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Stand der Technik
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Bei Brennstoffzellensystemen, insbesondere für den Antrieb von Kraftfahrzeugen, wird in der Regel das Oxidationsmittel Sauerstoff aus der Umgebungsluft benutzt, um in der Brennstoffzelle mit Wasserstoff zu Wasser (bzw. Wasserdampf) zu reagieren und damit durch elektrochemische Wandlung eine elektrische Leistung zu liefern. Bei einigen Bauformen heutiger Brennstoffzellensystemen befindet sich am Anfang und/oder am Ende des Brennstoffzellenstapels eine Stromsammelschnittstelle, die den Strom, den die Zellen erzeugen zu einem Anschluss des Brennstoffzellensystems weiterleitet. Beispielsweise auf der gegenüberliegenden Seite der Stromsammelschnittstelle wird elektrisch isoliert eine Heizplatte oder Heizfolie angeordnet, die die Stromsammelschnittstelle und Zellen in der Nähe bei Bedarf, insbesondere bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems, heizt.
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Nachteilig ist den bekannten Lösungen gemein, dass die Heizplatten der Brennstoffzellensysteme mit einer elektrischen Energieversorgung für das Heizen ausgestaltet sind und folglich einen elektrischen Verbraucher in einem übergeordneten System, wie beispielsweise einem Kraftfahrzeug, darstellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens zwei Brennstoffzellen, mit wenigstens einer Stromsammelschnittstelle und wenigstens einem Heizmodul, das im temperaturaustauschenden Kontakt mit der Stromsammelschnittstelle und den wenigstens zwei Brennstoffzellen angeordnet ist. Das Brennstoffzellensystem ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 ausgestaltet. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens zwei Brennstoffzellen und mit wenigstens einer Stromsammelschnittstelle, wobei die Stromsammelschnittstelle mit den wenigstens zwei Brennstoffzellen zur gesammelten Bereitstellung von in den wenigstens zwei Brennstoffzellen erzeugtem Strom elektrisch leitend verbunden ist. Jede der wenigstens zwei Brennstoffzellen weist wenigstens einen Kathodenabschnitt und wenigstens einen Anodenabschnitt, einen Luftzuführabschnitt zum Zuführen von Luft zum Kathodenabschnitt der Brennstoffzelle, einen Abluftabschnitt zum Abführen von Abluft von dem Kathodenabschnitt der Brennstoffzelle, einen Brennstoffzuführabschnitt zum Zuführen von einem gasförmigen Brennstoff zum Anodenabschnitt der Brennstoffzelle sowie einen Abgasabführabschnitt zum Abführen von einem Brennstoffabgas von dem Anodenabschnitt der Brennstoffzelle auf. Ferner ist wenigstens ein Heizmodul des Brennstoffzellensystems im temperaturaustauschenden Kontakt mit der Stromsammelschnittstelle und den wenigstens zwei Brennstoffzellen angeordnet, wobei das wenigstens eine Heizmodul eine Luft-Diffusionslage, eine Brennstoff-Diffusionslage sowie eine gasdurchlässige Membran zwischen der Luft-Diffusionslage und der Brennstoff-Diffusionslage aufweist.
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Ein derart ausgestaltetes Brennstoffzellensystem ist besonders vorteilhaft, da durch das Heizmodul sowohl die Stromsammelschnittstelle, als auch die wenigstens zwei Brennstoffzellen erwärmt werden können und somit beispielsweise ein Kaltstart der Brennstoffzellen vorteilhaft beeinflusst wird. Die Wärmeerzeugung in dem Heizmodul des Brennstoffzellensystems erfolgt mittels den zwei Gasdiffusionslagen des Heizmoduls und der dazwischen liegenden Membran des Heizmoduls. Der Luft-Diffusionslage wird Luft zugeführt. Der Brennstoff-Diffusionslage wird gasförmiger Brennstoff, bevorzugt Wasserstoff, zugeführt. Entgegen einer bekannten Brennstoffzellenmembran ist die Membran des Heizmoduls gasdurchlässig ausgestaltet, sodass der Brennstoff von der Brennstoff-Diffusionslage durch die Membran auf die Luft-Diffusionslage strömen kann. Das Heizmodul erzeugt primär Wärme und insbesondere, entgegen einer Brennstoffzelle, keinen Strom und/oder keinen Elektronenüberschuss, sodass die freigesetzte Energie der chemischen Reaktion in dem Heizmodul ausschließlich oder zumindest im Wesentlichen ausschließlich der Wärmeerzeugung innerhalb des Brennstoffzellensystems zugeführt wird. Die Formulierung „X oder im Wesentlichen X“ soll im Rahmen der Erfindung als mögliche, geringe Abweichung, beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen, Prozessnebenprodukten und/oder Materialeigenschaften verstanden werden, ohne die zugrundeliegende, beabsichtigte Funktion des Merkmals zu verändern. Die Stromsammelschnittstelle ist als eine elektrische leitende Sammelschnittstelle der elektrischen Kontakte der wenigstens zwei Brennstoffzellen des Brennstoffzellensystems zu verstehen. Üblicherweise sind die Stromkontakte der Brennstoffzellen eines Brennstoffzellensystems in Reihe miteinander elektrisch leitend verbunden, sodass eine Stromsammelschnittstelle im Rahmen der Erfindung direkt an alle Brennstoffzellen des Brennstoffzellensystems oder lediglich direkt an eine Brennstoffzelle und über diese besagte Brennstoffzelle indirekt an die weiteren Brennstoffzellen des Brennstoffzellensystems elektrisch leitend angeschlossen sein kann. Ein temperaturaustauschender Kontakt zwischen dem Heizmodul und der Stromsammelschnittstelle kann mittels Leitungen, Kontakten, großflächiger Kontaktierung und/oder weiteren, im Folgenden näher beschriebenen Wärmeleitvorrichtungen erfolgen. Die Membran kann bevorzugt aus einer Metallfolie, insbesondere einer Aluminiumfolie, ausgestaltet sein. Alternativ kann die Membran aus einer elektrisch nicht leitenden Kunststofffolie ausgestaltet sein. Erfindungswesentlich ist die Membran des Brennstoffzellensystems gasdurchlässig für das Durchströmen des gasförmigen Brennstoffs des Heizmoduls ausgestaltet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist vorgesehen, dass die Luft-Diffusionslage mit dem Luftzuführabschnitt wenigstens einer Brennstoffzelle und/oder die Brennstoff-Diffusionslage mit dem Brennstoffzuführabschnitt wenigstens einer Brennstoffzelle fluidkommunizierend verbunden ist und/oder wobei die wenigstens zwei Brennstoffzellen und das wenigstens eine Heizmodul zumindest abschnittsweise einen gemeinsamen Luftzuführabschnitt, Abluftabschnitt, Brennstoffzuführabschnitt und/oder Abgasabführabschnitt aufweisen. Ein derart ausgestaltetes Brennstoffzellensystem ist besonders vorteilhaft, da das Heizmodul wenigstens teilweise die bereits in den wenigstens zwei Brennstoffzellen verfügbaren Ressourcen, insbesondere den Wasserstoff und/oder die Luft, die den wenigstens zwei Brennstoffzellen zugeführt werden, verwenden kann. Insbesondere kann das Heizmodul durch den Brennstoffzuführabschnitt der wenigstens zwei Brennstoffzellen mit Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, versorgt werden. Eine gemeinsame Versorgung der wenigstens zwei Brennstoffzellen und des wenigstens einen Heizmoduls ist besonders vorteilhaft, da für die Funktion des Heizmoduls, nämlich die Erwärmung der Stromsammelschnittstelle und/oder der wenigstens zwei Brennstoffzellen, die bereits verfügbaren Ressourcen der wenigstens zwei Brennstoffzellen des Brennstoffzellensystems verwendet werden können. Eine wenigstens abschnittsweise gemeinsame Zuleitung des Wasserstoffs und/oder der Luft zu dem wenigstens einen Heizmoduls und den wenigstens zwei Brennstoffzellen ermöglicht eine bevorzugte effiziente Bauraumnutzung innerhalb des Brennstoffzellensystems.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist vorgesehen, dass das Heizmodul plattenförmig ausgestaltet ist und eine gleiche oder im Wesentlichen gleiche Grundfläche wie die wenigstens zwei Brennstoffzellen aufweist und/oder wobei das Brennstoffzellensystem eine Stapelrichtung aufweist und die wenigstens zwei Brennstoffzellen, die Stromsammelschnittstelle und das Heizmodul in der Stapelrichtung angeordnet sind. Insbesondere sind die wenigstens zwei Brennstoffzellen, die Stromsammelschnittstelle und das Heizmodul in der Stapelrichtung zumindest teilweise aneinander, kontaktierend und/oder benachbart angeordnet. Die besagten Bauteile und Baugruppen sind vorzugsweise plattenförmig ausgestaltet und weisen folglich eine Haupterstreckungsebene auf und/oder sind aus plattenförmigen Bauteilen zusammengestellt. Die Stapelrichtung ist erfindungsgemäß als eine Achse des Brennstoffzellensystems zu verstehen, in der die wenigstens zwei Brennstoffzellen, die Stromsammelschnittstelle und das Heizmodul entlang angeordnet sind. Vorzugsweise können weitere Brennstoffzellensysteme in einem Zusammenschluss von Brennstoffzellensystemen in der Stapelrichtung an das beanspruchte Brennstoffzellensystem angeordnet werden. Vorteilhaft, beispielsweise für eine geringe Bauraumbeanspruchung des Brennstoffzellensystems, verläuft die Stapelrichtung orthogonal durch die jeweilige Haupterstreckungsebene der wenigstens zwei Brennstoffzellen, der Stromsammelschnittstelle und des wenigstens einen Heizmoduls. Eine Grundfläche der besagten Bauteile ist im Rahmen der Erfindung als die Fläche in der Haupterstreckungsebene zu verstehen. Alternativ zu der vorgenannten Ausgestaltung kann die Stromsammelschnittstelle und/oder das wenigstens eine Heizmodul parallel zu einer Stapelrichtung der wenigstens zwei Brennstoffzellen angeordnet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist vorgesehen, dass das Heizmodul, insbesondere die gasdurchlässige Membran auf der der Luft-Diffusionslage zugewandten Seite und/oder die Luft-Diffusionslage, Katalysatorelemente aufweist, insbesondere wobei die Brennstoff-Diffusionslage katalysatorelemente-frei ausgestaltet ist. Wie zuvor beschrieben ist die Membran des Heizmoduls gasdurchlässig und ermöglicht somit ein Strömen des Brennstoffs von der Brennstoff-Diffusionslage zu der Luft-Diffusionslage. Auf der Seite der Membran der Luft-Diffusionslage und/oder in der Luft-Diffusionslage sind gemäß der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems Katalysatorelemente für die chemische Aufspaltung des Brennstoffs, insbesondere in Wasserstoff-Ionen, angeordnet. Entgegen einer Brennstoffzelle findet folglich die Aufspaltung des Brennstoffs erst in der Luft-Diffusionslage und somit nach dem Durchströmen des Brennstoffs durch die erfindungsgemäße gasdurchlässige Membran statt. Dafür ist insbesondere die Brennstoff-Diffusionslage ohne Katalysatorelemente ausgestaltet. Die Katalysatorelemente sind vorzugsweise aus Platin ausgestaltet. Diese konstruktive Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems, insbesondere des Heizmoduls, wird durch die Gasdurchlässigkeit der Membran des Heizmoduls ermöglicht, wobei der Brennstoff zunächst die Membran des Heizmoduls von der Brennstoff-Diffusionslage zu der Luft-Diffusionslage durchströmt und anschließend mittels der Katalysatorelemente beispielsweise in Wasserstoff-Ionen für die wärmeerzeugende chemische Reaktion aufgespalten wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem für den temperaturaustauschenden Kontakt zwischen dem wenigstens einen Heizmodul, der Stromsammelschnittstelle und den wenigstens zwei Brennstoffzellen wenigstens eine Wärmeleitvorrichtung umfasst. Das Heizmodul dient im Rahmen der Erfindung der Wärmeerzeugung und dem Wärmeaustausch mit der wenigstens einen Stromsammelschnittstelle und den wenigstens zwei Brennstoffzellen. Für eine Wärmeübertragung von dem wenigstens einen Heizmodul auf die Stromsammelschnittstelle und die wenigstens zwei Brennstoffzellen, können die Bauteile direkt kontaktierend aneinander, insbesondere benachbart, wärmeaustauschend angeordnet sein und/oder mit einer Wärmeleitvorrichtung ausgestaltet sein. Die Wärmeleitvorrichtung kann elektrisch leitend oder elektrisch isolierend ausgestaltet sein. Die Wärmeleitvorrichtung kann lediglich die Funktion der Wärmeleitung von dem wenigstens einen Heizmodul zu der wenigstens einen Stromsammelschnittstelle und den wenigstens zwei Brennstoffzellen übernehmen oder weitere Funktionen in dem Brennstoffzellensystem übernehmen. Beispielsweise kann die Wärmeleitvorrichtung die elektrisch leitende Verbindung der wenigstens einen Stromsammelschnittstelle mit den wenigstens zwei Brennstoffzellen ermöglichen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist vorgesehen, dass die gasdurchlässige Membran Poren für die Durchlässigkeit des gasförmigen Brennstoffs durch die Membran aufweist und/oder für den gasförmigen Brennstoff diffusionsoffen ausgestaltet ist, insbesondere wobei die gasdurchlässige Membran in den Ecken, an den Rändern, im Bereich des Luftzuführabschnitts der wenigstens zwei Brennstoffzellen und/oder im Bereich des Brennstoffzuführabschnitts der wenigstens zwei Brennstoffzellen mehr und/oder größere Poren und/oder eine größere Gasdurchlässigkeit für den gasförmigen Brennstoff als in einem zentralen Bereich der gasdurchlässigen Membran aufweist. Im Rahmen der Erfindung sind mehrere und/oder größere Poren in der Membran als größere Durchlässigkeit der Membran von dem gasförmigen Brennstoff zu verstehen. In den Bereichen der Membran mit mehr und/oder größeren Poren und/oder größerer Gasdurchlässigkeit wird mehr gasförmiger Brennstoff durch die Membran geleitet und folglich ergibt sich in dem wenigstens einen Heizmodul in dem Bereich mit erhöhter Brennstoffdurchlässigkeit eine größere Heizwirkung und Erwärmung des Heizmoduls. Somit kann bei der Auslegung des Heizmoduls, insbesondere der Membran des Heizmoduls, berücksichtigt werden, welche Bereiche des Heizmoduls und/oder des Brennstoffzellensystems mehr oder weniger Erwärmung für beispielsweise eine effektive Aufwärmung bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems benötigen. Wie zuvor beschrieben, können das Heizmodul mit den weiteren Bauteilen und Baugruppen des Brennstoffzellensystems in einer Stapelrichtung benachbart angeordnet sein. Größere und/oder mehrere Poren und/oder eine vergrößerte Gasdurchlässigkeit der Membran des Heizmoduls in dem Bereich des Brennstoffzuführabschnitts und/oder in dem Bereich des Luftzuführabschnitts ist daher im Rahmen der Erfindung beispielsweise als eine erhöhte Brennstoffdurchlässigkeit und/oder größere und/oder mehrere Poren in dem Bereich der Membran des Heizmoduls mit dem geringsten Abstand zu den besagten Zuführabschnitten zu verstehen. Somit wird beispielhaft eine verbesserte Versorgung der Zuführabschnitte mit Wärme aus dem Heizmodul ermöglicht und folglich ein Einfrieren der besagten Zuführabschnitte vorteilhaft durch die Ausgestaltung des Heizmoduls verhindert oder wenigstens reduziert. Die Ecken der Membran sowie der zentrale Bereich der Membran sind im Rahmen der Erfindung als die Ecken und der zentrale Bereich der Membran in einer Haupterstreckungsebene der Membran zu verstehen. Die Ecken und Ränder der Membran können vorteilhaft wenigstens 10%, insbesondere wenigstens 25%, der Fläche der Membran in der Haupterstreckungsebene umfassen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist vorgesehen, dass die Luft-Diffusionslage und/oder die Brennstoff-Diffusionslage, insbesondere in direktem Kontakt, an einer Bipolarplatte und/oder an einer Endplatte des Brennstoffzellensystems angeordnet sind, insbesondere wobei die Bipolarplatte und/oder die Endplatte Öffnungen für die Durchlässigkeit des gasförmigen Brennstoffs in die Brennstoff-Diffusionslage und/oder für die Durchlässigkeit der Luft in die Luft-Diffusionslage aufweist. Eine Zuleitung von Luft und/oder Brennstoff durch eine Bipolarplatte und/oder eine Endplatte in die Luft-Diffusionslage und/oder die Brennstoff-Diffusionslage ist eine vorteilhafte bauraumsparende Ausgestaltung der Versorgungsleitungen. Der direkte Kontakt zwischen der Luft-Diffusionslage und/oder der Brennstoff-Diffusionslage mit der Bipolarplatte und/oder an der Endplatte kann abschnittsweise oder vollständig über eine Kontaktfläche ausgestaltet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist vorgesehen, dass das Heizmodul zumindest abschnittsweise elektrisch leitend ist und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Stromsammelschnittstelle und den wenigstens zwei Brennstoffzellen aufweist. Eine elektrische leitende Ausgestaltung des Heizmoduls ist besonders vorteilhaft, da somit eine elektrisch leitende Verbindung durch das Heizmoduls hindurch und/oder über das Heizmodul ermöglicht wird. Somit können zusätzliche elektrische Leitungen eingespart werden und benötigter Bauraum reduziert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem wenigstens ein Ventil des Luftzuführabschnitts, des Brennstoffzuführabschnitts, der fluidkommunizierenden Verbindung der ersten Luft-Diffusionslage mit dem Luftzuführabschnitt wenigstens einer Brennstoffzelle und/oder der fluidkommunizierenden Verbindung der Brennstoff-Diffusionslage mit dem Brennstoffzuführabschnitt wenigstens einer Brennstoffzelle aufweist. Es ist für die Funktion des Brennstoffzellensystems vorteilhaft, wenn das Heizmodul dauerhaft betrieben wird. Somit wird eine dauerhafte Wärmeversorgung ermöglicht und damit ein Einfrieren von beispielsweise Zuleitungen des Brennstoffzellensystems verhindert. Für eine effiziente Brennstoffnutzung ist jedoch eine wenigstens zeitweise Abschaltung des Heizmoduls nach Bedarf vorteilhaft. So ist beispielsweise ein Vorlauf des Heizmoduls vor der Nutzung der wenigstens zwei Brennstoffzellen ein vorteilhafter Betriebsmodus für eine sichere Funktion der wenigstens zwei Brennstoffzellen und zeitgleich eine effiziente Brennstoffnutzung des Brennstoffzellensystems. Bei dem Betrieb der wenigstens zwei Brennstoffzellen kann das Heizmodul nach Erreichen eines Grenzwerts, in Form einer Temperatur oder eines Zeitwerts nach dem Einschalten des Heizmoduls und/oder der wenigstens zwei Brennstoffzellen, abgeschaltet werden. Für eine zumindest abschnittsweise getrennte und/oder unterschiedliche Versorgung der wenigstens zwei Brennstoffzellen und des Heizmoduls ist wenigstens ein Ventil in wenigstens einem der vorgenannten Zuführabschnitte eine einfache und kostengünstige Lösung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem eine Steuereinheit umfasst, wobei die Steuereinheit zur Steuerung von dem wenigstens einen Ventil ausgestaltet ist. Ergänzend zu dem vorstehenden Abschnitt kann das wenigstens eine Ventil durch eine Steuereinheit des Brennstoffzellensystems gesteuert werden.
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Ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem mit wenigstens zwei Brennstoffzellen, dessen Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 eine Seitenansicht eines Brennstoffzellensystems mit einem Heizmodul,
- 2 eine Seitenansicht eines Heizmoduls,
- 3 eine Draufsicht einer Membran eines Heizmoduls, und
- 4 ein Diagramm eines Brennstoffzellensystems.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Seitenansicht eines Brennstoffzellensystems 100 mit einem Heizmodul 30 gezeigt. Das Heizmodul 30 ist in Stapelrichtung SR unterhalb der zwei Brennstoffzellen 10 angeordnet. Das Heizmodul 30 ist zwischen der Stromsammelschnittstelle 50 und einer Bipolarplatte 20 von einer der zwei Brennstoffzellen 10 angeordnet. Das Heizmodul 30 umfasst eine Luft-Diffusionslage 34, eine Gas-Diffusionslage 36 sowie eine dazwischen angeordnete gasdurchlässige Membran 32. Das Heizmodul 30 ist beispielhaft elektrisch leitend ausgestaltet, sodass die Stromsammelschnittstelle 50 mittels des Heizmoduls 30 elektrisch leitend mit den zwei Brennstoffzellen 10 verbunden ist. Die Stapelrichtung SR ist erfindungsgemäß als eine Achse des Brennstoffzellensystems 100 zu verstehen, in der die wenigstens zwei Brennstoffzellen 10, die Stromsammelschnittstelle 50 und das Heizmodul 30 entlang angeordnet sind. Eine Zuleitung von Brennstoff F1 (nicht gezeigt) kann bei einer derartigen Anordnung von den wenigstens zwei Brennstoffzellen 10 durch eine Bipolarplatte 20 in die Brennstoff-Diffusionslage 36 vorteilhaft bauraumsparend erfolgen.
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In 2 ist eine Seitenansicht eines Heizmoduls 30 gezeigt. Das Heizmodul 30, insbesondere die gasdurchlässige Membran 32 auf der der Luft-Diffusionslage 34 zugewandten Seite und/oder die Luft-Diffusionslage 34, weist Katalysatorelemente 38 auf. Die Brennstoff-Diffusionslage 36 ist katalysatorelemente-frei ausgestaltet. Wie zuvor beschrieben ist die Membran 32 des Heizmoduls 30 gasdurchlässig und ermöglicht somit ein Strömen des Brennstoffs F1 von der Brennstoff-Diffusionslage 36 zu der Luft-Diffusionslage 34. Auf und/oder in der Luft-Diffusionslage 34 sind gemäß der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 100 Katalysatorelemente 38 für die chemische Aufspaltung des Brennstoffs F1, insbesondere in Wasserstoff-Ionen, angeordnet. Entgegen einer Brennstoffzelle findet folglich die Aufspaltung des Brennstoffs F1 erst in der Luft-Diffusionslage 34 und somit nach dem Durchströmen des Brennstoffs F1 durch die erfindungsgemäß gasdurchlässige Membran 32 statt. Dafür ist insbesondere die Brennstoff-Diffusionslage 36 ohne Katalysatorelemente 38 ausgestaltet. Die Katalysatorelemente 38 sind vorzugsweise aus Platin ausgestaltet. Diese konstruktive Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems 100, insbesondere des Heizmoduls 30, wird durch die Gasdurchlässigkeit der Membran 32 des Heizmoduls 30 ermöglicht, wobei der Brennstoff F1 zunächst durch die Poren P der Membran 32 des Heizmoduls 30 von der Brennstoff-Diffusionslage 36 zu der Luft-Diffusionslage 34 strömt und anschließend mittels der Katalysatorelemente 38 beispielsweise in Wasserstoff-Ionen für die wärmeerzeugende chemische Reaktion aufgespalten wird.
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In 3 ist eine Draufsicht einer Membran 32 eines Heizmoduls 30 gezeigt. Die gasdurchlässige Membran 32 weist Poren P für die Durchlässigkeit des gasförmigen Brennstoffs F1 (nicht gezeigt) durch die Membran 32 auf und ist folglich für den gasförmigen Brennstoff F1 (nicht gezeigt) diffusionsoffen ausgestaltet. Die gasdurchlässige Membran 32 weist in den Ecken und an den Rändern mehr Poren P für die Durchlässigkeit des gasförmigen Brennstoffs F1 (nicht gezeigt) als in einem zentralen Bereich Z der gasdurchlässigen Membran 32 auf. Somit wird gezielt berücksichtigt, welche Bereiche des Heizmoduls 30 und/oder des Brennstoffzellensystems 100 mehr oder weniger Erwärmung für beispielsweise eine effektive Aufwärmung bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems 100 benötigen. Die Grundfläche G der Membran 32, sowie der weiteren Bauteile ist im Rahmen der Erfindung als die Fläche in der Haupterstreckungsebene zu verstehen.
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In 4 ist ein Diagramm eines Brennstoffzellensystems 100 gezeigt. Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst zwei Brennstoffzellen 10 und ein Heizmodul 30. Das Heizmodul 30 erzeugt primär Wärme und entgegen einer Brennstoffzelle keinen Strom und/oder keinen Elektronenüberschuss, sodass die freigesetzte Energie der chemischen Reaktion in dem Heizmodul 30 ausschließlich der Wärmeerzeugung innerhalb des Brennstoffzellensystems 100 zugeführt wird. Für den temperaturaustauschenden Kontakt zwischen dem einen Heizmodul 30, der Stromsammelschnittstelle 50 und den wenigstens zwei Brennstoffzellen 10 weist das Brennstoffzellensystem 100 eine Wärmeleitvorrichtung 80 auf. Für eine Wärmeübertragung von dem wenigstens einen Heizmodul 30 auf die Stromsammelschnittstelle 50 und die wenigstens zwei Brennstoffzellen 10, können die Bauteile 10, 30, 50 direkt kontaktierend aneinander, insbesondere benachbart, wärmeaustauschend angeordnet sein und/oder mit einer Wärmeleitvorrichtung 80 ausgestaltet sein. Das Brennstoffzellensystem 100 weist ferner ein Ventil 40 in dem des Brennstoffzuführabschnitt 16 auf. Das Ventil 40 ist beispielhaft für eine Regelung der Brennstoffzufuhr zu der Anode A der Brennstoffzelle 10 angeordnet. So ist beispielsweise ein Vorlauf des Heizmoduls 30 vor der Nutzung der wenigstens zwei Brennstoffzellen 10 ein vorteilhafter Betriebsmodus für eine sichere Funktion und zeitgleich eine effiziente Brennstoffnutzung des Brennstoffzellensystems 100. Das Brennstoffzellensystem 100 weist ferner eine Steuereinheit 60 auf, wobei die Steuereinheit 60 zur Steuerung von dem wenigstens einen Ventil 40 ausgestaltet ist. Die Zuleitungen von dem Luftzuführabschnitt 12 und dem Brennstoffzuführabschnitt 16 sowie die Anordnung des Ventil 40 sind beispielhaft für eine verbesserte Übersicht nur an der oberen Brennstoffzelle der wenigstens zwei Brennstoffzellen 10 dargestellt.
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Selbstverständlich können alle Brennstoffzellen 10 diese Verbindungen und Anordnungen umfassen.
