DE102006002014B4

DE102006002014B4 - Device for power supply with planar fuel cells

Info

Publication number: DE102006002014B4
Application number: DE102006002014A
Authority: DE
Inventors: Rocco Dr. Guarnaccia; Klaus Ruthrof
Original assignee: POWER AVENUE CORP; Power Avenue Corp Nashville
Current assignee: POWER AVENUE CORP; Power Avenue Corp Nashville
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2026-01-14
Also published as: DE102006002014A1

Abstract

Vorrichtung zur Stromversorgung mit einer Mehrzahl von planaren Brennstoffzellen, die in einem Stapel vorliegen, in dem mindestens zwei Brennstoffzellen unter paralleler Ausrichtung ihrer Haupterstreckungsebenen nebeneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellen (5) auf einer Mehrzahl von planaren Steckkarten (7) angeordnet sind, die zur Ausbildung des Stapels in einen Steckrahmen (19) eingesteckt sind und die unter Aufrechterhaltung der Integrität des Stapels einzeln aus dem Stapel entnehmbar und zu dem Stapel hinzufügbar sind, dass jede Steckkarte (7) zwei Gasanschlüsse (2, 4) zur Versorgung der Brennstoffzellen (5) mit Brenngas sowie elektrische Anschlüsse (3) aufweist, wobei komplementäre Gasanschlüsse und elektrische Anschlüsse direkt an dem Steckrahmen (19) ausgebildet sind, so dass die Verbindung der Gasanschlüsse und die elektrische Kontaktierung unmittelbar durch das Einschieben der Steckkarte (7) in den Steckrahmen (19) erfolgt, und dass die Brennstoffzellen (5) auf den Steckkarten (7) luftatmend sind, dass die Steckkarten (7) in dem Stapel einen seitlichen Abstand untereinander aufweisen...Apparatus for supplying power with a plurality of planar fuel cells, which are present in a stack in which at least two fuel cells are arranged side by side with parallel alignment of their main extension planes, characterized in that the fuel cells (5) are arranged on a plurality of planar plug-in cards (7) which are inserted into a plug-in frame (19) to form the stack and which, while maintaining the integrity of the stack, are individually removable from the stack and added to the stack, that each plug-in card (7) has two gas connections (2, 4) for supplying the Fuel cell (5) with fuel gas and electrical connections (3), wherein complementary gas connections and electrical connections are formed directly on the plug frame (19), so that the connection of the gas connections and the electrical contact directly by inserting the plug-in card (7) the plug frame (19) takes place, and that the fuel cells (5) on the plug-in cards (7) are luftatmend that the plug-in cards (7) in the stack have a lateral distance from each other ...

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stromversorgung mit einer Mehrzahl von planaren Brennstoffzellen und mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1.The The invention relates to a device for power supply with a Plural of planar fuel cells and with the characteristics of Generic term of the independent Patent claim 1.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Als Vorrichtung zur Stromversorgung mit einer Mehrzahl von planaren Brennstoffzellen sind sogenannte Brennstoffzellenstacks bekannt. In Brennstoffzellenstacks sind mehrere planare Brennstoffzellen innerhalb einer geschlossenen mechanischen Struktur unter paralleler Ausrichtung ihrer Haupterstreckungsebenen nebeneinander angeordnet. Die geschlossene mechanische Struktur wird beispielsweise durch Spannelemente zusammengehalten. Die Spannelemente dienen dazu, innerhalb von Brennstoffzelleneinheiten, die jeweils den Schichtaufbau einer oder mehrerer in einer Ebene nebeneinander angeordneter Brennstoffzellen umfassen, mit einer Flächenpressung zu beaufschlagen, die für die Funktion der einzelnen Brennstoffzellen, insbesondere die Begrenzung deren Innenwiderstände wichtig ist. Elektrisch und/oder bezüglich ihrer Gasversorgung sind die Brennstoffzellen bekannter Brennstoffzellenstacks fest verschaltet, beispielsweise in Reihe. Dies hat zur Folge, dass mit dem Ausfall einer einzigen Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstacks in der Regel der gesamte Brennstoffzellenstack unbrauchbar wird. Die Lebensdauer eines gesamten Brennstoffzellenstacks ist damit auf die kürzeste Lebensdauer einer einzelnen der von ihm umfassten Brennstoffzellen beschränkt. Um eine einzelne Brennstoffzelle innerhalb eines Brennstoffzellenstacks auszutauschen, muss der gesamte Brennstoffzellenstack zerlegt werden. Dabei kommt es häufig zu Folgebeschädigungen anderer Brennstoffzellen. In aller Regel ist es daher nicht lohnend, einen Brennstoffzellenstack auch bei Auswahl nur einer Brennstoffzelle zu reparieren. Weiterhin ist es selbst dann schwierig, die gleichmäßige Versorgung aller Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstacks mit Brenngas und Sauerstoff sicherzustellen, wenn alle Brennstoffzellen voll funktionsfähig sind.When Device for power supply with a plurality of planar Fuel cells are known as fuel cell stacks. In fuel cell stacks are several planar fuel cells within a closed mechanical structure under parallel Orientation of their main extension planes arranged side by side. The closed mechanical structure is, for example, by Clamping elements held together. The clamping elements are used within of fuel cell units, each having the layer structure of a or more in a plane juxtaposed fuel cells include, with a surface pressure to charge for the function of the individual fuel cells, in particular the limitation their internal resistances important is. Electric and / or with respect to their gas supply firmly interconnect the fuel cells of known fuel cell stacks, for example in series. As a result, with the failure of one single fuel cell of a fuel cell stack usually the entire fuel cell stack becomes unusable. The life span an entire fuel cell stack is thus on the shortest life limited to a single fuel cell covered by it. Around a single fuel cell within a fuel cell stack replace, the entire fuel cell stack must be disassembled. It happens frequently to consequential damages other fuel cells. As a rule, it is therefore not worthwhile a fuel cell stack even with the selection of only one fuel cell to repair. Furthermore, it is difficult even the uniform supply all fuel cells of a fuel cell stack with fuel gas and ensure oxygen when all the fuel cells are full functioning are.

Aus der DE 10 2005 005 304 A1 ist eine steckkartenförmige Brennstoffbatterie bekannt, die aus Materialien, wie sie zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatten verwendet werden, gefertigt wird. In die Schaltungsplatten werden Membran-Elektroden-Einheiten eingebettet, und auf den Schaltungsplatten vorgesehene Leitungen dienen der Verschaltung dieser Einheiten. Am Rand der Schaltungsplatte ist ein Anschlussstecker ausgebildet, der mit dem Minuspol und dem Pluspol der Membran-Elektroden-Einheiten verbunden ist. Für diese steckkartenförmigen Brennstoffbatterien kann ein Träger vorgesehen sein, in den die Anschlussstecker von mehreren Brennstoffbatterien einsteckbar sind und der so mehrere planparallel nebeneinander ausgerichtete Brennstoffbatterien tragen und miteinander verbinden kann. Bei den Brennstoffbatterien kann es sich um Direktmethanol-Brennstoffbatterien handeln.From the DE 10 2005 005 304 A1 For example, a plug-type fuel cell is known which is made from materials such as those used to make printed circuit boards. Membrane-electrode units are embedded in the circuit boards, and leads provided on the circuit boards serve to interconnect these units. At the edge of the circuit board, a connector is formed, which is connected to the negative pole and the positive pole of the membrane-electrode assemblies. For these card-shaped fuel batteries, a carrier may be provided, in which the connector of several fuel batteries can be inserted and thus carry a plurality of plane-parallel juxtaposed fuel batteries and connect to each other. The fuel batteries may be direct methanol fuel batteries.

Aus der DE 102 17 034 A1 ist ein Brennstoffzellen-System in Leiterplattenbauweise bekannt, das eine anoden- und eine kathodenseitige Leiterplatte mit mehreren Membranelektrodeneinheiten umfasst, die nach Art eines Verbunds in die Leiterplatten eingebettet und über Verschaltungsfahnen miteinander verbunden sind. Darüber hinaus ist ein nach Art eines Klemmkontakts ausgeführter Stromableitungskontakt auf den Leiterplatten vorgesehen. Die einzelnen Brennstoffzellen dieses Brennstoffzellen-Systems können luftatmend sein.From the DE 102 17 034 A1 discloses a fuel cell system in printed circuit board construction comprising an anode and a cathode side printed circuit board with a plurality of membrane electrode units, which are embedded in the manner of a composite in the circuit boards and interconnected via Verschaltungsfahnen. In addition, a designed in the manner of a terminal contact Stromableitungskontakt is provided on the circuit boards. The individual fuel cells of this fuel cell system can be breathable.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Stromversorgung mit einer Mehrzahl von planaren Brennstoffzellen aufzuzeigen, bei denen einzelne Brennstoffzellen im Falle ihres Ausfalls leicht ausgetauscht werden können und bei denen die gleichmäßige Versorgung der einzelnen Brennstoffzellen mit Brenngas und Sauerstoff besonders einfach möglich ist.invention the task is based on a device for power supply with a plurality of planar fuel cells show at which individual fuel cells easily replaced in the event of failure can be and where the uniform supply the individual fuel cell with fuel gas and oxygen particularly simple possible is.

LÖSUNGSOLUTION

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Stromversorgung mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen und den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der neuen Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 6 beschrieben.According to the invention this Task by a device for power supply with a plurality of fuel cells and the features of independent claim 1. preferred embodiments the new device are in the dependent claims 2 to 6 described.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Bei der neuen Vorrichtung sind die Brennstoffzellen auf einer Mehrzahl von planaren Steckkarten angeordnet, die zur Ausbildung des Stapels in einen Steckrahmen eingesteckt sind und die unter Aufrechterhaltung der Integrität des Stapels einzeln aus dem Stapel entnehmbar und zu dem Stapel hinzufügbar sind. Bei der neuen Vorrichtung wird die Struktur des Stapels also durch eine Kombination von Steckkarten mit einem Steckrahmen vorgegeben. Dabei sind die von den Steckkarten gebildeten Brennstoffzelleneinheiten nicht gegeneinander verspannt, sondern sie werden in dem Stapel einzeln von dem Steckrahmen gehalten. Dies ermöglicht es, die Steckkarten auch einzeln aus dem Stapel zu entfernen, um beispielsweise eine ausgefallene Brennstoffzelle des Stapels auszutauschen. Es können auch zusätzliche Brennstoffzellen beliebig zu dem Stapel hinzugefügt werden, um in einer Parallelschaltung der Brennstoffzellen eine höhere elektrische Leistung mit höherem Strom oder in einer Reihenschaltung der Brennstoffzellen eine höhere elektrische Leistung mit höherer elektrischer Spannung bereitzustellen. Neben der Austauschbarkeit von Brennstoffzellen ist dadurch bei der neuen Vorrichtung eine höhere Variabilität gegeben. Erforderliche Flächenpressungen im Bereich des Schichtaufbaus der einzelnen Brennstoffzellen werden bei der neuen Vorrichtung innerhalb der einzelnen Steckkarten aufgebracht. Dies ist insbesondere dann völlig problemlos, wenn die einzelnen Brennstoffzellen auf den Steckkarten in der Fläche nur wenige Quadratzentimeter, d. h. maximal 10 cm², groß sind.In the new apparatus, the fuel cells are disposed on a plurality of planar plug-in cards which are plugged into a plug-in frame to form the stack and which, while maintaining the integrity of the stack, are individually removable from the stack and added to the stack. In the new device, the structure of the stack is thus determined by a combination of plug-in cards with a plug-in frame. The fuel cell units formed by the plug-in cards are not braced against each other, but they are held in the stack individually by the plug frame. This makes it possible to individually remove the plug-in cards from the stack, for example, to replace a failed fuel cell of the stack. There may also be additional fuel cells arbitrary to the stack may be added to provide a higher electrical power with higher current or in a series circuit of the fuel cells, a higher electrical power with higher electrical voltage in a parallel connection of the fuel cells. In addition to the interchangeability of fuel cells thereby a higher variability is given in the new device. Required surface pressures in the region of the layer structure of the individual fuel cells are applied to the new device within the individual cards. This is especially problem-free if the individual fuel cells on the plug-in cards in the area only a few square centimeters, ie a maximum of 10 cm ² , are large.

Vorzugsweise umfasst jede Steckkarte nur Brennstoffzellen einer Ebene des Stapels. Jede Ebene des Stapels ist dadurch durch Austausch der entsprechenden Steckkarte separat austauschbar.Preferably Each plug-in card includes only fuel cells one level of the stack. Each level of the stack is thereby replaced by the corresponding ones Plug-in card separately exchangeable.

Allerdings ist es bevorzugt, wenn mindestens eine der Steckkarten mehrere in einer Ebene des Stapels nebeneinander angeordnete Brennstoffzellen umfasst. So kann beispielsweise die Anzahl der Brennstoffzellen, die insgesamt in Reihe geschaltet wird, um die Ausgabespannung der neuen Vorrichtung zu erhöhen, vergrößert werden. Konkret kann damit allein durch Austauschen von Steckkarten, die jeweils nur eine Brennstoffzelle pro Steckkarte aufweisen, durch Steckkarten mit 2, 4 oder 6 Brennstoffzellen pro Steckkarte die Ausgabespannung der neuen Vorrichtung durch Reihenschaltung der Brennstoffzellen auf jeder Steckkarte verzweifacht, vervierfacht bzw. versechsfacht werden.Indeed it is preferred if at least one of the plug-in cards several in a plane of the stack juxtaposed fuel cells includes. For example, the number of fuel cells, the total is connected in series to the output voltage of the to increase new device be enlarged. Concretely, this can be done solely by replacing plug-in cards, which each have only one fuel cell per card, by Plug-in cards with 2, 4 or 6 fuel cells per plug-in card Output voltage of the new device by series connection of Fuel cells on each card are quadrupled, quadrupled or sixfold.

Bis auf die Tatsache, dass die Steckkarten der neuen Vorrichtung auch Gasanschlüsse aufweisen müssen, können sie von ihren mechanischen und elektrischen Schnittstellen wie Steckkarten aufgebaut sein, wie sie beispielsweise auf dem Gebiet der Computertechnologie bekannt sind. Konkret können die elektrischen Anschlüsse und Gasanschlüsse jeder Steckkarte nur an einer Begrenzungskante der Steckkarte vorgesehen sein, wobei die beiden an diese Begrenzungskante angrenzenden Begrenzungskanten der Steckkarte als Führungskanten für die Führung der Steckkarte in dem den Stapel aufnehmenden Steckrahmen ausgebildet sind. Die komplementären elektrischen Anschlüsse und Gasanschlüsse sind direkt an dem Steckrahmen ausgebildet, so dass die elektrische Kontaktierung und die Verbindung der Gasanschlüsse unmittelbar durch das Einschieben der Steckkarte in den Steckrahmen erfolgt. Die Führung der Steckkarten gegenüber dem Steckrahmen über zwei einander gegenüberliegenden Führungskanten ermöglicht jedoch die exakte Ausrichtung der elektrischen Anschlüsse und Gasabschlüsse der Steckkarte gegenüber komplementären an dem Steckrahmen vorgesehenen elektrischen Anschlüssen und Gasanschlüssen.To to the fact that the plug-in cards of the new device too gas connections have to have can from their mechanical and electrical interfaces such as plug-in cards be built, as in the field of computer technology are known. Concretely the electrical connections and gas connections each Plug-in card provided only at a boundary edge of the plug-in card be, with the two adjacent to this boundary edge boundary edges the plug-in card as a leading edge for the leadership of Plug-in card formed in the stack receiving the plug frame are. The complementary ones electrical connections and gas connections are formed directly on the plug-in frame, so that the electric Contacting and the connection of the gas connections directly by the insertion the plug-in card takes place in the plug-in frame. The guide of the plug-in cards opposite the plug-in frame over two opposite each other leading edge allows however, the exact alignment of the electrical connections and gas accounts the card opposite complementary to the plug frame provided electrical connections and gas connections.

Die elektrischen Anschlüsse und Gasanschlüsse jeder Steckkarte können alternativ auch an zwei einander gegenüberliegenden Begrenzungskanten der Steckkarte vorgesehen sein, die zugleich als Führungskanten zur Führung der Steckkarte in dem den Stapel aufnehmenden Steckrahmen ausgebildet sind.The electrical connections and gas connections every plug-in card can alternatively also on two opposite boundary edges the plug-in card be provided, at the same time as leading edges to the leadership the plug-in card formed in the stack receiving the plug frame are.

Ein besonderer Vorteil der neuen Vorrichtung ist es, dass die Brennstoffzellen auf den Steckkarten luftatmend sind, also auf eine spezielle Sauerstoffversorgung, außer dass die Brennstoffzellen bzw. die die tragenden Steckkarten belüftet werden, verzichtet wird.One particular advantage of the new device is that the fuel cells breathing air on the plug-in cards, that is, on a special oxygen supply, except that the fuel cells or the load-bearing plug-in cards are ventilated, is waived.

Da die Brennstoffzellen auf den Steckkarten luftatmend sind, müssen die zwischen den Steckkarten des Stapels der neuen Vorrichtung generell vorhandenen seitlichen Abstände so groß sein, dass über diese die Luftversorgung der Brennstoffzellen problemlos möglich ist. Vorzugsweise ist der Steckrahmen zur Sicherstellung der Luftversorgung der Brennstoffzellen mit einem Luft zwischen den Steckkarten umwälzenden Lüfter ausgestattet.There the fuel cells on the cards are breathing air, the need to between the plug-in cards of the stack of the new device in general existing lateral distances be that big that over this air supply of fuel cells is easily possible. Preferably, the plug-in frame to ensure the air supply the fuel cells with an air circulation between the cards Fan fitted.

Der Steckrahmen der neuen Vorrichtung nimmt vorzugsweise nicht nur die Steckkarten mit den Brennstoffzellen des Stapels auf, sondern auch mindestens eine weitere Steckkarte, die beispielsweise einen Wasserstoffspeicher oder eine Steuereinheit der Vorrichtung trägt. Auch diese die Vorrichtung zur Stromversorgung vervollständigenden Einheiten können damit leicht ausgetauscht oder auch ergänzt werden. Der Steckrahmen stellt dabei nur die Infrastruktur für die Verbindung der einzelnen Einheiten der neuen Vorrichtung miteinander zur Verfügung.Of the Plug frame of the new device preferably takes not only the Plug-in cards with the fuel cells of the stack on, but also at least another plug-in card, for example, a hydrogen storage or a control unit of the device carries. Also this the device to complete the power supply Units can easily exchanged or supplemented. The plug frame provides only the infrastructure for the connection of the individual Units of the new device are available to each other.

Die Brennstoffzelleneinheit, die bei der neuen Vorrichtung verwendet wird, ist als planare Steckkarte ausgebildet. Bei der Steckkarte sind zwei einander gegenüber liegende Begrenzungskanten als Führungskanten zur Führung der Steckkarte in einem den Stapel aufnehmenden Steckrahmen ausgebildet.The Fuel cell unit used in the new device is, is designed as a planar plug-in card. At the plug-in card are two opposite each other lying boundary edges as leading edges to the leadership the plug-in card formed in a stack receiving the plug frame.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and combinations of several features mentioned in the introduction to the description are merely exemplary and may be effective as an alternative or cumulatively without the advantages necessarily being achieved by embodiments according to the invention. Other features are the drawings - in particular the geometries shown and the relative dimensions of several components to each other and their rela tive arrangement and operative connection - to take. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.in the The invention is described below with reference to the figures preferred embodiments further explained and described.

1 zeigt eine Mehrzahl von Brennstoffzellen tragenden Steckkarten in einer ersten Ausführungsform. 1 shows a plurality of fuel cell supporting plug-in cards in a first embodiment.

2 zeigt einen Steckrahmen mit mehreren eingesteckten Steckkarten gemäß 1 und weiteren eingesteckten Einheiten. 2 shows a plug-in frame with several plug-in cards according to 1 and other inserted units.

3 zeigt eine Steckkarte mit Brennstoffzellen in einer zu 1 alternativen Ausführungsform. 3 shows a plug-in card with fuel cells in one too 1 alternative embodiment.

4 zeigt eine Steckkarte mit einer Steuereinheit für die Steuerung der anderen in den Steckrahmen gemäß 3 eingesteckten Einheiten. 4 shows a plug-in card with a control unit for controlling the other in the plug frame according to 3 inserted units.

5 zeigt eine Steckkarte mit einem Wasserstoffspeicher zur Versorgung der Brennstoffzellen der Steckkarten gemäß 1 in dem Steckrahmen gemäß 3; und 5 shows a plug-in card with a hydrogen storage to supply the fuel cells of the cards according to 1 in the plug frame according to 3 ; and

6 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch die Steckkarte gemäß 5. 6 shows a vertical cross-section through the plug-in card according to 5 ,

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

Die drei in 1 gezeigten Steckkarten 7 weisen jeweils einen identischen Aufbau auf. Sie erstrecken sich im Wesentlichen in zwei Dimensionen, in diesem Sinne sind die Steckkarten 7 planar. In diesen zwei Dimensionen werden die Steckkarten 7 durch Begrenzungskanten 15 begrenzt, wobei ein Paar von einander gegenüberliegenden Begrenzungskanten als obere Führungskante 1 und untere Führungskante 6 ausgebildet ist. Die Führungskanten 1 und 6 dienen zur Führung der Steckkarten 7 in einem hier nicht dargestellten Steckrahmen, der im Zusammenhang mit 2 näher erläutert werden wird. An einer der beiden Begrenzungskanten 15, die nicht als Führungskanten ausgebildet sind, weist jede Steckkarte 7 zwei Gasanschlüsse 2 und 4 sowie elektrische Anschlüsse 3 auf. Die elektrischen Anschlüsse sind dabei sowohl an der gezeigten Vorderseite als auch der hier nicht sichtbaren Rückseite der Steckkarten 7 vorgesehen. Über den Gasanschluss 2 wird der Steckkarte 15 Brenngas, insbesondere Wasserstoff, zur Versorgung von auf der Steckkarte 15 angeordneten Brennstoffzellen 5 zugeführt. Um die Brennstoffzellen 5 auf ihrer Wasserstoffseite mit Wasserstoff zu durchspülen, ist der weitere Gasanschluss 4 für den Wiederaustritt des Wasserstoffs vorgesehen. Die Versorgung der in an sich bekannter Weise als PEM-Brennstoffzellen ausgebildeten Brennstoffzellen 5 mit Sauerstoff erfolgt durch Luftatmung, d. h. die Steckkarten 7 weisen auf der Sauerstoffseite der Brennstoffzellen 5 Durchbrechungen auf, durch die Luftsauerstoff in die Brennstoffzellen 5 eintreten kann. Die elektrischen Anschlüsse 3 sind dazu vorgesehen, den von den Brennstoffzellen 5 erzeugten Strom abzuleiten. Dabei können die auf einer Steckkarte 7 angeordneten Brennstoffzellen 5 über getrennte Anschlüsse 3 verfügen. Sie können aber auch auf jeder der Steckkarten 7 mit fester Verdrahtung in Reihe und/oder parallel geschaltet sein.The three in 1 shown plug-in cards 7 each have an identical structure. They essentially extend in two dimensions, in this sense are the plug-in cards 7 planar. In these two dimensions are the plug-in cards 7 by boundary edges 15 limited, wherein a pair of opposing boundary edges as the upper leading edge 1 and lower leading edge 6 is trained. The leading edges 1 and 6 serve to guide the plug-in cards 7 in a plug frame, not shown here, in connection with 2 will be explained in more detail. At one of the two boundary edges 15 , which are not designed as leading edges, has each plug-in card 7 two gas connections 2 and 4 as well as electrical connections 3 on. The electrical connections are both on the front side shown and the not visible here back of the cards 7 intended. About the gas connection 2 becomes the plug-in card 15 Fuel gas, in particular hydrogen, for the supply of on the plug-in card 15 arranged fuel cells 5 fed. To the fuel cells 5 Flushing with hydrogen on its hydrogen side is the other gas connection 4 provided for the re-emergence of hydrogen. The supply of the well-known in a conventional manner as PEM fuel cells fuel cells 5 with oxygen by air breathing, ie the plug-in cards 7 point to the oxygen side of the fuel cell 5 Breakthroughs, through the oxygen in the air in the fuel cell 5 can occur. The electrical connections 3 are intended to be supplied by the fuel cells 5 derive generated electricity. It can be on a plug-in card 7 arranged fuel cells 5 via separate connections 3 feature. But you can also on each of the stock cards 7 with fixed wiring in series and / or in parallel.

Der in 2 gezeigte Steckrahmen 19 umfasst eine Deckplatte 17, eine Grundplatte 21, zwei Seitenwände 22 und 25 sowie eine Umluftführung 20. Die Deckplatte 17 und die Grundplatte 21 sind mit Führungsschlitzen zur Aufnahme der Führungskanten 1 und 6 der Steckkarten 7 versehen. Daneben gibt es weitere Führungsschlitze zur Aufnahme anderer Einheiten 16 und 18, die im Zusammenhang mit den folgenden 4 bis 6 näher beschreiben werden werden. Zur Versorgung der Brennstoffzellen auf den Steckkarten 7 sind an der Deckplatte 17 Lüfter 28 und in der Grundplatte 21 Lüftungsschlitze 23 sowie die Umluftführung 20 vorgesehen. Weiterhin umfassen die in dem Steckrahmen 19 angeordneten Einheiten einen Wärmetauscher 24, um die in dem Steckrahmen 19 umgewälzte Luft unter Verwendung von Expansionskälte, wie bei der Entnahme von Wasserstoff aus einem Wasserstoffspeicher 18 anfällt, zu kühlen.The in 2 shown plug frames 19 includes a cover plate 17 , a base plate 21 , two side walls 22 and 25 as well as a circulating air duct 20 , The cover plate 17 and the base plate 21 are with guide slots for receiving the leading edges 1 and 6 the plug-in cards 7 Mistake. There are also additional guide slots for holding other units 16 and 18 related to the following 4 to 6 will be described in more detail. To supply the fuel cells on the plug-in cards 7 are on the cover plate 17 Fan 28 and in the base plate 21 vents 23 as well as the air circulation 20 intended. Furthermore, they include in the plug frame 19 arranged units a heat exchanger 24 to those in the plug frame 19 recirculated air using expansion refrigeration, as in the removal of hydrogen from a hydrogen storage 18 accumulates, to cool.

Die Steckkarten 7 in dem Steckrahmen 19 sind so auf Abstand zueinander angeordnet, dass die von den Lüftern 28 umgewälzte Luft weitgehend umgehindert zwischen ihnen hindurchtreten und die Brennstoffzellen auf den Steckkarten 7 beatmen kann. Der in dem Steckrahmen 19 aus den Brennstoffzellen auf den Steckkarten 7 gebildete Stapel aus Brennstoffzellen ist hier keine derart geschlossene Einheit, dass sie einem Austausch einzelner Brennstoffzellen durch Austausch der entsprechenden Steckkarten 7 für den Fall, dass Brennstoffzellen ausfallen, entgegenstehen würde.The plug-in cards 7 in the plug frame 19 are arranged at a distance from each other, that of the fans 28 circulated air largely bypassed between them and the fuel cells on the plug-in cards 7 can ventilate. The one in the plug frame 19 from the fuel cells on the plug-in cards 7 formed stack of fuel cells here is not such a closed unit that they exchange individual fuel cells by replacing the corresponding plug-in cards 7 in the event that fuel cells fail, would stand in the way.

In 3 ist eine alternative Ausführungsform einer Steckkarte 7 gezeigt, bei der die elektrischen Anschlüsse 3 an beiden nicht als Führungskanten ausgebildeten Begrenzungskanten vorgesehen sind. Alternativ ist es möglich, die Anschlüsse 3 auch im Bereich der Führungskanten vorzusehen.In 3 is an alternative embodiment of a plug-in card 7 shown at the electrical connections 3 are provided on both not designed as a leading edge boundary edges. Alternatively it is possible to use the connections 3 also provide in the area of the leading edge.

4 skizziert eine Steuereinheit 16, die als Steckkarte ausgebildet ist und als solche in einen Steckrahmen eingesteckt werden kann, wie bereits in 2 dargestellt wurde. Die Steuereinheit 16 weist hierzu Führungskanten 1 und 6 an zwei ihrer Begrenzungskanten auf, und sie verfügt über Gasanschlüsse 8 und 10 sowie elektrische Anschlüsse 9 an einer ihrer anderen Begrenzungskanten. Die Gasanschlüsse 8 und 10 sind hier mit Mikroventilen 12 und 13 für die Steuerung der Versorgung der Brennstoffzellen auf den Steckkarten gemäß 1 mit Wasserstoff verbunden. Die elektrischen Anschlüsse 9, die nicht nur auf der hier sichtbaren Vorderseite sondern auch der unsichtbaren Rückseite vorgesehen sind, dienen zum Kontaktieren der Brennstoffzellen auf den Steckkarten gemäß 1. Mit einem Wandler 11 kann die von den einzelnen Brennstoffzellen bereitgestellte Spannung über eine Addition im Rahmen einer Reihenschaltung der Brennstoffzellen hinaus auf ein gewünschtes Spannungsniveau. hochgesetzt werden Dabei kann die von den Brennstoffzellen bereitgestellte Gleichstellung bei Bedarf auch in eine Wechselspannung umgewandelt werden. Eine Steuerung 14 legt die genaue Funktion des Wandlers 11 fest und steuert die Mikroventile 12 und 13 an. Sie bestimmt damit die Gesamtfunktion der Vorrichtung, wie sie von dem Steckrahmen 19 gemäß 2 und den dort eingesteckten Einheiten 7, 16 und 18 gebildet wird. 4 outlines a control unit 16 , which is designed as a plug-in card and as such can be plugged into a plug-in frame, as already in 2 was presented. The control unit 16 has leading edges for this 1 and 6 at two of its boundary edges, and it has gas connections 8th and 10 as well as electrical connections 9 at one of its other boundary edges. The gas connections 8th and 10 are here with micro valves 12 and 13 for control of supply of fuel cells on sockets according to 1 connected with hydrogen. The electrical connections 9 , which are not only provided on the front visible here but also the invisible back, are used to contact the fuel cells on the cards in accordance with 1 , With a converter 11 For example, the voltage provided by the individual fuel cells may be increased to a desired voltage level via addition in the context of a series connection of the fuel cells. If necessary, the equality provided by the fuel cells can also be converted into an alternating voltage. A controller 14 sets the exact function of the converter 11 firmly and controls the micro valves 12 and 13 at. It determines the overall function of the device as it is from the plug-in frame 19 according to 2 and the units inserted there 7 . 16 and 18 is formed.

5 zeigt den Wasserstoffspeicher 18, der bereits in 2 wiedergegeben ist, in einer Seitenansicht, während 6 seinen vertikalen Querschnitt wiedergibt. Der Wasserstoffspeicher ist in flacher Bauweise und ebenfalls als Steckkarte ausgeführt. Dabei können Hohlniete 27 vorgesehen sein, um die äußere Form des Wasserstoffspeichers, der als Metallhydridspeicher und/oder als Druckspeicher ausgebildet sein kann, zu stabilisieren. Über einen Wasserstoffanschluss 26 gibt der Wasserstoffspeicher 18 Wasserstoff an das Leitungssystem des Steckrahmens gemäß 2 ab. Die Steuereinheit gemäß 4 steuert dabei die Weiterleitung dieses Wasserstoffs an die Steckkarten 7 gemäß 1. Auch die Steckkarte des Wasserstoffspeichers 18 kann mit elektrischen Anschlüssen versehen sein, um beispielsweise ein Auslassventil des Wasserstoffspeichers 18 elektrisch zu schalten. Diese Möglichkeit ist jedoch hier nicht zeichnerisch dargestellt. 5 shows the hydrogen storage 18 who is already in 2 is reproduced in a side view while 6 reproduces its vertical cross-section. The hydrogen storage is designed in a flat design and also as a plug-in card. This can hollow rivets 27 be provided to stabilize the outer shape of the hydrogen storage, which may be formed as a metal hydride storage and / or as a pressure accumulator. Via a hydrogen connection 26 gives the hydrogen storage 18 Hydrogen to the pipe system of the plug frame according to 2 from. The control unit according to 4 controls the forwarding of this hydrogen to the plug-in cards 7 according to 1 , Also the plug-in card of the hydrogen storage 18 may be provided with electrical connections, for example, an outlet valve of the hydrogen storage 18 to switch electrically. However, this possibility is not shown here in the drawing.

11: Führungskanteleading edge
22: Gasanschluss (Wasserstoffeintritt)gas connection (Hydrogen inlet)
33: elektrischer Anschlusselectrical connection
44: Gasanschluss (Wasserstoffaustritt)gas connection (Hydrogen outlet)
55: Brennstoffzellefuel cell
66: Führungskanteleading edge
77: Steckkarteplug-in card
88th: Gasanschluss (Wasserstoffdruckseite)gas connection (Hydrogen pressure side)
99: elektrischer Anschlusselectrical connection
1010: Gasanschluss (Wasserstoffentlüftung)gas connection (Hydrogen vent)
1111: Wandlerconverter
1212: Mikroventilmicrovalve
1313: Mikroventilmicrovalve
1414: Steuerungcontrol
1515: Begrenzungskanteboundary edge
1616: Steuereinheitcontrol unit
1717: Deckplattecover plate
1818: WasserstoffspeicherHydrogen storage
1919: SteckrahmenSteckrahmen
2020: Umluftführungair circulation
2121: Grundplattebaseplate
2222: SeitenwandSide wall
2323: Lüftungsschlitzvent
2424: Wärmetauscherheat exchangers
2525: SeitenwandSide wall
2626: WasserstoffanschlussHydrogen connection
2727: Hohlnietrivet
2828: LüfterFan

Claims

Device for supplying power with a plurality of planar fuel cells, which are present in a stack in which at least two fuel cells are arranged parallel to one another while their main extension planes are parallel, characterized in that the fuel cells ( 5 ) on a plurality of planar plug-in cards ( 7 ) arranged to form the stack in a plug frame ( 19 ), which are individually removable from the stack while maintaining the integrity of the stack, and are added to the stack, that each 7 ) two gas connections ( 2 . 4 ) for supplying the fuel cells ( 5 ) with fuel gas and electrical connections ( 3 ), wherein complementary gas connections and electrical connections directly to the plug frame ( 19 ) are formed, so that the connection of the gas connections and the electrical contact directly by the insertion of the plug-in card ( 7 ) in the plug frame ( 19 ), and that the fuel cells ( 5 ) on the stock cards ( 7 ) breathing air are that the plug-in cards ( 7 ) in the stack have a lateral distance between them and that the plug frame ( 19 ) with at least one air between the plug-in cards ( 7 ) revolving fan ( 28 ) Is provided.

Device according to claim 1, characterized in that at least one plug-in card ( 7 ) only fuel cells ( 5 ) comprises a plane of the stack.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least one plug-in card ( 7 ) a plurality of fuel cells arranged side by side in a plane of the stack ( 5 ).

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrical connections ( 3 ) and the gas connections ( 2 . 4 ) only at a boundary edge ( 15 ) of the plug-in cards ( 7 ) are provided, the two at this boundary edge ( 15 ) adjacent boundary edges of the stock cards ( 7 ) as the leading edges ( 1 . 6 ) for guiding the plug-in card ( 7 ) in the plug frame ( 19 ) are formed.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrical connections ( 3 ) and the gas connections ( 2 . 4 ) at two opposite boundary edges ( 15 ) of the plug-in cards ( 7 ) are provided, these two boundary edges of the cards ( 7 ) as the leading edges ( 1 . 6 ) for guiding the plug-in cards ( 7 ) in the plug frame ( 19 ) are formed.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the plug frame ( 19 ) is provided at the same time for receiving at least one further plug-in card, which is a hydrogen storage ( 18 ) or a control unit ( 16 ) of the device.