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WO2022253384A1 - Bipolar plate and method for operating a fuel cell system - Google Patents

Bipolar plate and method for operating a fuel cell system Download PDF

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Publication number
WO2022253384A1
WO2022253384A1 PCT/DE2022/100398 DE2022100398W WO2022253384A1 WO 2022253384 A1 WO2022253384 A1 WO 2022253384A1 DE 2022100398 W DE2022100398 W DE 2022100398W WO 2022253384 A1 WO2022253384 A1 WO 2022253384A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
field
bipolar plate
port
distribution
coolant
Prior art date
Application number
PCT/DE2022/100398
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sebastian Zwahr
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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
Priority claimed from DE102022112931.4A external-priority patent/DE102022112931A1/en
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Publication of WO2022253384A1 publication Critical patent/WO2022253384A1/en

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    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
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    • H01M8/0265—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections

Definitions

  • the invention relates to a bipolar plate provided for use in a fuel cell system. Furthermore, the invention relates to a method for operating a fuel cell system.
  • a bipolar plate of a fuel cell system is described, for example, in US Pat. No. 10,230,117 B2.
  • An open anode gas flow field and an open cathode gas flow field are formed by this bipolar plate, with a closed coolant flow field being present at the same time.
  • So-called inactive supply areas establish the connections between the total of six main channels and the various flow fields and are structured in the form of channels, with the various fluid flows crossing in a plan view of the bipolar plate.
  • a fuel battery disclosed in DE 35 26 614 A1 comprises a total of three distribution networks, also referred to as distribution circuits, namely one distribution network each for a fuel, an oxygen carrier and an electrolyte.
  • the fuel battery has a plurality of stacked plastic frames and a multiplicity of plate-shaped current collectors, through which groove-shaped structures for the passage of media are formed.
  • the invention is based on the object of further developing fuel points compared to the state of the art mentioned, with a particularly favorable relationship between the uniformity of fluid distributions and pressure losses occurring being sought.
  • bipolar plate having the features of claim 1.
  • the object is also achieved by a method for operating a fuel cell system according to claim 9.
  • the configurations and advantages of the invention explained below in connection with the operating method apply accordingly also for the devices designed to carry out this method, ie the bipolar plate and a fuel cell system comprising several such bipolar plates.
  • the bipolar plate is formed from two superimposed, rectangular, embossed half-sheets that are firmly connected to one another and has three ports arranged next to one another in a fluid inflow area on one narrow side of the half-sheets, namely a hydrogen port, a coolant port and an air port, with the Coolant port is arranged between the hydrogen port and the air port.
  • the hydrogen port can alternatively also be supplied with a fuel gas other than hydrogen.
  • the air port can also be supplied with pure oxygen instead of air.
  • An active field on the anode side is formed by one of the half sheets, while an active field on the cathode side is formed by the other half sheet.
  • the coolant is routed from the coolant port between the two half sheets and flows through the bipolar plate between them.
  • the fuel gas here hydrogen in particular, is routed from the hydrogen port to the anode side, while air or oxygen is routed from the air port to the cathode side. Accordingly, the fuel gas and the Air or the oxygen passed separately through the two half-sheets. Structures for distributing the fluids, ie hydrogen, coolant and air, are formed between the ports and the respective active area.
  • the sheet metal used has a sheet thickness of less than 1 mm, in particular in the range from 50 to 200 ⁇ m, particularly preferably 100 ⁇ m.
  • first distributor field which is designed as a collector for the respective fluid, which extends and extends in its width starting from the coolant port in the direction of the active field beyond this middle of the three ports to the two outer ports , wherein the first distributor field is formed by flat areas of the half-plates, for a non-directed flow of the respective fluid permitting cross-flows.
  • first distributor field is formed by flat areas of the half-plates, for a non-directed flow of the respective fluid permitting cross-flows.
  • one side adjoining the coolant port and one side of the first distributor field adjoining the second distributor field run parallel to each other.
  • a second distributor field is present, which is structured in the form of channels comprising linear channels, the linear channels extending from the first distributor field in the direction of the active field with different channel widths.
  • the linear channels therefore do not have identical channel widths.
  • the middle linear channels on the coolant side of the second distribution field, as seen in the plan view of the bipolar plate have about 5 to 40% of the width of the linear channels in the edge area of the second distribution field.
  • the channels in the edge area are therefore wider than in the central area.
  • the linear channels for fuel gas and air preferably have 20 to 50% of the channel width of the central linear channels of the second distribution panel in the top view of the respective side of the bipolar plate in the edge region of the second distribution panel.
  • the change in the channel widths in the second patch panel from the center to the edge does not have to change linearly here, it preferably changes in an exponential manner.
  • a third distribution panel designed as a further collector corresponding to the first distribution panel is present, which adjoins the second distribution panel and the active panel, with a width of the third distribution panel corresponding to a width of the active panel, and with the third distribution panel having further flat areas of the half sheets is designed for a non-directional Strö determination of the respective fluid, permitting a cross-flow.
  • a “collector” is understood to be a fluid volume without flow-guiding geometric features.
  • this volume there is not necessarily a straight-line flow from the inflow to the outflow area, but transverse flows can occur which bring about a mass flow distribution that is uniform over the width of the outflow geometry. This equalizing effect occurs in particular when the pressure loss through the collector is at least 5 times smaller than that of the active field.
  • the inflow or outflow arrangement for the various fluids formed from all three ports arranged next to one another is preferably wider overall than the first distributor field in a plan view of the bipolar plate.
  • the inflow and/or outflow arrangement for the fluids is located on or in each case on a narrow side of the rectangular bipolar plate.
  • the main flow direction of the fluids corresponds to the longitudinal direction of the bipolar plate.
  • the hydrogen port and the air port are each preferably formed in the shape of a rectangular trapezoidal opening, and the coolant port is preferably formed in the shape of a rectangular opening.
  • the invention is based on the consideration that when fluids flow through fuel cells, the most ideal uniformity possible in the fluid distribution on the one hand and a low pressure loss in the fluids on the other hand represents a conflict of objectives.
  • channel-guided distributors for fluids are suitable for operation with low pressure loss, since practically the entire cell height of the fuel cell is available for each individual channel.
  • directing fluids through individual channels can lead to uneven distribution of the fluid.
  • Another conceivable approach to distributing fluid is to use a larger, non-structured, flat surface as the distribution field. In this case, several such distributor fields must be stacked on top of each other within the given low cell height, which can pose a challenge in terms of mechanical stability on the one hand and entails high pressure losses on the other.
  • the conflict of objectives described is solved or at least mitigated by the fact that different types of distribution panels are alternately connected in series. Surprisingly, it has been shown that not only can a uniform fluid distribution be achieved in this way, but that the entire structures for fluid distribution can also be integrated into the bipolar plate with an acceptable space requirement.
  • a fuel cell system can generally be operated by using three fluids, some of which are gaseous and some of which are liquid, viz Hydrogen, coolant and air are routed from three ports arranged side by side to an active field of the bipolar plate.
  • the various fluids are routed to the active field in that the fluids first flow through the first distribution field, then through the second distribution field, which in contrast to the first distribution field is structured in the form of a channel, and from the second distribution field into the third, on the active field Adjoining, designed as a collector distributor field reach, the width of which corresponds to the width of the active field.
  • Adjoining designed as a collector distributor field reach, the width of which corresponds to the width of the active field.
  • the spaces in which the various fluids are located are stacked one on top of the other according to the position of the bipolar plates, so that the layers in which the fluids are located define planes that are parallel to one another and to the bipolar plates. This can be formed within the first and the third distributor field layered collection spaces for the different fluids, which extend over the entire width of the respective distributor field.
  • the collection space for coolant takes up to 40% of the height of the installation space, the collection space for hydrogen 15 to 35% of the height of the installation space and the collection space for air 40 to 60% of the height height of the construction space.
  • the height of the installation space extends between two membrane-electrode units, which cover the cathode side and anode side of the bipolar plate when installed in a fuel cell stack.
  • the linear channel structure which is given in the second distributor field, means that in this case channels are arranged next to one another, resulting in a strip-shaped structure in a plan view of the bipolar plate.
  • the fluid routing can advantageously be designed in such a way that the two gaseous fluids, i.e. air and hydrogen, starting from the respective port, in a plan view of one of the two sides of the bipolar plate having the active field, initially within the first distribution field without a flow line within this Distribution panel cross-shaped (separated from each other on the respective side of the bipolar plate) to flow towards one another, in order to then be erfeld fanned out by the second distribution panel, while the coolant flows between the half-sheets occupies a continuously widening space both in the first and in the second distributor.
  • the two gaseous fluids i.e. air and hydrogen
  • the coolant port has a rectangular basic shape, whereas the hydrogen port and the air port can be shaped asymmetrically and are preferably not of the same size.
  • the hydrogen port occupies a smaller area than the air port.
  • the first distribution panel which is unstructured in a plan view of the bipolar plate, has a shape that widens from the central port in the direction of the active panel. With this configuration, uniform, short distances between the ports and the first distributor field can be realized if the hydrogen port and the air port are each designed in the form of a rectangular-trapezoidal opening.
  • the second distributor field preferably comprises at least eight and in particular at most 64 parallel-connected linear coolant channels, with two channels for the gaseous fluids being formed between two coolant channels, separated from one another by the half-plates, and the resulting linear channel structure of the second distributor field, which can be seen in a plan view of the half-plates is less finely structured than the channel structure of the active field.
  • the second patch panel has a trapezoidal shape that widens from the first patch panel in the direction of the third patch panel.
  • the channel width of the linear channels in the second distributor field preferably increases from the inside to the outside, ie towards the longitudinal sides of the bipolar plate and thus towards the edges of the fan-shaped, structured distributor field. Furthermore, the channel width of an individual linear channel in the second distributor field can steadily increase, starting from the first distributor field, which is due to the widening trapezoidal shape of the second distributor field.
  • the third distribution panel can describe a narrow rectangular shape aligned in the transverse direction of the bipolar plate in a plan view of the half-plates, whereby measured in the direction of flow of the fluids it can be narrower than the first distribution panel, in particular at most half as wide as the first distribution panel.
  • the equalization of the liquid and gas flows has already taken place for the most part when the fluids exit the second distributor field. A final, fine distribution of the fluids takes place within the third distributor field.
  • the second distribution field is, according to various possible configurations, the widest of the three distribution fields connected in series, measured in the direction of flow of the fluids, with the sum of the width of the first distribution field and the width of the third distribution field deviates from the width of the second patch panel, for example, by no more than 25% up or down.
  • Fig. 2 shows a detail of the bipolar plate in a sectional view A-A
  • Fig. 4 shows a further detail of the bipolar plate in a sectional view C-C
  • Fig. 5 shows a further detail of the bipolar plate in a sectional view D-D.
  • a total of identified by the reference numeral 1 bipolar plate is provided for use in a fuel cell system not shown.
  • This can be a stationary or a mobile system, in particular in a motor vehicle.
  • a plurality of fuel cells is assembled into a fuel cell stack.
  • the bipolar plate 1 is made up of two rectangular half-sheets 2, 3 (compare FIGS. 2 to 5) which are firmly connected to one another.
  • a half-cell 4 of a fuel cell is separated from a half-cell 5 of another fuel cell by each bipolar plate 1 of the fuel cell stack. Coolant flows between the two half-sheets 2 , 3 of one and the same bipolar plate 1 , which flows in through a coolant port 6 and flows out through a further coolant port (not shown) at the other end of the bipolar plate 1 .
  • a hydrogen port 7 and an air port 8 are formed through the bipolar plate 1 .
  • the three ports 7 , 6 , 8 are arranged next to one another on a narrow side of the bipolar plate 1 .
  • the coolant port 6 has a rectangular cross section.
  • the ports 7, 8, through which gases are to flow are also square, but with a wedge-shaped beveled cross-section or in the form of a rectangular trapezium. Each of the rectangular trapezoids points with its sloping edge to the first patch panel 10.
  • transition areas 9 Between all ports 6, 7, 8 and a first distributor field 10 there are transition areas 9, each of which has a strip shape of uniform width, with seals 21 being arranged in the transition areas 9 in such a way that only the intended fluid can flow through.
  • the seal 21 also surrounds each of the ports 6, 7, 8.
  • the transitional areas 9 between the ports 7, 8 and the first distribution panel 10 are opposite the transitional area 9 between the coolant port 6 and the first distribution panel 10 by one angle of 45° ⁇ 15°.
  • the transition areas 9 thus border on three sides of the first distributor panel 10, which describes a modified trapezoidal shape.
  • the modification compared to a geometrically perfect trapezoid is due to the fact that the air port 8 is significantly larger than the hydrogen port 7.
  • the first patch panel 10 has a pentagonal shape, extending from the ports 6, 7, 8 towards one of the first Distribution panel 10 immediately subsequent second distribution panel 11 V-shaped alswei switched.
  • FIG. 2 shows the section AA through the bipolar plate 1 according to FIG. 1 in the area of the coolant port 6. It can be seen that in the area of the first distributor panel 10 the metal sheets 2, 3 run flat and parallel to one another. Boundaries of the half-cells 4, 5 are indicated by dashed lines.
  • the second distribution panel 11 in FIG. 1 also shows a V-shaped widening starting from the first distribution panel 10 in the direction of the third distribution panel 12, which is less pronounced than in the first distribution panel 10, however.
  • the third distribution panel 12 directly adjoins the second distribution panel 11, which, in contrast to the distribution panels 10, 11, has the shape of a narrow rectangle.
  • the third distributor field 12 borders on the structured active field of the bipolar plate 1, which is denoted by 13.
  • the two half-plates 2, 3 each have an anode-side and a cathode-side active field 13.
  • Each active field has a designated 14 channel structure.
  • FIG. 4 schematically shows a section CC through the channel structure of the second distribution panel 11 .
  • a similar, strip-like structured form is also given in the active field 13.
  • 15 denotes a coolant passage, 16 an air passage, and 17 a hydrogen passage. Boundaries of the half-cells 4, 5 are indicated by dashed lines.
  • the height of the coolant channel 15 to be measured in the normal direction of the planes in which the half-plates 2, 3 lie corresponds approximately to the height of two half-cells 4, 5, ie one fuel cell.
  • the coolant channels 15 have a hexagonal cross section, which also determines the cross sections of the channels 16, 17, which lie between adjacent coolant channels.
  • the Half-sheets 2, 3 in the area of the channels 16, 17 lie directly one on top of the other, so that the individual coolant channels 15 are separated from one another in the transverse direction.
  • the fluid streams flowing into the second distributor field 11 are already partially evened out by the first distributor field 10, which, in contrast to the second, channel-like structured distributor field 11, is designed as a collector.
  • the structure of the collector 10 is shown in FIG. 3, which shows a section B-B through the bipolar plate 1.
  • FIG. After that, in the area of the collector or the first distributor field 10, there is a layered flow of the various liquids and gases one above the other.
  • a coolant collector 19 forms GE, which is sandwiched between an air collector 18 and a water collector 20 is located.
  • the collecting chambers 18, 19, 20, such as the air collector 18, the coolant collector 19 and the hydrogen collector 20 for linguistic differentiation from the collectors of the first distributor field 10 and the third distributor field 12 are collectively called, extend over the entire width of the first distributor field 10, that is, of the first collector.
  • the structure of the third distribution field 12, i.e. the second collector, is shown in section DD according to Figure 5 and essentially corresponds to the structure of the first collector or first distribution field 10.
  • the various media that leave the second distribution field 11 ha ben, finely distributed, the height of the individual collecting spaces 18a, 19a, 20a, ie the coolant collector 19a, the air collector 18a and the hydrogen collector 20a, are designed within the second collector depending on the desired pressure and flow conditions.
  • the distributor fields 10, 11, 12, which are alternately unstructured and structured like channels create good conditions for uniform generation of electrical power and thermal stress within the active field 13.

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Abstract

A bipolar plate (1) for a fuel cell system is made of two rectangular embossed half-plates (2, 3), which lie against each other, and has three ports (6, 7, 8), namely a hydrogen port (7), a coolant port (6), and an air port (8), arranged next to one another on the narrow face of the half-plates (2, 3) in a fluid inflow region, wherein the coolant port (6) is arranged between the hydrogen port (7) and the air port (8). The bipolar plate also comprises an anode-side active field (13) which is formed by one of the half-plates (2, 3) and a cathode-side active field (13) which is formed by the other half-plate (3, 2), wherein structures for distributing the fluids, namely hydrogen, coolant, and air, are formed between the ports (6, 7, 8) and the active surface (13), said structures comprising the following sections (10, 11, 12) starting from the ports (6, 7, 8) in the direction of the active field (13): a first distributor field (10) which is designed in the form of a collector for the respective fluid, said collector having a width which extends from the coolant port (6) in the direction of the active field (13) beyond the central port of the three ports (6) and to the two outer ports (7, 8); a second distributor field (11) which has a channel-shaped structure; and a third distributor field (12) which is designed in the form of a collector so as to correspond to the first distributor field (10) and which adjoins the active field (13).

Description

Bipolarplatte und Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensvstems Bipolar plate and method for operating a fuel cell system
Die Erfindung betrifft eine für die Verwendung in einem Brennstoffzellensystem vorge sehene Bipolarplatte. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems. The invention relates to a bipolar plate provided for use in a fuel cell system. Furthermore, the invention relates to a method for operating a fuel cell system.
Eine Bipolarplatte eines Brennstoffzellensystems ist zum Beispiel in der US 10,230,117 B2 beschrieben. Durch diese Bipolarplatte ist ein offenes Anodengasströ mungsfeld sowie ein offenes Kathodengasströmungsfeld gebildet, wobei zugleich ein geschlossenes Kühlmittelströmungsfeld vorhanden ist. Als Betriebsmitteldurchgangs öffnungen existieren zwei Anodengashauptkanäle, zwei Kathodengashauptkanäle, sowie zwei Kühlmittelhauptkanäle. Sogenannte inaktive Versorgungsbereiche stellen die Verbindungen zwischen den insgesamt sechs Hauptkanälen und den verschiede nen Strömungsfeldern her und sind in Kanalform strukturiert, wobei sich die verschie denen Fluidströme in Draufsicht auf die Bipolarplatte kreuzen. A bipolar plate of a fuel cell system is described, for example, in US Pat. No. 10,230,117 B2. An open anode gas flow field and an open cathode gas flow field are formed by this bipolar plate, with a closed coolant flow field being present at the same time. There are two anode gas main channels, two cathode gas main channels and two coolant main channels as operating medium passage openings. So-called inactive supply areas establish the connections between the total of six main channels and the various flow fields and are structured in the form of channels, with the various fluid flows crossing in a plan view of the bipolar plate.
Eine weitere mögliche Gestaltung einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle ist aus der US 8,911 ,917 B2 bekannt. In diesem Fall strömt ein Kühlmittel im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung von Gasen, mit welchen die Brennstoffzelle betrieben wird. Öffnungen zum Einströmen und Ausströmen von Kühlmittel sind hierbei als Schlitze an den Längsseiten der Bipolarplatte ausgebildet, wogegen die Gase an den Schmal seiten der Bipolarplatte zu- und abgeführt werden. Another possible design of a bipolar plate of a fuel cell is known from US Pat. No. 8,911,917 B2. In this case, a coolant flows essentially transversely to the direction of flow of gases with which the fuel cell is operated. Openings for the inflow and outflow of coolant are designed as slits on the long sides of the bipolar plate, whereas the gases are fed in and removed on the narrow sides of the bipolar plate.
Eine in der DE 35 26 614 A1 offenbarte Brennstoffbatterie umfasst insgesamt drei auch als Verteilungskreise bezeichnete Verteilungsnetze, nämlich jeweils ein Vertei lungsnetz für einen Brennstoff, einen Sauerstoffträger, sowie einen Elektrolyten. Die Brennstoffbatterie weist mehrere gestapelte Kunststoffrahmen sowie eine Vielzahl an plattenförmigen Stromkollektoren auf, durch welche rillenförmige Strukturen zur Durchleitung von Medien gebildet sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Brennstoffstellen gegenüber dem genann ten Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei ein besonders günstiges Verhältnis zwischen der Gleichmäßigkeit von Fluidverteilungen und auftretenden Druckverlusten angestrebt wird. A fuel battery disclosed in DE 35 26 614 A1 comprises a total of three distribution networks, also referred to as distribution circuits, namely one distribution network each for a fuel, an oxygen carrier and an electrolyte. The fuel battery has a plurality of stacked plastic frames and a multiplicity of plate-shaped current collectors, through which groove-shaped structures for the passage of media are formed. The invention is based on the object of further developing fuel points compared to the state of the art mentioned, with a particularly favorable relationship between the uniformity of fluid distributions and pressure losses occurring being sought.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bipolarplatte mit den Merkma len des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Be trieb eines Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch 9. Im Folgenden im Zusam menhang mit dem Betriebsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Er findung gelten sinngemäß auch für die zur Durchführung dieses Verfahrens ausgebil deten Vorrichtungen, das heißt die Bipolarplatte sowie ein mehrere solcher Bipolar platten umfassendes Brennstoffzellensystem. This object is achieved according to the invention by a bipolar plate having the features of claim 1. The object is also achieved by a method for operating a fuel cell system according to claim 9. The configurations and advantages of the invention explained below in connection with the operating method apply accordingly also for the devices designed to carry out this method, ie the bipolar plate and a fuel cell system comprising several such bipolar plates.
Die Bipolarplatte ist aus zwei aufeinander liegenden, rechteckigen geprägten und fest miteinander verbundenen Halbblechen gebildet und weist an einer Schmalseite der Halbbleche drei nebeneinander angeordnete Ports in einem Fluideinströmbereich auf, nämlich einen Wasserstoff-Port, einen Kühlmittel-Port und einen Luft-Port, wobei der Kühlmittel-Port zwischen dem Wasserstoff-Port und dem Luft-Port angeordnet ist. The bipolar plate is formed from two superimposed, rectangular, embossed half-sheets that are firmly connected to one another and has three ports arranged next to one another in a fluid inflow area on one narrow side of the half-sheets, namely a hydrogen port, a coolant port and an air port, with the Coolant port is arranged between the hydrogen port and the air port.
Hierbei ist im Sinne der vorliegenden Erfindung mitzulesen, dass der Wasserstoff-Port alternativ auch mit einem anderen Brenngas als Wasserstoff versorgt werden kann. Der Luft-Port kann alternativ auch mit reinem Sauerstoff anstelle von Luft versorgt werden. In the sense of the present invention, it should also be read here that the hydrogen port can alternatively also be supplied with a fuel gas other than hydrogen. Alternatively, the air port can also be supplied with pure oxygen instead of air.
Durch eines der Halbbleche ist ein anodenseitiges Aktivfeld gebildet, während durch das andere Halbblech ein kathodenseitiges Aktivfeld gebildet ist. Das Kühlmittel wird vom Kühlmittel-Port zwischen die beiden Halbbleche geführt und durchströmt zwi schen diesen die Bipolarplatte. Das Brenngas, hier insbesondere Wasserstoff, wird vom Wasserstoff-Port auf die Anodenseite geführt, während Luft oder Sauerstoff vom Luft-Port auf die Kathodenseite geführt wird. Demnach werden das Brenngas und die Luft bzw. der Sauerstoff durch die beiden Halbbleche voneinander getrennt geführt. Zwischen den Ports und der jeweiligen Aktivfläche sind Strukturen zur Verteilung der Fluide, das heißt Wasserstoff, Kühlmittel und Luft, gebildet. Diese Strukturen ergeben sich aus den beim Prägen der dünnen Metallbleche zur Ausbildung des Aktivfeldes und der Verteilerfelder unmittelbar auf der Rückseite des Halbbleches und entspre chen also der beim Prägen durchgedrückten Struktur, die sich in einem erhabenen Profil auf der dem Aktivfeld abgewandten Seite des Halbbleches abzeichnet. Die Strukturen zur Verteilung der Fluide liegen, ausgehend von den Ports in Richtung zum jeweiligen Aktivfeld, in Form von drei voneinander unterscheidbaren Abschnitten vor. An active field on the anode side is formed by one of the half sheets, while an active field on the cathode side is formed by the other half sheet. The coolant is routed from the coolant port between the two half sheets and flows through the bipolar plate between them. The fuel gas, here hydrogen in particular, is routed from the hydrogen port to the anode side, while air or oxygen is routed from the air port to the cathode side. Accordingly, the fuel gas and the Air or the oxygen passed separately through the two half-sheets. Structures for distributing the fluids, ie hydrogen, coolant and air, are formed between the ports and the respective active area. These structures result from the embossing of the thin metal sheets to form the active field and the distributor fields directly on the back of the half sheet and therefore correspond to the structure pressed through during embossing, which is reflected in a raised profile on the side of the half sheet facing away from the active field. Starting from the ports in the direction of the respective active field, the structures for distributing the fluids are in the form of three distinct sections.
Die verwendeten Metallbleche weisen eine Blechdicke von kleiner 1 mm, insbesonde re im Bereich von 50 bis 200 pm, besonders bevorzugt von 100 gm, auf. The sheet metal used has a sheet thickness of less than 1 mm, in particular in the range from 50 to 200 μm, particularly preferably 100 μm.
Im Einzelnen sind dies ein erstes Verteilerfeld, welches als Sammler für das jeweilige Fluid ausgebildet ist, der sich in seiner Breite ausgehend vom Kühlmittel-Port in Rich tung des Aktivfeldes über diesen mittleren der drei Ports hinaus bis zu den beiden äu ßeren Ports erweitert und erstreckt, wobei das erste Verteilerfeld durch ebene Berei che der Halbbleche ausgebildet ist, für eine, eine Querströmungen zulassende, unge richtete Strömung des jeweiligen Fluids Vorzugsweise verlaufen eine an den Kühlmit tel-Port angrenzende Seite und eine die an das zweite Verteilerfeld grenzende Seite des ersten Verteilerfeldes parallel zueinander. In detail, these are a first distributor field, which is designed as a collector for the respective fluid, which extends and extends in its width starting from the coolant port in the direction of the active field beyond this middle of the three ports to the two outer ports , wherein the first distributor field is formed by flat areas of the half-plates, for a non-directed flow of the respective fluid permitting cross-flows. Preferably, one side adjoining the coolant port and one side of the first distributor field adjoining the second distributor field run parallel to each other.
Ein zweites Verteilerfeld ist vorhanden, welches in Kanalform umfassend lineare Ka näle strukturiert ist, wobei sich die linearen Kanäle ausgehend vom ersten Verteiler feld in Richtung des Aktivfeldes mit unterschiedlichen Kanalbreiten erstrecken. A second distributor field is present, which is structured in the form of channels comprising linear channels, the linear channels extending from the first distributor field in the direction of the active field with different channel widths.
Die linearen Kanäle weisen also keine identische Kanalbreiten auf. Insbesondere wei sen die in der Draufsicht auf die Bipolarplatte die mittleren linearen Kanäle auf der Kühlmittelseite des zweiten Verteilerfeldes etwa 5 bis 40% der Breite der linearen Ka näle im Randbereich des zweiten Verteilerfeldes auf. Die Kanäle im Randbereich sind demnach breiter als im mittleren Bereich. Damit werden auch die dazu inversen Ka- nalbreiten auf der Gasseite der Bipolarplatte beeinflusst. Vorzugsweise weisen die li nearen Kanäle für Brenngas und Luft in der Draufsicht auf die jeweilige Seite der Bipo larplatte im Randbereich des zweiten Verteilerfeldes 20 bis 50% der Kanalbreite der mittleren linearen Kanäle des zweiten Verteilerfeldes auf. Die Änderung der Kanalbrei ten im zweiten Verteilerfeld von der Mitte zum Rand hin muss sich hierbei nicht linear ändern, vorzugsweise ändert sie sich in einer exponentiellen Art und Weise. The linear channels therefore do not have identical channel widths. In particular, the middle linear channels on the coolant side of the second distribution field, as seen in the plan view of the bipolar plate, have about 5 to 40% of the width of the linear channels in the edge area of the second distribution field. The channels in the edge area are therefore wider than in the central area. The inverse ca- nal widths on the gas side of the bipolar plate. The linear channels for fuel gas and air preferably have 20 to 50% of the channel width of the central linear channels of the second distribution panel in the top view of the respective side of the bipolar plate in the edge region of the second distribution panel. The change in the channel widths in the second patch panel from the center to the edge does not have to change linearly here, it preferably changes in an exponential manner.
Ein entsprechend dem ersten Verteilerfeld als weiterer Sammler ausgebildetes drittes Verteilerfeld ist vorhanden, welches an das zweite Verteilerfeld und an das Aktivfeld grenzt, wobei eine Breite des dritten Verteilerfeldes einer Breite des Aktivfeldes ent spricht, und wobei das dritte Verteilerfeld durch weitere ebene Bereiche der Halbble che ausgebildet ist, für eine, eine Querströmungen zulassende, ungerichtete Strö mung des jeweiligen Fluids. A third distribution panel designed as a further collector corresponding to the first distribution panel is present, which adjoins the second distribution panel and the active panel, with a width of the third distribution panel corresponding to a width of the active panel, and with the third distribution panel having further flat areas of the half sheets is designed for a non-directional Strö determination of the respective fluid, permitting a cross-flow.
Erfindungsgemäß wird unter einem „Sammler“ ein Fluidvolumen ohne strömungslei tende geometrische Merkmale verstanden. In diesem Volumen herrscht nicht zwangs läufig eine geradlinige Strömung vom Einström- zum Ausströmbereich, sondern es können Querströmungen auftreten, die eine, über die Breite der Ausströmgeometrie vergleichmäßigende Massenstromverteilung bewirken. Diese vergleichmäßigende Wirkung tritt insbesondere dann ein, wenn der Durchströmdruckverlust des Sammlers mindestens 5 mal kleiner ist als der des Aktivfeldes. According to the invention, a “collector” is understood to be a fluid volume without flow-guiding geometric features. In this volume, there is not necessarily a straight-line flow from the inflow to the outflow area, but transverse flows can occur which bring about a mass flow distribution that is uniform over the width of the outflow geometry. This equalizing effect occurs in particular when the pressure loss through the collector is at least 5 times smaller than that of the active field.
Die aus allen drei nebeneinander angeordneten Ports gebildete Ein- oder Ausström- Anordnung für die verschiedenen Fluide ist insgesamt in Draufsicht auf die Bipolar platte vorzugsweise breiter als das erste Verteilerfeld. Die Ein- und/oder Ausström- Anordnung für die Fluide befindet sich an der oder jeweisl an einer Schmalseite der rechteckigen Bipolarplatte. Die Hauptströmungsrichtung der Fluide entspricht hierbei der Längsrichtung der Bipolarplatte. Der Wasserstoff-Port und der Luft-Port sind bevorzugt jeweils in Form einer rechtwin kelig-trapezförmigen Öffnung ausgebildet und der Kühlmittel-Port ist bevorzugt in Form einer rechteckigen Öffnung ausgebildet. The inflow or outflow arrangement for the various fluids formed from all three ports arranged next to one another is preferably wider overall than the first distributor field in a plan view of the bipolar plate. The inflow and/or outflow arrangement for the fluids is located on or in each case on a narrow side of the rectangular bipolar plate. The main flow direction of the fluids corresponds to the longitudinal direction of the bipolar plate. The hydrogen port and the air port are each preferably formed in the shape of a rectangular trapezoidal opening, and the coolant port is preferably formed in the shape of a rectangular opening.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei der Durchströmung von Brenn stoffzellen mit Fluiden eine möglichst ideale Gleichförmigkeit der Fluidverteilung einer seits und ein geringer Druckverlust in den Fluiden andererseits einen Zielkonflikt dar stellt. Kanalgeführte Verteiler für Fluide sind prinzipiell für einen Betrieb mit geringem Druckverlust geeignet, da für jeden Einzelkanal praktisch die gesamte Zellhöhe der Brennstoffzelle zur Verfügung steht. Die Leitung von Fluiden durch einzelne Kanäle kann jedoch zu einer ungleichen Verteilung des Fluids führen. Ein anderer denkbarer Ansatz, Fluid zu verteilen, besteht darin, eine größere, nicht strukturierte, ebene Flä che als Verteilungsfeld zu nutzen. In diesem Fall müssen mehrere derartige Verteiler felder innerhalb der gegebenen geringen Zellhöhe übereinander gestapelt werden, was zum einen hinsichtlich der mechanischen Stabilität eine Herausforderung darstel len kann und zum anderen hohe Druckverluste mit sich bringt. The invention is based on the consideration that when fluids flow through fuel cells, the most ideal uniformity possible in the fluid distribution on the one hand and a low pressure loss in the fluids on the other hand represents a conflict of objectives. In principle, channel-guided distributors for fluids are suitable for operation with low pressure loss, since practically the entire cell height of the fuel cell is available for each individual channel. However, directing fluids through individual channels can lead to uneven distribution of the fluid. Another conceivable approach to distributing fluid is to use a larger, non-structured, flat surface as the distribution field. In this case, several such distributor fields must be stacked on top of each other within the given low cell height, which can pose a challenge in terms of mechanical stability on the one hand and entails high pressure losses on the other.
Der beschriebene Zielkonflikt wird erfindungsgemäß dadurch gelöst oder zumindest entschärft, dass verschiedene Typen von Verteilerfeldern alternierend hintereinander geschaltet werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass damit nicht nur eine gleichmäßige Fluidverteilung erzielbar ist, sondern auch eine Integration der gesam ten Strukturen zur Fluidverteilung in die Bipolarplatte mit akzeptablem Platzbedarf rea lisierbar ist. According to the invention, the conflict of objectives described is solved or at least mitigated by the fact that different types of distribution panels are alternately connected in series. Surprisingly, it has been shown that not only can a uniform fluid distribution be achieved in this way, but that the entire structures for fluid distribution can also be integrated into the bipolar plate with an acceptable space requirement.
Ausgehend von einer Vielzahl an Bipolarplatten, welche in einen Brennstoffzellensta pel derart eingebaut sind, dass jede Bipolarplatte eine Anodenseite einer Brennstoff zelle von einer Kathodenseite einer weiteren Brennstoffzelle trennt, ist ein Brennstoff zellensystem allgemein betreibbar, indem drei teils gasförmig, teils flüssig vorliegende Fluide, nämlich Wasserstoff, Kühlmittel und Luft, von drei nebeneinander angeordne ten Ports zu einem Aktivfeld der Bipolarplatte geleitet werden. Die Leitung der verschiedenen Fluide zum Aktivfeld geschieht, indem die Fluide zu nächst das erste Verteilerfeld durchströmen, anschließend durch das zweite Verteiler feld strömen, welches im Gegensatz zum ersten Verteilerfeld in Kanalform strukturiert ist, und vom zweiten Verteilerfeld aus in das dritte, an das Aktivfeld grenzende, als Sammler ausgebildete Verteilerfeld gelangen, dessen Breite der Breite des Aktivfeldes entspricht. In den Sammlern sind die Räume, in welchen sich die verschiedenen Flui de befinden, entsprechend der Lage der Bipolarplatten übereinander gestapelt, so dass die Schichten, in welchen sich die Fluide befinden, zueinander und zu den Bipo larplatten parallele Ebenen definieren. Damit können innerhalb des ersten sowie des dritten Verteilerfeldes übereinander geschichtete Sammelräume für die verschiedenen Fluide gebildet sein, welche sich über die gesamte Breite des jeweiligen Verteilerfel des erstrecken. Insbesondere nimmt dabei senkrecht zur Ebene der Bipolarplatte in nerhalb eines vorhandenen Bauraums von zwei Halbzellen der Sammelraum für Kühlmittel bis 40 % der Höhe des Bauraums, der Sammelraum für Wasserstoff 15 bis 35 % der Höhe des Bauraums und der Sammelraum für Luft 40 bis 60% der Höhe des Bauraums ein. Die Höhe des Bauraumes erstreckt sich dabei zwischen zwei Memb- ran-Elektroden-Einheiten, die die Bipolarplatte in der Einbausituation in einem Brenn stoffzellenstapel auf ihrer Kathodenseite und Anodenseite bedecken. Based on a large number of bipolar plates, which are installed in a fuel cell stack in such a way that each bipolar plate separates an anode side of a fuel cell from a cathode side of another fuel cell, a fuel cell system can generally be operated by using three fluids, some of which are gaseous and some of which are liquid, viz Hydrogen, coolant and air are routed from three ports arranged side by side to an active field of the bipolar plate. The various fluids are routed to the active field in that the fluids first flow through the first distribution field, then through the second distribution field, which in contrast to the first distribution field is structured in the form of a channel, and from the second distribution field into the third, on the active field Adjoining, designed as a collector distributor field reach, the width of which corresponds to the width of the active field. In the collectors, the spaces in which the various fluids are located are stacked one on top of the other according to the position of the bipolar plates, so that the layers in which the fluids are located define planes that are parallel to one another and to the bipolar plates. This can be formed within the first and the third distributor field layered collection spaces for the different fluids, which extend over the entire width of the respective distributor field. In particular, perpendicular to the plane of the bipolar plate within an existing installation space of two half-cells, the collection space for coolant takes up to 40% of the height of the installation space, the collection space for hydrogen 15 to 35% of the height of the installation space and the collection space for air 40 to 60% of the height height of the construction space. The height of the installation space extends between two membrane-electrode units, which cover the cathode side and anode side of the bipolar plate when installed in a fuel cell stack.
Im Unterschied hierzu bedeutet die lineare Kanalstruktur, welche im zweiten Verteiler feld gegeben ist, dass in diesem Fall Kanäle nebeneinander angeordnet sind, so dass sich eine streifenförmige Strukturierung in Draufsicht auf die Bipolarplatte ergibt. In contrast to this, the linear channel structure, which is given in the second distributor field, means that in this case channels are arranged next to one another, resulting in a strip-shaped structure in a plan view of the bipolar plate.
Hierbei kann die Fluidführung mit Vorteil derart gestaltet sein, dass die beiden gas förmigen Fluide, das heißt Luft und Wasserstoff, ausgehend vom jeweiligen Port, in Draufsicht auf eine der beiden das Aktivfeld aufweisenden Seiten der Bipolarplatte, zunächst innerhalb des ersten Verteilerfeldes ohne Strömungsleitung innerhalb dieses Verteilerfeldes kreuzförmig (voneinander räumlich getrennt auf der jeweiligen Seite der Bipolarplatte) aufeinander zu strömen, um anschließend durch das zweite Verteil erfeld aufgefächert zu werden, während das Kühlmittel zwischen den Halbblechen sowohl im ersten als auch im zweiten Verteiler einen kontinuierlich breiter werdenden Raum einnimmt. In this case, the fluid routing can advantageously be designed in such a way that the two gaseous fluids, i.e. air and hydrogen, starting from the respective port, in a plan view of one of the two sides of the bipolar plate having the active field, initially within the first distribution field without a flow line within this Distribution panel cross-shaped (separated from each other on the respective side of the bipolar plate) to flow towards one another, in order to then be erfeld fanned out by the second distribution panel, while the coolant flows between the half-sheets occupies a continuously widening space both in the first and in the second distributor.
Wird im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensys tems von Luft gesprochen, so gilt die entsprechende Aussage auch für einen Betrieb mit einem sonstigen Sauerstoff enthaltenden Gas oder mit reinem Sauerstoff. Ebenso ist ein Austausch von Wasserstoff gegen einen anderen Brennstoff, beispielsweise Methan, möglich. Analoges gilt für das Kühlmittel, auch wenn hierfür insbesondere Kühlwasser verwendet wird. If air is spoken of in connection with the method for operating a fuel cell system, the corresponding statement also applies to operation with another gas containing oxygen or with pure oxygen. It is also possible to replace hydrogen with another fuel, such as methane. The same applies to the coolant, even if cooling water in particular is used for this purpose.
Erfindngsgemäß ist - in der Draufsicht auf eine der beiden das Aktivfeld aufweisenden Seiten der Bipolarplatte - der Kühlmittel-Port zwischen dem Wasserstoff-Port und dem Luft-Port angeordnet, womit eine besonders gleichmäßige Durchströmung der Bipo larplatte mit Kühlmittel erzielbar ist. Hierbei weist der Kühlmittel-Port eine rechteckige Grundform auf, wogegen der Wasserstoff-Port und der Luft-Port unsymmetrisch ge formt sein können und bevorzugt nicht gleich groß sind. Insbesondere nimmt der Wasserstoff-Port eine kleinere Fläche ein als der Luft-Port. According to the invention--in the plan view of one of the two sides of the bipolar plate having the active field--the coolant port is arranged between the hydrogen port and the air port, whereby a particularly uniform flow of coolant through the bipolar plate can be achieved. In this case, the coolant port has a rectangular basic shape, whereas the hydrogen port and the air port can be shaped asymmetrically and are preferably not of the same size. In particular, the hydrogen port occupies a smaller area than the air port.
Das erste, in Draufsicht auf die Bipolarplatte unstrukturierte erste Verteilerfeld weist eine sich von dem mittleren Port in Richtung zum Aktivfeld aufweitende Form auf. Mit dieser Ausgestaltung sind einheitliche, kurze Distanzen zwischen den Ports und dem ersten Verteilerfeld realisierbar, wenn der Wasserstoff-Port und der Luft-Port jeweils in Form einer rechtwinkelig-trapezförmigen Öffnung ausgebildet sind. The first distribution panel, which is unstructured in a plan view of the bipolar plate, has a shape that widens from the central port in the direction of the active panel. With this configuration, uniform, short distances between the ports and the first distributor field can be realized if the hydrogen port and the air port are each designed in the form of a rectangular-trapezoidal opening.
Das zweite Verteilerfeld umfasst vorzugsweise mindestens acht und insbesondere höchstens 64 parallel geschaltete lineare Kühlmittelkanäle, wobei zwischen zwei Kühlmittelkanälen jeweils zwei durch die Halbbleche voneinander getrennte Kanäle für die gasförmigen Fluide gebildet sind und die damit gegebene, in Draufsicht auf die Halbbleche erkennbare lineare Kanalstruktur des zweiten Verteilerfeldes weniger fein gegliedert ist als die Kanalstruktur des Aktivfeldes. Das heißt, dass die durchschnittli- che Kanalbreite im zweiten Verteilerfeld größer als eine Kanalbreite im Aktivfeld ist. Durch die im Vergleich zur Strukturierung des Aktivfeldes relativ grobe Aufteilung des zweiten Verteilerfeldes in voneinander getrennte Kanäle ist zum einen ein wider standsarmer Durchfluss durch das zweite Verteilerfeld möglich und zum anderen in Zusammenwirkung mit dem dritten Verteilerfeld eine ausreichende Durchmischung ei nes jeden Fluids gegeben. The second distributor field preferably comprises at least eight and in particular at most 64 parallel-connected linear coolant channels, with two channels for the gaseous fluids being formed between two coolant channels, separated from one another by the half-plates, and the resulting linear channel structure of the second distributor field, which can be seen in a plan view of the half-plates is less finely structured than the channel structure of the active field. This means that the average che channel width in the second distributor panel is greater than a channel width in the active panel. Due to the relatively rough division of the second distributor field into separate channels compared to the structuring of the active field, a low-resistance flow through the second distributor field is possible on the one hand and, on the other hand, in cooperation with the third distributor field, there is sufficient mixing of each fluid.
Das zweite Verteilerfeld weist eine sich vom ersten Verteilerfeld in Richtung zum drit ten Verteilerfeld aufweitende Trapezform auf. Die Kanalbreite der linearen Kanäle im zweiten Verteilerfeld nimmt vorzugsweise von innen nach außen, also in Richtung zu den Längsseiten der Bipolarplatte und damit zu den Rändern des fächerförmigen, strukturierten Verteilerfeldes, zu. Weiterhin kann die Kanalbreite eines einzelnen linea ren Kanals im zweiten Verteilerfeld ausgehend vom ersten Verteilerfelld stetig zuneh men, was der sich aufweitenden Trapezform des zweiten Verteilerfeldes geschuldet ist. The second patch panel has a trapezoidal shape that widens from the first patch panel in the direction of the third patch panel. The channel width of the linear channels in the second distributor field preferably increases from the inside to the outside, ie towards the longitudinal sides of the bipolar plate and thus towards the edges of the fan-shaped, structured distributor field. Furthermore, the channel width of an individual linear channel in the second distributor field can steadily increase, starting from the first distributor field, which is due to the widening trapezoidal shape of the second distributor field.
Beim Verlassen des zweiten Verteilerfeldes in Richtung zum Aktivfeld der Bipolarplat te sind sämtliche Gas- und Flüssigkeitsströme auf eine Breite ausgedehnt, welche zumindest annähernd der Breite des Aktivfeldes entspricht. Das dritte Verteilerfeld kann in Draufsicht auf die Halbbleche eine schmale, in Querrichtung der Bipolarplatte ausgerichtete Rechteckform beschreiben, wobei es in Strömungsrichtung der Fluide gemessen schmaler als das erste Verteilerfeld, insbesondere maximal halb so breit wie das erste Verteilerfeld, sein kann. Die Vergleichmäßigung der Flüssigkeits- und Gasströme ist zum größten Teil bereits bei Austritt der Fluide aus dem zweiten Vertei lerfeld erfolgt. Innerhalb des dritten Verteilerfeldes findet eine finale, feine Verteilung der Fluide statt. When leaving the second distributor field in the direction of the active field of the bipolar plate, all gas and liquid flows are expanded to a width which at least approximately corresponds to the width of the active field. The third distribution panel can describe a narrow rectangular shape aligned in the transverse direction of the bipolar plate in a plan view of the half-plates, whereby measured in the direction of flow of the fluids it can be narrower than the first distribution panel, in particular at most half as wide as the first distribution panel. The equalization of the liquid and gas flows has already taken place for the most part when the fluids exit the second distributor field. A final, fine distribution of the fluids takes place within the third distributor field.
Das zweite Verteilerfeld stellt, in Strömungsrichtung der Fluide gemessen, gemäß verschiedener möglicher Ausgestaltungen das in Strömungsrichtung der Fluide ge messen breiteste der drei hintereinander geschalteten Verteilerfelder dar, wobei die Summe aus der Breite des ersten Verteilerfeldes und der Breite des dritten Verteiler- feldes von der Breite des zweiten Verteilerfeldes beispielsweise um nicht mehr als 25% nach oben oder unten abweicht. Measured in the direction of flow of the fluids, the second distribution field is, according to various possible configurations, the widest of the three distribution fields connected in series, measured in the direction of flow of the fluids, with the sum of the width of the first distribution field and the width of the third distribution field deviates from the width of the second patch panel, for example, by no more than 25% up or down.
Die beschriebenen geometrischen Relationen gelten nicht nur für die Strukturen, durch welche die verschiedenen Fluide in Richtung Aktivfeld strömen, sondern in ent sprechender Weise auch für die durch die Bipolarplatte gebildeten Strukturen, welche Fluide vom Aktivfeld und damit aus der Brennstoffzelle ableiten. The geometric relationships described apply not only to the structures through which the various fluids flow in the direction of the active field, but in a corresponding manner also to the structures formed by the bipolar plate, which derive fluids from the active field and thus from the fuel cell.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung nä her erläutert. Hierin zeigen, teils vereinfacht: An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to a drawing. Here show, partly simplified:
Fig. 1 ausschnittsweise eine Bipolarplatte in Draufsicht, 1 a detail of a bipolar plate in plan view,
Fig. 2 ein Detail der Bipolarplatte in einer Schnittdarstellung A-A, Fig. 2 shows a detail of the bipolar plate in a sectional view A-A,
Fig. 3 ein weiteres Detail der Bipolarplatte in einer Schnittdarstellung B-B, 3 another detail of the bipolar plate in a sectional view B-B,
Fig. 4 ein weiteres Detail der Bipolarplatte in einer Schnittdarstellung C-C, und Fig. 4 shows a further detail of the bipolar plate in a sectional view C-C, and
Fig. 5 ein weiteres Detail der Bipolarplatte in einer Schnittdarstellung D-D. Fig. 5 shows a further detail of the bipolar plate in a sectional view D-D.
Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Bipolarplatte ist zur Ver wendung in einem nicht weiter dargestellten Brennstoffzellensystem vorgesehen. Hierbei kann es sich um ein stationäres oder um ein mobiles System, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, handeln. Eine Vielzahl an Brennstoffzellen ist zu einem Brenn stoffzellenstapel zusammengesetzt. Hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaus und der Funktion eines solchen Brennstoffzellenstapel wird auf den eingangs genannten Stand der Technik verwiesen. Die Bipolarplatte 1 ist aus zwei rechteckigen Halbblechen 2, 3 (vergleiche Figuren 2 bis 5) aufgebaut, die fest miteinander verbunden sind. Durch jede Bipolarplatte 1 des Brennstoffzellenstapels ist eine Halbzelle 4 einer Brennstoffzelle von einer Halbzelle 5 einer weiteren Brennstoffzelle getrennt. Zwischen den beiden Halbblechen 2, 3 ein und derselben Bipolarplatte 1 fließt Kühlmittel, welches durch einen Kühlmittel-Port 6 einströmt und durch einen weiteren nicht dargestellten Kühlmittel-Port am anderen Ende der Bipolarplatte 1 ausströmt. A total of identified by the reference numeral 1 bipolar plate is provided for use in a fuel cell system not shown. This can be a stationary or a mobile system, in particular in a motor vehicle. A plurality of fuel cells is assembled into a fuel cell stack. With regard to the basic structure and the function of such a fuel cell stack, reference is made to the prior art mentioned at the outset. The bipolar plate 1 is made up of two rectangular half-sheets 2, 3 (compare FIGS. 2 to 5) which are firmly connected to one another. A half-cell 4 of a fuel cell is separated from a half-cell 5 of another fuel cell by each bipolar plate 1 of the fuel cell stack. Coolant flows between the two half-sheets 2 , 3 of one and the same bipolar plate 1 , which flows in through a coolant port 6 and flows out through a further coolant port (not shown) at the other end of the bipolar plate 1 .
Weiter sind durch die Bipolarplatte 1 ein Wasserstoff-Port 7 und ein Luft Port 8 gebil det. Die drei Ports 7, 6, 8 sind an einer Schmalseite der Bipolarplatte 1 nebeneinander angeordnet. Der Kühlmittel-Port 6 hat, wie aus Fig. 1 hervorgeht, einen rechteckigen Querschnitt. Dagegen sind die Ports 7, 8, die von Gasen zu durchströmen sind, zwar ebenfalls viereckig, jedoch mit einem keilförmig angeschrägten Querschnitt bezie hungsweise in Form eines rechteckigen Trapezes ausgebildet. Jedes der rechtecki gen Trapeze zeigt mit seiner schrägen Kante zum ersten Verteilerfeld 10. Furthermore, a hydrogen port 7 and an air port 8 are formed through the bipolar plate 1 . The three ports 7 , 6 , 8 are arranged next to one another on a narrow side of the bipolar plate 1 . As can be seen from FIG. 1, the coolant port 6 has a rectangular cross section. In contrast, the ports 7, 8, through which gases are to flow, are also square, but with a wedge-shaped beveled cross-section or in the form of a rectangular trapezium. Each of the rectangular trapezoids points with its sloping edge to the first patch panel 10.
Zwischen sämtlichen Ports 6, 7, 8 und einem ersten Verteilerfeld 10 befinden sich Übergangsbereiche 9, die jeweils eine Streifenform einheitlicher Breite haben, wobei in den Übergangsbereichen 9 Dichtungen 21 derart angeordnet sind, dass eine Durchströmung ausschließlich mit dem jeweils vorgesehenen Fluid möglich ist. Die Dichtung 21 umgibt weiterhin jeden der Ports 6, 7, 8. Die Übergangsbereiche 9 zwi schen den Ports 7, 8 und dem ersten Verteilerfeld 10 sind gegenüber dem Über gangsbereich 9 zwischen dem Kühlmittel-Port 6 und dem ersten Verteilerfeld 10 je weils um einen Winkel von 45° ± 15° schräg gestellt. Insgesamt grenzen die Über gangsbereiche 9 damit an drei Seiten des ersten Verteilerfeldes 10, welches eine mo difizierte Trapezform beschreibt. Die Modifikation gegenüber einem geometrisch per fekten Trapez ist darauf zurückzuführen, dass der Luft-Port 8 deutlich größer als der Wasserstoff-Port 7 ist. Im vorliegenden Fall hat das erste Verteilerfeld 10 eine fünf eckige Form, wobei es sich von den Ports 6, 7, 8 in Richtung zu einem an das erste Verteilerfeld 10 unmittelbar anschließenden zweiten Verteilerfeld 11 V-förmig aufwei tet. Between all ports 6, 7, 8 and a first distributor field 10 there are transition areas 9, each of which has a strip shape of uniform width, with seals 21 being arranged in the transition areas 9 in such a way that only the intended fluid can flow through. The seal 21 also surrounds each of the ports 6, 7, 8. The transitional areas 9 between the ports 7, 8 and the first distribution panel 10 are opposite the transitional area 9 between the coolant port 6 and the first distribution panel 10 by one angle of 45° ± 15°. Overall, the transition areas 9 thus border on three sides of the first distributor panel 10, which describes a modified trapezoidal shape. The modification compared to a geometrically perfect trapezoid is due to the fact that the air port 8 is significantly larger than the hydrogen port 7. In the present case, the first patch panel 10 has a pentagonal shape, extending from the ports 6, 7, 8 towards one of the first Distribution panel 10 immediately subsequent second distribution panel 11 V-shaped aufwei switched.
Figur 2 zeigt den Schnitt A-A durch die Bipolarplatte 1 gemäß Figur 1 im Berich des Kühlmittel-Ports 6. Dabei ist zu erkennen, dass im Bereich des ersten Verteilerfeldes 10 die Metallbleche 2, 3 eben und parallel zueinander verlaufen. Durch gestrichelte Linien sind Grenzen der Halbzellen 4, 5 angedeutet. FIG. 2 shows the section AA through the bipolar plate 1 according to FIG. 1 in the area of the coolant port 6. It can be seen that in the area of the first distributor panel 10 the metal sheets 2, 3 run flat and parallel to one another. Boundaries of the half-cells 4, 5 are indicated by dashed lines.
Auch das zweite Verteilerfeld 11 in Figur 1 zeigt eine V-förmige Aufweitung ausge hend vom ersten Verteilerfeld 10 in Richtung des dritten Verteilerfeldes 12, welche je doch weniger ausgeprägt als beim ersten Verteilerfeld 10 ist. The second distribution panel 11 in FIG. 1 also shows a V-shaped widening starting from the first distribution panel 10 in the direction of the third distribution panel 12, which is less pronounced than in the first distribution panel 10, however.
An das zweite Verteilerfeld 11 schließt unmittelbar das dritte Verteilerfeld 12 an, wel che im Unterschied zu den Verteilerfeldern 10, 11 die Form eines schmalen Recht ecks hat. The third distribution panel 12 directly adjoins the second distribution panel 11, which, in contrast to the distribution panels 10, 11, has the shape of a narrow rectangle.
Das dritte Verteilerfeld 12 grenzt an das mit 13 bezeichnete, strukturierte Aktivfeld der Bipolarplatte 1. Durch die beiden Halbbleche 2, 3 sind jeweils ein anodenseitiges und ein kathodenseitiges Aktivfeld 13 gegeben. Jedes Aktivfeld weist eine mit 14 bezeich nete Kanalstruktur auf. The third distributor field 12 borders on the structured active field of the bipolar plate 1, which is denoted by 13. The two half-plates 2, 3 each have an anode-side and a cathode-side active field 13. Each active field has a designated 14 channel structure.
Die Fig. 4 zeigt schematisch einen Schnitt C-C durch die Kanalstruktur des zweiten Verteilerfeldes 11 . Eine ähnliche, streifenartig strukturierte Form ist auch im Aktivfeld 13 gegeben. In Fig. 4 bezeichnet 15 einen Kühlmittelkanal, 16 einen Luftkanal und 17 einen Wasserstoffkanal. Durch gestrichelte Linien sind Grenzen der Halbzellen 4, 5 angedeutet. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, entspricht die in Normalrichtung der Ebenen, in welchen die Halbbleche 2, 3 liegen, zu messende Höhe des Kühlmittelkanals 15 annähernd der Höhe zweier Halbzellen 4, 5, das heißt einer Brennstoffzelle. Die Kühlmittelkanäle 15 weisen einen hexagonalen Querschnitt auf, durch welchen auch die Querschnitte der Kanäle 16, 17, welche zwischen benachbarten Kühlmittelkanälen liegen, bestimmt sind. Anders als in der schematisierten Fig. 4 dargestellt, können die Halbbleche 2, 3 im Bereich der Kanäle 16, 17 unmittelbar aufeinander liegen, so dass die einzelnen Kühlmittelkanäle 15 in deren Querrichtung voneinander getrennt sind. FIG. 4 schematically shows a section CC through the channel structure of the second distribution panel 11 . A similar, strip-like structured form is also given in the active field 13. In Fig. 4, 15 denotes a coolant passage, 16 an air passage, and 17 a hydrogen passage. Boundaries of the half-cells 4, 5 are indicated by dashed lines. As can be seen from FIG. 4, the height of the coolant channel 15 to be measured in the normal direction of the planes in which the half-plates 2, 3 lie corresponds approximately to the height of two half-cells 4, 5, ie one fuel cell. The coolant channels 15 have a hexagonal cross section, which also determines the cross sections of the channels 16, 17, which lie between adjacent coolant channels. Unlike shown in the schematic Fig. 4, the Half-sheets 2, 3 in the area of the channels 16, 17 lie directly one on top of the other, so that the individual coolant channels 15 are separated from one another in the transverse direction.
Die in das zweite Verteilerfeld 11 einströmenden Fluidströme sind durch das erste Verteilerfeld 10, welches im Unterschied zum zweiten, kanalartig strukturierten Vertei lerfeld 11 als Sammler ausgebildet ist, bereits teilweise vergleichmäßigt. Der Aufbau des Sammlers 10 geht aus Fig. 3 hervor, welche einen Schnitt B-B durch die Bipolar platte 1 zeigt. Danach ist im Bereich des Sammlers beziehungsweise ersten Verteiler felds 10 eine geschichtete Strömung der verschiedenen Flüssigkeiten und Gase über einander gegeben. Zwischen den Flalbblechen 2, 3 ist ein Kühlmittelsammler 19 ge bildet, der sich sandwichartig zwischen einem Luftsammler 18 und einem Wasser stoffsammler 20 befindet. Die Sammelräume 18, 19, 20, wie der Luftsammler 18, der Kühlmittelsammler 19 und der Wasserstoffsammler 20 zur sprachlichen Unterschei dung von den Sammlern des ersten Verteilerfels 10 und des dritten Verteilerfelds 12 zusammenfassend genannt werden, erstrecken sich über die gesamte Breite des ers ten Verteilerfeldes 10, das heißt des ersten Sammlers. The fluid streams flowing into the second distributor field 11 are already partially evened out by the first distributor field 10, which, in contrast to the second, channel-like structured distributor field 11, is designed as a collector. The structure of the collector 10 is shown in FIG. 3, which shows a section B-B through the bipolar plate 1. FIG. After that, in the area of the collector or the first distributor field 10, there is a layered flow of the various liquids and gases one above the other. Between the Flalbblechen 2, 3, a coolant collector 19 forms GE, which is sandwiched between an air collector 18 and a water collector 20 is located. The collecting chambers 18, 19, 20, such as the air collector 18, the coolant collector 19 and the hydrogen collector 20 for linguistic differentiation from the collectors of the first distributor field 10 and the third distributor field 12 are collectively called, extend over the entire width of the first distributor field 10, that is, of the first collector.
Der Aufbau des dritten Verteilerfeldes 12, das heißt des zweiten Sammlers, ist im Schnitt D-D gemäß Figur 5 gezeigt und entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des ersten Sammlers beziehungsweise ersten Verteilerfeldes 10. Im zweiten Sammler werden die verschiedenen Medien, welche das zweite Verteilerfeld 11 verlassen ha ben, fein verteilt, wobei die Höhe der einzelnen Sammelräume 18a, 19a, 20a, also des Kühlmittelsammlers 19a, des Luftsammlers 18a und des Wasserstoffsammlers 20a, innerhalb des zweiten Sammlers je nach gewünschten Druck- und Strömungsverhält nissen ausgelegt werden. Insgesamt schaffen die Verteilerfelder 10, 11 , 12, welche al ternierend nicht strukturiert und kanalartig strukturiert sind, gute Voraussetzungen für eine gleichmäßige Generierung elektrischer Leistung sowie thermische Belastung in nerhalb des Aktivfeldes 13. Zudem sind durch die Aufteilung der strömungsleitenden Strukturen in einzelne strömungstechnisch hintereinander geschaltete, unterschiedlich gestaltete Abschnitte 10, 11 , 12, das heißt Verteilerfelder, unter Vermeidung großflä chiger ebener Bereiche dreidimensionale Formen der Halbbleche 2, 3 gegeben, wel- che eine Übertragung nennenswerter Kräfte, auch bei mobilen Anwendungen, inner halb der Bipolarplatte 1 sowie des gesamten Brennstoffzellenstapels bei sparsamem Materialeinsatz und raumsparendem Aufbau ermöglichen. The structure of the third distribution field 12, i.e. the second collector, is shown in section DD according to Figure 5 and essentially corresponds to the structure of the first collector or first distribution field 10. In the second collector, the various media that leave the second distribution field 11 ha ben, finely distributed, the height of the individual collecting spaces 18a, 19a, 20a, ie the coolant collector 19a, the air collector 18a and the hydrogen collector 20a, are designed within the second collector depending on the desired pressure and flow conditions. Overall, the distributor fields 10, 11, 12, which are alternately unstructured and structured like channels, create good conditions for uniform generation of electrical power and thermal stress within the active field 13. In addition, the division of the flow-conducting structures into individual ones connected in series in terms of flow , Differently designed sections 10, 11, 12, i.e. distribution panels, given three-dimensional shapes of the half-sheets 2, 3 while avoiding large-area chiger flat areas, wel- che allow a transfer of significant forces, even in mobile applications, within half of the bipolar plate 1 and the entire fuel cell stack with economical use of materials and space-saving structure.
Bezuqszeichenliste Bipolarplatte Halbblech Halbblech Halbzelle Halbzelle Kühlmittel-Port Wasserstoff-Port Luft-Port Übergangsbereich erstes Verteilerfeld, Sammler zweites Verteilerfeld drittes Verteilerfeld, Sammler Aktivfeld Kanalstruktur Kühlmittelkanal Luftkanal Wasserstoffkanal Luftsammler a Luftsammler Kühlmittelsammler a Kühlmittelsammler Wasserstoffsammler a Wasserstoffsammler Dichtung Reference sign list bipolar plate half sheet half sheet half cell half cell coolant port hydrogen port air port transition area first distribution field, collector second distribution field third distribution field, collector active field channel structure coolant channel air channel hydrogen channel air collector a air collector coolant collector a coolant collector hydrogen collector a hydrogen collector seal

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Bipolarplatte (1 ), gebildet aus zwei aufeinander liegenden, rechteckigen ge prägten Halbblechen (2, 3), mit drei nebeneinander an einer Schmalseite der Halbbleche (2, 3) angeordneten Ports (6, 7, 8) in einem Fluideinströmbereich, nämlich einem Wasserstoff-Port (7), einem Kühlmittel-Port (6) und einem Luft- Port (8), wobei der Kühlmittel-Port (6) zwischen dem Wasserstoff-Port (7) und dem Luft-Port (8) angeordnet ist, sowie mit einem durch eines der Halbbleche (2, 3) gebildeten anodenseitigen Aktivfeld (13) und einem durch das andere Halbblech (3, 2) gebildeten kathodenseitigen Aktivfeld (13), wobei zwischen den Ports (6, 7, 8) und der Aktivfläche (13) Strukturen zur Verteilung der Fluide, das heißt Wasserstoff, Kühlmittel und Luft, gebildet sind, die, ausgehend von den Ports (6, 7, 8) in Richtung zum Aktivfeld (13), folgende Abschnitte (10, 11, 12) umfassen: 1. Bipolar plate (1), formed from two superimposed, rectangular embossed half sheets (2, 3), with three ports (6, 7, 8) arranged next to one another on a narrow side of the half sheets (2, 3) in a fluid inflow area, viz a hydrogen port (7), a coolant port (6) and an air port (8), the coolant port (6) being arranged between the hydrogen port (7) and the air port (8). , and with an anode-side active field (13) formed by one of the half-sheets (2, 3) and a cathode-side active field (13) formed by the other half-sheet (3, 2), wherein between the ports (6, 7, 8) and the Active surface (13) Structures for the distribution of the fluids, i.e. hydrogen, coolant and air, are formed, which, starting from the ports (6, 7, 8) in the direction of the active field (13), the following sections (10, 11, 12 ) include:
- Ein erstes Verteilerfeld (10), welches als Sammler für das jeweilige Fluid ausgebildet ist, der sich in seiner Breite ausgehend vom Kühlmittel-Port (6) in Richtung des Aktivfeldes (13) über diesen mittleren der drei Ports (6) hin aus bis zu den beiden äußeren Ports (7, 8) erweitert und erstreckt, wobei das erste Verteilerfeld (10) durch ebene Bereiche der Halbbleche (2, 3) ausgebildet ist, für eine, eine Querströmungen zulassende, ungerichtete Strömung des jeweiligen Fluids, - A first distribution field (10), which is designed as a collector for the respective fluid, which extends in width starting from the coolant port (6) in the direction of the active field (13) via this middle of the three ports (6) out to widens and extends to the two outer ports (7, 8), the first distributor field (10) being formed by flat areas of the half-plates (2, 3), for an undirected flow of the respective fluid permitting cross-flows,
- ein zweites Verteilerfeld (11 ), welches in Kanalform umfassend lineare Ka näle (16,17) strukturiert ist, wobei sich die linearen Kanäle (16, 17) ausge hend vom ersten Verteilerfeld (10) in Richtung des Aktivfeldes (13) mit un terschiedlichen Kanalbreiten erstrecken, - A second distributor field (11), which channels in channel form comprising linear Ka (16,17) is structured, the linear channels (16, 17) starting from the first distributor field (10) in the direction of the active field (13) with un different channel widths,
- ein entsprechend dem ersten Verteilerfeld (10) als weiterer Sammler aus gebildetes drittes Verteilerfeld (12), welches an das zweite Verteilerfeld (11) und an das Aktivfeld (13) grenzt, wobei eine Breite des dritten Verteilerfel des (12) einer Breite des Aktivfeldes (13) entspricht, und wobei das dritte Verteilerfeld (12) durch weitere ebene Bereiche der Halbbleche (2, 3) aus- gebildet ist, für eine, eine Querströmungen zulassende, ungerichtete Strö mung des jeweiligen Fluids. - A third distribution panel (12) formed as a further collector corresponding to the first distribution panel (10), which adjoins the second distribution panel (11) and the active panel (13), with a width of the third distribution panel (12) corresponding to a width of the Corresponds to the active field (13), and wherein the third distribution field (12) consists of further flat areas of the half-plates (2, 3) is formed, for a cross-flow permitting, undirected flow of the respective fluid.
2. Bipolarplatte (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Was serstoff-Port (7) und der Luft-Port (8) jeweils in Form einer rechtwinkelig trapezförmigen Öffnung ausgebildet sind und dass der Kühlmittel-Port (6) in Form einer rechteckigen Öffnung ausgebildet ist. 2. Bipolar plate (1) according to claim 1, characterized in that the What hydrogen port (7) and the air port (8) are each in the form of a rectangular trapezoidal opening and that the coolant port (6) in the form a rectangular opening is formed.
3. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in nerhalb des ersten sowie des dritten Verteilerfeldes (10, 12) drei übereinander geschichtete Sammelräume (18, 19, 20; 18a, 19a, 20a) für die verschiedenen Fluide gebildet sind, welche sich über die gesamte Breite des jeweiligen Vertei lerfeldes (10, 12) erstrecken, und wobei senkrecht zur Ebene der Bipolarplatte innerhalb eines vorhandenen Bauraums von zwei Halbzellen der Sammelraum (19; 19a) für Kühlmittel 20 bis 40 % der Höhe des Bauraums, der Sammelraum (20, 20a) für Wasserstoff 15 bis 35 % der Höhe des Bauraums und der Sam melraum (18, 18a) für Luft 40 bis 60% der Höhe des Bauraums einnimmt. 3. Bipolar plate (1) according to claim 1 or 2, characterized in that within the first and the third distribution field (10, 12) three stacked collecting spaces (18, 19, 20; 18a, 19a, 20a) for the different fluids are formed, which extend over the entire width of the respective distribution panel (10, 12), and wherein perpendicular to the plane of the bipolar plate within an existing installation space of two half-cells, the collection space (19; 19a) for coolant is 20 to 40% of the height of Installation space, the collection space (20, 20a) for hydrogen 15 to 35% of the height of the installation space and the collection space (18, 18a) for air occupies 40 to 60% of the height of the installation space.
4. Bipolarplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Kühlmittel-Port (6) angrenzende Seite und die die an das zweite Verteilerfeld (11) grenzende Seite des ersten Verteilerfeldes (10) parallel zueinander verlaufen. 4. Bipolar plate (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coolant port (6) adjoining side and the second distribution panel (11) bordering side of the first distribution panel (10) run parallel to each other .
5. Bipolarplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verteilerfeld (11) mindestens acht und höchstens 64 parallel geschaltete Kühlmittelkanäle (15) umfasst, wobei zwischen zwei Kühlmittelka nälen (15) jeweils zwei durch die Halbbleche (2, 3) voneinander getrennte line are Kanäle (16, 17) für die gasförmigen Fluide gebildet sind und die damit ge gebene Kanalstruktur des zweiten Verteilerfeldes (11 ) grober als die Kanal struktur des Aktivfeldes (13) ist. 5. Bipolar plate (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the second distributor panel (11) comprises at least eight and at most 64 coolant channels (15) connected in parallel, with two coolant channels (15) each passing through the half plates (2, 3) separate linear channels (16, 17) are formed for the gaseous fluids and the resulting channel structure of the second distributor field (11) is coarser than the channel structure of the active field (13).
6. Bipolarplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verteilerfeld (11) eine sich vom ersten Verteilerfeld (10) in Richtung zum dritten Verteilerfeld (12) aufweitende Trapezform beschreibt. 6. Bipolar plate (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the second distributor field (11) describes a trapezoidal shape that widens from the first distributor field (10) in the direction of the third distributor field (12).
7. Bipolarplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Verteilerfeld (12) in Strömungsrichtung der Fluide schmaler als das erste Verteilerfeld (10) dimensioniert ist. 7. Bipolar plate (1) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the third distributor field (12) is dimensioned narrower than the first distributor field (10) in the flow direction of the fluid.
8. Brennstoffzellensystem, umfassend eine Mehrzahl an in Stapelform angeordne ten Bipolarplatten (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7. 8. A fuel cell system comprising a plurality of bipolar plates (1) arranged in stack form according to any one of claims 1 to 7.
9. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems nach Anspruch 8, wel ches einen Brennstoffzellenstapel mit einer Vielzahl an Bipolarplatten (1)umfasst, wobei jede Bipolarplatte (1) eine Anodenseite einer Brennstoffzelle von einer Kathodenseite einerweiteren Brennstoffzelle trennt und drei Fluide, nämlich Wasserstoff, Kühlmittel und Luft, von den drei nebeneinander ange ordneten Ports (7, 6, 8) zu dem Aktivfeld (13) der Bipolarplatte (1) geleitet wer den, indem die Fluide zunächst das erste Verteilerfeld (10) durchströmen, an schließend durch das zweite Verteilerfeld (11) strömenund vom zweiten Vertei lerfeld (11) aus in das dritte, an das Aktivfeld (13) grenzende dritte Verteilerfeld (12) gelangen. 9. Method for operating a fuel cell system according to claim 8, which comprises a fuel cell stack with a plurality of bipolar plates (1), each bipolar plate (1) separating an anode side of a fuel cell from a cathode side of another fuel cell and three fluids, namely hydrogen, coolant and Air from the three ports (7, 6, 8) arranged side by side to the active field (13) of the bipolar plate (1) is conducted by the fluids initially flowing through the first distribution field (10) and then through the second distribution field ( 11) flow and from the second distribution panel (11) reach the third distribution panel (12) adjoining the active panel (13).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden gas förmigen Fluide, ausgehenden vom jeweiligen Port (7, 8), in einer Draufsicht auf die Bipolarplatte (1 ), zunächst innerhalb des ersten Verteilerfeldes (10) oh ne Strömungsleitung innerhalb dieses Verteilerfeldes kreuzförmig aufeinander zu strömen, um anschließend durch das zweite Verteilerfeld (11) aufgefächert zu werden, während das Kühlmittel in einer Draufsicht auf die Bipolarplatte (1) sowohl im ersten Verteilerfeld (10) als auch im zweiten Verteilerfeld (11) einen kontinuierlich breiter werdenden Raum einnimmt. 10. The method according to claim 9, characterized in that the two gaseous fluids, emanating from the respective port (7, 8), in a plan view of the bipolar plate (1), initially within the first distributor field (10) without a flow line within this flow towards each other in a cross shape in order to then be fanned out by the second distribution field (11), while the coolant in a top view of the bipolar plate (1) both in the first distribution field (10) and in the second distribution field (11) has a continuously widening flow takes up space.
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