DE102013021466A1

DE102013021466A1 - Brennstoffzellenanordnung, Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzellenanordnung

Info

Publication number: DE102013021466A1
Application number: DE102013021466.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Martin Erdmann; Arie-Stephan Koller; Alexandra Schreiner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung (1), umfassend einen Brennstoffzellenstapel (2) mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen (3) und zumindest zwei Kompressionselemente (15) zum Verpressen der Brennstoffzellen (3) mit einem vorgebbaren Kompressionsdruck. Erfindungsgemäß sind die beiden Kompressionselemente (15) an jeweils einem stirnseitigen Endbereich des Brennstoffzellenstapels (2) angeordnet. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Brennstoffzellenanordnung (1) und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennstoffzellenanordnung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Fahrzeug nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6 und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzellenanordnung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 11 2004 000 556 T5 beschrieben, ein Brennstoffzellenstapel mit variablem Druckabfall bekannt. Der Brennstoffzellenstapel umfasst eine Vielzahl von Brennstoffzellen, die zueinander benachbart angeordnet sind, wobei zumindest eine Brennstoffzelle der Vielzahl von Brennstoffzellen eine Elektrodenplatte mit einem darin ausgebildeten Strömungsfeld, eine Membranelektrodenanordnung und ein komprimierbares fluiddurchlässiges Diffusionsmedium aufweist, das zwischen der Membranelektrodenanordnung und der Elektrodenplatte angeordnet ist. Der Brennstoffzellenstapel umfasst des Weiteren ein Kompressionselement, das dazu dient, die Vielzahl von Brennstoffzellen variabel aneinander zu pressen, wobei die Brennstoffzellen durch das Kompressionselement so aneinander gepresst werden, dass in der zumindest einen Brennstoffzelle ein Anteil des Diffusionsmediums in das Strömungsfeld der benachbarten Elektrodenplatte eindringt.
In der EP 1 727 227 B1 wird ein Brennstoffzellensystem beschrieben, das unter Verwendung einer elektrochemischen Reaktion von Brennstoffgas und Oxidationsgas Elektrizität erzeugt. Das Brennstoffzellensystem umfasst einen Brenngas-Zuführweg, der das Brenngas von einer Brenngaszuführquelle einer Brennstoffzelle zuführt, ein Druckeinstellventil, das in dem Brenngas-Zuführweg angeordnet ist und den Zuführgasdruck des Brenngases einstellt, ein Öffnungswinkel-Einstellventil, das stromabwärts des Druckeinstellventils in dem Brenngas-Zuführweg angeordnet ist, wobei der Öffnungswinkel desselben entsprechend einem Öffnungswinkelsignal eingestellt wird, und eine Steuerungseinrichtung, die das Öffnungswinkel-Einstellsignal entsprechend der Betriebsbedingung des Brennstoffzellensystems einstellt und die Zustandsmenge des der Brennstoffzelle zugeführten Brenngases auf eine Soll-Menge steuert. Es ist ein Brenngas-Rückströmungsweg vorgesehen, der das aus dem Auslass der Brennstoffzelle abgeführte Brennstoff-Abgas an den Brenngas-Zuführweg rückführt, wobei die Anschlussstelle des Brenngas-Rückströmungswegs und des Brenngas-Zuführwegs stromauf des Druckeinstellventils angesetzt ist. Die Steuerungseinrichtung ist geeignet, das Öffnungswinkel-Einstellsignal so einzustellen, dass der Öffnungswinkel des Öffnungswinkel-Einstellventils, das stromauf des Druckeinstellventils angeordnet ist, so gesteuert wird, dass der Druck des Brenngases, dessen Druck durch das Druckeinstellventil reduziert worden ist, auf den Soll-Druck eingestellt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Brennstoffzellenanordnung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Fahrzeug mit einer Brennstoffzellenanordnung und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzellenanordnung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Brennstoffzellenanordnung umfasst einen Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen und zumindest zwei Kompressionselemente zum Verpressen der Brennstoffzellen mit einem vorgebbaren Kompressionsdruck.
Erfindungsgemäß sind die beiden Kompressionselemente an jeweils einem stirnseitigen Endbereich des Brennstoffzellenstapels angeordnet.
Mittels der Kompressionselemente ist ein Kompressionsdruck zum Verpressen des Brennstoffzellenstapels aktiv und variabel steuerbar und/oder regelbar. In einem Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennstoffzellenanordnung in einem Fahrzeug kann der Kompressionsdruck beispielsweise in Abhängigkeit von Brennstoffzellenstapelparametern, Umgebungsparametern, Geländeparametern und/oder Fahrzeugführervorgaben gesteuert und/oder geregelt werden. Dadurch sind eine verlängerte Lebensdauer und eine erhöhte Leistung der Brennstoffzellenanordnung in allen Lastzuständen erreichbar. Durch die Anordnung solcher Kompressionselemente an beiden stirnseitigen Endbereichen des Brennstoffzellenstapels sind eine besonders schnelle Reaktionszeit, eine optimale Druckverteilung über den Brennstoffzellenstapel hinweg und ein schneller Druckausgleich ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Kompressionselemente jeweils eine Mehrzahl in Querrichtung des Brennstoffzellenstapels nebeneinander angeordneter Kammern. Diese Kammern sind vorzugsweise fluiddicht voneinander getrennt. Dadurch ist eine ortsaufgelöste Steuerung und/oder Regelung des Kompressionsdrucks ermöglicht, indem eine Füllmenge eines Fluids, beispielsweise eines Gases bei pneumatischen Kompressionselementen oder einer Flüssigkeit bei hydraulischen Kompressionselementen, für jede der Kammern separat eingestellt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Brennstoffzellenanordnung,
2 schematisch einen Ausschnitt einer Brennstoffzellenanordnung im Bereich einer Brennstoffzelle,
3 schematisch eine Detailansicht von 2,
4 schematisch ein Druckverlaufsdiagramm, und
5 schematisch eine Steuerung und/oder Regelung von Kompressionselementen einer Brennstoffzellenanordnung einem Fahrzeug.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch eine Brennstoffzellenanordnung 1, wobei hier ein Längsschnitt durch die Brennstoffzellenanordnung 1 dargestellt ist. Die Brennstoffzellenanordnung 1 weist einen Brennstoffzellenstapel 2 mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen 3 auf, welche parallel zueinander und hintereinander angeordnet sind. Jede Brennstoffzelle 3 weist zwei Bipolarplatten 4 auf, wobei die zwischen benachbarten Brennstoffzellen 3 angeordneten Bipolarplatten 4 jeweils zu diesen beiden benachbarten Brennstoffzellen 3 gehören, so dass jeweils ein Plattenteil der jeweiligen Bipolarplatte 4 einer Anodenseite einer Brennstoffzelle 3 zugewandt ist und der andere Plattenteil der jeweiligen Bipolarplatte 4 einer Kathodenseite der anderen Brennstoffzelle 3 zugewandt ist.
2 zeigt schematisch einen Ausschnitt der in 1 dargestellten Brennstoffzellenanordnung 1 im Bereich einer der Brennstoffzellen 3. An einer Anodenseite der Brennstoffzelle 3 liegt ein anodenseitiger Plattenteil einer Bipolarplatte 4 an. An einer Kathodenseite der Brennstoffzelle 3 liegt ein kathodenseitiger Plattenteil einer weiteren Bipolarplatte 4 an.
Die Brennstoffzellen 3 weisen jeweils eine Membran-Elektroden-Anordnung MEA mit einer Membran 5 in der Mitte, eine anodenseitige Katalysatorschicht 6, eine kathodenseitige Katalysatorschicht 7, eine anodenseitige Gasdiffusionsschicht 8 und eine kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 9 auf. Die Membran 5 der Membran-Elektroden-Anordnung MEA weist randseitig umlaufend auf beiden Oberflächenseiten eine kompressible Dichtung 10 auf. Die Membran-Elektroden-Anordnung MEA ist in 2 detailliert gezeigt.
An beiden stirnseitigen Bipolarplatten 4 des Brennstoffzellenstapels 2 ist, jeweils auf einer von den Brennstoffzellen 3 abgewandten Seite der jeweiligen stirnseitigen Bipolarplatte 4, eine Stromabnehmerplatte 11 angeordnet. Über diese Stromabnehmerplatten 11 ist der Brennstoffzellenstapel 2, wie in 5 gezeigt, in einen Verbraucherstromkreis 12 eines Fahrzeugs eingebunden, beispielsweise in ein Bordnetz des Fahrzeugs, wobei hier schematisch lediglich ein Verbraucher 13 im Verbraucherstromkreis 12 dargestellt ist. Dieser Verbraucher 13 ist beispielsweise als ein elektrischer Antriebsmotor oder als eine Traktionsbatterie des Fahrzeugs ausgebildet.
Der Brennstoffzellenstapel 2 ist in einem Gehäuse 14 angeordnet. An jedem stirnseitigen Endbereich des Brennstoffzellenstapels 2 ist jeweils ein Kompressionselement 15 zum Verpressen der Brennstoffzellen 3 mit einem vorgebbaren Kompressionsdruck angeordnet. Um dies zu ermöglichen, sind die Kompressionselemente 15 jeweils zwischen einer stirnseitigen Gehäusewand des Gehäuses 14 und der jeweiligen Stromabnehmerplatte 11 angeordnet, wie in 1 gezeigt.
Ein Betriebsverhalten eines solchen Brennstoffzellenstapels 2 ist von vielen Einflussgrößen abhängig. Unter anderem führen unterschiedliche Lastkollektive und Lastprofile, die aus einer jeweils vom Fahrzeug befahrenen Fahrbahn und Geländetopographie und aus jeweiligen Fahrzeugführervorgaben resultieren, zu instationären Zuständen in den Brennstoffzellen 3 des Brennstoffzellenstapels 2. Solche instationären Zustände sind für temperatur- und zeitabhängige elektrochemische Prozesse suboptimal. Mittels der Kompressionselemente 15 und mittels eines Verfahrens zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 1, mittels welchem der von den Kompressionselementen 15 ausgeübte Kompressionsdruck gesteuert und/oder geregelt wird, werden diese instationären thermodynamischen Innenzustände der Brennstoffzellen 3 des Brennstoffzellenstapels 2 reduziert, wodurch der elektrochemische Prozess deutlich konstanter abläuft. Dies führt zu einer höheren Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels 2, insbesondere bei extremen Fahrzyklen, und/oder zu einer konstant hohen Leistung der Brennstoffzellen 3 des Brennstoffzellenstapels 2. Zudem ist dadurch eine Lebensdauersteigerung der Brennstoffzellen 3 des Brennstoffzellenstapels 2 erreicht.
Dies wird durch die beiden Kompressionselemente 15 ermöglicht, mittels welchen der Kompressionsdruck zum Verpressen des Brennstoffzellenstapels 2 aktiv und variabel steuerbar und/oder regelbar ist. Theoretisch wäre hierfür auch bereits eines der Kompressionselemente 15 ausreichend, so dass das andere Kompressionselement 15 nicht unbedingt erforderlich wäre, aber durch die Anordnung solcher Kompressionselemente 15 an beiden stirnseitigen Endbereichen des Brennstoffzellenstapels 2 sind eine besonders schnelle Reaktionszeit, eine optimale Druckverteilung über den Brennstoffzellenstapel 2 hinweg und ein schneller Druckausgleich ermöglicht.
Im Verfahren zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 1 wird der von den beiden Kompressionselementen 15 ausgeübte Kompressionsdruck zum Verpressen des Brennstoffzellenstapels 2 vorzugsweise betriebsprofilabhängig und brennstoffzellenstapelinnenzustandsspezifisch gesteuert und/oder geregelt, so dass ein Druckzustand in den einzelnen Brennstoffzellen 3 und damit ein Partialdruck in elektrochemischen Werkstoffen und Funktionsschichten der Brennstoffzellen 3 stationär gehalten werden kann. 3 zeigt eine Detailansicht von 2. Aufgrund des Druckzustands in der Brennstoffzelle 3 und des Partialdrucks in den einzelnen Funktionsschichten, insbesondere, wie dargestellt, in der Membran 5, in der anodenseitigen Katalysatorschicht 6 und in der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 8 wölben sich diese Funktionsschichten der Brennstoffzelle 3 in eine Kanalstruktur der Bipolarplatte 4 hinein. In 4 ist ein Druckverlauf Vp eines Innendrucks p über die Zeit t in der Brennstoffzelle 3 während eines Fahrzyklus schematisch dargestellt. Zu erkennen sind starke Schwankungen des Innendrucks p. Bevorzugt ist jedoch, wie bereits beschrieben, ein stationärer, d. h. konstanter Innendruck p in den Brennstoffzellen 3 und damit ein konstanter Partialdruck in den Funktionsschichten der Brennstoffzellen 3. Dies wird mittels der Kompressionselemente 15 und der durch diese ermöglichten variablen und aktiv steuerbaren und/oder regelbaren Verpressung des Brennstoffzellenstapels 2 erreicht.
Um diese Steuerung und/oder Regelung des Kompressionsdrucks zu ermöglichen, liefern beispielsweise eine Druck-, Temperatur- und Feuchtigkeitssensorik im Brennstoffzellenstapel 2 und außerhalb des Fahrzeugs Regelgrößen zu den Störgrößen Fahrzeugführerverhalten und Fahrbedingungen. Das Fahrzeugführerverhalten fließt durch die Fahrzeugführervorgaben als Störgröße ein. Die Fahrbedingungen betreffen insbesondere eine Geländetopographie und atmosphärische Bedingungen.
Vorzugsweise ermöglichen die Kompressionselemente 15 jeweils eine ortsaufgelöste bedarfsgerechte Steuerung und/oder Regelung des Kompressionsdrucks. Um diese ortsaufgelöste Steuerung und/oder Regelung des Kompressionsdrucks zu ermöglichen, weist zumindest eines der beiden Kompressionselemente 15, zweckmäßigerweise beide Kompressionselemente 15, eine Mehrzahl von Kammern 16 auf, welche in Querrichtung des Brennstoffzellenstapels 2 nebeneinander angeordnet sind, wie in 1 gezeigt. Mit Querrichtung kann dabei eine Breitenrichtung und/oder eine Tiefenrichtung des Brennstoffzellenstapels 2 gemeint sein, d. h. senkrecht zu einer Längsrichtung des Brennstoffzellenstapels 2, in welcher die Brennstoffzellen 3 hintereinander angeordnet sind. Somit können bei jedem der Kompressionselemente 15 eine Mehrzahl von Kammern 16 in Breitenrichtung und/oder in Tiefenrichtung des Brennstoffzellenstapels 2 nebeneinander angeordnet sein. Dadurch ist eine optimale Druckverteilung über eine gesamte Länge, Breite und/oder Tiefe des Brennstoffzellenstapels 2 und des Weiteren ein schneller Druckausgleich ermöglicht. Die Kammern 16 des jeweiligen Kompressionselementes 15 können jeweils die gleiche Größe, beispielsweise das gleiche Volumen und/oder die gleiche Tiefe und/oder Höhe und/oder Breite aufweisen, oder unterschiedliche Größen aufweisen, beispielsweise ein unterschiedliches Volumen und/oder eine unterschiedliche Tiefe und/oder Höhe und/oder Breite.
Diese Kammern 16 sind zweckmäßigerweise unabhängig voneinander mittels eines Fluids zu füllen, entweder mittels eines Gases oder mittels einer Flüssigkeit, je nachdem, ob die Kompressionselemente 15 jeweils als ein pneumatisches Kompressionselement 15 oder als ein hydraulisches Kompressionselement 15 ausgebildet sind. Die Kompressionselemente 15 sind bei einer solchen Ausbildung als pneumatisches oder hydraulisches Kompressionselement 15 jeweils als eine mit einem Fluid befüllbare Blase oder, wenn sie mehrere Kammern 16 aufweisen, entsprechend als eine Mehrzahl von mit einem Fluid befüllbaren Blasen ausgebildet.
Um die Kammern 16 unabhängig voneinander befüllen zu können, sind sie zweckmäßigerweise fluiddicht voneinander getrennt. Dadurch ist eine ortsaufgelöste Steuerung und/oder Regelung des Kompressionsdrucks ermöglicht, indem eine Füllmenge des Fluids, d. h. des Gases bei pneumatischen Kompressionselementen oder der Flüssigkeit bei hydraulischen Kompressionselementen, für jede der Kammern 16 separat eingestellt wird.
Es wären alternativ beispielsweise auch ein oder mehrere Pneumatikzylinder oder Hydraulikzylinder pro Kompressionselement 15 möglich, d. h. die Kompressionselemente 15 wären dann jeweils als eine pneumatische bzw. hydraulische Druckkolbeneinrichtung mit einem oder mehreren Druckkolben ausgebildet. Vorzugsweise sind bei mehreren Druckkolben diese, analog den Kammern 16, ebenfalls jeweils separat steuerbar und/oder regelbar, um dadurch eine ortsaufgelöste Steuerung und/oder Regelung des Kompressionsdrucks zu erzielen.
Diese ortsaufgelöste Steuerung und/oder Regelung des Kompressionsdrucks mittels der Mehrzahl von Kammern 16 oder Druckkolben wäre beispielsweise auch bereits mit lediglich einem Kompressionselement 15 möglich, welches an einem der beiden stirnseitigen Endbereiche des Brennstoffzellenstapels 2 angeordnet ist, so dass das zweite Kompressionselement 15 an der anderen Stirnseite des Brennstoffzellenstapels 2 nicht unbedingt erforderlich ist. Bevorzugt ist jedoch, wie bereits beschrieben, an beiden stirnseitigen Endbereiche des Brennstoffzellenstapels 2 jeweils mindestens ein derartiges Kompressionselement 15 angeordnet, da auf diese Weise eine besonders schnelle Reaktionszeit, eine optimale Druckverteilung über den Brennstoffzellenstapel hinweg und ein schneller Druckausgleich ermöglicht ist.
In einer alternativen Ausführungsform können auch mehrere oder alle Kammern 16 des jeweiligen Kompressionselementes 15 fluidisch miteinander verbunden sein, so dass weniger Leitungen zur Zuführung und Abführung des Fluids erforderlich sind. Dadurch ist jedoch eine ortsaufgelöste Steuerung und/oder Regelung des Kompressionsdrucks mittels der einzelnen Kammern 16 nicht oder nur noch eingeschränkt möglich.
Bei pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Kompressionselementen 15 weist die Brennstoffzellenanordnung 1 natürlich auch die jeweils erforderlichen weiteren pneumatischen bzw. hydraulischen Komponenten und Aggregate auf, welche hier nicht näher dargestellt sind.
Des Weiteren können die Kompressionselemente 15 beispielsweise auch jeweils als ein mechanisches Kompressionselement 15 ausgebildet sein. Beispielsweise ist der Kompressionsdruck hierbei mittels zumindest eines Elektromotors erzeugbar, welcher steuerbar und/oder regelbar ist.
Um eine optimierte Steuerung und/oder Regelung des Kompressionsdrucks zu ermöglichen, sind die Kompressionselemente 15 und/oder eine oder mehrere Befüll- und/oder Entleerungseinrichtungen zum Befüllen bzw. Entleeren der Kompressionselemente 15 oder bevorzugt der einzelnen Kammern 16 der Kompressionselemente 15 vorzugsweise mit einer gemeinsamen Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 17 gekoppelt, wie in 5 gezeigt. Dadurch ist eine gemeinsame Steuerungs- und/oder Regelungsstrategie für beide Kompressionselemente 15 ermöglicht, wobei die Kompressionselemente 15 gemeinsam auf vorgegebene Weise gesteuert und/oder geregelt werden. Dabei bedeutet eine gemeinsame Steuerung und/oder Regelung beider Kompressionselemente 15 jedoch nicht zwingend, dass beide stets auf die gleiche Weise gesteuert und/oder geregelt werden, beispielsweise stets auf die gleiche Weise befüllt oder entleert werden. Insbesondere wenn die Kompressionselemente 15 jeweils mehrere Kammern 16 aufweisen, ist auch eine individuelle Befüllung oder Entleerung jeder einzelnen Kammer 16 von jedem der Kompressionselemente 15 möglich und besonders vorteilhaft, da auf diese Weise eine zielgenaue ortsaufgelöste Verteilung des Kompressionsdrucks auf den Brennstoffzellenstapel 2 ermöglicht ist. Es können auch mehr als diese zwei Kompressionselemente 15 vorhanden sein. Dadurch ist beispielsweise eine Reaktionszeit weiter reduzierbar.
Im Verfahren zum Betrieb der im Fahrzeug angeordneten Brennstoffzellenanordnung 1 werden die Brennstoffzellen 3 des Brennstoffzellenstapels 2 zweckmäßigerweise mittels zumindest dieser beiden Kompressionselemente 15, welche an jeweils einem stirnseitigen Endbereich des Brennstoffzellenstapels 2 angeordnet sind, mit einem vorgebbaren Kompressionsdruck verpresst, wobei der Kompressionsdruck vorzugsweise in Abhängigkeit von Brennstoffzellenstapelparametern, Umgebungsparametern, Geländeparametern und/oder Fahrzeugführervorgaben gesteuert und/oder geregelt wird.
In 5 ist diese Steuerung und/oder Regelung, welche mit der entsprechenden Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 17 erfolgt, schematisch dargestellt. Wie bereits beschrieben, ist der Brennstoffzellenstapel 2 über die Stromabnehmerplatten 11 in den Verbraucherstromkreis 12 des Fahrzeugs eingebunden. Dieser Verbraucherstromkreis 12 ist mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 17 gekoppelt, so dass Parameter des Verbraucherstromkreises 12 erfassbar und vorzugsweise auch steuerbar und/oder regelbar sind. Des Weiteren weist die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 17 eine Sensorikverbindung 18 zu einer Sensorik des Brennstoffzellenstapels 2 auf, um die Brennstoffzellenstapelparameter zu erfassen.
Die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 17 ist zudem in einen Regelkreis 19 eingebunden. Über diesen Regelkreis 19 erfasst sie die Fahrzeugführervorgaben, beispielsweise von einem vom Fahrzeugführer betätigten Fahrpedal 20, und die Umgebungsparameter und Geländeparameter, beispielsweise mittels einer entsprechenden Fahrzeugsensorik 21, und steuert und/oder regelt in Abhängigkeit von den erfassten Brennstoffzellenstapelparametern, Umgebungsparametern, Geländeparametern und/oder Fahrzeugführervorgaben den Kompressionsdruck durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung der Kompressionselemente 15 oder Druckreduzierung in den Kompressionselementen 15.
Bezugszeichenliste

1: Brennstoffzellenanordnung
2: Brennstoffzellenstapel
3: Brennstoffzelle
4: Bipolarplatte
5: Membran
6: anodenseitige Katalysatorschicht
7: kathodenseitige Katalysatorschicht
8: anodenseitige Gasdiffusionsschicht
9: kathodenseitige Gasdiffusionsschicht
10: Dichtung
11: Stromabnehmerplatte
12: Verbraucherstromkreis
13: Verbraucher
14: Gehäuse
15: Kompressionselement
16: Kammer
17: Steuerungs- und/oder Regelungseinheit
18: Sensorikverbindung
19: Regelkreis
20: Fahrpedal
21: Fahrzeugsensorik
MEA: Membran-Elektroden-Anordnung
p: Innendruck
t: Zeit
Vp: Druckverlauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 112004000556 T5 [0002]
EP 1727227 B1 [0003]

Claims

Brennstoffzellenanordnung (1), umfassend einen Brennstoffzellenstapel (2) mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen (3) und zumindest zwei Kompressionselemente (15) zum Verpressen der Brennstoffzellen (3) mit einem vorgebbaren Kompressionsdruck, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kompressionselemente (15) an jeweils einem stirnseitigen Endbereich des Brennstoffzellenstapels (2) angeordnet sind.
Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionselemente (15) jeweils als ein pneumatisches Kompressionselement (15), als ein hydraulisches Kompressionselement (15) oder als ein mechanisches Kompressionselement (15) ausgebildet sind.
Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionselemente (15) jeweils eine Mehrzahl in Querrichtung des Brennstoffzellenstapels (2) nebeneinander angeordneter Kammern (16) umfassen.
Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (16) fluiddicht voneinander getrennt sind.
Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionselemente (15) mit einer gemeinsamen Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (17) gekoppelt sind.
Fahrzeug mit einer Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Fahrzeug, wobei Brennstoffzellen (3) eines Brennstoffzellenstapels (2) mittels zumindest zweier Kompressionselemente (15), welche an jeweils einem stirnseitigen Endbereich des Brennstoffzellenstapels (2) angeordnet sind, mit einem vorgebbaren Kompressionsdruck verpresst werden, wobei der Kompressionsdruck in Abhängigkeit von Brennstoffzellenstapelparametern, Umgebungsparametern, Geländeparametern und/oder Fahrzeugführervorgaben gesteuert und/oder geregelt wird.