EP4062473A1 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

Brennstoffzellensystem

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Publication number
EP4062473A1
EP4062473A1 EP20800095.0A EP20800095A EP4062473A1 EP 4062473 A1 EP4062473 A1 EP 4062473A1 EP 20800095 A EP20800095 A EP 20800095A EP 4062473 A1 EP4062473 A1 EP 4062473A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel cell
protection device
cell stack
housing
explosion protection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20800095.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lutz Schilling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4062473A1 publication Critical patent/EP4062473A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/16—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C4/00—Flame traps allowing passage of gas but not of flame or explosion wave
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • 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
    • 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 fuel cell system comprising a fuel cell stack with at least two fuel cells and a housing with a housing wall.
  • the invention also relates to a vehicle.
  • a fuel cell is an electrochemical cell that converts the chemical reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidizing agent into electrical energy.
  • a fuel cell is therefore an electrochemical energy converter.
  • hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) in particular are converted into water (H 2 O), electrical energy and heat.
  • Proton exchange membrane fuel cells have a centrally arranged membrane that is permeable to protons, i.e. hydrogen ions.
  • the oxidizing agent in particular atmospheric oxygen, is thereby spatially separated from the fuel, in particular hydrogen.
  • SOFC fuel cells Solid oxide fuel cells, which are also referred to as SOFC fuel cells, are also known. SOFC fuel cells have a higher operating temperature and exhaust gas temperature than PEM fuel cells. SOFC fuel cells are used in particular in stationary operation.
  • Fuel cells have an anode and a cathode.
  • the fuel is fed to the anode of the fuel cell and is catalytically oxidized by releasing electrons to protons, which reach the cathode.
  • the submitted Electrons are diverted from the fuel cell and flow to the cathode via an external circuit.
  • the oxidizing agent in particular atmospheric oxygen, is supplied to the cathode of the fuel cell and reacts by absorbing electrons from the external circuit and protons to form water. The resulting water is drained from the fuel cell.
  • the gross response is:
  • a voltage is applied between the anode and the cathode of the fuel cell.
  • several fuel cells can be arranged mechanically one behind the other to form a fuel cell stack, which is also referred to as a stack, and electrically connected in series.
  • the fuel cell stack can be surrounded by a housing.
  • Fuel cell stacks can include several hundred fuel cells and a corresponding number of seals.
  • the housing In order to prevent an explosive mixture from accumulating in the housing, the housing is usually ventilated with ambient air, which is also referred to as ventilation. Housings are optimized with regard to the ventilation of the explosive mixture.
  • explosion pressures of up to 850 kPa can occur. It is therefore necessary to prevent the formation of an ignitable or explosive mixture, for example by ventilation, and / or to make the housing of the fuel cell stack pressure-tight to execute. This results in additional costs and the housing with the fuel cell stack is heavier.
  • DE 10031 238 A1 describes a fuel cell system with at least one fuel cell unit introduced into a fuel cell box.
  • a ventilation means with a flushing medium supply line opening into the fuel cell box and a flushing medium outlet line opening out of the fuel cell box are described. Furthermore, the ventilation means have an explosion-proof fan.
  • DE 10001 717 CI is directed to a fuel cell system with at least one fuel cell unit which is housed in a fuel cell box.
  • An air flow for ventilation, a cathode gas flow, a cold start gas flow, a recirculated cathode exhaust gas flow or a recirculated anode exhaust gas flow are increased.
  • the system can be equipped with a ventilation means for a housing outside the fuel cell box.
  • a fuel cell system comprising a fuel cell stack with at least two fuel cells, a housing with a housing wall and at least one explosion protection device, the fuel cell stack and the at least one explosion protection device being arranged in the housing and the at least one explosion protection device at least partially free space in the housing limited.
  • the free space preferably has a first cross-sectional area and a second cross-sectional area and the second cross-sectional area is more preferably by a factor of at least 4, more preferably by a factor of at least 5, in particular by a factor of at least 8, for example by a factor of 10, larger than the first cross-sectional area.
  • a shock wave detonation is an extreme form of explosion.
  • a detonation develops in particular from a turbulent combustion, which is also known as deflagration.
  • a turbulent combustion which is also known as deflagration.
  • a certain space or a path length is required for the detonation to develop.
  • a shock wave can be decoupled from a flame front through technical structures in the explosion space, in particular through the at least one explosion protection device in the housing, which leads to a conversion of the detonation back into turbulent combustion.
  • the maximum explosion pressure and the speed of propagation are greatly reduced.
  • a sudden expansion of the cross-sectional area preferably in a ratio of 1 to at least 4, can decouple the flame front and shock wave.
  • the expansion of the cross-sectional area represents a sudden expansion of the geometry in which the detonation moves.
  • the at least one explosion protection device serves to suppress an explosion in the housing that surrounds the fuel cell stack, wherein the detonation can be converted back into turbulent combustion.
  • the enlargement from the first cross-sectional area to the second cross-sectional area is preferably designed in steps, in particular with exactly one step.
  • the enlargement of the cross section is therefore particularly abrupt.
  • no funnel and / or diffuser is arranged between the first cross-sectional area and the second cross-sectional area.
  • a wall delimiting the free space preferably has a bend at an angle of 90 °, in particular between the first cross-sectional area and the second cross-sectional area.
  • an orifice plate can be used in a pipe.
  • the at least one explosion protection device is preferably designed as an at least partially circumferential collar around the fuel cell stack.
  • the free space is further preferably delimited by the at least partially circumferential collar, the housing wall and the fuel cell stack.
  • the at least partially circumferential collar can also be referred to as a frame or collar around the fuel cell stack.
  • the at least one explosion protection device in particular the at least partially circumferential collar, preferably extends into an empty space, which can also be referred to as dead volume, between the fuel cell stack and the housing wall.
  • the fuel cell stack preferably has two end surfaces and a jacket surface.
  • An end plate is preferably arranged on each of the end faces of the fuel cell stack.
  • the lateral surface is preferably aligned essentially parallel to a stacking direction of the fuel cell stack and essentially perpendicular to the at least two fuel cells.
  • the end plates are usually used to press the at least two fuel cells together and to ensure the stability of the fuel cell stack.
  • the end plates also serve as the positive pole or negative pole of the fuel cell stack for diverting the current from the fuel cell stack.
  • the at least partially circumferential collar is preferably arranged on the lateral surface of the fuel cell stack. More preferably, the at least partially circumferential collar extends at an angle in a range from 45 ° to 90 °, more preferably from 80 ° to 90 °, from the lateral surface. The at least partially circumferential collar preferably extends from the jacket surface of the fuel cell stack in the direction of the housing wall.
  • the at least partially circumferential collar preferably surrounds a circumference of the jacket surface of the fuel cell stack by at least 80%, more preferably at least 90% and in particular at least 95%, based on the length of the total circumference of the jacket surface, at the point where the at least partially circumferential flange Bund is arranged. More preferably, the at least partially circumferential collar is a fully encircling collar that has the Completely encloses the fuel cell stack, in particular along the lateral surface.
  • the at least one explosion protection device is designed as a plate, the plate being arranged between two of the at least two fuel cells.
  • the plate is preferably arranged essentially parallel to the fuel cells. More preferably, the plate has at least one edge area which can form the at least partially circumferential collar.
  • the plate which can also be referred to as an intermediate plate, preferably has a larger area than one of the at least two fuel cells, so that the at least one edge area, in particular in the form of the at least partially circumferential collar, protrudes beyond the outer surface of the fuel cell stack.
  • the plate is made of an electrically conductive material to conduct electricity between the fuel cells.
  • the at least partially circumferential collar is preferably not electrically conductive; this can be achieved by coating, anodizing, painting or inserting a non-electrically conductive material.
  • the first cross-sectional area of the free space is preferably arranged in a sectional plane of the at least partially circumferential collar or plate that is oriented essentially perpendicular to the stacking direction of the fuel cell stack.
  • the second cross-sectional area is preferably arranged between the fuel cell stack and the housing wall, in particular in a sectional plane of a fuel cell adjacent to the at least partially circumferential collar or plate, the sectional plane of the adjacent fuel cell being oriented essentially perpendicular to the stacking direction of the fuel cell stack.
  • the fuel cell stack preferably comprises more than 150 fuel cells, more preferably more than 250 fuel cells and in particular more than 450, for example 500 fuel cells.
  • the fuel cell stack can comprise up to 600 fuel cells, preferably up to 500 fuel cells.
  • the fuel cell system preferably comprises more than one explosion protection device, for example two or three or more than three explosion protection devices. At least two explosion protection devices are preferably arranged at an angle of less than 30 °, more preferably at an angle of less than 10 °, in particular essentially parallel to one another in the housing.
  • the fuel cell stack preferably has a total height that extends over all of the fuel cells stacked in the fuel cell stack, the end plates preferably not being taken into account.
  • the total height is usually measured essentially parallel to the stacking direction.
  • At least one of the at least one explosion protection device is preferred in a range from 25% to 75%, more preferably in a range from 40% to 60%, in particular in a range from 45% to 55%, for example at 50%, of the total height of the Arranged fuel cell stack. Given a number of, for example, 500 fuel cells in the fuel cell stack, this would correspond to an arrangement adjacent to a 250th fuel cell in the fuel cell stack.
  • the fuel cell system comprises more than one explosion protection device, for example three explosion protection devices
  • one of the more than one explosion protection devices is in a range from 20% to 30% of the total height of the fuel cell stack, more preferably in a range from 23% to 27% % of the total height of the fuel cell stack is arranged. It is also preferred that one of the more than one explosion protection devices is arranged in a range from 70% to 80%, more preferably in a range from 73% to 77% of the total height of the fuel cell stack.
  • a first explosion protection device may be adjacent to a 125th fuel cell
  • a second explosion protection device may be adjacent to a 250th fuel cell
  • a third explosion protection device can be arranged adjacent to a 375th fuel cell.
  • Fuel cell stacks tend to sag, especially when installed horizontally, and are prone to impacts and vibrations, for example on uneven roads, with the seals of the fuel cells being unevenly loaded, so that gas leaks and coolant leaks are favored.
  • the at least one explosion protection device in particular designed as a plate, additionally offers a support between the fuel cell stack and the housing, so that bending and / or vibration are reduced.
  • the fuel cell stack is preferably arranged horizontally during operation, the at least two fuel cells and optionally the end plates further preferably having an essentially vertical orientation and the stacking direction correspondingly being essentially horizontal.
  • a gap is preferably formed between the at least one explosion protection device and the housing wall.
  • the gap has a rectangular cross-sectional area.
  • the first cross-sectional area of the free space is preferably arranged in a sectional plane of the gap, the sectional plane of the gap further preferably being oriented essentially perpendicular to the stacking direction of the fuel cell stack. More preferably, the free space is at least partially formed by the gap.
  • the at least one explosion protection device preferably has at least one bore which is more preferably arranged between the fuel cell stack and the housing wall.
  • the at least one bore is preferably arranged in the at least partially circumferential collar. More preferably, the first cross-sectional area of the free space is arranged in a sectional plane of the at least one bore, the sectional plane of the at least one bore particularly preferably being oriented essentially perpendicular to the stacking direction of the fuel cell stack.
  • the at least one bore preferably has a cylindrical shape, so that a cylindrical empty space is formed by the at least one bore, the cylindrical empty space preferably being part of the free space.
  • the at least one bore preferably has a round cross section.
  • a drilling axis of the at least one bore is preferably arranged at an angle of less than 30 ° to the stacking direction of the fuel cell stack, in particular parallel to the stacking direction.
  • the at least one explosion protection device is preferably electrically isolated from the housing.
  • the at least one explosion protection device in particular the at least partially circumferential collar or the plate, can have an electrically insulating coating.
  • the electrical insulation of the at least one explosion device from the housing can also be achieved through the gap.
  • the housing can be made of an electrically non-conductive material.
  • the gap can also be used to ventilate the housing to avoid the formation of an explosive mixture.
  • the at least one explosion protection device in particular the at least partially circumferential collar or the plate, can have recesses such as the at least one bore for ventilation.
  • a flame arrester such as a metal screen is preferably also arranged in the housing.
  • the metal sieve is preferably close-meshed. Close-meshed means in particular that a ratio of a material of the metal screen to an open space is 1: 1 or greater.
  • the metal screen can be formed by a wire, the wire having a thickness of 2 mm and the distance to an adjacent wire being 1 mm.
  • the flame barrier is preferably arranged at a distance in a range from one to several times a diameter of the first cross-sectional area to the at least one explosion protection device.
  • the flame arrester is preferably arranged behind the at least one explosion protection device in the direction of movement of the detonation.
  • the invention also relates to a vehicle comprising the fuel cell system. Advantages of the invention
  • the flame front and shock wave can be decoupled in the event of a detonation so that the detonation can be converted into turbulent combustion or converted back.
  • the maximum explosion pressure and the speed of propagation are greatly reduced.
  • Ventilation of the fuel cell housing and a pressure-resistant design of the housing are no longer required or can be reduced, so that weight and costs can be saved.
  • the structural structures of the at least one explosion protection device lead to an increased resistance of the fuel cell stack to bending and vibration, so that the mechanical stability is improved.
  • Figure 1 is a schematic representation of a fuel cell stack
  • Figure 2 is a section of a fuel cell system
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view of a fuel cell system
  • FIG. 4 shows an enlarged sectional view of a further embodiment of a fuel cell system
  • Figure 5 is a schematic representation of a free space in a fuel cell system.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a fuel cell stack 3 with a plurality of fuel cells 5.
  • Each fuel cell 5 has a membrane 31, two gas diffusion layers 33, an anode 35 and a cathode 37.
  • the individual fuel cells 5 are delimited from one another by bipolar plates 39, which can include a cooling plate 41.
  • the fuel cell stack 3, to which hydrogen and oxygen as well as a coolant are supplied, is terminated by two end plates 43 and has current collectors 45.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a section of a fuel cell system 1.
  • a fuel cell stack 3 comprising a plurality of fuel cells 5 is arranged in a housing 7, which has a housing wall 9. Furthermore, an explosion protection device 11 with the fuel cell stack 3 is arranged in the housing 7.
  • the explosion protection device 11 is designed as a plate 21 which has an edge region 23.
  • the edge region 23 represents a circumferential collar 19 around the fuel cell stack 3.
  • the fuel cell stack 3 represents a layering of the plurality of fuel cells 5 and the explosion protection device 11 and has an overall height 25.
  • FIG. 3 shows an enlarged sectional view of the fuel cell system 1 according to FIG. 2. It can be seen that a gap 27 is formed between the circumferential collar 19 and the housing wall 9.
  • a free space 13 is formed in the housing 7 outside the fuel cell stack 3.
  • the free space 13 has a first cross-sectional area 15, which is delimited by the explosion protection device 11 and the housing wall 9, and a second cross-sectional area 17, which is delimited by the fuel cell stack 3 and the housing wall 9.
  • the second cross-sectional area 17 is larger than the first cross-sectional area 15 by a factor of at least 4.
  • shock waves and flame fronts can be decoupled in the event of a developing detonation.
  • FIG. 4 shows an enlarged sectional view of a further embodiment of a fuel cell system 1. As in FIG. 4
  • Explosion protection device 11 designed as a plate 21 between fuel cells 5.
  • the explosion protection device 11 extends as far as the housing wall 9.
  • the plate 21 has an edge region 23 which is provided with a bore 29.
  • a drilling axis 28 of the bore 29 is oriented essentially parallel to a stacking direction 30 of the fuel cell stack 3.
  • the free space 13 has a first cross-sectional area 15 which is arranged in the bore 29 and is therefore only delimited by the explosion protection device 11.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a free space 13 in a fuel cell system 1.
  • the free space 13 has a sudden widening 16, which results from the different sizes of a first cross-sectional area 15 and a second cross-sectional area 17 of the free space 13 results.
  • the widening 16 is particularly referred to as sudden, since a wall 12 delimiting the free space 13 has a kink at an angle 14 of 90 °.
  • a direction of movement 18 of the detonation is directed from the first cross-sectional area 15 to the second cross-sectional area 17.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1) umfassend einen Brennstoffzellenstapel (3) mit mindestens zwei Brennstoffzellen (5), ein Gehäuse (7) mit einer Gehäusewand (9) und mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung (11), wobei der Brennstoffzellenstapel (3) und die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung (11) in dem Gehäuse (7) angeordnet sind und die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung (11) zumindest teilweise einen freien Raum (13) in dem Gehäuse (7) begrenzt.

Description

Brennstoffzellensystem
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem umfassend einen Brennstoffzellenstapel mit mindestens zwei Brennstoffzellen und ein Gehäuse mit einer Gehäusewand. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug.
Stand der Technik
Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Eine Brennstoffzelle ist also ein elektrochemischer Energiewandler. Bei bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) in Wasser (H2O), elektrische Energie und Wärme gewandelt.
Unter anderem sind Protonenaustauschmembranen (Proton Exchange Membrane = PEM)-Brennstoffzellen bekannt. Protonenaustauschmembran- Brennstoffzellen weisen eine zentral angeordnete Membran auf, die für Protonen, also Wasserstoffionen, durchlässig ist. Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich von dem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, getrennt.
Ferner sind Festoxidbrennstoffzellen, die auch als SOFC-Brennstoffzellen bezeichnet werden, bekannt. SOFC-Brennstoffzellen besitzen eine höhere Betriebstemperatur und Abgastemperatur als PEM-Brennstoffzellen. SOFC- Brennstoffzellen finden insbesondere im stationären Betrieb Anwendung.
Brennstoffzellen weisen eine Anode und eine Kathode auf. Der Brennstoff wird an der Anode der Brennstoffzelle zugeführt und katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert, die zur Kathode gelangen. Die abgegebenen Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen externen Stromkreis zur Kathode.
Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, wird an der Kathode der Brennstoffzelle zugeführt und reagiert durch Aufnahme der Elektronen aus dem externen Stromkreis und Protonen zu Wasser. Das so entstandene Wasser wird aus der Brennstoffzelle abgeleitet. Die Bruttoreaktion lautet:
O2 + 4H+ + 4E — 2H2O
Zwischen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle liegt dabei eine Spannung an. Zur Erhöhung der Spannung können mehrere Brennstoffzellen mechanisch hintereinander zu einem Brennstoffzellenstapel, der auch als Stack bezeichnet wird, angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet werden. Der Brennstoffzellenstapel kann von einem Gehäuse umgeben sein.
Die einzelnen Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstapels sind üblicherweise mit einer Elastomerdichtung gegeneinander abgedichtet. Brennstoffzellenstapel können mehrere hundert Brennstoffzellen und eine entsprechende Anzahl an Dichtungen umfassen.
Im üblichen Betrieb des Brennstoffzellenstapels können kleine Mengen Wasserstoff über die Dichtungen entweichen. Im Schadensfall in einer oder mehreren Dichtungen können auch größere Mengen Wasserstoff entweichen und durch den entwichenen Wasserstoff kann es zur Bildung eines explosiven Gemischs, insbesondere im Gehäuse, kommen.
Um eine Anreicherung eines explosiven Gemischs in dem Gehäuse zu verhindern, wird das Gehäuse üblicherweise mit Umgebungsluft belüftet, was auch als Ventilation bezeichnet wird. Gehäuse werden bezüglich der Ventilation des explosiven Gemischs optimiert.
Beispielsweise für ein stöchiometrisches Wasserstoff-Luft-Gemisch können Explosionsdrücke von bis zu 850 kPa auftreten. Daher ist es nötig, die Bildung eines zündfähigen oder explosiven Gemischs, beispielsweise durch Ventilation, zu verhindern und/oder das Gehäuse des Brennstoffzellenstapels druckfest auszuführen. Dadurch entstehen jeweils zusätzliche Kosten und das Gehäuse mit dem Brennstoffzellenstapel weist ein höheres Gewicht auf.
DE 10031 238 Al beschreibt ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer in eine Brennstoffzellenbox eingebrachte Brennstoffzelleneinheit. Ein Belüftungsmittel mit einer in die Brennstoffzellenbox einmündenden Spülmedienzufuhrleitung und einer aus der Brennstoffzellenbox ausmündenden Spülmedienauslassleitung sind beschrieben. Ferner weisen die Belüftungsmittel einen explosionsgeschützten Lüfter auf.
DE 10001 717 CI ist auf ein Brennstoffzellensystem mit wenigsten einer Brennstoffzelleneinheit gerichtet, die in einer Brennstoffzellenbox untergebracht ist. Ein Luftstrom für die Belüftung, ein Kathodengasstrom, ein Kaltstartgasstrom, ein rückgeführter Kathodenabgasstrom oder ein rückgeführter Anodenabgasstrom werden verstärkt. Das System kann mit einem Belüftungsmittel für ein Gehäuse außerhalb der Brennstoffzellenbox ausgerüstet sein.
In Pantow, E., Ausbreitung und Zerfall von Detonationsfronten in Wechselwirkung mit technischen Strukturen, Fortschrittberichte VDI, 330, Düsseldorf, VDI-Verlag, 1997, sind Randbedingungen für die Entstehung einer Explosion dargestellt.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, umfassend einen Brennstoffzellenstapel mit mindestens zwei Brennstoffzellen, ein Gehäuse mit einer Gehäusewand und mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung, wobei der Brennstoffzellenstapel und die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind und die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung zumindest teilweise einen freien Raum in dem Gehäuse begrenzt. Bevorzugt weist der freie Raum eine erste Querschnittsfläche und eine zweite Querschnittsfläche auf und die zweite Querschnittsfläche ist mehr bevorzugt um einen Faktor von mindestens 4, weiter bevorzugt um einen Faktor von mindestens 5, insbesondere um einen Faktor von mindestens 8, zum Beispiel um einen Faktor von 10, größer als die erste Querschnittsfläche. Eine Detonation mit Stoßwelle ist eine extreme Form einer Explosion. Bei einer Detonation liegen die höchsten Drücke in einem Explosionsraum vor und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwellen erreicht Überschallgeschwindigkeit. Eine Detonation entwickelt sich insbesondere aus einer turbulenten Verbrennung, die auch als Deflagration bezeichnet wird. Zur Überführung einer turbulenten Verbrennung in eine Detonation wird ein bestimmter Raum oder eine Weglänge zur Entwicklung der Detonation benötigt.
Durch technische Strukturen im Explosionsraum, insbesondere durch die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung in dem Gehäuse, kann eine Stoßwelle von einer Flammenfront entkoppelt werden, was zu einer Umwandlung der Detonation zurück in die turbulente Verbrennung führt. Durch die Rückführung in die turbulente Verbrennung werden der maximale Explosionsdruck sowie die Ausbreitungsgeschwindigkeit stark reduziert.
Ist es bereits zu einer Detonation gekommen, so kann durch eine plötzliche Erweiterung der Querschnittsfläche, bevorzugt in einem Verhältnis von 1 zu mindestens 4 eine Entkopplung von Flammenfront und Stoßwelle erfolgen. Die Erweiterung der Querschnittsfläche stellt eine schlagartige Erweiterung der Geometrie da, in der sich die Detonation bewegt. Entsprechend dient die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung zur Unterdrückung einer Explosion in dem Gehäuse, das den Brennstoffzellenstapel umgibt, wobei die Detonation wieder in eine turbulente Verbrennung überführt werden kann.
Bevorzugt ist die Vergrößerung von der ersten Querschnittsfläche zur zweiten Querschnittsfläche stufenförmig ausgeführt, insbesondere mit genau einer Stufe. Die Vergrößerung des Querschnitts erfolgt also insbesondere abrupt. Insbesondere ist zwischen der ersten Querschnittsfläche und der zweiten Querschnittsfläche kein Trichter und/oder Diffusor angeordnet. Bevorzugt weist eine den freien Raum begrenzende Wand einen Knick mit einem Winkel von 90°, insbesondere zwischen der ersten Querschnittsfläche und der zweiten Querschnittsfläche, auf. Beispielsweise mündet ein dünnes Rohr in einem Zylinderbehälter oder in einem großen Rohr. Alternativ kann eine Blende in einem Rohr eingesetzt werden. Bevorzugt ist die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung als ein zumindest teilweise umlaufender Bund um den Brennstoffzellenstapel ausgeführt. Weiter bevorzugt ist der freie Raum durch den zumindest teilweise umlaufenden Bund, die Gehäusewand und den Brennstoffzellenstapel begrenzt. Der zumindest teilweise umlaufende Bund kann auch als Rahmen oder Kragen um den Brennstoffzellenstapel bezeichnet werden.
Die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung, insbesondere der zumindest teilweise umlaufende Bund, erstreckt sich bevorzugt in einen Leerraum, der auch als Totvolumen bezeichnet werden kann, zwischen dem Brennstoffzellenstapel und der Gehäusewand.
Der Brennstoffzellenstapel weist bevorzugt zwei Endflächen sowie eine Mantelfläche auf. An den Endflächen des Brennstoffzellenstapels ist bevorzugt jeweils eine Endplatte angeordnet. Die Mantelfläche ist bevorzugt im Wesentlichen parallel zu einer Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels und im Wesentlichen senkrecht zu den mindestens zwei Brennstoffzellen ausgerichtet.
Die Endplatten dienen üblicherweise dem Verpressen der mindestens zwei Brennstoffzellen miteinander sowie der Stabilität des Brennstoffzellenstapels. Die Endplatten dienen auch als Pluspol beziehungsweise Minuspol des Brennstoffzellenstapels zum Ableiten des Stroms aus dem Brennstoffzellenstapel.
Der zumindest teilweise umlaufende Bund ist bevorzugt an der Mantelfläche des Brennstoffzellenstapels angeordnet. Weiter bevorzugt erstreckt sich der zumindest teilweise umlaufende Bund in einem Winkel in einem Bereich von 45° bis 90°, mehr bevorzugt von 80° bis 90° von der Mantelfläche. Der zumindest teilweise umlaufende Bund erstreckt sich bevorzugt von der Mantelfläche des Brennstoffzellenstapels in Richtung der Gehäusewand.
Bevorzugt umgibt der zumindest teilweise umlaufende Bund einen Umfang der Mantelfläche des Brennstoffzellenstapels zu mindestens 80%, mehr bevorzugt zu mindestens 90% und insbesondere zu mindestens 95%, bezogen auf die Länge des Gesamtumfangs der Mantelfläche, an der Stelle, an der der zumindest teilweise umlaufende Bund angeordnet ist. Weiter bevorzugt ist der zumindest teilweise umlaufende Bund ein vollständig umlaufender Bund, der den Brennstoffzellenstapel vollständig, insbesondere entlang der Mantelfläche, umschließt.
Weiter bevorzugt ist die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung als eine Platte ausgeführt, wobei die Platte zwischen zwei der mindestens zwei Brennstoffzellen angeordnet ist. Die Platte ist bevorzugt im Wesentlichen parallel zu den Brennstoffzellen angeordnet. Weiter bevorzugt weist die Platte mindestens einen Randbereich auf, der den zumindest teilweise umlaufenden Bund bilden kann.
Bevorzugt weist die Platte, die auch als Zwischenplatte bezeichnet werden kann, eine größere Fläche als jeweils eine der mindestens zwei Brennstoffzellen auf, so dass der mindestens eine Randbereich, insbesondere in Form des zumindest teilweise umlaufenden Bundes, über die Mantelfläche des Brennstoffzellenstapels hinausragt.
Bevorzugt ist die Platte aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt, um Strom zwischen den Brennstoffzellen zu leiten. Der zumindest teilweise umlaufende Bund ist bevorzugt nicht elektrisch leitfähig, dies kann durch Beschichten, Eloxieren, Lackieren oder Einlegen eines nicht elektrisch leitfähigen Materials erreicht werden.
Ist die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung als zumindest teilweise umlaufender Bund beziehungsweise als Platte ausgeführt, so ist die erste Querschnittsfläche des freien Raums bevorzugt in einer Schnittebene des zumindest teilweise umlaufenden Bundes beziehungsweise der Platte angeordnet, die im Wesentlichen senkrecht zu der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels ausgerichtet ist. Die zweite Querschnittsfläche ist bevorzugt zwischen dem Brennstoffzellenstapel und der Gehäusewand, insbesondere in einer Schnittebene einer dem zumindest teilweise umlaufenden Bund beziehungsweise der Platte benachbarten Brennstoffzelle angeordnet, wobei die Schnittebene der benachbarten Brennstoffzelle im Wesentlichen senkrecht zu der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels ausgerichtet ist.
Der Brennstoffzellenstapel umfasst bevorzugt mehr als 150 Brennstoffzellen, mehr bevorzugt mehr als 250 Brennstoffzellen und insbesondere mehr als 450, zum Beispiel 500 Brennstoffzellen. Der Brennstoffzellenstapel kann bis zu 600 Brennstoffzellen, bevorzugt bis zu 500 Brennstoffzellen umfassen.
Das Brennstoffzellensystem umfasst bevorzugt mehr als eine Explosionsschutzvorrichtung, zum Beispiel zwei oder drei oder mehr als drei Explosionsschutzvorrichtungen. Mindestens zwei Explosionsschutzvorrichtungen sind bevorzug in einem Winkel von weniger als 30°, mehr bevorzugt in einem Winkel von weniger als 10°, insbesondere im Wesentlichen parallel zueinander im Gehäuse angeordnet.
Der Brennstoffzellenstapel weist bevorzugt eine Gesamthöhe auf, die sich über alle im Brennstoffzellenstapel gestapelten Brennstoffzellen erstreckt, wobei die Endplatten bevorzugt unberücksichtigt bleiben. Die Gesamthöhe wird üblicherweise im Wesentlichen parallel zur Stapelrichtung gemessen.
Bevorzugt ist zumindest eine der mindestens einen Explosionsschutzvorrichtung in einem Bereich von 25% bis 75%, mehr bevorzugt in einem Bereich von 40% bis 60%, insbesondere in einem Bereich von 45% bis 55%, zum Beispiel bei 50%, der Gesamthöhe des Brennstoffzellenstapels angeordnet. Bei einer Anzahl von beispielsweise 500 Brennstoffzellen im Brennstoffzellenstapel würde dies einer Anordnung benachbart zu einer 250igsten Brennstoffzelle im Brennstoffzellenstapel entsprechen.
Insbesondere wenn das Brennstoffzellensystem mehr als eine Explosionsschutzvorrichtung umfasst, zum Beispiel drei Explosionsschutzvorrichtungen, ist es bevorzugt, dass eine der mehr als einen Explosionsschutzvorrichtungen in einem Bereich von 20% bis 30% der Gesamthöhe des Brennstoffzellenstapels, mehr bevorzugt in einem Bereich von 23% bis 27% der Gesamthöhe des Brennstoffzellenstapels angeordnet ist. Weiterhin ist bevorzugt, dass eine der mehr als einen Explosionsschutzvorrichtungen in einem Bereich von 70% bis 80%, mehr bevorzugt in einem Bereich von 73% bis 77% der Gesamthöhe des Brennstoffzellenstapels angeordnet ist.
Bei einer Anzahl von 500 Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel kann zum Beispiel eine erste Explosionsschutzvorrichtung benachbart zu einer 125igsten Brennstoffzelle, eine zweite Explosionsschutzvorrichtung benachbart zu einer 250igsten Brennstoffzelle und eine dritte Explosionsschutzvorrichtung benachbart zu einer 375igsten Brennstoffzelle angeordnet sein.
Brennstoffzellenstapel neigen insbesondere im liegenden Einbau zum Durchbiegen und sind anfällig für Stöße und Vibration beispielsweise auf unebenen Straßen, wobei die Dichtungen der Brennstoffzellen ungleichmäßig belastet werden, so dass Gasleckagen und Kühlmittelleckagen begünstigt sind.
Die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung, insbesondere als Platte ausgeführt, bietet zusätzlich eine Stütze zwischen Brennstoffzellenstapel und Gehäuse, so dass ein Durchbiegen und/oder eine Vibration vermindert werden.
Der Brennstoffzellenstapel ist im Betrieb in einer Ausführungsform bevorzugt liegend angeordnet, wobei die mindestens zwei Brennstoffzellen und gegebenenfalls die Endplatten weiter bevorzugt eine im Wesentlichen vertikale Ausrichtung haben und die Stapelrichtung entsprechend im Wesentlichen horizontal verläuft.
Bevorzugt ist zwischen der mindestens einen Explosionsschutzvorrichtung und der Gehäusewand ein Spalt ausgebildet. Der Spalt weist insbesondere eine rechteckige Querschnittsfläche auf. Bevorzugt ist die erste Querschnittsfläche des freien Raumes in einer Schnittebene des Spaltes angeordnet, wobei die Schnittebene des Spaltes weiter bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zu der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels ausgerichtet ist. Mehr bevorzugt wird der freie Raum zumindest teilweise durch den Spalt gebildet.
In einer Ausführungsform weist die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung bevorzugt mindestens eine Bohrung auf, die weiter bevorzugt zwischen dem Brennstoffzellenstapel und der Gehäusewand angeordnet ist. Bevorzugt ist die mindestens eine Bohrung in dem zumindest teilweise umlaufenden Bund angeordnet. Weiter bevorzugt ist die erste Querschnittsfläche des freien Raums in einer Schnittebene der mindestens einen Bohrung angeordnet, wobei die Schnittebene der mindestens einen Bohrung insbesondere bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zu der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels ausgerichtet ist. Die mindestens eine Bohrung weist bevorzugt eine zylindrische Form auf, so dass durch die mindestens eine Bohrung ein zylinderförmiger Leerraum gebildet wird, wobei der zylinderförmige Leerraum bevorzugt Teil des freien Raums ist.
Die mindestens eine Bohrung besitzt bevorzugt einen runden Querschnitt. Eine Bohrachse der mindestens einen Bohrung ist bevorzugt in einem Winkel von weniger als 30° zu der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels, insbesondere parallel zu der Stapelrichtung angeordnet.
Bevorzugt ist die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung von dem Gehäuse elektrisch isoliert. Die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung, insbesondere der zumindest teilweise umlaufende Bund beziehungsweise die Platte, kann eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen. Die elektrische Isolierung der mindestens einen Explosionsvorrichtung gegenüber dem Gehäuse kann auch durch den Spalt erzielt werden. Ferner kann das Gehäuse aus einem elektrisch nicht leitenden Material gefertigt sein.
Der Spalt kann auch einer Belüftung des Gehäuses zur Vermeidung der Entstehung eines explosiven Gemischs dienen. Ferner kann die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung, insbesondere der zumindest teilweise umlaufende Bund beziehungsweise die Platte, Aussparungen wie die mindestens eine Bohrung zur Belüftung aufweisen.
Bevorzugt ist in dem Gehäuse zusätzlich eine Flammensperre wie ein Metallsieb angeordnet. Das Metallsieb ist bevorzugt engmaschig. Engmaschig bedeutet insbesondere, dass ein Verhältnis von einem Material des Metallsiebs zu einem offenen Raum 1:1 oder größer ist. So kann das Metallsieb zum Beispiel durch einen Draht gebildet werden, wobei der Draht eine Dicke von 2 mm aufweisen und der Abstand zu einem benachbarten Draht 1 mm betragen kann. Bevorzugt ist die Flammensperre in einem Abstand in einem Bereich von dem einfachen bis löfachen eines Durchmessers der ersten Querschnittsfläche zu der mindestens einen Explosionsschutzvorrichtung angeordnet. Weiterhin ist die Flammensperre bevorzugt in Bewegungsrichtung der Detonation hinter der mindestens einen Explosionsschutzvorrichtung angeordnet.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug umfassend das Brennstoffzellensystem. Vorteile der Erfindung
Durch die mindestens eine in dem Gehäuse angeordnete Explosionsschutzvorrichtung und insbesondere die plötzliche Erweiterung, also die Vergrößerung der Querschnittsfläche des freien Raums, kann im Falle einer Detonation eine Entkopplung von Flammenfront und Stoßwelle erfolgen, sodass die Detonation in eine turbulente Verbrennung überführt beziehungsweise rücküberführt werden kann. Der maximale Explosionsdruck sowie die Ausbreitungsgeschwindigkeit werden stark reduziert.
Eine Ventilation des Brennstoffzellengehäuses sowie eine druckfeste Ausführung des Gehäuses wird nicht mehr benötigt oder kann reduziert werden, so dass Gewicht und Kosten eingespart werden können.
Ein sicherer Betrieb des Brennstoffzellensystems mit erhöhtem Explosionsschutz ist möglich, da die Detonation innerhalb des Gehäuses unterdrückt werden kann.
Ergänzend führen die konstruktiven Strukturen der mindestens einen Explosionsschutzvorrichtung zu einer erhöhten Widerstandsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels gegenüber Durchbiegen und Vibration, sodass die mechanische Stabilität verbessert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels, Figur 2 einen Ausschnitt eines Brennstoffzellensystems,
Figur 3 eine vergrößerte Schnittansicht eines Brennstoffzellensystems, Figur 4 eine vergrößerte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems und
Figur 5 eine schematische Darstellung eines freien Raums in einem Brennstoffzellensystem.
Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels 3 mit mehreren Brennstoffzellen 5. Jede Brennstoffzelle 5 weist eine Membran 31, zwei Gasdiffusionslagen 33, eine Anode 35 und eine Kathode 37 auf. Die einzelnen Brennstoffzellen 5 sind durch Bipolarplatten 39, die eine Kühlplatte 41 umfassen können, voneinander abgegrenzt. Der Brennstoffzellenstapel 3, dem Wasserstoff und Sauerstoff sowie ein Kühlmittel zugeführt werden, wird durch zwei Endplatten 43 abgeschlossen und weist Stromsammler 45 auf.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Brennstoffzellensystems 1. In einem Gehäuse 7, das eine Gehäusewand 9 aufweist, ist ein Brennstoffzellenstapel 3 umfassend mehrere Brennstoffzellen 5 angeordnet. Weiterhin ist eine Explosionsschutzvorrichtung 11 mit dem Brennstoffzellenstapel 3 in dem Gehäuse 7 angeordnet.
Die Explosionsschutzvorrichtung 11 ist als eine Platte 21 ausgeführt, die einen Randbereich 23 aufweist. Der Randbereich 23 stellt einen umlaufenden Bund 19 um den Brennstoffzellenstapel 3 dar.
Der Brennstoffzellenstapel 3 stellt eine Schichtung aus den mehreren Brennstoffzellen 5 und der Explosionsschutzvorrichtung 11 dar und besitzt eine Gesamthöhe 25. Figur 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Brennstoffzellensystems 1 gemäß Figur 2. Es ist erkennbar, dass zwischen dem umlaufenden Bund 19 und der Gehäusewand 9 ein Spalt 27 ausgebildet ist.
Begrenzt durch die Explosionsschutzvorrichtung 11, den Brennstoffzellenstapel 3 und die Gehäusewand 9 ist in dem Gehäuse 7 ein freier Raum 13 außerhalb des Brennstoffzellenstapels 3 ausgebildet.
Der freie Raum 13 weist eine erste Querschnittsfläche 15 auf, die von der Explosionsschutzvorrichtung 11 und der Gehäusewand 9 begrenzt ist, sowie eine zweite Querschnittsfläche 17, die von dem Brennstoffzellenstapel 3 und der Gehäusewand 9 begrenzt ist. Die zweite Querschnittsfläche 17 ist um einen Faktor von mindestens 4 größer als die erste Querschnittsfläche 15.
Durch die plötzliche Expansion zwischen der ersten Querschnittsfläche 15 und der zweiten Querschnittsfläche 17 können im Falle einer sich entwickelnden Detonation Stoßwelle und Flammenfront entkoppelt werden.
Figur 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems 1. Wie in Figur 3 ist die
Explosionsschutzvorrichtung 11 als eine Platte 21 zwischen Brennstoffzellen 5 ausgeführt.
In der Ausführungsform gemäß Figur 4 erstreckt sich die Explosionsschutzvorrichtung 11 bis zur Gehäusewand 9. Die Platte 21 weist einen Randbereich 23 auf, der mit einer Bohrung 29 versehen ist. Eine Bohrachse 28 der Bohrung 29 ist im Wesentlichen parallel zu einer Stapelrichtung 30 des Brennstoffzellenstapels 3 ausgerichtet.
Hier weist der freie Raum 13 eine erste Querschnittsfläche 15 auf, die in der Bohrung 29 angeordnet ist und somit lediglich von der Explosionsschutzvorrichtung 11 begrenzt wird.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines freien Raums 13 in einem Brennstoffzellensystem 1. Der freie Raum 13 weist eine plötzliche Erweiterung 16 auf, die sich aus den unterschiedlichen Größen einer erste Querschnittsfläche 15 und einer zweiten Querschnittsfläche 17 des freien Raums 13 ergibt. Die Erweiterung 16 wird insbesondere als plötzlich bezeichnet, da eine den freien Raum 13 begrenzende Wand 12 einen Knick in einem Winkel 14 von 90° aufweist. Eine Bewegungsrichtung 18 der Detonation ist von der ersten Querschnittsfläche 15 zu der zweiten Querschnittsfläche 17 gerichtet.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffzellensystem (1) umfassend einen Brennstoffzellenstapel (3) mit mindestens zwei Brennstoffzellen (5), ein Gehäuse (7) mit einer Gehäusewand (9) und mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung (11), wobei der Brennstoffzellenstapel (3) und die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung (11) in dem Gehäuse (7) angeordnet sind und die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung (11) zumindest teilweise einen freien Raum (13) in dem Gehäuse (7) begrenzt.
2. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Raum (13) eine erste Querschnittsfläche (15) und eine zweite Querschnittsfläche (17) aufweist und die zweite Querschnittsfläche (17) um einen Faktor von mindestens 4 größer ist als die erste Querschnittsfläche (15).
3. Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung (11) als ein zumindest teilweise umlaufender Bund (19) um den Brennstoffzellenstapel (3) ausgeführt ist.
4. Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Explosionsschutzvorrichtung (11) als eine Platte (21) ausgeführt ist, wobei die Platte (21) zwischen zwei der mindestens zwei Brennstoffzellen (5) angeordnet ist.
5. Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mindestens einen Explosionsschutzvorrichtung (11) in einem Bereich von 25% bis 75% einer Gesamthöhe (25) des Brennstoffzellenstapels (3) angeordnet ist.
6. Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mindestens einen Explosionsschutzvorrichtung (11) und der Gehäusewand (9) ein Spalt (27) ausgebildet ist.
7. Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine
Explosionsschutzvorrichtung (11) mindestens eine Bohrung (29) aufweist.
8. Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine
Explosionsschutzvorrichtung (11) von dem Gehäuse (7) elektrisch isoliert ist.
9. Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (7) zusätzlich eine Flammensperre wie ein Metallsieb angeordnet ist.
10. Fahrzeug umfassend ein Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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