DE102020100626A1 - Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung - Google Patents

Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel (2) mit einer Mehrzahl in Reihe angeordneter Brennstoffzellen (3), die jeweils eine die Elektroden trennende Membran aufweisen, mit Anschlüssen (6/7) jeweils für die Zuleitung und Ableitung eines Brennstoffes und eines Oxidationsmittels und mit einer Spannvorrichtung (8) für das Zusammendrücken der Brennstoffzellen (3), wobei die Spannvorrichtung (8) durch ein Band-Feder-System (9) mit einem integrierten Kraftaufnehmer (10) gebildet ist, dessen Signal einem Steuergerät (12) übermittelbar ist zur Bestimmung eines Feuchtegehaltes aufgrund eines Feuchte abhängigen Quellverhaltens der Membran jeder Brennstoffzelle (3). Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzellenvorrichtung (1) mit einem Brennstoffzellenstapel (2) sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl in Reihe angeordneter Brennstoffzellen, die jeweils eine die Elektroden trennende Membran aufweisen, mit Anschlüssen jeweils für die Zuleitung und Ableitung eines Brennstoffes und eines Oxidationsmittels und mit einer Spannvorrichtung für das Zusammendrücken der Brennstoffzellen, wobei die Spannvorrichtung durch ein Band-Feder-System mit einem integrierten Kraftaufnehmer gebildet ist, dessen Signal einem Steuergerät übermittelbar ist zur Bestimmung eines Feuchtegehaltes aufgrund eines Feuchte abhängigen Quellverhaltens der Membran jeder Brennstoffzelle. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einem Brennstoffzellenstapel sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung.
  • Brennstoffzellenvorrichtungen werden für die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser genutzt, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Einheit, die ein Verbund aus einer protonenleitenden Membran und jeweils einer, beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ist. Zudem können Gasdiffusionslagen beidseitig der Membran-Elektroden-Einheit an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. Im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Mehrzahl zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengefasster Brennstoffzellen wird der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff H2 oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen stattfindet. Über den Elektrolyten oder die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen H+ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt, so dass eine Reduktion von O2 zu O2- unter Aufnahme der Elektronen stattfindet. Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum diese Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser.
  • Brennstoffzellenvorrichtungen benötigen ein sorgfältiges Wassermanagement, da es zum einen erforderlich ist zu verhindern, dass zu viel Wasser sich in der Brennstoffzelle bzw. in dem Brennstoffzellenstapel befindet, was zu einer Blockade der Strömungskanäle für die Versorgung mit den Reaktanten führt. Befindet sich andererseits zu wenig Wasser in der Brennstoffzelle, ist die Protonenleitfähigkeit der Membran begrenzt, sodass auf eine ausreichende Feuchte und Wasserversorgung der Membran geachtet werden muss. In einer Brennstoffzellenvorrichtung führt ein zu hoher Flüssigkeitsgehalt im Brennstoffzellenstapel außerdem zu einer Schädigung derselben und damit zu einer Verkürzung der Lebensdauer sowie zu einer Verschlechterung der Effizienz der Brennstoffzellenvorrichtung.
  • Für das Wassermanagement ist es bekannt, Befeuchter einzusetzen. Befeuchter werden genutzt, um bei zwei gasförmigen Medien mit einem unterschiedlichen Feuchtegehalt eine Übertragung der Feuchte auf das trockenere Medium bewirken zu können. Derartige Gas/Gas-Befeuchter finden insbesondere Anwendung in den Brennstoffzellenvorrichtungen, bei denen im Kathodenkreislauf zur Versorgung der Kathodenräume des Brennstoffzellenstapels Luft mit dem darin enthaltenen Sauerstoff verdichtet wird, so dass relativ warme und trockene komprimierte Luft vorliegt, deren Feuchte für die Verwendung in dem Brennstoffzellenstapel für die Membranelektrodeneinheit nicht ausreicht. Die durch den Verdichter bereitgestellte trockene Luft für den Brennstoffzellenstapel wird befeuchtet, indem sie an der für Wasserdampf durchlässigen Membran vorbeigeführt wird, deren andere Seite mit der feuchten Abluft aus dem Brennstoffzellenstapel bestrichen wird.
  • Diese Mehrzahl von in einem Brennstoffzellenstapel zusammengefassten Brennstoffzellen wird im Allgemeinen mithilfe von Zugelementen mit einer Kraft im Bereich mehrerer Tonnen verpresst, um einen ausreichenden Kontaktdruck an der katalysatorbeschichteten Membran zur Reduktion ohmscher Verluste zu erzielen und mittels der hohen Verpressung Undichtigkeiten eingesetzter Dichtungen zu vermeiden.
  • Zu beachten ist dabei, dass während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels Kräfte auftreten, die zu einer Steigerung oder Reduktion der Verpresskraft führen können. Die Steigerung der Verpresskraft wird verursacht durch eine Wärmeausdehnung der verwendeten Komponenten, durch den für die Zuführung und Verteilung der Reaktanten verwendeten Druck und durch ein Aufquellen der verwendeten Membran bei deren Hydratisierung.
  • Eine Reduktion der Verpresskraft kann erfolgen durch eine negative Wärmeausdehnung bei sinkenden oder niedrigen Temperaturen oder durch das Setzungsverhalten der Gasdiffusionschichten, das mit zunehmender Nutzungsdauer und damit Lebensalter des Brennstoffzellenstapels zunimmt.
  • Es ist wünschenswert, die Stapelfeuchte möglichst genau bestimmen zu können, wobei dafür Feuchtesensoren einsetzbar sind, die am Anschluss für die Frischluft am Brennstoffzellenstapel positioniert werden können. Allerdings sind diese bekannten Feuchtesensoren komplex, träge, störanfällig und teuer. Die modellbasierte Bestimmung der Feuchte anhand der Betriebsparameter mit einem Softwaremodell erfordert einen sehr hohen Entwicklungsaufwand, da das Modell für jeden Betriebsmodus und Umgebungsbedingungen validiert werden muss.
  • In der DE 10 2017 206 729 A1 ist daher vorgeschlagen, das Feuchte abhängige Quellverhalten der Membranen in einem Brennstoffzellenstapel auszuwerten, wozu ein Drucksensor eingesetzt wird, der den Druck erfasst, mit welchem die Spannvorrichtung auf den Brennstoffzellenstapel einwirkt. Dazu sind an einer Spannplatte vier über Gelenke verschwenkbare Hebel befestigt, die mit ihren freien Enden einer Endplatte anliegen. Zwischen diesen Platten sind Federelemente und Piezoelemente angeordnet und der durch die Piezoelemente erfasste Druck wird einer Steuereinrichtung zugeführt. Diese Gestaltung vergrößert den Bauraumbedarf, da die Längserstreckung des Brennstoffzellenstapels vergrößert wird. Außerdem liegt ein komplexer Aufbau mit den vier verschwenkbaren Hebeln vor, die durch die Kraftumlenkung und Friktionen das Messergebnis beeinflussen.
  • Die DE 10 2008 026 858 A1 beschreibt die Verwendung von eines Kompressionsbeibehaltungssystems mit mehreren nachgiebigen Riemen, die eine Kompressionskraft auf den Brennstoffzellenstapel ausüben, wobei die Riemen ausgelegt sind, sich an eine Ausdehnung des Brennstoffzellenstapels anzupassen und die Kompressionskraft in einem Sollbereich zu halten. Die JP 2009176506 A schlägt zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Feuchtebestimmung vor, die Impedanz und die Leitfähigkeit des Brennstoffzellenstapels mittels Sensoren zu erfassen und auszuwerten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Aufbau für die Bestimmung der Feuchte eines Brennstoffzellenstapels zu vereinfachen. Aufgabe ist es weiterhin, eine verbesserte Brennstoffzellenvorrichtung und ein verbessertes Kraftfahrzeug bereit zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Brennstoffzellenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel zeichnet sich dadurch aus, dass die Spannvorrichtung für das Zusammendrücken der Brennstoffzellen durch ein Band-Feder-System mit einem integrierten Kraftaufnehmer gebildet ist. Das Signal des Kraftaufnehmers wird einem Steuergerät übermittelt, das aufgrund des Feuchte abhängigen Quellverhaltens der Membran jeder Brennstoffzelle die Feuchte bestimmt. Die Erfindung weist damit einen sehr einfachen Aufbau aus mit der unmittelbaren Bestimmung der in dem Band-Feder-System wirkenden Kraft.
  • Dabei sind den endständigen Brennstoffzellen Endplatten zugeordnet, an denen für die Krafteinleitung die Spannvorrichtung angeschlossen ist, wobei die Endplatten die Brennstoffzellen überragen und die Spannvorrichtung auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Brennstoffzellen in dem die Brennstoffzellen überragenden Randbereich der Endplatten an den Brennstoffzellen vorbei zwischen den Endplatten gespannt ist. Es ist damit eine Vergrößerung der Längserstreckung des Brennstoffzellenstapels vermieden. Auch ist das Band-Feder-System der Spannvorrichtung zweifach vorgesehen und jeweils einer Seite der Brennstoffzellen zugeordnet, wobei mindestens eines der Band-Feder-Systeme den als elektrischen Zugsensor ausgebildeten Kraftaufnehmer aufweist, der einen Dehnmessstreifen aufweist.
  • Die Genauigkeit der Bestimmung der Feuchte wird verbessert, indem Sensoren zur Erfassung der Temperatur und des Druckes vorgesehen sind, deren Signale an das Steuergerät übermittelbar sind zur Berücksichtigung von deren Beitrag auf die Zugkraft in der Spannvorrichtung. Dabei ist die Anordnung der Sensoren so gewählt, dass der Sensor zur Temperaturerfassung an dem Auslass eines Strömungspfades in dem Brennstoffzellenstapel für das Kühlmittel angeordnet ist.
  • Eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einem vorstehend geschilderten Brennstoffzellenstapel, mit einer Frischluftleitung, die mit dem Anschluss für die Zuleitung des Oxidationsmittels strömungsverbunden ist, der ein Verdichter und stromab des Verdichters ein Befeuchter zugeordnet ist, mit einer Kathodenabgasleitung, die von dem Anschluss für die Ableitung des Oxidationsmittels zu dem Befeuchter geführt, und mit einer mit der Frischluftleitung strömungsverbundenen Befeuchter-Bypassleitung, in der ein regelbares Ventil angeordnet ist, bietet die einfache Möglichkeit zur Regelung des Feuchtegehaltes, indem die Stellung des regelbaren Ventils durch das Steuergerät in Abhängigkeit der durch das Steuergerät bestimmten Feuchte einstellbar ist. Es kann also der Anteil der Frischluft variiert werden, die durch den Befeuchter geführt wird.
  • Bei dieser Brennstoffzellenvorrichtung besteht dann auch die Möglichkeit, dass der Sensor zur Erfassung des Druckes stromab des Befeuchters in der Frischluftleitung angeordnet ist, insbesondere in Bereichen der Frischluftleitung, in denen kein weiterer Druckabfall gegeben ist und insbesondere im Bereich des Anschlusses für das Oxidationsmittel.
  • Die vorstehend geschilderten Vorteile und Wirkungen gelten sinngemäß auch für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer derartigen Brennstoffzellenvorrichtung .
  • Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
    • 1 die schematische Darstellung des zur Erläuterung der Erfindung erforderlichen Teils einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einem Brennstoffzellenstapel.
  • In der 1 ist schematisch der zur Erläuterung der Erfindung erforderliche Teil einer Brennstoffzellenvorrichtung 1 gezeigt, wobei diese einen Befeuchter 4 zur Feuchteregulierung einer Mehrzahl von in einem Brennstoffzellenstapel 2 zusammengefasster Brennstoffzellen 3 umfasst.
  • Jede der Brennstoffzellen 3 umfasst eine Anode, eine Kathode sowie eine die Anode von der Kathode trennende, protonenleitfähige Membran. Die Membran ist aus einem lonomer, vorzugsweise einem sulfonierten Polytetrafluorethylen-Polymer (PTFE) oder einem Polymer der perfluorierten Sulfonsäure (PFSA) gebildet. Alternativ kann die Membran auch als eine sulfonierte Hydrocarbon-Membran gebildet sein.
  • Den Anoden und/oder den Kathoden kann zusätzlich ein Katalysator beigemischt sein, wobei die Membranen vorzugsweise auf ihrer ersten Seite und/oder auf ihrer zweiten Seite mit einer Katalysatorschicht aus einem Edelmetall oder einem Gemisch umfassend Edelmetalle wie Platin, Palladium, Ruthenium oder dergleichen beschichtet sind, die als Reaktionsbeschleuniger bei der Reaktion der jeweiligen Brennstoffzelle 3 dienen.
  • Über einen Anodenraum kann der Anode Brennstoff, insbesondere Wasserstoff aus einem Brennstofftank zugeführt werden. In einer Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle) werden an der Anode Brennstoff oder Brennstoffmoleküle in Protonen und Elektronen aufgespaltet. Die PEM lässt die Protonen hindurch, ist aber undurchlässig für die Elektronen. An der Anode erfolgt beispielsweise die Reaktion: 2H2 → 4H+ + 4e-(Oxidation/Elektronenabgabe). Während die Protonen durch die PEM zur Kathode hindurchtreten, werden die Elektronen über einen externen Stromkreis an die Kathode oder an einen Energiespeicher geleitet.
  • Über einen Kathodenraum kann der Kathode das Kathodengas (zum Beispiel Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft) zugeführt werden, so dass kathodenseitig die folgende Reaktion stattfindet: O2 + 4H+ + 4e-→ 2H2O (Reduktion/Elektronenaufnahme).
  • Da in dem Brennstoffzellenstapel 2 mehrere Brennstoffzellen 3 zusammengefasst sind, muss eine ausreichend große Menge an Kathodengas zur Verfügung gestellt werden, so dass durch einen Verdichter ein großer Kathodengasmassenstrom oder Frischgasstrom bereitgestellt wird, wobei infolge der Komprimierung des Kathodengases sich dessen Temperatur stark erhöht. Die Konditionierung des Kathodengases oder des Frischluftgasstroms, also dessen Einstellung hinsichtlich der im Brennstoffzellenstapel 2 gewünschten Temperatur und Feuchte, erfolgt in einem dem Verdichter nachgelagerten Befeuchter 4, der eine Feuchtesättigung der Membranen der Brennstoffzellen 3 zur Steigerung von deren Effizienz bewirkt, da dies den Protonentransport begünstigt.
  • Der Brennstoffzellenstapel 2 weist neben den Strömungspfaden für die gasförmigen Reaktanten auch einen Strömungspfad 5 für ein Kühlmittel auf, der in einen Kühlmittelkreislauf eingebunden ist.
  • Der Brennstoffzellenstapel 2 mit der Mehrzahl in Reihe angeordneten Brennstoffzellen 3 weist also Anschlüsse jeweils für die Zuleitung und Ableitung der Reaktanten, also des Brennstoffes und des Oxidationsmittels auf. Der Brennstoffzellenstapel 2 verfügt auch über eine Spannvorrichtung 8 für das Zusammendrücken der Brennstoffzellen 3. Die Spannvorrichtung 8 ist durch ein Band-Feder-System 9 mit einem integrierten Kraftaufnehmer 10 gebildet, dessen Signal einem Steuergerät 12 übermittelbar ist zur Bestimmung des Feuchtegehaltes innerhalb des Brennstoffzellenstapels 2 beziehungsweise der diesen bildenden Brennstoffzellen 3, wobei das Signal durch das Quellverhalten der Membran jeder Brennstoffzelle 3 bestimmt wird, das von der Feuchte abhängig ist.
  • Den endständigen Brennstoffzellen sind Endplatten 13 zugeordnet, an denen für die Krafteinleitung die Spannvorrichtung 8 angeschlossen ist, wobei die Endplatten 13 die Brennstoffzellen 3 überragen und die Spannvorrichtung 8 auf zwei oder mehr gegenüberliegenden Seiten der Brennstoffzellen 3 in dem die Brennstoffzellen 3 überragenden Randbereich 14 der Endplatten 13 an den Brennstoffzellen 3 vorbei zwischen den Endplatten 13 gespannt ist.
  • Um eine einseitige Krafteinleitung zu vermeiden, ist das Band-Feder-System 9 der Spannvorrichtung 8 zweifach oder mehr als zweifach vorgesehen und jeweils einer Seite der Brennstoffzellen 3 zugeordnet, wobei mindestens eines der Band-Feder-Systeme 9 den als elektrischen Zugsensor mit einem Dehnmessstreifen ausgebildeten Kraftaufnehmer 10 aufweist; in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kraftaufnehmer 10 dem rechten Band-Feder-System 9 zugeordnet in der die Feder 11 einschließenden Kraftübertragungskette zwischen den Endplatten 13.
  • Es sind weiterhin Sensoren 15,16 zur Erfassung der Temperatur und des Druckes vorgesehen, deren Signale an das Steuergerät 12 übermittelbar sind zur Berücksichtigung von deren Beitrag auf die Zugkraft in der Spannvorrichtung 8. Der Sensor 15 zur Temperaturerfassung ist an dem Auslass des Strömungspfades 5 für das Kühlmittel angeordnet, während der Sensor 16 zur Erfassung des Druckes stromab des Befeuchters 4 in der Frischluftleitung 17 angeordnet ist, insbesondere am Anschluss 6 für das Oxidationsmittel.
  • 1 zeigt, dass die Frischluftleitung 17 mit dem Anschluss 6 für die Zuleitung des Oxidationsmittels strömungsverbunden ist, wobei der Frischluftleitung 17der Verdichter und stromab des Verdichters der Befeuchter 4 zugeordnet ist, dem die Feuchte aus dem Kathodenabgas mit der Kathodenabgasleitung 18 zugeführt wird, die von dem Anschluss 7 für die Ableitung des Oxidationsmittels zu dem Befeuchter 4 führt. Zu beachten ist, dass eine mit der Frischluftleitung 17 strömungsverbundene Befeuchter-Bypassleitung 19 vorhanden ist, in der ein regelbares Ventil 20 angeordnet ist, dessen Stellung durch das Steuergerät 12 in Abhängigkeit der durch das Steuergerät 12 bestimmten Feuchte einstellbar ist.
  • Eine derartige Brennstoffzellenvorrichtung 1 kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzellenvorrichtung
    2
    Brennstoffzellenstapel
    3
    Brennstoffzelle
    4
    Befeuchter
    5
    Strömungspfad Kühlmittel
    6
    Anschluss Zuleitung Oxidationsmittel
    7
    Anschluss Ableitung Oxidationsmittel
    8
    Spannvorrichtung
    9
    Band-Feder-System
    10
    Kraftaufnehmer
    11
    Feder
    12
    Steuergerät
    13
    Endplatte
    14
    Randbereich
    15
    Sensor für Temperatur
    16
    Sensor für Druck
    17
    Frischluftleitung
    18
    Kathodenabgasleitung
    19
    Befeuchter-Bypassleitung
    20
    Ventil
  • 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 102017206729 A1 [0009]
    • DE 102008026858 A1 [0010]
    • JP 2009176506 A [0010]

Claims (10)

  1. Brennstoffzellenstapel (2) mit einer Mehrzahl in Reihe angeordneter Brennstoffzellen (3), die jeweils eine die Elektroden trennende Membran aufweisen, mit Anschlüssen jeweils für die Zuleitung und Ableitung eines Brennstoffes und eines Oxidationsmittels und mit einer Spannvorrichtung (8) für das Zusammendrücken der Brennstoffzellen (3), wobei die Spannvorrichtung (8) durch ein Band-Feder-System (9) mit einem integrierten Kraftaufnehmer (10) gebildet ist, dessen Signal einem Steuergerät (12) übermittelbar ist zur Bestimmung eines Feuchtegehaltes aufgrund eines Feuchte abhängigen Quellverhaltens der Membran jeder Brennstoffzelle (3).
  2. Brennstoffzellenstapel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den endständigen Brennstoffzellen (3) Endplatten (13) zugeordnet sind, an denen für die Krafteinleitung die Spannvorrichtung (8) angeschlossen ist.
  3. Brennstoffzellenstapel (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatten (13) die Brennstoffzellen (3) überragen und dass die Spannvorrichtung (8) auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Brennstoffzellen (3) in dem die Brennstoffzellen (3) überragenden Randbereich (14) der Endplatten (13) an den Brennstoffzellen (3) vorbei zwischen den Endplatten (13) gespannt ist.
  4. Brennstoffzellenstapel (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Band-Feder-System (9) der Spannvorrichtung (8) zweifach vorgesehen und jeweils einer Seite der Brennstoffzellen (3) zugeordnet ist, und dass mindestens eines der Band-Feder-Systeme (9) den als elektrischen Zugsensor ausgebildeten Kraftaufnehmer (10) aufweist.
  5. Brennstoffzellenstapel (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugsensor einen Dehnmessstreifen aufweist.
  6. Brennstoffzellenstapel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (15,16) zur Erfassung der Temperatur und des Druckes vorgesehen sind, deren Signale an das Steuergerät (12) übermittelbar sind zur Berücksichtigung von deren Beitrag auf die Zugkraft in der Spannvorrichtung (8).
  7. Brennstoffzellenstapel (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungspfad (5) für ein Kühlmittel ausgebildet ist, und dass der Sensor (15) zur Temperaturerfassung an dem Auslass des Strömungspfades (5) für das Kühlmittel angeordnet ist.
  8. Brennstoffzellenvorrichtung (1) mit einem Brennstoffzellenstapel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Frischluftleitung (17), die mit dem Anschluss (6) für die Zuleitung des Oxidationsmittels strömungsverbunden ist und der ein Verdichter und stromab des Verdichters ein Befeuchter (4)zugeordnet ist, mit einer Kathodenabgasleitung (18), die von dem Anschluss (7) für die Ableitung des Oxidationsmittels zu dem Befeuchter (4) geführt ist, und mit einer mit der Frischluftleitung (17) strömungsverbundenen Befeuchter-Bypassleitung (19), in der ein regelbares Ventil (20) angeordnet ist, dessen Stellung durch das Steuergerät (12) in Abhängigkeit der durch das Steuergerät (12) bestimmten Feuchte einstellbar ist.
  9. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) zur Erfassung des Druckes stromab des Befeuchters (4) in der Frischluftleitung (17) angeordnet ist.
  10. Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 9.
DE102020100626.8A 2020-01-14 2020-01-14 Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung Pending DE102020100626A1 (de)

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