Brennstoffzellenanlage für den Antrieb eines Fahrzeugs Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzellenanlage, welche die Energie für eine Antriebseinheit eines Fahrzeugs zur Verfügung stellt. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die Verwendung dieser Brennstoffzellenanlage.

Aus der US 5 193 635 A ist ein Kraftfahrzeug (KFZ) mit Brennstoffzellenantrieb bekannt, bei dem der Brennstoff- zellenstapel möglichst geschützt, z. B. mittig am Unterboden, unter einem Sitz und/oder unter dem Fahrgastraum angeordnet ist. Es werden zusätzliche Verstrebungen am Fahrgestell angebracht, um den Stack innerhalb dieser Verstrebungen (subframe) geschützt unterzubringen. Ähnliches ergibt sich aus der EP 0 677 412 B1, bei der das KFZ-Fahrgestell eine Tragkonstruktion aus zwei im Abstand voneinander Längsträgern bildet und die Brennstoffzellenanlage zwischen den Längs- trägern angeordnet ist.

Nachteilig an letzteren Konstruktionen ist, dass zusätzliche Bauteile das Fahrgestell oder Chassis des Fahrzeugs er- schweren und Kosten verursachen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Inte- gration einer Brennstoffzellenanlage, die einen oder mehrere Brennstoffzellenstapel umfasst, in ein Fahrgestell zu ermög- lichen, ohne dass zusätzliche Bauteile erforderlich sind.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gegenstand der Erfindung ist eine Brennstoffzellenanlage als Energieträger der Antriebseinheit eines Fahrzeugs, zumindest einen Brennstoffzellenstapel mit zumindest zwei Brennstoff- zelleneinheiten und Versorgungsleitungen sowie einem Gehäuse und/oder zumindest einer Endplatte und/oder zumindest einer äußersten Polplatte umfassend, bei der zumindest ein Brenn- stoffzellenstapel Teil des Fahrgestells ist.

Mit der Erfindung wird eine beachtliche-Kostenersparnis erzielt. Insbesondere für die bisher bei Brennstoffzellen- anlagen notwendigen, aufwendigen kraftaufnehmenden Bauteile der Brennstoffzellenanlage können nunmehr unmittelbar die tragenden Teile des Kraftfahrzeuges, und zwar insbesondere der Rahmen des Fahrgestells, verwendet werden.

Gleichermaßen nimmt bei der Erfindung vorteilhafterweise das Gehäuse und/oder zumindest eine Endplatte und/oder die äußerste Polplatte des Brennstoffzellenstapels eine tragende Funktion am Fahrgestell ein. Nach einer Ausführungsform ersetzt z. B. das Gehäuse und/oder zumindest eine der End- platten und/oder die äußerste Polplatte einen Längsträger am Unterboden des Fahrzeugs und übernimmt dort eine tragende Funktion.

Vorteilhafterweise ist der Stapel nicht höher als 200mm. Die Höhe des Stapels ist z. B. die Länge zwischen den äußersten Polplatten oder den Endplatten oder eine Seitenlänge des Gehäuses.

Vorteilhafterweise bildet der Stapel ein tragendes Bauteil eines Fahrzeuggestells, wobei beispielsweise der Stapel als kraftaufnehmende Verstrebung zwischen zwei Träger geschraubt ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Beispielen an- hand der Zeichnung. Es zeigen

Figur 1 die schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einem elektrischen Antriebsmotor und einer Brenn- stoffzellenanlage zur Versorgung des Antriebsmotors und Figur 2 eine Draufsicht auf das Fahrgestell des Kraftfahr- zeuges gemäß Figur 1 mit einer darin kraftschlüssig integrierten Brennstoffzellenanlage.

In der Figur 1 ist mit 1 ein Kraftfahrzeug (KFZ) bezeichnet, das beispielsweise einen Elektromotor 3 als Antrieb und eine Brennstoffzellenanlage 10 zur Energieversorgung des Antriebes aufweist. Die Brennstoffzellenanlage 10 kann vorteilhafter- weise eine sogenannte PEM (Proton Exchange Membrane)-Brenn- stoffzelle, insbesondere auch eine HT-Brennstoffzelle, sein, die bei gegenüber Normaltemperatur erhöhten Temperaturen im Bereich von 100 bis 300°C arbeitet. Die PEM-Brennstoffzelle wird mit Wasserstoff oder wasserstoffreichem Gas, das durch Reformierung aus Alkoholen, wie beispielsweise Methanol, oder aber auch aus Benzin gewonnen wird, und Sauerstoff, insbeson- dere Luft-Sauerstoff aus der Umgebung als Oxidans, betrieben.

Der Vollständigkeit halber ist ein Auspuff 8 eingezeichnet, in dem bei Betrieb mit reinem Wasserstoff Produktwasser aus- treten kann, oder aber auch bei Betrieb mit wasserstoff- reichem Gas noch vorhandene Abgase.

Als Brennstoffzellenanlage wird das gesamte Brennstoffzellen- system bezeichnet, das aus einem oder mehreren Teilsystemen besteht. Jedes Teilsystem hat zumindest eine Brennstoff- zelleneinheit, die entsprechenden Versorgungsleitungen, also die Prozessgaszuführungs-und-ableitungskanäle, Endplatten und/oder ein Gehäuse und/oder eine äußerste Polplatte, ein Kühlsystem mit Kühlmedium und Kühlleitungen umfasst. Weiter- hin ist eine"Brennstoffzellenstapel-Peripherie", beispiels- weise einen Reformer, Verdichter, Gebläse und/oder Heizung zur Prozessgasvorwärmung, sowie weitere Module vorhanden.

Als Brennstoffzellenstapel, kurz"Stack"genannt, wird zu- mindest eine Brennstoffzelleneinheit mit den dazugehörigen Leitungen und zumindest einem Teil des Kühlsystems bezeich- net. Der Brennstoffzellenstapel hat eine Höhe von kleiner/ gleich 200 mm, so dass eine Integration in das Fahrgestell des KFZ möglich ist. Bevorzugt umfasst ein Stapel zwei oder mehrere in Serie geschaltete Brennstoffzelleneinheiten mit 11,11,.... Ein Stapel kann über zwei Endplatten zusam- mengehalten werden, wozu z. B. die Filterpressentechnik an- gewandt wird, und kann in einem Gehäuse angeordnet sein, wo- bei das Gehäuse druckführend und/oder isolierend ausgebildet ist. Schließlich können die Brennstoffzelleneinheiten so zu- sammengefügt sein, dass weder ein Gehäuse noch Endplatten zur Bildung des Stapels erforderlich sind. Die äußeren Begren- zungsflächen eines solchen Stapels sind dann die äußersten Polplatten bzw. die Bipolarplatten der letzten und ersten Brennstoffzelleneinheit des Stapels.

Als Brennstoffzelleneinheit wird eine Membran-Elektroden- Einheit (MEA = Membrane Electrode Assembly), mit zwei Pol- platten zur Stromaufnahme bezeichnet. Die MEA ist in be- kannter Weise aus einer Membran mit beidseitigen Elektroden, einer Kathode und einer Anode, gebildet. Zwei Polplatten, die ggf. als Bipolarplatten ausgebildet sind, umschließen die MEA und komplettieren die einzelne Brennstoffzelleneinheit.

Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass das KFZ 1 ein Fahrgestell 20 hat, das im Wesentlichen aus einer nicht weiter bezeich- neten Grundplatte mit zwei Längsträgern 21,21 und Quer- traversen besteht. Dies bedeutet im Einzelnen, dass wenig- stens eine Querverbindung zwischen den beiden Trägern 21 und 21 notwendig ist.

In Figur 2 ist die Querverbindung durch den Brennstoffzellen- stapel 10 gebildet. Beispielsweise ist eine der Endplatten 16 oder 16 des Brennstoffzellenstapels 15, mit denen die kon-

struktive Stabilität bei der Vormontierung des Brennstoff- zellenstapels gewährleistet wird, Teil der Längsträger 21 oder 21. Damit wird gegenüber dem Stand der Technik eine wesentlich neue Funktion erreicht. Während beispielsweise bei der EP 0 677 412 Bl die Längsträger 21,21 zum mechanischen Schutz der Brennstoffzelleneinheit dienen, sind nunmehr die Endplatten 16 bzw. 16 des Brennstoffzellenstapels 10 un- mittelbar Teil der Träger 21 bzw. 21.

Es ist daher möglich, die Endplatten 16 bzw. 16 so dünn aus- zubilden, dass sie die Anforderungen an die Kraftaufnahme mittels Zuganker im Normalfall nicht erfüllen, und die Kraft- aufnahme über den Träger oder auch andere Teile des KFZ-Rah- mens erfolgen zu lassen.

Es kann ausreichend sein, wenn nur ein Träger 21 oder 21 mit dem Brennstoffzellenstapel starr verbunden ist. Daneben kann auch das in den Figuren nicht dargestellte, normalerweise aber vorhandene separate Gehäuse der Brennstoffzellenanlage 10 Teil des Fahrgestells sein. Es ist aber auch möglich, die äußerste Polplatte des Brennstoffzellenstapels unter Zwi- schenlage einer geeigneten elektrischen Isolierung am Fahr- gestell zu befestigen. In diesem Fall bildet der Träger des KFZ-Fahrgestells unmittelbar die Endplatte mit Zuganker.

Bei den beschriebenen Beispielen ist die Brennstoffzellen- anlage im Fahrgestell des KFZ so integriert, dass ihre An- ordnung dort Bauteile einspart. Sie ist also direkt tragender Bestandteil des Fahrgestells. Andererseits werden die zur Kraftaufnahme üblicherweise notwendigen Bauteile der Brenn- stoffzelle, wie insbesondere die Endplatten, von ihrer Funk- tion her überflüssig, da hierzu das Fahrgestell des KFZ aus- genutzt wird.

Durch die Doppelfunktion der Bauteile ergeben sich für ein KFZ mit brennstoffzellenversorgten Antrieb beachtliche Kosteneinsparungen gegenüber dem Stand der Technik.