WO2012150174A1 - Bausatz für eine modular aufgebaute brennstoffzellenvorrichtung mit baugleichen modulgehäusen für unterschiedliche systemkomponenten - Google Patents

Bausatz für eine modular aufgebaute brennstoffzellenvorrichtung mit baugleichen modulgehäusen für unterschiedliche systemkomponenten Download PDF

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WO2012150174A1
WO2012150174A1 PCT/EP2012/057649 EP2012057649W WO2012150174A1 WO 2012150174 A1 WO2012150174 A1 WO 2012150174A1 EP 2012057649 W EP2012057649 W EP 2012057649W WO 2012150174 A1 WO2012150174 A1 WO 2012150174A1
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module
fuel cell
cell device
fuel
module housing
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PCT/EP2012/057649
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Andreas Brinner
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
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    • 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 present invention relates to a kit for a modular fuel cell device, which comprises a plurality of separate modules, wherein at least one module is designed as an oxidizer supply module and at least one module as a fuel cell module.
  • a modular construction of a fuel cell device is known, for example, from WO 2006/032359 A2.
  • Housing are arranged.
  • the present invention has for its object to provide a kit of
  • kit includes a plurality of module housing, which are identical and which are universally usable for the different modules of the fuel cell device.
  • Module housing includes, a module housing of the same type can be used for several different, in particular functionally different, modules of the fuel cell device. For the different modules the fuel cell device thus no differently designed module housing must be planned and manufactured.
  • the module housing have the same outer dimensions.
  • the module housing are formed substantially cuboid, can be advantageously provided that the module housing have the same length, the same width and the same height.
  • the module housings comprise identical receiving sections for receiving the modules of the fuel cell device. Furthermore, it can be provided that the module housings comprise, at least prior to assembly of the fuel cell device, identical connection sections for connecting connection devices for the modules of the fuel cell device. In one embodiment of the invention, it is provided that the connection section of each module housing has at least one prepared connection opening, at least before the assembly of the fuel cell device.
  • a prepared connection opening is to be understood in particular to mean a region of reduced material thickness of the module housing, which has the form of a through opening required in the assembled state of the fuel cell device for connecting a connection device of the module.
  • connection section of each module housing has a multiplicity of prepared connection openings.
  • all Modules of the fuel cell device separate prepared connection openings are provided.
  • each of the module housings merely needs to be adapted to receive a particular module of the fuel cell device such that the through-openings required for that particular module are formed by means of the prepared connection openings, for example, by severing a region of reduced material thickness of the module housing.
  • connection openings which are necessary for each of the modules of the fuel cell device, are already formed as finished connection openings in the module housings, that is to say that these connection openings already represent passage openings in the module housings.
  • the connection section of each module housing has a plurality of prepared connection openings, wherein different prepared connection openings are provided for different connection devices for the modules of the fuel cell device. In this way, in each case a specific connection opening is provided for a specific connection device, so that a uniform configuration of the connection sections of the module housing and a simple arrangement of the connection devices for the modules is possible. Furthermore, this unintentional swapping the different connection openings is effectively prevented.
  • connection section of each module housing is arranged on an upper upper side of the module housing in the mounted state of the fuel cell device. In this way it can be prevented that project from the side walls of the module housing connecting devices, which would stand in a compact arrangement of the module housing to each other in the way. It may be favorable if the connection section of each module housing forms a cover for a receiving section of the respective module housing. In particular, it may be provided here that the connection section is designed as a cover for a, for example, box-shaped receiving section.
  • the module housings comprise a module cooling device or a prepared module cooling device.
  • the heat generated during operation of the fuel cell device can be specifically dissipated out of the module housings to the outside.
  • the module cooling device or the prepared module cooling device is preferably arranged on a top side of the module housing in the mounted state of the fuel cell device. In this way, an effective heat dissipation by means of the module cooling device in the assembled state of the fuel cell device can be carried out even when juxtaposing a plurality of module housing.
  • each of the module housing encloses at least two mutually parallel walls.
  • each of the module housing is formed substantially cuboid.
  • the module housings can be arranged next to one another, in particular, if the at least two mutually parallel walls in the mounted state of the fuel cell device form substantially vertical side walls of the module housing.
  • the kit of the invention is particularly suitable for use in a fuel cell device according to the invention, comprising a plurality of modules, wherein at least one module is formed as an oxidizer supply module and at least one module as a fuel cell module and wherein the fuel cell device can be produced from a kit according to the invention.
  • the fuel cell device according to the invention preferably has the features and / or advantages described above in connection with the kit according to the invention.
  • the fuel cell device has at least one fuel supply module (in a liquid-cooled embodiment) at least one cooling module, at least one control module for controlling the fuel cell device and / or at least one coupling module for coupling the fuel cell device comprising a battery device formed module, which are each arranged in a module housing.
  • the module housing of the kit according to the invention are preferably suitable for selectively receiving at least two functionally different modules of the fuel cell device.
  • the fuel cell device according to the invention is particularly suitable for use in a vehicle comprising a plurality of battery devices and at least one fuel cell device according to the invention.
  • the vehicle according to the invention preferably has the above in the
  • Fuel cell device described features and / or advantages.
  • the module housings for the modules of the fuel cell device and housings for the battery devices have substantially the same dimensions.
  • the same module housings are used for the battery devices and for the modules of the fuel cell device.
  • hydrogen can be used as fuel for the fuel cell device.
  • the oxidizer is preferably air, in particular oxygen from the air.
  • the vehicle according to the invention is in particular a land vehicle, for example a motor vehicle. Furthermore, however, it can also be provided that the vehicle is a water, air or spacecraft.
  • the kit according to the invention for a modular fuel cell device due to the identical and universally usable module housing in particular allows use in battery-powered vehicles, preferably already existing battery elements are replaced only by the similar or even the same sized module housing of the fuel cell device.
  • a hybrid energy supply system for a vehicle comprising a fuel cell system and a battery system can be formed in a particularly simple manner.
  • kit according to the invention the fuel cell device according to the invention and / or the vehicle according to the invention can have the following features and / or advantages:
  • a secure attachment of the module housing can be done either via fasteners or vibration damping foaming or the insertion of damping plates.
  • a possibly necessaryderadiator and / or a gas storage can be installed separately from the actual fuel cell system according to the aspects of accident safety.
  • a radiator can be installed in wheel arches of the vehicle, while a gas storage, in particular a metal hydride hydrogen storage, is installed in side sills of the vehicle, as a transverse installation over the vehicle axles or as a vehicle chassis design element in the vehicle.
  • thermal management of the fuel cell modules and / or the battery devices and / or the metal hydride hydrogen storage is integrated as a common thermal management system in the vehicle.
  • the fuel cell device comprises a fuel cell device with one or more fuel cell blocks, in which chemical energy is convertible into electrical energy, an oxidizer supply device for the fuel cell device, a fuel supply device for the fuel cell device, and a
  • Fuel cell devices comprising a fuel cell device with one or more fuel cell blocks, in which chemical energy is converted into electrical energy, an oxidizer supply device for the fuel cell device, a fuel supply device for the Fuel cell device, and a control device, are known for example from DE 101 27 600 AI or C2 or DE 101 27 599 AI.
  • the fuel cell device and / or the oxidizer supply device and / or the fuel supply device is / are designed as a module, wherein the functional components of the respective device are arranged in a module, the corresponding module forms a unit which can be positioned as a whole, and / or the corresponding module has a communication interface with connections up.
  • a defined interface for communication with the outside world or other modules with regard to mass transfer (via material flows) and / or energy exchange and / or signal exchange is preferably provided.
  • the operating parameters with regard to material flows, electrical currents and signal currents can be adjusted separately and also optimized for each module.
  • safety-relevant components can be formed separately. For the fuel guide then only the fuel supply module and the fuel cell module are relevant. The other modules are then no longer relevant to safety.
  • the fuel cell device can preferably be in the
  • the DE 101 27 599 AI, the DE 101 27 600 AI and DE 101 27 600 C2 described method perform. Furthermore, the fuel cell device can be formed as described in these documents. On these pamphlets Reference is expressly made and the content of which is incorporated herein by reference.
  • a corresponding module has a module housing in which the functional components are arranged.
  • the module can be formed as a unit.
  • a defined interface and in particular a defined communication interface can be arranged on the module housing. The functional components are protected in the module housing.
  • the module housing is at least partially made of a transparent material so that measuring devices such as pressure displays can be read.
  • the or the terminals are arranged on the module housing, via which modules can communicate with each other or with corresponding devices.
  • the module housing is closed. As a result, the functional components, which are arranged in the module housing, protected.
  • the module housing is gas-tight, in particular in the case of the fuel cell module and the fuel supply module. This prevents the escape of fuel at undefined locations.
  • the system can be provided with a safety ventilation directly to the environment.
  • connections include in particular material connections, signal connections and electrical power connections. Substances can be exchanged via the substance connections. For example, fuel is decoupled via a coupling-out connection of the fuel supply module and can be introduced into it via a fuel injection connection of the fuel cell device Inject fuel. Control signals can be injected via signal connections or control signals can be decoupled. Electrical power can be coupled in via electrical power connections or (in the case of the fuel cell device) decoupled.
  • the fuel cell module has substance connections for oxidizer and fuel and a connection for coupling out electrical power.
  • the fuel cell module has at least one signal connection for coupling control signals.
  • control signals can be coupled in via such a connection in order to open and close a shut-off valve via which unused fuel and / or fuel with increased inert gas content and / or water content can be discharged.
  • the fuel supply module has at least one fuel connection for coupling out fuel.
  • a connection to the fuel cell device can be produced.
  • the fuel supply module has at least one signal connection.
  • the oxidizer supply module has at least one oxidizer connection for coupling out the oxidizer. It can thereby decouple air with atmospheric oxygen as an oxidizer. This connection can be used to connect to a fuel cell device. It can also be provided that the oxidizer supply module has at least one signal connection via which, in particular, control signals can be coupled in. It is particularly advantageous if communicating modules via
  • Lines are connected.
  • the modules can first be separated and positioned independently of each other on an application.
  • the necessary communication connections with regard to material transport, supply of electrical power and with regard to control signals are subsequently produced according to the geometric conditions. This results in a flexible structure, wherein the fuel cell device is formed by subsystems.
  • the lines are separate from the module (s)
  • one or more fuel reservoirs are integrated into the fuel supply module. For example, if a fuel storage is deflated, then the fuel supply module is replaced as a whole.
  • At least one fuel storage is provided, which is coupled to the fuel supply device and in particular forms an external element based on a fuel supply module.
  • the at least one fuel storage or the at least one fuel storage module is designed as a structural element of the fuel cell device or an application. This allows the power supply of the application, which is formed by means of the fuel cell device, space-saving form.
  • the at least one fuel storage or the at least one fuel storage module is or comprises a metal hydride storage.
  • a metal hydride storage hydrogen is not stored as free gas but in bound form. For example, by heating, hydrogen can be driven out of such a metal hydride storage. It does not occur the security problems as in the hydrogen storage in a pressure tank.
  • a metal hydride reservoir is a solid element that can be used as a structural element and, for example, as a structural element for an application.
  • the fuel cell device is associated with a cooling device.
  • the fuel cell device can be operated with optimized efficiency.
  • the cooling device is arranged and configured so that at least one fuel reservoir can be acted upon by waste heat.
  • the waste heat can then be used to expel hydrogen, for example from a metal hydride storage.
  • the efficiency of the fuel cell device can be improved.
  • the cooling device is designed as a separate module.
  • the cooling module then has at least one waste heat connection. At this connection, waste heat can be decoupled, for example, to supply them to a metal hydride storage. It is favorable if the cooling module has at least one signal connection. For example, the corresponding cooling device can then be controlled via control signals in such a way that an optimum cooling effect results.
  • control device is designed as a module.
  • the control device then forms a separate component of the fuel cell device.
  • a central control device is realized.
  • control device by means of the control device a sequence control is formed, which transmits preset control signals. There is no control of the fuel supply and Oxidatorzu Adjustment to the fuel cell device, but at most one control.
  • a corresponding method is described in DE 101 27 600 A1, reference being expressly made to this document and the content of which is incorporated herein by reference.
  • control device It is advantageous if electrical consumers of the fuel cell device are supplied with electrical energy via the control device.
  • the control device then provides a defined interface, via which the corresponding modules can obtain the electrical energy in the required form.
  • a module has a block-shaped plastic module housing. In such a block-shaped plastic module housing can be formed via a bore a fabric guide.
  • the pressure difference for decoupled fuel in relation to the decoupled from the oxidizer supply device air as the oxidizer carrier is set for the fuel supply device.
  • a corresponding method is described in DE 101 27 600 A1, to which reference is expressly made and the content of which is incorporated by reference into the content of this description. It is particularly advantageous if a quantity control of the fuel supplied to the fuel cell device is effected by the electrical power consumption of a consumer. This results in a simple control tion and control of the fuel cell device, since the consumer controls the fuel supply "automatically”.
  • the fuel cell device for a fuel cell device with one or more fuel cell blocks, in which chemical energy can be converted into electrical energy, can be handled in a simple manner.
  • the fuel cell device is embodied as a module, wherein the functional components of the fuel cell device are arranged in the module, the module forms a unit which can be positioned as a whole, and the module has a communication interface with connections.
  • the oxidizer supply device is designed as a module, wherein the functional components of the oxidizer supply device are arranged in the module, the module forms a unit which can be positioned as a whole, and the corresponding module has a communication interface with connections having.
  • the fuel supply device is designed as a module, wherein the functional components of the fuel supply device are arranged on the module, the module forms a unit which can be positioned as a whole, and the module has a communication interface with connections having.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration corresponding to FIG
  • FIG. 8 shows a schematic illustration, corresponding to FIG. 7, of a top view of a module housing of the fuel cell device, wherein the module housing is prepared for receiving a control module;
  • FIG. 10 shows a schematic illustration corresponding to FIG
  • FIG. 11 shows a schematic illustration corresponding to FIG
  • FIG. 12 shows a schematic illustration corresponding to FIG
  • FIG. 13 shows a schematic illustration corresponding to FIG
  • FIG. 14 shows a schematic illustration corresponding to FIG
  • Figure 15 is a schematic representation of the connections between the individual modules of the fuel cell device in one
  • Figure 16 is a schematic perspective view of a vehicle with a fuel cell device in modular design.
  • the fuel cell device 12 is the fuel cell core device of the fuel cell device 10. Further, the fuel cell device 10 includes a fuel cell device 10. Supply device 16, by means of which the fuel cell or blocks 14 of the fuel cell device 12 can be supplied with fuel. Furthermore, the fuel cell device 10 comprises an oxidizer supply device 18 for the fuel cell device 12, by means of which for the fuel cell or blocks 14 oxidizer can be provided.
  • a control device 20 is provided for controlling the fuel cell device 10.
  • the one or more fuel cell blocks 14 may be associated with a cooling device 22.
  • the fuel cells of the fuel cell block or blocks 14 are, in particular, polymer membrane fuel cells (PEFC), in which the electrolyte is formed by a proton-conducting membrane.
  • the membrane is also catalyst support for the Anodic and cathodic electrocatalysts and serves as a separator for the gaseous reactants.
  • As fuel hydrogen is used and as an oxidizer oxygen and in particular atmospheric oxygen.
  • the fuel cell device 12 is then fed air with oxygen in the air as the oxidizer.
  • the fuel cell device 10 has a modular design with a fuel cell module 26, a fuel supply module 28 and an oxidizer supply module 30. Further, a control module 32 is provided which comprises the control device 20.
  • the cooling device 22 is integrated in a cooling module 34.
  • a fuel storage module 36 is provided.
  • fuel storage units may be integrated into the fuel supply module 28.
  • the oxidizer supply module 30 ( Figures 1 and 2), the functional components of the oxidizer supply device 18 are integrated.
  • the oxidizer supply module 30 has a closed module housing 38.
  • the module housing can be made gas-tight.
  • the module housing is transparent.
  • One possible material is Plexiglas.
  • the oxidizer supply module 30 is provided with a communication interface 40 having an output port 42 via the oxidizer can be decoupled.
  • air can be coupled out as oxidizer carrier with atmospheric oxygen as oxidizer.
  • an electrical connection 44 is provided, via which electrical energy can be coupled into the oxidizer supply module 30 for provision to electrical consumers of this module.
  • a signal connection 46 may be provided for the coupling of control signals.
  • the respective terminals 42, 44 and 46 are arranged on the module housing 38.
  • an air compressor 48 is arranged in the module housing 38. This is preceded by a filter 50.
  • the module housing 38 has one or more air supply openings 52, via which air can be supplied to the air compressor 48, wherein the filter 50 must be passed through the supplied air.
  • an air conveyor and cooler 54 is arranged, which is driven in particular via an electric motor.
  • a water separator 56 is connected downstream. About this water separator 56 can be through the
  • the water separator 56 is associated with an actuating element 58, which is in communication with an outlet, can be drained via the water.
  • the oxidizer supply module 30 includes a pressure switch 60 and a pressure indicator 62.
  • the pressure switch 60 can be a certain air flow of the air compressor 48 check. This air flow is fixed by an actuator (such as the adjustment valve 118). The air flow can be decoupled at the output port 42.
  • an adjusting device can also be connected directly to the oxidizer supply module 30 and / or only temporarily connected.
  • the oxidizer supply module 38 forms a positionable as a whole
  • the connection to the fuel cell module 26 via the terminal 42 (as a flow interface).
  • Electrical loads of the oxidizer supply module 30 are supplied via the control module 32 with electrical energy (which is coupled to the electrical connection 44).
  • the fuel supply module 28 has a module housing 64, in which the functional components of the fuel supply device 16 are arranged.
  • the module housing 64 is in particular closed and gas-tight. It is preferably provided that guides for fuel within the fuel supply module 28 are formed tube-free.
  • the module housing 64 is formed by means of a plastic block, for example a Plexiglas block, and the corresponding flow guides are formed by holes in the plastic block. Thereby, a type of bus system for the flow guidance of the fuel within the fuel supply module 28 is provided.
  • fuel storages are arranged outside of the fuel supply module.
  • a separate fuel storage module 36 is provided.
  • a connection 66 for coupling in fuel is provided on the module housing 64.
  • This port 66 is in fluid communication with a fuel guide 68 within the module housing 64.
  • a safety valve 70 is coupled to this fuel guide 68.
  • a pressure switch 72 is provided, via which the pressure of the guided inside the module housing 64 fuel (in particular hydrogen) can be checked.
  • the Pressure switch 72 is a pressure reducer / adjuster 74 downstream with pressure indication.
  • a flame arrester 76 is provided.
  • a bleed valve 78 is disposed in the fuel guide 68.
  • About the drain valve 78 can be coupled out in the module housing 64 befindaji gaseous fuel.
  • a further safety valve 80 is provided.
  • Another pressure switch 82 can be used to check the pressure of fuel that can be coupled out at a connection 84. About a pressure gauge 86, this pressure can be displayed.
  • the fuel supply module 28 has a communication interface that includes the ports 66 and 84. Furthermore, a control signal connection 88 can be provided. For the coupling of electrical energy for the provision to electrical consumers of the fuel supply module 28 may be provided an electrical connection (not shown in Figure 1).
  • the fuel supply module 28 forms a unit which can be positioned as a whole.
  • the fuel storage module 36 has an interface 90, via which fuel can be decoupled and in particular the fuel supply module 28 can be fed.
  • the fuel storage module 36 has one or more fuel storage 92, in which, for example, hydrogen is stored in gaseous form.
  • One or more metal hydride reservoirs 94 may also be provided. Such a metal hydride reservoir 94 is formed in particular by means of an extruded profile 96. Such a metal hydride reservoir 94 may be a structural element of the fuel cell device 10 or an application.
  • the Metallhydrid Uber 94 is mechanically resilient with its extruded profile 96, it can also take a supporting function, for example in a vehicle to support vehicle parts or to hold the fuel cell device 10 with their modules or to hold individual modules of the fuel cell device 10.
  • the fuel storage module 36 may in particular be arranged and designed such that it is exchangeable. After emptying, it may then be removed and a new fuel storage module 36 may be employed with filled fuel storage 92 and filled fuel storage 92, respectively. It is also possible, as shown schematically in Figure 4, that fuel storage 98 into the module housing 64 of the fuel Supply module 28 are integrated. It is then not necessary to provide a separate fuel storage module 36, but instead a combination module is formed, which comprises the fuel supply device 16 and the fuel storage device (s). Such a fuel supply module has in principle the same functional components as described with reference to the fuel supply module 28. Therefore, the same reference numerals are used in FIG.
  • the fuel which can be coupled out at the connection 84, is set to a fixed pressure value predetermined via the pressure switch 82. Via the pressure display 86, this pressure value is displayed.
  • the fuel cell module 26 has a module housing 100 (FIGS. 1 and 3).
  • the module housing 100 is formed in particular closed with defined cooling air. For example, it is transparent.
  • a fuel discharge line 102 is arranged in the module housing 100. At this discharge line 102 sits a time-controllable (blocking) valve 104. This is in particular an electromagnetic valve. Via a pressure display 106, the pressure is displayed.
  • an adjustment valve 108 may be provided, with which the pressure drop at the opening of the valve 104 can be adjusted.
  • the discharge line 102 opens into an outlet port 110, via the unused fuel and / or fuel with increased inert gas and / or water content can be discharged.
  • an oxidant discharge line 112 and in particular air discharge line is arranged in the module housing 100 and an oxidant discharge line 112 and in particular air discharge line is arranged. This opens into an output port 114. At the discharge line 112, a pressure indicator 116 is coupled. Further, an adjustment valve 118 is provided to adjust the volume flow of the discharged air can.
  • a temperature switch 119 may be provided.
  • the fuel cell module 26 has a control signal connection 120, via which control signals can be coupled.
  • the valve 104 (which is a check valve) can be activated.
  • This check valve 104 is controlled to be either open or closed. It is clocked controlled and can be opened so clocked that is provided for a fuel relaxation of the fuel cell block 14 ago.
  • connection 24 via which external electrical consumers are supplied with electrical power, is arranged on the module housing 100. It is also possible to provide electrical connections (not shown in FIG. 1), via which electrical power for internal consumers of the fuel cell module 26 can be coupled. About the connections described a communication interface for the fuel cell module 26 is formed.
  • the fuel cell module 26 forms a unit that is positionable as a whole separately from the other modules.
  • a cooling device may be integrated in the fuel cell module 26.
  • cooling module 34 which can be coupled to the fuel cell module 26.
  • a cooling module 34 comprises one or more fans 122, via which the one or more fuel cell blocks 14 can be acted upon by an air flow 124 for cooling.
  • the cooling module 34 has an electrical connection, via which the corresponding energy for operating the fan or fans 122 can be coupled in (not shown in the drawing).
  • a control signal connection 126 may be provided.
  • the cooling module 34 has one or more connections 128 for the removal of waste heat air.
  • the waste heat air can then be conducted to a metal hydride storage 94 via corresponding connecting lines in order to activate it for releasing hydrogen.
  • the fuel cell module 26, the fuel supply module 28, the oxidizer supply module 30 and the control module 32 are separately and independently positionable. Communication between each other takes place via the corresponding interfaces:
  • a clutch 130 and in particular a quick coupling is provided for direct coupling of the fuel storage module 36.
  • a fuel line is then formed via this coupling. It is also possible that a connection takes place via a line, which is coupled to the terminal 66 of the fuel supply module 28 and is coupled to the interface 90 of the fuel storage module 36.
  • the fuel supply module 28 communicates with the fuel cell module 26 via its fuel output port 84. At an input terminal 132 of the fuel cell module 26 fuel can be coupled. To guide the fuel between the fuel supply module 28 and the fuel cell module 26, a line 134 is provided, which is a separate element from the two modules. The cable is chosen according to the position and distance of the two modules.
  • Air with atmospheric oxygen as oxidizer can be decoupled at the output terminal 42 of the oxidizer supply module 30.
  • the fuel cell module 26 has an input port 136, via which air can be coupled.
  • the terminals 42 and 136 may be connected via a line 138, which line 138 is one of the oxidizer supply module 30 and the
  • Fuel cell module 26 is a separate element.
  • the control module 32 also forms a unit which as a whole is positionable independently of the other modules. It has corresponding connections 140a, 140b, 140c, 140d, via which control signals can be coupled out to modules which can be acted upon by control signals. Control signal lines 142a and so forth can be coupled to the ports to transmit the control signals.
  • control module 32 has one or more electrical energy connectors 144. From these electrical energy can be decoupled and via appropriate services to appropriate energy connections of the Couple modules. As a result, electrical consumers of the corresponding modules can then be supplied with energy.
  • the fuel cell device 10 functions such that fuel delivery parameters (via the fuel supply module 28) and oxidizer
  • oxidizer supply module 30 (via the oxidizer supply module 30) are predetermined, wherein on the supply side of the pressure of a fuel cell block 14 supplied fuel is set, a continuous hydrogen discharge from a fuel cell block 14 is blocked and a quantity of fuel cell block 14 supplied fuel by the power consumption of ( external) consumer.
  • control device 20 by means of the control device 20 a sequence control is formed, which transmits preset control signals.
  • a control of the supply is not necessary in the described method implementation.
  • the fuel cell device is preferably composed of subsystems that are independent of the positioning capability, namely from the fuel cell module 26, the fuel supply module 28, the fuel cell module
  • the modules have defined interfaces for communication with other modules.
  • the modules are separated. In them, the corresponding functional components are fixed, so that a module can be positioned as a unit. Connecting elements and in particular lines connect together cooperating modules. Per module, the operating parameters and in particular material flows, electrical currents and signal currents can be set separately.
  • the modules can be manufactured separately.
  • a safety-relevant aspect is the fuel guide in the fuel cell device 10.
  • the modular design preferably does not necessarily affect the fuel cell device 10 as a whole, but only individual modules of the fuel cell device 10, for example the fuel supply module 28 (possibly also the fuel storage module 36) )
  • the fuel can for example lead into holes which are formed by recesses in a solid material. There are no pipes necessary that can leak.
  • the corresponding modules 26 and 28 can also be made gas-tight, while the entire fuel cell device 10 then no longer has to be gas-tight.
  • the modules 26 and 28 can be provided with a safety ventilation to the environment outside the entire system.
  • each module can be optimized for you.
  • the cables between modules are independent of the modules. They can be connected to the modules via safety couplings, for example, if mass transfer lines are provided.
  • modules are replaced as a whole can.
  • a fuel supply module and / or a fuel storage module can be replaced as a whole.
  • a fuel storage or fuel storage module may also form a structural element of an application.
  • a metal hydride storage can be used as a supporting structural element.
  • the necessary fuel is carried on board.
  • the necessary oxidizer is preferably from the ambient air.
  • the fuel cell device 10 is air-cooled.
  • a fuel cell device 10 can be flexibly integrated into an application because of its modular structure. The company does not have to be supervised.
  • a liquid cooling can be provided.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration, corresponding to FIG. 1, of an alternative embodiment of the fuel cell device 10, which differs essentially from the embodiment illustrated in FIG. 1 in that no air cooling with the cooling module 34 but liquid cooling with a cooling module 146 is provided ,
  • the cooling module 146 comprises a reservoir 148 for coolant, a pump 150 and a main cooling device 152.
  • the fuel cell device 12 is in fluid connection with the cooling module 146 by means of coolant lines 154, such that the fuel cell device 12 or the fuel cell blocks 12 are connected by means of the pump 150 of the cooling module 146 cooled coolant can be supplied.
  • Coolant heated in the fuel cell device 12 is further pumped back to the cooling module 146 by means of the pump 150, the heated coolant being able to be fed to the main cooling device 152 for cooling the coolant by means of a valve 156 in one of the coolant lines 154.
  • the main cooling device 152 is provided with fans 158 to allow efficient heat transfer and thus efficient cooling of the coolant flowing through the main cooling device 152.
  • the cooling module 146 comprises a temperature control device 160, which is connected by means of control lines 162 to the fans 158, the valve 156, the pump 150 and various sensors, for example temperature sensors 164, for controlling the temperature of the coolant.
  • Fuel cell device 12 used and still be cooled sufficiently.
  • FIG. 7 shows a schematic plan view from above onto a module housing 200 of a preferred embodiment of the fuel cell device 10.
  • the module housing 200 is in particular part of a kit 202, which comprises a plurality of module housing 200, which are identical in construction and are universally usable for the different modules of the fuel cell device 10.
  • a module 204 of the fuel cell device 10 can be arranged in the module housing 200, with a fuel supply module 28, an oxidator supply module 30, a control module 32, a cooling module 34, a fuel storage module 36, a cooling module 146 and / or optionally as a module 204 a (to be described later) coupling module 248 may be provided.
  • the module housing 200 has a substantially cuboid shape and comprises a receiving section 206 shown in FIG. 16, and a connection section 208, which forms a cover 210 of the receiving section 206 and, in the assembled state of the fuel cell device 10, an upper side 212 of the module housing 200.
  • a plurality of terminal holes 214 for connecting a plurality of connectors 216 are provided.
  • Connecting devices 216 are in particular the material, energy and signal lines of the fuel cell device 10, for example the line 134, the line 138 or the control signal lines 142a to 142d (see in particular Figures 1 and 6).
  • connection openings 214 are shown as finished connection openings 214, so that a corresponding connection device 216 can be connected to all connection openings 214.
  • the module housing 200 is suitable for a plurality of different modules 204 of the fuel cell device 10, so that, depending on the module 204 provided in the module housing 200, only a selection of the connection openings 214 is actually used.
  • the plurality of terminal openings 214 or even all terminal openings 214 are in the state prior to assembly of the fuel cell device 10 that is, when the fuel cell device 10 is still present as a kit 202, prepared connection openings 218.
  • the prepared connection openings 218 are in the unassembled state of the fuel cell device 10, for example, formed as areas of reduced material thickness of the module housing 200, so that easily by means of the prepared connection openings 218 a continuous, finished connection opening 214 for a for mounting the module 204 in the module housing 200th required connection device 216 can be produced.
  • connection openings 214 of the module housing 200 are described below in connection with the individual possible uses of the module housing 200 (see FIGS. 8 to 14).
  • a prepared module cooling device 220 arranged in the module housing 200 can be used. This can be done, for example, by separating a region of reduced material thickness from the module housing 200 and the arrangement of a module cooling device 222. Alternatively, however, it may also be provided that the prepared module cooling device 220 is always present through a suitable choice of the material of the module housing 200, in particular the connection portion 208 of the module housing 200 and thus only terminals in the interior of the module housing 200 for use of the module cooling device 222, such as heat pipes , must be relocated.
  • the module housing 200 further comprises in the assembled state of the fuel cell device 10 substantially vertically oriented side walls 224 which are substantially parallel to each other, so that a plurality of module housing 200, optionally with different modules 204, particularly simple and stable can be juxtaposed, so that the module housing 200 with the side walls 224 adjacent to each other.
  • Terminal openings 214 are not provided in these side walls 224 to allow for a compact arrangement of the module housings 200 and to preclude damage to the connection apparatuses 216 at the terminal openings 214.
  • a connection opening 214 may be provided at most on side walls 224 of the module housing 200, which in the mounted state of the fuel cell device 10 is not adjacent to further side walls 224 of the module housing 200.
  • an outlet 226 is provided, for example, through which exhaust gases of the fuel cell device 10, in particular oxygen-depleted residual air with water vapor and / or liquid water, from the module housings 200, in particular from the module housing 200 comprising the fuel cell device 12, can escape.
  • Connection openings 214 are in particular mass transfer connection openings 228, energy exchange connection openings 230 and signal exchange connection openings 232.
  • connection openings 218 were processed only for the purpose of forming those connection openings 214 which are necessary for the arrangement and use of the control module 32 in the module housing 200.
  • the module housing 200 shown in FIG. 8 no mass transfer ports 228 are formed. Rather, in this embodiment, the module housing 200 includes a signal communication port 232a for connecting the control module 32 to the fuel supply module 28, a signal exchange port 232b for connecting the control module 32 to the fuel cell module 26, a signal exchange port 232c for connecting the control module 32 to the oxidizer supply module. module 30 and a signal exchange port 232d for connecting the control module 32 to the cooling module 34, 146.
  • the module housing 200 illustrated in FIG. 8 comprises a programming connection opening 234 for connecting a programming device (not shown) for programming the control module 32 and an operation opening 236 for connecting a control element (not shown) for operating the control module 32.
  • the module housing 200 illustrated in FIG. 8 comprises an energy exchange connection opening 230a for connecting a line by means of which the electrical energy generated in the fuel cell device 12 can be supplied to the control module 32, and an energy exchange connection opening 230b for connecting a consumer line for use in the fuel cell device 12 generated energy.
  • a starter accumulator (not shown) of the control module 32 can be charged via a connection device 216, for which an energy exchange connection opening 230c of the module housing 200 shown in FIG. 8 is provided.
  • the control module 32 can be coupled to a coupling module 248 (to be described later).
  • a module cooling device 222 is provided for cooling the components arranged in the module housing 200 during operation of the fuel cell device 10.
  • FIG. 9 shows a module housing 200 which is prepared for use with a module 204 designed as a fuel supply module 28.
  • the module housing 200 has the signal exchange connection opening 232a for connecting the fuel supply module 28 to the control module 32 and, for example, two signal exchange connection openings 232f for connecting the fuel supply module 28 to fuel storage modules 36. Further, in the embodiment shown in FIG. 9, the module housing 200 has four mass transfer ports 228, a mass transfer port 228a for connecting a fuel supply line, a mass transfer port 228b, for connecting a fuel discharge line, and two mass transfer ports 228c for connecting the fuel supply module 28 to two fuel storage ports. Modules 36.
  • FIG. 10 shows a module housing 200 which is prepared for use with an oxidizer supply module 30.
  • the module housing 200 has the signal exchange connection opening 232c for connecting the oxidizer supply module 30 to the control module 32.
  • Oxidator supply module 30 prepared air via a corresponding connection device 216 are supplied to the fuel cell module 26.
  • Heat generated in the oxidizer supply module 30 during operation thereof is dissipated by means of the module cooling device 222 of the module housing 200.
  • a module housing 200 shown in FIG. 11 is prepared for use with a cooling module 146.
  • the module housing 200 has the signal exchange connection opening 232d for connecting the cooling module 146 to the control module 32.
  • the module housing 200 has a signal exchange connection opening 232g, to which a connection device 216 for connecting the cooling module 146 to an external radiator or radiator 246 can be connected.
  • the module housing 200 further comprises mass transfer ports 228g, by means of which the cooling module 146 can be connected to heat sinks, such as a heater (not shown) of a vehicle, a sorption reservoir (for example a metal hydride reservoir) or a battery heater to be able to use heat generated during operation of the fuel cell device 10.
  • heat sinks such as a heater (not shown) of a vehicle, a sorption reservoir (for example a metal hydride reservoir) or a battery heater to be able to use heat generated during operation of the fuel cell device 10.
  • heat sinks such as a heater (not shown) of a vehicle, a sorption reservoir (for example a metal hydride reservoir) or a battery heater to be able to use heat generated during operation of the fuel cell device 10.
  • a connection to the radiator or radiator 246 can be established via the material exchange connection openings 228h by means of a suitable connection device 216.
  • the heat produced during operation of the cooling module 146 is removed by means of a module cooling device 222 arranged in the module housing 200.
  • the module housing 200 illustrated in FIG. 12 is prepared for use with the fuel cell module 26.
  • the module housing 200 has the signal exchange connection opening 232b for connecting the fuel cell module 26 to the control module 32.
  • the electrical energy generated in the fuel cell module 26 is dissipated via a line.
  • the energy exchange connection opening 230b is provided on the module housing 200 according to FIG.
  • the supplies needed to operate the fuel cell device 12 of the fuel cell module 26 are supplied to the fuel cell module 26 via the mass transfer ports 228a, 228b, 228d, 228e and 228f.
  • the exhaust gases of the fuel cell device 12 are discharged via the outlet 226.
  • An additional internal cooling takes place, for example, by means of the module cooling device 222.
  • the module housing 200 shown in Figure 13 is for use with a coupling module 248 for coupling the fuel cell device 10 to a or a plurality of battery devices 240 and for this purpose comprises the signal exchange connection opening 232e, the energy exchange connection opening 230a and battery connections 238 for connecting the coupling module to the battery devices 240.
  • Internal cooling takes place by means of the module cooling device 222.
  • FIG. 14 illustrates a module housing 200 prepared for use with a battery device 240.
  • the module housing 200 has the programming connection opening 234, the operation opening 236, the mass transfer connection openings 228f, the battery connections 238 and the module cooling device 222.
  • the coupling module 248 in particular electrical energy, which is provided by the fuel cell device 12 and is not immediately used by a consumer, can be transmitted to the battery devices 240 for storing the energy.
  • the fuel cell apparatus 10 has various connection devices 216, namely a connection device 216a with which hydrogen can be transferred, a connection device 216b with which air can be transmitted, a connection device 216c with which coolant is transferable, a connection Device 216d for transmitting a signal or a small amount of electrical energy and a connecting device 216e for transmitting a majority of the electrical energy generated by the fuel cell device 12.
  • the hydrogen-carrying connecting devices 216a are located between the fuel storage modules 36 and the fuel supply module 28 and between the fuel supply module 28 and the fuel cell module 26 is provided. Furthermore, a hydrogen-carrying flushing outlet 242 is provided in the fuel cell module 26.
  • An air-conducting connection device 216 b is provided between the oxidizer supply module 30 and the fuel cell module 26.
  • the fuel cell module 26 further includes an air outlet 244.
  • Coolant-carrying connection devices 216c are provided between a radiator / radiator 246 and the cooling module 146, between the cooling module 146 and the fuel cell module 26, and between the cooling module 146 and a thermal interface (not shown).
  • the battery devices 240 are connected to one another and / or to a thermal interface and / or to the cooling module 146 by means of a coolant-carrying connection device 216c.
  • control module 32 between the control module 32 and the oxidizer supply module 30; between the control module 32 and the fuel cell module 26;
  • control module 32 between the control module 32 and the fuel supply module 28; between the control module 32 and the cooling module 146;
  • a transmission of the electrical energy generated by the fuel cell device 12 takes place by means of connecting devices 216e of the Fuel cell module 26 to the control module 32, from the control module 32 to the coupling module 248 and from the coupling module 248 on the battery devices 240. Further, it may be provided that a power supply to the battery devices 240 is carried out from an external power source.
  • the coupling module 248, the control module 32, the oxidizer supply module 30, the fuel supply module 28, the fuel cell module 26 and the cooling module 146 or a cooling module 34 are arranged in identical, universally usable module housings 200.
  • module housings 200 of identical construction results in a particularly simple way of arranging the fuel cell device 10, namely in that the module housings 200 can be packed next to one another and thus can be easily arranged in a vehicle 250.
  • battery devices 240 and the modules 204 of the fuel cell device 10 are arranged in identical module housings 200, battery devices 240 arranged in a battery-powered vehicle 250 can be particularly easily replaced by a fuel cell device 10, so that the vehicle 250 is no longer easily converted only battery operated, but also with hydrogen as an energy source is usable.

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Abstract

Um einen Bausatz für eine modulare Brennstoffzellenvorrichtung, welche mehrere separate Module (204) umfasst, wobei mindestens ein Modul (204) als ein Oxidator-Versorgungsmodul und mindestens ein Modul (204) als ein Brennstoffzellenmodul ausgebildet ist, zu schaffen, welcher eine geringe Anzahl unterschiedlicher Bauteile aufweist und die Herstellung einer flexibel einsetzbaren Brennstoffzellenvorrichtung ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass der Bausatz mehrere Modulgehäuse (200) umfasst, welche baugleich sind und welche universell für die unterschiedlichen Module der Brennstoffzellenvorrichtung verwendbar sind.

Description

BAUSATZ FÜR EINE MODULAR AUFGEBAUTE BRENNSTOFFZELLENVORRICHTUNG MIT BAUGLEICHEN MODULGEHÄUSEN FÜR UNTERSCHIEDLICHE SYSTEMKOMPONENTEN
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bausatz für eine modulare Brennstoff- 5 Zellenvorrichtung, welche mehrere separate Module umfasst, wobei mindestens ein Modul als ein Oxidator-Versorgungsmodul und mindestens ein Modul als ein Brennstoffzellenmodul ausgebildet ist.
Ein modularer Aufbau einer Brennstoffzellenvorrichtung ist beispielsweise aus0 der WO 2006/032359 A2 bekannt.
Die DE 11 2005 002 971 T5 offenbart ein Brennstoffzellensystem, bei welchem verschiedene Module des Brennstoffzellensystems in einem gemeinsamen
Gehäuse angeordnet sind.
5
Die DE 20 2004 011 801 Ul offenbart ein Kraftwerk zur Erzeugung
elektrischen Stroms, bei welchem mehrere Hybridbrennstoffzellenmodule vorgesehen sind. 0 Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bausatz der
eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher eine geringe Anzahl unterschiedlicher Bauteile aufweist und die Herstellung einer flexibel einsetzbaren Brennstoffzellenvorrichtung ermöglicht. 5 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Bausatz
mehrere Modulgehäuse umfasst, welche baugleich sind und welche universell für die unterschiedlichen Module der Brennstoffzellenvorrichtung verwendbar sind . 0 Dadurch, dass der Bausatz mehrere baugleiche und universell verwendbare
Modulgehäuse umfasst, kann für mehrere unterschiedliche, insbesondere funktional unterschiedliche, Module der Brennstoffzellenvorrichtung ein Modulgehäuse desselben Typs verwendet werden. Für die unterschiedlichen Module der Brennstoffzellenvorrichtung müssen somit keine unterschiedlich ausgebildeten Modulgehäuse geplant und hergestellt werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Modulgehäuse dieselben äußeren Abmessungen aufweisen.
Insbesondere dann, wenn die Modulgehäuse im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sind, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Modulgehäuse dieselbe Länge, dieselbe Breite und dieselbe Höhe aufweisen.
Günstig ist es, wenn die Modulgehäuse miteinander identische Aufnahmeabschnitte zum Aufnehmen der Module der Brennstoffzellenvorrichtung umfassen. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Modulgehäuse zumindest vor der Montage der Brennstoffzellenvorrichtung miteinander identische Anschlussabschnitte zum Anschließen von Verbindungsvorrichtungen für die Module der Brennstoffzellenvorrichtung umfassen. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Anschlussabschnitt eines jeden Modulgehäuses zumindest vor der Montage der Brennstoffzellenvorrichtung mindestens eine vorbereitete Anschlussöffnung aufweist. Unter einer vorbereiteten Anschlussöffnung ist insbesondere ein Bereich verringerter Materialstärke des Modulgehäuses zu verstehen, welcher die Form einer im montierten Zustand der Brennstoffzellenvorrichtung zum Anschließen einer Verbindungsvorrichtung des Moduls nötigen Durchgangsöffnung aufweist.
Vorteilhaft ist es, wenn der Anschlussabschnitt eines jeden Modulgehäuses eine Vielzahl von vorbereiteten Anschlussöffnungen aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für jede der Verbindungsvorrichtungen sämtlicher Module der Brennstoffzellenvorrichtung separate vorbereitete Anschlussöffnungen vorgesehen sind. Auf diese Weise muss bei der Montage der Brennstoffzellenvorrichtung jedes der Modulgehäuse lediglich dadurch zur Aufnahme eines bestimmten Moduls der Brennstoffzellenvorrichtung angepasst werden, dass die für dieses bestimmte Modul nötigen Durchgangsöffnungen mittels der vorbereiteten Anschlussöffnungen gebildet werden, beispielsweise durch Heraustrennen eines Bereichs verringerter Materialstärke des Modulgehäuses.
Ferner kann vorgesehen sein, dass solche Anschlussöffnungen, welche für jedes der Module der Brennstoffzellenvorrichtung notwendig sind, bereits als fertige Anschlussöffnungen in den Modulgehäusen ausgebildet sind, das heißt, dass diese Anschlussöffnungen bereits Durchgangsöffnungen in den Modulgehäusen darstellen. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Anschlussabschnitt eines jeden Modulgehäuses eine Mehrzahl von vorbereiteten Anschlussöffnungen aufweist, wobei für unterschiedliche Verbindungsvorrichtungen für die Module der Brennstoffzellenvorrichtung unterschiedliche vorbereitete Anschlussöffnungen vorgesehen sind . Auf diese Weise ist für eine bestimmte Verbindungsvorrichtung jeweils eine bestimmte Anschlussöffnung vorgesehen, so dass eine einheitliche Ausgestaltung der Anschlussabschnitte der Modulgehäuse und eine einfache Anordnung der Verbindungsvorrichtungen für die Module möglich ist. Ferner ist hierdurch einem unbeabsichtigten Vertauschen der unterschiedlichen Anschlussöffnungen wirksam vorgebeugt.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Anschlussabschnitt eines jeden Modulgehäuses an einer im montierten Zustand der Brennstoffzellenvorrichtung oberen Oberseite des Modulgehäuses angeordnet ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass von den Seitenwänden der Modulgehäuse Verbindungsvorrichtungen abstehen, welche einem kompakten Anordnen der Modulgehäuse aneinander im Wege stehen würden. Günstig kann es sein, wenn der Anschlussabschnitt eines jeden Modulgehäuses eine Abdeckung für einen Aufnahmeabschnitt des jeweiligen Modulgehäuses bildet. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass der Anschlussabschnitt als ein Deckel für einen beispielsweise kastenförmigen Auf- nahmeabschnitt ausgebildet ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Modulgehäuse eine Modulkühlvorrichtung oder eine vorbereitete Modulkühlvorrichtung umfassen. Auf diese Weise kann insbesondere die im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung entstehende Wärme gezielt aus den Modulgehäusen nach außen abgeführt werden.
Die Modulkühlvorrichtung oder die vorbereitete Modulkühlvorrichtung ist vorzugsweise an einer im montierten Zustand der Brennstoffzellenvorrichtung oberen Oberseite des Modulgehäuses angeordnet. Auf diese Weise kann auch bei einer Aneinanderreihung mehrerer Modulgehäuse eine wirksame Wärmeableitung mittels der Modulkühlvorrichtung im montierten Zustand der Brennstoffzellenvorrichtung erfolgen.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jedes der Modul- gehäuse mindestens zwei parallel zueinander verlaufende Wandungen um- fasst. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass jedes der Modulgehäuse im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.
Die Modulgehäuse sind insbesondere dann einfach nebeneinander anordenbar, wenn die mindestens zwei parallel zueinander verlaufenden Wandungen im montierten Zustand der Brennstoffzellenvorrichtung im Wesentlichen vertikale Seitenwände des Modulgehäuses bilden.
Der erfindungsgemäße Bausatz eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung, umfassend mehrere Module, wobei mindestens ein Modul als ein Oxidator-Versorgungsmodul und mindestens ein Modul als ein Brennstoffzellenmodul ausgebildet ist und wobei die Brennstoffzellenvorrichtung aus einem erfindungsgemäßen Bausatz herstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung weist vorzugsweise die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bausatz beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Bei einer Weiterbildung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung mindestens ein als Brennstoff-Versorgungs- modul, (in einer flüssigkeitsgekühlten Ausgestaltung) mindestens ein als Kühlmodul, mindestens ein als Steuermodul zur Steuerung der Brennstoffzellenvorrichtung und/oder mindestens ein als Kopplungsmodul zur Kopplung der Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Batterievorrichtung ausgebildetes Modul umfasst, welche jeweils in einem Modulgehäuse angeordnet sind.
Die Modulgehäuse des erfindungsgemäßen Bausatzes eignen sich vorzugsweise zur wahlweisen Aufnahme von mindestens zwei funktional unterschiedlichen Modulen der Brennstoffzellenvorrichtung . Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, umfassend mehrere Batterievorrichtungen und mindestens eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist vorzugsweise die vorstehend im
Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bausatz und/oder der
erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die Modulgehäuse für die Module der Brennstoffzellenvorrichtung und Gehäuse für die Batterievorrichtungen im Wesentlichen dieselben Abmessungen aufweisen. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass für die Batterievorrichtungen und für die Module der Brennstoffzellenvorrichtung dieselben Modulgehäuse verwendet werden. Als Brennstoff für die Brennstoffzellenvorrichtung kann insbesondere Wasserstoff verwendet werden.
Als Oxidator dient vorzugsweise Luft, insbesondere Sauerstoff aus der Luft. Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist insbesondere ein Landfahrzeug, beispielsweise ein Kraftfahrzeug. Ferner kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Fahrzeug ein Wasser-, Luft- oder Raumfahrzeug ist.
Vorzugsweise ermöglicht der erfindungsgemäße Bausatz für eine modulare Brennstoffzellenvorrichtung aufgrund der baugleichen und universell verwendbaren Modulgehäuse insbesondere einen Einsatz in batteriebetriebenen Fahrzeugen, wobei vorzugsweise bereits vorhandene Batterieelemente lediglich durch die ähnlich oder sogar gleich dimensionierten Modulgehäuse der Brennstoffzellenvorrichtung ersetzt werden. Hierdurch kann auf besonders einfache Weise ein Hybrid-Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug, umfassend ein Brennstoffzellensystem und ein Batteriesystem, gebildet werden.
Ferner können der erfindungsgemäße Bausatz, die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Fahrzeug die nach- folgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen :
Durch die Kombination von vorgefertigten, voreingestellten Subsystemen in universell verwendbaren Gehäusen, welche vorzugsweise in ihren Abmessungen und ihrer Befestigungsart Standardgehäusen für Fahrzeug- akkumulatoren gleichen oder identisch mit denselben sind, kann ein besonders einfacher Austausch der mittels des erfindungsgemäßen Bausatzes hergestellten Brennstoffzellenvorrichtung als Ersatz für Batterien eines batteriebetriebenen Fahrzeugs erfolgen. Vorteilhafterweise können Befestigungen für in einem batteriebetriebenen Fahrzeug vorhandene Akkumulatoren für die Modulgehäuse verwendet werden.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann eine sichere Befestigung der Modulgehäuse entweder über Befestigungselemente oder über vibrationsdämpfendes Einschäumen oder die Einlage von Dämpfungsplatten erfolgen. Ein möglicherweise notwendiger Kühlradiator und/oder ein Gasspeicher können nach den Gesichtspunkten der Unfallsicherheit getrennt von dem eigentlichen Brennstoffzellensystem verbaut werden . Beispielsweise kann ein Kühler in Radläufen des Fahrzeugs eingebaut werden, während ein Gasspeicher, insbesondere ein Metallhydrid-Wasserstoffspeicher, in Seiten- schwellern des Fahrzeugs, als Quereinbau über den Fahrzeugachsen oder als Fahrzeugchassis-Konstruktionselement im Fahrzeug verbaut wird .
Günstig kann es sein, wenn ein Thermomanagement der Brennstoffzellenmodule und/oder der Batterievorrichtungen und/oder des Metallhydrid- Wasserstoffspeichers als gemeinsames Thermomanagementsystem in das Fahrzeug integriert ist.
Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung eine Brennstoffzelleneinrichtung mit einem oder mehreren Brennstoffzellenblöcken, in denen chemische Energie in elektrische Energie umwandelbar ist, eine Oxidator- Versorgungseinrichtung für die Brennstoffzelleneinrichtung, eine Brennstoff- Versorgungseinrichtung für die Brennstoffzelleneinrichtung, und eine
Steuerungseinrichtung. Brennstoffzellenvorrichtungen, umfassend eine Brennstoffzelleneinrichtung mit einem oder mehreren Brennstoffzellenblöcken, in denen chemische Energie in elektrische Energie umwandelbar ist, eine Oxidator-Versorgungseinrichtung für die Brennstoffzelleneinrichtung, eine Brennstoff-Versorgungseinrichtung für die Brennstoffzelleneinrichtung, und eine Steuerungseinrichtung, sind beispielsweise aus der DE 101 27 600 AI bzw. C2 oder der DE 101 27 599 AI bekannt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Brennstoffzelleneinrichtung und/oder die Oxidator-Versorgungseinrichtung und/oder die Brennstoff-Versorgungseinrichtung als Modul ausgebildet ist/sind, wobei in einem Modul die funktionellen Komponenten der jeweiligen Einrichtung angeordnet sind, das entsprechende Modul eine Einheit bildet, welche als Ganzes positionierbar ist, und/oder das entsprechende Modul eine Kommunikationsschnittstelle mit Anschlüssen auf- weist.
Für jedes Modul ist vorzugsweise eine definierte Schnittstelle zur Kommunikation mit der Außenwelt bzw. anderen Modulen bezüglich Stoffaustausch (über Stoffströme) und/oder Energieaustausch und/oder Signalaustausch bereitge- stellt. Dies ermöglicht es, die Brennstoffzellenvorrichtung aus Subsystemen zusammenzustellen, wobei die Subsysteme, insbesondere bezüglich der jeweiligen Betriebsparameter, getrennt einstellbar sind . Insbesondere lassen sich für jedes Modul die Betriebsparameter bezüglich Stoffströmen, elektrischen Strömen und Signalströmen getrennt einstellen und auch optimieren.
Es ergibt sich eine einfache Zerlegbarkeit und Zusammensetzbarkeit der Brennstoffzellenvorrichtung.
Weiterhin lassen sich sicherheitsrelevante Komponenten getrennt ausbilden. Für die Brennstoffführung sind dann nur noch das Brennstoff-Versorgungsmodul und das Brennstoffzellenmodul relevant. Die anderen Module sind dann nicht mehr sicherheitsrelevant.
Mit der Brennstoffzellenvorrichtung lassen sich vorzugsweise die in der
DE 101 27 599 AI, der DE 101 27 600 AI und DE 101 27 600 C2 beschriebenen Verfahren durchführen . Ferner lässt sich die Brennstoffzellenvorrichtung wie in diesen Druckschriften beschrieben ausbilden. Auf diese Druckschriften wird ausdrücklich Bezug genommen und deren Inhalt durch Bezugnahme zum Bestandteil dieser Beschreibung gemacht.
Günstig ist es insbesondere, wenn ein entsprechendes Modul ein Modulge- häuse aufweist, in welchem die funktionellen Komponenten angeordnet sind . Über das Modulgehäuse lässt sich das Modul als Einheit ausbilden. Ferner lässt sich an dem Modulgehäuse eine definierte Schnittstelle und insbesondere eine definierte Kommunikationsschnittstelle anordnen. In dem Modulgehäuse sind die funktionellen Komponenten geschützt.
Beispielsweise ist das Modulgehäuse zumindest teilweise aus einem durchsichtigen Material hergestellt, so dass Messgeräte wie Druckanzeigen abgelesen werden können. Insbesondere sind an dem Modulgehäuse der oder die Anschlüsse angeordnet, über die Module untereinander oder mit entsprechenden Einrichtungen kommunizieren können.
Es kann vorgesehen sein, dass das Modulgehäuse geschlossen ist. Dadurch werden die funktionellen Komponenten, welche in dem Modulgehäuse angeordnet sind, geschützt.
Besonders günstig ist es, wenn das Modulgehäuse gasdicht ist, insbesondere im Falle des Brennstoffzellenmoduls und des Brennstoff-Versorgungsmoduls. Dadurch lässt sich das Entweichen von Brennstoff an Undefinierten Stellen vermeiden. Das System lässt sich mit einer Sicherheitsbelüftung direkt an die Umgebung versehen.
Die Anschlüsse umfassen insbesondere Stoffanschlüsse, Signalanschlüsse und elektrische Leistungsanschlüsse. Über die Stoffanschlüsse kann ein Stoffaustausch erfolgen. Beispielsweise wird über einen Auskopplungsanschluss des Brennstoff-Versorgungsmoduls Brennstoff ausgekoppelt und über einen Brenn- stoffeinkopplungsanschluss der Brennstoffzelleneinrichtung lässt sich in diese Brennstoff einkoppeln. Über Signalanschlüsse können Steuersignale eingekoppelt werden oder es lassen sich Steuersignale auskoppeln. Über elektrische Leistungsanschlüsse kann elektrische Leistung eingekoppelt werden oder (im Falle der Brennstoffzelleneinrichtung) ausgekoppelt werden.
Insbesondere weist das Brennstoffzellenmodul Stoffanschlüsse für Oxidator und Brennstoff und einen Anschluss zur Auskopplung elektrischer Leistung auf.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Brennstoffzellenmodul mindestens einen Signalanschluss zur Einkopplung von Steuersignalen aufweist. Über solch einen Anschluss lassen sich beispielsweise Steuersignale einkoppeln, um ein Sperrventil getaktet zu öffnen und zu schließen, über das nicht verbrauchter Brennstoff und/oder Brennstoff mit erhöhtem Inertgasanteil und/oder Wasseranteil abführbar ist.
Es ist ferner vorgesehen, dass das Brennstoff-Versorgungsmodul mindestens einen Brennstoffanschluss zur Auskopplung von Brennstoff aufweist. Über diesen Brennstoffanschluss ist eine Verbindung zu der Brennstoffzelleneinrichtung herstellbar.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Brennstoff-Versorgungsmodul mindestens einen Signalanschluss aufweist.
Es ist ferner vorgesehen, dass das Oxidator-Versorgungsmodul mindestens einen Oxidatoranschluss zur Auskopplung von Oxidator aufweist. Es lässt sich dadurch Luft mit Luftsauerstoff als Oxidator auskoppeln. Über diesen Anschluss lässt sich die Verbindung mit einer Brennstoffzelleneinrichtung herstellen. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Oxidator-Versorgungsmodul mindestens einen Signalanschluss aufweist, über den insbesondere Steuerungssignale einkoppelbar sind . Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn kommunizierende Module über
Leitungen verbunden sind . Die Module lassen sich an einer Anwendung zunächst getrennt und unabhängig voneinander positionieren. Die notwendigen Kommunikationsverbindungen bezüglich Stofftransport, Zuführung von elek- trischer Leistung und bezüglich Steuerungssignalen werden dann nachträglich entsprechend der geometrischen Gegebenheiten hergestellt. Es ergibt sich dadurch ein flexibler Aufbau, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung über Subsysteme gebildet ist. Insbesondere sind die Leitungen von dem oder den Modulen getrennte
Elemente.
Es kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Brennstoffspeicher in das Brennstoff-Versorgungsmodul integriert sind. Wenn ein Brennstoffspeicher entleert ist, dann wird beispielsweise das Brennstoff-Versorgungsmodul als Ganzes ausgetauscht.
Es kann auch vorgesehen sein, dass mindestens ein Brennstoffspeicher vorgesehen ist, welcher an die Brennstoff-Versorgungseinrichtung gekoppelt ist und insbesondere ein externes Element bezogen auf ein Brennstoff-Versorgungsmodul bildet.
Es können auch ein oder mehrere Brennstoffspeicher-Module vorgesehen sein. Ein Brennstoffspeicher-Modul lässt sich an ein Brennstoff-Versorgungsmodul ankoppeln. Wenn ein Brennstoffspeicher entleert ist, dann kann ein entsprechendes Brennstoffspeicher-Modul auf einfache Weise ausgetauscht werden.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der mindestens eine Brennstoff- Speicher oder das mindestens eine Brennstoffspeicher-Modul als strukturelles Element der Brennstoffzellenvorrichtung oder einer Anwendung ausgebildet ist. Dadurch lässt sich die Energieversorgungseinrichtung der Anwendung, welche mit Hilfe der Brennstoffzellenvorrichtung gebildet ist, Platz sparend ausbilden.
Insbesondere ist der mindestens eine Brennstoffspeicher oder das mindestens eine Brennstoffspeicher-Modul ein Metallhydridspeicher oder umfasst einen solchen. In einem Metallhydridspeicher ist Wasserstoff nicht als freies Gas gespeichert, sondern in gebundener Form. Beispielsweise über Erhitzung lässt sich Wasserstoff aus einem solchen Metallhydridspeicher austreiben. Es treten dabei nicht die Sicherheitsprobleme auf wie bei der Wasserstoffspeicherung in einem Drucktank. Ein Metallhydridspeicher ist ein massives Element, welches entsprechend als strukturelles Element und beispielsweise als tragendes Element für eine Anwendung genutzt werden kann.
Insbesondere ist der mindestens eine Brennstoffspeicher mittels eines oder mehreren Strangpressprofilen gebildet. Entsprechende Metallhydridspeicher sind beispielsweise unter der Bezeichnung MH Hydrogene Storage Tank von SUMITOMO PRECISION PRODUCTS CO., LTD., Japan, erhältlich.
Günstigerweise ist der Brennstoffzelleneinrichtung eine Kühlungseinrichtung zugeordnet. Dadurch lässt sich die Brennstoffzelleneinrichtung mit einem optimierten Wirkungsgrad betreiben.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kühlungseinrichtung so angeordnet und ausgebildet ist, dass mindestens ein Brennstoffspeicher mit Abwärme beaufschlagbar ist. Die Abwärme kann dann dazu genutzt werden, beispielsweise aus einem Metallhydridspeicher Wasserstoff auszutreiben. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenvorrichtung verbessern. Es ist grundsätzlich möglich, dass die Kühlungseinrichtung mit der Brennstoffzelleneinrichtung in einem Brennstoffzellenmodul integriert ist. Es ist auch möglich, dass die Kühlungseinrichtung als separates Modul ausgebildet ist. Insbesondere weist dann das Kühlmodul mindestens einen Abwärmeanschluss auf. An diesem Anschluss lässt sich Abwärme auskoppeln, um diese beispielsweise einem Metallhydridspeicher zuzuführen. Günstig ist es, wenn das Kühlmodul mindestens einen Signalanschluss aufweist. Beispielsweise kann dann die entsprechende Kühlungseinrichtung über Steuerungssignale so gesteuert werden, dass sich eine optimale Kühlungswirkung ergibt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung als Modul ausgebildet ist. Die Steuerungseinrichtung bildet dann eine eigene Komponente der Brennstoffzellenvorrichtung. Insbesondere ist eine zentrale Steuerungseinrichtung realisiert. Günstigerweise ist mittels der Steuerungseinrichtung eine Ablaufsteuerung gebildet, welche voreingestellte Steuerungssignale sendet. Es erfolgt keine Regelung der Brennstoffzuführung und Oxidatorzuführung zu der Brennstoffzelleneinrichtung, sondern höchstens eine Steuerung. Ein entsprechendes Verfahren ist in der DE 101 27 600 AI beschrieben, wobei auf dieses Doku- ment ausdrücklich Bezug genommen wird und dessen Inhalt durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird.
Günstig ist es, wenn elektrische Verbraucher der Brennstoffzellenvorrichtung über die Steuerungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt sind. Die Steuerungseinrichtung stellt dann eine definierte Schnittstelle bereit, über die die entsprechenden Module die elektrische Energie in der erforderlichen Form erhalten können.
Günstig ist es, wenn die Betriebsparameter bezüglich der Stoffströme, der elektrischen Ströme und der Signalströme für jedes Modul unabhängig einstellbar sind und/oder eingestellt sind . Dadurch ergibt sich bei einfacher Herstellbarkeit eine optimierte Anpassbarkeit der Brennstoffzellenvorrichtung an Anwendungen. Jedes Modul lässt sich dabei getrennt optimieren. Besonders vorteilhaft ist es, wenn in dem Brennstoff-Versorgungsmodul und/oder Oxidator-Versorgungsmodul und/oder Brennstoffzellenmodul Stoffführungen mittels einer Bohrung gebildet sind, wobei diese Bohrung insbe- sondere durch eine Ausnehmung in einem Vollmaterial hergestellt ist. Dadurch lässt sich innerhalb eines solchen Moduls eine Art von Stofftransport-Bus bereitstellen. Es muss dann keine Rohrführung vorgesehen sein. Insbesondere wenn Brennstoff geführt wird, ist dadurch die Gefahr von Lecks stark verringert. Ein Modul weist beispielsweise ein blockförmiges Kunststoffmodul- gehäuse auf. In einem solchen blockförmigen Kunststoffmodulgehäuse lässt sich über eine Bohrung eine Stoffführung ausbilden.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn für die Oxidator-Versorgungseinrich- tung der Druck und der Volumenstrom von auskoppelbarer Luft als Oxidator- träger fest vorgegeben sind . Dadurch lässt sich eine einfach arbeitende Brennstoffzellenvorrichtung ausbilden, wie sie in der DE 101 27 600 AI bzw.
DE 101 27 600 C2 beschrieben ist.
Aus dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, wenn für die Brennstoff-Versor- gungseinrichtung der Druck des auskoppelbaren Brennstoffs fest eingestellt ist.
Insbesondere ist für die Brennstoff-Versorgungseinrichtung die Druckdifferenz für auskoppelbaren Brennstoff in Relation zu von der Oxidator-Versorgungs- einrichtung auskoppelbarer Luft als Oxidatorträger fest eingestellt. Eine entsprechende Verfahrensführung ist in der DE 101 27 600 AI beschrieben, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird und deren Inhalt durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Mengenregelung des der Brennstoffzelleneinrichtung zugeführten Brennstoffs durch die elektrische Leistungsaufnahme eines Verbrauchers erfolgt. Dadurch ergibt sich eine einfache Steue- rung und Regelung der Brennstoffzellenvorrichtung, da der Verbraucher die Brennstoffzuführung "automatisch" regelt.
Günstig ist es, wenn die Brennstoffzelleneinrichtung für eine Brennstoffzellen- Vorrichtung, mit einem oder mehreren Brennstoffzellenblöcken, in denen chemische Energie in elektrische Energie umwandelbar ist, auf einfache Weise handhabbar ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Brennstoffzelleneinrichtung als Modul aus- gebildet ist, wobei in dem Modul die funktionellen Komponenten der Brennstoffzelleneinrichtung angeordnet sind, das Modul eine Einheit bildet, welches als Ganzes positionierbar ist, und das Modul eine Kommunikationsschnittstelle mit Anschlüssen aufweist. Die Vorteile dieser Lösung wurden bereits oben im Zusammenhang mit der Brennstoffzellenvorrichtung beschrieben.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der Brennstoffzellenvorrichtung erläutert.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn die Oxidator-Versorgungseinrichtung als Modul ausgebildet ist, wobei in dem Modul die funktionellen Komponenten der Oxidator-Versorgungseinrichtung angeordnet sind, das Modul eine Einheit bildet, welche als Ganzes positionierbar ist, und das entsprechende Modul eine Kommunikationsschnittstelle mit Anschlüssen aufweist.
Die Vorteile dieser Lösung wurden bereits oben im Zusammenhang mit der Brennstoffzellenvorrichtung erläutert. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der Brennstoffzellenvorrichtung erläutert. Günstig kann es sein, wenn die Brennstoff-Versorgungseinrichtung als Modul ausgebildet ist, wobei an dem Modul die funktionellen Komponenten der Brennstoff-Versorgungseinrichtung angeordnet sind, das Modul eine Einheit bildet, welche als Ganzes positionierbar ist, und das Modul eine Kommunika- tionsschnittstelle mit Anschlüssen aufweist.
Die Vorteile dieser Lösung wurden bereits im Zusammenhang mit der Brennstoffzellenvorrichtung erläutert. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der Brennstoffzellenvorrichtung erläutert.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung . Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Brennstoffzellenvorrichtung in Modulbauweise mit Luftkühl Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Oxidator-Versorgungsmoduls;
Figur 3 Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellenmoduls;
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoff-Versorgungsmoduls;
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffspeicher-Moduls;
Figur 6 eine der Figur 1 entsprechende schematische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung in
Modulbauweise mit Flüssigkeitskühlung;
Figur 7 eine schematische Darstellung einer Draufsicht von oben auf ein
Modulgehäuse der Brennstoffzellenvorrichtung; Figur 8 eine der Figur 7 entsprechende schematische Darstellung einer Draufsicht von oben auf ein Modulgehäuse der Brennstoffzellenvorrichtung, wobei das Modulgehäuse zur Aufnahme eines Steuermoduls vorbereitet ist;
Figur 9 eine der Figur 7 entsprechende schematische Darstellung einer
Draufsicht von oben auf ein Modulgehäuse der Brennstoffzellenvorrichtung, wobei das Modulgehäuse zur Aufnahme eines Brennstoff-Versorgungsmoduls vorbereitet ist;
Figur 10 eine der Figur 7 entsprechende schematische Darstellung einer
Draufsicht von oben auf ein Modulgehäuse der Brennstoffzellenvorrichtung, wobei das Modulgehäuse zur Aufnahme eines Oxidator-Versorgungsmoduls vorbereitet ist;
Figur 11 eine der Figur 7 entsprechende schematische Darstellung einer
Draufsicht von oben auf ein Modulgehäuse der Brennstoffzellenvorrichtung, wobei das Modulgehäuse zur Aufnahme eines Kühlmoduls vorbereitet ist;
Figur 12 eine der Figur 7 entsprechende schematische Darstellung einer
Draufsicht von oben auf ein Modulgehäuse der Brennstoffzellenvorrichtung, wobei das Modulgehäuse zur Aufnahme eines Brennstoffzellenmoduls vorbereitet ist;
Figur 13 eine der Figur 7 entsprechende schematische Darstellung einer
Draufsicht von oben auf ein Modulgehäuse der Brennstoffzellenvorrichtung, wobei das Modulgehäuse zur Aufnahme eines Kopplungsmoduls vorbereitet ist;
Figur 14 eine der Figur 7 entsprechende schematische Darstellung einer
Draufsicht von oben auf ein Modulgehäuse der Brenn- Stoffzellenvorrichtung, wobei das Modulgehäuse zur Aufnahme eines Batteriemoduls vorbereitet ist;
Figur 15 eine schematische Darstellung der Verbindungen zwischen den einzelnen Modulen der Brennstoffzellenvorrichtung in einem
Blockschaltbild; und
Figur 16 eine schematische perspektivische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Brennstoffzellenvorrichtung in Modulbauweise.
Ein Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzellenvorrichtung, welches in Figur 1 gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine Brennstoffzelleneinrichtung 12 mit einem oder mehreren Brennstoffzellenblöcken 14. Die Brennstoffzelleneinrichtung 12 ist die Brennstoffzellen-Kerneinrichtung der Brennstoff- Zellenvorrichtung 10. Ferner umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 10 eine Brennstoff-Versorgungseinrichtung 16, mittels welcher der oder die Brennstoffzellenblöcke 14 der Brennstoffzelleneinrichtung 12 mit Brennstoff versorgbar sind . Weiterhin umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 10 eine Oxidator-Versor- gungseinrichtung 18 für die Brennstoffzelleneinrichtung 12, mittels welcher für den oder die Brennstoffzellenblöcke 14 Oxidator bereitstellbar ist.
Zur Steuerung der Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist eine Steuerungseinrich- tung 20 vorgesehen.
Dem oder den Brennstoffzellenblöcken 14 kann eine Kühlungseinrichtung 22 zugeordnet sein. Bei den Brennstoffzellen des oder der Brennstoffzellenblöcke 14 handelt es sich insbesondere um Polymermembran-Brennstoffzellen (PEFC), bei denen der Elektrolyt durch eine protonenleitende Membran gebildet ist. Neben der Funktion des Elektrolyten ist die Membran auch Katalysatorträger für die anodischen und kathodischen Elektrokatalysatoren und dient als Separator für die gasförmigen Reaktanten. Als Brennstoff wird Wasserstoff eingesetzt und als Oxidator Sauerstoff und insbesondere Luftsauerstoff. Der Brennstoffzelleneinrichtung 12 wird dann Luft mit Luftsauerstoff als Oxidator zugeführt.
In dem oder den Brennstoffzellenblöcken 14 wird chemische Energie durch die kalte Verbrennung des Brennstoffs mit dem Oxidator in elektrische Energie umgewandelt. Diese elektrische Energie ist über einen Anschluss 24 an einen Verbraucher abgebbar.
Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist modular aufgebaut mit einem Brennstoffzellenmodul 26, einem Brennstoff-Versorgungsmodul 28 und einem Oxidator-Versorgungsmodul 30. Ferner ist ein Steuermodul 32 vorgesehen, welches die Steuerungseinrichtung 20 umfasst.
Die Kühlungseinrichtung 22 ist in ein Kühlmodul 34 integriert. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Brennstoffspeicher-Modul 36 vorgesehen.
Es ist alternativ auch möglich, dass Brennstoffspeicher in das Brennstoff- Versorgungsmodul 28 integriert sind.
In das Oxidator-Versorgungsmodul 30 (Figuren 1 und 2) sind die funktionellen Komponenten der Oxidator-Versorgungseinrichtung 18 integriert. Das Oxidator-Versorgungsmodul 30 weist ein geschlossenes Modulgehäuse 38 auf. Das Modulgehäuse kann gasdicht ausgestaltet sein. Beispielsweise ist das Modul- gehäuse durchsichtig . Ein mögliches Material ist Plexiglas.
Das Oxidator-Versorgungsmodul 30 ist mit einer Kommunikationsschnittstelle 40 versehen, welche einen Ausgangsanschluss 42 aufweist, über den Oxidator auskoppelbar ist. Insbesondere ist Luft als Oxidatorträger mit Luftsauerstoff als Oxidator auskoppelbar.
Ferner ist ein elektrischer Anschluss 44 vorgesehen, über den elektrische Energie in das Oxidator-Versorgungsmodul 30 zur Bereitstellung an elektrische Verbraucher dieses Moduls einkoppelbar ist.
Weiterhin kann ein Signalanschluss 46 zur Einkopplung von Steuerungssignalen vorgesehen sein.
Die entsprechenden Anschlüsse 42, 44 und 46 sind an dem Modulgehäuse 38 angeordnet.
In dem Modulgehäuse 38 ist ein Luftverdichter 48 angeordnet. Diesem ist ein Filter 50 vorgeschaltet. Das Modulgehäuse 38 weist eine oder mehrere Luftzuführungsöffnungen 52 auf, über die Luft dem Luftverdichter 48 zuführbar ist, wobei der Filter 50 durch die zugeführte Luft passiert werden muss. An der oder den Luftzuführungsöffnungen 52 ist ein Luftförderer und Kühler 54 angeordnet, welcher insbesondere über einen Elektromotor angetrieben ist.
In dem Modulgehäuse 38 ist dem Luftverdichter 48 ein Wasserabscheider 56 nachgeschaltet. Über diesen Wasserabscheider 56 lässt sich durch das
Oxidator-Versorgungsmodul 30 durchgeführte Luft entfeuchten. Dem Wasserabscheider 56 ist dabei ein Stellelement 58 zugeordnet, welches in Verbindung mit einem Ausgang steht, über den Wasser abgelassen werden kann.
Ferner umfasst das Oxidator-Versorgungsmodul 30 einen Druckschalter 60 und eine Druckanzeige 62. Mittels des Druckschalters 60 lässt sich ein bestimmter Luftstrom des Luftverdichters 48 überprüfen. Dieser Luftstrom wird durch eine Stellvorrichtung (wie beispielsweise das Einstellventil 118) fest vorgegeben. Der Luftstrom lässt sich an dem Ausgangsanschluss 42 auskoppeln. Für die Einstellung des Oxidator-Versorgungsmoduls 30 kann eine Stellvorrichtung auch direkt an das Oxidator-Versorgungsmodul 30 angeschlossen und/oder nur vorübergehend angeschlossen werden. Das Oxidator-Versorgungsmodul 38 bildet eine als Ganzes positionierbare
Einheit. Die Verbindung mit dem Steuermodul 32 erfolgt über die Kommunikationsschnittstelle 40. Die Verbindung mit dem Brennstoffzellenmodul 26 erfolgt über den Anschluss 42 (als Stoffstrom-Schnittstelle). Elektrische Verbraucher des Oxidator-Versorgungsmoduls 30 werden über das Steuermodul 32 mit elektrischer Energie (die an dem elektrischen Anschluss 44 eingekoppelt wird) versorgt.
Das Brennstoff-Versorgungsmodul 28 weist ein Modulgehäuse 64 auf, in welchem die funktionellen Komponenten der Brennstoff-Versorgungseinrich- tung 16 angeordnet sind . Das Modulgehäuse 64 ist insbesondere geschlossen und gasdicht ausgebildet. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass Führungen für Brennstoff innerhalb des Brennstoff-Versorgungsmoduls 28 rohrfrei ausgebildet sind . Beispielsweise ist das Modulgehäuse 64 mittels eines Kunststoffblockes, beispielsweise eines Plexiglasblocks, gebildet und die entsprechenden Strömungsführungen sind durch Bohrungen in dem Kunststoff block gebildet. Es wird dadurch eine Art von Bussystem für die Strömungsführung des Brennstoffs innerhalb des Brennstoff-Versorgungsmoduls 28 bereitgestellt.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Brennstoffspeicher außerhalb des Brennstoff-Versorgungsmoduls 28 angeordnet. Es ist dazu ein eigenes Brennstoffspeicher-Modul 36 vorgesehen. Um Brennstoff, welcher von dem Brennstoffspeicher-Modul 36 geliefert wird, einkoppeln zu können, ist an dem Modulgehäuse 64 ein Anschluss 66 zur Einkopplung von Brennstoff vorgesehen. Dieser Anschluss 66 steht in fluidwirksamer Verbindung mit einer Brennstoffführung 68 innerhalb des Modulgehäuses 64. An diese Brennstoffführung 68 ist ein Sicherheitsventil 70 gekoppelt. Weiterhin ist ein Druckschalter 72 vorgesehen, über den der Druck des innerhalb des Modulgehäuses 64 geführten Brennstoffs (insbesondere Wasserstoff) überprüfbar ist. Dem Druckschalter 72 ist eine Druckminderer-/Einstellvorrichtung 74 mit Druckanzeige nachgeschaltet. Weiterhin ist eine Flammensperre 76 vorgesehen.
Auf die Flammensperre 76 folgend ist ein Ablassventil 78 in der Brennstoff- führung 68 angeordnet. Über das Ablassventil 78 lässt sich in dem Modulgehäuse 64 befindlicher gasförmiger Brennstoff auskoppeln.
Weiterhin ist ein weiteres Sicherheitsventil 80 vorgesehen. Über einen weiteren Druckschalter 82 lässt sich der Druck von an einem An- schluss 84 auskoppelbaren Brennstoff überprüfen. Über eine Druckanzeige 86 ist dieser Druck anzeigbar.
Das Brennstoff-Versorgungsmodul 28 weist eine Kommunikationsschnittstelle auf, welche die Anschlüsse 66 und 84 umfasst. Weiterhin kann ein Steuer- signalanschluss 88 vorgesehen sein. Für die Einkopplung von elektrischer Energie zur Bereitstellung an elektrische Verbraucher des Brennstoff-Versorgungsmoduls 28 kann ein elektrischer Anschluss vorgesehen sein (in Figur 1 nicht gezeigt).
Das Brennstoff-Versorgungsmodul 28 bildet eine Einheit, welche als Ganzes positionierbar ist.
Das Brennstoffspeicher-Modul 36 weist eine Schnittstelle 90 auf, über welche Brennstoff auskoppelbar ist und insbesondere dem Brennstoff-Versorgungsmodul 28 zuführbar ist. Das Brennstoffspeicher-Modul 36 weist einen oder mehrere Brennstoffspeicher 92 auf, in denen beispielsweise Wasserstoff gasförmig gespeichert ist. Es können auch ein oder mehrere Metallhydridspeicher 94 (Figur 5) vorgesehen sein. Ein solcher Metallhydridspeicher 94 ist insbesondere mittels eines Strangpressprofils 96 gebildet. Ein solcher Metallhydridspeicher 94 kann ein strukturelles Element der Brennstoffzellenvorrichtung 10 oder einer Anwendung sein. Da der Metallhydridspeicher 94 mit seinem Strangpressprofil 96 mechanisch belastbar ist, kann er auch eine tragende Funktion beispielsweise in einem Fahrzeug übernehmen, um Fahrzeugteile abzustützen oder die Brennstoffzellenvorrichtung 10 mit ihren Modulen zu halten oder einzelne Module der Brennstoffzellenvorrichtung 10 zu halten.
Das Brennstoffspeicher-Modul 36 kann insbesondere so angeordnet und aus- gebildet sein, dass es austauschbar ist. Nach der Entleerung kann es dann entnommen werden und es kann ein neues Brennstoffspeicher-Modul 36 eingesetzt werden mit gefülltem Brennstoffspeicher 92 bzw. gefüllten Brennstoffspeichern 92. Es ist auch möglich, wie in Figur 4 schematisch gezeigt, dass Brennstoffspeicher 98 in das Modulgehäuse 64 des Brennstoff-Versorgungsmoduls 28 integriert sind . Es muss dann kein getrenntes Brennstoffspeicher-Modul 36 vorgesehen werden, sondern es ist ein Kombinationsmodul gebildet, welches die Brennstoff-Versorgungseinrichtung 16 und den oder die Brennstoffspeicher umfasst. Ein solches Brennstoff-Versorgungsmodul weist prinzipiell die gleichen funktionellen Komponenten auf, wie anhand des Brennstoff-Versorgungsmoduls 28 beschrieben. Es werden deshalb in Figur 4 die gleichen Bezugszeichen verwendet. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Brennstoff, welcher an dem An- schluss 84 auskoppelbar ist, auf einen über den Druckschalter 82 vorgegebenen festen Druckwert eingestellt ist. Über die Druckanzeige 86 wird dieser Druckwert angezeigt. Das Brennstoffzellenmodul 26 weist ein Modulgehäuse 100 auf (Figuren 1 und 3). Das Modulgehäuse 100 ist insbesondere geschlossen mit definierter Kühlluftführung ausgebildet. Beispielsweise ist es durchsichtig. In dem Modulgehäuse 100 sind der oder die Brennstoffzellenblöcke 14 angeordnet. Ferner ist in dem Modulgehäuse 100 eine Brennstoff-Abführungsleitung 102 angeordnet. An dieser Abführungsleitung 102 sitzt ein zeitlich steuerbares (Sperr-)Ventil 104. Bei diesem handelt es sich insbesondere um ein elektromagnetisches Ventil . Über eine Druckanzeige 106 wird der Druck angezeigt.
Weiterhin kann ein Einstellventil 108 vorgesehen sein, mit dem der Druckabfall bei Öffnung des Ventils 104 eingestellt werden kann.
Die Abführungsleitung 102 mündet in einen Ausgangsanschluss 110, über den nicht verbrauchter Brennstoff und/oder Brennstoff mit erhöhtem Inertgasanteil und/oder Wasseranteil abführbar ist.
In dem Modulgehäuse 100 ist auch eine Oxidator-Abführungsleitung 112 und insbesondere Luft-Abführungsleitung angeordnet. Diese mündet in einen Ausgangsanschluss 114. An der Abführungsleitung 112 ist eine Druckanzeige 116 gekoppelt. Ferner ist ein Einstellventil 118 vorgesehen, um den Volumenstrom der abgeführten Luft einstellen zu können.
An der Abführungsleitung 112 kann ein Temperaturschalter 119 vorgesehen sein.
Das Brennstoffzellenmodul 26 weist einen Steuersignalanschluss 120 auf, über den Steuersignale einkoppelbar sind. Insbesondere ist dabei das Ventil 104 (welches ein Sperrventil ist) ansteuerbar. Dieses Sperrventil 104 wird so gesteuert, dass es entweder offen oder geschlossen ist. Es ist getaktet steuerbar und kann dabei so getaktet geöffnet werden, dass für eine Brennstoffentspannung von dem Brennstoffzellenblock 14 her gesorgt ist.
Der Anschluss 24, über welchen externe elektrische Verbraucher mit elektrischer Leistung versorgt sind, ist an dem Modulgehäuse 100 angeordnet. Es können auch elektrische Anschlüsse vorgesehen sein (in der Figur 1 nicht gezeigt), über die elektrische Leistung für interne Verbraucher des Brennstoffzellenmoduls 26 einkoppelbar ist. Über die beschriebenen Anschlüsse ist eine Kommunikationsschnittstelle für das Brennstoffzellenmodul 26 gebildet.
Das Brennstoffzellenmodul 26 bildet eine Einheit, die als Ganzes getrennt von den anderen Modulen positionierbar ist.
Eine Kühlungseinrichtung kann in das Brennstoffzellenmodul 26 integriert sein.
Es kann auch ein separates Kühlmodul 34 vorgesehen sein, welches an das Brennstoffzellenmodul 26 koppelbar ist.
Beispielsweise umfasst ein Kühlmodul 34 einen oder mehrere Lüfter 122, über welche der oder die Brennstoffzellenblöcke 14 mit einem Luftstrom 124 zur Kühlung beaufschlagbar sind. Das Kühlmodul 34 weist einen elektrischen Anschluss auf, über den entsprechende Energie zum Betreiben des oder der Lüfter 122 einkoppelbar ist (in der Zeichnung nicht gezeigt). Ferner kann ein Steuersignalanschluss 126 vorgesehen sein.
Günstig ist es, wenn das Kühlmodul 34 einen oder mehrere Anschlüsse 128 zur Abführung von Abwärmeluft aufweist. Beispielsweise kann dann über entsprechende Verbindungsleitungen die Abwärmeluft an einen Metallhydridspeicher 94 geführt werden, um diesen zur Wasserstoffabgabe zu aktivieren.
Vorteilhafterweise sind das Brennstoffzellenmodul 26, das Brennstoff-Versorgungsmodul 28, das Oxidator-Versorgungsmodul 30 und das Steuermodul 32 getrennt und unabhängig voneinander positionierbar. Die Kommunikation untereinander erfolgt über die entsprechenden Schnittstellen : Zur direkten Ankopplung des Brennstoffspeicher-Moduls 36 ist beispielsweise eine Kupplung 130 und insbesondere eine Schnellkupplung vorgesehen. Eine Brennstoffleitung ist dann über diese Kupplung gebildet. Es ist auch möglich, dass eine Verbindung über eine Leitung erfolgt, welche an den Anschluss 66 des Brennstoff-Versorgungsmoduls 28 angekoppelt wird und an die Schnittstelle 90 des Brennstoffspeicher-Moduls 36 angekoppelt wird.
Das Brennstoff-Versorgungsmodul 28 kommuniziert mit dem Brennstoff- zellenmodul 26 über seinen Ausgangsanschluss 84 für Brennstoff. An einem Eingangsanschluss 132 des Brennstoffzellenmoduls 26 kann Brennstoff eingekoppelt werden. Zur Führung des Brennstoffs zwischen dem Brennstoff-Versorgungsmodul 28 und dem Brennstoffzellenmodul 26 ist eine Leitung 134 vorgesehen, welche ein von den beiden Modulen getrenntes Element ist. Die Leitung wird je nach Position und Abstand der beiden Module gewählt.
Luft mit Luftsauerstoff als Oxidator lässt sich an dem Ausgangsanschluss 42 des Oxidator-Versorgungsmoduls 30 auskoppeln. Das Brennstoffzellenmodul 26 weist einen Eingangsanschluss 136 auf, über den sich Luft einkoppeln lässt. Die Anschlüsse 42 und 136 lassen sich über eine Leitung 138 verbinden, wobei diese Leitung 138 ein von dem Oxidator-Versorgungsmodul 30 und dem
Brennstoffzellenmodul 26 getrenntes Element ist.
Das Steuermodul 32 bildet ebenfalls eine Einheit, welche als Ganzes unab- hängig von den anderen Modulen positionierbar ist. Es weist entsprechende Anschlüsse 140a, 140b, 140c, 140d auf, über die Steuersignale an mit Steuersignalen beaufschlagbare Module auskoppelbar sind . An die Anschlüsse lassen sich Steuersignalleitungen 142a usw. koppeln, um die Steuersignale übertragen zu können.
Ferner weist das Steuermodul 32 einen oder mehrere Anschlüsse 144 für elektrische Energie auf. Aus diesen lässt sich elektrische Energie auskoppeln und über entsprechende Leistungen an entsprechende Energieanschlüsse der Module koppeln. Dadurch lassen sich elektrische Verbraucher der entsprechenden Module dann mit Energie versorgen.
Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 funktioniert so, dass Zuführungsparameter von Brennstoff (über das Brennstoff-Versorgungsmodul 28) und Oxidator
(über das Oxidator-Versorgungsmodul 30) fest vorgegeben werden, wobei auf der Zuführungsseite der Druck des einem Brennstoffzellenblock 14 zugeführten Brennstoffs vorgegeben wird, eine kontinuierliche Wasserstoffabführung aus einem Brennstoffzellenblock 14 gesperrt wird und eine Menge des einem Brennstoffzellenblock 14 zugeführten Brennstoffs durch die Leistungsaufnahme eines (externen) Verbrauchers geregelt wird .
Ein solches Verfahren sowie weitere Verfahrensdetails und die detaillierte Ausbildung der entsprechenden Brennstoffzellenvorrichtung sind in der
DE 100 27 600 AI und DE 100 27 600 C2 sowie der DE 101 27 599 AI beschrieben. Auf diese Dokumente wird Bezug genommen und deren Inhalt durch Bezugnahme zum Bestandteil dieser Beschreibung gemacht.
Insbesondere ist mittels der Steuerungseinrichtung 20 eine Ablaufsteuerung gebildet, welche voreingestellte Steuerungssignale sendet. Eine Regelung der Zuführung ist bei der beschriebenen Verfahrensdurchführung nicht notwendig .
Vorzugsweise ist die Brennstoffzellenvorrichtung aus bezüglich der Positionier- barkeit unabhängigen Subsystemen zusammengesetzt, nämlich aus dem Brennstoffzellenmodul 26, dem Brennstoff-Versorgungsmodul 28, dem
Oxidator-Versorgungsmodul 30 und dem Steuermodul 32.
Die Module weisen definierte Schnittstellen zur Kommunikation mit anderen Modulen auf. Die Module sind getrennt. In ihnen sind die entsprechenden funktionellen Komponenten fest angeordnet, so dass ein Modul als Einheit positionierbar ist. Verbindungselemente und insbesondere Leitungen verbinden miteinander kooperierende Module. Pro Modul lassen sich die Betriebsparameter und insbesondere Stoffströme, elektrische Ströme und Signalströme separat einstellen.
Die Module lassen sich getrennt herstellen.
Ein sicherheitsrelevanter Aspekt ist die Brennstoffführung in der Brennstoffzellenvorrichtung 10. Durch die Modulbauweise ist aber vorzugsweise nicht notwendigerweise die Brennstoffzellenvorrichtung 10 als Ganzes betroffen, sondern nur einzelne Module der Brennstoffzellenvorrichtung 10, beispiels- weise das Brennstoff-Versorgungsmodul 28 (gegebenenfalls auch das Brennstoffspeicher-Modul 36) sowie das Brennstoffzellenmodul 26 und die Leitung 134. Innerhalb des Brennstoffzellenmoduls 26 und des Brennstoff-Versorgungsmoduls 28 lässt sich der Brennstoff beispielsweise in Bohrungen führen, welche durch Ausnehmungen in einem Vollmaterial gebildet sind . Es sind dadurch keine Rohre notwendig, die leckschlagen können. Auch lassen sich die entsprechenden Module 26 und 28 gasdicht ausbilden, während die gesamte Brennstoffzellenvorrichtung 10 dann nicht mehr gasdicht ausgebildet werden muss. Weiterhin lassen sich die Module 26 und 28 mit einer Sicherheitsbelüftung an die Umgebung außerhalb des Gesamtsystems versehen.
Durch die Modularisierung der Brennstoffzellenvorrichtung 10 lässt sich diese flexibel aufbauen. Insbesondere ist eine Anpassung an geometrische Gegeben- heiten möglich. Weiterhin lässt sich jedes Modul für sich optimieren.
Die Leitungen zwischen Modulen sind unabhängig von den Modulen. Sie lassen sich beispielsweise über Sicherheitskupplungen, wenn Stofftransportleitungen vorgesehen sind, an die Module anschließen.
Auch eine leichte Reparatur oder Austausch von Komponenten der Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist möglich, da Module als Ganzes ausgetauscht werden können. Beispielsweise können ein Brennstoff-Versorgungsmodul und/oder ein Brennstoffspeicher-Modul als Ganzes ausgetauscht werden.
Weiterhin ergibt sich auch eine leichte Zerlegbarkeit und Zusammensetzbar- keit der Brennstoffzellenvorrichtung 10.
Insbesondere wenn Metallhydridspeicher 94 eingesetzt werden, dann kann ein Brennstoffspeicher oder ein Brennstoffspeicher-Modul auch ein strukturelles Element einer Anwendung bilden. Insbesondere kann ein solcher Metallhydrid- Speicher als tragendes Strukturelement eingesetzt werden. Der nötige Brennstoff wird dabei "on board" mitgeführt. Der notwendige Oxidator stammt vorzugsweise aus der Umgebungsluft.
Vorzugsweise ist die Brennstoffzellenvorrichtung 10 luftgekühlt. Eine solche Brennstoffzellenvorrichtung 10 lässt sich auf flexible Weise aufgrund ihres modularen Aufbaus in eine Anwendung integrieren. Der Betrieb muss nicht beaufsichtigt werden . Alternativ hierzu kann auch eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen sein. In Figur 6 ist eine der Figur 1 entsprechende schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung 10 wiedergegeben, welche sich im Wesentlichen von der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass keine Luftkühlung mit dem Kühlmodul 34, sondern eine Flüssigkeitskühlung mit einem Kühlmodul 146 vorgesehen ist.
Das Kühlmodul 146 umfasst hierzu einen Vorratsbehälter 148 für Kühlmittel, eine Pumpe 150 und eine Hauptkühlungsvorrichtung 152. Mittels Kühlmittelleitungen 154 steht die Brennstoffzelleneinrichtung 12 mit dem Kühlmodul 146 in Fluidverbindung, so dass mittels der Pumpe 150 des Kühlmoduls 146 dem oder den Brennstoffzellenblöcken 14 der Brennstoffzelleneinrichtung 12 gekühltes Kühlmittel zuführbar ist. In der Brennstoffzelleneinrichtung 12 erwärmtes Kühlmittel wird ferner mittels der Pumpe 150 zu dem Kühlmodul 146 zurückgepumpt, wobei mittels eines Ventils 156 in einer der Kühlmittelleitungen 154 das erwärmte Kühlmittel der Hauptkühlungsvorrichtung 152 zur Kühlung des Kühlmittels zuführbar ist.
Die Hauptkühlungsvorrichtung 152 ist mit Lüftern 158 versehen, um einen effizienten Wärmeübergang und somit eine effiziente Kühlung des die Hauptkühlungsvorrichtung 152 durchströmenden Kühlmittels zu ermöglichen. Ferner umfasst das Kühlmodul 146 eine Temperaturregelvorrichtung 160, welche mittels Regelleitungen 162 mit den Lüftern 158, dem Ventil 156, der Pumpe 150 und verschiedenen Sensoren, beispielsweise Temperatursensoren 164, zur Regelung der Temperatur des Kühlmittels verbunden ist. Durch die Verwendung des Kühlmoduls 146 kann eine leistungsstärkere
Brennstoffzelleneinrichtung 12 verwendet und dennoch ausreichend gekühlt werden.
In Figur 7 ist eine schematische Draufsicht von oben auf ein Modulgehäuse 200 einer bevorzugten Ausführungsform der Brennstoffzellenvorrichtung 10 dargestellt.
Das Modulgehäuse 200 ist insbesondere Bestandteil eines Bausatzes 202, welcher mehrere Modulgehäuse 200 umfasst, die baugleich sind und universell für die unterschiedlichen Module der Brennstoffzellenvorrichtung 10 verwendbar sind .
In dem Modulgehäuse 200 ist ein Modul 204 der Brennstoffzellenvorrichtung 10 anordenbar, wobei als Modul 204 wahlweise ein Brennstoff-Versorgungs- modul 28, ein Oxidator-Versorgungsmodul 30, ein Steuermodul 32, ein Kühlmodul 34, ein Brennstoffspeichermodul 36, ein Kühlmodul 146 und/oder ein (noch zu beschreibendes) Kopplungsmodul 248 vorgesehen sein kann. Das Modulgehäuse 200 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet und umfasst einen in Figur 16 dargestellten Aufnahmeabschnitt 206, und einen Anschlussabschnitt 208, welcher eine Abdeckung 210 des Aufnahmeabschnitts 206 und im montierten Zustand der Brennstoffzellenvorrichtung 10 eine Oberseite 212 des Modulgehäuses 200 bildet.
An dem Anschlussabschnitt 208, das heißt auf der Oberseite 212 des Modulgehäuses 200 ist eine Vielzahl von Anschlussöffnungen 214 zum Anschließen einer Vielzahl von Verbindungsvorrichtungen 216 vorgesehen .
Verbindungsvorrichtungen 216 sind dabei insbesondere die Stoff-, Energie- und Signalleitungen der Brennstoffzellenvorrichtung 10, beispielsweise die Leitung 134, die Leitung 138 oder die Steuersignalleitungen 142a bis 142d (siehe insbesondere Figuren 1 und 6).
Bei dem in Figur 7 dargestellten Modulgehäuse 200 sind sämtliche Anschlussöffnungen 214 als fertige Anschlussöffnungen 214 dargestellt, so dass an sämtlichen Anschlussöffnungen 214 eine entsprechende Verbindungsvorrichtung 216 angeschlossen werden kann.
Das Modulgehäuse 200 ist jedoch für eine Mehrzahl unterschiedlicher Module 204 der Brennstoffzellenvorrichtung 10 geeignet, so dass je nach in dem Modulgehäuse 200 vorgesehenem Modul 204 lediglich eine Auswahl der Anschlussöffnungen 214 tatsächlich verwendet wird.
Um unerwünschte Öffnungen in dem Modulgehäuse 200 zu vermeiden, welche insbesondere dadurch entstehen würden, dass ungenutzte Anschlussöffnungen 214 als Durchgangsöffnungen in dem Modulgehäuse 200 ausgebildet sind, sind die Mehrzahl der Anschlussöffnungen 214 oder sogar sämtliche Anschluss- Öffnungen 214 im Zustand vor der Montage der Brennstoffzellenvorrichtung 10, das heißt, wenn die Brennstoffzellenvorrichtung 10 noch als Bausatz 202 vorliegt, vorbereitete Anschlussöffnungen 218. Die vorbereiteten Anschlussöffnungen 218 sind im nicht montierten Zustand der Brennstoffzellenvorrichtung 10 beispielsweise als Bereiche verringerter Material stärke des Modulgehäuses 200 ausgebildet, so dass ohne großen Aufwand mittels der vorbereiteten Anschlussöffnungen 218 eine durchgängige, fertige Anschlussöffnung 214 für eine zur Montage des Moduls 204 in dem Modulgehäuse 200 benötigte Verbindungsvorrichtung 216 hergestellt werden kann.
Die einzelnen Anschlussöffnungen 214 des Modulgehäuses 200 sind nachfol- gend im Zusammenhang mit den einzelnen Verwendungsmöglichkeiten des Modulgehäuses 200 beschrieben (siehe Figuren 8 bis 14).
Je nach Ausgestaltung des Moduls 204, welches in dem Modulgehäuse 200 angeordnet werden soll, kann eine in dem Modulgehäuse 200 angeordnete vorbereitete Modulkühlvorrichtung 220 genutzt werden. Dies kann beispielsweise durch Heraustrennen eines Bereichs verringerter Material stärke aus dem Modulgehäuse 200 und die Anordnung einer Modulkühlvorrichtung 222 erfolgen. Alternativ hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die vorbereitete Modulkühlvorrichtung 220 durch geeignete Wahl des Materials des Modulgehäuses 200, insbesondere des Anschlussabschnitts 208 des Modulgehäuses 200 stets vorhanden ist und somit lediglich Anschlüsse im Innern des Modulgehäuses 200 zur Nutzung der Modulkühlvorrichtung 222, beispielsweise heat pipes, verlegt werden müssen.
Das Modulgehäuse 200 umfasst ferner im montierten Zustand der Brennstoffzellenvorrichtung 10 im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Seitenwandungen 224, welche im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, so dass mehrere Modulgehäuse 200, mit gegebenenfalls unterschiedlichen Modulen 204, besonders einfach und stabil nebeneinander angeordnet werden können, so dass die Modulgehäuse 200 mit den Seitenwandungen 224 aneinander angrenzen. Anschlussöffnungen 214 sind in diesen Seitenwandungen 224 nicht vorgesehen, um eine kompakte Anordnung der Modulgehäuse 200 zu ermöglichen und eine Beschädigung der Verbindungsvorrichtungen 216 an den Anschlussöffnungen 214 auszuschließen.
Höchstens an Seitenwandungen 224 des Modulgehäuses 200, welche im montierten Zustand der Brennstoffzellenvorrichtung 10 nicht an weitere Seitenwandungen 224 des Modulgehäuses 200 angrenzen, kann eine Anschlussöffnung 214 vorgesehen sein. Bei der in Figur 7 dargestellten Ausgestaltung des Modulgehäuses 200 ist beispielsweise ein Auslass 226 vorgesehen, durch welchen Abgase der Brennstoffzellenvorrichtung 10, insbesondere sauerstoffverarmte Restluft mit Wasserdampf und/oder flüssiges Wasser, aus den Modulgehäusen 200, insbesondere aus dem die Brennstoffzelleneinrichtung 12 umfassenden Modulgehäuse 200, entweichen können.
Die Anschlussöffnungen 214 für unterschiedliche Verbindungsvorrichtungen 216 unterscheiden sich vorzugsweise hinsichtlich ihrer Größe und/oder hinsichtlich ihrer Form, so dass ein unbeabsichtigtes Verwechseln der Anschlussöffnungen 214 bei der Anordnung der Verbindungsvorrichtungen 216 ausge- schlössen ist.
Anschlussöffnungen 214 sind insbesondere Stoffaustauschanschlussöffnungen 228, Energieaustauschanschlussöffnungen 230 und Signalaustauschanschluss- öffnungen 232.
In Figur 8 ist ein Modulgehäuse 200 dargestellt, welches zur Anordnung eines als Steuermodul 32 ausgebildeten Moduls 204 vorbereitet ist.
Die vorbereiteten Anschlussöffnungen 218 wurden dabei lediglich zur Ausbil- dung derjenigen Anschlussöffnungen 214 bearbeitet, welche zur Anordnung und Verwendung des Steuermoduls 32 in dem Modulgehäuse 200 notwendig sind . Bei dem in Figur 8 dargestellten Modulgehäuse 200 sind keine Stoffaustausch- anschlussöffnungen 228 ausgebildet. Vielmehr umfasst das Modulgehäuse 200 in dieser Ausgestaltung eine Signalaustauschanschlussöffnung 232a zur Verbindung des Steuermoduls 32 mit dem Brennstoff-Versorgungsmodul 28, eine Signalaustauschanschlussöffnung 232b zur Verbindung des Steuermoduls 32 mit dem Brennstoffzellenmodul 26, eine Signalaustauschanschlussöffnung 232c zur Verbindung des Steuermoduls 32 mit dem Oxidator-Versorgungs- modul 30 und eine Signalaustauschanschlussöffnung 232d zur Verbindung des Steuermoduls 32 mit dem Kühlmodul 34, 146.
Ferner umfasst das in Figur 8 dargestellte Modulgehäuse 200 eine Programmieranschlussöffnung 234 zum Anschließen einer (nicht dargestellten) Programmiervorrichtung zum Programmieren des Steuermoduls 32 und eine Bedienungsanschlussöffnung 236 zum Anschließen eines (nicht dargestellten) Bedienungselements zum Bedienen des Steuermoduls 32.
Als Energieaustauschanschlussöffnungen 230 umfasst das in Figur 8 dargestellte Modulgehäuse 200 eine Energieaustauschanschlussöffnung 230a zum Anschließen einer Leitung, mittels welcher dem Steuermodul 32 die in der Brennstoffzelleneinrichtung 12 erzeugte elektrische Energie zuführbar ist, und eine Energieaustauschanschlussöffnung 230b zum Anschließen einer Verbraucherleitung zur Nutzung der in der Brennstoffzelleneinrichtung 12 erzeugten Energie. Ein (nicht dargestellter) Starterakkumulator des Steuermoduls 32 kann über eine Verbindungsvorrichtung 216 geladen werden, für welche eine Energieaus- tauschanschlussöffnung 230c des in Figur 8 dargestellten Modulgehäuses 200 vorgesehen ist. Mittels einer weiteren Signalaustauschanschlussöffnung 232e kann das Steuermodul 32 an ein (noch zu beschreibendes) Kopplungsmodul 248 gekoppelt werden. Zur Kühlung der in dem Modulgehäuse 200 angeordneten Bauteile im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist eine Modulkühlvorrichtung 222 vorgesehen. In Figur 9 ist ein Modulgehäuse 200 dargestellt, welches zur Verwendung mit einem als Brennstoff-Versorgungsmodul 28 ausgebildeten Modul 204 vorbereitet ist.
Das Modulgehäuse 200 weist hierzu die Signalaustauschanschlussöffnung 232a zum Verbinden des Brennstoff-Versorgungsmoduls 28 mit dem Steuermodul 32 und ferner beispielsweise zwei Signalaustauschanschlussöffnungen 232f zum Verbinden des Brennstoff-Versorgungsmoduls 28 mit Brennstoffspeicher-Modulen 36 auf. Ferner weist das Modulgehäuse 200 bei der in Figur 9 dargestellten Ausführungsform vier Stoffaustauschanschlussöffnungen 228 auf, nämlich eine Stoffaustauschanschlussöffnung 228a, zum Anschluss einer Brennstoffzuführleitung, eine Stoffaustauschanschlussöffnung 228b, zum Anschluss einer Brennstoffabführungsleitung und zwei Stoffaustauschanschlussöffnungen 228c zum Verbinden des Brennstoff-Versorgungsmoduls 28 mit zwei Brennstoffspeicher-Modulen 36.
Die übrigen Anschlussöffnungen bleiben vorbereitete Anschlussöffnungen 218. In Figur 10 ist ein Modulgehäuse 200 dargestellt, welches zur Verwendung mit einem Oxidator-Versorgungsmodul 30 vorbereitet ist.
Das Modulgehäuse 200 weist hierzu die Signalaustauschanschlussöffnung 232c zur Verbindung des Oxidator-Versorgungsmoduls 30 mit dem Steuermodul 32 auf.
Ferner weist das Modulgehäuse 200 eine Stoffaustauschanschlussöffnung 228d zum Einlassen von Luft in das Oxidator-Versorgungsmodul 30 auf. Durch eine Stoffaustauschanschlussöffnung 228e kann die mittels des
Oxidator-Versorgungsmoduls 30 vorbereitete Luft über eine entsprechende Verbindungsvorrichtung 216 dem Brennstoffzellenmodul 26 zugeführt werden.
In dem Oxidator-Versorgungsmodul 30 im Betrieb desselben entstehende Wärme wird mittels der Modulkühlvorrichtung 222 des Modulgehäuses 200 abgeleitet. Ein in Figur 11 dargestelltes Modulgehäuse 200 ist zur Verwendung mit einem Kühlmodul 146 vorbereitet.
Das Modulgehäuse 200 weist hierzu die Signalaustauschanschlussöffnung 232d zum Verbinden des Kühlmoduls 146 mit dem Steuermodul 32 auf.
Ferner weist das Modulgehäuse 200 eine Signalaustauschanschlussöffnung 232g auf, an welche eine Verbindungsvorrichtung 216 zur Verbindung des Kühlmoduls 146 mit einem externen Kühler oder Radiator 246 angeschlossen werden kann.
Mittels einer Stoffaustauschanschlussöffnung 228f zur Verbindung des Kühlmoduls 146 mit der Brennstoffzelleneinrichtung 12 kann Kühlmittel von dem Kühlmodul 146 zu der Brennstoffzelleneinrichtung 12 transportiert werden. Das Modulgehäuse 200 gemäß der in Figur 11 dargestellten Ausführungsform umfasst ferner Stoffaustauschanschlussöffnungen 228g, mittels welchen das Kühlmodul 146 mit Wärmesenken, wie beispielsweise einer (nicht dargestellten) Heizung eines Fahrzeugs, einem Sorptionsspeicher (beispielsweise einem Metallhydridspeicher) oder einer Akkuheizung verbunden werden kann, um die im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 entstehende Wärme nutzen zu können. Möglich ist jedoch auch eine Verbindung der Stoffaus- tauschanschlussöffnungen 228g miteinander, wenn die im Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung 12 entstehende Wärme nicht genutzt werden soll . Über die Stoffaustauschanschlussöffnungen 228h kann schließlich mittels einer geeigneten Verbindungsvorrichtung 216 eine Verbindung zu dem Kühler oder Radiator 246 hergestellt werden.
Die beim Betrieb des Kühlmoduls 146 entstehende Wärme wird mittels einer in dem Modulgehäuse 200 angeordneten Modulkühlvorrichtung 222 abgeführt.
Das in Figur 12 dargestellte Modulgehäuse 200 ist zur Verwendung mit dem Brennstoffzellenmodul 26 vorbereitet.
Das Modulgehäuse 200 weist hierzu die Signalaustauschanschlussöffnung 232b zum Anschließen des Brennstoffzellenmoduls 26 an das Steuermodul 32 auf.
Die in dem Brennstoffzellenmodul 26 erzeugte elektrische Energie wird über eine Leitung abgeleitet. Zum Anschluss dieser Leitung ist an dem Modulgehäuse 200 gemäß Figur 12 die Energieaustauschanschlussöffnung 230b vorgesehen.
Die zum Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung 12 des Brennstoffzellenmoduls 26 benötigten Betriebsstoffe werden dem Brennstoffzellenmodul 26 mittels der Stoffaustauschanschlussöffnungen 228a, 228b, 228d, 228e und 228f zugeführt.
Die Abgase der Brennstoffzelleneinrichtung 12 werden über den Auslass 226 abgegeben.
Eine zusätzliche interne Kühlung erfolgt beispielsweise mittels der Modulkühl- Vorrichtung 222.
Das in Figur 13 dargestellte Modulgehäuse 200 ist zur Verwendung mit einem Kopplungsmodul 248 zur Kopplung der Brennstoffzellenvorrichtung 10 an eine oder mehrere Batterievorrichtungen 240 vorgesehen und umfasst hierzu die Signalaustauschanschlussöffnung 232e, die Energieaustauschanschlussöffnung 230a und Batterieanschlüsse 238 zum Anschließen des Kopplungsmoduls an die Batterievorrichtungen 240. Eine interne Kühlung erfolgt mittels der Modul- kühlvorrichtung 222.
In Figur 14 ist ein Modulgehäuse 200 dargestellt, welches zur Verwendung mit einer Batterievorrichtung 240 vorbereitet ist. Das Modulgehäuse 200 weist hierzu die Programmierungsanschlussöffnung 234, die Bedienungsanschlussöffnung 236, die Stoffaustauschanschlussöff- nungen 228f, die Batterieanschlüsse 238 und die Modulkühlvorrichtung 222 auf. Mittels des Kopplungsmoduls 248 ist insbesondere elektrische Energie, welche mittels der Brennstoffzelleneinrichtung 12 bereitgestellt und von einem Verbraucher nicht umgehend genutzt wird, auf die Batterievorrichtungen 240 zur Speicherung der Energie übertragbar. Wie Figur 15 zu entnehmen ist, sind bei der Brennstoffzellenvorrichtung 10 verschiedene Verbindungsvorrichtungen 216 vorgesehen, nämlich eine Verbindungsvorrichtung 216a, mit welcher Wasserstoff übertragbar ist, eine Verbindungsvorrichtung 216b, mit welcher Luft übertragbar ist, eine Verbindungsvorrichtung 216c, mit welcher Kühlmittel übertragbar ist, eine Verbindungs- Vorrichtung 216d zur Übertragung eines Signals oder einer geringen Menge elektrischer Energie und eine Verbindungsvorrichtung 216e zur Übertragung eines Großteils der mittels der Brennstoffzelleneinrichtung 12 erzeugten elektrischen Energie. Wie Figur 15 zu entnehmen ist, sind bei der dargestellten Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung 10 die wasserstoffführenden Verbindungsvorrichtungen 216a zwischen den Brennstoffspeicher-Modulen 36 und dem Brennstoff-Versorgungsmodul 28 sowie zwischen dem Brennstoff-Versorgungsmodul 28 und dem Brennstoffzellenmodul 26 vorgesehen. Ferner ist bei dem Brennstoffzellenmodul 26 ein wasserstoffführender Spülausgang 242 vorgesehen.
Eine luftführende Verbindungsvorrichtung 216b ist zwischen dem Oxidator- Versorgungsmodul 30 und dem Brennstoffzellenmodul 26 vorgesehen.
Das Brennstoffzellenmodul 26 umfasst ferner einen Luftausgang 244.
Kühlmittelführende Verbindungsvorrichtungen 216c sind zwischen einem Kühler/Radiator 246 und dem Kühlmodul 146, zwischen dem Kühlmodul 146 und dem Brennstoffzellenmodul 26 sowie zwischen dem Kühlmodul 146 und einer (nicht dargestellten) Thermoschnittstelle vorgesehen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Batterievorrichtungen 240 untereinan- der und/oder mit einer Thermoschnittstelle und/oder mit dem Kühlmodul 146 mittels einer kühlmittelführenden Verbindungsvorrichtung 216c verbunden sind .
Eine Signalübertragung und/oder eine Übertragung von geringen Mengen elektrischer Energie zum Betrieb der Module 204 erfolgt mittels Verbindungsvorrichtungen 216d zwischen folgenden Modulen 204: zwischen dem Steuermodul 32 und dem Kopplungsmodul 248;
zwischen dem Steuermodul 32 und dem Oxidator-Versorgungsmodul 30; - zwischen dem Steuermodul 32 und dem Brennstoffzellenmodul 26;
zwischen dem Steuermodul 32 und dem Brennstoff-Versorgungsmodul 28; zwischen dem Steuermodul 32 und dem Kühlmodul 146;
zwischen dem Brennstoff-Versorgungsmodul 28 und den Brennstoffspeicher-Modulen 36; und/oder
- zwischen dem Kühlmodul 146 und dem Kühler/Radiator 246.
Eine Übertragung der mittels der Brennstoffzelleneinrichtung 12 erzeugten elektrischen Energie erfolgt mittels Verbindungsvorrichtungen 216e von dem Brennstoffzellenmodul 26 auf das Steuermodul 32, von dem Steuermodul 32 auf das Kopplungsmodul 248 und von dem Kopplungsmodul 248 auf die Batterievorrichtungen 240. Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Energiezufuhr zu den Batterievorrichtungen 240 von einer externen Energiequelle aus erfolgt.
Vorzugsweise sind das Kopplungsmodul 248, das Steuermodul 32, das Oxidator-Versorgungsmodul 30, das Brennstoff-Versorgungsmodul 28, das Brennstoffzellenmodul 26 und das Kühlmodul 146 oder ein Kühlmodul 34 in baugleichen, universell verwendbaren Modulgehäusen 200 angeordnet.
Wie insbesondere Figur 16 zu entnehmen ist, ergibt sich durch die Verwendung von baugleichen Modulgehäusen 200 eine besonders einfache Möglichkeit der Anordnung der Brennstoffzellenvorrichtung 10, nämlich dadurch, dass die Modulgehäuse 200 nebeneinander gepackt werden können und somit einfach in einem Fahrzeug 250 anordenbar sind .
Insbesondere dann, wenn die Batterievorrichtungen 240 und die Module 204 der Brennstoffzellenvorrichtung 10 in baugleichen Modulgehäusen 200 angeordnet sind, können in einem batteriebetriebenen Fahrzeug 250 angeordnete Batterievorrichtungen 240 besonders einfach durch eine Brennstoffzellenvorrichtung 10 ersetzt werden, so dass das Fahrzeug 250 durch einen einfachen Umbau nicht mehr nur batteriebetrieben, sondern auch mit Wasserstoff als Energiequelle nutzbar ist.
Bezugszeichenliste Brennstoffzellenvorrichtung
Brennstoffzelleneinrichtung
Brennstoffzellenblock
Brennstoff- Versorgungseinrichtung Oxidator- Versorgungseinrichtung
Steuerungseinrichtung
Kühlungseinrichtung
Anschluss für Verbraucher
Brennstoffzellenmodul
Brennstoff-Versorgungsmodul
Oxidator-Versorgungsmodul
Steuermodul
Kühlmodul
Brennstoffspeicher-Modul
Modulgehäuse
Kommunikationsschnittstelle
Ausgangsanschluss
elektrischer Anschluss
Signalanschluss
Luftverdichter
Filter
Luftzuführungsöffnung
Luftförderer und Kühler
Wasserabscheider
Stellelement
Druckschalter
Druckanzeige
Modulgehäuse
Anschluss zur Einkopplung von Brennstoff Brennstoffführung
Sicherheitsventil 72 Druckschalter
74 Druckminderer-/Einstellvorrichtung
76 Flammensperre
78 Ablassventil
80 Sicherheitsventil
82 Druckschalter
84 Anschluss
86 Druckanzeige
88 Steuersignalanschluss
90 Schnittstelle
92 Brennstoffspeicher
94 Metallhydridspeicher
96 Strangpressprofil
98 Brennstoffspeicher
100 Modulgehäuse
102 Brennstoff- Abführungsleitung
104 Ventil
106 Druckanzeige
108 Einstellventil
110 Ausgangsanschluss
112 Oxidator- Abführungsleitung
114 Ausgangsanschluss
116 Druckanzeige
118 Einstellventil
119 Temperaturschalter
120 Steuersignalanschluss
122 Lüfter
124 Luftstrom
126 Steuersignalanschluss
128 Anschlüsse
130 Kupplung
132 Eingangsanschluss
134 Leitung 136 Eingangsanschluss
138 Leitung
140 Anschluss
140a-d Anschluss
142a-d Steuersignalleitung
144 Anschluss für elektrische Energie
146 Kühlmodul
148 Vorratsbehälter
150 Pumpe
152 Hauptkühlungsvorrichtung
154 Kühlmittelleitungen
156 Ventil
158 Lüfter
160 Temperaturregelvorrichtung
162 Regelleitungen
164 Temperatursensor
200 Modulgehäuse
202 Bausatz
204 Modul
206 Aufnahmeabschnitt
208 Anschlussabschnitt
210 Abdeckung
212 Oberseite
214 Anschlussöffnung
216 Verbindungsvorrichtung
216a-e Verbindungsvorrichtung
218 vorbereitete Anschlussöffnung
220 vorbereitete Modulkühlvorrichtung
222 Modulkühlvorrichtung
224 Seitenwandung
226 Auslass
228 Stoffaustauschanschlussöffnung 228a-h Stoffaustauschanschlussöffnung 230 Energieaustauschanschlussöffnung 230a-c Energieaustauschanschlussöffnung
232 Signalaustauschanschlussöffnung 232a-g Signalaustauschanschlussöffnung
234 Programmierungsanschlussöffnung
236 Bedienungsanschlussöffnung
238 Batterieanschluss
240 Batterievorrichtung
242 Spülausgang
244 Luftausgang
246 Kühler/Radiator
248 Kopplungsmodul
250 Fahrzeug

Claims

Patentansprüche
1. Bausatz (202) für eine modulare Brennstoffzellenvorrichtung (10),
welche mehrere separate Module (204) umfasst, wobei mindestens ein Modul (204) als ein Oxidator-Versorgungsmodul (30) und mindestens ein Modul (204) als ein Brennstoffzellenmodul (26) ausgebildet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Bausatz (202) mehrere Modulgehäuse (200) umfasst, welche baugleich sind und welche universell für die unterschiedlichen Module (204) der Brennstoffzellenvorrichtung (10) verwendbar sind .
2. Bausatz (202) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Modulgehäuse (200) dieselben äußeren Abmessungen aufweisen.
3. Bausatz (202) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulgehäuse (200) miteinander identische Aufnahmeabschnitte (206) zum Aufnehmen der Module (204) der Brennstoffzellenvorrichtung (10) umfassen.
4. Bausatz (202) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulgehäuse (200) zumindest vor der Montage der Brennstoffzellenvorrichtung (10) miteinander identische Anschlussabschnitte (208) zum Anschließen von Verbindungsvorrichtungen (216) für die Module (204) der Brennstoffzellenvorrichtung (10) umfassen .
5. Bausatz (202) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der
Anschlussabschnitt (208) eines jeden Modulgehäuses (200) mindestens eine vorbereitete Anschlussöffnung (218) aufweist.
6. Bausatz (202) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussabschnitt (208) eines jeden Modulgehäuses (200) eine Mehrzahl von vorbereiteten Anschlussöffnungen (218) aufweist, wobei für unterschiedliche Verbindungsvorrichtungen (216) für die Module (204) der Brennstoffzellenvorrichtung (10) unterschiedliche vorbereitete Anschlussöffnungen (218) vorgesehen sind.
7. Bausatz (202) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussabschnitt (208) eines jeden Modulgehäuses (200) an einer im montierten Zustand der Brennstoffzellenvorrichtung (10) oberen Oberseite (212) des Modulgehäuses (200) angeordnet ist.
8. Bausatz (202) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussabschnitt (208) eines jeden Modulgehäuses (200) eine Abdeckung für einen Aufnahmeabschnitt (206) des jeweiligen Modulgehäuses (200) bildet.
9. Bausatz (202) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulgehäuse (200) eine Modulkühlvorrichtung (222) oder eine vorbereitete Modulkühlvorrichtung (220) umfassen.
10. Bausatz (202) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Modulkühlvorrichtung (222) oder die vorbereitete Modulkühlvorrichtung (220) an einer im montierten Zustand der Brennstoffzellenvorrichtung (10) oberen Oberseite (212) des Modulgehäuses (200) angeordnet ist.
11. Bausatz (202) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Modulgehäuse (200) mindestens zwei parallel zueinander verlaufende Wandungen (224) umfasst.
12. Bausatz (202) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei parallel zueinander verlaufenden Wandungen (224) im montierten Zustand der Brennstoffzellenvorrichtung (10) im Wesentlichen vertikale Seitenwände (224) des Modulgehäuses (200) bilden.
13. Brennstoffzellenvorrichtung (10), umfassend mehrere Module (204), wobei mindestens ein Modul (204) als ein Oxidator-Versorgungsmodul (30) und mindestens ein Modul (204) als ein Brennstoffzellenmodul (26) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung (10) aus einem Bausatz (202) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 herstellbar ist.
14. Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung (10) mindestens ein als Brennstoff-Versorgungsmodul (28), mindestens ein als Kühlmodul (34), mindestens ein als Steuermodul (32) zur Steuerung der Brennstoffzellenvorrichtung (10) und/oder mindestens ein als Kopplungsmodul (248) zur Kopplung der Brennstoffzellenvorrichtung (10) mit einer Batterievorrichtung (240) ausgebildetes Modul (204) umfasst, welche jeweils in einem Modulgehäuse (200) angeordnet sind.
15. Fahrzeug (250), umfassend mehrere Batterievorrichtungen (240) und mindestens eine Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 13 oder 14.
16. Fahrzeug (250) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulgehäuse (200) für die Module (204) der Brennstoffzellenvorrichtung (10) und Gehäuse für die Batterievorrichtungen (240) im Wesentlichen dieselben Abmessungen aufweisen.
PCT/EP2012/057649 2011-05-02 2012-04-26 Bausatz für eine modular aufgebaute brennstoffzellenvorrichtung mit baugleichen modulgehäusen für unterschiedliche systemkomponenten WO2012150174A1 (de)

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