DE10053849A1 - Brennstoffzellenanlage für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Bei einer Brennstoffzellenanlage für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Brennstoffzellenmodul und/oder Brennstoffzellenstapel ist erfindungsgemäß der Brennstoffzellenstapel (10) und/oder das Brennstoffzellenmodul (10) mechanisch entkoppelt am Fahrzeug (1) angebracht. Als Brennstoffzellenmodul (10) wird eine PEM- oder insbesondere HT-PEM-Brennstoffzelle verwendet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzellenanlage für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug mit mindestens einem Brennstoffzellenmodul und/oder Brennstoffzellenstapel. Ein solcher Brennstoffzellenstapel wird in der Fachterminolo­ gie kurz als Stack bezeichnet.

Brennstoffzellenanlagen sind für stationäre und/oder mobile Anwendungen bekannt. Beispielsweise wird in der EP 0 677 412 B1 eine derartige Anlage speziell für die Anwen­ dung im Kraftfahrzeug beschrieben, bei der das Brennstoffzel­ lenmodul selbst in einer Trägeranordnung unterhalb des Fahr­ zeugbodens angeordnet ist und die Hilfsmodule von außen in der Trägeranordnung zugänglich sind.

Die Anordnung der Positionierung des Brennstoffzellenmoduls in der Trägeranordnung dient beim Stand der Technik in erster Linie dazu, den empfindlichen Brennstoffzellenstapel mecha­ nisch zu schützen. Davon abgesehen sind aber im Alltagsbe­ trieb von mit Brennstoffzellenanlagen ausgerüsteten Kraft­ fahrzeugen die Brennstoffzellenstapel durch unterschiedlichs­ te äußere Einflüsse erheblichen mechanischen Belastungen aus­ gesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, geeignete Maßnahmen vor­ zuschlagen, um die mechanischen Belastungen der Brennstoff­ zelle zu verringern.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, den Brennstoffzellen­ stapel und/oder das Brennstoffzellenmodul mechanisch entkop­ pelt am Fahrzeug anzubringen. Dabei kann die gesamte Brenn­ stoffzellenanlage an geeigneter Stelle unter dem Fahrzeugbo­ den oder auch am Chassis des Fahrzeuges positioniert sein. Vorteilhafterweise ist das Brennstoffzellenmodul als Flä­ chenstack ausgebildet, das mittels Dämpfungselementen am Un­ terboden des Fahrzeuges mechanisch entkoppelt aufliegt. Al­ ternativ kann das Flächenstack auch an einem Zwischenboden aufgehängt sein.

Insbesondere bei Verwendung von Flächenstacks als Brennstoff­ zellenmodule kann deren Anordnung so erfolgen, dass sich kei­ ne Änderung des cw-Wertes des Fahrzeuges ergibt. Trotzdem kann Fahrtwind an das Flächenstack gelangen.

Mit der Erfindung wird erreicht, dass sich äußere mechanische Einflüsse, insbesondere Schwingungen, von den empfindlichen Brennstoffzellenstacks, fernhalten lassen. Dies ist insbeson­ dere bei der Verwendung von solchen Brennstoffzellen vorteil­ haft, die als sogenannte PEM-Brennstoffzellen oder auch HT- PEM-Brennstoffzellen arbeiten.

Die Erfindung lässt sich auch insbesondere mit solchen Brenn­ stoffzellenanlagen realisieren, die in flacher Bauweise, d. h. als sogenannte Flächenstack, realisiert sind. Solche Flächen­ stacks sind allerdings in besonderer Weise äußeren Einflüssen ausgesetzt. Dabei können die kompletten Brennstoffzellenmodu­ le raumformmäßig so ausgestaltet sein und auch durch die Auf­ hängung so positioniert sein, dass der cw-Wert des Kraftfahr­ zeuges nicht negativ beeinflusst wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungs­ beispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patent­ ansprüchen. Es zeigen

Fig. 1 ein auf den Unterboden eines Fahrzeuges mit einem daran mechanisch entkoppelt positionierten Brenn­ stoffzellenmodul,

Fig. 2 die Draufsicht auf ein Brennstoffzellenmodul von un­ ten und

Fig. 3 eine alternative Anordnung zu Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Kraftfahrzeug (KFZ) bezeichnet, das beispielsweise einen Elektromotor 3 als Antrieb und eine Brennstoffzellenanlage 10 zur Versorgung des Antriebes auf­ weist.

Beim Stand der Technik wird bereits vorgeschlagen, Brenn­ stoffzellenmodule unterhalb des Bodens 2 des Kraftfahrzeuges 1 in einer spezifischen Tragkonstruktion anzuordnen. Gemäß einem anderen Vorschlag kann als Grundplatte auch ein weite­ rer Unterboden 2' vorhanden sein, so dass die Brennstoffzel­ lenanlage oder zumindest das empfindliche Brennstoffzellenmo­ dul im Zwischenraum zwischen den Böden 2 und 2' anordenbar ist. Ein nur schematisch angedeutetes Brennstoffzellenmodul ist in der Fig. 1 mit 10 bezeichnet. Es ist elektrisch mit dem Antrieb 3 gekoppelt. Zum Auspuff 8 führt eine Fluidlei­ tung.

Als Brennstoffzellenmodul 10 für die angegebene Positionie­ rung im Raum zwischen dem Boden 2 und 2' eignet sich insbe­ sondere eine solche Anordnung, die flach ausgebildet ist. Beispielsweise sind solche flachen Brennstoffzellenmodule in einer Dimensionierung in der Ausdehnung der Flächenkanten in Bezug auf die Höhe von etwa 5 : 1 bis zu etwa 20 : 1 bekannt. Wenn das Verhältnis wenigstens 3 : 1 beträgt, spricht man in diesem Fall von sogenannten Flächenstacks. Die geringe Höhe dient insbesondere dazu, die Brennstoffzellenanlage derart positionieren zu können, dass sie keinen negativen Einfluss auf den cw-Wert des Fahrzeuges hat. Trotzdem soll der Fahrt­ wind an das Brennstoffzellenmodul 10 gelangen.

Letzteres kann insbesondere dann von Bedeutung sein, wenn ab­ weichend von der in der Figur gezeigten Darstellung die Brennstoffzellenanlage auf dem Dach des Fahrzeuges angeordnet ist, was beispielsweise für Lastwagen oder auch Wohnmobile von Vorteil sein kann.

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, dass das Brennstoffzellenmo­ dul 10 mittels vier Dämpfungselementen 11 bis 14, die an je­ der Ecke des Flächenstacks positioniert sind, auf dem Unter­ boden 2' des Kraftfahrzeuges 1 aufgelegt ist. Vorteilhafter­ weise sind die einzelnen Dämpfungselemente 11 bis 14 zwischen Boden 2 und Flächenstack 10 angeordnet, so dass das auflie­ gende Flächenstack gedämpft wird, wodurch sich in vielen Fäl­ len bereits eine hinreichende mechanische Entkopplung des ge­ samten Brennstoffzellenmoduls 10 vom Chassis des KFZ's 1 er­ gibt.

Letzteres wird anhand Fig. 2 durch die Unteransicht auf das Flächenstack verdeutlicht. Eine Alternative zu Fig. 1 mit einer Aufhängung des Flächenstacks am Wagenboden 2 ergibt sich anhand Fig. 3.

Als Dämpfungselemente 11 bis 14 kommen üblich Mittel des Standes der Technik wie insbesondere Federn, aber auch Gummi­ puffer oder dgl., in Frage.

Zur praxisgerechten Anwendung werden die Dämpfungselemente 11 bis 14 im Einzelnen auf die Resonanzeigenschaften des Fahr­ zeugaufbaus des KFZ's 1 einerseits und der Brennstoffzellen­ anlage 10 andererseits abgestimmt. Es lässt sich somit eine wirksame mechanische Entkopplung der Baueinheiten erreichen, womit insbesondere der Einfluss von Schwingungen auf die emp­ findlichen Teile der Brennstoffzellenanlage vermindert werden kann.

Letzteres ist immer dann von Bedeutung, wenn die Brennstoff­ zellenanlage sog. PEM-Brennstoffzellen beinhaltet und insbesondere bei höheren Temperaturen als HT-PEM-Brennstoffzellen arbeiten. Mit PEM-Brennstoffzellen sind solche Brennstoffzel­ len bezeichnet, die mit Polymer-Elektrolyt-Membranen nach dem Prinzip des Protonen-Austausches (Proton Exchange Membrane) arbeiten. Speziell HT-PEM-Brennstoffzellen haben ein Be­ triebstemperatur zwischen 80 und 300°C, insbesondere zwischen 120 und 200°C.

Claims (11)

1. Brennstoffzellenanlage für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Brennstoffzellenmodul und/oder Brennstoffzellenstapel, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (10) und/oder das Brennstoffzellenmodul (10) mechanisch ent­ koppelt am Fahrzeug (1) angebracht ist.

2. Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur mechanischen Ent­ kopplung das Brennstoffzellenmodul (10) mit Dämpfungselemen­ ten (11 bis 14) zwischen dem Boden (2) und einem Unterboden (2') des Fahrzeugs (1) angeordnet ist.

3. Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (11 bis 14) auf einer Grundplatte (2') unterhalb des Fahrzeu­ ges (1) aufliegen.

4. Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (11-14) am Boden (2) des Fahrzeuges (1) aufgehängt sind.

5. Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente Federn, Gummipuffer od. dgl. sind.

6. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellenmodul (10) einen Stapel von Brenn­ stoffzelleneinheiten enthält.

7. Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellen- Stack ein Flächenstack (10) ist.

8. Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Flächenstack (10) das Verhältnis der Längsausdehnungen der Fläche zur Höhe we­ nigstens 3 : 1, vorzugsweise zwischen 5 : 1 und 20 : 1, ist.

9. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellenmodul(10) mit Stack am Fahrzeuges (1), insbesondere Chassis, so angeordnet ist, dass die cw- Werte des Fahrzeuges (1) nicht beeinträchtigt werden.

10. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch eine PEM- Brennnstoffzelle als Brennstoffzellenmodul.

11. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch eine HT-PEM- Brennnstoffzelle als Brennstoffzellenmodul.