DE102020215416A1 - Electrochemical cell layer for a fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelllage (100) für einen Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellenaggregats bevorzugt für ein Brennstoffzellenfahrzeug, mit einer Polarplatte (140; 142, 142; 142) und einer daran vorgesehenen Membran-Elektroden-Einrichtung (110), wobei die Polarplatte (140; 142, 142; 142) an/in ihrem Außenumfangsrand (150) wenigstens eine elektrische Kontakteinrichtung (151) für eine elektrische Kontaktvorrichtung (251) einer Zellspannungsüberwachung aufweist, und die Kontakteinrichtung (151) seitlich an ihrem Steckgesicht genau oder wenigstens eine elektrische Isolierung (123, 124) aufweist.The invention relates to an electrochemical cell layer (100) for a fuel cell stack of a fuel cell assembly, preferably for a fuel cell vehicle, having a polar plate (140; 142, 142; 142) and a membrane electrode device (110) provided thereon, the polar plate (140; 142, 142; 142) has at least one electrical contact device (151) for an electrical contact device (251) of cell voltage monitoring on/in its outer peripheral edge (150), and the contact device (151) has exactly or at least one electrical insulation (123 , 124).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelllage eines Brennstoffzellenaggregats bevorzugt für ein Brennstoffzellenfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung einen Brennstoffzellenstapel, eine Brennstoffzelle, ein Brennstoffzellenaggregat und ein Brennstoffzellensystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug.The invention relates to an electrochemical cell layer of a fuel cell assembly, preferably for a fuel cell vehicle. Furthermore, the invention relates to a fuel cell stack, a fuel cell, a fuel cell unit and a fuel cell system for a fuel cell vehicle.
Stand der TechnikState of the art
In einer Niedertemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenaggregats z. B. eines Brennstoffzellensystems bspw. eines Brennstoffzellenfahrzeugs erfolgt eine elektrochemische Wandlung zweier Reaktanten zweier Betriebsmedien in elektrische Energie und Wärme. Hierbei umfasst die Brennstoffzelle zumindest eine Membran-Elektroden-Einheit, welche einen Schichtaufbau aus einer ionen- bzw. protonenleitenden Membran und beidseitig an der Membran vorgesehener, katalytischer Elektroden (Membran-Elektroden-Einheit mit Anoden- und Kathodenelektrode als Reaktivschichten) aufweist. Ferner ist beidseitig an der Membran-Elektroden-Einheit insbesondere eine Gasdiffusionslage und/oder eine mikroporöse Partikellage eingerichtet (Membran-Elektroden-Einrichtung). In der Regel ist die Brennstoffzelle mit einer Vielzahl von in einem Stapel angeordneter Membran-Elektroden-Einrichtungen und dazwischen angeordneter Bipolarplatten ausgebildet (Brennstoffzellenstapel).In a low-temperature polymer electrolyte fuel cell of a fuel cell unit z. B. a fuel cell system, for example. A fuel cell vehicle, there is an electrochemical conversion of two reactants of two operating media into electrical energy and heat. The fuel cell comprises at least one membrane-electrode unit, which has a layer structure of an ion- or proton-conducting membrane and catalytic electrodes (membrane-electrode unit with anode and cathode electrode as reactive layers) provided on both sides of the membrane. Furthermore, in particular a gas diffusion layer and/or a microporous particle layer is installed on both sides of the membrane-electrode unit (membrane-electrode device). As a rule, the fuel cell is formed with a multiplicity of membrane-electrode devices arranged in a stack and bipolar plates arranged between them (fuel cell stack).
Für einen Betrieb einer Brennstoffzelle ist eine Spannungsüberwachung ihrer Einzelzellen (CVM: (Single) Cell Voltage Monitoring) von Vorteil, wobei z. B. eine Zellüberwachungs-Steckerleiste mit einer Vielzahl von elektrischen Kontaktvorrichtungen, meist Pins (vgl.
Aufgabenstellungtask
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Brennstoffzelle anzugeben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffzelle derart auszurüsten, dass eine fälschlicherweise zwischen zwei Bipolarplatten geratene elektrische Kontaktvorrichtung für eine Bipolarplatte, keinen elektrischen Kurzschluss zwischen diesen Bipolarplatten hervorruft. D. h. es soll ein prozesssicheres mechanisches Stecken der elektrischen Abgriffe der elektrochemischen Zelllagen eines Brennstoffzellenstapels der Brennstoffzelle bei den gegebenen Toleranzen des Brennstoffzellenstapels (Zelllagen) sowie eines Zellüberwachungs-Steckers, wie z. B. einer Zellüberwachungs-Steckerleiste, gewährleistet sein.It is an object of the invention to provide an improved fuel cell. In particular, it is an object of the invention to equip a fuel cell in such a way that an electrical contact device for a bipolar plate that has erroneously gotten between two bipolar plates does not cause an electrical short circuit between these bipolar plates. i.e. It is a process-reliable mechanical plugging of the electrical taps of the electrochemical cell layers of a fuel cell stack of the fuel cell with the given tolerances of the fuel cell stack (cell layers) and a cell monitoring plug, such. B. a cell monitoring power strip, be guaranteed.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die Aufgabe der Erfindung ist mittels einer elektrochemischen Zelllage für einen Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellenaggregats bevorzugt für ein Brennstoffzellenfahrzeug, sowie mittels eines Brennstoffzellenstapels, einer Brennstoffzelle, eines Brennstoffzellenaggregats oder eines Brennstoffzellensystems insbesondere für ein Brennstoffzellenfahrzeug gelöst. - Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.The object of the invention is achieved by means of an electrochemical cell layer for a fuel cell stack of a fuel cell unit, preferably for a fuel cell vehicle, and by means of a fuel cell stack, a fuel cell, a fuel cell unit or a fuel cell system, in particular for a fuel cell vehicle. - Advantageous developments, additional features and / or advantages of the invention result from the dependent claims and the following description.
Die erfindungsgemäße Zelllage umfasst eine Polarplatte und eine daran vorgesehene Membran-Elektroden-Einrichtung, wobei die Polarplatte an/in ihrem Außenumfangsrand wenigstens eine elektrische Kontakteinrichtung für eine elektrische Kontaktvorrichtung einer Zellspannungsüberwachung aufweist, und die Kontakteinrichtung seitlich an ihrem Steckgesicht genau oder wenigstens eine elektrische Isolierung aufweist. - Hierbei kann die Polarplatte wenigstens in einem Bereich an ihrer Kontakteinrichtung die elektrische Isolierung derart aufweisen, dass ein Kontakt der Polarplatte von einer für diese Zelllage fremden Kontaktvorrichtung der Zellspannungsüberwachung elektrisch isoliert ist.The cell layer according to the invention comprises a polar plate and a membrane electrode device provided thereon, the polar plate having at least one electrical contact device for an electrical contact device of cell voltage monitoring on/in its outer peripheral edge, and the contact device having exactly or at least one electrical insulation on the side of its connector face . The polar plate can have the electrical insulation in at least one area on its contact device in such a way that a contact of the polar plate is electrically isolated from a contact device of the cell voltage monitoring that is foreign to this cell layer.
D. h. ein falsches Stecken der für diese Zelllage fremden Kontaktvorrichtung kann nicht zu einem elektrischen Kurzschluss zwischen dieser und einer dazu direkt benachbarten Zelllage im Brennstoffzellenstapel führen. Beim falschen Stecken findet die für diese Zelllage fremde Kontaktvorrichtung ihren korrekten Platz an/in der zur Zelllage direkt benachbarten Zelllage nicht und könnte ohne die erfindungsgemäße elektrische Isolierung diese beiden benachbarten Zelllagen im Brennstoffzellenstapel elektrisch kurzschließen (vgl.
Zwischen der Polarplatte und einer Membran-Elektroden-Einheit der Membran-Elektroden-Einrichtung ist innerhalb der Zelllage ein Anodenraum bevorzugt mit einer Gasdiffusionslage und/oder einer mikroporösen Partikellage, oder ein Kathodenraum bevorzugt mit einer Gasdiffusionslage und/oder einer mikroporösen Partikellage eingerichtet. Dieser Anodenraum bzw. Kathodenraum ist hier nicht näher beschrieben und kann gemäß dem Stand der Technik oder anderweitig gemäß zukünftiger Entwicklungen ausgebildet sein. Ein diese Zelllage betreffender Kathodenraum bzw. Anodenraum ist analog zwischen dieser Zelllage und einer Polarplatte einer direkt benachbarbaren elektrochemischen Zelllage des Brennstoffzellenstapels einrichtbar. - Die Kontakteinrichtung ist für die Kontaktvorrichtung in Steckrichtung der Kontaktvorrichtung bevorzugt im Wesentlichen frei zugänglich.Between the polar plate and a membrane-electrode unit of the membrane-electrode device, an anode space, preferably with a gas diffusion layer and/or a microporous particle layer, or a cathode space, preferably with a gas diffusion layer and/or a microporous particle layer, is set up within the cell layer. This anode space or cathode space is not described in detail here and can be designed according to the prior art or otherwise according to future developments. A cathode space or anode space relating to this cell layer can be set up analogously between this cell layer and a polar plate of a directly adjacent electrochemical cell layer of the fuel cell stack. - The contact device is preferably essentially freely accessible for the contact device in the insertion direction of the contact device.
Der Außenumfangsrand der Polarplatte ist dabei einerseits vom an der Polarplatte wenigstens teilweise umlaufenden Außenumfangsabschnitt (Richtung der Dickenerstreckung) und andererseits von denjenigen beiden Umfangsflächenabschnitten (Richtung der Flächenerstreckung) gebildet, die sich vom Außenumfangsabschnitt jeweils etwas auf die beiden großflächigen Seiten der Polarplatte nach innen erstrecken. Schnitte man einen vollständigen Außenumfangsrand aus der Polarplatte heraus, so ergäbe sich ein Gebilde mit der Außenkontur der Polarplatte und einer der Außenkontur ähnlichen, aber kleineren Innenkontur. Eine jeweilige großflächige Seite der Polarplatte geht dabei in den Außenumfangsrand über, d. h. ein jeweiliger Umfangsflächenabschnitt deckt sich mit einem äußeren Umfangsrand der betreffenden großflächigen Seite.The outer peripheral edge of the polar plate is formed on the one hand by the outer peripheral section running at least partially around the polar plate (direction of thickness extension) and on the other hand by those two peripheral surface sections (direction of surface extension) that extend somewhat inwards from the outer peripheral section onto the two large sides of the polar plate. If a complete outer peripheral edge were cut out of the polar plate, the result would be a structure with the outer contour of the polar plate and an inner contour similar to the outer contour but smaller. A respective large-area side of the polar plate merges into the outer peripheral edge, i. H. a respective peripheral surface section coincides with an outer peripheral edge of the relevant large-surface side.
Die elektrische Isolierung kann im Bereich der Kontakteinrichtung außen auf dem Außenumfangsrand vorgesehen sein. Ferner kann die elektrische Isolierung die Kontakteinrichtung an genau/wenigstens einer Seite oder genau/wenigstens zwei Seiten im Wesentlichen vollständig abdecken. Des Weiteren kann die elektrische Isolierung die Kontakteinrichtung an genau/wenigstens einer Seite oder genau/ wenigstens zwei Seiten überragen.The electrical insulation can be provided outside on the outer peripheral edge in the area of the contact device. Furthermore, the electrical insulation can essentially completely cover the contact device on precisely/at least one side or precisely/at least two sides. Furthermore, the electrical insulation can protrude beyond the contact device on exactly/at least one side or exactly/at least two sides.
Die elektrische Isolierung kann mit der Polarplatte fest und insbesondere lösbar oder unlösbar verbunden sein. Ferner kann die elektrische Isolierung mit der Polarplatte stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt, sein. Des Weiteren kann die elektrische Isolierung mit der Polarplatte formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden, insbesondere zusammengesteckt, sein. Insbesondere wenn die Polarplatte mit der elektrischen Isolierung unlösbar verbunden ist, kann die Kontakteinrichtung bzw. der Pin die elektrische Isolierung nicht einfach zur Seite schieben; entsprechend wird so ein potenziell möglicher Kurzschluss vermieden.The electrical insulation can be permanently and in particular detachably or non-detachably connected to the polar plate. Furthermore, the electrical insulation can be materially connected to the polar plate, in particular glued. Furthermore, the electrical insulation can be positively and/or non-positively connected to the polar plate, in particular plugged together. In particular, if the polar plate is inseparably connected to the electrical insulation, the contact device or the pin cannot simply push the electrical insulation aside; accordingly, a potential short circuit is avoided.
Die Membran-Elektroden-Einrichtung kann in einer Dichtmanschette (oft auch als (Sub-)Gasket bezeichnet) eingerichtet sein, wobei ein Rand, insbesondere ein äußerer Rand, der Dichtmanschette die elektrische Isolierung bildet. Hierbei sind in einem Brennstoffzellenstapel z. B. lokale, einseitige elektrische Isolierungen der Polarplatten mittels der jeweiligen Dichtmanschette der Membran-Elektroden-Einrichtungen möglich, wofür in einem Bereich der Kontaktvorrichtungen, insbesondere von Kontaktpins, der Spannungsüberwachung, die Dichtmanschetten z. B. lokal stoffschlüssig an die Polarplatten fest angebunden sind. Für das stoffschlüssige Anbinden kann ein externer Klebstoff für die Dichtmanschetten oder ein Schmelzklebstoff der Dichtmanschetten selbst genutzt werden.The membrane electrode device can be set up in a sealing collar (often also referred to as a (sub)gasket), with an edge, in particular an outer edge, of the sealing collar forming the electrical insulation. Here are in a fuel cell stack z. B. local, one-sided electrical insulation of the polar plates by means of the respective sealing sleeve of the membrane electrode devices possible, for which purpose in an area of the contact devices, in particular of contact pins, the voltage monitoring, the sealing sleeves z. B. are locally firmly attached to the polar plates. An external adhesive for the sealing sleeves or a hot-melt adhesive for the sealing sleeves themselves can be used for the material connection.
Die Dichtmanschette kann an und/oder abseits der Membran-Elektroden-Einrichtung einen Dichtabschnitt aufweisen. Ferner kann die Dichtmanschette zwischen der Membran-Elektroden-Einrichtung, insbesondere ihrem Dichtabschnitt, und ihrer elektrischen Isolierung einen Übergangsabschnitt aufweisen. Des Weiteren kann die elektrische Isolierung der Dichtmanschette einen Überhangabschnitt als einen freien Endabschnitt aufweisen, der über die Polarplatte hinaussteht.The sealing sleeve can have a sealing section on and/or off the membrane electrode device. Furthermore, the sealing collar can have a transition section between the membrane electrode device, in particular its sealing section, and its electrical insulation. Furthermore, the electrical insulation of the grommet may have an overhang portion as a free end portion protruding beyond the polar plate.
Bevorzugt geht dabei der Dichtabschnitt in den Übergangsabschnitt integral über. Ferner geht bevorzugt der Übergangsabschnitt in die elektrische Isolierung der Dichtmanschette integral über. Der Übergangsabschnitt weist bevorzugt einen s-förmigen Knick oder einen s-förmig runden Verlauf auf, der eine Höhe einer Dichtung (vgl. u.) für die elektrische Isolierung überbrückt, damit diese fest mit der Polarplatte verbunden werden kann.The sealing section preferably merges integrally into the transition section. Furthermore, the transition section preferably transitions integrally into the electrical insulation of the sealing sleeve. The transition section preferably has an S-shaped kink or an S-shaped, rounded course, which bridges the height of a seal (see below) for the electrical insulation, so that this can be firmly connected to the polar plate.
Zwischen der die Membran-Elektroden-Einrichtung betreffenden Polarplatte und deren Dichtmanschette kann eine Dichtung (oft auch als Sealing bezeichnet) eingerichtet sein. Ferner kann auf der Dichtmanschette abseits der die Membran-Elektroden-Einrichtung betreffenden Polarplatte eine zweite Dichtung (wiederum oft als Sealing bezeichnet) eingerichtet sein. Bevorzugt sind die Dichtungen oberhalb und unterhalb am Dichtabschnitt der Dichtmanschette, bevorzugt in Hochrichtung des Brennstoffzellenstapels fluchtend, eingerichtet. Diese Dichtungen dienen einer Fluiddichtung einer Medienversorgung, Medienentsorgung (Kühlmedium (hinströmend/abströmend), Kathoden-Betriebsmedium/Abgasmedium und/ oder Anoden-Betriebsmedium/Abgasmedium) sowie des betreffenden Anodenraums bzw. Kathodenraums im Brennstoffzellenstapel.A seal (often also referred to as a sealing) can be set up between the polar plate relating to the membrane-electrode device and its sealing sleeve. Furthermore, a second seal (again often referred to as a sealing) can be set up on the sealing collar away from the polar plate relating to the membrane-electrode device. The seals are preferably set up above and below the sealing section of the sealing collar, preferably aligned in the vertical direction of the fuel cell stack. These seals serve as a fluid seal for a media supply, media disposal (cooling medium (flowing/outflowing), cathode operating medium/exhaust gas medium and/or anode operating medium/exhaust gas medium) and the relevant anode space or cathode space in the fuel cell stack.
Die Polarplatte kann genau eine Kontakteinrichtung oder wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Kontakteinrichtungen aufweisen. Ferner kann die Kontakteinrichtung als eine in eine Ebene der Polarplatte hineingehende Kontakteinrichtung ausgebildet sein. Des Weiteren kann die oder die wenigstens eine Kontakteinrichtung als eine Öffnung, eine Buchse, ein Pin oder ein Tab ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die Kontakteinrichtung stofflich einstückig mit der Polarplatte verbunden oder integral mit der Polarplatte ausgebildet sein.The polar plate can have exactly one contact device or at least two, in particular exactly two, contact devices. Furthermore, can the contact device can be designed as a contact device going into a plane of the polar plate. Furthermore, the or the at least one contact device can be designed as an opening, a socket, a pin or a tab. In addition, the contact device can be materially connected in one piece to the polar plate or can be formed integrally with the polar plate.
Die Zelllage kann zwischen ihrer Polarplatte und einer Membran-Elektroden-Einheit ihrer Membran-Elektroden-Einrichtung einen Anodenraum oder einen Kathodenraum aufweisen. Der Anodenraum bzw. der Kathodenraum kann von einer Gasdiffusionslage und/oder einer mikroporösen Partikellage innerlich begrenzt sein. Ferner kann die Zelllage abseits ihrer Polarplatte eine Gasdiffusionslage und/oder eine mikroporöse Partikellage für einen Kathodenraum bzw. einen Anodenraum aufweisen.The cell layer can have an anode space or a cathode space between its polar plate and a membrane-electrode assembly of its membrane-electrode device. The anode space or the cathode space can be internally delimited by a gas diffusion layer and/or a microporous particle layer. Furthermore, the cell layer can have, apart from its polar plate, a gas diffusion layer and/or a microporous particle layer for a cathode space or an anode space.
Die Polarplatte kann als ein Bestandteilteil (Monopolarplatte) einer Bipolarplatte, als Bipolarplatte oder als Monopolarplatte ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Zelllage als ein fester Verbund aus der Polarplatte und der in die Dichtmanschette eingerichteten Membran-Elektroden-Einrichtung ausgebildet. Ferner ist die Zellspannungs-Überwachung für die Zelllage bevorzugt als eine Einzelzellspanungs-Überwachung ausgebildet.The polar plate can be designed as a component part (monopolar plate) of a bipolar plate, as a bipolar plate or as a monopolar plate. The cell layer is preferably designed as a solid composite of the polar plate and the membrane electrode device installed in the sealing sleeve. Furthermore, the cell voltage monitoring for the cell layer is preferably designed as an individual cell voltage monitor.
Figurenlistecharacter list
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische und nicht maßstabsgetreue Zeichnung näher erläutert. Bei der Erfindung kann ein Merkmal positiv, d. h. vorhanden, oder negativ, d. h. abwesend, ausgestaltet sein. In dieser Spezifikation ist ein negatives Merkmal als Merkmal nicht explizit erläutert, wenn nicht gemäß der Erfindung Wert daraufgelegt ist, dass es abwesend ist. D. h. die tatsächlich gemachte und nicht eine durch den Stand der Technik konstruierte Erfindung darin besteht, dieses Merkmal wegzulassen. Das Fehlen eines Merkmals (negatives Merkmal) in einem Ausführungsbeispiel zeigt, dass das Merkmal optional ist. - In den lediglich beispielhaften und schematischen Figuren (Fig.) der Zeichnung zeigen:
-
1 in einem vereinfachten Blockschaltbild eine Ausführungsform eines Brennstoffzellenaggregats für ein Brennstoffzellensystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs, gemäß der Erfindung, -
2 in einer explodierten Perspektivansicht eine elektrochemische Zelllage, die eine Bipolarplatte und eine einseitig daran vorsehbare Membran-Elektroden-Einrichtung aufweist, -
3 einen zweidimensionalen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Zelllage aus2 in einem Bereich ihrer elektrischen Kontakteinrichtung für eine Zellspannungsüberwachung des Brennstoffzellenaggregats, -
4 einen zweidimensionalen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels in einem Bereich seiner elektrischen Kontakteinrichtungen für die Zellspannungsüberwachung, und -
5 einen zweidimensionalen Ausschnitt eines Brennstoffzellenstapels ohne die Erfindung in einem Bereich seiner elektrischen Kontakteinrichtungen für die Zellspannungsüberwachung.
-
1 in a simplified block diagram an embodiment of a fuel cell unit for a fuel cell system of a fuel cell vehicle according to the invention, -
2 an exploded perspective view of an electrochemical cell layer that has a bipolar plate and a membrane electrode device that can be provided on one side, -
3 a two-dimensional section of the cell layer according to theinvention 2 in an area of their electrical contact device for cell voltage monitoring of the fuel cell aggregate, -
4 a two-dimensional section of a fuel cell stack according to the invention in an area of its electrical contact devices for cell voltage monitoring, and -
5 a two-dimensional section of a fuel cell stack without the invention in an area of its electrical contact devices for cell voltage monitoring.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen dreier Ausführungsformen (
In der Zeichnung sind nur diejenigen Abschnitte des Brennstoffzellensystems dargestellt, welche für ein Verständnis der Erfindung notwendig sind. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher beschrieben und illustriert ist, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Andere Variationen können hieraus abgeleitet werden ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Only those sections of the fuel cell system which are necessary for an understanding of the invention are shown in the drawing. Although the invention is described and illustrated in detail by preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed embodiments. Other variations can be devised without departing from the scope of the invention.
Die
Zwischen zwei direkt zueinander benachbarten Membran-Elektroden-Einheiten 15, 15 inkl. eines betreffenden Anodenraums 12 und Kathodenraums 13 ist jeweils eine Bipolarplatte 140; 142, 142 (Plattenbaugruppe, Strömungsfeldplatte) angeordnet, welche u. a. einer Hinführung/Abführung von Betriebsmedien 3, 5 in einen Anodenraum 12 einer ersten Einzelzelle 11 und einen Kathodenraum 13 einer direkt dazu benachbarten zweiten Einzelzelle 11 dient und darüber hinaus eine elektrisch leitende Verbindung zwischen diesen Einzelzellen 11 realisiert. - Zur Versorgung der Brennstoffzelle mit ihren eigentlichen Betriebsmedien 3 (Anoden-Betriebsmedium, eigentlicher Brennstoff), 5 (Kathoden-Betriebsmedium, meist Luft) weist das Brennstoffzellenaggregat 1 eine Anodenversorgung 20 und eine Kathodenversorgung 30 auf.A
Die Anodenversorgung 20 umfasst insbesondere: einen Brennstoffspeicher 23 für das Anoden-Betriebsmedium 3 (hinströmend); einen Anoden-Versorgungspfad 21 mit einen Ejektor 24; einen Anoden-Abgaspfad 22 für ein Anoden-Abgasmedium 4 (abströmend, meist in die Umgebung 2); bevorzugt eine Brennstoff-Rezirkulationsleitung 25 mit einer darin befindlichen Fluid-Fördereinrichtung 26 und ggf. einen Wasserabscheider.The
Die Kathodenversorgung 30 umfasst insbesondere: einen Kathoden-Versorgungspfad 31 für das Kathoden-Betriebsmedium 5 (hinströmend, meist aus der Umgebung 2), mit bevorzugt einer Fluid-Fördereinrichtung 33; einen Kathoden-Abgaspfad 32 für ein Kathoden-Abgasmedium 6 (abströmend, meist in die Umgebung 2) mit bevorzugt einer Turbine 34, ggf. der eines Abgasturboladers; bevorzugt einem Feuchteübertrager 36; ggf. einem Wastegate 35 zwischen dem Kathoden-Versorgungspfad 31 und dem Kathoden-Abgaspfad 22; und ggf. einen Wasserabscheider.The
Das Brennstoffzellenaggregat 1 umfasst ferner insbesondere eine Kühlmediumversorgung 40, durch welche hindurch die Brennstoffzelle bevorzugt mittels ihrer Bipolarplatten 140; 142, 142 (Kühlmediumpfade 42) in einen Kühlkreislauf wärmeübertragend zum Temperieren einbindbar ist. Die Kühlmediumversorgung 40 umfasst einen Kühlmedium-Zulaufpfad 41 und einen Kühlmedium-Ablaufpfad 43. Eine Förderung des in der Kühlmediumversorgung 40 zirkulierenden Kühlmediums 7 (hinströmend), 8 (abströmend) erfolgt bevorzugt mittels wenigstens einer Kühlmedium-Fördereinrichtung 44. - Das Brennstoffzellensystem umfasst neben dem Brennstoffzellenaggregat 1 periphere Systemkomponenten, wie z. B. ein Steuergerät, welches eines des Brennstoffzellenfahrzeugs selbst sein kann.The
Die
Vorliegend sind zwei Monopolarplatten 142, 142 (auch jeweils als Polarplatte 142 bezeichenbar), insbesondere zwei stofflich einstückige oder integrale Monopolarplatten 142, 142, zur zweiteiligen oder stofflich einstückigen Bipolarplatte 140 (auch als Polarplatte 140 bezeichenbar) zusammengefasst. Es ist natürlich möglich, eine einteilige Bipolarplatte 140 (auch als Polarplatte 140 bezeichenbar) stofflich einstückig oder integral auszubilden. Ferner ist die Erfindung statt mit einer Bipolarplatte 140 auch mit einer einzelnen Monopolarplatte 142 (auch als Polarplatte 142 bezeichenbar) realisierbar.In the present case, two
Die Bipolarplatte 140; 142, 142 weist (vgl. auch die
Hierbei zeigt die
Die
In einem Bereich um den äußeren Rand 123, 124 der Dichtmanschette 120 herum weist diese ausgehend von der Membran-Elektroden-Einrichtung 110 zunächst einen Dichtabschnitt 121 auf. Der Dichtabschnitt 121 weist bevorzugt zwei externe Dichtungen 130 auf, die zum Dichten einer Medienversorgung, einer Medienentsorgung und/oder eines betreffenden Anodenraums 12 bzw. Kathodenraums 13 eingerichtet sind. Der Dichtabschnitt 121 geht in einen bevorzugt s-förmigen Übergangsabschnitt 122 über, der das Niveau der Dichtmanschette 120 auf das Niveau einer Außenseite der Bipolarplatte 140; 142, 142 bringt.In an area around the
Der Übergangsabschnitt 122 geht in einen freien Endabschnitt der Dichtmanschette 120 als elektrische Isolierung 123, 124 über. Hierbei ist die elektrische Isolierung 123 fest mit der Außenseite der Bipolarplatte 140; 142, 142 verbunden, was z. B. mittels eines externen Klebstoffs für die Dichtmanschette 120 oder bevorzugt durch einen Schmelzklebstoff der Dichtmanschette 120 erfolgen kann. Ferner schließt sich an diesen Abschnitt 123 der elektrischen Isolierung 123, 124, ein frei von der Bipolarplatte 140; 142, 142 abstehender Überhangabschnitt 124 (elektrische Isolierung 124) der elektrischen Isolierung 123, 124 an.The
Die
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