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Die
Erfindung betrifft eine Brennstoffzelleneinrichtung umfassend einen
Brennstoffzellenstack mit mindestens einer Brennstoffzelle sowie
einer Heizvorrichtung zum Wärmen der mindestens einen Brennstoffzelle
auf eine vorgebbare Betriebstemperatur. Weiter betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Wärmen einer Brennstoffzelle einer Brennstoffzelleneinrichtung
mit einer Heizvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 10.
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Stand der Technik
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Es
sind im Stand der Technik Brennstoffzelleneinrichtungen mit Heizvorrichtungen
bekannt. Beim Betreiben von Brennstoffzelleneinrichtungen ist es
erforderlich, die Brennstoffzelle möglichst schnell auf
eine Betriebstemperatur zu bringen. Hierzu wird die Brennstoffzelle
einerseits über die inneren Wärmeverluste beheizt
und andererseits von außen, z. B. über eine externe
Erwärmung des Kühlwassers oder elektrische Zuheizelemente
beheizt. Zuheizelemente übertragen dabei die Wärme
durch Wärmeleitung, das heißt kontaktbehaftet,
wodurch die Wärmeenergie lokal, insbesondere an Oberflächen
der Brennstoffzelle übertragen wird.
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Aus
der
US 2006/0127719
A1 ist beispielsweise eine Brennstoffzelleneinrichtung
mit einer Heizeinrichtung bekannt, wobei die Heizeinrichtung die Brennstoffzelle
mittels eines Wärmeträgermediums, mit welchem
die Brennstoffzelle in Kontakt steht, erwärmt.
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Nachteil
dieser mit einem Wärmeträgermedium in Kontakt
stehenden Wärmeübertragung ist die inhomogene
und ineffektive Wärmezufuhr an die Brennstoffzelle. Zum
einen entstehen Wärmeverluste durch Wärmeabstrahlung,
welche nicht direkt auf die Brennstoffzelle gerichtet ist und zum anderen
ist die Wärmeübertragung mittels Wärmeträgermedien, insbesondere
bei gleichzeitig elektrischer Isolierung der Brennstoffzelle sehr
aufwendig.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffzelleneinrichtung
mit einer Brennstoffzelle und einer Heizvorrichtung sowie ein Verfahren
zum Wärmen einer Brennstoffzelle mit einer Heizvorrichtung
zu schaffen, welche einen einfachen Aufbau sowie eine effektive
Erwärmung ermöglichen.
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Die
vorstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Brennstoffzelleneinrichtung
gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch
10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Heizvorrichtung
mindestens ein wärmeträgermediumfreies Heizmittel
umfasst, um die Brennstoffzelle kontaktlos zu erwärmen.
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Die
Brennstoffzelle umfasst üblicherweise zwei Elektrodenplatten,
wobei eine Elektrodenplatte als Anodenplatte und die andere Elektrodenplatte
als Kathodenplatte ausgebildet ist. Diese sind voneinander durch
ein Elektrolytelement getrennt. Sind mehrere Brennstoffzellen zu
einem Brennstoffzellenstack zusammengefasst, so sind die Elektrodenplatten
als sogenannte Bipolarplatten ausgebildet, welche in einer Einheit
sowohl die Anodenplatte für eine Brennstoffzelle als auch
die Kathodenplatte für die angrenzende Brennstoffzelle
umfassen. Die Elektrodenplatten sind dabei elektrisch leitend ausgebildet.
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Um
optimal zu funktionieren, muss die Brennstoffzelle auf eine vorgebbare
Betriebstemperatur erwärmt werden. Zum Erwärmen
der Brennstoffzelle, des Brennstoffzellenstacks oder der Brennstoffzelleneinrichtung
ist mindestens eine Heizvorrichtung vorgesehen. Bevorzugt umfasst
die Heizvorrichtung mindestens ein Heizmittel, weiter bevorzugt
mehrere Heizmittel. Besonders vorteilhaft ist an jeder Brennstoffzelle
ein Heizmittel vorgesehen, so dass sich eine möglichst
gleichmäßige Erwärmung realisieren lässt.
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Das
mindestens eine Heizmittel ist wärmeträgermediumfrei
ausgebildet. Das heißt, zum Wärmen der Brennstoffzelle
wird kein Trägermedium benötigt, welches die Wärmeenergie
speichert Lind transportiert, wie es beispielsweise aus Heizungsanlagen
durch Wasser als Trägermedium bekannt ist. Dadurch dass
das Heizmittel wärmeträgermediumfrei ausgebildet
ist, sind Wärmeverluste während eines Wärmetransports
ausgeschlossen, da kein Wärmetransport stattfindet. Die
wärmeträgermediumfreie Ausbildung beinhaltet zum
Beispiel die lokale elektrochemische Erzeugung von Wärme
oder eine Wärmeerzeugung mittels Induktion. Hierbei erfolgt
entsprechend kein Wärmetransport mittels eines Wärmeträgermediums,
sondern die Wärme wird direkt an den entsprechenden Stellen
erzeugt.
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Durch
die wärmeträgermediumfreie Ausbildung erfolgt
das Erwärmen der Brennstoffzelle direkt und kontaktlos
im Gegensatz zu einem Erwärmen mittels Wärmeträgermedium.
Aufwendige Leitungsvorrichtungen für den Wärmetransport,
zusätzliche Wärmetauscher etc. lassen sich somit
einsparen, so dass der Aufbau insgesamt einfacher ausgebildet ist.
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In
einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das mindestens
eine Heizmittel mindestens eine Induktionseinrichtung zum induktiven
Erzeugen von Wärme umfasst. Die Induktionseinrichtung kann
einen beliebigen Induktor umfassen, beispielsweise eine Spule, welcher
elektrischen Strom zur Erzeugung von Induktionswärme induziert.
Bei der induktiven Erwärmung werden die Bipolarplatten oder
allgemeiner die Elektrodenplatten durch Wirbelstromverluste eines
erzeugten Wechselstromfeldes erwärmt. Die erzeugte Wärme
kann hierdurch genau dosiert werden. Zudem erfolgt eine Erwärmung
gegenüber anderen Erwärmungsarten gemäß dem Stand
der Technik schneller. Der Platzbedarf für die erfindungsgemäße
Heizvorrichtung ist zudem geringer als bei anderen Heizvorrichtungen.
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Zum
Durchführen der induktiven Erwärmung ist vorgesehen,
dass das Heizmittel zum Wärmen der Elektrodenplatte an
mindestens einer den elektrischen Strom leitenden Elektrodenplatte
der Brennstoffzelle angeordnet ist. Für eine effektive
Erwärmung der Elektrodenplatten sind die Heizmittel an
die Form der Elektrodenplatten angepasst.
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Eine
Ausführungsform sieht vor, dass das Heizmittel als mindestens
eine Elektrospuleneinheit ausgebildet ist. Durch die Ausbildung
als Elektrospuleneinheit lassen sich die Heizmittel optimal an die Elektrodenplatte
anpassen und sich ein entsprechendes elektromagnetisches Feld im
Bereich der Elektrodenplatte erzeugen. Bei Anlegung einer Wechselspannung
an die Elektrodenspule erzeugt diese ein elektromagnetisches Feld,
welches Wirbelströme in den leitfähigen Elektrodenplatten,
genauer den Bipolarplatten erzeugt. Durch den elektrischen Widerstand
der Platten erzeugen dann die fließenden Wirbelströme
eine Verlustleistung, welche als Wärme direkt und kontaktlos
an den Platten anfällt.
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In
einem Ausführungsbeispiel ist die Elektrospuleneinheit
so ausgebildet, dass diese zumindest teilweise die Elektrodenplatte
umgibt. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Elektrospuleneinheit zumindest
teilweise in die Elektrodenplatte eingelassen ausgebildet. So ist
je nach Anordnung eine oder mehrere der Elektrodenplatte von innen
oder von außen erwärmbar.
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Wie
bereits zuvor ausgeführt, sieht eine Ausführungsform
vor, dass die mindestens eine Elektrodenplatte als Bipolarplatte
ausgebildet ist. Auf diese Weise lassen sich mehrere Brennstoffzellen
kompakt als Brennstoffzellenstack anordnen, wobei jede Bipolarplatte
oder mehrere Bipolarplatten eine entsprechende Heizvorrichtung aufweisen
können. Diese induktive Erwärmung weist gegenüber
einer Erwärmung zum Beispiel über ein Kühlwasser
den Vorteil auf, dass auch Teile des Brennstoffzellenstacks erwärmbar
sind, die nicht mit dem Kühlwasser oder einem anderen Wärmeträgermedium
in Kontakt kommen. Insbesondere ein Mündungsbereich der
Gaskanäle in den Ports der Brennstoffzelle lässt
sich so problemlos erwärmen. Diese Bereiche sind insbesondere
an Kanalausgängen hinsichtlich eines Zufrieren gefährdet,
da hier eine maximale Feuchte und gegebenenfalls Wasser vorhanden
ist und zudem eine Querschnittsverengung vorliegt sowie Totzonen existieren.
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Um
eine zuverlässige Erwärmung der Brennstoffzelle
zu gewährleisten und insbesondere ein Zufrieren der zuvor
aufgeführten Bereiche zu verhindern, ist es vorgesehen,
dass das Heizmittel weiter eine externe Energieversorgung aufweist,
welche die Elektrospuleneinheit mit Energie zur Erzeugung eines
elektromagnetischen Feldes speist. Über die externe Energieversorgung
lässt sich die Wärmeerzeugung gut regeln. Die
Brennstoffzelle lässt sich somit auch im Stillstandmodus
erwärmen oder warm halten.
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Eine
Ausführungsform sieht vor, dass die Bipolarplatte und das
Heizmittel so ausgebildet sind, dass durch das aufgrund der Elektrospulenanordnung
anliegende elektromagnetische Feld mindestens ein Wirbelstrom in
der Bipolarplatte induzierbar ist, welcher die Bipolarplatte erwärmt.
Die Elektrospulenanordnung ist bevorzugt so ausgebildet, dass diese
einen möglichst großen Bereich der zu erwärmenden
Brennstoffzelle, genauer der Elektrodenplatte oder der Bipolarplatte
umgibt.
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Hierdurch
lässt sich in einem großen Bereich der Bipolarplatte
ein Wirbelstrom induzieren. Bevorzugt ist die Elektrospule entlang
des Umfangs der Bipolarplatte ausgebildet.
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Die
Erfindung schließt weiter die technische Lehre ein, dass
bei einem Verfahren zum Wärmen mindestens einer Brennstoffzelle
eines Brennstoffzellenstacks einer Brennstoffzelleneinrichtung mit
einer Heizvorrichtung mit mindestens einem wärmemediumträgerfreien
Heizmittel zum Wärmen der mindestens einen Brennstoffzelle
auf eine vorgebbare Betriebstemperatur, die Schritte umfasst sind:
Bereitstellen einer Energie zum Wärmen der Brennstoffzelle
und wärmemediumträgerfreies Übertragen
der Energie an die Brennstoffzelle, um die Brennstoffzelle kontaktlos
zu erwärmen.
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Die
Brennstoffzelle umfasst wie bereits ausgeführt grundsätzlich
zwei Elektrodenplatten, wobei eine Elektrodenplatte als Anodenplatte
und die andere Elektrodenplatte als Kathodenplatte gestaltet ist. Diese
sind voneinander durch ein Elektrolytelement getrennt. Die Elektrodenplatten,
wie zum Beispiel die Bipolarplatten, sind elektrisch leitend ausgebildet. Um
optimal zu funktionieren, wird die Brennstoffzelle auf eine vorgebbare
Betriebstemperatur erwärmt.
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Das
Erwärmen umfasst die folgenden Schritte:
Zuerst wird
eine Energie bereitgestellt, mit welcher die Brennstoffzelle erwärmt
werden soll. Diese Energie kann in einem Energiespeicher in verschiedensten
Formen vorliegen, beispielsweise in elektrischer Energie, magnetischer
Energie, chemischer Energie und beliebigen Kombinationen davon.
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Wenn
die Energie bereitgestellt ist, wird diese am die Brennstoffzelle übertragen.
Die Übertragung erfolgt gemäß der vorliegenden
Erfindung wärmemediumträgerfrei. Das heißt,
zum Wärmen der Brennstoffzelle wird kein Trägermedium
benötigt, welches Wärmeenergie speichert und transportiert, wie
es beispielsweise aus Heizungsanlagen durch Wasser als Trägermedium
bekannt ist. Die Wärme wird entsprechend direkt an den
entsprechenden Stellen erzeugt bzw. bereitgestellt. Dabei erfolgt
die Übertragung kontaktlos, ohne Wärmeträgermedium.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Energie mittels einer Elektrospuleneinheit als elektromagnetisches
Feld bereitgestellt wird. Die Elektrospuleneinheit ist dabei zumindest
teilweise um eine der Elektrodenplatten angeordnet. Wird an die
Elektrospuleneinheit eine Wechselspannung angelegt, so wird die
Elektrospuleneinheit von elektrischem Strom durchströmt.
Dies induziert ein elektromagnetisches Feld, welches Wirbelströme
in der Elektrodenplatte erzeugt. Die fließenden Wirbelströme
erzeugen eine Verlustleistung, welche an der Elektrodenplatte direkt
als Wärme anfällt. Anstelle einer Elektrospuleneinheit
kann jede beliebige Induktionseinrichtung, wie ein Induktor oder dergleichen,
zum Induzieren der Wirbelströme vorgesehen sein.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel ist deshalb vorgesehen,
dass die Energie kontaktlos durch Induzieren mindestens eines Wirbelstroms
an die Elektrodenplatte übertragen wird. Dadurch dass die
Elektrodenplatten elektrisch leitend ausgebildet sind, werden durch
das Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes durch die Elektrospuleneinheit
Wirbelströme in der Elektrodenplatte bereitgestellt. Diese
erzeugen aufgrund des elektrischen Widerstandes der Elektrodenplatte
Wärme.
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Um
einen möglichst großen Bereich der Elektrodenplatte
zu erwärmen, ist in einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung vorgesehen, dass das elektromagnetische Feld die Elektrodenplatte
umfänglich umgebend erzeugt wird. Somit wird um die gesamte
Elektrodenplatte ein elektromagnetisches Feld erzeugt, welches wiederum
Wirbelströme durch die gesamte Elektrodenplatte hervorruft.
Diese wiederum erzeugen direkt an der Elektrodenplatte Wärme.
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Um
nur Teile der Elektrodenplatte zu erwärmen, ist in einem
anderen Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das elektromagnetische
Feld innerhalb der Elektrodenplatte erzeugt wird. Hierzu können
Spulen in Ausnehmungen der Elektrodenplatte vorgesehen werden. Beispielsweise
können in der Elektrodenplatte Aussparungen, Schlitze,
etc. vorgesehen sein, in welchen Elektrospuleneinheiten angeordnet
werden. Diese generiert in den entsprechenden benachbarten Bereichen
Wärme erzeugende Wirbelströme. Auf diese Weise
erfolgt eine Erwärmung von diesen Stellen ausgehend.
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Ausführungsbeispiele
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Weitere
die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen
angegeben oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches in den Figuren
schematisch dargestellt ist. Sämtliche aus den Ansprüchen,
der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder
Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche
Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für
sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:
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1 schematisch
eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Brennstoffzellenstacks
im Längsschnitt durch zwei Endplatten,
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2 eine
schematische Vorderansicht des Brennstoffzellenstacks nach 1 im
Querschnitt,
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3 eine
schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform
eines Brennstoffzellenstacks im Längsschnitt,
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4 eine
schematische Vorderansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
eines Brennstoffzellenstacks im Querschnitt und
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5 eine
schematische Seitenansicht des Brennstoffzellenstacks nach 4 in
einem Längsschnitt.
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1 zeigt
schematisch eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform
eines Brennstoffzellenstacks 1 einer Brennstoffzelleneinrichtung 10 (im Ganzen
hier nicht dargestellt) im Längsschnitt durch zwei Endplatten 2.
Der Brennstoffzellenstack 1 umfasst mehrere gestapelte
Brennstoffzellen 3, welche zwischen den beiden Endplatten 2 sandwichartig
angeordnet sind. Die einzelnen Brennstoffzellen 3 umfassen
Membran-Elektrolyt-Einheiten 3a und als Bipolarplatten 3c ausgebildete
Elektrodenplatten 3b, welche die Membran-Elektrolyt-Einheiten
seitlich in Richtung der Endplatten 2 begrenzen. Die Bipolarplatten 3c sind
aus einem den elektrischen Strom leitenden Material hergestellt,
so dass diese den elektrischen Strom leiten können.
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Die
Brennstoffzelleneinrichtung 10 weist eine Heizvorrichtung 11 zum
Wärmen der Brennstoffzellen 3 auf, welche ein
wärmeträgermediumfreies Heizmittel 12 umfasst,
das als Induktionseinrichtung 13 ausgebildet ist. In der
vorliegenden Fig. ist die Induktionseinrichtung 13 als
Elektrospuleneinheit 14 ausgebildet, welche den Brennstoffzellenstack 1 umfänglich
umgibt. Dabei ist der gesamte Umfang des Brennstoffzellenstacks 1 von
der Elektrospuleneinheit 14 umwickelt, das heißt
die Brennstoffzellen 3 und die Endplatten 2 sind
umfänglich von der Elektrospuleneinheit 14 umwickelt.
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2 zeigt
schematisch eine Vorderansicht des Brennstoffzellenstacks 1 der
Brennstoffzelleneinrichtung 10 nach 1 im Querschnitt.
Die Brennstoffzellen 3, genauer die Bipolarplatten 3c weisen
in der Draufsicht einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt
auf. Umfänglich die Bipolarplatte 3c umgebend
ist die Elektrospuleneinheit 14 angeordnet. Die Elektrospuleneinheit 14 ist über
einen leistungselektronischen Wandler 15 – hier
einem DC/AC-Wandler – mit einer externen Energiequelle 16 verbunden, über
welche die Elektrospuleneinheit 14 gespeist wird. Die externe
Energiequelle 16 kann beispielsweise eine Fahrzeugbatterie
oder dergleichen sein. Über den leistungselektronischen
Wandler 15 kann die Energiemenge, mit welcher die Elektrospuleneinheit 14 gespeist
wird, geregelt werden. Hierzu lassen sich die Frequenz und die Amplitude
des Stroms, mit welchem die Elektrospuleneinheit 14 gespeist
wird, regeln.
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Durch
Speisen der Elektrospuleneinheit 14 mit einem Wechselstrom
wird ein elektromagnetisches Feld im Bereich der Elektrospuleneinheit 14 erzeugt.
Dieses elektromagnetische Feld induziert Wirbelströme in
den Elektrodenplatten 3b. Durch den elektrischen Widerstand
der Elektrodenplatten 3b erzeugen die dort fließenden
Wirbelströme eine Verlustleistung, welche als Wärme
direkt an der Elektrodenplatte 3b anfällt. Die
Wirbelströme sind schematisch durch den gestrichelt dargestellten,
kreisförmig gebogenen Pfeil dargestellt.
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In
dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist jeweils eine Elektrospuleneinheit 14 für den
gesamten Brennstoffzellenstack ausgebildet.
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3 zeigt
schematisch eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform
eines Brennstoffzellenstacks 1' im Längsschnitt
durch zwei Endplatten 2. Das Ausführungsbeispiel
nach 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
nach 1 und 2 darin, dass nicht eine Elektrodenspule 14 für den
gesamten Brennstoffzellenstack 1' verwendet wird, sondern
nur die Endbereiche des Brennstoffzellenstacks 1' mit den
Endplatten 2 von je einer Elektrospuleneinheit 14' umgeben
sind. Der Großteil der Brennstoffzellen 3 ist
nicht von einer Elektrospuleneinheit 14' umgeben. Ansonstens
ist der Aufbau der Brennstoffzelleneinrichtung 10' gleich
zu der gemäß den 1 und 2.
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4 zeigt
schematisch eine Vorderansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
eines Brennstoffzellenstacks 1'' einer Brennstoffzelleneinrichtung 10'' im
Querschnitt. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 darin,
dass die Elektrospuleneinheit 14'' nicht außen
umfänglich um die Brennstoffzelle 3, genauer die
Elektrodenplatte 3b angeordnet ist, sondern jeweils in
die Elektrodenplatte 3c'' eingebracht ist und dass nicht
eine einzige Elektrospuleneinheit 14, sondern mehrere einzelne
Elektrospuleneinheiten 14'' – eine pro Brennstoffzelle 3'' – vorhanden
sind. Im Übrigen entspricht der Aufbau dem der 1 und 2.
Die Anordnung der Elektrospuleneinheiten 14'' sowie deren
Einbringung in die Elektrodenplatten 3b'' ist in 5 genauer
dargestellt.
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5 zeigt
schematisch eine Seitenansicht des Brennstoffzellenstacks 1'' nach 4 in
einem Längsschnitt durch beide Endplatten 2. Die
Brennstoffzellen 3, genauer die Elektrodenplatten 3b'' weisen
in ihrem Inneren eingebrachte Elektrospuleneinheiten 14'' auf.
Die Elektrodenplatten 3b'' sind dabei als Bipolarplatten
ausgebildet. Die Elektrospuleneinheiten 14'' sind vorliegend
als flache Spulen, zum Beispiel mit Flachleitern ausgebildet. In 5 ist
pro Brennstoffzelle 3'' eine Elektrospuleneinheit 14'' vorgesehen.
Die Elektrospuleneinheit 14'' ist gegenüber der
Elektrodenplatte 3b'' isoliert. Im Übrigen ist
die Brennstoffzelleneinrichtung 10'' gemäß 5 entsprechend
der Brennstoffzelleneinrichtung 10 nach 1 ausgebildet.
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In
anderen Ausführungsformen können auch nur einzelne
Elektrodenplatten 3, 3', 3'' mit Elektrospuleneinheiten 14 versehen
sein. Zudem ist es möglich, Elektrospuleneinheiten 14 in
solchen Bereichen von Bipolarplatten 3c einzubringen, welche
anhand der dort bestehenden Kanalstruktur ohnehin dicker ausgebildet
sind. Diese Bereiche wären zum Beispiel Stege zwischen
Kanälen für Gase und Kühlmittel. Bei Kanälen,
die auf beiden Seiten der Platten im rechten Winkel zueinander verlaufen,
können die leitenden Abschnitte der Elektrospuleneinheit 14 von
einer Seite der Platte auf die andere Seite der Platte wechseln,
um eine geschlossene Elektrospuleneinheit 14 zu realisieren.
Zudem können andere Teile oder Abschnitte der Brennstoffzelleneinrichtung 10 mit
derselben Elektrospuleneinheit 14 oder weiteren Elektrospuleneinheiten 14 beheizt
oder warmgehalten werden.
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Die
Brennstoffzelleneinrichtung 10 lässt sich beispielsweise
als mobile Einrichtung in einem Kraftfahrzeug einsetzen. Während
des Fahrbetriebs kann Bremsleistung über den E-Antriebsmotor
und über die induktive Erwärmung in ein Kühlmittel
der Brennstoffzelleneinrichtung 10 eingebracht werden.
So kann beispielsweise ein elektrischer Widerstandsheizer, zum Beispiel
einer mit einer Leistung im Bereich von 15 kW, in Brennstoffzellenfahrzeugen
eingesetzt werden. Durch das Einbringen von Bremsenergie in das
Kühlmittel kann beispielsweise die Belastung der Bremsen
reduziert werden, beispielweise bei langen Bergabfahrten. Weiter
kann das Temperaturniveau eines Kühlkreislaufes bei kalten
Umgebungstemperaturen auf einem höheren Niveau gehalten
werden. Zudem kann der Temperaturgradient im Brennstoffzellenstack 1 gezielt
beeinflusst werden und so ein Befeuchtungsmanagement realisiert
werden. Die Verwendung ist jedoch nicht auf Brennstoffzellen- Fahrzeuge
beschränkt, sondern kann auch in anderen Bereichen, das
heißt sowohl in stationären als auch in mobilen
Brennstoffzellen-Systemen, eingesetzt werden.
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Bei
Systemen mit Kühlung durch Kühlfluide wie Kühlwasser
muss bei der induzierten Wärmeerzeugung gemäß der
vorliegenden Erfindung nicht das Kühlfluid miterwärmt
werden. Jedoch lässt sich die induzierte Wärmeerzeugung
auch zur Erwärmung des Kühlfluids verwenden. Dazu
kann in einer weiteren Ausführungsform das Kühlfluid
oder das Kühlmittel während einer Anwärmphase
bereits umgewälzt werden, so dass der Brennstoffzellenstack 1 als
Wärmetauscher wirkt und das Kühlmittel mit vorgewärmt
wird. Dadurch kann vermieden werden, dass beim späteren
Einschalten einer Pumpe kaltes Kühlmittel in den Brennstoffzellenstack
gefördert wird und es dort wegen einer lokalen Abkühlung
zu Leistungseinbrüchen oder Thermospannung kommen kann.
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Die
erfindungsgemäße induktive Erwärmung kann
zusätzlich mit anderen Heizvorrichtungen oder Heizverfahren
gekoppelt werden. Beispielsweise ist eine Kombination von wärmeträgermediumfreien Heizeinrichtung
mit Heizreinrichtungen, die eine Wärmeträgermedium
verwenden, denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2006/0127719
A1 [0003]