Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

DE102018201701B3 - Fuel cell system and motor vehicle with a fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system and motor vehicle with a fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
DE102018201701B3
DE102018201701B3 DE102018201701.8A DE102018201701A DE102018201701B3 DE 102018201701 B3 DE102018201701 B3 DE 102018201701B3 DE 102018201701 A DE102018201701 A DE 102018201701A DE 102018201701 B3 DE102018201701 B3 DE 102018201701B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
cooling medium
fluid conduit
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102018201701.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Matthias Reckers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Volkswagen AG
Original Assignee
Audi AG
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG, Volkswagen AG filed Critical Audi AG
Priority to DE102018201701.8A priority Critical patent/DE102018201701B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102018201701B3 publication Critical patent/DE102018201701B3/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/14—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit
    • B60H1/143—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit the heat being derived from cooling an electric component, e.g. electric motors, electric circuits, fuel cells or batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/33—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel (1), der mindestens ein erstes Fluidleitungssystem (4) aufweist, in dem ein nicht-elektrisch leitendes Kühlmedium aufgenommen ist, das erste Fluidleitungssystem (4) mittels eines Wärmeübertragers (5) mit einem außerhalb des Brennstoffzellenstapels (1) angeordneten zweiten Fluidleitungssystem (6) thermisch verbunden ist, in dem ein elektrisch leitendes Kühlmedium aufgenommen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem.The invention relates to a fuel cell system with a fuel cell stack (1) having at least one first fluid line system (4) in which a non-electrically conductive cooling medium is accommodated, the first fluid line system (4) by means of a heat exchanger (5) with an outside of the fuel cell stack (1) arranged second fluid conduit system (6) is thermally connected, in which an electrically conductive cooling medium is accommodated. The invention further relates to a motor vehicle with a fuel cell system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel, der mindestens ein erstes Fluidleitungssystem aufweist, in dem ein elektrisch nicht-leitendes Kühlmedium aufgenommen ist.The invention relates to a fuel cell system with a fuel cell stack, which has at least one first fluid conduit system, in which an electrically non-conductive cooling medium is accommodated.

In Brennstoffzellensystemen ist es erforderlich, die Wärme, die bei der in dem Brennstoffzellenstapel ablaufenden elektrochemischen Reaktion entsteht, kontrolliert abzuführen, wozu das erste Fluidleitungssystem benutzt wird, in dem ein elektrisch nicht-leitendes Kühlmedium aufgenommen ist, in der Regel gebildet durch ein Kühlmedium, aus dem die zur elektrischen Leitfähigkeit beitragenden Ionen entfernt sind, so dass eine deionisierte Kühlflüssigkeit vorliegt, die dem Entstehen von elektrischen Kurzschlüssen in dem Brennstoffzellenstapel vorbeugt. Dieses erste Fluidleitungssystem wird auch genutzt, die in dem Brennstoffzellenstapel entstehende Wärme gezielt an anderer Stelle abzugeben oder Bereichen zuzuführen, wo diese Wärme benötigt wird. Dies erfordert ein relativ großes Volumen des elektrisch nicht-leitenden Kühlmediums mit einer höheren thermischen Masse sowie höheren Herstellkosten. Desweiteren gibt es einen erhöhten Ionen-Eintrag in das Kühlmedium des ersten Fluidleitungssystem, so dass auch der diesem zugeordnete lonentauscher entsprechend dimensioniert sein muss.In fuel cell systems, it is necessary to remove the heat which occurs during the electrochemical reaction taking place in the fuel cell stack in a controlled manner, using the first fluid conduit system in which an electrically nonconductive cooling medium is accommodated, as a rule formed by a cooling medium the ions contributing to the electrical conductivity are removed, so that a deionized cooling liquid is present, which prevents the occurrence of electrical short circuits in the fuel cell stack. This first fluid conduit system is also used to selectively deliver the heat generated in the fuel cell stack elsewhere or to supply areas where this heat is needed. This requires a relatively large volume of the electrically non-conductive cooling medium with a higher thermal mass and higher production costs. Furthermore, there is an increased ion entry into the cooling medium of the first fluid conduit system, so that the associated ion exchanger must be dimensioned accordingly.

Aus der US 2005/001 404 6 A1 ist es bekannt, die in dem Brennstoffzellenstapel entstehende Wärme für einen Wärmeübertrag auf das zugeführte Kathodengas zu benutzen. Eine vergleichbare Offenbarung ist auch der EP 1 416 559 A2 zu entnehmen, während die DE 102 45 202 A1 einen einer Endplatte eines Brennstoffzellenstapels zugeordneten Wärmeübertrager zeigt, der einen Wärmeübertrag von der Auslassseite auf die Einlassseite desselben Kühlkreises bewirkt.From the US 2005/001 404 6 A1 It is known to use the heat generated in the fuel cell stack for a heat transfer to the supplied cathode gas. A similar disclosure is also the EP 1 416 559 A2 to be taken while the DE 102 45 202 A1 shows a heat exchanger associated with an end plate of a fuel cell stack, which causes a heat transfer from the outlet side to the inlet side of the same cooling circuit.

Ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus der US 2002/0009648 A1 bekannt.A fuel cell system having the features of the preamble of claim 1 is known from US 2002/0009648 A1 known.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die vorstehend geschilderten Nachteile beseitigt oder zumindest gemildert sind. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Kraftfahrzeug mit einem verbesserten Energiemanagement bereitzustellen.The invention is therefore based on the object, a fuel cell system of the type mentioned in such a way that the above-described disadvantages are eliminated or at least mitigated. The object of the invention is furthermore to provide a motor vehicle with an improved energy management.

Der das Brennstoffzellensystem betreffende Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1; der das Kraftfahrzeug betreffende Teil der Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruches 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßiger Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The fuel cell system of the part of the problem is solved by a fuel cell system having the features of claim 1; the motor vehicle part of the object is achieved by the features of claim 5. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Mit einem derartigen Brennstoffzellensystem ist der Vorteil verbunden, dass das Volumen des elektrisch nicht-leitenden Kühlmediums im ersten Fluidleitungssystem entsprechend dem thermischen Bedarf im Brennstoffzellenstapel beschränkt werden kann und das Kühlmedium in dem zweiten Fluidleitungssystem genutzt wird, um die von den Wärmeübertrager aus dem Brennstoffzellenstapel abgegebene Wärme an die Umgebung zu dissipieren oder an die Stellen mit Wärmebedarf zu transportieren. Es findet ein reduzierter loneneintrag in das elektrisch nicht-leitende Kühlmedium statt und die Bereitstellungskosten für das elektrische nicht-leitende Kühlmedium können proportional zu Reduktion des Bedarfs an dem elektrisch nicht-leitenden Kühlmedium reduziert werden.The advantage associated with such a fuel cell system is that the volume of the electrically non-conductive cooling medium in the first fluid conduit system can be limited according to the thermal demand in the fuel cell stack and the cooling medium in the second fluid conduit system is used to heat the heat emitted by the heat exchangers from the fuel cell stack to dissipate to the environment or to transport to the places with heat demand. There is a reduced ion introduction into the electrically nonconductive cooling medium, and the provision cost of the nonconductive electric cooling medium can be reduced in proportion to the reduction of the need for the electrically nonconductive cooling medium.

Im Rahmen der Erfindung weist der Brennstoffzellenstapel zwischen zwei Endplatten verspannte Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) als Träger des ersten Fluidleitungssystems auf und ist der Wärmeübertrager einer der Endplatten zugeordnet. Das erste Fluidleitungssystem ist als geschlossener Kreislauf ausgeführt. Der Wärmeübertrager ist zwischen den verspannten Endplatten integriert, da so die Möglichkeit geschaffen ist, dass mindestens eine der Endplatten Anschlüsse für das Kühlmedium des zweiten Fluidleitungssystem aufweist und/oder die andere der Endplatten Reaktantenanschlüsse für den Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, und Sauerstoff aufweist, so dass eine kompakte Einheit bereitgestellt ist für den Brennstoffzellenstapel, der in einfacher Weise in das Brennstoffzellensystem integriert werden kann.In the context of the invention, the fuel cell stack between two end plates has strained membrane-electrode assemblies (MEA) as a carrier of the first fluid conduit system and is associated with the heat exchanger of one of the end plates. The first fluid conduit system is designed as a closed circuit. The heat exchanger is integrated between the strained end plates, since this provides the possibility that at least one of the end plates has connections for the cooling medium of the second fluid conduit system and / or the other of the end plates reactant connections for the fuel, in particular hydrogen, and oxygen, so that a compact unit is provided for the fuel cell stack, which can be easily integrated into the fuel cell system.

Im Rahmen der Erfindung ist in dem Brennstoffzellenstapel zwischen den Endplatten ein Kühlmittelmodul integriert, das in das erste Fluidleitungssystem eingebunden ist und eine Kühlmittelpumpe und/oder einen Ausgleichsbehälter und/oder einen lonentauscher und/oder einen DC/DC-Wandler aufweist. Damit sind die Voraussetzungen geschaffen, dass der Brennstoffzellenstapel mit dem Wärmeübertrager und dem integrierten Kühlmittelmodul eine integrale, vormontierte Baueinheit bildet.In the context of the invention, a coolant module is integrated in the fuel cell stack between the end plates, which is integrated into the first fluid line system and has a coolant pump and / or an expansion tank and / or an ion exchanger and / or a DC / DC converter. Thus, the conditions are created that the fuel cell stack with the heat exchanger and the integrated coolant module forms an integral, preassembled unit.

Diese Baueinheit lässt sich bevorzugt unter besonders reinen Umgebungsbedingungen vormontieren zur Gewährleistung der Reinheit des elektrisch nicht-leitenden, deionisierten Kühlmittels, während die Integration der vormontierten Baueinheit in das Brennstoffzellensystem unter weniger strengen Reinheitsanforderungen erfolgen kann in einer normalen Montagehalle, da eine Kontamination des elektrisch nicht-leitenden Kühlmediums verhindert ist.This assembly can preferably be preassembled under particularly clean environmental conditions to ensure the purity of the electrically non-conductive, deionized coolant, while the integration of the preassembled unit in the fuel cell system under less stringent purity requirements can be done in a normal assembly hall, as a contamination of electrically non- conductive cooling medium is prevented.

Als günstig hat es sich weiterhin erwiesen, dass der Wärmeübertrager durch eine Mehrzahl Wärmetauscherplatten gebildet ist, die aus dem gleichen Werkstoff wie die Bipolarplatten des Brennstoffzellenstapels bestehen, da die Anforderungen an beide Baugruppen sehr ähnlich bzw. teilweise identisch sind betreffend insbesondere die erforderliche hohe thermische Leitfähigkeit, die Dichtheit sowie die Beständigkeit gegenüber saurer Umgebung und deionisiertem Kühlmedium.As low it has further been found that the heat exchanger is formed by a plurality of heat exchanger plates, which consist of the same material as the bipolar plates of the fuel cell stack, since the requirements for both modules are very similar or partially identical in particular the required high thermal conductivity , the tightness and the resistance to acidic environment and deionized cooling medium.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung des Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems in einer vormontierten Baueinheit mit dem Wärmeübertrager sowie der Kühlmittelpumpe, dem Ausgleichsbehälter und dem lonentauscher
Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following description of preferred embodiments and from the drawing. Showing:
  • 1 a schematic representation of the fuel cell stack of a fuel cell system in a preassembled unit with the heat exchanger and the coolant pump, the expansion tank and the ion exchanger

In der 1 ist von einem Brennstoffzellensystem der Brennstoffzellenstapel 1 gezeigt mit zwischen zwei Endplatten 2, 3 verspannten Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) als Träger eines geschlossenen ersten Fluidleitungssystems 4, in dem ein elektrisch nicht-leitendes Kühlmedium, nämlich eine deionisierte Kühlflüssigkeit aufgenommen ist. Diesem Brennstoffzellenstapel 1 ist ein Wärmeübertrager 5 zugeordnet, der außerhalb des Brennstoffzellenstapels 1 angeordnet ist und ein zweites Fluidleitungssystem 6 aufweist, in dem ein elektrisch leitendes Kühlmedium aufgenommen ist, nämlich eine nicht-deionisierte Kühlflüssigkeit.In the 1 is from a fuel cell system the fuel cell stack 1 shown with between two end plates 2 . 3 strained membrane-electrode assemblies (MEA) as a carrier of a closed first fluid conduit system 4 , in which an electrically non-conductive cooling medium, namely a deionized cooling liquid is added. This fuel cell stack 1 is a heat exchanger 5 assigned to the outside of the fuel cell stack 1 is arranged and a second fluid conduit system 6 in which an electrically conductive cooling medium is accommodated, namely a non-deionized cooling liquid.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Wärmeübertrager 5 zwischen den verspannten Endplatten 2, 3 integriert, wobei gemäß einer nicht gezeigten, alternativen Ausführungsform aber gleichfalls die Anordnung des Wärmeübertragers 5 auf der Außenseite der zugeordneten Endplatte 2 denkbar ist. Das gezeigte Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass in einfacher Weise an der zugeordneten Endplatte 2 Anschlüsse 7 für das Kühlmedium 2 des zweiten Fluidleitungssystems 6 angeordnet werden können, während die andere der Endplatten 3 Reaktandenanschlüsse 8 für das Anodengas und das Kathodengas aufweist.In the embodiment shown, the heat exchanger 5 between the strained end plates 2 . 3 integrated, wherein according to an alternative embodiment, not shown, but also the arrangement of the heat exchanger 5 on the outside of the associated end plate 2 is conceivable. The embodiment shown has the advantage that in a simple manner to the associated end plate 2 connections 7 for the cooling medium 2 the second fluid conduit system 6 can be arranged while the other of the end plates 3 Reaktandenanschlüsse 8th for the anode gas and the cathode gas.

Aus der 1 ist erkennbar, dass in dem ersten Fluidleitungssystem 4 die deionisierte Kühlflüssigkeit umgewälzt wird und in dem Wärmeübertrager 5 in thermischen Kontakt mit dem zweiten Fluidleitungssystem 6 mit dem nicht-deionisierten Kühlmedium tritt, das über die Anschlüsse 7 für das Kühlmedium des zweiten Fluidleitungssystems 6 die Baueinheit 14 verlassen kann. Im (Rekuperativ) Wärmeübertrager verlaufen die Massenströme der deionisierten Kühlflüssigkeit und dem nicht-deionisierten Kühlmedium gemäß dem Gegenstromprinzip. Die Ausbildung im Gleichstromprinzip ist ebenfalls möglich.From the 1 it can be seen that in the first fluid line system 4 the deionized cooling liquid is circulated and in the heat exchanger 5 in thermal contact with the second fluid conduit system 6 with the non-deionized cooling medium that passes through the ports 7 for the cooling medium of the second fluid conduit system 6 the structural unit 14 can leave. In the (recuperative) heat exchanger, the mass flows of the deionized cooling liquid and the non-deionized cooling medium proceed according to the countercurrent principle. The training in the DC principle is also possible.

1 zeigt weiterhin, dass in dem Brennstoffzellenstapel 1 zwischen den Endplatten 2, 3 ein Kühlmittelmodul 9 integriert ist, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Kühlmittelpumpe 10 und einen Ausgleichsbehälter 11 und einen lonentauscher 12 aufweist. Somit ist das in der 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellenstapels 1 mit dem Wärmeübertrager 5 und dem integrierten Kühlmittelmodul 9 zwischen den Endplatten 2, 3 eine integrale, vormontierte Baueinheit 14. 1 further shows that in the fuel cell stack 1 between the end plates 2 . 3 a coolant module 9 is integrated, which in the embodiment shown, a coolant pump 10 and a surge tank 11 and an ion exchanger 12 having. Thus, that is in the 1 shown embodiment of a fuel cell stack 1 with the heat exchanger 5 and the integrated coolant module 9 between the end plates 2 . 3 an integral, pre-assembled unit 14 ,

Zu beachten ist weiterhin, dass der Wärmeübertrager 5 durch eine Mehrzahl von Wärmetauscherplatten 13 gebildet ist, die aus dem gleichen Werkstoff wie die Bipolarplatten des Brennstoffzellenstapels bestehen.It should also be noted that the heat exchanger 5 through a plurality of heat exchanger plates 13 is formed, which consist of the same material as the bipolar plates of the fuel cell stack.

Die in der 1 gezeigte vormontierte Baueinheit 14 kann dann in einfacher Weise mit dem Brennstoffzellensystem verbunden und beispielsweise in ein Kraftfahrzeug integriert werden, wobei das zweite Fluidleitungssystem 6 dann zur Temperierung der Fahrzeugaggregate und/oder zur Klimatisierung der Fahrgastzelle nutzbar ist.The in the 1 shown pre-assembled unit 14 can then be connected in a simple manner with the fuel cell system and integrated, for example, in a motor vehicle, wherein the second fluid conduit system 6 then for temperature control of the vehicle units and / or for air conditioning of the passenger compartment is usable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
22
Endplatteendplate
33
Endplatteendplate
44
erstes Fluidleitungssystemfirst fluid line system
55
WärmeübertragerHeat exchanger
66
zweites Fluidleitungssystemsecond fluid line system
77
Anschlüsse für das KühlmediumConnections for the cooling medium
88th
ReaktandenanschlüsseReaktandenanschlüsse
99
KühlmittelmodulCoolant module
1010
KühlmittelpumpeCoolant pump
1111
Ausgleichsbehältersurge tank
1212
Ionentauscherion exchanger
1313
Wärmetauscherplattenheat exchanger plates
1414
Vormontierte BaueinheitPre-assembled unit

Claims (5)

Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel (1), der mindestens ein erstes Fluidleitungssystem (4) aufweist, in dem ein elektrisch nicht-leitendes Kühlmedium aufgenommen ist, wobei das erste Fluidleitungssystem (4) mittels eines Wärmeübertragers (5) mit einem außerhalb des Brennstoffzellenstapels (1) angeordneten zweiten Fluidleitungssystem (6) thermisch verbunden ist, in dem ein elektrisch leitendes Kühlmedium aufgenommen ist, wobei der Brennstoffzellenstapel (1) zwischen zwei Endplatten (2, 3) verspannte Membran- Elektroden- Anordnungen (MEA) als Träger des als geschlossener Kreislauf ausgeführten ersten Fluidleitungssystems (4) aufweist, der Wärmeübertrager (5) einer der Endplatten (2, 3) zugeordnet und zwischen den verspannten Endplatten (2, 3) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Brennstoffzellenstapel (1) zwischen den Endplatten (2, 3) ein Kühlmittelmodul (9) integriert ist, das in das erste Fluidleitungssystem (4) eingebunden ist und eine Kühlmittelpumpe (10) und/oder einen Ausgleichsbehälter (11) und/oder einen lonentauscher (12) und/oder einen DC/DC-Wandler aufweist und dass der Brennstoffzellenstapel (1) mit dem Wärmeübertrager (5) und dem integrierten Kühlmittelmodul (9) eine integrale, vormontierte Baueinheit (14) bildet.Fuel cell system with a fuel cell stack (1) having at least a first fluid conduit system (4), in which an electrically non-conductive cooling medium is accommodated, wherein the first fluid conduit system (4) by means of a Heat exchanger (5) with a outside of the fuel cell stack (1) arranged second fluid conduit system (6) is connected, in which an electrically conductive cooling medium is accommodated, wherein the fuel cell stack (1) between two end plates (2, 3) strained membrane electrode Arrangements (MEA) as a carrier of the closed circuit designed as a first fluid conduit system (4), the heat exchanger (5) associated with one of the end plates (2, 3) and between the strained end plates (2, 3) is integrated, characterized in that the fuel cell stack (1) between the end plates (2, 3) a coolant module (9) is integrated, which is incorporated in the first fluid conduit system (4) and a coolant pump (10) and / or a surge tank (11) and / or an ion exchanger (12) and / or a DC / DC converter and that the fuel cell stack (1) with the heat exchanger (5) and the integrated coolant module (9 ) forms an integral, preassembled structural unit (14). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch nicht-leitende Kühlmedium durch eine deionisierte Kühlflüssigkeit gebildet ist und dass das elektrisch leitende Kühlmedium des zweiten Fluidleitungssystems (6) durch eine nicht-deionisierte Kühlflüssigkeit gebildet ist.Fuel cell system after Claim 1 , characterized in that the electrically non-conductive cooling medium is formed by a deionized cooling liquid and that the electrically conductive cooling medium of the second fluid conduit system (6) is formed by a non-deionized cooling liquid. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Endplatten (2) Anschlüsse (7) für das Kühlmedium des zweiten Fluidleitungssystems (6) aufweist und/oder die andere der Endplatten (3) Reaktantenanschlüsse (8) aufweist.Fuel cell system after Claim 1 , characterized in that at least one of the end plates (2) has connections (7) for the cooling medium of the second fluid line system (6) and / or the other of the end plates (3) has reactant connections (8). Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (5) durch eine Mehrzahl von Wärmetauscherplatten (13) gebildet ist, die aus dem gleichen Werkstoff wie Bipolarplatten des Brennstoffzellenstapels (1) bestehen.Fuel cell system according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the heat exchanger (5) by a plurality of heat exchanger plates (13) is formed, which consist of the same material as bipolar plates of the fuel cell stack (1). Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4.Motor vehicle with a fuel cell system according to one of Claims 1 to 4 ,
DE102018201701.8A 2018-02-05 2018-02-05 Fuel cell system and motor vehicle with a fuel cell system Expired - Fee Related DE102018201701B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018201701.8A DE102018201701B3 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Fuel cell system and motor vehicle with a fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018201701.8A DE102018201701B3 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Fuel cell system and motor vehicle with a fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018201701B3 true DE102018201701B3 (en) 2019-05-23

Family

ID=66336657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018201701.8A Expired - Fee Related DE102018201701B3 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Fuel cell system and motor vehicle with a fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018201701B3 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020009648A1 (en) 1999-01-05 2002-01-24 Peter Buchner Liquid-cooled fuel cell battery and method for operating it
DE10245202A1 (en) 2002-09-27 2004-04-08 Daimlerchrysler Ag Electrochemical cell stack, especially PEM cell stack, has electrochemically active section with alternating membrane electrode units, separator plates, fluid conditioning system part(s) in end plate
EP1416559A2 (en) 2002-10-28 2004-05-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fuel cell stack with heat exchanger
US20050014046A1 (en) 2001-03-17 2005-01-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fuel cell with integrated heat exchanger
US20070287045A1 (en) * 2006-06-09 2007-12-13 Samsung Sdi Co., Ltd. Fuel cell having heat exchanger built in stack
DE112010005573T5 (en) * 2010-05-19 2013-05-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and heating method. that uses fuel cell heat
US8679693B2 (en) * 2009-05-11 2014-03-25 Commissariat à l′énergie atomique et aux énergies alternatives Compact fuel cell

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020009648A1 (en) 1999-01-05 2002-01-24 Peter Buchner Liquid-cooled fuel cell battery and method for operating it
US20050014046A1 (en) 2001-03-17 2005-01-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fuel cell with integrated heat exchanger
DE10245202A1 (en) 2002-09-27 2004-04-08 Daimlerchrysler Ag Electrochemical cell stack, especially PEM cell stack, has electrochemically active section with alternating membrane electrode units, separator plates, fluid conditioning system part(s) in end plate
EP1416559A2 (en) 2002-10-28 2004-05-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fuel cell stack with heat exchanger
US20070287045A1 (en) * 2006-06-09 2007-12-13 Samsung Sdi Co., Ltd. Fuel cell having heat exchanger built in stack
US8679693B2 (en) * 2009-05-11 2014-03-25 Commissariat à l′énergie atomique et aux énergies alternatives Compact fuel cell
DE112010005573T5 (en) * 2010-05-19 2013-05-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and heating method. that uses fuel cell heat

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1080511B1 (en) Fuel cell module
DE10322537B4 (en) Stack structure of a fuel cell
DE102006017942B4 (en) Fuel cell stack and plate for a fuel cell
DE102014210358A1 (en) FUEL CELL STACK WITH A DUMMY CELL
DE102009012994A1 (en) Device for optimized performance of heating tasks in fuel cell vehicles
DE102008038201B4 (en) Fuel cell plate and method of operating a fuel cell assembly
DE112004000156B4 (en) Fuel cell system for converting H2 exhaust gas from fuel cells and methods
DE102009036662A1 (en) Integration of electronics and electrical distribution within a fuel cell stack
WO2015155125A1 (en) Bipolar plate and fuel cell
DE112009005315B9 (en) fuel cell stack
DE10234821B4 (en) Electrochemical cell
DE112008003285B4 (en) Connection plate for a fuel cell, fuel cell containing the connection plate
DE102018201701B3 (en) Fuel cell system and motor vehicle with a fuel cell system
DE102004017501C5 (en) Fuel cell, fuel cell stack, process for their preparation and use of the fuel cell
DE102010014080B4 (en) SYSTEM FOR ELECTRICAL SIGNAL PROCESSING FOR A FUEL CELL STACK
WO2003030287A2 (en) Fuel-cell stack
DE102019215899A1 (en) Fuel cell stack for operation in at least two power ranges
DE102016203466B4 (en) Cooling system for a fuel cell stack with sensing of a coolant level in an expansion tank by means of an electrical conductivity value
DE102015200427A1 (en) Fuel cell system with multiple fuel cell stacks
DE102017101515A1 (en) Fuel cell stack and fuel cell system with such
EP3552262B1 (en) Fuel cell
DE102019206117A1 (en) Fuel cell stacks comprising variable biopolar plates
DE102019206578A1 (en) Fuel cell stack with heating element, fuel cell system and vehicle
EP3883031A1 (en) Fuel cell apparatus
DE102021209557A1 (en) fuel cell and fuel cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee