DE102019218836A1 - Current collector arrangement - Google Patents

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DE102019218836A1
DE102019218836A1 DE102019218836.2A DE102019218836A DE102019218836A1 DE 102019218836 A1 DE102019218836 A1 DE 102019218836A1 DE 102019218836 A DE102019218836 A DE 102019218836A DE 102019218836 A1 DE102019218836 A1 DE 102019218836A1
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current collector
collector plate
heating layer
current
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DE102019218836.2A
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Inventor
Jochen Wessner
Ernst Hauk
Eberhard Maier
Andreas Rettich
Harald Bauer
Lars Olems
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromsammleranordnung (10) für einen Brennstoffzellenstapel (100), aufweisend: mindestens eine Stromsammlerplatte (11), die mindestens einen Stromanschluss (13) zum Abgreifen des elektrischen Stroms aus dem Brennstoffzellenstapel (100) aufweist. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die mindestens eine Stromsammlerplatte (11) mindestens einen Heizstromanschluss (14) aufweist, um die mindestens eine Stromsammlerplatte (11) durch die mindestens eine Stromsammlerplatte (11) selbst zu erwärmen.The invention relates to a current collector arrangement (10) for a fuel cell stack (100), comprising: at least one current collector plate (11) which has at least one power connection (13) for tapping the electric current from the fuel cell stack (100). For this purpose, the invention provides that the at least one current collector plate (11) has at least one heating current connection (14) in order to heat the at least one current collector plate (11) itself through the at least one current collector plate (11).

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromsammleranordnung für einen Brennstoffzellenstapel nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruches. Ferner betrifft die Erfindung einen Brennstoffzellenstapel mit einer entsprechenden Stromsammleranordnung nach dem Oberbegriff des nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruches.The invention relates to a current collector arrangement for a fuel cell stack according to the preamble of the independent device claim. The invention also relates to a fuel cell stack with a corresponding current collector arrangement according to the preamble of the independent independent device claim.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik für Brennstoffzellen sind Stromsammlerplatten grundsätzlich bekannt. Die Stromsammlerplatten erfordern bei manchen Betriebsbedingungen eine Heizung. Eine Stromsammlerplatte mit einer homogenen separaten Heizplatte ist bspw. aus der Druckschrift US 9,525,185 B2 bekannt.Current collector plates are basically known from the prior art for fuel cells. The current collector plates require heating in some operating conditions. A current collector plate with a homogeneous separate heating plate is, for example, from the publication US 9,525,185 B2 known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung sieht gemäß einem ersten Aspekt eine Stromsammleranordnung für einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil, vor. Ferner sieht die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt einen Brennstoffzellenstapel mit einer entsprechenden Stromsammleranordnung mit den Merkmalen des nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruches, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil, vor. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Stromsammleranordnung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.According to a first aspect, the invention provides a current collector arrangement for a fuel cell stack with the features of the independent device claim, in particular from the characterizing part. Furthermore, according to a second aspect, the invention provides a fuel cell stack with a corresponding current collector arrangement with the features of the independent device claim, in particular from the characterizing part. Further advantages, features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the current collector arrangement according to the invention naturally also apply in connection with the fuel cell stack according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to the individual aspects of the invention.

Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem ersten Aspekt eine Stromsammleranordnung für einen Brennstoffzellenstapel vor, aufweisend: mindestens eine Stromsammlerplatte, die mindestens einen Stromanschluss zum Abgreifen des elektrischen Stroms aus dem Brennstoffzellenstapel aufweist. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die mindestens eine Stromsammlerplatte mindestens einen Heizstromanschluss aufweist, um die mindestens eine Stromsammlerplatte durch die mindestens eine Stromsammlerplatte selbst (global und/oder lokal, insbesondere durch Erzeugen einer Widerstandswärme) zu erwärmen, wobei insbesondere der mindestens eine Heizstromanschluss separat von dem mindestens einen Stromanschluss ausgebildet ist.According to the first aspect, the present invention provides a current collector arrangement for a fuel cell stack, comprising: at least one current collector plate which has at least one power connection for tapping off the electrical current from the fuel cell stack. For this purpose, it is provided according to the invention that the at least one current collector plate has at least one heating current connection in order to heat the at least one current collector plate through the at least one current collector plate itself (globally and / or locally, in particular by generating resistance heat), with the at least one heating current connection in particular separately of which at least one power connection is formed.

Als eine Stromsammleranordnung im Sinne der Erfindung kann ein Stromsammler verstanden werden, der von einer Seite einen Brennstoffzellenstapel begrenzt und von einer anderen Seite an eine Endplatte angrenzt. Der Brennstoffzellenstapel kann dabei von beiden Endseiten jeweils eine Stromsammleranordnung im Sinne der Erfindung aufweisen. Der Brennstoffzellenstapel kann mehrere Brennstoffzellen aufweisen, die zwischen zwei Stromsammleranordnungen im Sinne der Erfindung und zwei Endplatten verspannt werden.A current collector arrangement in the sense of the invention can be understood as a current collector which delimits a fuel cell stack from one side and adjoins an end plate from another side. The fuel cell stack can each have a current collector arrangement within the meaning of the invention from both end sides. The fuel cell stack can have a plurality of fuel cells which are clamped between two current collector arrangements within the meaning of the invention and two end plates.

Die Stromsammleranordnung im Sinne der Erfindung kann dazu ausgebildet sein, um eine lokale und/oder globale Erwärmung der mindestens einen Stromsammlerplatte zu erzeugen.The current collector arrangement within the meaning of the invention can be designed to generate local and / or global heating of the at least one current collector plate.

Die mindestens eine Stromsammlerplatte im Sinne der Erfindung kann mehrere einzelne Stromsammlerplatten aufweisen. Dabei kann eine von den mehreren einzelnen Stromsammlerplatten verbesserte Korrosionseigenschaften aufweisen, wobei eine andere von den mehreren einzelnen Stromsammlerplatten verbessere Eigenschaften der elektrischen Leitfähigkeit aufweisen kann. Dabei kann mindestens eine oder jede von den mehreren einzelnen Stromsammlerplatten einen Heizstromanschluss aufweisen.The at least one current collector plate in the sense of the invention can have several individual current collector plates. In this case, one of the multiple individual current collector plates can have improved corrosion properties, while another of the multiple individual current collector plates can have improved electrical conductivity properties. In this case, at least one or each of the several individual current collector plates can have a heating current connection.

Die Heizfunktion im Sinne der Erfindung kann direkt durch die mindestens eine Stromsammlerplatte bereitgestellt werden.The heating function in the sense of the invention can be provided directly by the at least one current collector plate.

Die mindestens eine Stromsammlerplatte kann dabei vorzugsweise aus einem elektrisch und thermisch leitenden Material ausgebildet sein.The at least one current collector plate can preferably be formed from an electrically and thermally conductive material.

Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass eine Heizung für die mindestens eine Stromsammlerplatte durch die mindestens eine Stromsammlerplatte selbst realisiert wird. Hierzu wird erfindungsgemäß ein Heizstromanschluss an der mindestens einen Stromsammlerplatte bereitgestellt, um Heizstrom zum Erzeugen einer Wärme, insbesondere einer Widerstandswärme, zuverlässig in die mindestens eine Stromsammlerplatte einzuleiten. Ein Heizstromanschluss kann einfach und kostengünstig, bspw. in Form einer Stromfahne oder eines Stromsteckers ausgebildet sein. Somit kann eine einfache, platzsparende, gewichtsreduzierende Lösung bereitgestellt werden, um die mindestens eine Stromsammlerplatte global und/oder lokal zu erwärmen. Zusätzlich ist es denkbar, dass die mindestens eine Stromsammlerplatte eine Heizschicht, ggf. mit einer Strukturierung, aufweisen kann, um die mindestens eine Stromsammlerplatte lokal, vorzugsweise im Bereich mindestens einer Mediendurchtrittsöffnung, zu erwärmen.The idea of the invention is that heating for the at least one current collector plate is implemented by the at least one current collector plate itself. For this purpose, according to the invention, a heating current connection is provided on the at least one current collector plate in order to reliably introduce heating current into the at least one current collector plate to generate heat, in particular resistance heat. A heating current connection can be designed simply and inexpensively, for example in the form of a power lug or a power plug. A simple, space-saving, weight-reducing solution can thus be provided in order to heat the at least one current collector plate globally and / or locally. In addition, it is conceivable that the at least one current collector plate can have a heating layer, optionally with a structure, in order to heat the at least one current collector plate locally, preferably in the area of at least one media passage opening.

Ferner kann die Erfindung bei einer Stromsammleranordnung vorsehen, die Stromsammlerplatte auf einer dem Brennstoffzellenstapel abgewandten Seite eine Heizschicht aufweist, um die mindestens eine Stromsammlerplatte global und/oder lokal zu erwärmen, wobei insbesondere die Heizschicht flächig ausgebildet sein kann. Somit kann erreicht werden, dass die Wärme ausgehend von der Heizschicht großflächig in die mindestens eine Stromsammlerplatte eingeleitet werden kann.Furthermore, the invention can provide for a current collector arrangement, the current collector plate has a heating layer on a side facing away from the fuel cell stack in order to heat the at least one current collector plate globally and / or locally, wherein in particular the heating layer can be flat. It can thus be achieved that the heat, starting from the heating layer, can be introduced into the at least one current collector plate over a large area.

Weiterhin kann die Erfindung bei einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass die Heizschicht eine, insbesondere punktuelle, rippenartige und/oder schlaufenförmige, Strukturierung aufweist, um die mindestens eine Stromsammlerplatte lokal, vorzugsweise im Bereich mindestens einer Mediendurchtrittsöffnung der mindestens einen Stromsammlerplatte, zu erwärmen. Somit kann eine gezielte Erwärmung der Bereiche der Stromsammlerplatte verbessert werden, die durch Einfrieren des Produktwassers besonders gefährdet sind. Die Strukturierung kann durch einen oder mehrere elektrische Leiter bereitgestellt werden, wobei insbesondere der elektrische Leiter oder die elektrischen Leiter einen ein- oder mehradrigen Verbund von Adern als Einzelleitungen umfassen kann oder können.Furthermore, the invention can provide for a current collector arrangement that the heating layer has a, in particular punctiform, rib-like and / or loop-shaped structuring in order to heat the at least one current collector plate locally, preferably in the area of at least one media passage opening of the at least one current collector plate. In this way, targeted heating of the areas of the current collector plate that are particularly at risk from freezing of the product water can be improved. The structuring can be provided by one or more electrical conductors, wherein in particular the electrical conductor or electrical conductors can or can comprise a single-core or multi-core composite of cores as individual lines.

Zudem kann die Erfindung bei einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass der mindestens eine Heizstromanschluss mindestens eine Stromfahne oder mindestens einen Stromstecker aufweist. Auf diese Weise kann die Verschaltung der Stromsammleranordnung mit integrierter Heizfunktion innerhalb des Brennstoffzellenstapels erleichtert werden.In addition, in the case of a current collector arrangement, the invention can provide that the at least one heating current connection has at least one current lug or at least one current plug. In this way, the interconnection of the current collector arrangement with an integrated heating function within the fuel cell stack can be facilitated.

Außerdem kann die Erfindung bei einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass die Heizschicht, insbesondere die Strukturierung, aus einem Material, insbesondere metallischen Material oder einem Halbleitermaterial, mit einem höheren elektrischen Widerstand als der elektrische Widerstand der mindestens einen Stromsammlerplatte ausgebildet ist. Somit kann die Heizungsleistung durch Stromleitung durch die Heizschicht verbessert werden.In addition, the invention can provide for a current collector arrangement that the heating layer, in particular the structuring, is formed from a material, in particular metallic material or a semiconductor material, with a higher electrical resistance than the electrical resistance of the at least one current collector plate. Thus, the heating performance can be improved by conducting electricity through the heating layer.

Ferner kann die Erfindung bei einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass die Heizschicht, insbesondere die Strukturierung, eine thermische Sperre aufweist, um die Überhitzung der mindestens einen Stromsammlerplatte zu vermeiden, wobei insbesondere die thermische Sperre durch eine Sperrschicht oder durch eine Materialzusammensetzung der Heizschicht, insbesondere der Strukturierung, realisiert werden kann. Durch die thermische Sperre kann die Überhitzung der mindestens einen Stromsammlerplatte vermieden werden. Eine Sperrschicht als die thermische Sperre kann besonders einfach und kostengünstig in der Herstellung sein. Die thermische Sperre, realisiert durch die Materialzusammensetzung der Heizschicht, insbesondere der Strukturierung, kann eine besonders elegante Lösung zum Bereitstellen der thermischen Sperre darstellen. Vorteilhafterweise kann die Heizschicht, insbesondere die Strukturierung, oder die Sperrschicht ferrimagnetisches Material aufweisen. Furthermore, the invention can provide for a current collector arrangement that the heating layer, in particular the structuring, has a thermal barrier in order to avoid overheating of the at least one current collector plate, in particular the thermal barrier being provided by a barrier layer or by a material composition of the heating layer, in particular the structuring can be realized. The thermal lock can prevent overheating of the at least one current collector plate. A barrier layer as the thermal barrier can be particularly simple and inexpensive to manufacture. The thermal barrier, implemented by the material composition of the heating layer, in particular the structuring, can represent a particularly elegant solution for providing the thermal barrier. The heating layer, in particular the structuring, or the barrier layer can advantageously have ferrimagnetic material.

Durch die Verwendung von Ferriten kann die Temperatur durch die Heizschicht selbst, vorzugsweise automatisch begrenzt werden, wenn die Ferrite bei einer Temperaturerhöhung (bis zur Curie-Temperatur) durch Bildung von Wirbelströmen ihre ferritischen Eigenschaften verlieren.By using ferrites, the temperature can be limited by the heating layer itself, preferably automatically, if the ferritic properties lose their ferritic properties when the temperature increases (up to the Curie temperature) due to the formation of eddy currents.

Weiterhin kann die Erfindung bei einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass die Heizschicht, insbesondere die Strukturierung, eine elektrische Isolierung aufweist, um die Heizschicht von der mindestens einen Stromsammlerplatte und/oder von einer Endplatte des Brennstoffzellenstapels elektrisch zu isolieren, wobei insbesondere die elektrische Isolierung aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Material ausgebildet sein kann. Somit kann sichergestellt werden, dass der Stromaustrag aus der mindestens einen Stromsammlerplatte durch die Heizschicht, insbesondere die Strukturierung, nicht behindert wird, wobei die Erwärmung der mindestens einen Stromsammlerplatte auf eine vorteilhafte Weise erfolgen kann.Furthermore, the invention can provide for a current collector arrangement that the heating layer, in particular the structuring, has electrical insulation in order to electrically isolate the heating layer from the at least one current collector plate and / or from an end plate of the fuel cell stack, in particular the electrical insulation consisting of an electrical insulation insulating and thermally conductive material can be formed. It can thus be ensured that the discharge of current from the at least one current collector plate is not hindered by the heating layer, in particular the structuring, it being possible for the at least one current collector plate to be heated in an advantageous manner.

Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Stromsammleranordnung vorsehen, dass die Heizschicht, insbesondere die Strukturierung, (eine oder mehrere) Druckkontaktierungen aufweist, um die Heizschicht, insbesondere die Strukturierung, mit der mindestens einen Stromsammlerplatte thermisch zu verbinden, wobei insbesondere die Druckkontaktierungen aus Heizleiterlegierungen oder Widerstandslegierungen ausgebildet sind. Somit kann der Wärmeeintrag in die mindestens eine Stromsammlerplatte erheblich verbessert werden.Furthermore, the invention can provide for a current collector arrangement that the heating layer, in particular the structuring, has (one or more) pressure contacts in order to thermally connect the heating layer, in particular the structuring, to the at least one current collector plate, in particular the pressure contacts made of heating conductor alloys or Resistance alloys are formed. The heat input into the at least one current collector plate can thus be considerably improved.

Zudem ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Druckkontaktierungen hülsenförmig, zylinderförmig und/oder wulstförmig ausgebildet sein können. Somit können die Druckkontaktierungen mit einer gewünschten Geometrie ausgebildet werden. Zugleich kann der thermische Widerstand beim Wärmeleiten von der Heizschicht, insbesondere der Strukturierung, in die mindestens eine Stromsammlerplatte durch die Druckkontaktierungen reduziert werden.In addition, it is conceivable within the scope of the invention that the pressure contacts can be sleeve-shaped, cylindrical and / or bead-shaped. The pressure contacts can thus be formed with a desired geometry. At the same time, the thermal resistance during the conduction of heat from the heating layer, in particular the structuring, into the at least one current collector plate can be reduced by the pressure contacts.

Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem zweiten Aspekt einen Brennstoffzellenstapel mit mindestens einer Stromsammleranordnung vor, die wie oben beschrieben ausgebildet sein kann. Mithilfe des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Stromsammleranordnung beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.According to the second aspect, the present invention provides a fuel cell stack with at least one current collector arrangement, which can be designed as described above. With the aid of the fuel cell stack according to the invention, the same advantages are achieved as those above in connection with the inventive Current collector arrangement have been described. Reference is made here in full to these advantages.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele:

  • Die Erfindung und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels im Sinne der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung,
    • 2 eine schematische Darstellung einer Stromsammleranordnung im Sinne der Erfindung in einer Seitenansicht,
    • 3 eine schematische Darstellung einer Stromsammleranordnung im Sinne der Erfindung in einer Draufsicht, und
    • 4 eine schematische Darstellung einer Stromsammleranordnung im Sinne der Erfindung in einer Seitenansicht sowie in einer Draufsicht.
Preferred embodiments:
  • The invention and its developments as well as their advantages are explained in more detail below with reference to drawings. They each show schematically:
    • 1 a schematic representation of a fuel cell stack within the meaning of the invention in a perspective representation,
    • 2 a schematic representation of a current collector arrangement within the meaning of the invention in a side view,
    • 3rd a schematic representation of a current collector arrangement within the meaning of the invention in a plan view, and
    • 4th a schematic representation of a current collector arrangement within the meaning of the invention in a side view and in a top view.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same parts of the invention are always provided with the same reference numerals, which is why they are usually only described once.

Die 1 zeigt einen beispielhaften Brennstoffzellenstapel 100 mit mehreren Brennstoffzellen 101, bei dem mindestens eine Stromsammleranordnung 10 im Sinne der Erfindung eingesetzt werden kann, vorzugsweise jeweils eine Stromsammleranordnung 10 an beiden Endseiten des Brennstoffzellenstapels 1 vor jeweils einer Endplatte 12.The 1 shows an exemplary fuel cell stack 100 with several fuel cells 101 , in which at least one current collector arrangement 10 can be used within the meaning of the invention, preferably a current collector arrangement 10 on both end sides of the fuel cell stack 1 in front of each end plate 12th .

Die 2 bis 4 zeigen eine Stromsammleranordnung 10 im Sinne der Erfindung, die mindestens eine Stromsammlerplatte 11 aufweist, die wiederum mindestens einen, bspw. zwei, Stromanschlüsse 13 zum Abgreifen des elektrischen Stroms aus dem Brennstoffzellenstapel 100 aufweist. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die mindestens eine Stromsammlerplatte 11 mehrere einzelne Stromsammlerplatten 11 umfassen kann, die bspw. unterschiedliche Korrosionseigenschaften und/oder Eigenschaften der elektrischen Leitfähigkeit aufweisen können.The 2 to 4th show a current collector arrangement 10 within the meaning of the invention, the at least one current collector plate 11 which in turn has at least one, for example two, power connections 13th for tapping the electrical current from the fuel cell stack 100 having. In principle, it is conceivable that the at least one current collector plate 11 several individual current collector plates 11 may include, which, for example, may have different corrosion properties and / or properties of electrical conductivity.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Stromsammlerplatte 11 mindestens einen Heizstromanschluss 14 aufweist, um die Stromsammlerplatte 11 durch die Stromsammlerplatte 11 selbst zu erwärmen. Wie es aus den 2 bis 4 erkennbar ist, ist der mindestens eine Heizstromanschluss 14 separat von dem mindestens einen Stromanschluss 13 ausgebildet.According to the invention it is provided that the current collector plate 11 at least one heating current connection 14th has to the current collector plate 11 through the current collector plate 11 to heat yourself. Like it from the 2 to 4th is recognizable, the at least one heating current connection is 14th separate from the at least one power connection 13th educated.

Wenn die mindestens eine Stromsammlerplatte 11 mehrere einzelne Stromsammlerplatten 11 umfasst, kann mindestens eine oder jede von den einzelnen Stromsammlerplatten 11 einen separaten Heizstromanschluss 14 aufweisen.If the at least one current collector plate 11 several individual current collector plates 11 may include at least one or each of the individual current collector plates 11 a separate heating current connection 14th exhibit.

Wie es die 2 bis 4 andeuten, kann der mindestens Heizstromanschluss 14 auf der gleichen Seite der Stromsammlerplatte 1 wie der mindestens eine Stromanschluss 13 ausgebildet sein, um ein Verschalten der Stromsammlerplatte 11 zu erleichtern.Like it 2 to 4th can indicate the minimum heating current connection 14th on the same side of the current collector plate 1 like the at least one power connection 13th be designed to interconnect the current collector plate 11 to facilitate.

Im Rahmen der Erfindung kann der mindestens Heizstromanschluss 14 mindestens eine Stromfahne oder mindestens einen Stromstecker aufweisen.In the context of the invention, the at least heating current connection 14th have at least one power lug or at least one power plug.

Wie es die 2 und 4 weiterhin zeigen, kann die Stromsammlerplatte 11 auf einer dem Brennstoffzellenstapel 1 abgewandten Seite eine Heizschicht 15 aufweisen, um die mindestens eine Stromsammlerplatte 11 global und/oder lokal zu erwärmen.Like it 2 and 4th can continue to show the current collector plate 11 on one of the fuel cell stack 1 remote side a heating layer 15th have to the at least one current collector plate 11 to heat globally and / or locally.

Wie es die 2 andeutet, kann die Heizschicht 15 flächig ausgebildet sein, um eine einfache Auflage auf der mindestens einen Stromsammlerplatte 11 zu ermöglichen. In diesem Falle ist es denkbar, dass der mindestens eine Heizstromanschluss 14 an der Heizschicht 15 vorgesehen ist.Like it 2 suggests, the heating layer 15th Be designed to be flat in order to simply rest on the at least one current collector plate 11 to enable. In this case it is conceivable that the at least one heating current connection 14th on the heating layer 15th is provided.

Wie es die 3 zeigt, kann die Stromsammlerplatte 11 auch ohne die Heizschicht 15 ausgebildet sein. In diesem Falle ist es denkbar, dass der mindestens eine Heizstromanschluss 14 an der Stromsammlerplatte 11 vorgesehen ist.Like it 3rd shows, can the current collector plate 11 even without the heating layer 15th be trained. In this case it is conceivable that the at least one heating current connection 14th on the current collector plate 11 is provided.

Wie es in den Ansichten der 4 erkennbar ist, kann die Heizschicht 15 eine, insbesondere punktuelle, rippenartige und/oder schlaufenförmige, Strukturierung 16 aufweisen, um die mindestens eine Stromsammlerplatte 11 lokal, vorzugsweise im Bereich mindestens einer Mediendurchtrittsöffnung 18 der mindestens einen Stromsammlerplatte 11, zu erwärmen. Eine Mediendurchtrittsöffnung 18 ist beispielhaft in der 1 dargestellt. Durch die Strukturierung 16 kann eine lokale Wärmeeinleitung in die Bereiche der Stromsammlerplatte 11 verbessert werden, die durch Einfrieren des Produktwassers besonders gefährdet sind. Dabei ist es denkbar, dass die Strukturierung 16 durch mindestens einen elektrischen Leiter und/oder einen elektrisch leitenden Insert bereitgestellt werden kann. Der mindestens eine elektrische Leiter kann einen ein- oder mehradrigen Verbund von Adern als Einzelleitungen umfassen.As it is in the views of the 4th can be seen, the heating layer 15th a, in particular punctiform, rib-like and / or loop-shaped structuring 16 have to the at least one current collector plate 11 locally, preferably in the area of at least one media passage opening 18th the at least one current collector plate 11 to warm up. A media passage opening 18th is exemplary in the 1 shown. Through the structuring 16 can cause local heat transfer into the areas of the current collector plate 11 which are particularly at risk from freezing of the product water. It is conceivable that the structuring 16 can be provided by at least one electrical conductor and / or an electrically conductive insert. The at least one electrical conductor can comprise a single-core or multi-core group of cores as individual lines.

Die Heizschicht 15, insbesondere die Strukturierung 16, kann aus einem Material, insbesondere metallischen Material oder einem Halbleitermaterial, mit einem höheren elektrischen Widerstand als der elektrische Widerstand der mindestens einen Stromsammlerplatte 11 ausgebildet sein, um die Widerstandswärme zu erzeugen.The heating layer 15th , especially the structuring 16 , can be made of a material, in particular a metallic material or a semiconductor material, with a higher electrical resistance than the electrical resistance of the at least one current collector plate 11 be designed to generate the resistance heat.

Vorteilhafterweise kann die Heizschicht 15, insbesondere die Strukturierung 16, gemäß den 2 bis 4 eine thermische Sperre aufweisen, um die Überhitzung der mindestens einen Stromsammlerplatte 11 zu vermeiden. Dabei ist es denkbar, dass die thermische Sperre durch eine extra ausgebildete, in den Figuren jedoch nicht gezeigte, Sperrschicht oder durch eine Materialzusammensetzung der Heizschicht 15, insbesondere der Strukturierung 16, realisiert werden kann. Dabei kann die Heizschicht 15, insbesondere die Strukturierung 16, oder die Sperrschicht ferrimagnetisches Material aufweisen. Eine Sperrschicht kann bspw. zwischen der Heizschicht 15, insbesondere der Strukturierung 16 und der mindestens einen Stromsammlerplatte 11 vorgesehen sein. Eine Sperrwirkung kann weiterhin durch Druckkontaktierungen 17 realisiert werden.The heating layer can advantageously 15th , especially the structuring 16 , according to the 2 to 4th have a thermal barrier to prevent overheating of the at least one current collector plate 11 to avoid. It is conceivable that the thermal barrier is provided by a specially designed barrier layer, but not shown in the figures, or by a material composition of the heating layer 15th , especially the structuring 16 can be realized. The heating layer 15th , especially the structuring 16 , or the barrier layer comprise ferrimagnetic material. A barrier layer can for example. Between the heating layer 15th , especially the structuring 16 and the at least one current collector plate 11 be provided. A blocking effect can still be achieved through pressure contacts 17th will be realized.

Darüber hinaus ist es denkbar, dass Stromsammleranordnung 10 im Sinne der Erfindung auf der dem Brennstoffzellenstack 1 abgewandten und an der den Endplatten 12 zugewandten Seite eine thermisch isolierende Platte (nicht gezeigt) aufweisen kann.In addition, it is conceivable that the current collector arrangement 10 within the meaning of the invention on the fuel cell stack 1 facing away and at the end plates 12th facing side can have a thermally insulating plate (not shown).

Insgesamt ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Heizschicht 15 eine elektrische Isolierung, bspw. in Form einer Beschichtung, aufweisen kann, um die Heizschicht 15 von der mindestens einen Stromsammlerplatte 11 und/oder von einer Endplatte 12 des Brennstoffzellenstapels 100 elektrisch zu isolieren.Overall, it is conceivable within the scope of the invention that the heating layer 15th electrical insulation, for example in the form of a coating, can have around the heating layer 15th from the at least one current collector plate 11 and / or from an end plate 12th of the fuel cell stack 100 electrically isolate.

Wie es die 4 zudem zeigt, kann die Heizschicht 15, insbesondere die Strukturierung 16, Druckkontaktierungen 17 aufweisen, um die Heizschicht 15, insbesondere die Strukturierung 16, mit der mindestens einen Stromsammlerplatte 11 thermisch zu verbinden. Dabei ist es denkbar, dass die Druckkontaktierungen 17 aus Heizleiterlegierungen oder Widerstandslegierungen ausgebildet sein können.Like it 4th also shows can the heating layer 15th , especially the structuring 16 , Pressure contacts 17th have to the heating layer 15th , especially the structuring 16 , with the at least one current collector plate 11 to connect thermally. It is conceivable that the pressure contacts 17th can be formed from heating conductor alloys or resistance alloys.

Wie es die 4 außerdem andeutet, können die Druckkontaktierungen 17 hülsenförmig, zylinderförmig und/oder wulstförmig ausgebildet sein.Like it 4th also indicates the pressure contacts 17th be sleeve-shaped, cylindrical and / or bead-shaped.

Die Stromsammleranordnung 10 im Sinne der Erfindung dient als ein Stromsammler für den Brennstoffzellenstapel 100. Wie es in der 1 erkennbar ist, kann die Stromsammleranordnung 10 den Brennstoffzellenstapel 100 von beiden Seiten begrenzen und zusammen mit dem Brennstoffzellenstapel 100 zwischen zwei Endplatten 12 verpresst werden.The current collector arrangement 10 in the sense of the invention serves as a current collector for the fuel cell stack 100 . Like it in the 1 can be seen, the current collector assembly 10 the fuel cell stack 100 Limit on both sides and together with the fuel cell stack 100 between two end plates 12th be pressed.

Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The preceding description of the figures describes the present invention exclusively in the context of examples. Of course, individual features of the embodiments can, insofar as it is technically sensible, be freely combined with one another without departing from the scope of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 9525185 B2 [0002]US 9525185 B2 [0002]

Claims (10)

Stromsammleranordnung (10) für einen Brennstoffzellenstapel (100), aufweisend: mindestens eine Stromsammlerplatte (11), die mindestens einen Stromanschluss (13) zum Abgreifen des elektrischen Stroms aus dem Brennstoffzellenstapel (100) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Stromsammlerplatte (11) mindestens einen Heizstromanschluss (14) aufweist, um die mindestens eine Stromsammlerplatte (11) durch die mindestens eine Stromsammlerplatte (11) selbst zu erwärmen.Current collector arrangement (10) for a fuel cell stack (100), comprising: at least one current collector plate (11) which has at least one power connection (13) for tapping the electrical current from the fuel cell stack (100), characterized in that the at least one current collector plate (11 ) has at least one heating current connection (14) in order to heat the at least one current collector plate (11) itself through the at least one current collector plate (11). Stromsammleranordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Stromsammlerplatte (11) auf einer dem Brennstoffzellenstapel (100) abgewandten Seite eine Heizschicht (15) aufweist, um die mindestens eine Stromsammlerplatte (11) global und/oder lokal zu erwärmen.Current collector arrangement (10) according to Claim 1 , characterized in that the at least one current collector plate (11) has a heating layer (15) on a side facing away from the fuel cell stack (100) in order to heat the at least one current collector plate (11) globally and / or locally. Stromsammleranordnung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (15) eine, insbesondere punktuelle, rippenartige und/oder schlaufenförmige, Strukturierung (16) aufweist, um die mindestens eine Stromsammlerplatte (11) lokal, vorzugsweise im Bereich mindestens einer Mediendurchtrittsöffnung (18) der mindestens einen Stromsammlerplatte (11), zu erwärmen.Current collector arrangement (10) according to Claim 2 , characterized in that the heating layer (15) has a, in particular punctiform, rib-like and / or loop-shaped structuring (16) around the at least one current collector plate (11) locally, preferably in the area of at least one media passage opening (18) of the at least one current collector plate (11), to heat. Stromsammleranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Heizstromanschluss (14) mindestens eine Stromfahne oder mindestens einen Stromstecker aufweist.Current collector arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating current connection (14) has at least one current lug or at least one current plug. Stromsammleranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (15) aus einem Material, insbesondere metallischen Material oder einem Halbleitermaterial, mit einem höheren elektrischen Widerstand als der elektrische Widerstand der mindestens einen Stromsammlerplatte (11) ausgebildet ist.Current collector arrangement (10) according to one of the preceding Claims 2 to 4th , characterized in that the heating layer (15) is formed from a material, in particular metallic material or a semiconductor material, with a higher electrical resistance than the electrical resistance of the at least one current collector plate (11). Stromsammleranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (15) eine thermische Sperre aufweist, um die Überhitzung der mindestens einen Stromsammlerplatte (11) zu vermeiden, wobei insbesondere die thermische Sperre durch eine Sperrschicht oder durch eine Materialzusammensetzung der Heizschicht (15) realisiert ist.Current collector arrangement (10) according to one of the preceding Claims 2 to 5 , characterized in that the heating layer (15) has a thermal barrier to avoid overheating of the at least one current collector plate (11), the thermal barrier in particular being implemented by a barrier layer or by a material composition of the heating layer (15). Stromsammleranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (15) eine elektrische Isolierung aufweist, um die Heizschicht (15) von der mindestens einen Stromsammlerplatte (11) und/oder von einer Endplatte (12) des Brennstoffzellenstapels (100) elektrisch zu isolieren, wobei insbesondere die elektrische Isolierung aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Material ausgebildet ist.Current collector arrangement (10) according to one of the preceding Claims 2 to 6th , characterized in that the heating layer (15) has electrical insulation in order to electrically isolate the heating layer (15) from the at least one current collector plate (11) and / or from an end plate (12) of the fuel cell stack (100), in particular the electrical insulation is formed from an electrically insulating and thermally conductive material. Stromsammleranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (15), insbesondere die Strukturierung (16), Druckkontaktierungen (17) aufweist, um die Heizschicht (15), insbesondere die Strukturierung (16), mit der mindestens einen Stromsammlerplatte (11) thermisch zu verbinden, wobei insbesondere die Druckkontaktierungen (17) aus Heizleiterlegierungen oder Widerstandslegierungen ausgebildet sind.Current collector arrangement (10) according to one of the preceding Claims 2 to 7th , characterized in that the heating layer (15), in particular the structuring (16), has pressure contacts (17) in order to thermally connect the heating layer (15), in particular the structuring (16), to the at least one current collector plate (11), wherein in particular the pressure contacts (17) are formed from heating conductor alloys or resistance alloys. Stromsammleranordnung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkontaktierungen (17) hülsenförmig, zylinderförmig und/oder wulstförmig ausgebildet sind.Current collector arrangement (10) according to Claim 8 , characterized in that the pressure contacts (17) are sleeve-shaped, cylindrical and / or bead-shaped. Brennstoffzellenstapel (100) mit mindestens einer Stromsammleranordnung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Stromsammleranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.Fuel cell stack (100) with at least one current collector arrangement (10), characterized in that the at least one current collector arrangement (10) is designed according to one of the preceding claims.
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