-
Die Erfindung betrifft eine Stromsammleranordnung für einen Brennstoffzellenstapel nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruches. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Stromsammleranordnung nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch. Zudem betrifft die Erfindung einen Brennstoffzellenstapel mit einer entsprechenden Stromsammleranordnung nach dem Oberbegriff des nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruches.
-
Stand der Technik
-
Aus dem Stand der Technik für Brennstoffzellen sind Stromsammlerplatten grundsätzlich bekannt. Die Stromsammlerplatten erfordern bei manchen Betriebsbedingungen eine Heizung. Eine Stromsammlerplatte mit einer homogenen Heizplatte ist bspw. aus der Druckschrift
US 9,525,185 B2 bekannt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung sieht gemäß einem ersten Aspekt eine Stromsammleranordnung für einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil, vor. Ferner sieht die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren zum Herstellen einer Stromsammleranordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches vor. Zudem sieht die Erfindung gemäß einem dritten Aspekt einen Brennstoffzellenstapel mit einer entsprechenden Stromsammleranordnung mit den Merkmalen des nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruches, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil, vor. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Stromsammleranordnung und/oder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
-
Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem ersten Aspekt eine Stromsammleranordnung für einen Brennstoffzellenstapel vor, aufweisend: mindestens eine Stromsammlerplatte und eine Heizung. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Heizung oder die mindestens eine Stromsammlerplatte eine Laminierung aufweist, die zur Auflage der Heizung auf der mindestens einen Stromsammlerplatte dient.
-
Als eine Stromsammleranordnung im Sinne der Erfindung kann ein Stromsammler verstanden werden, der von einer Seite einen Brennstoffzellenstapel begrenzt und von einer anderen Seite an eine Endplatte angrenzt. Der Brennstoffzellenstapel kann dabei von beiden Endseiten jeweils eine Stromsammleranordnung im Sinne der Erfindung aufweisen. Der Brennstoffzellenstapel kann mehrere Brennstoffzellen aufweisen, die zwischen zwei Stromsammleranordnungen im Sinne der Erfindung und zwei Endplatten verspannt werden.
-
Die Heizung kann im Sinne der Erfindung dazu ausgebildet sein, um die mindestens eine Stromsammlerplatte lokal und/oder global zu erwärmen. Die Heizung im Sinne der Erfindung kann dazu dienen, mehrere Stromsammlerplatten zu erwärmen, insbesondere wenn eine Stromsammleranordnung mehrere Stromsammlerplatten aufweist. Dabei kann eine Stromsammlerplatte verbesserte Korrosionseigenschaften aufweisen, wobei eine andere Stromsammlerplatte verbessere Eigenschaften der elektrischen Leitfähigkeit aufweisen kann.
-
Die Heizung im Sinne der Erfindung kann direkt durch die Laminierung die mindestens eine Stromsammlerplatte kontaktieren.
-
Die Laminierung kann dabei vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Material ausgebildet sein.
-
Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass eine verbesserte, funktionsorientierte Kontaktierung der Heizung mit der mindestens einen Stromsammlerplatte erfolgen kann, indem Oberfläche der Heizung oder der mindestens einen Stromsammlerplatte laminiert wird. Die Techniken zum Auftragen einer Laminierung sind vielfältig und ermöglichen eine einfache Ausbildung der Laminierung. Mithilfe der Laminierung kann sichergestellt werden, dass die Wärme zuverlässig in die mindestens eine Stromsammlerplatte eingeleitet wird, wobei zugleich eine elektrische Isolierung der mindestens einen Stromsammlerplatte von der Heizung erfolgen kann. Die Laminierung kann dabei auf einer Auflagefläche der mindestens einen Stromsammlerplatte aufgetragen werden, die zur Auflage der Heizung dient. Zugleich ist es denkbar, dass die Heizung, insbesondere mindestens eine Auflagefläche der Heizung, die zur Auflage auf der mindestens einen Stromsammlerplatte dient, auflaminiert wird. Dabei ist es denkbar, dass die Heizung als eine ebene Heizungsplatte ausgebildet sein kann, die flächig auf der Stromsammlerplatte aufliegen kann, um die mindestens eine Stromsammlerplatte global zu erwärmen. Zusätzlich oder stattdessen ist es denkbar, dass die Heizung eine, insbesondere rippenartige und/oder schlaufenförmige, Struktur aufweisen kann, um die mindestens eine Stromsammlerplatte lokal, vorzugsweise im Bereich mindestens einer Mediendurchtrittsöffnung, zu erwärmen.
-
Mithilfe der Erfindung können somit mehrere wesentliche Vorteile erzielt werden:
- - Herstellen einer flexiblen Geometrie der Heizung,
- - Bereitstellen von mehreren Funktionen mithilfe der Laminierung,
- - zuverlässige gezielte Heizung bestimmter Bereiche der Stromsammlerplatte, die besonders der Gefahr des Einfrierens unterliegen, wie z. B. die Medienanschlüsse,
- - günstige und schnelle Herstellung der Stromsammlerplatte, usw. Ferner kann die Erfindung bei einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass die Laminierung aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Material ausgebildet ist. Somit kann erreicht werden, dass die Wärme ausgehend von der Heizung zuverlässig in die mindestens eine Stromsammlerplatte eingeleitet werden kann, wobei zugleich die mindestens eine Stromsammlerplatte keine Stromverluste an die Heizung erleidet. Letzteres kann vorteilhaft sein, um die Stromabnahme aus dem Brennstoffzellenstapel zu verbessern.
-
Weiterhin kann die Erfindung bei einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass die Heizung eine Heizungsplatte aufweist, um die mindestens eine Stromsammlerplatte global zu erwärmen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Heizungsplatte flächig auf der Stromsammlerplatte aufliegen kann. Somit kann der Zusammenbau der Stromsammleranordnung vereinfacht werden. Somit kann außerdem das Verpressen der Heizung innerhalb des Brennstoffzellenstapels erheblich vereinfacht werden.
-
Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass die Heizung eine, insbesondere rippenartige und/oder schlaufenförmige, Struktur aufweist, um die mindestens eine Stromsammlerplatte lokal, vorzugsweise im Bereich mindestens einer Mediendurchtrittsöffnung der mindestens einen Stromsammlerplatte, zu erwärmen. Somit kann eine gezielte Wärmeeinleitung in die Bereiche der Stromsammlerplatte verbessert werden, die durch Einfrieren des Produktwassers besonders gefährdet sind. Vorteilhafterweise kann die Struktur mindestens ein Wärmeelement, bspw. in Form einer Schlaufe, aufweisen, welches mindestens eine Mediendurchtrittsöffnung der mindestens einen Stromsammlerplatte, insbesondere umfangsseitig, umschließen kann. Die Struktur, insbesondere das mindestens eine Wärmeelement, kann aus einem oder mehreren elektrischen Leiter(n) hergestellt werden, wobei insbesondere der elektrische Leiter oder die elektrischen Leiter einen ein- oder mehradrigen Verbund von Adern als Einzelleitungen umfassen kann oder können.
-
Zudem kann die Erfindung bei einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass die Heizung mindestens eine Stromfahne oder mindestens einen Stromstecker aufweist, um die Heizung mit elektrischer Energie zu versorgen. Auf diese Weise kann die Verschaltung der Stromsammleranordnung innerhalb des Brennstoffzellenstapels erleichtert werden.
-
Außerdem kann die Erfindung bei einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass die Heizung aus einem Material, bspw. metallischen Material oder einem Halbleitermaterial, mit einem höheren elektrischen Widerstand als der elektrische Widerstand des Materials der mindestens einen Stromsammlerplatte ausgebildet ist. Somit kann die Heizungsleistung durch Stromleitung durch die Heizung verbessert werden.
-
Vorteilhafterweise ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Struktur aus einem Material, bspw. metallischen Material oder einem Halbleitermaterial, mit einem höheren elektrischen Widerstand als der elektrische Widerstand des Materials der Heizungsplatte ausgebildet sein kann. Dabei ist es denkbar, dass in diesem Falle die Struktur zur Auflage auf der mindestens einen Stromsammlerplatte dienen kann. Ferner kann die Heizungsplatte als eine Trägerplatte für Struktur dienen, wobei insbesondere die Struktur zur Herstellung einer lokalen Beheizung der mindestens einen Stromsammlerplatte, insbesondere im Bereich mindestens einer Mediendurchtrittsöffnung, verwendet werden kann.
-
Ferner kann die Erfindung bei einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass die Heizung eine thermische Sperre aufweist, um die Überhitzung der mindestens einen Stromsammlerplatte zu vermeiden, wobei insbesondere die thermische Sperre durch eine Sperrschicht oder durch eine Materialzusammensetzung der Heizung realisiert werden kann. Durch die thermische Sperre kann die Überhitzung der mindestens einen Stromsammlerplatte vermieden werden. Eine Sperrschicht als die thermische Sperre kann besonders einfach und kostengünstig in der Herstellung sein. Die thermische Sperre, realisiert durch die Materialzusammensetzung der Heizung kann eine besonders elegante Lösung zum Bereitstellen der thermischen Sperre darstellen. Vorteilhafterweise kann die Heizung oder die Sperrschicht ferrimagnetisches Material aufweisen. Durch die Verwendung von Ferriten kann die Temperatur durch die Heizung selbst, vorzugsweise automatisch begrenzt werden, wenn die Ferrite bei einer Temperaturerhöhung (bis zur Curie-Temperatur) durch Bildung von Wirbelströmen ihre ferritischen Eigenschaften verlieren.
-
Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem zweiten Aspekt ein Verfahren zum Herstellen einer Stromsammleranordnung, die insbesondere wie oben beschrieben ausgebildet sin kann, wobei die Stromsammleranordnung mindestens eine Stromsammlerplatte und eine Heizung aufweist, und wobei die Heizung oder die mindestens eine Stromsammlerplatte eine Laminierung aufweist, die zur Auflage der Heizung auf der mindestens einen Stromsammlerplatte dient, aufweisend folgende Schritte:
- 1) Bereitstellen der mindestens einen Stromsammlerplatte,
- 2) Bereitstellen der Heizung,
- 3) Auftragen der Laminierung auf der Heizung oder auf der mindestens einen Stromsam mlerplatte
- 4) Auflegen der Heizung auf der mindestens einen Stromsammlerplatte.
-
Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Stromsammleranordnung beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
-
Weiterhin kann die Erfindung bei einem Verfahren zum Herstellen einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass im Schritt 3) die Laminierung durch einen Walzprozess aufgetragen wird. Auf diese Weise kann eine kostengünstige und erprobte Herstellung der Laminierung erfolgen. Als Walzprozesse sind dabei Prozesse zum Heißlaminieren, Kaltlaminieren oder Laminierung mittels Pressen denkbar.
-
Des Weiteren kann die Erfindung bei einem Verfahren zum Herstellen einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass nach dem Schritt 3) und vor dem Schritt 4) elektrische Anschlüsse der mindestens einen Stromsammlerplatte oder der Heizung freigelegt werden. Somit kann die Herstellung der Stromsammleranordnung noch weiter verbessert, insbesondere vereinfacht werden.
-
Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem dritten Aspekt einen Brennstoffzellenstapel mit mindestens einer Stromsammleranordnung vor, die wie oben beschrieben ausgebildet sein kann. Mithilfe des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Stromsammleranordnung und/oder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
-
Figurenliste
-
Die Erfindung und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels im Sinne der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung,
- 2 eine schematische Darstellung einer Stromsammleranordnung im Sinne der Erfindung in einer Seitenansicht, und
- 3 eine schematische Darstellung einer Stromsammleranordnung im Sinne der Erfindung in einer Draufsicht.
-
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.
-
Die 1 zeigt einen beispielhaften Brennstoffzellenstapel 1, bei dem mindestens eine Stromsammleranordnung 10 im Sinne der Erfindung eingesetzt werden kann, vorzugsweise jeweils eine Stromsammleranordnung 10 an beiden Endseiten des Brennstoffzellenstapels 1 vor jeweils einer Endplatte 12.
-
Die 2 und 3 zeigen eine Stromsammleranordnung 10 im Sinne der Erfindung, die mindestens eine Stromsammlerplatte 11 und eine Heizung 13, 18 aufweist. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Stromsammleranordnung 10 mehrere Stromsammlerplatten 11 umfassen kann, die mithilfe der Heizung 13, 18 erwärmt bzw. beheizt werden. Mit anderen Worten kann die mindestens eine Stromsammlerplatte 11 aus mehreren Platten bereitgestellt werden, die unterschiedliche Korrosionseigenschaften und/oder Eigenschaften der elektrischen Leitfähigkeit aufweisen können.
-
Wie es die 2 und 3 zeigen, weist die Heizung 13, 18 oder die mindestens eine Stromsammlerplatte 11 eine Laminierung 14 auf, die zur Auflage der Heizung 13, 18 auf der mindestens einen Stromsammlerplatte 11 dient. Die Laminierung 14 kann dabei als eine Zwischenschicht zwischen der Heizung 13, 18 und der mindestens einen Stromsammlerplatte 11 dienen.
-
Die Laminierung 14 kann im Rahmen der Erfindung aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Material ausgebildet sein.
-
Ferner ist es denkbar, dass die Laminierung 14 durch einen Walzprozess auf der Heizung 13, 18 oder der mindestens einen Stromsammlerplatte 11 aufgetragen werden kann.
-
Nach dem Auftragen der Laminierung 14 auf der mindestens einen Stromsammlerplatte 11 oder auf der Heizung 13, 18 können anschließend die elektrischen Anschlüsse 15 der mindestens einen Stromsammlerplatte 11 oder die elektrischen Anschlüsse 16, 17 der Heizung 13, 18 freigelegt werden.
-
Wie es in der Ansicht der 2 erkennbar ist, kann die Heizung 13, 18 eine Heizungsplatte 13 aufweisen, um die mindestens eine Stromsammlerplatte 11 global zu erwärmen. Wie es aus der 2 erkennbar ist, kann die Heizungsplatte 13 flächig auf der Stromsammlerplatte 11 aufliegen.
-
Wie es in der Ansicht der 3 erkennbar ist, kann die Heizung 13, 18 eine, bspw. rippenartige und/oder schlaufenförmige, Struktur 18 aufweisen, um die mindestens eine Stromsammlerplatte 11 lokal, vorzugsweise im Bereich mindestens einer Mediendurchtrittsöffnung 19 der mindestens einen Stromsammlerplatte 11, zu erwärmen. Eine Mediendurchtrittsöffnung 19 ist beispielhaft in der 1 dargestellt. Durch die Struktur 18 kann eine gezielte Wärmeeinleitung in die Bereiche der Stromsammlerplatte 11 verbessert werden, die durch Einfrieren des Produktwassers besonders gefährdet sind. Die Struktur 18 kann mindestens einen elektrischen Leiter aufweisen, wobei insbesondere der mindestens eine elektrische Leiter einen ein- oder mehradrigen Verbund von Adern als Einzelleitungen umfassen kann.
-
Wie es zudem die 2 und 3 zeigen, kann die Heizung 13, 18 mindestens eine Stromfahne 16 oder mindestens einen Stromstecker 17 aufweisen, um die Heizung 13, 18 zu verschalten.
-
Die Heizung 13, 18 im Sinne der Erfindung kann ein, bspw. metallisches, Material mit einem höheren elektrischen Widerstand als der elektrische Widerstand des Materials der mindestens einen Stromsammlerplatte 11 aufweisen, um durch Stromleitung die Wärme zu erzeugen.
-
Darüber hinaus ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Heizung 13, 18 sowohl die Heizungsplatte 13 im Sinne der 2 als auch die Struktur 18 im Sinne der 3 aufweisen kann.
-
Die Struktur 18 kann dabei ein, bspw. metallisches, Material mit einem höheren elektrischen Widerstand als der elektrische Widerstand des Materials der Heizungsplatte 13 aufweisen. Dabei ist es denkbar, dass die Struktur 18 die mindestens eine Stromsammlerplatte 11 kontaktieren kann.
-
Ferner ist es denkbar, dass die Heizungsplatte 13 im Sinne der 2 als eine Trägerplatte für Struktur 18 dienen kann, wobei insbesondere die Struktur 18 im Sinne der 3 zur Herstellung einer lokalen Beheizung der mindestens einen Stromsammlerplatte 11, insbesondere im Bereich mindestens einer Mediendurchtrittsöffnung 19, verwendet werden kann.
-
Vorteilhafterweise kann die Heizung 13, 18 gemäß den 2 und/oder 3 eine thermische Sperre aufweisen, um die Überhitzung der mindestens einen Stromsammlerplatte 11 zu vermeiden. Dabei ist es denkbar, dass die thermische Sperre durch eine extra ausgebildete, in den Figuren jedoch nicht gezeigte, Sperrschicht oder durch eine Materialzusammensetzung der Heizung 13, 18 realisiert werden kann. Dabei kann die Heizung 13, 18 oder die Sperrschicht ferrimagnetisches Material aufweisen. Eine Sperrschicht kann zwischen der Heizung 13, 18 und der Laminierung 14 vorgesehen sein.
-
Darüber hinaus ist es denkbar, dass Stromsammleranordnung 10 im Sinne der Erfindung auf der dem Brennstoffzellenstack 1 abgewandten und an der den Endplatten 12 zugewandten Seite eine thermisch isolierende Platte (nicht gezeigt) aufweisen kann.
-
Die Stromsammleranordnung 10 im Sinne der Erfindung dient als ein Stromsammler für den Brennstoffzellenstapel 1. Wie es in der 1 erkennbar ist, kann die Stromsammleranordnung 10 den Brennstoffzellenstapel 1 von beiden Seiten begrenzen und zusammen mit dem Brennstoffzellenstapel 1 zwischen zwei Endplatten 12 verpresst werden.
-
Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
