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Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte, aufweisend geprägte Bleche, für ein Brennstoffzellensystem nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch. Zudem betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer entsprechenden Bipolarplatte nach dem nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit mindestens einer entsprechenden Bipolarplatte nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Fahrzeug nach dem weiteren nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch.
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Stand der Technik
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Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler, bei denen Brennstoff, oft Wasserstoff, und Sauerstoff, oft aus der verdichteten Umgebungsluft, in Wasser, elektrische Energie und Wärme gewandelt werden. Die Reaktionsgase sowie Kühlflüssigkeit werden über ein Flowfield in die Zelle geleitet. Durch eine Gasdiffusionslage diffundieren die Gase in eine Katalysatorschicht auf einer Membran, in der die elektrochemischen Reaktionen ablaufen. Der Verbund aus Membran, Katalysatorschicht (auf Anoden- und Kathodenseite) sowie Gasdiffusionslage (auf Anoden- und Kathodenseite) wird typischerweise Membran-Elektrodeneinheiten (MEA) genannt. Eine MEA in Kombination mit anodenseitiger sowie kathodenseitiger Monopolarplatte zur Zuführung der Reaktionsgase sowie Kühlmittel wird typischerweise als eine Brennstoffzelle verstanden. Oft werden Wiederholeinheiten von mehreren Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellensystem in Form von einem Stapel oder sog. Stack gestapelt. Eine kathodenseitige Monopolarplatte einer Brennstoffzelle kommt dabei mit einer anodenseitigen Monopolarplatte einer darauf kommenden Brennstoffzelle zur Auflage. Zwei Monopolarplatten zwischen zwei nächstliegenden MEAs bilden zusammen eine Bipolarplatte. In Brennstoffzellensystem mit mehreren Wiederholeinheiten werden oft fertige Bipolarplatten zum Stapeln verwendet. An den Innenseiten weisen die Bipolarplatten Kanäle für ein Kühlmittel auf und an den zellenseitigen Außenseiten, zumeist komplementäre, Kanäle für die Reaktionsgase.
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Es sind Bipolarplatten bekannt, die aus metallischen Materialien (bspw. Edelstahl oder Titan) oder aus Graphit hergestellt werden. In einem möglichen Design der Brennstoffzellen weisen die Reaktionsgase eine entgegengesetzte Flussrichtung (sog. Counter-Flow-Design). Dabei können die Bipolarplatten aus geprägten Platten bereitgestellt werden. In einem anderen möglichen Design der Brennstoffzellen fließen die Reaktionsgase quer zueinander (sog. Cross-Flow-Design). Dabei wird auf einer Seite, bspw. Anodenseite der Bipolarplatte eine geprägte Platte eingesetzte, die mit einer flachen Platte bedeckt wird, um Kanäle für ein Kühlmittel bereitzustellen. Auf der Kathodenseite wird dann oft eine poröse Struktur, bspw. aus einem Schaum, einem Geflecht oder einem Steckmetall eingesetzt. Bekannte Strukturen weisen mindestens drei Platten bzw. Strukturen auf, um ein Cross-Flow-Design zu ermöglichen. Ein Cross-Flow-Design mithilfe von zwei geprägten Platten ist mit einem Kühlmittelstau in den Kanälen einer der geprägten Platten verbunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung stellt gemäß einem ersten Aspekt eine Bipolarplatte, aufweisend geprägte Bleche, für ein Brennstoffzellensystem nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch bereit. Zudem stellt die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer entsprechenden Bipolarplatte nach dem nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch bereit. Ferner stellt die Erfindung gemäß einem dritten Aspekt ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit mindestens einer entsprechenden Bipolarplatte nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch bereit. Weiterhin stellt die Erfindung gemäß einem vierten Aspekt ein entsprechendes Fahrzeug, insbesondere ein wasserstoffbetriebenes Fahrzeug, nach dem weiteren nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch bereit. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit den einzelnen erfindungsgemäßen Aspekten beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den anderen erfindungsgemäßen Aspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem ersten Aspekt vor: Eine Bipolarplatte für ein Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine erste Platte, die auf einer Innenseite mit einer ersten Kanalstruktur für ein Kühlmittel ausgeführt ist, und eine zweite Platte, die auf einer Innenseite mit einer zweiten Kanalstruktur für ein Kühlmittel ausgeführt ist, wobei insbesondere die erste Platte und die zweite Platte als geprägte Platten aus Metall und/oder Graphit ausgeführt sind. Die erste Platte und die zweite Platte liegen mit den Innenseiten aufeinander an. Dabei sind die erste Platte und die zweite Platte derart zueinander ausgerichtet, dass sich eine erste Strömungsrichtung des Kühlmittels durch die erste Kanalstruktur und eine zweite Strömungsrichtung des Kühlmittels durch die zweite Struktur voneinander unterscheiden. Zudem ist ein Inlet-Port vorgesehen ist, der dazu ausgeführt ist, um einen ersten Kühlmittelfluss durch die erste Platte in die erste Strömungsrichtung und einen zweiten Kühlmittelfluss durch die zweite Platte in die zweite Strömungsrichtung bereitzustellen, und wobei der erste Kühlmittelfluss durch die erste Platte und der zweite Kühlmittelfluss durch die zweite Platte medientechnisch in Kontakt miteinander bringbar sind bzw. stehen. (Da das Kühlmittel nicht Teil der Bipolarplatte ist, sind die Bezugnahmen auf Kühlmittel in den Ansprüchen funktional formuliert).
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Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass die Bipolarplatte mit (nur) zwei Platten oder Blechen mit eingeprägter Kanalstruktur bereitgestellt wird, wobei der erste Kühlmittelfluss durch die erste Platte und der zweite Kühlmittelfluss durch die zweite Platte durch den mindestens einen Inlet-Port gespeist werden und aktiv in die erste Strömungsrichtung und in die zweite Strömungsrichtung befördert werden. Mit anderen Worten werden das Kühl-Flowfield an der ersten Platte und das Kühl-Flowfield an der zweiten Platte bewusst aktiv beströmt. Dabei unterscheiden sich die Strömungsrichtungen in der unteren und der oberen Platte voneinander. Die Strömungsrichtungen können quer oder in einem beliebigen anderen Winkel zueinander ausgerichtet sein. Wichtig ist, dass Kanalstrukturen aktiv beströmt werden. Somit können beide Platte aktiv mit dem Kühlmittel versorgt werden.
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Durch die Versorgung beider Platten kann ein konvektiver Kühlmitteltransport in beiden Platten sichergestellt werden. Es ergeben sich keine stehenden Zonen bei dem Kühlmittel. Die beiden Kühlmittelflüsse stehen in Kontakt miteinander und ein Wärme- und/oder Medienaustausch ist möglich. Dies ist sogar vorteilhaft, um die Temperaturspitzen zwischen den Platten glätten zu können. Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die beiden Kühlmittelflüsse bzw. Kühlmittelströme mit gleicher oder mit unterschiedlicher Flussrate beströmt werden. Auch die Fließrichtungen der beiden Kühlmittelströme können unabhängig voneinander definiert werden. Dies ermöglicht einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Generierung eines optimierten Temperaturfeldes. Die Erfindung kann zu erheblichen Vorteilen im Bereich der aktiven Zone einer Brennstoffzelle führen. Aber auch im den Verteilerbereichen kann die Beströmung von beiden Kanalstrukturen zu einem verbesserten Temperaturfeld führen.
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Ferner kann die Erfindung bei einer Bipolarplatte vorsehen, dass der mindestens eine Inlet-Port einen ersten Inlet-Port für den ersten Kühlmittelfluss in die erste Strömungsrichtung und einen zweiten Inlet-Port für den zweiten Kühlmittelfluss in die zweite Strömungsrichtung aufweist. Dabei ist es denkbar, dass der erste Inlet-Port und der zweite Inlet-Port an unterschiedlichen Randseiten der Bipolarplatte vorgesehen sind. Vorteilhafterweise kann somit je ein Inlet-Port zur Versorgung der ersten und der zweiten Platte bereitgestellt werden. Korrespondierende Outlet-Ports können an gegenüberliegenden Randseiten der Bipolarplatte vorgesehen werden. Mithilfe von zwei unterschiedlichen Inlet-Ports (und entsprechend zwei unterschiedlichen Outlet-Ports) können die Fließgeschwindigkeiten und/oder Flussraten der beiden Kühlmittelflüsse individuell angepasst werden. Denkbar ist z. B., dass der in der Regel heißere kathodenseitige Kühlmittelfluss eine schnellere Fließgeschwindigkeit erhält als der anodenseitige Kühlmittelfluss, um auf der Kathodenseite der Bipolarplatte die Wärme schneller abtransportieren zu können. Vorteilhaft kommt dazu der konvektive Transport zwischen den beiden Kühlmittelflüssen, sodass der Kühlmittelfluss auf der Anodenseite der Bipolarplatte die Temperaturspitzen in dem kathodenseitigen Kühlmittelfluss glätten kann.
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Weiterhin kann die Erfindung bei einer Bipolarplatte vorsehen, dass der mindestens eine Inlet-Port als ein gemeinsamer Inlet-Port ausgeführt ist, um das Kühlmittel durch die erste Platte in die erste Strömungsrichtung und durch die zweite Platte in die zweite Strömungsrichtung zu verteilen. Dabei ist es denkbar, dass der gemeinsame Inlet-Port eine erste Inlet-Verteilerstruktur an der ersten Platte und eine zweite Inlet-Verteilerstruktur an der zweiten Platte aufweisen, die an der gleichen Randseite der Bipolarplatte ausgebildet sind. Entsprechend kann ein gemeinsamer Outlet-Port an einer gegenüberliegenden Randseite der Bipolarplatte bereitgestellt werden. Somit kann der Aufbau der erfindungsgemäßen Bipolarplatte vereinfacht werden. Auch der Zusammenbau und die Verschaltung der Bipolarplatte können dadurch vereinfacht werden.
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Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Bipolarplatte vorsehen, dass mindestens ein Outlet-Port vorgesehen ist, der dazu ausgeführt ist, um den ersten Kühlmittelfluss durch die erste Platte aus der ersten Strömungsrichtung und den zweiten Kühlmittelfluss durch die zweite Platte aus den zweiten Strömungsrichtung abzuführen. Der mindestens eine Outlet-Port kann zum Abführen der beiden Kühlmittelflüsse dienen.
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Einerseits ist es dabei denkbar, dass der mindestens eine Outlet-Port einen ersten Outlet -Port für den ersten Kühlmittelfluss aus der ersten Strömungsrichtung und einen zweiten Outlet-Port für den zweiten Kühlmittelfluss aus der zweiten Strömungsrichtung aufweist, wobei insbesondere der erste Outlet-Port und der zweite Outlet-Port an unterschiedlichen Randseiten der Bipolarplatte vorgesehen sind. Im Falle einer viereckigen Bipolarplatte würde das bedeuten, dass an jeder Randseite der Bipolarplatte entweder ein Inlet-Port oder ein Outlet-Port vorgesehen sind.
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Andererseits ist es denkbar, dass der mindestens eine Outlet-Port als ein gemeinsamer Outlet-Port ausgeführt ist, um das Kühlmittel von der ersten Platte aus der ersten Strömungsrichtung und von der zweiten Platte aus der zweiten Strömungsrichtung abzuführen, wobei insbesondere der gemeinsame Outlet-Port eine erste Outlet-Struktur an der ersten Platte und eine zweite Outlet-Struktur an der zweiten Platte aufweisen, die an der gleichen Randseite der Bipolarplatte ausgebildet sind. Im Falle einer viereckigen Bipolarplatte würde das bedeuten, dass an einer Randseite der Bipolarplatte ein Inlet-Port und an einer zweiten Randseite der Bipolarplatte ein Outlet-Port vorgesehen sind.
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Gemäß dem zweiten Aspekt sieht die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Bipolarplatte vor, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann. Mithilfe des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Ein Brennstoffzellensystem im Rahmen der Erfindung kann mindestens eine Kühlmittelpumpe für den mindestens einen Inlet-Port aufweisen, um den ersten Kühlmittelfluss durch die erste Platte in die erste Strömungsrichtung und den zweiten Kühlmittelfluss durch die zweite Platte in die zweite Strömungsrichtung zu befördern.
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Einerseits ist es dabei denkbar, dass die mindestens eine Kühlmittelpumpe eine erste Kühlmittelpumpe für den ersten Kühlmittelfluss in die erste Strömungsrichtung und eine zweite Kühlmittelpumpe für den zweiten Kühlmittelfluss in die zweite Strömungsrichtung aufweist. Auf diese Weise können der erste Kühlmittelfluss und der zweite Kühlmittelfluss mit einer gleichen oder mit unterschiedlichen Flussraten bereitgestellt werden.
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Andererseits ist es denkbar, dass die mindestens eine Kühlmittelpumpe nur eine Kühlmittelpumpe für den ersten Kühlmittelfluss in die erste Strömungsrichtung und für den zweiten Kühlmittelfluss in die zweite Strömungsrichtung aufweist. Somit kann der Aufbau des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems vereinfacht werden. Auch der Zusammenbau und die Verschaltung der Bipolarplatten innerhalb des Brennstoffzellensystems können dadurch vereinfacht werden.
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Gemäß dem dritten Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems vor, wobei das Brennstoffzellensystem mindestens eine Bipolarplatte aufweisen kann, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- - Bereitstellen von einem ersten Kühlmittelfluss (d. h. eines Flusses mit einer bewusst eingestellten Geschwindigkeit) durch die erste Platte in die erste Strömungsrichtung und
- - Bereitstellen von einem zweiten Kühlmittelfluss (d. h. eines Flusses mit einer bewusst eingestellten Geschwindigkeit) durch die zweite Platte in die zweite Strömungsrichtung.
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte und/oder mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Vorteilhafterweise können der erste Kühlmittelfluss und der zweite Kühlmittelfluss wahlweise mit einer gleichen oder mit unterschiedlichen Flussraten bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann die Temperaturverteilung an der mindestens einen Bipolarplatte beeinflusst werden, um den Wärmeabtransport innerhalb des Brennstoffzellensystems zu verbessern.
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Gemäß dem dritten Aspekt sieht die Erfindung ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Brennstoffzellensystem vor. Mithilfe des erfindungsgemäßen Fahrzeuges können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte und/oder mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und/oder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Figurenliste
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Die Erfindung und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Bipolarplatte aus zwei geprägten Blechen im Querschnitt und einer bekannten Bipolarplatte aus zwei geprägten Blechen und einer porösen Struktur im Querschnitt,
- 2 eine schematische Darstellung einer bekannten Bipolarplatte aus zwei geprägten Blechen mit einem Cross-Flow-Design,
- 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte mit zwei geprägten Platten in einer Draufsicht auf die kühlmittelseitigen Innenseiten der Platten und
- 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte mit zwei geprägten Platten in einer Draufsicht auf die kühlmittelseitigen Innenseiten der Platten.
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In den 3 und 4 sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.
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Die 1 und 2 zeigen bekannte Bipolarplatten 10*. Die 1 zeigt auf der linken Seite eine beispielhafte Bipolarplatte 10* aus zwei geprägten Platten 11*, 12*. Dabei können die Reaktionsgase H2, O2 in entgegengesetzte Richtungen fließen. Dabei spricht man von einem Counter-Flow-Design der Bipolarplatte 10*. Das Kühlmittel H2O fließt dabei in eine der beiden entgegengesetzten Richtungen, z. B. in die gleiche Richtung wie der sauerstoffhaltige Reaktant O2.
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Die 1 zeigt auf der rechten Seite eine beispielhafte Bipolarplatte 10* mit drei Verteilerelementen 11*, 12*, 13*, nämlich einer geprägten Platte 11*, einer geraden Platte 12* und einer porösen Struktur 13*, bspw. aus einem Schaum, einem Geflecht oder einem Steckmetall. Mithilfe von drei Verteilerelementen 11*, 12*, 13* kann ein Cross-Flow-Design der Bipolarplatte 10* ermöglicht werden. Dabei können die Reaktionsgase O2, H2 quer zueinander fließen.
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Mit anderen Worten erfordern bekannte Bipolarplatte 10* mindestens drei Verteilerelemente 11*, 12*, 13*, um ein Cross-Flow-Design zu ermöglichen.
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Wie es die 2 zeigt, kann ein Cross-Flow-Design der Bipolarplatte 10* mit zwei geprägten Platten 11*, 12* mit einem Kühlmittelstau Z (sog. „dead zones“) in den Kanälen der unteren Platte 12* verbunden werden. Wenn das Kühlmittel H2o von rechts nach links bereitgestellt wird (vgl. perspektivische Darstellung links in der 2), so fließt das Kühlmittel H2O dabei durch den oberen, durchgängigen Kanal der oberen Platte 11*, während das Kühlmittel H2O in den Kanälen der unteren Platte 12* mehr oder weniger stehend ruht (vgl. die Schnittdarstellung rechts in der 2). Es entstehen zwar Wirbel, aber ein vollständiger Medienaustausch ist im unteren Bereich der Bipolarplatte 10* nicht gewährleistet.
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Die Erfindung wird mithilfe der 3 und 4 erklärt. Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem ersten Aspekt vor: eine Bipolarplatte 10 für ein Brennstoffzellensystem 100, aufweisend:
- - eine erste Platte 11, die auf einer Innenseite mit einer ersten Kanalstruktur K1 für ein Kühlmittel H2O ausgeführt ist und
- - eine zweite Platte 12, die auf einer Innenseite mit einer zweiten Kanalstruktur K2 für ein Kühlmittel H2O ausgeführt ist.
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Die Erfindung sieht vor, dass die erste Platte 11 und die zweite Platte 12 mit den Innenseiten aufeinander anliegen, und dass die erste Platte 11 und die zweite Platte 12 derart zueinander ausgerichtet sind, dass sich eine erste Strömungsrichtung R1 des Kühlmittels H2O durch die erste Kanalstruktur K1 und eine zweite Strömungsrichtung R2 des Kühlmittels H2O durch die zweite Struktur K2 voneinander unterscheiden.
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Die Erfindung sieht ferner mindestens ein Inlet-Port Cool1, Cool2 vor, der dazu ausgeführt ist, um einen ersten Kühlmittelfluss 1 durch die erste Platte 11 in die erste Strömungsrichtung R1 und einen zweiten Kühlmittelfluss 2 durch die zweite Platte 12 in die zweite Strömungsrichtung R2 bereitzustellen.
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Im Rahmen der Erfindung stehen der erste Kühlmittelfluss 1 durch die erste Platte 11 und der zweite Kühlmittelfluss 2 durch die zweite Platte 12 medientechnisch miteinander in Kontakt. Somit ist der Stoffaustausch und der Temperaturaustausch zwischen dem ersten Kühlmittelfluss 1 und dem zweiten Kühlmittelfluss 2 möglich.
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Die Erfindung sieht eine Bipolarplatte 10 mit (nur bzw. ausschließlich) zwei Platten 11, 12 oder Blechen mit eingeprägter Kanalstruktur K1, K2 vor. Dabei werden der erste Kühlmittelfluss K1 durch die erste Platte 11 und der zweite Kühlmittelfluss K2 durch die zweite Platte 12 durch den mindestens einen Inlet-Port Cool1, Cool2 gespeist und aktiv in die erste Strömungsrichtung R1 und in die zweite Strömungsrichtung 2 befördert. Das Kühl-Flowfield bzw. die Kanalstruktur K1 an der ersten Platte 11 und das Kühl-Flowfield bzw. die Kanalstruktur K2 an der zweiten Platte 12 werden bewusst aktiv beströmt.
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Die Strömungsrichtungen R1, R2 unterscheiden sich in der unteren Platte 11 und der oberen Platte 12 voneinander. Die Strömungsrichtungen R1, R2 können bspw. quer oder in einem beliebigen anderen Winkel zueinander ausgerichtet sein. Erfindungsgemäß werden beide Kanalstrukturen K1, K2 aktiv beströmt. Somit können beide Kanalstrukturen K1, K2 aktiv mit dem Kühlmittel H2O versorgt werden.
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Durch die Versorgung beider Kanalstrukturen K1, K2 kann ein konvektiver Kühlmitteltransport zwischen den Kanalstrukturen K1, K2 ermöglicht werden. Stehende Zonen mit dem Kühlmittel H2O werden dadurch vermieden. Die beiden Kühlmittelflüsse 1, 2 stehen in Kontakt miteinander und ein Wärmeaustausch sowie Medienaustausch sind möglich. Dadurch können die Temperaturspitzen zwischen den Platten 11, 12 geglättet werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass die beiden Kühlmittelflüsse 1, 2 bzw. Kühlmittelströme mit gleicher oder mit unterschiedlicher Flussrate und/oder Fließgeschwindigkeit beströmt werden. Auch die Fließrichtungen der beiden Kühlmittelströme können unabhängig voneinander eingestellt werden.
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Auf diese Weise kann bei der erfindungsgemäßen Bipolarplatte 10 flexibel ein gewünschtes Temperaturfeld eingestellt werden. Die Erfindung kann zu Vorteilen im Bereich der aktiven Zone einer Brennstoffzelle führen. Aber auch in den Verteilerbereichen von Brennstoffzellen kann die Beströmung von beiden Kanalstrukturen K1, K2 mit erheblichen Vorteilen verbunden sein.
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Wie es die 3 zeigt, kann der mindestens eine Inlet-Port Cool1, Cool2 einen ersten Inlet-Port Cool1 für den ersten Kühlmittelfluss 1 in die erste Strömungsrichtung R1 und einen zweiten Inlet-Port Cool2 für den zweiten Kühlmittelfluss 2 in die zweite Strömungsrichtung R2 aufweisen. Dabei ist es denkbar, dass der erste Inlet-Port Cool1 und der zweite Inlet-Port Cool2 an unterschiedlichen Randseiten der Bipolarplatte 10 angeordnet sind. Wie es die 3 weiterhin zeigt, können korrespondierende Outlet-Ports Cool1*, Cool2* an den gegenüberliegenden Randseiten der Bipolarplatte 10 vorgesehen werden. Mithilfe von zwei unterschiedlichen Inlet-Ports Cool1, Cool2 und zwei unterschiedlichen Outlet-Ports Cool1*, Cool2* können die Fließgeschwindigkeiten und/oder Flussraten bzw. Massenströme der beiden Kühlmittelflüsse 1, 2 flexibel eingestellt werden. Vorteilhafterweise ist es denkbar, dass der in der Regel heißere kathodenseitige Kühlmittelfluss 1 eine schnellere Fließgeschwindigkeit erhält als der anodenseitige Kühlmittelfluss 2, um auf der Kathodenseite der Bipolarplatte 10 die Wärme schneller abtransportieren zu können.
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Wie es die 4 andeutet, kann der mindestens eine Inlet-Port Cool1, Cool2 als ein gemeinsamer Inlet-Port ausgeführt sein, um das Kühlmittel H2O durch die erste Platte 11 in die erste Strömungsrichtung R1 und durch die zweite Platte 12 in die zweite Strömungsrichtung R2 zu verteilen. Dabei kann der gemeinsame Inlet-Port Cool1, Cool2 eine erste angedeutete Inlet-Verteilerstruktur S1 an der ersten Platte 11 und eine zweite Inlet-Verteilerstruktur S2 an der zweiten Platte 12 aufweisen, die an der gleichen Randseite (rechts in der 4) der Bipolarplatte 10 ausgebildet sind. Entsprechend kann ein gemeinsamer Outlet-Port Cool1*, Cool2* an einer gegenüberliegenden Randseite (links in der 4) der Bipolarplatte 10 bereitgestellt werden. Der Aufbau und die Verschaltung der erfindungsgemäßen Bipolarplatte 10 können dadurch vereinfacht werden.
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Ein Brennstoffzellensystem 100 mit einer entsprechenden Bipolarplatte 10 ist aus Einfachheitsgrüßen im Detail in den 3 und 4 nicht dargestellt, stellt jedoch einen zweiten Aspekt der Erfindung dar. Die Platten 11, 12 werden beim Zusammenbau der erfindungsgemäßen Bipolarplatte 10 mit den gezeigten Seiten (Innenseiten für das Kühlmittel H2O) aufeinander gelegt. Die Kanalstrukturen K1, K2 zeigen dabei aufeinander. Die so zusammengestellte Bipolarplatte 10 dient dazu eine Kathodenseite einer Brennstoffzelle von der Anodenseite der nächstliegenden Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems 100 stoffmäßig bzw. mediendicht voneinander zu trennen. Am Ende des Stapels kann jeweils eine Endplatte bereitgestellt werden, wobei es denkbar ist, dass die Endplatten ebenfalls durch eine erste Platte 11 und eine zweite Platte 12 bereitgestellt werden können, die in den 3 und 4 gezeigt sind.
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Das Brennstoffzellensystem 100 kann dabei mindestens eine Kühlmittelpumpe P1, P2 aufweisen, wie es die 3 und 4 andeuten.
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Die mindestens eine Kühlmittelpumpe P1, P2 gemäß der 3 kann wiederum eine erste Kühlmittelpumpe P1 für den ersten Kühlmittelfluss 1 in die erste Strömungsrichtung R1 und eine zweite Kühlmittelpumpe P2 für den zweiten Kühlmittelfluss 2 in die zweite Strömungsrichtung R2 aufweisen.
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Die mindestens eine Kühlmittelpumpe P1, P2 gemäß der 4 kann wiederum nur eine Kühlmittelpumpe P für den ersten Kühlmittelfluss 1 in die erste Strömungsrichtung R1 und für den zweiten Kühlmittelfluss 2 in die zweite Strömungsrichtung R2 aufweisen.
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Ein Verfahren zum Betreiben eines entsprechenden Brennstoffzellensystems 100 stellt ebenfalls einen Aspekt der Erfindung dar. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- - Bereitstellen von einem ersten Kühlmittelfluss 1 durch die erste Platte 11 in die erste Strömungsrichtung R1 und
- - Bereitstellen von einem zweiten Kühlmittelfluss 2 durch die zweite Platte 12 in die zweite Strömungsrichtung R2,
wobei insbesondere der erste Kühlmittelfluss 1 und der zweite Kühlmittelfluss 2 wahlweise mit einer gleichen oder mit unterschiedlichen Flussraten bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann das Temperaturfeld innerhalb des Brennstoffzellensystems 100 derart eingestellt werden, um den Wärmeabtransport innerhalb des Brennstoffzellensystems 100 zu verbessern.
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Ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Brennstoffzellensystem 100 ist aus Einfachheitsgrüßen im Detail in den 3 und 4 ebenfalls nicht dargestellt, stellt jedoch einen weiteren Aspekt der Erfindung dar.
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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.
