EP2936600A1 - Gehäuse für einen brennstoffzellen-stapel - Google Patents

Gehäuse für einen brennstoffzellen-stapel

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EP2936600A1
EP2936600A1 EP13794812.1A EP13794812A EP2936600A1 EP 2936600 A1 EP2936600 A1 EP 2936600A1 EP 13794812 A EP13794812 A EP 13794812A EP 2936600 A1 EP2936600 A1 EP 2936600A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
fuel cell
cell system
cell stack
reinforcing structure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13794812.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Gerhardt
Cosimo Mazzotta
Joachim Seitz
Quentin MORIN
Alfred Haug
Christian Schick
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2936600A1 publication Critical patent/EP2936600A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a housing for a fuel cell stack, wherein at least one wall at least partially has a wall reinforcing structure.
  • the pipe branching device has at least one pipe connection with an oversized opening which is bounded by a frame-shaped manifold.
  • the pipe connection is slidable in at least one plane relative to the oversized opening to reduce positional tolerance requirements of the pipe connection. It is the
  • Pipe branching device provided in particular for fastening components of a fuel cell system to an end plate.
  • a so-called stack box is known from the prior art as a housing for a fuel cell stack, which at least partially has a ribbed structure.
  • the invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved housing for a fuel cell stack.
  • At least one wall has, at least in regions, a wall reinforcing structure, wherein
  • reinforcing structure is formed at least one attachment point for mounting at least one fuel cell system component and / or for mounting the housing in a space.
  • both the fuel cell stack and the at least one attached to the attachment point fuel cell system component is protected in a deformation of the housing from damage resulting from the deformation.
  • the bearing point is also largely protected from deformation by the reinforcing structure in this area.
  • the housing for the fuel cell stack is provided for arrangement in an engine compartment of a vehicle, wherein the housing is at least partially stiffened by means of the reinforcing structure, whereby the risk of deformation of the housing is at least reduced in this area at least.
  • the housing has a plurality of areas with reinforcing structure, so that the housing can be arranged without construction-related changes in different available and also in variously designed installation spaces and can be fastened via the attachment point or points.
  • the housing is formed box-shaped with reinforcing structure, whereby the housing has a comparatively high rigidity and low weight.
  • the reinforcing structure is formed as ribs having a honeycomb shape and / or a square shape.
  • the reinforcing structure extends completely over all the walls of the housing, so that a Protection of the fuel cell stack from damage, especially by
  • Deformations of the housing is substantially increased.
  • the at least one attachment point is designed as a shaping protruding from a wall, so that at least one fuel cell system component advantageously forms on this projecting formation
  • the housing is fastened. Additionally or alternatively, the housing is advantageously fastened on the projecting shape in its space.
  • the attachment point is used for example in the form of the projecting shape as a receptacle for the fastener.
  • a through hole can be introduced into the projecting formation, in which a screw designed as a
  • Fastening element can be arranged. It is also conceivable that the attachment point is formed such that a fastening element can be fastened to the latter in a form-fitting manner, wherein such a fastening element can be a clamp, for example.
  • the housing is made of metal and / or of at least one
  • Fiber composite plastic formed wherein the housing is advantageously made in the so-called lightweight construction. Suitable materials for this purpose are in particular an aluminum and / or magnesium alloy and / or fiber composite plastics. Since the housing is made in lightweight construction, a weight of the housing is comparatively low, whereby z. B. handling for mounting the housing can be simplified in its space.
  • the housing is closable by means of a housing cover, in which at least one device of the fuel cell system is integrated. Because the housing can be closed by means of the housing cover, the fuel cell stack arranged in the housing is completely surrounded and thus protected against damage. In addition, characterized in that in the housing cover at least one device of the fuel cell system, for. As a device for media management, is integrated, the fuel cell system designed to save space, with a space available by means of the housing cover space is optimally used. It can also be provided in an advantageous manner that the housing cover has at least one attachment point for fastening further fuel cell system components. As a result, the fuel cell system is compact, preferably all required and separate fuel cell system components are arranged or integrated on the housing and / or the housing cover.
  • the walls and / or the housing cover are at least partially electrically insulating, so that by means of the housing, an insulation gap can be formed.
  • an insulation gap by means of the housing itself, a cost-effective solution is given, since no further components are required for electrical insulation.
  • Housing cover are formed at least partially thermally insulating or is. If the housing is formed thermally insulating, thermal management of the fuel cell stack is considerably improved, wherein the thermal insulation by means of the housing, in particular with respect to a cold start capability of the fuel cell system, is advantageous.
  • fuel cell system components are thermally coupled to the fuel cell stack, which also has a cold start capability is improved.
  • Fig. 1 shows schematically a perspective view of a housing for a
  • Fig. 2 schematically shows a perspective view of the housing with partially
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of the housing in FIG.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a housing 1 for a partially shown in Figure 2 fuel cell stack 2.
  • the fuel cell stack 2 is
  • Component of a fuel cell system by means of which electrical energy is generated, which is converted into kinetic energy.
  • Such a fuel cell system is preferably arranged in a vehicle or a means of transport.
  • the housing 1 has a substantially box-shaped design and has an open side, into which the fuel cell stack 2 can be inserted in the housing 1 when it is arranged, as FIG. 2 shows.
  • the housing 1 is manufactured in the so-called lightweight construction.
  • the housing 1 is made of metal, for. B. from an aluminum and / or magnesium alloy, and / or fiber composite plastic, such as. B. made of a carbon fiber reinforced plastic and / or carbon fiber reinforced carbon.
  • the fuel cell stack 2 is arranged in the housing 1, wherein walls 1.1 of the housing 1 for increasing the protective effect for the fuel cell stack 2 have a reinforcing structure S.
  • the walls are stiffened 1.1, whereby the housing 1 more stable, in particular against deformation, is formed.
  • the reinforcing structure S is formed as ribs, which are formed cuboid and honeycomb-shaped on the respective wall 1.1 of the housing 1.
  • the ribs which are formed to form a parallelepiped shape on the wall 1.1, have over the ribs, which form the honeycomb shape, larger dimensions.
  • the ribs of the cuboid shapes project beyond the ribs, which are arranged in the shape of a honeycomb.
  • the reinforcing structure S may have other shapes, wherein it may also be provided that one or more separate, not shown
  • Reinforcing elements is attached to one or more walls 1.1 of the housing 1 or are.
  • guide elements 3 can be arranged in the interior of the housing 1 in the corner regions, which facilitate the insertion of a fuel cell stack 2.
  • the guide elements 3 may be formed of an electrically insulating material, such as an electrically insulating plastic. This improves the electrical insulation of the fuel cell stack 2 and is particularly advantageous when the housing 1 is formed of a metal or other electrically conductive material.
  • the housing 1 serves in particular for the protection of the fuel cell stack 2 and forms the support structure of the same.
  • the housing 1 is designed to form an insulation route, in particular as a shock protection, at least partially electrically isolated, wherein such sections are preferably marked, so that a person is made aware of a possible danger when handling the housing 1 with the fuel cell stack 2.
  • the housing 1 thus represents a mechanical protection for the fuel cell stack 2.
  • Fuel cell system such as. B. a venting function for pressure reduction
  • the material for the production of the housing 1 is selected, wherein the housing 1 is preferably formed dense.
  • the housing 1 is formed from a plurality of materials, so that the housing 1 is at least partially thermally and / or electrically insulated.
  • fuel cell system components can be arranged, which are preferably thermally coupled to the fuel cell stack 2, so that a cold start capability of the fuel cell system is improved.
  • Attachment points B1 to B3 formed, which serve for the attachment of fuel cell system components not shown.
  • Attachment points B1 to B3 can be arranged.
  • the attachment points B1 to B3 are in the present embodiment according to Figure 1 at a large area
  • Wall 1.1 of the housing 1 is formed.
  • Drivetrain of a fuel cell vehicle (vehicle with electric drive whose electric drive power is at least partially generated by a fuel cell stack) counted.
  • These powertrain components include, but are not limited to. the electric drive motor, the power electronics, a vacuum pump of the
  • First attachment points B1 are formed as projecting from the wall 1.1 nose-shaped formations, to which at least one fuel cell system component, for example, can be plugged, so that the fuel cell system component is positively fastened to the housing 1.
  • first attachment points B1 in the form of the nose-shaped formations have through holes, in each of which a fastener, in particular a screw can be arranged, so that the fuel cell system component is alternatively or additionally non-positively fastened to the housing 1.
  • the respective fuel cell system component can also be fastened to the first attachment points B1 in a material-locking manner.
  • Second attachment points B2 on the wall 1.1 of the housing 1 are similar to the formed into a square shape ribs of the reinforcing structure S formed. As a result, the second attachment points B2 are designed in the shape of a frame, wherein the elements forming the frame form project beyond the reinforcing structure S of the wall 1.1.
  • At least one fuel cell system component may be attached to the second
  • Attachment points B2 clamped and / or inserted and / or otherwise, as well as non-positively and / or materially secured.
  • third attachment points B3 are also formed as so-called slots for the positive attachment of fuel cell system components, where it is possible, for example by means of suitable tools, the respective fuel cell system component additionally or alternatively non-positively and / or cohesively to the third attachment points B3 to attach.
  • one fuel cell system component can be fastened to both respective attachment points B1 to B3, or in each case one system component can be fastened to an attachment point B1 to B3.
  • the attachment points B1 to B3 may also have other suitable shapes, wherein the attachment points B1 to B3 are always formed in the region of the reinforcing structure S of the respective wall 1.1 of the housing 1.
  • One or more of the attachment points B1 may be provided in a possible embodiment for fixing the housing 1 in its intended space, so that the one or more attachment points B1 to B3 serve as bearings for the housing 1.
  • attachment points B1 to B3 different fuel cell system components can be attached to the housing 1, so that the fuel cell system is at least partially compact and no further space for the arrangement of fuel cell system components is required. Since the housing 1 has a plurality of attachment points B1 to B3, which also as
  • Storage locations can be used, the housing 1 with fuel cell stack 2 and fuel cell system components can be flexibly arranged and fixed in an available space.
  • a housing cover 4 is arranged for sealing the housing 1 and preferably fastened at least in a form-fitting manner. It can be arranged between housing 1 and housing cover 4, a circumferential seal to form the housing 1 largely fluidly dense.
  • housing cover 4 may have further formed fastening points for the arrangement of fuel cell system components.
  • the housing cover 4 is formed of a material which, accordingly
  • the housing cover 4 may be formed of different materials, so that the housing cover 4, for example, at least partially electrically insulated to continue the insulation gap of the housing 1.
  • Housing 1 is optimized for pressure equalization. By the uniform
  • Temperature distribution can be achieved in addition to that less
  • the Media guide within the housing 1 and / or the housing cover 4 can be realized with flexible cross-sectional geometries, whereby the required space can be reduced.
  • the venting and the drainage area are formed, which is required in particular for the hydrogen concentration and the humidity, the venting function due to the
  • the housing 1 with the housing cover 4 forms a multi-functional component for a
  • Fuel cell system which can be saved by means of such a housing 1 for a fuel cell stack 2 costs, weight, space, a number of components and consequent assembly time in the production of the fuel cell system.
  • housing 1 To install housing 1 in various available space.
  • an increased pressure prevails in the housing 1 compared to the environment, whereby an internal pressure in the fuel cell stack 2 can be compensated.
  • the lockable housing 1 is a comparatively small compact space-saving construction for a fuel cell system, wherein the housing 1 fulfills several functions described above simultaneously. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse (1) für einen Brennstoffzellen-Stapel (2), wobei zumindest eine Wandung (1.1) zumindest bereichsweise eine die Wandung (1.1) verstärkende Struktur (S) aufweist. Erfindungsgemäß ist wenigstens in einem Bereich mit einer verstärkenden Struktur (S) zumindest ein Befestigungspunkt (B1 bis B3) zur Befestigung zumindest einer Brennstoffzellen-Systemkomponente und/oder zur Lagerung des Gehäuses (1) in einem Bauraum ausgebildet.

Description

Gehäuse für einen Brennstoffzellen-Stapel
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen Brennstoffzellen-Stapel, wobei zumindest eine Wandung zumindest bereichsweise eine die Wandung verstärkende Struktur aufweist.
Aus der US 2006/0060244 A1 ist eine Rohrverzweigungsvorrichtung für eine
Brennstoffzelle bekannt, wobei die Rohrverzweigungsvorrichtung zumindest einen Rohranschluss mit einer überdimensionierten Öffnung aufweist, die durch ein rahmenförmiges Verteilerrohr begrenzt ist. Der Rohranschluss ist verschiebbar in zumindest einer Ebene relativ zu der überdimensionierten Öffnung zur Verringerung von positionsbedingten Toleranzerfordernissen des Rohranschlusses. Dabei ist die
Rohrverzweigungsvorrichtung insbesondere zur Befestigung von Komponenten eines Brennstoffzellensystems an einer Endplatte vorgesehen.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik eine sogenannte Stack-Box als Gehäuse für einen Brennstoffzellen-Stapel bekannt, welches zumindest bereichsweise eine gerippte Struktur aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Gehäuse für einen Brennstoffzellen-Stapel anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Bei einem Gehäuse für einen Brennstoffzellen-Stapel weist zumindest eine Wandung zumindest bereichsweise eine die Wandung verstärkende Struktur auf, wobei
erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass wenigstens in einem Bereich mit einer
verstärkenden Struktur zumindest ein Befestigungspunkt zur Befestigung zumindest einer Brennstoffzellen-Systemkomponente und/oder zur Lagerung des Gehäuses in einem Bauraum ausgebildet ist.
Dadurch, dass zum Einen die zumindest eine Wandung die zumindest diese Wandung bereichsweise verstärkende Struktur aufweist und zum Anderen in dem Bereich der verstärkenden Struktur der zumindest eine Befestigungspunkt zur Befestigung
wenigstens einer Brennstoffzellen-Systemkomponente und/oder zur Lagerung des Gehäuses angeordnet ist, ist sowohl der Brennstoffzellen-Stapel als auch die zumindest eine an dem Befestigungspunkt befestigte Brennstoffzellen-Systemkomponente bei einer Deformation des Gehäuses vor einer aus der Deformation resultierenden Beschädigung geschützt.
Ist das Gehäuse über den Befestigungspunkt in einem Bauraum, insbesondere einem Motorraum gelagert, so ist die Lagerstelle durch die verstärkende Struktur in diesem Bereich ebenfalls weitestgehend vor einer Deformation geschützt.
Insbesondere ist das Gehäuse für den Brennstoffzellen-Stapel zur Anordnung in einem Motorraum eines Fahrzeuges vorgesehen, wobei das Gehäuse mittels der verstärkenden Struktur zumindest bereichsweise versteift ist, wodurch das Risiko einer Deformation des Gehäuses zumindest in diesem Bereich wenigstens verringert ist.
Vorzugsweise weist das Gehäuse mehrere Bereiche mit verstärkender Struktur auf, so dass das Gehäuse ohne konstruktionsbedingte Änderungen in verschiedenen zur Verfügung stehenden und auch in verschieden ausgebildeten Bauräumen anordbar und über den oder die Befestigungspunkte befestigbar ist.
Insbesondere ist das Gehäuse kastenförmig mit verstärkender Struktur ausgebildet, wodurch das Gehäuse eine vergleichsweise hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die verstärkende Struktur als Rippen, die eine Wabenform und/oder eine Quadratform aufweisen, ausgebildet. Vorteilhaft erstreckt sich die verstärkende Struktur vollständig über alle Wandungen des Gehäuses, so dass ein Schutz des Brennstoffzellenstapels vor Beschädigung, insbesondere durch
Deformationen des Gehäuses wesentlich erhöht ist.
In einer möglichen Ausführungsform ist der zumindest eine Befestigungspunkt als eine von einer Wandung abragende Ausformung ausgebildet, so dass vorteilhaft an dieser abragenden Ausformung zumindest eine Brennstoffzellen-Systemkomponente
befestigbar ist. Zusätzlich oder alternativ ist das Gehäuse vorteilhaft über die abragende Ausformung in seinem Bauraum befestigbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an dem zumindest einen
Befestigungspunkt zumindest ein Befestigungselement angeordnet oder anordbar, wobei der Befestigungspunkt beispielsweise in Form der abragenden Ausformung als Aufnahme für das Befestigungselement dient. So kann in die abragende Ausformung beispielsweise ein Durchgangsloch eingebracht sein, in welchem ein als Schraube ausgeführtes
Befestigungselement anordbar ist. Denkbar ist auch, dass der Befestigungspunkt derart ausgeformt ist, dass ein Befestigungselement formschlüssig an diesem befestigbar ist, wobei es sich bei einem solchen Befestigungselement, beispielsweise um eine Klemme handeln kann.
In vorteilhafter Weise ist das Gehäuse aus Metall und/oder aus zumindest einem
Faserverbundkunststoff gebildet, wobei das Gehäuse vorteilhaft in der sogenannten Leichtbauweise hergestellt ist. Als Materialien eignen sich hierzu insbesondere eine Aluminium- und/oder Magnesiumlegierung und/oder Faserverbundkunststoffe. Da das Gehäuse in Leichtbauweise hergestellt ist, ist ein Gewicht des Gehäuses vergleichsweise gering, wodurch z. B. eine Handhabung zur Montage des Gehäuses in seinen Bauraum vereinfacht sein kann.
Besonders bevorzugt ist das Gehäuse mittels eines Gehäusedeckels verschließbar, in welchen zumindest eine Vorrichtung des Brennstoffzellen-Systems integriert ist. Dadurch, dass das Gehäuse mittels des Gehäusedeckels verschließbar ist, ist der in dem Gehäuse angeordnete Brennstoffzellen-Stapel vollständig umgeben und somit vor Beschädigungen geschützt. Zudem ist dadurch, dass in den Gehäusedeckel zumindest eine Vorrichtung des Brennstoffzellen-Systems, z. B. eine Vorrichtung zur Medienführung, integriert ist, das Brennstoffzellen-System Bauraum sparend ausgebildet, wobei ein mittels des Gehäusedeckels zur Verfügung stehender Bauraum optimal genutzt ist. Auch kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der Gehäusedeckel zumindest einen Befestigungspunkt zur Befestigung weiterer Brennstoffzellen-Systemkomponenten aufweist. Dadurch ist das Brennstoffzellen-System kompakt ausgebildet, wobei vorzugsweise alle erforderlichen und separaten Brennstoffzellen-Systemkomponenten an dem Gehäuse und/oder dem Gehäusedeckel angeordnet oder auch integriert sind.
Vorzugsweise sind bzw. ist die Wandungen und/oder der Gehäusedeckel zumindest abschnittsweise elektrisch isolierend ausgebildet, so dass mittels des Gehäuses eine Isolationsstrecke gebildet werden kann. Durch die Bildung einer Isolationsstrecke mittels des Gehäuses selbst, ist eine kostengünstige Lösung angegeben, da zur elektrischen Isolation keine weiteren Komponenten erforderlich sind.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft möglich, dass die Wandungen und/oder der
Gehäusedeckel zumindest abschnittsweise thermisch isolierend ausgebildet sind bzw. ist. Ist das Gehäuse thermisch isolierend ausgebildet, ist ein Wärmemanagement des Brennstoffzellen-Stapels erheblich verbessert, wobei die thermische Isolation mittels des Gehäuses, insbesondere in Bezug auf eine Kaltstartfähigkeit des Brennstoffzellen- Systems, von Vorteil ist.
Vorteilhaft sind im Gehäuse angeordnete Brennstoffzellen-Systemkomponenten mit dem Brennstoffzellen-Stapel thermisch gekoppelt, wodurch ebenfalls eine Kaltstartfähigkeit verbessert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses für einen
Brennstoffzellen-Stapel,
Fig. 2 schematisch eine perspektivische Ansicht des Gehäuses mit teilweise
eingeschobenem Brennstoffzellen-Stapel und an diesem angeordneten Gehäusedeckel und
Fig. 3 schematisch eine perspektivische Ansicht des Gehäuses im
geschlossenen Zustand. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses 1 für einen in teilweise in Figur 2 dargestellten Brennstoffzellen-Stapel 2. Der Brennstoffzellen-Stapel 2 ist
Bestandteil eines Brennstoffzellen-Systems, mittels dessen elektrische Energie erzeugt wird, die in kinetische Energie umgewandelt wird. Ein solches Brennstoffzellen-System ist vorzugsweise in einem Fahrzeug oder einem Transportmittel angeordnet.
Das Gehäuse 1 ist im Wesentlichen kastenförmig ausgebildet und weist eine offene Seite auf, in die der Brennstoffzellen-Stapel 2 bei Anordnung desselben in dem Gehäuse 1 einschiebbar ist, wie Figur 2 zeigt.
Um zu erreichen, dass das Gehäuse 1 ein vergleichsweise geringes Gewicht aufweist, ist das Gehäuse 1 in der sogenannten Leichtbauweise hergestellt. Dazu ist das Gehäuse 1 aus Metall, z. B. aus einer Aluminium- und/oder aus einer Magnesiumlegierung, und/oder aus Faserverbundkunststoff, wie z. B. aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff und/oder aus kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff gebildet.
Wie oben beschrieben, ist in dem Gehäuse 1 der Brennstoffzellen-Stapel 2 angeordnet, wobei Wandungen 1.1 des Gehäuses 1 zur Erhöhung einer Schutzwirkung für den Brennstoffzellen-Stapel 2 eine verstärkende Struktur S aufweisen. Mittels der
verstärkenden Struktur S sind die Wandungen 1.1 versteift, wodurch das Gehäuse 1 stabiler, insbesondere gegenüber Deformationen, ausgebildet ist.
Dabei ist die verstärkende Struktur S als Rippen ausgebildet, die quaderförmig und wabenförmig an der jeweiligen Wandung 1.1 des Gehäuses 1 ausgebildet sind. Die Rippen, die zur Bildung einer Quaderform an der Wandung 1.1 ausgebildet sind, weisen gegenüber den Rippen, die die Wabenform bilden, größere Abmessungen auf. Dadurch überragen die Rippen der Quaderformen die Rippen, die wabenförmig angeordnet sind.
Zusätzlich oder alternativ kann die verstärkende Struktur S andere Formen aufweisen, wobei auch vorgesehen sein kann, dass ein oder mehrere nicht gezeigte separate
Verstärkungselemente an einer oder mehreren Wandungen 1.1 des Gehäuses 1 befestigt ist bzw. sind. Zudem können im Inneren des Gehäuses 1 in den Eckbereichen Führungselemente 3 angeordnet sein, die das Einschieben eines Brennstoffzellen-Stapels 2 erleichtern. Die Führungselemente 3 können aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein, wie z.B. einem elektrisch isolierenden Kunststoff. Dies verbessert die elektrischen Isolation des Brennstoffzellen-Stapels 2 und ist besonders vorteilhaft, wenn das Gehäuse 1 aus einem Metall oder einem anderen elektrisch leitenden Material gebildet ist.
Das Gehäuse 1 dient insbesondere dem Schutz des Brennstoffzellen-Stapels 2 und bildet die Tragstruktur desselben.
Zudem ist es möglich, den Brennstoffzellen-Stapel 2 sowohl elektrisch als auch thermisch zu isolieren, wobei der Brennstoffzellen-Stapel 2 hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit mittels des Gehäuses 1 gegenüber seiner Umwelt elektronisch
abgeschirmt ist und dadurch auch ein Brandschutz erhöht werden kann.
Vorzugsweise ist das Gehäuse 1 zur Bildung einer Isolationsstrecke, insbesondere als Berührschutz, zumindest abschnittsweise elektrisch isoliert ausgeführt, wobei solche Abschnitte bevorzugt gekennzeichnet sind, so dass eine Person bei Handhabung des Gehäuses 1 mit dem Brennstoffzellen-Stapel 2 auf eine mögliche Gefahr aufmerksam gemacht wird.
Darüber hinaus ist der Brennstoffzellen-Stapel 2 mittels des Gehäuses 1 , insbesondere aufgrund der die Wandungen 1.1 verstärkenden Struktur S im Wesentlichen vor
Deformationen bei in das Fahrzeug kollisionsbedingt stattfindender Intrusion geschützt. Das Gehäuses 1 stellt also einen mechanischen Schutz für den Brennstoffzellen-Stapel 2 dar. Bei kollisionsbedingter Beschleunigung erfolgt mittels des Gehäuses 1 eine verminderte bzw. optimierte Krafteinleitung, z. B. durch ein gebildetes sogenanntes Fest- Los-Lager und/oder eine flexible Abstützung im Gehäuse 1 , zumindest in den
Brennstoffzellen-Stapel 2.
Auch ist es möglich, dass das Gehäuse 1 zur Integration von Funktionen des
Brennstoffzellen-Systems, wie z. B. eine Entlüftungsfunktion zum Druckabbau,
Drainagefunktion und/oder als Isolationsstrecke, genutzt wird. Entsprechend der gewünschten zu integrierenden Funktion ist das Material zur Herstellung des Gehäuses 1 gewählt, wobei das Gehäuse 1 vorzugsweise dicht ausgebildet ist. Dazu kann auch vorgesehen sein, dass das Gehäuse 1 aus mehreren Materialien gebildet ist, so dass das Gehäuse 1 zumindest abschnittsweise thermisch und/der elektrisch isoliert ist. In dem Gehäuse 1 sind weitere Brennstoffzellen-Systemkomponenten anordbar, die bevorzugt mit dem Brennstoffzellen-Stapel 2 thermisch gekoppelt sind, so dass eine Kaltstartfähigkeit des Brennstoffzellen-Systems verbessert ist.
An den Wandungen 1.1 im Bereich der verstärkenden Struktur S sind
Befestigungspunkte B1 bis B3 ausgeformt, die zur Befestigung von nicht näher dargestellten Brennstoffzellen-Systemkomponenten dienen. Z. B. ist ein Kompressor, eine Befeuchtungsvorrichtung, eine Stromversorgungseinheit (power distribution unit), ein lonentauscher, ein Partikelfilter, Ventile, ein elektrischer Turbolader (electric turbocharger, ETC) inklusive zugeordneter Elektronik, ein Wärmetauscher und/oder dergleichen als Brennstoffzellen-Systemkomponente bzw. -Systemkomponenten an den
Befestigungspunkten B1 bis B3 anordbar. Die Befestigungspunkte B1 bis B3 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 an einer flächenmäßig großen
Wandung 1.1 des Gehäuses 1 ausgebildet.
Zu den Brennstoffzellen-Systemkomponenten, die an dem Gehäuse 1 befestigt werden können, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Komponenten des
Antriebsstranges eines Brennstoffzellenfahrzeugs (Fahrzeug mit Elektroantrieb, dessen elektrische Antriebsenergie zumindest teilweise durch einen Brennstoffzellen-Stapel erzeugt wird) gezählt. Zu diesen Antriebsstrang-Komponenten gehören u.a. der elektrische Antriebsmotor, die Leistungselektronik, eine Vakuumpumpe des
Bremssystems, Teile einer etwaigen Klimaanlage, Schalldämpfer, Filtergehäuse und/oder dergleichen.
Erste Befestigungspunkte B1 sind als von der Wandung 1.1 abragende nasenförmige Ausformungen ausgebildet, auf die zumindest eine Brennstoffzellen-Systemkomponente beispielsweise aufsteckbar ist, so dass die Brennstoffzellen-Systemkomponente formschlüssig an dem Gehäuse 1 befestigbar ist.
Denkbar ist auch, dass die ersten Befestigungspunkte B1 in Form der nasenförmigen Ausformungen Durchgangslöcher aufweisen, in welchen jeweils ein Befestigungselement, insbesondere eine Schraube anordbar ist, so dass die Brennstoffzellen- Systemkomponente alternativ oder zusätzlich kraftschlüssig an dem Gehäuse 1 befestigbar ist. Wiederum zusätzlich oder alternativ kann die jeweilige Brennstoffzellen- Systemkomponente auch stoffschlüssig an den ersten Befestigungspunkten B1 befestigt sein.
Zweite Befestigungspunkte B2 an der Wandung 1.1 des Gehäuses 1 sind ähnlich wie die zu einer Quadratform ausgeformten Rippen der verstärkenden Struktur S ausgebildet. Dadurch sind die zweiten Befestigungspunkte B2 rahmenförmig ausgebildet, wobei die die Rahmenform bildenden Elemente die verstärkende Struktur S der Wandung 1.1 überragen.
Zumindest eine Brennstoffzellen-Systemkomponente kann an die zweiten
Befestigungspunkte B2 geklemmt und/oder eingesteckt und/oder anderweitig, wie auch kraft- und/oder stoffschlüssig befestigt werden.
An der Wandung 1.1 ausgebildete dritte Befestigungspunkte B3 sind ebenfalls als so bezeichnete Steckplätze zur formschlüssigen Befestigung von Brennstoffzellen- Systemkomponenten ausgebildet, wobei es beispielsweise mittels geeigneter Hilfsmittel möglich ist, die jeweilige Brennstoffzellen-Systemkomponente zusätzlich oder alternativ kraft- und/oder stoffschlüssig an den dritten Befestigungspunkten B3 zu befestigen.
Beispielsweise ist jeweils eine Brennstoffzellen-Systemkomponente an beiden jeweiligen Befestigungspunkten B1 bis B3 befestigbar oder es ist jeweils eine Systemkomponente an einem Befestigungspunkt B1 bis B3 befestigbar.
Auch können die Befestigungspunkte B1 bis B3 andere geeignete Formen aufweisen, wobei die Befestigungspunkte B1 bis B3 immer im Bereich der verstärkenden Struktur S der jeweiligen Wandung 1.1 des Gehäuses 1 ausgebildet sind.
Einer oder mehrere der Befestigungspunkte B1 können in einer möglichen Ausgestaltung zur Befestigung des Gehäuses 1 in seinem vorgesehenen Bauraum vorgesehen sein, so dass der oder die Befestigungspunkte B1 bis B3 als Lagerstellen für das Gehäuse 1 dienen.
Mittels der Befestigungspunkte B1 bis B3 sind verschiedene Brennstoffzellen- Systemkomponenten an dem Gehäuse 1 befestigbar, so dass das Brennstoffzellen- System zumindest teilweise kompakt ausgebildet ist und kein weiterer Bauraum zur Anordnung von Brennstoffzellen-Systemkomponenten erforderlich ist. Da das Gehäuse 1 mehrere Befestigungspunkte B1 bis B3 aufweist, die auch als
Lagerstellen genutzt werden können, kann das Gehäuse 1 mit Brennstoffzellen-Stapel 2 und Brennstoffzellen-Systemkomponenten flexibel in einem zur Verfügung stehenden Bauraum angeordnet und befestigt werden.
In Figur 2 ist der teilweise in das Gehäuse 1 eingeschobene Brennstoffzellen-Stapel 2 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt, wobei das Gehäuse 1 in Figur 3 im
geschlossenen Zustand gezeigt ist.
An dem Brennstoffzellen-Stapel 2 ist ein Gehäusedeckel 4 zum dichten Verschließen des Gehäuses 1 angeordnet und vorzugsweise zumindest formschlüssig befestigt. Dabei kann zwischen Gehäuse 1 und Gehäusedeckel 4 eine umlaufende Dichtung angeordnet sein, um das Gehäuse 1 weitestgehend fluidisch dicht auszubilden.
Bevorzugt sind in den Gehäusedeckel 4 weitere Bestandteile des Brennstoffzellen- Systems integriert, so dass der mittels des Gehäusedeckels 4 zur Verfügung stehende Bauraum optimal genutzt ist. Beispielsweise können in den Gehäusedeckel 4
Vorrichtungen zur Wasserstoff-Vorkonditionierung und/oder zur Medienführung und/oder Sensoranschlussstellen zur Medienmessung als weitere Bestandteile integriert sein. Diese Vorrichtungen können ihrerseits weitere Anbindungspunkte für Brennstoffzellen- Systemkomponenten bilden.
Des Weiteren kann der Gehäusedeckel 4 weitere ausgebildete Befestigungspunkte zur Anordnung von Brennstoffzellen-Systemkomponenten aufweisen.
Der Gehäusedeckel 4 ist aus einem Material gebildet, welches entsprechend
gewünschter Anforderungen, wie z. B. zur elektrischen und/oder zur thermischen Isolation geeignet ist. Auch kann der Gehäusedeckel 4 aus verschiedenen Materialien gebildet sein, so dass der Gehäusedeckel 4 beispielsweise zumindest abschnittsweise elektrisch isoliert, um die Isolationsstrecke des Gehäuses 1 weiterzuführen.
In dem mittels des Gehäusedeckels 4 geschlossenen Gehäuses 1 herrscht vorteilhaft eine gleichmäßige Temperaturverteilung, wodurch die Entlüftungsfunktion des
Gehäuses 1 zum Druckausgleich optimiert ist. Durch die gleichmäßige
Temperaturverteilung kann zusätzlich erreicht werden, dass weniger
Kondensationsprobleme im Medienführungs^ und Entlüftungsbereich auftreten. Die Medienführung innerhalb des Gehäuses 1 und/oder des Gehäusedeckels 4 kann mit flexiblen Querschnittsgeometrien realisiert werden, wodurch der erforderliche Bauraum reduziert werden kann.
Zwischen dem Brennstoffzellen-Stapel 2 und dem Gehäuse 1 sind der Entlüftungs- und der Drainagebereich ausgebildet, die insbesondere für die Wasserstoffkonzentration und die Feuchtigkeit erforderlich ist, wobei die Entlüftungsfunktion aufgrund der
gleichmäßigen Temperaturverteilung im Gehäuse 1 verbessert ist.
Bevorzugt sind innerhalb des Gehäuses 1 angeordnete Brennstoffzellen- Systemkomponenten mit dem Brennstoffzellen-Stapel 2 thermisch gekoppelt, wodurch der Wasserstoff vorkonditionierbar ist. Weiterhin ist durch die thermische Kopplung die Kaltstartfähigkeit des Brennstoffzellen-Systems verbessert.
Das Gehäuse 1 mit dem Gehäusedeckel 4 bildet ein Multifunktionsbauteil für ein
Brennstoffzellen-System, wobei mittels eines derart ausgebildeten Gehäuses 1 für einen Brennstoffzellen-Stapel 2 Kosten, Gewicht, Bauraum, eine Anzahl von Bauteilen und dadurch bedingt eine Montagezeit bei der Herstellung des Brennstoffzellen-Systems eingespart werden können.
Durch die verschieden ausgebildeten und an der entsprechenden Wandung 1.1 angeordneten Befestigungspunkte B1 bis B3 als Lagerstellen ist es möglich, das
Gehäuse 1 in verschiedenen zur Verfügung stehenden Bauräumen zu verbauen.
Mittels des mittels des Gehäusedeckels 4 verschlossenen Gehäuses 1 kann eine Vielzahl von erforderlichen Funktionen in Bezug auf den Brennstoffzellen-Stapel 2 und somit auch in Bezug auf das Brennstoffzellen-System vereinfacht werden, zumal das Gehäuse 1 eine kompakte Baueinheit des Brennstoffzellen-Systems darstellt.
In einer möglichen Ausführungsform kann in dem Gehäuse 1 im Vergleich zur Umgebung ein erhöhter Druck vorherrschen, wodurch ein Innendruck im Brennstoffzellen-Stapel 2 kompensiert werden kann.
Das verschließbare Gehäuse 1 ist eine vergleichsweise kleine kompakte raumsparende Konstruktion für ein Brennstoffzellen-System, wobei das Gehäuse 1 mehrere oben beschriebene Funktionen gleichzeitig erfüllt. Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
1.1 Wandung
2 Brennstoffzellen-Stapel
3 Führungselement
4 Gehäusedeckel
B1 erster Befestigungspunkt
B2 zweiter Befestigungspunkt
B3 dritter Befestigungspunkt
5 verstärkende Struktur

Claims

Patentansprüche
1. Gehäuse (1) für einen Brennstoffzellen-Stapel (2), wobei zumindest eine
Wandung (1.1) zumindest bereichsweise eine die Wandung (1.1) verstärkende Struktur (S) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in einem Bereich mit einer
verstärkenden Struktur (S) zumindest ein Befestigungspunkt (B1 bis B3) zur Befestigung zumindest einer Brennstoffzellen-Systemkomponente und/oder zur Lagerung des Gehäuses (1) in einem Bauraum ausgebildet ist.
2. Gehäuse (1) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkende Struktur (S) als Rippen, die eine Wabenform und/oder eine Quadratform aufweisen, ausgebildet ist.
3. Gehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Befestigungspunkt (B1 bis B3) als eine von einer Wandung (1.1) abragende Ausformung ausgebildet ist.
4. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass an dem zumindest einen
Befestigungspunkt (B1 bis B3) zumindest ein Befestigungselement angeordnet oder anordbar ist.
5. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) aus Metall und/oder aus zumindest einem Faserverbundkunststoff gebildet ist.
6. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) mittels eines Gehäusedeckels (4) verschließbar ist, in welchen zumindest eine Vorrichtung des Brennstoffzellen- Systems integriert ist.
7. Gehäuse (1) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (4) zumindest einen weiteren Befestigungspunkt zur Befestigung weiterer Brennstoffzellen-Systemkomponenten aufweist.
8. Gehäuse (1) nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen (1.1) und/oder der
Gehäusedeckel (4) zumindest abschnittsweise elektrisch isolierend ausgebildet sind bzw. ist.
9. Gehäuse (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen (1.1) und/oder der
Gehäusedeckel (4) zumindest abschnittsweise thermisch isolierend ausgebildet sind bzw. ist.
10. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (1) angeordnete Brennstoffzellen- Systemkomponenten mit dem Brennstoffzellen-Stapel (2) thermisch gekoppelt sind.
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