WO2025149136A1 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

Brennstoffzellensystem

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WO2025149136A1
WO2025149136A1 PCT/DE2025/100027 DE2025100027W WO2025149136A1 WO 2025149136 A1 WO2025149136 A1 WO 2025149136A1 DE 2025100027 W DE2025100027 W DE 2025100027W WO 2025149136 A1 WO2025149136 A1 WO 2025149136A1
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cell stack
cell system
stiffening element
cover element
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Barnaby Law
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    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
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    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • each stack can also have a further cover element at the opposite end in the stacking direction, i.e., the first fuel cell stack can have a further cover element opposite the first cover element, and the second fuel cell stack can have a further cover element opposite the second cover element.
  • the opposing cover elements can be clamped to one another with the clamping system for each stack, for example, with one or more tie rods.
  • the stiffening element stabilizes the first cover element, thus preventing, for example, a deflection of the first cover element transverse to the stacking direction.
  • the stiffening element is preferably connected to the first cover element, see below for details.
  • the stiffening element can generally also be connected to its bracing system, for example, by being connected to a tie rod.
  • the stiffening element stabilizes the first and second cover elements relative to one another, for which purpose it can, for example, be connected to both the first and second cover elements.
  • the stiffening element can hold the first and second cover elements in a defined relative position, for example, perpendicular to the stacking direction, for example, preventing the cover elements from moving away from one another and/or toward one another.
  • the first and second cover elements are preferably located on top of the respective fuel cell stack.
  • the orientation refers to the stationary aircraft (when it is parked horizontally on the ground); in other words, the stacking direction is then, for example, vertical.
  • the fuel cell stacks are also stabilized relative to one another at their upper ends by the stiffening element; in the case of a three-dimensional stiffening body (see below for details), this can provide additional stiffening underneath.
  • the first and second cover elements lie in a common plane.
  • This plane can, for example, be perpendicular to the respective stacking direction and intersect the respective cover element.
  • the stiffening element also lies in the common plane, i.e., at least a portion or section of the stiffening element (compare the three-dimensional stiffening body below).
  • a stabilizing force imparted by the stiffening element between the cover elements can also lie in the plane, for example, when viewed vectorially, or have at least a portion lying in the plane.
  • the stiffening element can also be formed monolithically with a cover element, i.e., it can be formed continuously from the same material without interruption.
  • the reinforcing element can, for example, be formed as a web or pin, etc., protruding laterally from the cover element, e.g., perpendicular to the stacking direction, which can then be attached to the other cover element, for example.
  • the stiffening element is attached to both the first and the second cover element, whereby this attachment can be materially, positively, and/or force-fitting.
  • the stiffening element can therefore, for example, be screwed and/or hooked to the cover element(s), but generally can also be welded to it.
  • a force-fitting and/or form-fitting can offer advantages, for example, with regard to assembly or disassembly, for maintenance purposes.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellensystem für einen Flugantrieb, mit einem ersten Brennstoffzellenstapel, einem zweiten Brennstoffzellenstapel, und einem Versteifungselement, wobei der erste Brennstoffzellenstapel und der zweite Brennstoffzellenstapel jeweils mehrere in einer Stapelrichtung aneinandergesetzte Brennstoffzellen aufweisen, und wobei das Versteifungselement sowohl den ersten als auch den zweiten Brennstoffzellenstapel in Richtungen quer zu der Stapelrichtung stabilisiert.

Description

BRENNSTOFFZELLENSYSTEM
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem für einen Flugantrieb.
Stand der Technik
Das Brennstoffzellensystem weist einen Brennstoffzellenstapel auf, auch als Stack bezeichnet. In einem solchen Brennstoffzellenstapel sind mehrere Brennstoffzellen in einer Stapelrichtung aneinandergesetzt, wobei sich über die Anzahl der auf diese Weise in Reihe geschalteten Brennstoffzellen bspw. die Leistung bzw. Spannung des Stapels auf die Anwendung anpassen lässt. Wie nachstehend im Detail diskutiert, kann zur mechanischen Fixierung der Brennstoffzellen des Stapels endseitig ein Abdeckelement vorgesehen sein, das auch als Endplatte bezeichnet wird. Dieses Abdeckelement kann entgegen der Stapelrichtung gegen die Brennstoffzellen gedrückt werden bzw. verspannt sein, die aneinandergesetzten Zellen also in Stapelrichtung Zusammenhalten.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein vorteilhaftes Brennstoffzellensystem anzugeben.
Dies wird erfindungsgemäß mit dem Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 gelöst. Dieses weist mindestens zwei Brennstoffzellenstapel auf, nämlich in der Terminologie der Ansprüche einen „ersten“ und einen „zweiten“ Brennstoffzellenstapel. Zusätzlich ist ein Versteifungselement vorgesehen, das eine Stabilisierung in Richtungen quer zur Stapelrichtung schafft. Dabei stabilisiert das Versteifungselement sowohl den ersten als auch den zweiten Brennstoffzellenstapel in Querrichtung, werden also in anderen Worten mit demselben Versteifungselement mehrere Brennstoffzellenstapel gegen Schubkräfte stabilisiert. Solche Schubkräfte können im Betrieb bspw. durch Vibrationen oder Schräglagen im Flugbetrieb auftreten, z. B. beim Kurvenflug. Infolgedessen können die Brennstoffzellen innerhalb eines jeweiligen Stapels, auch wenn sie in der Stapelrichtung zusammengedrückt werden (siehe vorne), quer zur Stapelrichtung ein Stück weit ausgelenkt werden bzw. verrutschen. Dies kann eine mechanische Belastung darstellen, bspw. für die zwischen einzelnen Platten der Zellen angeordneten Dichtungen, kann also umgekehrt die Stabilisierung z. B. Degradations- bzw. Ermüdungsprozessen vorbeugen. Indem dabei dasselbe Versteifungselement für mehrere Brennstoffzellenstapel genutzt wird, lässt sich ein mit der Stabilisierung verbundenes Mehrgewicht zumindest reduzieren, was hinsichtlich der Fluganwendungen von Vorteil sein kann. Zusammengefasst können im Flugbetrieb besondere Belastungen auftreten, denen mit dem vorliegenden Ansatz vorgebeugt werden kann, auch unter Berücksichtigung von Gewichtserfordernissen.
Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei bei der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen. Wird bspw. ein bestimmtes Brennstoffzellensystem beschrieben, ist dies zugleich als Offenbarung eines Flugantriebs mit einem solchen Brennstoffzellensystem bzw. auf dessen Anwendung in einem Luftfahrzeug zu lesen.
In der „Stapelrichtung“ sind die Brennstoffzellen des jeweiligen Brennstoffzellenstapels aufeinander folgend angeordnet, senkrecht zur Stapelrichtung haben die Brennstoffzellen bspw. jeweils ihre flächige Erstreckung (und wird dementsprechend ihre Fläche genommen). Je Stapel können bspw. eine zwei- oder auch dreistellige Zahl von Brennstoffzellen aneinandergesetzt sein, ein jeweiliger Stapel kann also bspw. auch mehrere 100 Brennstoffzellen umfassen. Im Einzelnen kann eine jeweilige Brennstoffzelle auch ihrerseits wiederum mehrlagig aufgebaut sein, bspw. eine katalysatorbeschichtete Membranlage bzw. „Katalysatormembralage“ und eine Platte bzw. „Bipolarplatte“ aufweisen, die eine Kanalstruktur (flow field) bildet, über welche die Katalysatormembranlage bspw. mit Reaktionsgas versorgt werden kann. Unabhängig von dem Aufbau im Einzelnen kann die vorstehend diskutierte Dichtigkeit bspw. auch hinsichtlich der Reaktionsgasversorgung Relevanz haben. Wie eingangs erwähnt, kann ein jeweiliger Brennstoffzellenstapel endseitig ein Abdeckelement aufweisen, welches die Brennstoffzellen des Stapels zusammenhält. Das endseitig angeordnete Abdeckelement wird dazu gegen die Brennstoffzellen gedrückt, insbesondere kann es zum in der Stapelrichtung entgegengesetzten Ende des Stapels hin verspannt werden. Hierfür kann ein Verspannsystem vorgesehen sein, welches bspw. einen oder mehrere Zuganker aufweisen kann.
Unabhängig von diesen Details wird zur begrifflichen Unterscheidung im Falle des ersten Brennstoffzellenstapels auf ein „erstes Ab deckel em ent“ Bezug genommen und im Falle des zweiten Brennstoffzellenstapels auf ein „zweites Abdeckelement“. Dabei kann ein jeweiliger Stapel auch noch ein weiteres Abdeckelement am in der Stapelrichtung entgegengesetzten Ende aufweisen, also der erste Brennstoffzellenstapel ein weiteres Abdeckelement dem ersten Abdeckelement entgegengesetzt und der zweite Brennstoffzellenstapel ein weiteres Abdeckelement dem zweiten Abdeckelement entgegengesetzt. Die einander entgegengesetzten Abdeckelemente können dabei je Stapel zueinander mit dem Verspannsystem verspannt sein, bspw. mit einem oder mehreren Zugankern.
In bevorzugter Ausgestaltung stabilisiert das Versteifungselement das erste Abdeckelement, beugt es also bspw. einer Auslenkung des ersten Abdeckelements quer zur Stapelrichtung vor. Bevorzugt ist das Versteifungselement dabei mit dem ersten Abdeckelement verbunden, siehe unten im Detail. Relativ zum zweiten Brennstoffzellenstapel kann das Versteifungselement dabei im Allgemeinen bspw. auch an dessen Verspannsystem anschließen, etwa mit einem Zuganker verbunden sein.
In bevorzugter Ausgestaltung stabilisiert das Versteifungselement jedoch das erste und das erste Abdeckelement zueinander, wozu es bspw. sowohl mit dem ersten als auch dem zweiten Abdeckelement verbunden sein kann. Das Versteifungselement kann das erste und zweite Abdeckelement bspw. senkrecht zur Stapelrichtung in einer definierten Relativposition halten, etwa einer Bewegung der Abdeckelemente voneinander weg und/oder aufeinander zu vorbeugen. Bezogen auf eine Ausrichtung des montierten Brennstoffzellensystems, bspw. bezogen auf dessen Anordnung in einem Flugantrieb bzw. Luftfahrzeug, liegen das erste und zweite Abdeckelement bevorzugt jeweils oberseitig des jeweiligen Brennstoffzellenstapels. Im Einzelnen bezieht sich die Orientierung hierbei auf das ruhende Luftfahrzeug (wenn dieses horizontal auf dem Boden abgestellt ist); in anderen Worten liegt die Stapelrichtung dann bspw. vertikal. Die Brennstoffzellenstapel sind mit dem Versteifungselement jedenfalls auch an ihren oberen Enden relativ zueinander stabilisiert, im Falle eines dreidimensionalen Versteifungskörpers (siehe unten im Detail) kann dieser unterhalb zusätzlich eine Versteifung schaffen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegen das erste und zweite Abdeckelement in einer gemeinsamen Ebene. Diese Ebene kann bspw. senkrecht zur jeweiligen Stapelrichtung liegen und das jeweilige Abdeckelement schneiden. Bevorzugt liegt dann auch das Versteifungselement in der gemeinsamen Ebene, also jedenfalls ein Anteil bzw. Abschnitt des Versteifungselements (vergleiche den dreidimensionalen Versteifungskörper nachstehend). Auch eine vom Versteifungselement zwischen den Abdeckelementen vermittelte Stabilisierungskraft kann bspw. bei vektorieller Betrachtung in der Ebene liegen bzw. zumindest einen in der Ebene liegenden Anteil haben.
Im Allgemeinen kann das Versteifungselement bspw. auch monolithisch mit einem Abdeckelement ausgebildet sein, also unterbrechungsfrei durchgehend aus demselben Material geformt sein. Dabei kann das Verstärkungselement bspw. als seitlich, z. B. senkrecht zur Stapelrichtung, an dem Abdeckelement hervortretender Steg oder Zapfen etc. geformt sein, der dann bspw. am anderen Abdeckelement befestigt werden kann.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Versteifungselement jedoch sowohl am ersten als auch am zweiten Abdeckelement befestigt, wobei diese Befestigung Stoff-, form- und/oder kraftschlüssig sein kann. Das Versteifungselement kann also bspw. an dem bzw. den Abdeckelement(en) verschraubt und/oder verhakt sein, im Allgemeinen aber bspw. auch damit verschweißt werden. Eine Kraft- und/oder formschlüssige Verbindung kann demgegenüber aber bspw. hinsichtlich Montage bzw. auch Demontage, etwa zu Wartungszwecken, Vorteile bieten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Versteifungselement mindestens eine Strebe auf, im Allgemeinen kann das Versteifungselement auch in Form einer einzigen Strebe vorgesehen sein. Bevorzugt weist es jedoch eine Mehrzahl Streben auf, die bspw. jeweils entlang ihrer Längsrichtung eine Stabilisierungsfunktion haben. Bevorzugt ist die mindestens eine bzw. sind die Strebe(n) in Längsrichtung steif, stabilisiert sie also jeweils hinsichtlich Zug und Druck.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, welche die in einer Ebene angeordneten Abdeckelemente betrifft, erstreckt sich auch die mindestens eine Strebe in der gemeinsamen Ebene. Bevorzugt verläuft die mindestens eine Strebe dabei diagonal zwischen den Abdeckelementen. Ein Viereck, insbesondere Rechteck, welches in der Ebene zwischen dem ersten und zweiten Abdeckelement liegt, wird von der „diagonalen“ Strebe bspw. diagonal gekreuzt. Besonders bevorzugt kreuzen mindestens zwei Streben besagtes Viereck, wobei es zusätzlich auch eine oder mehrere Streben entlang der Seitenkanten geben kann.
Sind mehr als zwei Brennstoffzellenstapel vorgesehen, bspw. auch ein dritter Brennstoffzellenstapel, sowie gegebenenfalls ein vierter Brennstoffzellenstapel, können auch zwischen deren Ab deckel em enten eine oder mehrere Streben vorgesehen sein. In allgemeinen Worten können bspw. jeweils zwischen zwei Abdeckelementen benachbarter Brennstoffzellenstapel jeweils mindestens zwei Streben vorgesehen sein. Bevorzugt kreuzen dabei diese mindestens zwei Streben ein zwischen den jeweiligen Abdeckelementen liegendes Vier- bzw. Rechteck diagonal, siehe vorne.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Versteifungselement mindestens eine Platte auf. Diese ist bevorzugt so angeordnet, dass ihre Flächenerstreckung gewinkelt, insbesondere senkrecht zur Stapelrichtung liegt. Damit liegen die Quer- bzw. Schubbelastungen in der Plattenfläche bzw. -ebene, womit sich auch bei vergleichsweise geringen Dicken eine gute Stabilisierung erreichen lässt. In bevorzugter Ausgestaltung liegt die mindestens eine Platte mit dem ersten und zweiten Abdeckelement in der gemeinsamen Ebene. Die Platte kann insbesondere das vorstehend im Kontext der Streben erwähnte Rechteck ausfüllen. Sind mittels der Platte mehr als zwei Abdeckelemente zueinander stabilisiert, ist also bspw. ein dritter und gegebenenfalls vierter Brennstoffzellenstapel vorgesehen, so kann die Platte deren Zwischenraum entsprechend ausfüllen, bspw. eine L- oder insbesondere Kreuz- Form haben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Platte Teil eines dreidimensionalen Körpers, bspw. einer quaderförmigen Kiste. Das Versteifungselement ist also in anderen Worten ein Versteifungskörper, der die Brennstoffzellenstapel dann bspw. nicht nur zwischen den oberen Abdeckelementen, sondern auch an anderen Stellen darunter relativ zueinander stabilisiert. Im Falle der Kiste kann die zwischen den Abdeckelementen angeordnete koplanare Platte bspw. eine obere Seitenwand der Kiste sein, letztere kann bspw. zusätzlich seitlich Platten als Seitenwände aufweisen, sowie gegebenenfalls eine untere Seitenwand als Boden. Die Kiste muss aber nicht zwingend allumseitig geschlossen sein, z. B. ihre den Brennstoffzellen zugewandten Seitenflächen können auch offen sein.
Wie mehrfach erwähnt, kann das Brennstoffzellensystem auch mehr als zwei Brennstoffzellenstapel aufweisen, also jedenfalls einen dritten Brennstoffzellenstapel (wobei insgesamt auch mehr als drei Brennstoffzellenstapeln möglich sind). Bevorzugt stabilisiert das Versteifungselement dann zusätzlich auch den dritten Brennstoffzellenstapel, sowie gegebenenfalls einen vierten Brennstoffzellenstapel, soweit vorhanden. Es wird auf die Anmerkung eingangs verwiesen, die Mehrfachnutzung kann z. B. Gewichtsvorteile bieten. Zudem kann durch das Verbinden mit weiteren Brennstoffzellenstapeln auch die Steifigkeit weiter erhöht werden.
Die Erfindung betrifft auch einen Flugantrieb, der zusätzlich zu einem vorliegend offenbarten Brennstoffzellensystem einen mechanischen Leistungserzeuger und einen Propulsor aufweist. Letzterer dient der Vorschuberzeugung, er kann bspw. in Form eines Propellers vorgesehen sein. Bei dem mechanischen Leistungserzeuger kann es sich insbesondere um einen Elektromotor handeln, der den Propulsor bzw. Propeller in Rotation antreibt. Dabei setzt der mechanische Leistungserzeuger elektrische Leistung um, diese wird ihm von dem Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines vorliegend offenbarten Brennstoffzellensystems bzw. Flugantriebs in einem Luftfahrzeug, insbesondere in einem Flugzeug. Dabei stabilisiert das Versteifungselement die Brennstoffzellenstapel gegen im Betrieb auftretende Schubkräfte, die bspw. auch durch Beschleunigung/Ver- zögerung entstehen bzw. auf Vibrationen zurückgehen können, vgl. die Anmerkungen eingangs.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch unabhängig voneinander von Interesse sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt
Figur 1 in schematischer Darstellung ein Luftfahrzeug mit einem Flugantrieb mit Brennstoffzellensystem;
Figur 2 einen einzelnen Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellensystems zur Illustration einiger Details;
Figur 3 ein Brennstoffzellensystem mit vier Brennstoffzellenstapeln und einem Versteifungselement;
Figur 4 ein Brennstoffzellensystem mit vier Brennstoffzellenstapeln, mit einem zu Figur 3 alternativen Versteifungselement;
Figur 5 ein Brennstoffzellensystem mit vier Brennstoffzellenstapeln, mit einem zu Figur 3/4 alternativen Versteifungselement. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt zur Illustration des Anwendungsumfelds ein Luftfahrzeug 1 in einer schematischen Aufsicht, im vorliegenden Beispiel ein Flugzeug. Dieses ist mit einem Antriebssystem 5 ausgestattet, welches zur Vorschuberzeugung einen Propulsor 6, vorliegend einen Propeller 7, aufweist. Dieser wird von einem mechanischen Leistungserzeuger 8, vorliegend Elektromotor 9, angetrieben. Zur Versorgung mit elektrischer Leistung ist ein Brennstoffzellensystem 10 vorgesehen, das in diesem Beispiel gemeinsam mit den anderen Komponenten am Flügel montiert ist. Dies kann einen Eintrag von Vibrationen bzw. Scherkräften im Besonderen begünstigen, vergleiche die Anmerkungen eingangs.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Ansicht einen Brennstoffzellenstapel 20, wovon das Brennstoffzellensystem 10 dann eine Mehrzahl aufweist (siehe Figuren 3-5). In dem Brennstoffzellenstapel 20 sind in einer Stapelrichtung 21 Brennstoffzellen 22 aufeinander folgend angeordnet, bspw. rund vierhundert einzelne Brennstoffzellen 22. Diese werden von einem Abdeckelement 30 zusammengehalten, welches vorliegend als einfache Platte gezeigt ist, aber bspw. auch mit Versteifungsrippen etc. zur mechanischen Stabilisierung geformt sein kann. Am bezogen auf die Stapelrichtung 21 entgegengesetzten Ende ist ein weiteres Abdeckelement 35 vorgesehen, und die Abdeckelemente 30, 35 sind mit einem Verspannsystem 25 zueinander verspannt, in diesem Beispiel mit mehreren Zugankem 26. Damit werden die Abdeckelemente 30, 35 bezogen auf die Stapelrichtung 21 zueinander hin und damit gegen die Brennstoffzellen 22 gedrückt und halten diese in Stapelrichtung 21 zusammen.
Figur 3 zeigt in einer Schrägansicht ein Brennstoffzellensystem 10 mit insgesamt vier Brennstoffzellenstapeln, nämlich einem ersten 20.1, zweiten 20.2, dritten 20.3 und vierten Brennstoffzellenstapel 20.4. Dargestellt ist dabei auch deren jeweiliges Abdeckelement 30.1-30.4, sowie das jeweilige weitere Abdeckelement 35.1-35.4 am entgegengesetzten unteren Ende (nicht sichtbar beim dritten Brennstoffzellenstapel 20.3). Der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind die einzelnen Brennstoffzellen sowie das jeweilige Verspannsystem. Die Stapelrichtung 21 fällt mit einer vertikalen Richtung 41 zusammen, die Abdeckelemente 30.1-30.4 liegen jeweils am oberen Ende des jeweiligen Brennstoffzellenstapels 20.1-20.4.
Zwischen den Brennstoffzellenstapeln 20.1-20.4 ist ein Versteifungselement 50 vorgesehen, dieses stabilisiert die Abdeckelemente 30.1-30.4 quer zur Stapelrichtung 21, also bezogen auf Richtungen 61, 62. Dabei stabilisiert das Versteifungselement 50 nicht nur einen einzelnen Stapel, sondern mehrere Brennstoffzellenstapel 20.1-20.4 relativ zueinander. Dazu ist das Versteifungselement 50 an den jeweiligen Abdeckelementen 30.1-30.4 befestigt, bspw. verhakt bzw. -schraubt. Das Versteifungselement 50 weist mehrere Streben 51, 52 auf, wobei sich die Streben 51 zwischen den Abdeckelementen 30.1-30.4 diagonal kreuzen und die Streben 52 als Verbindungen der Seitenkanten zusätzlich Stabilität schaffen.
Auch das Brennstoffzellensystem 10 gemäß Figur 4 weist vier Brennstoffzellenstapel 20.1-20.4 auf, bezüglich deren Ausgestaltung auf die Anmerkungen zu den Figuren 2 und 3 verwiesen wird. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen gleichen Teile bzw. Teile mit vergleichbarer Funktion. In Figur 4 ist das Versteifungselement 50 in Form einer Platte 55 vorgesehen, die sich in diesem Beispiel kreuzförmig zwischen den Abdeckelementen 30.1-30.4 erstreckt. Die Platte 55 ist mit den Abdeckelementen 30.1-
30.4 verbunden, bspw. über hier nicht dargestellte Ösen damit verschraubt. Die Abdeckelemente 30.1-30.4 liegen in einer gemeinsamen Ebene 65 (was auch für Figur 3 gilt), in dieser Ebene 65 liegt auch die Platte 55.
Auch bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 ist eine Platte 55 zur Stabilisierung der Abdeckelemente 30.1-30.4 vorgesehen. Diese ist Teil eines dreidimensionalen Versteifungskörpers 150, der kistenförmig zwischen den Brennstoffzellenstapeln 20.1-
20.4 angeordnet ist. Mit dem Versteifungskörper 150 werden die Brennstoffzellenstapel 20.1-20.4 an ihren (oberen) Abdeckelementen 30.1-30.4 und zusätzlich auch über ihre jeweilige Höhenerstreckung stabilisiert. Im Einzelnen kann die Kistenform dabei allumseitig geschlossen oder auch teilweise offen sein. BEZUGSZEICHENLISTE
Luftfahrzeug 1
Flugantrieb 5
Propulsor 6
Propeller 7
Mechanischer Leistungserzeuger 8
Elektromotor 9
Brenstoffzellensystem 10
Brennstoffzellenstapel 20
Erster Brennstoffzellenstapel 20.1
Zweiter Brennstoffzellenstapel 20.2
Dritter Brennstoffzellenstapel 20.3
Vierter Brennstoffzellenstapel 20.4
Stapelrichtung 21
Brennstoffzellen 22
Verspannsystem 25
Zuganker 26
Abdeckelement 30
Erstes bis viertes Abdeckelement 30.1-30.4
Weiteres Abdeckelement 35
Erstes bis viertes weiteres Abdeckelement 35.1-35.4
Vertikale Richtung 41
Versteifungselement 50
Streben 51, 52
Platte 55
Richtungen 61, 62
Gemeinsame Ebene 65
Dreidimensionaler Körper 150

Claims

ANSPRÜCHE
1. Brennstoffzellensystem (10) für einen Flugantrieb (5), mit einem ersten Brennstoffzellenstapel (20.1), einem zweiten Brennstoffzellenstapel (20.2), und einem Versteifungselement (50), wobei der erste Brennstoffzellenstapel (20.1) und der zweite Brennstoffzellenstapel (20.2) jeweils mehrere in einer Stapelrichtung (21) aneinandergesetzte Brennstoffzellen (22) aufweisen, und wobei das Versteifungselement (50) sowohl den ersten als auch den zweiten Brennstoffzellenstapel (20.1, 20.2) in Richtungen (61, 62) quer zu der Stapelrichtung (21) stabilisiert.
2. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1, bei welchem der erste Brennstoffzellenstapel (20.1) ein erstes Abdeckelement (30.1) aufweist, welches gegen die Brennstoffzellen (22) des ersten Brennstoffzellenstapels (20.1) verspannt ist und diese zusammenhält, wobei das Versteifungselement (50) das erste Abdeckelement (30.1) stabilisiert.
3. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 2, bei welchem der zweite Brennstoffzellenstapel (20.2) ein zweites Abdeckelement (30.2) aufweist, welches gegen die Brennstoffzellen (22) des zweiten Brennstoffzellenstapels (20.2) verspannt ist und diese zusammenhält, wobei das Versteifungselement (50) das erste und das zweite Abdeckelement (30.1, 30.2) relativ zueinander stabilisiert.
4. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 3, bei welchem, bezogen auf eine Orientierung des montierten Brennstoffzellensystems (10) das erste und das zweite Abdeckelement (30.1, 30.2) jeweils oberseitig des jeweiligen Brennstoffzellenstapels (20.1, 20.2) angeordnet sind.
5. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem das erste und das zweite Abdeckelement (30.1, 30.2) in einer gemeinsamen Ebene (65) liegen, wobei sich auch das Versteifungselement (50) zumindest anteilig in der gemeinsamen Ebene (65) erstreckt.
6. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welchem das Versteifungselement (50) sowohl an dem ersten als an dem zweiten Abdeckelement (30.1, 30.2) befestigt ist.
7. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Versteifungselement (50) mindestens eine Strebe (51, 52) aufweist, vorzugsweise eine Mehrzahl Streben (51, 52) aufweist.
8. Brennstoffzellensystem (10) nach den Ansprüchen 5 und 7, bei welchem sich die mindestens eine Strebe (51) in der gemeinsame Ebene (65) zwischen dem ersten und dem zweiten Abdeckelement (30.1, 30.2) diagonal erstreckt.
9. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Versteifungselement (50) mindestens eine Platte (55) aufweist.
10. Brennstoffzellensystem (10) nach den Ansprüchen 5 und 9, bei welchem die mindestens eine Platte (55) in der gemeinsamen Ebene (65) liegt und sich zwischen dem ersten und dem zweiten Abdeckelement (30.1, 30.2) erstreckt.
11. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher die mindestens eine Platte (55) Teil eines dreidimensionalen Körpers (150) ist, insbesondere einer Kiste, wobei der dreidimensionale Körper (150) zwischen dem ersten und dem zweiten Brennstoffzellenstapel (20,1, 20.2) angeordnet ist.
12. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches zusätzlich einen dritten Brennstoffzellenstapel (20.3) aufweist, insbesondere insgesamt mindestens vier Brennstoffzellenstapel (20.1-20.4) aufweist, wobei das Versteifungselement (50) auch den dritten Brennstoffzellenstapel (20.3), und soweit vorhanden den vierten Brennstoffzellenstapel (20.4), in Richtungen quer zu der Stapelrichtung (21) stabilisiert.
13. Flugantrieb (5) mit einem mechanischen Leistungserzeuger (8), insbesondere Elektromotor (9), einem mit dem mechanischen Leistungserzeuger (8) gekoppelten Propulsor (6) zur Vorschub erzeugung, und einem Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Versorgung des mechanischen Leistungserzeugers (8) mit elektrischer Leistung.
14. Verwendung eines Brennstoffzellensystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder eines Flugantriebs (5) nach Anspruch 13 in einem Luftfahrzeug (1).
15. Verwendung nach Anspruch 14, wobei das Versteifungselement (50) sowohl den ersten als auch den zweiten Brennstoffzellenstapel (20.1, 20.2) gegen im Betrieb auftretende Schubkräfte stabilisiert.
PCT/DE2025/100027 2024-01-12 2025-01-09 Brennstoffzellensystem Pending WO2025149136A1 (de)

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