DE-102022118660-B4 - Brennstoffzellenanordnung, Brennstoffzellenvorrichtung und Kraftfahrzeug

Abstract

Brennstoffzellenanordnung (1) mit einem Brennstoffzellenstapel (2) zumindest bestehend aus einer Mehrzahl von zwischen zwei Endplatten (4) angeordneten Brennstoffzellen (3), wobei der Brennstoffzellenstapel (2) eine zwischen den Brennstoffzellen (3) angeordnete Zwischenplatte (5) aufweist, welche mittels zumindest einem Festlager (6) senkrecht zu einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen (3) an einem Befestigungselement (7) der Brennstoffzellenanordnung (1) befestigt ist, wobei das Befestigungselement (7) ein Brennstoffzellenstapelgehäuse (8) ist, in welchem der Brennstoffzellenstapel (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (5) mittels zwei Festlagern (6) an einer Innenwand (9) des Brennstoffzellenstapelgehäuses (8) befestigt ist, wobei die beiden Festlager (6) an gegenüberliegenden Stirnseiten der Zwischenplatte (5) angeordnet sind, und dass auch die beiden Endplatten (4) jeweils mittels zwei Festlagern (6') an der Innenwand (9) des Brennstoffzellenstapelgehäuses (8) befestigt sind, wobei die Festlager (6') an gegenüberliegenden Stirnseiten der Endplatten (4) angeordnet sind.

Inventors

• Markus Koppenhöfer

Assignees

• AUDI AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20220726

Claims (6)

1. Brennstoffzellenanordnung (1) mit einem Brennstoffzellenstapel (2) zumindest bestehend aus einer Mehrzahl von zwischen zwei Endplatten (4) angeordneten Brennstoffzellen (3), wobei der Brennstoffzellenstapel (2) eine zwischen den Brennstoffzellen (3) angeordnete Zwischenplatte (5) aufweist, welche mittels zumindest einem Festlager (6) senkrecht zu einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen (3) an einem Befestigungselement (7) der Brennstoffzellenanordnung (1) befestigt ist, wobei das Befestigungselement (7) ein Brennstoffzellenstapelgehäuse (8) ist, in welchem der Brennstoffzellenstapel (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , dass die Zwischenplatte (5) mittels zwei Festlagern (6) an einer Innenwand (9) des Brennstoffzellenstapelgehäuses (8) befestigt ist, wobei die beiden Festlager (6) an gegenüberliegenden Stirnseiten der Zwischenplatte (5) angeordnet sind, und dass auch die beiden Endplatten (4) jeweils mittels zwei Festlagern (6') an der Innenwand (9) des Brennstoffzellenstapelgehäuses (8) befestigt sind, wobei die Festlager (6') an gegenüberliegenden Stirnseiten der Endplatten (4) angeordnet sind.
2. Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Zwischenplatte (5) in der Mitte des Brennstoffzellenstapels (2) angeordnet ist.
3. Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Zwischenplatte (5) aus einem biegesteifen Werkstoff gefertigt ist.
4. Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Zwischenplatte (5) und/oder die Endplatten (4) lösbar durch das jeweilige Festlager (6, 6') an dem Befestigungselement (7), befestigt sind.
5. Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzellenanordnung (1), gekennzeichnet durch eine Ausbildung der Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 .
6. Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 5 .

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung mit einem Brennstoffzellenstapel zumindest bestehend aus einer Mehrzahl von zwischen zwei Endplatten angeordneten Brennstoffzellen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer solchen Brennstoffzellenanordnung sowie ein Kraftfahrzeug mit der zuvor genannten Brennstoffzellenvorrichtung. Brennstoffzellen dienen der Bereitstellung elektrischer Energie aus einer elektrochemischen Reaktion, in der ein Brennstoff, in der Regel Wasserstoff, mit einem Oxidationsmittel, in der Regel aus Luft entnommener Sauerstoff, reagiert. Brennstoffzellen enthalten als Kernkomponente einen Elektrolyten und zugeordnete Elektroden, die eine Anode und eine Kathode bilden. Zur Leistungssteigerung ist es möglich, eine Mehrzahl von Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel zusammenzufassen, um insbesondere den Leistungsanforderungen zu genügen, die in Kraftfahrzeugen bestehen. Im Betrieb einer den Brennstoffzellenstapel aufweisenden Brennstoffzellenanordnung wird der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff (H2) oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, der Anode zugeführt. In Falle eines wasserstoffhaltigen Gases wird dieses zunächst reformiert und so Wasserstoff bereit gestellt. An der Anode findet eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen statt. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt, so dass eine Reduktion von O2 zu O2- unter Aufnahme der Elektronen stattfindet. Diese Oxidations- bzw. Reduktionsprodukte von Anode und Kathode reagieren anschließend zu H2O. Die durch die vorstehend beschriebene elektrochemische Reaktion frei werdende Energiemenge kann anschließend in Form von elektrischer Energie zum Betrieb des Kraftfahrzeugs genutzt werden. Bei bekannten Brennstoffzellenanordnungen besteht jedoch die Problematik, dass der Brennstoffzellenstapel beim Bau oftmals zum Durchbiegen neigt. Die Gefahr des Durchbiegens erhöht sich dabei mit zunehmender Größe bzw. Länge des Brennstoffzellenstapels, also mit zunehmender Anzahl an aneinander angeordneten Brennstoffzellen. Darüber hinaus kann es auch bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Brennstoffzellenanordnung durch Stoß-, und Vibrationsbewegungen zu weiteren kleinen Verschiebungen der Brennstoffzellen zueinander kommen, sodass sich der Brennstoffzellenstapel weiter durchbiegt. Beim bestimmungsgemäßem Gebrauch der Brennstoffzellenanordnung ist der Brennstoffzellenstapel üblicherweise in einem Brennstoffzellenstapelgehäuse angeordnet. Unvorteilhafterweise führt die vorstehend erörterte Problematik dazu, dass bei bekannten Brennstoffzellenanordnungen der Brennstoffzellenstapel aus Isolationsgründen einen gewissen Abstand zu dem Brennstoffzellenstapelgehäuse aufweisen muss, sodass mehr Bauraum benötigt wird. Die WO 2013/053 374 A1 offenbart einen Aufbau eines Brennstoffzellenstapels, wobei der Aufbau ein Brennstoffzellenstapelgehäuse mit zwei äußeren und einer mittigen Verstärkungsrippe aufweist. Die WO 2004/075 330 A1 offenbart eine Endplatte für einen Brennstoffzellenstapel, wobei die Endplatte konstruktiv für eine gleichförmige Druckbelastung ausgelegt ist. In der DE 10 2010 051 753 A1 wird eine Brennstoffzellenanordnung beschrieben, die eine horizontale Lagerung des Brennstoffzellenstapels vorsieht. In dieser Druckschrift werden verschiedene Varianten zur Reduzierung von Durchbiegungen des Stapels beschrieben. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine bezüglich der vorstehend genannten Problematik verbesserte Brennstoffzellenanordnung bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1, der Brennstoffzellenvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 5 und dem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 6. Die Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, dass der Brennstoffzellenstapel eine zwischen den Brennstoffzellen angeordnete Zwischenplatte aufweist, welche mittels zumindest einem Festlager senkrecht zu einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen an einem Befestigungselement der Brennstoffzellenanordnung befestigbar oder befestigt ist. Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung ist somit die Zwischenplatte innerhalb des Brennstoffzellenstapels, also im Bereich zwischen den Endplatten zwischen den dort befindlichen Brennstoffzellen, angeordnet und an dieser Position an dem Befestigungselement fixierbar bzw. bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Brennstoffzellenanordnung fixiert. Die Brennstoffzellenanordnung bzw. der Brennstoffzellenstapel wird durch die Zwischenplatte auf vorteilhafte Weise versteift, sodass eine insbesondere deutliche Reduzierung der Durchbiegung sichergestellt ist. Dadurch ergibt sich der weitere Vorteil, dass auch längere Brennstoffzellenstapel bzw. entsprechende Zellreihen realisierbar sind, wobei