DE102019220097A1 - Gehäuse zur Aufnahme mindestens eines Brennstoffzellenstapels - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse (10), in dem mindestens ein Brennstoffzellenstapel (20) untergebracht ist. Der Brennstoffzellenstapel (20) umfasst eine Anzahl übereinanderliegend angeordneter Bipolarplatten (34) und Elektrolytmembranen (54). Das Gehäuse (10) umfasst eine dem mindestens einen Brennstoffzellenstapel (20) zugewandte Innenseite (12), an der eine die Oberfläche des Gehäuses (10) vergrößernde Verrippung (14) ausgeführt ist oder einzelne Bipolarplatten (34) innerhalb des mindestens einen Brennstoffzellenstapels (20) einen Überstand (36) aufweisen. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Gehäuses in einer Brennstoffzelle mit mindestens einem Brennstoffzellenstapel (20) zum Antrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse zur Aufnahme mindestens eines Brennstoffzellenstapels, der eine Anzahl übereinanderliegend angeordneter Bipolarplatten und Elektrolytmembranen umfasst, mit einer dem mindestens einen Brennstoffzellenstapel zuweisenden Innenseite. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Gehäuses in einer Brennstoffzelle mit mindestens einem Brennstoffzellenstapel zum Antrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
• Stand der Technik
• Brennstoffzellen werden in der Regel mit gasförmigem Wasserstoff (H₂) betrieben und werden fast immer als eine Zusammenschaltung einer Anzahl von Einzelzellen zu einem Brennstoffzellenstapel betrieben. Die Einzelzellen sind typischerweise mit einer Elastomerdichtung gegeneinander abgedichtet. Es werden in der Regel Brennstoffzellenstapel mit bis zu 500 Zellen und ebenso vielen Dichtungen eingesetzt. Im Normalbetrieb kommt es vor, dass kleine Mengen von H₂ über diese Dichtungen entweichen. Im Schadensfall an einer oder mehreren der besagten Dichtungen können größere Mengen gasförmigen Wasserstoffs entweichen. In beiden Fällen besteht die Möglichkeit, dass es zur Bildung eines explosiven Gemischs kommt. Um die Anreicherung eines explosiven Gemischs zu verhindern wird das Gehäuse typischerweise mit Umgebungsluft belüftet.
• DE 100 01 717 C1 bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem. Dieses umfasst mindestens eine Brennstoffzelleneinheit, die in einer Brennstoffzellenbox untergebracht ist und/oder der eine Kathodengas- oder Kaltstartgaszufuhrleitung oder eine Kathodenabgas- oder Anodenabgasrückführleitung zugeordnet ist. Das Brennstoffzellensystem ist mit wenigstens einem Coanda-Strömungsverstärker ausgerüstet, um den Luftstrom für die Belüftung einer Brennstoffzellenbox, einen Kathodengasstrom oder einen Kaltstartgasstrom, einen rückgeführten Kathodenabgasstrom oder einen rückgeführten Anodenabgasstrom zu verstärken und/oder das System ist mit einem Belüftungsmittel für ein Gehäuse außerhalb der Brennstoffzellenbox, in welchem Komponenten des Brennstoffzellensystems zusammengefasst sind, ausgerüstet, wobei die Belüftungsmittel einen Coanda-Strömungsverstärker aufweisen.
• DE 100 31 238 A1 bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Betreiben desselben. Es ist mindestens eine in einer Brennstoffzellenbox eingebrachte Brennstoffzelleneinheit vorgesehen, wobei Boxbelüftungsmittel mit einer in die Brennstoffzellenbox einmündenden Spülmedienzufuhrleitung und einer aus der Brennstoffzellenbox ausmündenden Spülmedienauslassleitung vorgesehen sind. In der Spülmedienzufuhrleitung und/oder in der Spülmedienauslassleitung befindet sich ein explosionsgeschützter Lüfter und/oder es sind Belüftungsmittel für ein Gehäuse außerhalb der Brennstoffzellenbox mit einer in das Gehäuse einmündenden Spülmedienzufuhrleitung und einer aus dem Gehäuse ausmündenden Spülmedienauslassleitung vorgesehen. Diese sind im Gehäuse des Brennstoffzellensystems zusammengefasst, wobei die Belüftungsmittel einen explosionsgeschützten Lüfter aufweisen.
• Bei einer Explosion eines geschlossenen Behälters, wie beispielsweise des Gehäuses, welches eine Brennstoffzelle umschließt, können bei einem stöchiometrischen H₂-Luft-Gemisch maximale Explosionsdrücke von bis zu 8,5 barg auftreten. Bei in der Praxis gängigen Anwendungen ist ein Brennstoffzellenstapelgehäuse rechteckig ausgebildet, wobei die Oberfläche des Gehäuses und andere Einbauten, wie beispielsweise Sensorenventile und Pumpen zu einer Vergrößerung der Oberfläche des Gehäuses beitragen.
• Angesichts eines maximal auftretenden zu erwartenden Explosionsdrucks von 8,5 barg wird gemäß gängiger Praxis ein Gehäuse zur Aufnahme einer Brennstoffzelle für einen Druck von 8,5 barg ausgelegt. Dies führt zu einem relativ hohen Materialeinsatz und dadurch bedingt zu einem relativ hohen Gewicht. Außerdem werden druckentlastende Strukturen, insbesondere Berstscheiben, integriert.
• Darstellung der Erfindung
• Erfindungsgemäß wird ein Gehäuse zur Aufnahme mindestens eines Brennstoffzellenstapels vorgeschlagen, der eine Anzahl übereinanderliegend angeordneter Bipolarplatten und Elekrolytmembranen umfasst, mit einer dem mindestens einen Brennstoffzellenstapel zugewandten Innenseite. An der Innenseite des Gehäuses ist eine dessen Oberfläche vergrößernde Verrippung augebildet oder einzelne Bipolarplatten innerhalb des Brennstoffzellenstapels weisen jeweils einen Überstand auf.
• Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann eine stark vergrößerte Oberfläche des Gehäuses erzielt werden. Insbesondere kann die Vergrößerung der Oberfläche an der Innenseite des Gehäuses durch das Vorsehen von Rippen oder Noppen an der Innenseite des Gehäuses erfolgen.
• In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung verläuft die Verrippung an der Innenseite des Gehäuses in Längsrichtung ausgehend von einer Oberseite in Richtung auf eine Unterseite des Gehäuses. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Verrippung an der Innenseite des Gehäuses in Querrichtung, d. h. beispielsweise parallel zur Oberseite des Gehäuses verläuft. Darüber hinaus ist es gemäß einer weiteren Ausführungsvariante möglich, dass die Verrippung an der Innenseite des Gehäuses in Diagonalrichtung von der Oberseite des Gehäuses zu dessen Unterseite verläuft.
• Sämtlichen genannten Ausführungsvarianten der Verrippung ist gemeinsam, dass durch deren Vorsehen an der Innenseite des Gehäuses dessen Oberfläche drastisch vergrößert wird, was in vorteilhafter Weise zu einer Verringerung des maximal auftretenden Explosionsdruckes führt.
• In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist an der Innenseite des Gehäuses und der Außenseite des mindestens einen Brennstoffzellenstapels ein eine Ventilationsströmung ermöglichender Kanal gebildet. Dieser Kanal verläuft zwischen Gehäuse und Brennstoffzellenstapel und ermöglicht eine Abfuhr eventuell durch Leckage aus einzelnen Brennstoffzellen ausgetretenen Wasserstoffs durch Umgebungsluft. Der Kanal kann beispielsweise durch Spalte gebildet sein, die durch eine Länge von Einzelrippen der Verrippung an der Innenseite des Gehäuses in Richtung auf den mindestens einen Brennstoffzellenstapel gebildet sind. Abhängig von der Länge der Einzelrippen verbleiben zwischen der Außenseite des mindestens einen Brennstoffzellenstapels und der Innenseite des Gehäuses Freiräume, welche den für die Ventilationsströmung dienenden Kanal bilden.
• In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann zwischen der Innenseite des Gehäuses und der Außenseite des mindestens einen Brennstoffzellenstapels eine Isolationsschicht verlaufen.
• Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht bei der Verwirklichung des Kanals zur Passage durch die Ventilationsströmung die Möglichkeit, diesen durch Aussparungen in den Einzelrippen der Verrippung darzustellen, so dass die Ventilationsströmung diesen Kanal von Einzelrippe zu Einzelrippe der Verrippung passiert, wobei zwischen den Einzelrippen einzelne Kammern gebildet sein können.
• In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist der mindestens eine Brennstoffzellenstapel aus Bipolarplatten und Elektrolytmembranen aufgebaut, wobei einzelne Bipolarplatten jeweils einen Überstand aufweisen können, der an die Innenseite des Gehäuses heranragt, ohne diese zu berühren.
• Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann innerhalb des mindestens einen Brennstoffzellenstapels jede zweite bis zehnte der Bipolarplatten besagten Überstand aufweisen. Somit wird der Ventilationskanal zwischen der Innenseite des Gehäuses und der Außenseite des Brennstoffzellenstapels in kinematischer Umkehr nicht durch eine an der Innenseite des Gehäuses verlaufende Verrippung gebildet, sondern durch einzelne Überstände, die sich von jeder zweiten bis zehnten Bipolarplatte in Richtung auf die Innenseite des Gehäuses erstrecken, ohne dieses beziehungsweise die dort vorgesehene Isolationsschicht zu berühren. Dadurch ist sichergestellt, dass stets ein Spalt beziehungsweise ein Freiraum verbleibt, der von der Ventilationsströmung passiert werden kann.
• Innerhalb des Überstandes können bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung die Bipolarplatten in einer verstärkten Materialdicke ausgebildet sein, so dass der Bildung von Kurzschlüssen durch Umknicken von Bipolarplatten entgegengewirkt werden kann.
• Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Gehäuses in einer Brennstoffzelle mit mindestens einem Brennstoffzellenstapel zum Antrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
• Vorteile der Erfindung
• Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann der maximal auftretende Explosionsdruck innerhalb eines Gehäuses für eine Brennstoffzelle mit mindestens einem Brennstoffzellenstapel deutlich reduziert werden. Im Idealfall bei einer ideal großen Oberfläche kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung die Explosion gelöscht und in eine einfache Verbrennung mit noch niedrigerem Druckniveau umgewandelt werden. Dadurch wiederum besteht die Möglichkeit, ein weniger druckfestes Gehäuses zum Einsatz zu bringen, wodurch sich Gewicht und Material einsparen lassen.
• Durch das reduzierte Druckniveau ist es zudem möglich, ein geschlossenes Gehäuse ohne Vorrichtung zur Ventilation, zum Ein- und Ausgang für Ventilatoren, H₂-Sensoren und explosionsgeschützte Ventilatoren vorzusehen. Dadurch wird der apparative Aufwand, abgesehen von der die Brennstoffzelle passierenden Ventilationsströmung, die ohnehin vorgesehen ist, erheblich reduziert.
• Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann entweder durch ein Vorsehen einer Verrippung eine Innenseite des Gehäuses, sei sie in Querrichtung, Längsrichtung oder in diagonaler Richtung verlaufend, vorgesehen werden; andererseits besteht die Möglichkeit, einzelne der Bipolarplatten innerhalb des Stapelaufbaus des mindestens einen Brennstoffzellenstapels mit einem Überstand zu versehen, so dass durch diese Überstände die Oberfläche erheblich vergrößert wird. Je größer die Oberfläche des Gehäuses an dessen Innenseite beziehungsweise die Oberfläche an der Außenseite des mindestens einen Brennstoffzellenstapels ausgelegt werden kann, ein desto geringerer Explosionsdruck ist erreichbar.
• Zur Vermeidung eines elektrischen Kontaktes zwischen einzelnen Bipolarplatten des mindestens einen Brennstoffzellenstapels und der Innenseite des Gehäuses können Isolationsschichten vorgesehen werden. Ein Kanal, durch den die Ventilationsströmung zirkuliert, kann entweder durch Aussparungen in Einzelrippen der Verrippung gebildet werden oder kann durch verkürzt ausgebildete Einzelrippen der Verrippung gebildet werden, so dass ein Spalt zwischen dem Ende der jeweiligen Einzelrippe und der Außenseite des diesem gegenüberliegenden Brennstoffzellenstapels verbleibt, durch den die Ventilationsströmung passieren kann.
• Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann beispielsweise ein Explosionsdruckniveau von 5,4 barg auf 2,8 barg erreicht werden, was zu einer erheblich günstigeren, d. h. leichteren und kostengünstigeren Fertigung eines Gehäuses zur Aufnahme mindestens einen Brennstoffzellenstapels für eine Brennstoffzelle beiträgt.
• Durch die Verrippung, die an der Innenseite des Gehäuses vorgesehen wird, kann das Gehäuse versteift werden, was in vorteilhafter Weise ermöglicht, das Gehäuse als tragende Struktur für das gesamte Brennstoffzellensystem zu nutzen. Das Gasvolumen wird durch die an der Innenseite vorgesehen Verrippung verkleinert, was zusätzlich zur Reduzierung des Explosionsdruckes beiträgt. Für den Fall, dass die alternativ überstehend ausgebildeten Bipolarplatten innerhalb des Stapelaufbaus der Brennstoffzelle keinen elektrischen Kontakt zum Gehäuse haben und stabil beispielsweise in einer größeren Materialdicke ausgeführt sind, können dadurch Kräfte des Brennstoffzellenstapels an das Gehäuse übertragen werden. Liegend angeordnete Brennstoffzellenstapel mit einer Vielzahl von Einzelzellen neigen zum Durchbiegen und sind empfindlicher gegenüber im Betrieb eines Fahrzeugs auftretende Erschütterungen. Diese beanspruchen die Dichtungen der Einzelzellen ungleichmäßig, so dass es zu Undichtigkeiten kommen kann.
• Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann diesen Undichtigkeiten durch einen Abtransport eines zündfähigen H₂-Luftgemisches in hohem Maß Rechnung getragen werden.
• Figurenliste
• Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine Innenseite eines Gehäuses mit in Längsrichtung verlaufender Verrippung,
• 2 einen Verbund aus Brennstoffzellenstapel und Gehäuse, wobei an der Innenseite des Gehäuses eine Längsverrippung ausgeführt ist,
• 3 eine Ansicht von oben auf einen Brennstoffzellenstapel, der in ein Gehäuse mit einer in die Zeichenebene, d. h. in Längsrichtung verlaufender Verrippung versehen ist,
• 4 eine Ausführungsvariante eines Brennstoffzellenstapels, bei dem einzelne Bipolarplatten in einem Überstand ausgeführt sind und
• 5 eine vergrößerte Wiedergabe einer Ansicht eines Brennstoffzellenstapels mit einzelnen mit einem Überstand versehenen Bipolarplatten, die an die Innenseite des Gehäuses heranragen.
• Ausführungsformen der Erfindung
• In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
• 1 zeigt ein Gehäuse 10, an dessen Innenseite 12 eine Verrippung 14 ausgeführt ist. Aus der Darstellung gemäß 1 ist zu entnehmen, dass sich die Verrippung 14, eine Anzahl von in Längsrichtung 16 verlaufende Einzelrippen 33 aufweisend an der Innenseite 12 des Gehäuses 10 erstreckt. Die Verrippung 14 verläuft an der Innenseite 12 des Gehäuses 10 von der Oberseite 22 zu dessen Unterseite 24.
• 2 zeigt einen Verbund aus mindestens einem Brennstoffzellenstapel 20, der im Gehäuse 10 mit einer Verrippung 14 aufgenommen ist. 2 zeigt, dass sich an der Innenseite 12 des Gehäuses 10 in einem gleichmäßigen Abstand voneinander Einzelrippen 33 der Verrippung 14, insbesondere in Längsrichtung 16 erstrecken. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass sich die Verrippung 14 nicht in Längsrichtung 48, sondern auch senkrecht dazu in Querrichtung 44 oder in eine Diagonalrichtung 46 mit einer damit einhergehenden entsprechenden Verlängerung an der Innenseite 12 des Gehäuses 10 erstrecken kann, wie in 1 dargestellt ist.
• 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Brennstoffzellenstapel 20, der in einem Gehäuse 10 aufgenommen ist. Zur Erzielung einer Vergrößerung 40 seiner inneren Oberfläche 38 ist an der Innenseite 12 des Gehäuses 10 die Verrippung 14 ausgebildet. Diese erstreckt sich in Längsrichtung 16, d. h. in Längsrichtung 48 senkrecht in die Zeichenebene gemäß 3. Entsprechend der Längserstreckung der Einzelrippen 33 der Verrippung 14 in Richtung auf den mindestens einen Brennstoffzellenstapel 20, verbleiben zwischen der Außenseite des mindestens einen Brennstoffzellenstapels 20 umfassend eine Vielzahl von Bipolarplatten 34 und Elektrolytmembranen 54, die übereinanderliegend aufgenommen sind, Spalte 26, die von einer Ventilationsströmung 28 passiert werden können. Bei der Ventilationsströmung 28 handelt es sich insbesondere um Umgebungsluft. Die Ventilationsströmung 28 hat die Aufgabe, eventuell austretende Gasleckagen von gasförmigem Wasserstoff zur Vermeidung der Bildung eines explosionsfähigen Gemisches aus dem Gehäuse 10 auszutragen. Aus der Darstellung gemäß 3 ergibt sich, dass zwischen den Einzelrippen 33 der hier in Längsrichtung 16 verlaufenden Verrippung 14 Kammern 30 gebildet werden. Diese Kammern 30 werden von der Ventilationsströmung 28, die in Ventilationsrichtung 42 strömt, durchströmt, und sich dort eventuell angesammelter gasförmiger Wasserstoff wird aus den einzelnen Kammern 30, die Teil eines Ventilationskanals 56 sind, abtransportiert, so dass die Bildung eines explosionsfähigen Gemischs unterbleibt. Der Ventilationskanal 56, der die einzelnen Kammern 30 miteinander verbindet, kann durch einzelne Aussparungen 52 in den Einzelrippen 33 der Verrippung 14 an der Innenseite 12 des Gehäuses 10 gebildet sein. Durch den Ventilationskanal 56 strömt die Ventilationsströmung 28, d. h. die Umgebungsluft in Ventilationsrichtung 42 und trägt eine eventuell vorhandene Leckage an ausgetretenem Wasserstoff aus.
• 3 ist des Weiteren zu entnehmen, dass der mindestens eine Brennstoffzellenstapel 20 eine Anzahl von Bipolarplatten 34 und Elektrolytmembranen 54 umfasst. Diese sind bei dem mindestens einen Brennstoffzellenstapel 20 übereinanderliegend gestapelt angeordnet. Zwischen den einzelnen Bipolarplatten 34 beziehungsweise Elektrolytmembranen 54 sind hier nicht näher dargestellte Dichtelemente vorgesehen.
• Es hat sich herausgestellt, dass ein empirischer Zusammenhang besteht zwischen einer realen Oberfläche eines Gehäuses und einem eingeschlossenen Gasvolumen. Ein maximaler Druck errechnet sich zu $${\text{p}}_{\text{max}}=-\mathrm{0,146}\text{ O/V}+\mathrm{8,32.}$$

  

  mit pmax = maximaler Explosionsdruck (barg)
  O = totale innere Oberfläche (m²) und
  V = eingeschlossenes Gasvolumen (m³).
• Als Referenz für eine Auslegung kann ein Brennstoffzellenstapel 20 und ein Gehäuse 10 herangezogen werden mit folgenden Daten: Stapel mit 400 Zellen und Endplatten, Höhe x Breite x Tiefe = 500 x 500 x 150 mm³, Gehäuse 10 um den Brennstoffzellenstapel 20, Höhe x Breite x Tiefe = 520 x 520 x 170 mm³, Oberfläche des Brennstoffzellenstapels 20 (gerundet) = 0,8 m², Oberfläche Gehäuse 10 (innen gerundet) = 0,9 m² und eingeschlossenes Gasvolumen (gerundet) = 0,85 m³. Unter Berücksichtigung der oben genannten Werte ergibt sich ein maximaler Explosionsdruck von 5,4 barg. Aus diesem Grunde wäre ein Gehäuse 10 für einen Explosionsdruck von mindestens 5,4 barg auszulegen, was zu einem hohen Materialeinsatz und einem dementsprechend hohen Gewicht führen würde.
• Wird nun ein Gehäuse 10 mit einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verrippung 14 betrachtet, so ergeben sich folgende Werte:
• Brennstoffzellenstapel 20 mit 400 Zellen und Endplatten, Höhe × Breite × Tiefe = 500 × 500 × 150 mm³, Gehäuse 10 um den Brennstoffzellenstapel 20, Höhe × Breite × Tiefe = 520 × 520 × 170 mm³, Verrippung 14 quer mit Abstand × Höhe × Dicke = 10 × 10 × 1 mm³, Oberfläche Stack (gerundet) = 0,8 mm², Oberfläche Gehäuse 10 plus Verrippung 14 innen (gerundet) = 2,2 m², eingeschlossenes Gasvolumen minus Verrippung 14 (gerundet) = 0,79 m³.
• Mit den oben genannten Daten ergibt sich ein reduzierter maximaler Explosionsdruck von nur 2,8 barg. Dies stellt ein erhebliches Verbesserungspotenzial dar, da das Gehäuse 10 nun erheblich leichter gebaut werden kann, was nicht nur zu einer erheblichen Reduktion des Einsatzgewichtes, sondern auch zu einer erheblichen Reduktion der Kosten des eingesetzten Materials führt.
• Der Darstellung gemäß 4 ist eine Ausführungsvariante eines Brennstoffzellenstapels 20 zu entnehmen, der aus einer Anzahl von Bipolarplatten 34 und Elektrolytmembranen 54 aufgebaut ist. 4 zeigt, dass einzelne der übereinandergeschichteten Bipolarplatten 34 einen Überstand 36 aufweisen. Durch kinematische Umkehr kann im Vergleich zu 3 durch einen entsprechenden Überstand 36 an jeder zweiten bis zehnten der Bipolarplatten 34 innerhalb des Brennstoffzellenstapels 20 erreicht werden, dass der Ventilationskanal 56 (vgl. 3) zwischen der Innenseite 12 des Gehäuses 10 und der Außenseite des Brennstoffzellenstapels 20 eben durch die Überstände 36 gebildet wird. Die einzelnen Überstände 36 jeder zweiten bis zehnten Bipolarplatte 34 können beispielsweise mit Aussparungen 52 versehen werden, so dass zwischen der Innenseite 12 des Gehäuses 10 und der Außenseite des mindestens einen Brennstoffzellenstapels 20 der Ventilationskanal 56 für die Ventilationsströmung 28, die in Ventilationsrichtung 42 strömt, geschaffen werden kann. Der Ventilationskanal 56 lässt sich auch dadurch ausbilden, dass zwischen den Enden der einzelnen Überstände 36 der Bipolarplatten 34 und der Innenseite 12 des Gehäuses 10 Spalte 26 verbleiben, durch welche einzelne Kammern 30 zwischen den Überständen 36 der Bipolarplatten 34 gebildet werden, welche von der Ventilationsströmung 28 passiert werden. Dadurch ist sichergestellt, dass auch bei dieser Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung, die Passage der Ventilationsströmung 28 sichergestellt ist und sich möglicherweise in den Kammern 30 angesammelter gasförmiger Wasserstoff schnell abtransportieren lässt, ohne dass es zur Bildung eines explosionsfähigen H₂/Luft-Gemischs kommt.
• 5 zeigt in vergrößerter Darstellung die mit dem Überstand 36 jeweils versehenen Bipolarplatten 34 innerhalb des mindestens einen Brennstoffzellenstapels 20. Je nach Auslegung des mindestens einen Brennstoffzellenstapels 20 können jede zweite bis zehnte Bipolarplatte 34 mit den Überständen 36 versehen werden, so dass es zur Bildung einzelner Kammern 30 kommt. Es besteht die Möglichkeit zur Vermeidung elektrischer Kurzschlüsse, die Überstände 36 in einer größeren Materialdicke auszubilden, so dass deren Umknicken und das Auftreten von Kurzschlüssen zur benachbarten Bipolarplatte 34 vermieden werden kann. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, zwischen der Innenseite 12 des Gehäuses 10 einerseits und den Enden der Überstände 36, beziehungsweise den Enden der Bipolarplatten 34, mindestens eine Isolationsschicht 50 in das Gehäuse 10 einzuziehen, um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden. Aus der Draufsicht gemäß 5 geht des Weiteren hervor, dass zwischen den einzelnen Bipolarplatten 34 innerhalb des mindestens einen Brennstoffzellenstapels 20 jeweils Elektrolytmembranen 54 aufgenommen sind. Auch die in 5 dargestellten Kammern 30, die durch einzelne Überstände 36 von in Überlänge ausgebildeten Bipolarplatten 34 begrenzt werden, bestehen Spalte 26 (vgl. Darstellung gemäß 3), die von der Ventilationsströmung 28 in Ventilationsrichtung 42 passiert werden können und so gasförmigen Wasserstoff aus dem Gehäuse 10, in dem mindestens ein Brennstoffzellenstapel 20 angeordnet ist, abtransportieren können.
• Als weitere, oberflächenvergrößernde Elemente können in das freie Gasvolumen beispielsweise Wellblechteile, Gaze, Metallgewebe oder Wabenplatten eingebaut werden, wodurch sich die Oberfläche deutlich vergrößern lässt. Gleichzeitig wird das noch vorhandene freie Gasvolumen erheblich reduziert. Bei dieser Variante entfällt jedoch die versteifende Wirkung des Gehäuses 10, und kann als zusätzliche Maßnahme zu den oben beschriebenen Ausführungen angewendet werden. Es besteht des Weiteren die Möglichkeit, an der Innenseite 12 des Gehäuses 10 beispielsweise eine aufgeklebte Wabenstruktur anzubringen, wodurch das Gehäuse 10 nicht unerheblich verstärkt werden kann.
• Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
• 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
• DE 10001717 C1 [0003]
• DE 10031238 A1 [0004]

Claims (12)

1. Gehäuse (10) zur Aufnahme mindestens eines Brennstoffzellenstapels (20), der eine Anzahl übereinanderliegend angeordneter Bipolarplatten (34) und Elektrolytmembranen (54) umfasst, mit einer dem mindestens einen Brennstoffzellenstapel (20) zugewandten Innenseite (12), dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite (12) des Gehäuses (10) eine dessen Oberfläche vergrößernde Verrippung (14) ausgebildet ist oder innerhalb des mindestens einen Brennstoffzellenstapels (20) einzelne Bipolarplatten (34) einen Überstand (36) aufweisen.
2. Gehäuse (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrippung (14) an der Innenseite (12) des Gehäuses (10) in Längsrichtung (48) von einer Oberseite (22) zu einer Unterseite (24) des Gehäuses (10) verläuft.
3. Gehäuse (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrippung (14) an der Innenseite (12) des Gehäuses (10) in Querrichtung (44) in Bezug auf die Oberseite (22) des Gehäuses (10) verläuft.
4. Gehäuse (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrippung (14) von der Innenseite (12) des Gehäuses (10) in Diagonalrichtungrichtung (46) von der Oberseite (22) des Gehäuses (10) zu dessen Unterseite (24) verläuft.
5. Gehäuse (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenseite (12) des Gehäuses (10) und der Außenseite des mindestens einen Brennstoffzellenstapels (20) ein eine Ventilationsströmung (28) ermöglichender Ventilationskanal (56) gebildet ist.
6. Gehäuse (10) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilationskanal (56) durch Spalte (26) gebildet ist, die durch eine Länge (32) von Einzelrippen (33) der Verrippung (14) in Richtung auf den mindestens einen Brennstoffzellenstapel (20) gebildet sind.
7. Gehäuse (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenseite (12) des Gehäuses (10) und der Außenseite des mindestens einen Brennstoffzellenstapels (20) eine Isolationsschicht (50) verläuft.
8. Gehäuse (10) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilationskanal (56) durch Aussparungen (52) in Einzelrippen (33) der Verrippung (14) gebildet ist.
9. Gehäuse (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Brennstoffzellenstapel (20) aus Bipolarplatten (34) und Elektrolytmembranen (54), Bipolarplatten (34) umfasst, die jeweils einen Überstand (36) aufweisen und an die Innenseite (12) des Gehäuses (10) heranragen, ohne diese zu berühren.
10. Gehäuse (10) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Brennstoffzellenstapel (20) jede zweite bis zehnte der Bipolarplatten (34) den Überstand (36) aufweist.
11. Gehäuse (10) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Überstande (36) an den Bipolarplatten (34) in einer größeren Materialdicke ausgeführt sind als die Materialdicke der Bipolarplatten (34).
12. Verwendung des Gehäuses (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche in einer Brennstoffzelle mit mindestens einem Brennstoffzellenstapel (20) zum Antrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.

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