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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstack mit einem,
einen Brennstoffzellenstapel aufnehmenden Stackgehäuse
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Brennstoffzellen
sind galvanische Zellen, die die chemische Reaktionsenergie eines
kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels
in elektrische Energie umwandeln. Eine Brennstoffzelle besteht dabei
aus mehreren, meist gestapelten, Elektroden, die durch eine Membran
oder einen Elektrolyt voneinander getrennt sind. Die Elektroden
sind dabei üblicherweise lattenartig ausgebildet und bestehen
meistens aus Metall, während als Elektrolyt üblicherweise
gelöste Laugen oder Säuren verwendet werden.
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Umgeben
sind die gestapelten Elektroden, die auch als Brennstoffzellenstapel
oder Brennstoffzellenstack bezeichnet werden, üblicherweise
von einem sogenannten Stackgehäuse, welches entweder selbsttragend
oder nicht tragend ausgebildet ist. Bei einem selbsttragenden Stackgehäuse
ist dieses derart dimensioniert, dass es alle Lasten, welche durch das
Tragen des Brennstoffzellenstapels entstehen, aufnehmen und beispielsweise
an eine Karosserie eines Kraftfahrzeuges weiterleiten kann. Dies
bedeutet, dass der Brennstoffzellenstapel direkt an dem Stackgehäuse
befestigt ist und dieses wiederum direkt an der Karosserie des Kraftfahrzeuges.
Nachteilig hierbei sind eine aufwändige Herstellungsweise sowie
ein relativ hohes Gewicht des selbsttragenden Stackgehäuses.
Bei nicht tragenden Stackgehäusen übernimmt dieses üblicherweise
nur die Abdichtung, Abschirmung und Isolierung des Brennstoffzellenstapels.
Um den Brennstoffzellenstapel an der Karosserie des Kraftfahrzeuges
zu befestigen, werden zusätzliche Konsolen verwendet, an
welche der Brennstoffzellenstapel durch das Stackgehäuse
direkt angeschraubt wird. In diesem Fall wird das Stackgehäuse
somit auch von den Konsolen getragen. Nachteilig hierbei ist jedoch,
dass Toleranzprobleme bei der Fahrzeugmontage mit den Konsolen nur
schwierig zu beherrschen sind und darüber hinaus ein unstabiles, da
nicht tragendes Stackgehäuse wenig zusätzliche Steifigkeit
bietet.
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Aus
der
JP 2007-188773 ist
beispielsweise ein gattungsgemäßer Brennstoffzellenstack
bekannt.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für einen Brennstoffzellenstack der gattungsgemäßen
Art, eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche
insbesondere kostengünstig herzustellen und einfach zu
montieren ist und zudem ein lediglich geringes Gewicht aufweist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand
des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein nicht tragendes,
das heißt insbesondere leichtes, Stackgehäuse
zu schaffen und dieses mit außenliegenden Trägerelementen,
beispielsweise Querträgern, zu versehen. Die außenliegenden Trägerelemente
dienen dabei einerseits zur Aussteifung des an sich instabilen Stackgehäuses
und andererseits zur Halterung des Stackgehäuses bzw. zur Befestigung
desselben an einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges. Die Trägerelemente
können dabei – wie eingangs erwähnt – in
der Art von seitlichen Quer trägern ausgebildet sein, die
beispielsweise vorne und hinten, das heißt auf sich gegenüberliegenden
Seiten, am Stackgehäuse angeordnet sind. Der Brennstoffzellenstapel,
das heißt der Brennstoffzellenstack, wird dabei durch das
Stackgehäuse mit den Trägerelementen verschraubt.
Hierdurch lässt sich ein einerseits gewichtsoptimierter
Brennstoffzellenstack realisieren, da das Stackgehäuse
an sich leicht ausgebildet ist und lediglich von den Trägerelementen
ausgesteift wird. Andererseits kann durch die aussteifenden Trägerelemente
eine Verstärkung des Stackgehäuses erzielt werden,
was insbesondere zur Erhöhung der Sicherheit des Brennstoffzellenstacks
und des mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstack
ausgestatteten Kraftfahrzeuges führt. Darüber
hinaus ist selbstverständlich denkbar, dass die Trägerelemente
ebenfalls gewichtsoptimiert, beispielsweise als Gitterträger,
ausgebildet sind und dadurch einerseits eine hohe Tragfähigkeit bzw.
Steifigkeit, andererseits jedoch nur ein geringes Gewicht aufweisen.
Mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstack
ist somit eine kostengünstige Herstellung desselben sowie
eine relativ einfache Montage an der Karosserie des Kraftfahrzeuges möglich,
was sich insbesondere positiv auf die wirtschaftliche Durchsetzungsfähigkeit
der Brennstoffzellentechnologie auswirken dürfte, da hierbei ökonomische
Effekte neben ökologischen Effekten im Vordergrund stehen.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung, sind in oder an dem Stackgehäuse ein Anodenmodul
und ein Befeuchtungsmodul angeordnet. Das Stackgehäuse
ist somit in der Lage, die oben genannten Module zusätzlich integrativ
aufzunehmen oder zumindest eine Plattform zur Anbindung derselben
an die Fahrzeugkarosserie zu bilden. Denkbar ist hierbei, dass der Brennstoffzellenstack
zusammen mit dem Anodenmodul und dem Befeuchtungsmodul eine vorfertigbare
Baueinheit bilden, die dann in bereits vorgefertigtem Zustand an
der Ka rosserie des Kraftfahrzeuges angebaut werden kann. Hierdurch
kann auch eine Rationalisierung der Montage erreicht werden, da nunmehr
lediglich ein mehrere Module umfassender Brennstoffzellenstack an
der Karosserie befestigt werden muss und nicht wie bisher üblich,
jedes Modul einzeln.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt eine mögliche Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstacks.
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Entsprechend
der dargestellten Figur, weist ein erfindungsgemäßer
Brennstoffzellenstack 1 ein, einen nicht gezeigten Brennstoffzellenstapel
aufnehmendes Stackgehäuse 2 auf. Das Stackgehäuse 2 kann
aus Metall, beispielsweise aus tiefgezogenen Blechen, ausgebildet
sein und übernimmt üblicherweise die Abdichtung,
Abschirmung und Isolierung des innerhalb des Stackgehäuses 2 angeordneten Stacks,
das heißt des darin angeordneten Brennstoffzellenstapels.
Alternativ zur Ausbildung aus Metall hierzu kann das Gehäuse
auch ganz oder teilweise aus Kunststoff ausgebildet sein.
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Das
Stackgehäuse 2 ist bei dem erfindungsgemäßen
Brennstoffzellenstack 1 nicht tragend ausgebildet und weist
seitliche Trägerelemente 3 auf, die beispielsweise
als Querträger ausgebildet sind. Die Trägerelemente 3 dienen
dabei einerseits zur Aussteifung des Stackgehäuses 2 und
andererseits zur Anbindung des Brennstoffzellenstacks 1 an
einer nicht gezeigten Karosserie eines Kraftfahrzeuges. Die Trägerelemente 3 sind
gemäß der Darstellung auf sich gegenüberliegenden
Seiten des Stackgehäuses 2 angeordnet und insbesondere
als sogenannte Gitterträger ausgebildet, um einerseits
eine hohe Steifigkeit bzw. Tragfähigkeit aufzuweisen, andererseits
jedoch gewichtsoptimiert ausgebildet zu sein.
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Der
Brennstoffzellenstapel 1, das heißt der Stack,
wird üblicherweise durch das Stackgehäuse 2 mit
den Trägerelementen 3 verbunden, insbesondere mit
diesen verschraubt. Dabei können zusätzlich zu dem
Brennstoffzellenstack 1 weitere Module, wie beispielsweise
ein Anodenmodul und/oder ein Befeuchtungsmodul in oder am Stackgehäuse 2 befestigt sein,
so dass der Brennstoffzellenstack 1 zusammen mit den vorgenannten
Modulen eine vorfertigbare Baueinheit bildet, die in vorgefertigtem
Zustand an der Karosserie des Kraftfahrzeuges anbaubar ist. Selbstverständlich
kann die Befestigung des Brennstoffzellenstacks 1 durch
das Stackgehäuse 2 hindurch an den Trägerelementen 3 auch
mittels anderer Verbindungsverfahren, beispielsweise mittels Schweißen,
Löten oder Kleben, erfolgen.
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Wie
der Darstellung weiter zu entnehmen ist, sind die beiden Trägerelemente 3 außenliegend
am Stackgehäuse 2 angeordnet, so dass der Brennstoffzellenstack 1 insgesamt
konstruktiv besonders einfach aufgebaut ist.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstack 1 lassen
sich insbesondere nachfolgend aufgeführte Vorteile realisieren:
Eine
kostengünstige Herstellung, eine einfache Montage im oder
am Kraftfahrzeug, eine erhöhte Sicherheit bzw. Steifigkeit
durch die am Stackgehäuse 2 angeordneten Trägerelemente 3,
ein geringes Gewicht sowie eine Erhöhung der Fahrzeugsteifigkeit
durch die Trägerelemente 3.
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- 1
- Brennstoffzellenstack/-stapel
- 2
- Stackgehäuse
- 3
- Trägerelemente
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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