such stacks 1 limited. Currently, such stacks 1 typically be constructed with electrical lines of the order of 25 to 30 kW. Depending on the application, however, higher powers are desired, for example for driving a vehicle. Then typically several such stacks 1 interconnected electrically and fluidically. As a result, in the case of the constructions according to the prior art, the problems already explained in detail at the beginning with regard to the piping of the individual stacks 1 ,

Der in 1 dargestellte Stack 1 weist nun im Bereich seiner Endplatte 3 jeweils alle Anschlusselemente 4 für die Zu- und Ableitung aller Betriebsmittel auf. Bei den Betriebsmitteln handelt es sich dabei typischerweise um einen Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff oder ein wasserstoffreiches Gas, ein Oxidationsmittel, beispielsweise Luft, und ein Kühlmittel, typischerweise Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel. Diese drei Betriebsmittel werden den Einzelzellen 2 des Stacks durch die Endplatten 3 hindurch zugeführt und über die Endplatten 3 wieder abgeführt. Die Anschlusselemente 4 in den Endplatten 3 müssen dabei typischerweise in Öffnungen durch die flächig ausgebildeten Einzelzellen 2 hindurch münden, so dass von den Anschlusselementen 4 eine Verteilung über alle Einzelzellen 2 sowie ein Anströmen des in der gegenüber liegenden Endplatte angeordneten korrespondierenden Anschlusselements durch die Einzelzellen 2 hindurch gewährleistet ist. Die Gleichverteilung der Medien auf die einzelnen Einzelzellen 2 erfolgt dann über die so genannten Flow Fields der Einzelzellen 2, welche durch den in ihnen auftretenden Druckverlust für eine Gleichverteilung der Betriebsmittel auf alle Einzelzellen 2 sorgen.The in 1 illustrated stack 1 now points in the area of its end plate 3 in each case all connection elements 4 for the supply and discharge of all equipment. The operating resources are typically a fuel, for example hydrogen or a hydrogen-rich gas, an oxidizing agent, for example air, and a coolant, typically water or a mixture of water and an antifreeze. These three resources become the single cells 2 of the stack through the end plates 3 fed through and over the end plates 3 discharged again. The connection elements 4 in the end plates 3 typically have to be in openings through the flat-shaped individual cells 2 open out, so that of the connection elements 4 a distribution over all single cells 2 and an influx of the arranged in the opposite end plate corresponding terminal element through the individual cells 2 is ensured through. The equal distribution of the media on the individual single cells 2 then takes place via the so-called flow fields of the individual cells 2 , which by the pressure loss occurring in them for an equal distribution of resources on all individual cells 2 to care.

Entgegen den beim Stand der Technik üblichen Ausführungen mit der Zu- und Ableitung der Betriebsmittel durch eine der Endplatten oder der Zuleitung durch eine der Endplatten und der Ableitung durch die andere der Endplatten sind bei dem erfindungsgemäßen Stack 1 zwei Endplatten 3 eingesetzt, welche jeweils alle Anschlusselemente für die Zu- und Ableitung aller Betriebsmittel aufweisen. Damit entsteht ein hochflexibel einsetzbarer Brennstoffzellenstack 1, welcher hinsichtlich der Verrohrung sehr günstig verwendet werden kann. Es besteht hier nämlich die Möglichkeit, den Stack 1 von einer Seite aus mit einem oder mehreren der Betriebsmittel zu versorgen und diese entweder auf der einen oder auf der anderen Seite wieder abzuführen. Im Prinzip kann diese Flexibilität bei jedem der Betriebsmittel unabhängig von den anderen Betriebsmitteln Verwendung finden. Dadurch kann der Stack 1 mit den erfindungsgemäßen Endplatten 3hochflexibel eingesetzt werden.Contrary to the usual in the prior art designs with the supply and discharge of resources through one of the end plates or the lead through one of the end plates and the derivative by the other of the end plates are in the stack according to the invention 1 two end plates 3 used, each having all connection elements for the supply and discharge of all resources. This creates a highly flexible usable fuel cell stack 1 , which can be used very cheaply in terms of piping. There is a possibility here, the stack 1 supply one or more of the equipment from one side and discharge it either on one side or on the other side. In principle, this flexibility can be used with each of the resources independently of the other resources. This can be the stack 1 3 are used highly flexible with the end plates according to the invention.

Besonders günstig ist es dabei, wenn der Stack 1 identische oder zumindest hinsichtlich der Anschlusselemente 4 identisch aufgebaute Endplatten 3 aufweist. Neben den bekannten Vorteilen, welche sich hinsichtlich der Kosten und der Fertigung bei der Verwendung von Gleichteilen ergeben, kann der Stack 1 außerdem beliebig gegen andere Stacks 1 in dem System ausgetauscht werden. Egal wie das System aufgebaut ist, kann damit mit einer einzigen Bauart eines Stacks operiert werden, so dass auch lediglich ein Modelltyp des Stacks 1 als Ersatzteil bevorratet werden muss.It is particularly favorable when the stack 1 identical or at least with regard to the connection elements 4 identically constructed end plates 3 having. In addition to the known advantages, which result in terms of cost and manufacturing when using identical parts, the stack 1 can also arbitrarily against other stacks 1 be exchanged in the system. No matter how the system is constructed, it can be operated on a single type of stack, so that only one model type of the stack 1 must be stored as a spare part.

Die hohe Flexibilität beim Einsatz eines Stacks 1 mit derartigen Endplatten 3 kann dabei für verschiedene Schaltungsvarianten benutzt werden, wobei nicht benötigte Anschlusselemente 4 einfach durch Blindstopfen oder eine auf die den Einzelzellen 2 abgewandte Seite der Endplatte 3 montierte Abschlussplatte verschlossen werden.The high flexibility when using a stack 1 with such end plates 3 can be used for different circuit variants, with unnecessary connection elements 4 simply by blind plugs or one on the single cells 2 opposite side of the end plate 3 mounted end plate are closed.

In 2 ist eine mögliche Verschaltung von zwei derartigen Stacks 1 parallel zueinander dargestellt. Die beiden Stacks 1 können dabei zentral mit den Betriebsmitteln versorgt werden. Diese werden in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls zentral wieder abgeführt. Dies erleichtert insbesondere die Gleichverteilung der Betriebsmittel auf die beiden dargestellten Stacks 1, da bei einer derartigen zentralen Anordnung die Leitungselemente zwischen den Fördereinrichtungen und den Stacks 1 mit annähernd identischem Volumen ausgebildet sein können, so dass die Gleichverteilung auf diese Art bereits sichergestellt ist. Dementsprechend kann auf teuere, schwere und aufwändige Regelungseinrichtungen für die Volumenströme der Betriebsmittel, z.B. regelbare Drosselklappen oder dergleichen, verzichtet werden.In 2 is a possible interconnection of two such stacks 1 shown parallel to each other. The two stacks 1 can be supplied centrally with the resources. These are also removed centrally again in the embodiment shown here. This facilitates in particular the uniform distribution of the resources on the two stacks shown 1 because with such a central arrangement, the piping elements between the conveyors and the stacks 1 can be formed with approximately identical volume, so that the uniform distribution in this way already ensured. Accordingly, it is possible to dispense with expensive, heavy and complex control devices for the volume flows of the operating medium, for example controllable throttle valves or the like.

In dem in 2 angedeuteten Beispiel könnten sich an die der zentralen Zu- und Abfuhr der Betriebsmittel abgewandte Seite der Stacks 1 jeweils weitere Stacks 1 anschließen oder diese könnten in diesem Bereich verschlossene Anschlusselemente 4 (welche zwecks Übersichtlichkeit der Darstellung in der 2 nicht mehr mit Bezugszeichen versehen sind) ihrer Endplatten 3 aufweisen.In the in 2 indicated example could be the side facing away from the central supply and discharge of resources side of the stacks 1 each additional stacks 1 connect or these could be in this area sealed connection elements 4 (which for clarity of presentation in the 2 no longer provided with reference numerals) of their end plates 3 exhibit.

Eine weitere Anordnung von Stacks 1 ist in 3 ersichtlich. Hier sind die Stacks 1 seriell hintereinander geschaltet. Hierdurch kann die Versorgung und die Abfuhr der Betriebsmittel durch einen einzigen der Stacks 1 hindurch erfolgen. Durch die dem zweiten Stack 1 zugewandte Endplatte 3 des ersten Stacks 1, und dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine dazwischen angeordnete Adapterplatte 5, werden die Betriebsmittel von dem ersten Stack 1 in den zweiten Stack 1 weiter geleitet. Vergleichbares gilt für die Weiterleitung der Betriebsmittel von dem zweiten Stack 1 in den dritten Stack 1, auch hier ist zwischen den einander zugewandten Endplatten 3 der Stacks 1 eine Adapterplatte 5 zur Weiterleitung der Betriebsmittel vorgesehen. Im hier dargestellten Aufbau aus drei Stacks 1 ist der dritte der Stacks 1 dann auf seiner den beiden anderen Stacks 1 abgewandten Seite durch eine auf seiner Endplatte 3 liegenden Abschlussplatte 6 verschlossen, welche die in dieser Endplatte 3 liegenden Anschlusselemente 4 (welche zwecks Übersichtlichkeit der Darstellung in der 3 nicht mehr mit Bezugszeichen versehen sind) abdichtet. Es entsteht auf diese Art ein Stapelstack, welcher, je nach Anzahl der in ihm verbauten einzelnen Stacks 1, eine entsprechende höhere Leistung als die einzelnen Stacks 1 liefern kann. Die Versorgung mit den Betriebsmitteln ist dabei vergleichbar der eines einzelnen Stacks 1 und damit hinsichtlich der eingesetzten Komponenten und der Gleichverteilung zwischen den einzelnen Stacks 1 weitaus unproblematischer als bei der bisherigen Verrorrung von einzelnen Stacks 1.Another arrangement of stacks 1 is in 3 seen. Here are the stacks 1 serially connected in series. This allows the supply and drainage of resources through a single one of the stacks 1 through. By the second stack 1 facing end plate 3 the first stack 1 , and the embodiment shown here by an adapter plate arranged therebetween 5 , the resources are from the first stack 1 in the second stack 1 passed on. The same applies to the forwarding of the resources from the second stack 1 in the third stack 1 , also here is between the facing end plates 3 the stacks 1 an adapter plate 5 provided for forwarding the resources. In the structure of three stacks shown here 1 is the third of the stacks 1 then on his two other stacks 1 opposite side by one on its end plate 3 lying end plate 6 closed, which in this end plate 3 lying connection elements 4 (which for clarity of presentation in the 3 no longer provided with reference numerals) seals. This results in a stack stack, which, depending on the number of built-in individual stacks 1 , a corresponding higher performance than the individual stacks 1 can deliver. The supply of resources is comparable to that of a single stack 1 and thus with regard to the components used and the uniform distribution between the individual stacks 1 far less problematic than the previous Verrorrung of individual stacks 1 ,

Der in 3 dargestellte Aufbau ist beliebig mit dem in 2 dargestellten Aufbau kombinierbar, so dass auch Aufbauten aus parallel verschalteten Stapelstacks mit vergleichsweise geringem Aufwand hinsichtlich der Zu- und Abfuhr der Betriebsmittel realisiert werden können. Jeder der einzelnen Stacks für sich bleibt dabei durch die bereits oben erwähnten, hier nicht dargestellten Spannschrauben oder Spannbänder in sich verspannt, so dass die Abdichtung zwischen den Einzelzellen 2 des Stacks 1 unabhängig von seiner Anordnung zusammen mit anderen Stacks 1 erfolgt.The in 3 The structure shown is arbitrary with the in 2 shown construction can be combined, so that structures of parallel interconnected stack stacks can be realized with relatively little effort in terms of the supply and removal of resources. Each of the individual stacks remains self-tensioned by the already mentioned above, not shown here clamping screws or straps, so that the seal between the individual cells 2 of the stack 1 regardless of its arrangement along with other stacks 1 he follows.

Die einzelnen Stacks 1 untereinander können dann beispielsweise durch eine Verbindung der einander zugewandten Endplatten untereinander erfolgen. Ebenso ist es alternativ oder ergänzend denkbar, den gesamten Aufbau aus mehreren einzelnen Stacks 1 mit Spannbändern zu verspannen.The individual stacks 1 with each other can then be done for example by a connection of the facing end plates with each other. Likewise, it is alternatively or additionally conceivable, the entire structure of several individual stacks 1 with straps to brace.

In 3 ist eine besondere Variante dieser Verspannung dargestellt, bei welcher jeweils zwei benachbart angeordnete Stacks 1 über die Spannbänder 7a bzw. 7b so miteinander verspannt sind, dass diese Verspannungen sich jeweils um einen Stack 1 überlappen. Dadurch entsteht ein insgesamt stabiler Aufbau aus den hier dargestellten drei Stacks 1. Die verschiedenen Varianten der Verspannung und der Verbindung der Endplatten 3 sind dabei selbstverständlich beliebig untereinander kombinierbar oder auch gemeinsam in einem Aufbau verwendbar.In 3 a particular variant of this strain is shown, in which each two adjacently arranged stacks 1 over the tension bands 7a respectively. 7b are clamped together so that these tension in each case by a stack 1 overlap. This creates an overall stable structure of the three stacks shown here 1 , The different variants of the tension and the connection of the end plates 3 are of course arbitrarily combinable with each other or also used together in a structure.

Ihnen allen ist es gemeinsam, dass die aufgebrachten Kräfte aufgrund der jeweils für sich verspannten und dabei abgedichteten einzelnen Stacks 1 von der Verspannung bzw. Verbindung des Gesamtaufbaus unabhängig bleibt. Die Verbindung bzw. Verspannung des Gesamtaufbaus beispielsweise mittels der hier dargestellten Spannbänder 7a, 7b muss lediglich dafür sorgen, dass Verspannung und Abdichtung der Endplatten 3 sowie ggf. der Adapterplatten 5 und/oder Abschlussplatte 6 gegeneinander über alle Temperaturbereiche hinweg zuverlässig erfolgt. Dadurch ist die Dimensionierung der Verspannung deutlich einfacher.It is common to all of them that the forces applied are due to the individually stiffened and thereby sealed individual stacks 1 remains independent of the tension or connection of the overall structure. The connection or clamping of the overall structure, for example by means of the clamping bands shown here 7a . 7b just need to ensure that clamping and sealing of the end plates 3 and possibly the adapter plates 5 and / or end plate 6 Reliable against each other across all temperature ranges. As a result, the dimensioning of the tension is much easier.

Da der gesamte Stapelstack aus den einzelnen Stacks 1 einer relativ großen Längenausdehnung über den Temperaturbereich seines Betriebs unterliegt, kann für diesen beispielsweise eine Fest-Los-Lagerung konzipiert werden, wobei die bevorzugten Auflagepunkte im Bereich der Endplatten 3 und/oder der Adapterplatten 5 vorgesehen werden können.Since the entire stack stack from the individual stacks 1 a relatively large longitudinal extent over the temperature range of its operation, for example, a fixed-lot storage can be designed for this, with the preferred support points in the end plates 3 and / or the adapter plates 5 can be provided.

Gemäß einer hier nicht dargestellten Ausführungsform können die Elemente, welche die nicht benötigten Anschlusselemente 4 verschließen, beispielsweise die Abschlussplatte 6 oder einzelne Blindstopfen, in den jeweils nicht benötigten Anschlusselementen 4 Sensoren aufweisen, mit welchen Zustandsgrößen in dem Brennstoffzellenstapel einfach und effizient überwacht werden können. Diese Sensoren können beispielsweise Drucksensoren, Temperaturfühler, Sensoren zur Ermittlung der Gaskonzentration oder dergleichen sein. Damit wird das Einbringen von Sensoren in den Stack 1 erheblich vereinfacht, da diese einfach durch ohnehin vorhandene, nicht genutzte Anschlusselemente 4 eingebracht werden können, welche typischerweise mit den durch den gesamten Stack 1 verlaufenden Sammelkanälen für die Betriebsmittel in Verbindung stehen und so zuverlässig und ohne Dichtungsprobleme hervorzurufen Informationen über die im Stack 1 verbindlichen Betriebsmittel liefern. Die Notwendigkeit des komplexen Einbaus zwischen die ohnehin sehr schwer gegeneinander und gegenüber der Umgebung abzudichtenden Einzelzellen 2 kann somit leicht umgangen werden.According to an embodiment, not shown here, the elements which the unnecessary connection elements 4 close, for example, the end plate 6 or individual dummy plugs, in the respectively unnecessary connection elements 4 Have sensors with which state variables in the fuel cell stack can be monitored easily and efficiently. These sensors may be, for example, pressure sensors, temperature sensors, sensors for determining the gas concentration or the like. This is the introduction of sensors in the stack 1 considerably simpler, as they are easily accessible through anyway existing, unused connection elements 4 can be introduced, which typically with the through the entire stack 1 running collecting channels for the resources in connection ste and so reliable and without any sealing problems to elicit information about those in the stack 1 deliver binding resources. The need for complex installation between the already very difficult to seal against each other and the environment of individual cells 2 can thus easily be bypassed.

Selbstverständlich kann der Fachmann neben den Sensoren auch weitere, gegebenenfalls benötigte Elemente in den nicht genutzten Anschlusselementen 4 des Stacks 1 vorsehen, beispielsweise Ventile zum Ablassen der Betriebsmittel oder Elemente zur Beeinflussung von Konzentrationen schädlicher Gase in dem Brennmittel, beispielsweise Ventile für Purge und Air-Bleed-Vorgänge, wie sie z.B. bei der Verwendung von nicht vollkommen reinem Wasserstoff notwendig sein können.Of course, in addition to the sensors, the person skilled in the art may also use further optionally required elements in the unused connection elements 4 of the stack 1 Provide, for example, valves for draining the resources or elements for influencing concentrations of harmful gases in the fuel, such as valves for purge and air-bleed processes, such as may be necessary when using not completely pure hydrogen.

Claims

Fuel cell stack of a number of individual fuel cells, in particular PEM fuel cells, wherein the fuel cell stack each having an end plate on its two end sides after the last fuel cell, and wherein the supply of the fuel cell stack with liquid and gaseous resources through at least one of the end plates is therethrough characterized in that the two end plates ( 3 ) all connection elements ( 4 ) for the supply and discharge of all equipment.

Fuel cell stack according to claim 1, characterized in that the two end plates ( 3 ) are constructed identically.

Fuel cell stack according to claim 1 or 2, characterized in that some of the connection elements not required for the supply or removal of the resources ( 4 ) Have sensors for monitoring state variables.

Arrangement with at least two fuel cell stacks according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two fuel cell stacks ( 1 ) with their mutually facing end plates ( 3 ), wherein the supply of liquid and gaseous resources through one of the end plates ( 3 ), which corresponds to the at least one other fuel cell stack ( 1 ) are turned away.

Arrangement according to claim 4, characterized in that the interconnected end plates ( 3 ) via an adapter plate ( 5 ) are interconnected.

Arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that the connection elements ( 4 ) in one of the at least one other fuel cell stack facing away from end plates ( 3 ), through which no supply of the liquid and gaseous resources takes place, are sealed.

Arrangement according to claim 6, characterized in that in the region of the seal sensors for monitoring the fuel cell stack ( 1 ) are provided.

Arrangement according to one of claims 4 to 7, characterized in that the connection among the fuel cell stacks ( 1 ) by a connection of the mutually facing end plates ( 3 ) is formed with each other.

Arrangement according to one of claims 4 to 8, characterized in that the connection among the fuel cell stacks ( 1 ) is formed by tension bands, which at least in each case two of the fuel cell stacks ( 1 ).