DE102007050415B4 - Brennstoffzellenstapelmodul - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzellenstapelmodul (40) mit:einem Brennstoffzellenstapel (12, 42);einer Endeinheit (46), die mit dem Brennstoffzellenstapel (12, 42) als Teil einer integrierten Anordnung gekoppelt ist;einem Ladeluftkühler (62), der in der Endeinheit (46) positioniert ist;einer Wasserdampfübertragungseinheit (60), die in der Endeinheit (46) positioniert ist, wobei der Ladeluftkühler (62) eine Kathodeneinlassluftströmung aufnimmt und die Temperatur der Kathodeneinlassluftströmung reduziert, wobei die Wasserdampfübertragungseinheit (60) die gekühlte Kathodeneinlassluftströmung von dem Ladeluftkühler (62) aufnimmt und diese an eine Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12, 42) liefert; undferner mit einem Wasserdampfübertragungseinheits-Bypassventil (86), um zu verhindern, dass die Kathodeneinlassluftströmung befeuchtet wird;wobei das Wasserdampfübertragungseinheits-Bypassventil (86) verhindert oder reduziert, dass ein befeuchtendes Gas durch die Wasserdampfübertragungseinheit (60) strömt; undwobei das Wasserdampfübertragungseinheits-Bypassventil (86) ein Ventil mit variabler Position ist, das selektiv ermöglicht, dass ein Teil des befeuchtenden Gases durch eine Wasserdampf abgebende Seite der Wasserdampfübertragungseinheit (60) strömt und ein Teil des befeuchtenden Gases die Wasserdampf abgebende Seite der Wasserdampfübertragungseinheit (60) umgeht.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenstapelmodul, das einen Brennstoffzellenstapel, einen Ladeluftkühler und eine Wasserdampfübertragungseinheit aufweist.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen aufweist. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf, und die Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird in der Anode aufgespalten, um freie Wasserstoffprotonen und Elektronen zu erzeugen. Die Wasserstoffprotonen gelangen durch den Elektrolyt an die Kathode. Die Wasserstoffprotonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode, um Wasser zu erzeugen. Die Elektronen von der Anode können nicht durch den Elektrolyt gelangen und werden somit durch eine Last geführt, in der sie Arbeit verrichten, bevor sie an die Kathode geliefert werden.
  • Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) stellen eine populäre Brennstoffzelle für Fahrzeuge dar. Die PEMFC weist allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran auf, wie beispielsweise eine Perfluorsulfonsäuremembran. Die Anode und die Kathode weisen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel auf, gewöhnlich Platin (Pt), die auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem lonomer gemischt sind. Die katalytische Mischung wird auf entgegengesetzten Seiten der Membran aufgebracht. Die Kombination der katalytischen Anodenmischung, der katalytischen Kathodenmischung und der Membran definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA). MEAs sind relativ teuer herzustellen und erfordern bestimmte Bedingungen für einen effektiven Betrieb.
  • Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Beispielsweise kann ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug zweihundert oder mehr gestapelte Brennstoffzellen aufweisen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodeneingangsgas, typischerweise eine Strömung aus Luft auf, die über einen Kompressor durch den Stapel getrieben wird. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff von dem Stapel verbraucht, und ein Teil der Luft wird als ein Kathodenabgas ausgegeben, das Wasser als ein Stapelnebenprodukt enthalten kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffeingangsgas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
  • Der Brennstoffzellenstapel weist eine Serie von Bipolarplatten auf, die zwischen den verschiedenen MEAs in dem Stapel positioniert sind, wobei die Bipolarplatten und die MEAs zwischen zwei Endplatten positioniert sind. Die Bipolarplatten weisen eine Anodenseite und eine Kathodenseite für benachbarte Brennstoffzellen in dem Stapel auf. Auf der Anodenseite der Bipolarplatten sind Anodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Anodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. Auf der Kathodenseite der Bipolarplatten sind Kathodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Kathodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. Eine Endplatte weist Anodengasströmungskanäle auf, und die andere Endplatte weist Kathodengasströmungskanäle auf. Die Bipolarplatten und Endplatten bestehen aus einem leitenden Material, wie rostfreiem Stahl oder einem leitenden Komposit. Die Endplatten leiten die von den Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität aus dem Stapel heraus. Die Bipolarplatten enthalten auch Strömungskanäle, durch die ein Kühlfluid strömt.
  • Wie es in der Technik gut bekannt ist, arbeiten Brennstoffzellenmembranen mit einer bestimmten relativen Feuchte (RF), so dass der Ionenwiderstand über die Membran niedrig genug ist, um effektiv Protonen zu leiten. Die relative Feuchte des Kathodenauslassgases von dem Brennstoffzellenstapel wird typischerweise gesteuert, um die relative Feuchte der Membranen zu steuern, indem verschiedene Stapelbetriebsparameter gesteuert werden, wie Stapeldruck, Temperatur, Kathodenstöchiometrie und die relative Feuchte der Kathodenluft in den Stapel.
  • Wie oben erwähnt ist, wird Wasser als ein Nebenprodukt des Stapelbetriebs erzeugt. Daher weist das Kathodenabgas von dem Stapel Wasserdampf und flüssiges Wasser auf. In der Technik ist es bekannt, eine Wasserdampfübertragungs-(WVT)-)Einheit zu verwenden, um einen Teil des Wassers in dem Kathodenabgas abzufangen und das Wasser dazu zu verwenden, die Kathodeneingangsluftströmung zu befeuchten. Typischerweise weist die WVT-Einheit Strömungskanäle und Membranen auf. Wasser in dem Kathodenabgas, das die Strömungskanäle auf einer Seite der Membran entlang strömt, wird von der Membran absorbiert und an den Kathodenluftstrom übertragen, der die Strömungskanäle an der anderen Seite der Membran entlang strömt.
  • Die Kathodeneinlassluft wird von dem Kompressor erwärmt. In der Technik ist es bekannt, die Kathodeneinlassluft unter Verwendung eines Ladeluftkühlers zu kühlen, bevor diese an die WVT-Einheit geliefert wird, so dass die Kathodeneinlassluft sich bei der richtigen Temperatur zur optimalen Wasserdampfübertragungsleistung befindet. Bei einem bekannten System wird das Stapelkühlfluid, das dazu verwendet wird, den Brennstoffzellenstapel zu kühlen, auch dazu verwendet, die Kathodeneinlassluft zu kühlen, so dass die Temperatur der Kathodeneinlassluft etwa der Stapeltemperatur entspricht.
  • Wie oben beschrieben ist, haben bekannte Brennstoffzellensysteme diskrete Ladeluftkühler und Befeuchter verwendet, die größtenteils von Umgebungsluft umgeben sind und den Fahrzeugluftströmungen unter der Motorhaube ausgesetzt sind. Aufgrund dessen können typischerweise zwei Dinge geschehen, die das Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels beim Systemstart verlangsamen oder reduzieren. Erstens führt das kalte Kühlfluid die Wärme der komprimierten Luft von dem Brennstoffzellenstapel weg, wodurch die Ladeluft, die in den Ladeluftkühler gelangt, für eine gewisse Zeitdauer kalt beibehalten wird. Zweitens sehen die in Verbindung stehende Verrohrung und die Steuerventile zwischen dem Kathodengasauslass und der WVT-Einheit eine signifikante thermische Masse zum Aufwärmen vor, wodurch das Aufwärmen der WVT-Einheit weiter verlangsamt wird.
  • Ferner ist es erwünscht, den Wärmeverlust der verschiedenen Einheiten in dem Brennstoffzellensystem zu halten, so dass der Wärmeverlust keine unerwünschte Kondensation zur Folge hat. Insbesondere bewirkt flüssiges Wasser in dem System verschiedene Degradationsprobleme mit Komponenten in dem System, wie auch Komplikationen während Starts unter Gefrierbedingungen. Somit ist es erwünscht, soweit wie möglich einphasigen Wasserdampf in den verschiedenen Gasströmen in dem System beizubehalten. Auch ist es erwünscht, Wärmeverluste von dem Brennstoffzellensystem zu minimieren, da ein Brennstoffzellenstapel einen relativ hohen Wirkungsgrad besitzt, der bei Niedrigleistungs- und/oder Niedrigumgebungstemperaturbedingungen Probleme des Stapelbetriebsverhaltens vorsehen könnte.
  • Brennstoffzellenmodule, die einen Brennstoffzellenstapel, einen Ladeluftkühler und eine Wasserdampfübertragungseinheit aufweisen, sind in DE 10 2007 046 056 A1 und DE 10 2005 060 396 A1 offenbart. Weitere Brennstoffzellenanordnungen sind aus DE 10 2004 006 025 A1 , JP 2005 - 251 493 A , JP 2004 - 273 347 A und US 2002 / 0 037 444 A1 bekannt.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffzellenstapelmodul der eingangs genannten Art hinsichtlich der Befeuchtung der Kathodeneinlassluftströmung zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellenstapelmodul offenbart, das einen Brennstoffzellenstapel und eine Endeinheit aufweist, die Teil einer thermisch integrierten Anordnung sind. Das Brennstoffzellenstapelmodul weist auch einen Ladeluftkühler und eine WVT-Einheit auf, die in der Endeinheit integriert sind. Kühlfluid wird mittels einer Pumpe durch eine Kühlfluidleitung in der Endeinheit und den Brennstoffzellenstapel gepumpt, wobei die Pumpe in der Endeinheit positioniert sein kann. Das Kühlfluid wird durch den Ladeluftkühler gepumpt, um die Temperatur der an den Brennstoffzellenstapel gelieferten Kathodeneinlassluftströmung zu reduzieren. Die Kathodeneinlassluft mit reduzierter Temperatur von dem Ladeluftkühler wird an die WVT-Einheit geliefert, an der sie befeuchtet wird. Kathodenabgas von dem Brennstoffzellenstapel kann an die WVT-Einheit geliefert werden, um die Befeuchtung zum Befeuchten der Kathodeneinlassluft bereitzustellen. Ein Bypassventil, das in der Endeinheit vorgesehen ist, kann dazu verwendet werden, die WVT-Einheit bei Kaltstarts zu umgehen.
  • Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein allgemeines schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems mit einer WVT-Einheit und einem Ladeluftkühler;
    • 2 ist eine perspektivische Darstellung eines Brennstoffzellenstapelmoduls mit einem Ladeluftkühler und einer WVT-Einheit, die in einer Endausstattung des Moduls positioniert sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    • 3 ist ein Ausführungsdiagramm ohne das Anodensubsystem des in 2 gezeigten Brennstoffzellenstapelmoduls.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Brennstoffzellenstapelmodul gerichtet ist, das einen Ladeluftkühler und eine WVT-Einheit verwendet, die in einer Endausstattung des Moduls thermisch integriert sind, ist lediglich beispielhafter Natur.
  • 1 ist ein allgemeines schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems 10, das einen Brennstoffzellenstapel 12 aufweist. Ein Kompressor 14 liefert eine Luftströmung an die Kathodenseite des Stapels 12 auf einer Kathodeneingangsleitung 16. Die Luftströmung von dem Kompressor 14 wird zur Befeuchtung durch eine WVT-Einheit 18 geliefert. Ein Kathodenabgas wird von dem Stapel 12 auf einer Kathodenausgangsleitung 20 ausgegeben. Das Kathodenabgas weist aufgrund des Nebenproduktes des elektrochemischen Prozesses in dem Stapel 12 eine erhebliche Menge an Wasser und Wasserdampf auf. Wie es in der Technik gut bekannt ist, kann das Kathodenabgas an die WVT-Einheit 18 geliefert werden, um die Befeuchtung für die Kathodeneinlassluftströmung auf der Leitung 16 bereitzustellen. Das Brennstoffzellensystem 10 kann auch einen Ladeluftkühler (CAC) 30 aufweisen, der die Temperatur der Kathodeneinlassluft reduziert, so dass diese von der WVT-Einheit 18 besser befeuchtet werden kann.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 weist eine Pumpe 22, die ein Kühlfluid durch Kühlfluidströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel 12 pumpt, und eine Kühlmittelschleife 24 außerhalb des Brennstoffzellenstapels 12 auf, wie es dem Fachmann gut bekannt ist. Das erwärmte Kühlfluid von dem Brennstoffzellenstapel 12 wird an den CAC 30 zur Reduzierung der Temperatur der Kathodenladeluft geliefert. Die Kühlung strömt dann an ein Dreiwegeventil 28, das das Kühlfluid selektiv an einen Kühler 26 lenken kann, an dem dessen Temperatur verringert wird, bevor es zurück an den Brennstoffzellenstapel 12 geliefert wird. Der Kühler 26 kann ein Gebläse (nicht gezeigt) aufweisen, das Kühlluft durch den Kühler 26 treibt, um die Kühlung bereitzustellen, wie es in der Technik bekannt ist. Bei Niedertemperaturstarts und dergleichen kann das Ventil 28 den Kühler umgehen und das Kühlfluid direkt an die Pumpe 22 liefern.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenstapelmoduls 40, das einen Brennstoffzellenstapel 42 aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Brennstoffzellenstapelmodul 40 weist auch eine obere Endeinheit 44 des Stapels, eine untere Endeinheit 46 des Stapels und eine Stapelgrundplatte 48 zwischen dem Stapel 42 und der unteren Endeinheit 46 auf. Eine Anordnung 50 aus Pumpen und Ventilen ist mit einer Außenseite des Gehäuses für die untere Endeinheit 46 gekoppelt. Ferner ist ein Kühlfluidmechanismus 52 mit dem Gehäuse der Endeinheit 46 gekoppelt. Der Stapel 42, die Endeinheiten 44 und 46 sowie die Grundplatte 48 sind als Teil einer thermischen Anordnung integriert. Verschiedene Verbinder, Befestigungseinrichtungen und Verrohrungszubehör sind dort mit dem Modul 40 verbunden gezeigt, wo die verschiedenen Fluide in das Stapelmodul 40 gelangen und aus diesem austreten.
  • 3 ist ein Ausführungsdiagramm des Brennstoffzellenstapelmoduls 40. Das Anodensubsystem wie auch die zugeordnete Verrohrung sind der Deutlichkeit halber nicht als Teil des Schemas gezeigt, da sie nicht Teil der vorliegenden Erfindung bilden. Die obere Endeinheit 44, der Stapel 42, die Grundplatte 48 und die untere Endeinheit 46 sind in einer thermischen Umhüllung 58 eingeschlossen gezeigt. Gemäß der Erfindung sind eine WVT-Einheit 60 und ein CAC 62 in die untere Endeinheit 46 integriert. Die WVT-Einheit 60 und der CAC 62 können eine beliebige geeignete Konstruktion für die hier beschriebenen Zwecke aufweisen, von denen viele in der Technik bekannt sind.
  • Das Stapelkühlfluid tritt in das Modul 40 auf der Leitung 64 ein und verlässt das Modul 40 auf der Leitung 66. Eine Kühlfluidpumpe 68, die in der Endeinheit 46 konfiguriert ist, pumpt das Kühlfluid durch das Modul 40 und die Kühlmittelschleife 24 außerhalb des Moduls 40. Das Kühlfluid strömt durch die Kühlfluidströmungskanäle in dem Stapel 42. In der Endeinheit 44 ist ein Kühlfluidbypassventil 70 vorgesehen, das geöffnet wird, um die Strömungskanäle in dem Stapel 42 bei Kaltstarts zu umgehen. Ein Reservoir 72 ist vorgesehen, um das Kühlfluid wieder aufzufüllen. Das warme Kühlfluid von dem Brennstoffzellenstapel 42 wird an den CAC 62 geliefert und sieht das Kühlfluid zur Reduzierung der Temperatur der Kathodeneinlassluft vor, wie oben beschrieben ist. Bei bestimmten Betriebsbedingungen, wie beim Systemstart, bei geringen Umgebungstemperaturen und/oder bei geringer Leistung kann das Kühlfluid erwärmt werden, um die Temperatur des Stapels 42 schneller anzuheben, was auch die durch den CAC 62 strömende Kathodenluft erwärmt. Ein Dreiwegeventil 74 mit variabler Position ermöglicht, dass das Kühlfluid die Kühlmittelschleife 24 selektiv umgehen kann. Somit ermöglicht das Ventil 74, dass das Kühlfluid in der thermischen Umhüllung 58 rezirkuliert wird, wenn es sich unterhalb der Betriebstemperatur des Systems befindet.
  • Die Kathodeneinlassluft von dem Kompressor 14 wird an den CAC 62 auf der Leitung 80 geliefert, an dem deren Temperatur durch das Stapelkühlfluid auf der Leitung 76 reduziert wird. Die Kathodeneinlassluft mit reduzierter Temperatur wird dann an die Wasserdampf aufnehmende Seite der WVT-Einheit 60 zur Befeuchtung geliefert. Die befeuchtete Kathodeneinlassluft wird dann an die Kathodenströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel 42 auf Leitung 82 geliefert. Das feuchte Kathodenabgas von dem Brennstoffzellenstapel 42 wird davon auf Leitung 84 ausgegeben und an die Wasserdampf abgebende Seite der WVT-Einheit 60 geliefert, um die Befeuchtung für die Kathodeneinlassluft vorzusehen, wie oben beschrieben ist. Ein Wasserdampfübertragungseinheits-Bypassventil 86,nachfolgend auch als Bypassventil 86 oder Ventil 86 bezeichnet, ist in der Leitung 84 vorgesehen und kann geöffnet werden, um die WVT-Einheit 60 zu umgehen und das Kathodenabgas direkt an eine Kathodenabgasauslassleitung 88 zu liefern. Das Ventil 86 ist ein Ventil mit variabler Position, das selektiv ermöglicht, dass ein Teil des Kathodenabgases durch die Wasserdampf abgebende Seite der WVT-Einheit 60 strömt und ein Teil des Kathodenabgases die Wasserdampf abgebende Seite der WVT-Einheit 60 umgeht.
  • Wie oben beschrieben ist, schlägt die vorliegende Erfindung vor, den CAC 62, die WVT-Einheit 60 und andere Komponenten in der Endausstattung eines Brennstoffzellenstapels in einer thermisch integrierten Anordnung zu konfigurieren. Somit ist jede Änderung der Temperatur einer Komponente oder eines Fluides in dem Modul 40 durch die Temperatur anderer Komponenten und Fluide in dem Modul beschränkt, so dass die gesamte thermische Masse stabil ist.
  • Durch Integration des CAC 62 und der WVT-Einheit 60 in die Endeinheit 44 und Verwendung von Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit für den Aufbau bleiben der CAC 62 und die WVT-Einheit 60 für eine längere Zeitdauer nach einer Systemabschaltung warm, wodurch die Tiefe des nächsten Systemkaltstarts reduziert wird. Beim Start des Brennstoffzellensystems erwärmt ein Endzellenheizer (nicht gezeigt), der typischerweise über dem aktiven Bereich der Endzelle des Stapels 12 angeordnet ist, die WVT-Einheit 60. Der Endzellenheizer kann in der Grundplatte 48 vorgesehen sein. Die Kühlfluidströmung durch den Stapel 42 kann solange abgeschaltet werden, bis der Brennstoffzellenstapel 42 eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat. Bis dahin erwärmt sich das Kathodenabgas allgemein innerhalb 10 Sekunden und beginnt das Erwärmen der WVT-Einheit 60. Wenn die Pumpe 68 eingeschaltet wird und das Kühlfluid zu strömen beginnt, überträgt das warme Kühlfluid Wärme in den CAC 62, um die in die WVT-Einheit 60 eintretende Luft aufzuwärmen. Ferner kann durch die Kühlfluiddurchgänge geleitete Wärme die WVT-Einheit 60 extern erwärmen. Aufgrund dieser Konfiguration kann die WVT-Einheit 60 nicht überwärmt werden, solange Kühlfluid durch das Modul 40 strömt.
  • Wenn sich die Temperatur der WVT-Einheit 60 einer Nennbetriebstemperatur des Stapels 42 annähert, dominiert die Kühlfluidströmung die Temperatursteuerung. Es ist entdeckt worden, dass für bestimmte Befeuchtermaterialien eine Wasserdampfübertragungsleistungsfähigkeit durch Temperaturen bis zu etwa 95°C nicht beeinträchtigt wird. Derartige Materialien können die Leistungsfähigkeit der WVT-Einheit 60 steigern, um eine Verringerung ihrer Größe und ihrer Kosten zu unterstützen.
  • Die WVT-Einheit 60 kann so konstruiert sein, dass ein gewünschter Kathodengegendruck bereitgestellt wird, so dass das Kathodengegendruckventil (nicht gezeigt), das normalerweise in einem Brennstoffzellensystem vorgesehen ist, möglicherweise weggelassen werden kann.
  • Das Bypassventil 86 erlaubt, dass das Kathodenabgas die WVT-Einheit 60 umgeht, so dass die Kathodeneinlassluftströmung nicht signifikant befeuchtet wird. Gemäß einer nicht beanspruchten Ausgestaltung kann ein Bypassventil (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um zu ermöglichen, dass die Kathodeneinlassluft die WVT-Einheit 60 umgeht, so dass diese im Wesentlichen trocken beibehalten wird. Betriebsbedingungen, bei denen eine trockene Kathodeneinlassluft erwünscht ist, können einen Kaltstapelstart umfassen, bei dem der in den kalten Stapel eingeführte Wasserdampf in Wasser kondensieren kann. Ferner kann es bei einer Stapelabschaltung erwünscht sein, das Bypassventil 86 zu öffnen, um die Kathodenströmungskanäle, die Diffusionsmedien und die MEAs des Brennstoffzellenstapels 42 von Wasser aus Gründen eines Gefrierens zu spülen.

Claims (8)

  1. Brennstoffzellenstapelmodul (40) mit: einem Brennstoffzellenstapel (12, 42); einer Endeinheit (46), die mit dem Brennstoffzellenstapel (12, 42) als Teil einer integrierten Anordnung gekoppelt ist; einem Ladeluftkühler (62), der in der Endeinheit (46) positioniert ist; einer Wasserdampfübertragungseinheit (60), die in der Endeinheit (46) positioniert ist, wobei der Ladeluftkühler (62) eine Kathodeneinlassluftströmung aufnimmt und die Temperatur der Kathodeneinlassluftströmung reduziert, wobei die Wasserdampfübertragungseinheit (60) die gekühlte Kathodeneinlassluftströmung von dem Ladeluftkühler (62) aufnimmt und diese an eine Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12, 42) liefert; und ferner mit einem Wasserdampfübertragungseinheits-Bypassventil (86), um zu verhindern, dass die Kathodeneinlassluftströmung befeuchtet wird; wobei das Wasserdampfübertragungseinheits-Bypassventil (86) verhindert oder reduziert, dass ein befeuchtendes Gas durch die Wasserdampfübertragungseinheit (60) strömt; und wobei das Wasserdampfübertragungseinheits-Bypassventil (86) ein Ventil mit variabler Position ist, das selektiv ermöglicht, dass ein Teil des befeuchtenden Gases durch eine Wasserdampf abgebende Seite der Wasserdampfübertragungseinheit (60) strömt und ein Teil des befeuchtenden Gases die Wasserdampf abgebende Seite der Wasserdampfübertragungseinheit (60) umgeht.
  2. Brennstoffzellenstapelmodul (40) nach Anspruch 1, ferner mit einer Kühlfluidschleife, die durch die Endeinheit (46) verläuft und ein Kühlfluid bereitstellt, um den Brennstoffzellenstapel (12, 42) zu kühlen, wobei das Kühlfluid, das durch die Kühlfluidschleife strömt, durch den Ladeluftkühler (62) aufgenommen wird, um die Temperatur der Kathodeneinlassluftströmung zu reduzieren.
  3. Brennstoffzellenstapelmodul (40) nach Anspruch 2, ferner mit einer Kühlfluidpumpe (22, 68), die in der Endeinheit (46) positioniert ist, wobei die Kühlfluidpumpe (22, 68) das Kühlfluid durch die Kühlfluidschleife pumpt.
  4. Brennstoffzellenstapelmodul (40) nach Anspruch 2, ferner mit einem Kühlfluid-Bypassventil (28, 74) mit variabler Position, um selektiv zu bewirken, dass das Kühlfluid in dem Modul (40) rezirkuliert.
  5. Brennstoffzellenstapelmodul (40) nach Anspruch 4, wobei das Kühlfluid-Bypassventil (28, 74) in der Endeinheit (46) positioniert ist.
  6. Brennstoffzellenstapelmodul (40) nach Anspruch 1, wobei die Wasserdampfübertragungseinheit (60) eine Strömung von Kathodenabgas von dem Brennstoffzellenstapel (12, 42) aufnimmt, um die Befeuchtung zum Befeuchten der Kathodeneinlassluft bereitzustellen.
  7. Brennstoffzellenstapelmodul (40) nach Anspruch 1, wobei der Brennstoffzellenstapel (12, 42) und die Endeinheit (46) in einer thermischen Umhüllung (58) integriert sind.
  8. Brennstoffzellenstapelmodul (40) nach Anspruch 7, ferner mit einem Dreiwege-Kühlfluidrezirkulationsventil (74) mit variabler Position, das in die thermische Umhüllung (58) integriert ist.
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