DE102007050600A1 - Druckentlastungseinrichtung für einen Brennstoffzellenstapel - Google Patents
Druckentlastungseinrichtung für einen Brennstoffzellenstapel Download PDFInfo
- Publication number
- DE102007050600A1 DE102007050600A1 DE102007050600A DE102007050600A DE102007050600A1 DE 102007050600 A1 DE102007050600 A1 DE 102007050600A1 DE 102007050600 A DE102007050600 A DE 102007050600A DE 102007050600 A DE102007050600 A DE 102007050600A DE 102007050600 A1 DE102007050600 A1 DE 102007050600A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fuel cell
- pressure relief
- relief device
- cell stack
- end plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Es ist eine Druckentlastungseinrichtung für einen Brennstoffzellenstapel offenbart, wobei die Druckentlastungseinrichtung einen Überdruck von dem Brennstoffzellenstapel entlastet und eine Steuerung eines maximalen Drucks, der in dem Brennstoffzellenstapel erreicht wird, erleichtert.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellenstapel und insbesondere Druckentlastungseinrichtungen für Brennstoffzellenstapel zur Entlastung von Überdruck von der Brennstoffzelle während des Stapelns, der Druckbeaufschlagung und dem Betrieb des Brennstoffzellenstapels.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen aufweist. Die Anode nimmt einen Brennstoff auf, wie ein Wasserstoffgas, und die Kathode nimmt ein Oxidationsmittel auf, wie Sauerstoff oder Luft. Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um einen gewünschten Leistungsbetrag zu erzeugen. Ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug kann mehrere hundert einzelne Zellen aufweisen. Ein derartiger Brennstoffzellenstapel ist in der in Gemeinschaftsbesitz befindlichen U.S. Patentanmeldung Seriennr. 10/418,536 offenbart, die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
- Ein Brennstoffzellenstapel weist ein feuchtes Ende, das derart ausgebildet ist, um den Brennstoff, das Oxidationsmittel und Kühlfluide aufzunehmen, und ein trockenes Ende auf, das eine Isolationsendplatteneinheit besitzt. Bei der Herstellung des Brennstoffzellenstapels kann es notwendig werden, das System mit Druck zu beaufschlagen, um den Brennstoffzellenstapel für den Betrieb einzurichten. Der Brennstoffzellenstapel wird typischerweise zu Leckagetests mit Druck beaufschlagt, und um sicherzustellen, dass der Stapel effizient funktioniert. Eine zu starke Druckbeaufschlagung des Brennstoffzellenstapels ist unerwünscht.
- Ein Grundprozess, der von einer Brennstoffzelle verwendet wird, ist effizient, im Wesentlichen verschmutzungsfrei, leise, frei von sich bewegenden Teilen (anders als ein Luftkompressor, Kühlgebläse, Pumpen und Aktuatoren) und kann so ausgebildet sein, dass nur Wärme und Wasser als Nebenprodukte zurückbleiben. Der Begriff "Brennstoffzelle" wird typischerweise dazu verwendet, entweder eine einzelne Zelle oder eine Vielzahl von Zellen abhängig von dem Kontext, in dem er verwendet wird, zu bezeichnen. Die Vielzahl von Zellen werden typischerweise miteinander gebündelt und angeordnet, um einen Stapel zu bilden, wobei die Vielzahl von Zellen üblicherweise in elektrischer Reihe angeordnet sind. Da einzelne Brennstoffzellen in Stapel mit variierenden Größen zusammengebaut werden können, können Systeme entwickelt werden, um ein gewünschtes Energieabgabeniveau zu erzeugen, was eine Flexibilität bei der Konstruktion für verschiedene Anwendungen vorsieht.
- Es können verschiedene Brennstoffzellentypen vorgesehen werden, wie beispielsweise Phosphorsäure-, Alkali-, Schmelzcarbonat-, Festoxid- und Protonenaustauschmembran-(PEM)-Typen. Die Grundkomponenten einer Brennstoffzelle vom PEM-Typ sind zwei Elektroden, die durch einen Polymermembranelektrolyt getrennt sind. Jede Elektrode ist auf einer Seite mit einer dünnen Katalysatorschicht beschichtet. Die Elektroden, der Katalysator und die Membran bilden gemeinsam eine Membranelektrodenanordnung (MEA).
- In einer typischen Brennstoffzelle vom PEM-Typ ist die MEA schichtartig zwischen "Anoden"- und "Kathoden"-Diffusionsmedien (nachfolgend "DM's") oder Diffusionsschichten angeordnet, die aus einem nachgiebigen, leitenden und gaspermeablen Material ausgebildet sind, wie beispielsweise Kohlenstoffgewebe oder -papier. Die DM's dienen als die Primärstromkollektoren für die Anode und die Kathode und sehen auch eine mechanische Abstützung für die MEA vor. Die DM's und die MEA werden zwischen einem Paar elektrisch leitender Platten gepresst, die als Sekundärstromkollektoren zum Sammeln des Stroms von den Primärstromkollektoren dienen. Die Platten leiten Strom zwischen benachbarten Zellen innerhalb des Stapels in dem Fall von Bipolarplatten und leiten Strom außerhalb des Stapels (in dem Fall von Monopolarplatten an dem Ende des Stapels).
- Die Sekundärstromkollektorplatten enthalten jeweils zumindest ein aktives Gebiet, das die gasförmigen Reaktanden über die Hauptseiten der Anode und der Kathode verteilt. Diese aktiven Gebiete, die auch als Strömungsfelder bekannt sind, weisen typischerweise eine Vielzahl von Stegen auf, die mit dem Primärstromkollektor in Eingriff stehen und eine Vielzahl von Nuten oder Strömungskanälen dazwischen definieren. Die Kanäle liefern den Wasserstoff und den Sauerstoff an die Elektroden auf jeder Seite der PEM. Insbesondere strömt der Wasserstoff durch die Kanäle an die Anode, an der der Katalysator eine Trennung in Protonen und Elektronen unterstützt. Auf der gegenüberliegenden Seite der PEM strömt der Sauerstoff durch die Kanäle an die Kathode, an der der Sauerstoff die Wasserstoffprotonen durch die PEM anzieht. Die Elektronen werden als Nutzenergie durch eine externe Schaltung abgefangen und mit den Protonen und Sauerstoff kombiniert, um Wasserdampf an der Kathodenseite zu erzeugen.
- Brennstoffzellenstapel weisen Zelleneinheiten und Separatoren auf. Jede Brennstoffzelle weist typischerweise eine Festpolymerelektrolytmembran auf, die ein Paar von Elektrodenkatalysatoren, die auf entgegengesetzten Flächen angeordnet sind, besitzt. Die Brennstoffzelle weist ferner ein Paar von Kollektoren auf, von denen jeder einen starren Körper besitzt, wobei die Kollektoren in Kontakt mit jeweiligen Elektrodenkatalysatoren stehen. Jeder der Separatoren weist ein Paar von druckerzeugenden Platten auf, die dazwischen eine Druckkammer definieren, in die druckbeaufschlagtes Fluid eingeführt wird. Die druckerzeugenden Platten können von dem druckbeaufschlagten Fluid verformt werden und werden gegen benachbarte Kollektoren gepresst.
- Bei derzeitigen Konstruktionen von Brennstoffzellenstapeln werden große Volumen an Wasserstoff und Luft in den Verteilern in dem Brennstoffzellenstapel, insbesondere beim Start, gemischt. Das Mischen von Wasserstoff und Luft kann in einer schnellen Erzeugung von Wasser resultieren. Die schnelle Erzeugung von Wasser in den Verteilern der Brennstoffzellenstapel kann eine zu starke Druckbeaufschlagung bewirken, was in einer nicht vorhersagbaren Verformung derselben resultiert.
- Es besteht Bedarf, eine Brennstoffzellenstapelanordnung herzustellen, die eine Druckentlastungseinrichtung besitzt, die Überdruck von dem Brennstoffzellenstapel entlastet und eine Vorhersagbarkeit seiner Verformung erleichtert.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist überraschend eine Brennstoffzellenstapelanordnung entdeckt worden, die eine Druckentlastungseinrichtung bzw. ein Druckentlastungsmerkmal besitzt, die/das Überdruck von dem Brennstoffzellenstapel entlastet und eine Vorhersagbarkeit seiner Verformung erleichtert.
- Bei einer Ausführungsform umfasst eine Brennstoffzelle zumindest eine Endplatte; und zumindest eine Bipolarplatte, wobei die zumindest eine Endplatte und/oder die zumindest eine Bipolarplatte eine darin geformte Öffnung und eine daran geformte Druckentlastungseinrichtung aufweisen, wobei die Druckentlastungseinrichtung derart ausgebildet ist, um einer zu starken Druckbeaufschlagung eines Brennstoffzellenstapels entgegenzuwirken.
- Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Brennstoffzellenstapel zumindest eine Endplatte, die eine darin geformte Öffnung besitzt; zumindest eine Bipolarplatte, die eine darin geformte Öffnung besitzt, wobei die Öffnung, die in der zumindest einen Endplatte geformt ist, und die Öffnung, die in zumindest einer Bipolarplatte geformt ist, zusammenwirken, um einen Verteiler zu bilden und eine Fluidverbindung zwischen der zumindest einen Endplatte und der zumindest einen Bipolarplatte bereitzustellen; und eine Druckentlastungseinrichtung, die derart ausgebildet ist, um einer zu starken Druckbeaufschlagung des Brennstoffzellenstapels entgegenzuwirken.
- Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Brennstoffzellenstapel eine Brennstoffquelle in Verbindung mit einer Anode; eine Oxidationsmittelquelle in Verbindung mit einer Kathode; zumindest eine Endplatte, die eine darin geformte Öffnung besitzt; und zumindest eine Bipolarplatte, die eine darin geformte Öffnung besitzt, wobei die Öffnung, die in der zumindest einen Endplatte geformt ist, und die Öffnung, die in zumindest einer Bipolarplatte geformt ist, zusammenwirken, um einen Verteiler zu bilden und eine Fluidverbindung zwischen der zumindest einen Endplatte und der zumindest einen Bipolarplatte bereitzustellen; und eine Druckentlastungseinrichtung, die derart ausgebildet ist, um einer zu starken Druckbeaufschlagung des Brennstoffzellenstapels entgegenzuwirken, wobei die Druckentlastungseinrichtung eine Berstscheibe, ein Dichtungselement und/oder eine Enddichtung ist.
- BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die obigen wie auch anderen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich, in welchen:
-
1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist; -
2 eine bruchstückhafte Draufsicht eines Verteilerabschnittes einer Bipolarplatte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist; und -
3 ein bruchstückhafter Aufriss einer Brennstoffzellenstapelanordnung ist, der einen Abschnitt der Brennstoffzellenanordnung im Schnitt gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt. - BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- Die folgende detaillierte Beschreibung und angefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene beispielhafte Ausführungs formen der Erfindung. Die Beschreibung und Zeichnungen dienen dazu, den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen und anzuwenden, und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Erfindung auf irgendeine Weise einzuschränken.
-
1 zeigt eine Brennstoffzelle10 mit einer Kathodenseite9 und einer Anodenseite11 . Es sei zu verstehen, dass andere Brennstoffzellentypen und -konfigurationen ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung verwendet werden können. Es sei auch zu verstehen, dass Brennstoffzellenstapel mehr Zellen und Platten haben können und typischerweise auch verwendet werden. Die Anodenseite11 , die Kathodenseite9 und ein Kühlmittelsystem (nicht gezeigt) werden gemeinsam als ein feuchtes Ende der Brennstoffzelle10 bezeichnet. Die Endplatten14 ,16 werden als ein trockenes Ende der Brennstoffzelle10 bezeichnet. Die Brennstoffzelle10 weist eine Brennstoffquelle37 , eine Oxidationsmittelquelle39 , die Endplatten14 ,16 , Graphitblöcke18 ,20 , die eine Vielzahl von Öffnungen22 ,24 besitzen, um eine Fluidverteilung zu ermöglichen, Dichtungselemente26 ,28 , Kohlenstoffgewebe-Stromkollektoren30 ,32 mit jeweiligen Verbindungen31 ,33 und eine Membranelektrolyt- und Elektrodenanordnung (MEA)12 auf. Ein Oxidationsmittel- und Stromtransportmittel36 besteht aus dem Graphitblock18 , dem Dichtungselement26 und dem Stromkollektor30 . Ein Brennstoff- und Stromtransportmittel38 besteht aus dem Graphitblock20 , dem Dichtungselement28 und dem Stromkollektor32 . Die Anodenverbindung31 und die Kathodenverbindung33 verbinden die Brennstoffzelle10 mit einer externen Schaltung und können gegebenenfalls andere Brennstoffzellen (nicht gezeigt) aufweisen. - Im Gebrauch wird ein Brennstoff, wie Wasserstoff, von der Brennstoffquelle
37 geliefert, und ein Oxidationsmittel, wie beispielsweise Sauerstoff, wird von der Oxidationsmittelquelle39 geliefert. Der Brennstoff und das Oxidationsmittel von den jeweiligen Quellen37 ,39 diffundieren durch jeweilige Fluid- und Stromtransportmittel36 ,38 an entgegengesetzte Seiten der MEA12 . Poröse Elektroden40 bilden eine Anode42 an der Anodenseite11 und eine Kathode44 an der Kathodenseite9 und sind durch eine Protonenaustauschmembran (PEM)46 getrennt. Die PEM46 sorgt für einen Ionentransport, um eine chemische Reaktion in der Brennstoffzelle10 zu ermöglichen. Der Brennstoff wird bei der chemischen Reaktion verbraucht, die in der Bildung von Wasser und Elektrizität resultiert. Typischerweise wird die PEM46 aus Copolymeren geeigneter Monomere hergestellt. Derartige Protonenaustauschmembrane können durch Monomere der Strukturen gekennzeichnet sein: - Eine derartige Monomerstruktur ist detailliert in dem
U.S. Patent Nr. 5,316,871 von Swarthirajan et al. offenbart, das hier in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Es sei zu verstehen, dass die PEM46 gegebenenfalls auch aus anderen Materialien hergestellt sein kann. -
2 zeigt einen Verteilerabschnitt einer Bipolarplatte70 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Ein Brennstoffzellenstapel (nicht gezeigt) ist typischerweise aus einer Vielzahl von Brennstoffzellen10 aufgebaut, die miteinander gebündelt und angeordnet sind, um den Stapel zu bilden, wobei die Vielzahl von Zellen10 üblicherweise in elektrischer Reihe ange ordnet sind. Jede benachbarte Brennstoffzelle10 ist durch eine Bipolarplatte70 abgetrennt. - Die Bipolarplatte
70 weist eine darin geformte Öffnung72 auf. Wenn die Brennstoffzellen10 so angeordnet sind, um einen Stapel zu bilden, wirkt eine die Öffnung72 formende Innenfläche74 mit der Innenfläche74 von benachbarten Brennstoffzellen10 zusammen, um einen Verteiler (nicht gezeigt) zu bilden. - Eine Druckentlastungseinrichtung
76 ist an einem Außenrand78 der Bipolarplatte70 benachbart der Öffnung72 ausgebildet. Jedoch kann die Druckentlastungseinrichtung76 gegebenenfalls an anderen Orten ausgebildet sein, ohne von dem Erfindungsgedanken oder Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie beispielsweise an der Innenfläche74 . Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Druckentlastungseinrichtung76 als eine dreieckig geformte Kerbe geformt, obwohl gegebenenfalls Druckentlastungseinrichtungen bzw. -merkmale mit anderen Formen und Konfigurationen verwendet werden können. - Bei der gezeigten Ausführungsform ist eine Dichtung
80 um die Öffnung72 herum angeordnet. Der Begriff "Dichtung", wie hier verwendet ist, umfasst ein Dichtungselement, einen O-Ring, eine Wulstdichtung und dergleichen. Obwohl die Dichtung80 so gezeigt ist, dass sie die Öffnung72 vollständig umgibt, sei zu verstehen, dass die Dichtung80 gegebenenfalls nur um einen Abschnitt der Öffnung herum angeordnet sein kann. Zusätzlich sei zu verstehen, dass gegebenenfalls mehrere Dichtungen80 verwendet werden können. - Im Gebrauch werden der Brennstoff und das Oxidationsmittel in den Brennstoffzellenstapel eingeführt und gemischt. Bei der chemischen Reak tion zwischen dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel kann sich ein Druck in dem Brennstoffzellenstapel aufbauen, wie in dem Verteiler, der durch die Öffnungen
72 der Vielzahl von Platten70 , die den Brennstoffzellenstapel bilden, geformt ist. Dies gilt insbesondere während des Starts. Bei Erreichen eines vorbestimmten Druckes in dem Brennstoffzellenstapel wird bewirkt, dass die Druckentlastungseinrichtung76 ausfällt und der Druck von dem Stapel entlastet wird. Dies erleichtert eine Verformung der Platten70 an einem gewünschten Ort, eine Vorhersagbarkeit des Ortes der Verformung sowie eine Steuerung eines maximalen Drucks, der in dem Brennstoffzellenstapel erreicht wird. Es sei ferner zu verstehen, dass die Druckentlastungseinrichtung76 in der die Öffnung72 umgebenen Dichtung80 geformt sein kann, ohne von dem Schutzumfang und Erfindungsgedanken der Erfindung abzuweichen. Somit wird bei Erreichen des vorbestimmten Druckes bewirkt, dass die in der Dichtung80 geformte Druckentlastungseinrichtung76 ausfällt, um den Druck von dem Brennstoffzellenstapel zu entlasten. -
3 zeigt eine Brennstoffzellenstapelanordnung100 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser gezeigten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Bipolarplatten102 angeordnet, um die Brennstoffzellenstapelanordnung100 zu bilden. Jede der Platten102 weist eine darin geformte Öffnung104 auf. Die Öffnungen104 jeder Platte102 sind so ausgerichtet, um einen Verteiler106 zu bilden. Eine Endplatte108 ist an den Platten102 angeordnet. Die Endplatte108 weist eine Öffnung110 auf, die mit den Öffnungen104 der Platten102 ausgerichtet ist. Eine Verlängerungsleitung111 ist in der Öffnung110 angeordnet und verläuft von dieser axial nach außen. Eine Druckentlastungseinrichtung112 ist in der Verlängerungsleitung111 angeordnet. Die Druckentlastungseinrichtung112 kann nach Bedarf eine beliebige herkömmliche Druckentlastungseinrichtung sein, wie eine Berstscheibe, ein Dichtungselement, eine Enddich tung und dergleichen. Es sei zu verstehen, dass die Druckentlastungseinrichtung112 gegebenenfalls an anderen Orten angeordnet sein kann, wie beispielsweise in dem Verteiler106 . Gegebenenfalls kann die Verlängerungsleitung111 abtrennbar an der Endplatte108 angebracht sein, um einen Austausch der Druckentlastungseinrichtung112 zu erleichtern. - Im Gebrauch wird bei Erreichen eines vorbestimmten Druckes in dem Brennstoffzellenstapel
100 bewirkt, dass die Druckentlastungseinrichtung112 ausfällt oder reißt und der Druck von dem Brennstoffzellenstapel100 entlastet wird, bevor eine zu starke Druckbeaufschlagung einen Schaden an anderen in dem Brennstoffzellenstapel100 enthaltenen Aufbauten bewirkt wird. - Aus der vorhergehenden Beschreibung kann der Fachmann leicht die wesentlichen Charakteristiken dieser Erfindung ermitteln und kann ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang derselben verschiedene Änderungen und Abwandlungen an der Erfindung ausführen, um diese an verschiedene Gebräuche und Bedingungen anzupassen.
Claims (20)
- Brennstoffzelle, mit: zumindest einer Endplatte; und zumindest einer Bipolarplatte, wobei die zumindest eine Endplatte und/oder die zumindest eine Bipolarplatte eine darin geformte Öffnung und eine daran geformte Druckentlastungseinrichtung aufweisen, wobei die Druckentlastungseinrichtung derart ausgebildet ist, um einer zu starken Druckbeaufschlagung des Brennstoffzellenstapels entgegenzuwirken.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Druckentlastungseinrichtung derart ausgebildet ist, um bei einem vorbestimmten Druck auszufallen.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Druckentlastungseinrichtung an einer Außenfläche der zumindest einen Endplatte und/oder der zumindest einen Bipolarplatte angeordnet ist.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Druckentlastungseinrichtung in einem Innenabschnitt der zumindest einen Endplatte und/oder der zumindest einen Bipolarplatte angeordnet ist.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Druckentlastungseinrichtung benachbart der Öffnung angeordnet ist, die in der zumindest einen Endplatte und/oder der zumindest einen Bipolarplatte geformt ist.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Druckentlastungseinrichtung aus einem Material geformt ist, das eine schwächere Festigkeit besitzt, als eine Festigkeit der zumindest einen Endplatte und/oder der zumindest einen Bipolarplatte.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Druckentlastungseinrichtung eine Dichtung ist, die an der zumindest einen Endplatte und/oder der zumindest einen Bipolarplatte geformt ist.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Druckentlastungseinrichtung als eine dreieckig geformte Kerbe geformt ist.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Endplatte und die zumindest eine Bipolarplatte eine darin geformte Öffnung aufweisen.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 9, wobei die Öffnungen, die in der zumindest einen Endplatte und der zumindest einen Bipolarplatte geformt sind, zusammenwirken, um einen Verteiler zu bilden und eine Fluidverbindung zwischen der zumindest einen Endplatte und der zumindest einen Bipolarplatte bereitzustellen.
- Brennstoffzellenstapel, mit: zumindest einer Endplatte, die eine darin geformte Öffnung besitzt; zumindest einer Bipolarplatte, die eine darin geformte Öffnung besitzt, wobei die Öffnung, die in der zumindest einen Endplatte geformt ist, und die Öffnung, die in zumindest einer Bipolarplatte geformt ist, zusammenwirken, um einen Verteiler zu bilden und eine Fluidverbindung zwischen der zumindest einen Endplatte und der zumindest einen Bipolarplatte bereitzustellen; und einer Druckentlastungseinrichtung, die derart ausgebildet ist, um einer zu starken Druckbeaufschlagung des Brennstoffzellenstapels entgegenzuwirken.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 11, wobei die Druckentlastungseinrichtung benachbart des Verteilers angeordnet ist.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 11, wobei die Druckentlastungseinrichtung in einer Verlängerungsleitung angeordnet ist, die benachbart zu und in Fluidverbindung mit dem Verteiler angeordnet ist.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 11, wobei die Druckentlastungseinrichtung eine Berstscheibe, ein Dichtungselement und/oder eine Enddichtung darstellt.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 11, wobei die Druckentlastungseinrichtung derart ausgebildet ist, um bei einem vorbestimmten Druck auszufallen.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 11, wobei die Druckentlastungseinrichtung als eine dreieckig geformte Kerbe geformt ist und eine schwächere Festigkeit besitzt, als eine Festigkeit der zumindest einen Endplatte und/oder der zumindest einen Bipolarplatte.
- Brennstoffzellenstapel, mit: einer Brennstoffquelle in Verbindung mit einer Anode; einer Oxidationsmittelquelle in Verbindung mit einer Kathode; zumindest einer Endplatte, die eine darin geformte Öffnung besitzt; und zumindest einer Bipolarplatte, die eine darin geformte Öffnung besitzt, wobei die Öffnung, die in der zumindest einen Endplatte geformt ist, und die Öffnung, die in zumindest einer Bipolarplatte geformt ist, zusammenwirken, um einen Verteiler zu bilden und eine Fluidverbindung zwischen der zumindest einen Endplatte und der zumindest einen Bipolarplatte vorzusehen; und einer Druckentlastungseinrichtung, die derart ausgebildet ist, um einer zu starken Druckbeaufschlagung des Brennstoffzellenstapels entgegenzuwirken, wobei die Druckentlastungseinrichtung eine Berstscheibe, ein Dichtungselement und/oder eine Enddichtung darstellt.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 17, wobei die Druckentlastungseinrichtung derart ausgebildet ist, um bei einem vorbestimmten Druck auszufallen.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 17, wobei die Druckentlastungseinrichtung in einer Verlängerungsleitung angeordnet ist, die benachbart zu und in Fluidverbindung mit dem Verteiler angeordnet ist.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 17, wobei die Druckentlastungseinrichtung in einer Verlängerungsleitung angeordnet ist, die benachbart zu und in Fluidverbindung mit dem Verteiler angeordnet ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/586,856 | 2006-10-26 | ||
US11/586,856 US7927754B2 (en) | 2006-10-26 | 2006-10-26 | Pressure relief feature for a fuel cell stack |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102007050600A1 true DE102007050600A1 (de) | 2008-05-15 |
DE102007050600B4 DE102007050600B4 (de) | 2013-06-13 |
Family
ID=39277872
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102007050600A Active DE102007050600B4 (de) | 2006-10-26 | 2007-10-23 | Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel mit einer Druckentlastungseinrichtung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7927754B2 (de) |
DE (1) | DE102007050600B4 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011056756A1 (de) * | 2011-12-21 | 2013-06-27 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Elektrisches Gerät in Stapelbauweise |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110229790A1 (en) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | Kenji Sato | Fuel cell module and fuel cell stack |
DE102012218752A1 (de) | 2012-10-15 | 2014-04-17 | Robert Bosch Gmbh | Batterie |
DE102017205862B3 (de) | 2017-04-06 | 2018-07-19 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Brennstoffzellensystem mit einer Sollbruchstelle |
DE102017209000A1 (de) * | 2017-05-29 | 2018-11-29 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Druckbehältersystem für ein Fahrzeug |
CN113981479B (zh) * | 2020-07-09 | 2022-12-02 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种水电解装置 |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3135991B2 (ja) | 1992-06-18 | 2001-02-19 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池および燃料電池スタック締め付け方法 |
US5776624A (en) | 1996-12-23 | 1998-07-07 | General Motors Corporation | Brazed bipolar plates for PEM fuel cells |
US6280867B1 (en) | 1997-12-05 | 2001-08-28 | Griff Consulting, Inc. | Apparatus for pumping a fluid in a fuel cell system |
DE19829142A1 (de) * | 1998-06-30 | 2000-01-05 | Manhattan Scientifics Inc | Gasdichter Verbund aus Bipolarplatte und Membran-Elektroden-Einheit von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen |
US6159631A (en) * | 1998-08-27 | 2000-12-12 | Polystor Corporation | Overcharge safety vents on prismatic cells |
US6936369B1 (en) | 1999-10-19 | 2005-08-30 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
JP4439076B2 (ja) * | 2000-03-31 | 2010-03-24 | 株式会社東芝 | 固体高分子型燃料電池スタック |
US6475651B1 (en) | 2000-07-31 | 2002-11-05 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for detecting transfer leaks in fuel cells |
US6638650B1 (en) | 2000-09-29 | 2003-10-28 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for detecting transfer leaks in fuel cells and fuel cell stacks |
US6682844B2 (en) | 2001-04-27 | 2004-01-27 | Plug Power Inc. | Release valve and method for venting a system |
US7459227B2 (en) | 2003-04-18 | 2008-12-02 | General Motors Corporation | Stamped fuel cell bipolar plate |
US6905793B2 (en) | 2003-05-05 | 2005-06-14 | Gas Technology Institute | Folded metal bipolar sheets for fuel cells |
US6964825B2 (en) | 2003-07-25 | 2005-11-15 | Fuelcell Energy, Inc. | Compliant manifold gasket |
US7282294B2 (en) * | 2004-07-02 | 2007-10-16 | General Electric Company | Hydrogen storage-based rechargeable fuel cell system and method |
US7563305B2 (en) * | 2006-06-23 | 2009-07-21 | Angstrom Power Incorporated | Fluid enclosure and methods related thereto |
US7799479B2 (en) * | 2006-10-16 | 2010-09-21 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Integrated pressure relief valve for fuel cell stack |
-
2006
- 2006-10-26 US US11/586,856 patent/US7927754B2/en active Active
-
2007
- 2007-10-23 DE DE102007050600A patent/DE102007050600B4/de active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011056756A1 (de) * | 2011-12-21 | 2013-06-27 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Elektrisches Gerät in Stapelbauweise |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102007050600B4 (de) | 2013-06-13 |
US7927754B2 (en) | 2011-04-19 |
US20080102334A1 (en) | 2008-05-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE112004000556B4 (de) | Stapel mit variablem Druckabfall und Betriebsverfahren | |
DE102008061180A1 (de) | Mehrfach-Injektor- und Ejektor-Anordnung | |
DE102007050600B4 (de) | Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel mit einer Druckentlastungseinrichtung | |
DE102007008474A1 (de) | Ausgeglichene Wasserstoffzufuhr für eine Brennstoffzelle | |
DE102007048866B4 (de) | Isolationsendplatte für einen Brennstoffzellenstapel | |
DE102014006749A1 (de) | Strömungsfeldplatte für einen verbesserten Kühlmittelfluss | |
DE112006000084T5 (de) | Brennstoffzellenseparator | |
DE102019200084A1 (de) | Stromerzeugungszelle | |
DE102004017501C5 (de) | Brennstoffzelle, Brennstoffzellenstapel, Verfahren zu deren Herstellung sowie Verwendung der Brennstoffzelle | |
WO2023062081A2 (de) | Rahmen für pem elektrolysezellen und pem elektrolysezellen stapel zur erzeugung von hochdruck-wasserstoff mittels differenzdruckelektrolyse | |
WO2022111922A1 (de) | Bipolarplatte für eine elektrochemische zelle, anordnung elektrochemischer zellen und verfahren zum betrieb der anordnung elektrochemischer zellen | |
DE102020215014A1 (de) | Bipolarplatte für eine elektrochemische Zelle und elektrochemische Zelle | |
WO2022111924A1 (de) | Bipolarplatte für eine elektrochemische zelle, anordnung elektrochemischer zellen und verfahren zum betrieb einer anordnung elektrochemischer zellen | |
DE102009043208A1 (de) | Materialauslegung, um eine Leistungsfähigkeit einer Brennstoffzelle bei hoher Mittentemperatur mit ultradünnen Elektroden zu ermöglichen | |
DE102020215012A1 (de) | Bipolarplatte für eine elektrochemische Zelle, elektrochemische Zelle und Verfahren zum Betrieb einer elektrochemischen Zelle | |
DE112005003400B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplattenanordnung | |
DE102005026909B4 (de) | Brennstoffzellenstapel und Separatorplatte zur gleichmäßigen Reaktandendurchflussmengenverteilung | |
EP4197045B1 (de) | Bipolarplatte mit im aktiven bereich vorhandenen kanalaufteilungen und brennstoffzellenstapel | |
DE102020215024A1 (de) | Bipolarplatte für eine elektrochemische Zelle, Anordnung elektrochemischer Zellen und Verfahren zur Herstellung der Bipolarplatte | |
WO2022111926A1 (de) | Bipolarplatte für eine elektrochemische zelle, verfahren zur herstellung der bipolarplatte, anordnung elektrochemischer zellen und verfahren zum betrieb der anordnung elektrochemischer zellen | |
DE102020203683A1 (de) | Vorrichtung zur Mediendurchführung und Verfahren zur Herstellung | |
DE102021104456A1 (de) | Brennstoffzelleneinheit | |
DE102022205235A1 (de) | Verfahren zum Betreiben mindestens einer elektrochemischen Zelle | |
EP4165705A1 (de) | Bipolarplatte und brennstoffzellenstapel | |
DE102020203040A1 (de) | Brennstoffzelleneinheit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: PFANDRECHT |
|
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: PFANDRECHT AUFGEHOBEN |
|
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: PFANDRECHT |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC , ( N. D. , US |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC (N. D. GES, US Free format text: FORMER OWNER: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS, INC., DETROIT, MICH., US Effective date: 20110323 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20130914 |