燃料电池堆及其操作方法与流程

本公开涉及具有多个单电池的燃料电池堆，该燃料电池堆包括用于管理燃料供应通道和空气供应通道中的水的相关的微波辐射源。

背景技术：

燃料电池(例如质子交换膜燃料电池pemfc，protonexchangemembranefuelcell)转化反应物，即燃料(例如氢)和氧化剂(如氧气，例如大气氧)以产生用于电负载的电能。pemfc通常在两个电极(即阴极和阳极)之间使用质子传导聚合物电解质膜。包括布置在两个电极之间的质子传导聚合物膜的组件也称为膜电极组件(mea，membran–elektroden–anordnung)。在典型的燃料电池中，在mea的每一侧提供流场板。该流场板包括用于反应物的分配通道，从而将燃料和氧化剂分配到各个电极，并且从而去除在燃料电池内发生的电化学反应的副产物。水是用氢气和空气作为反应物来操作的电池中的主要副产物。由于单个电池的输送电压低(约为1v)，因此通常将多个电池串联堆叠在一起以用于商业应用。燃料电池堆可以进一步串联和/或并联连接成互连堆叠组，以用于汽车应用等。

在特定应用中，pemfc堆会经历开关操作的重复循环，这种循环包括在不同时间段和不同温度下的存储。通常所期望的是能够在短时间内可靠地启动这种堆。特定的应用(例如汽车应用)可能需要从远低于结冰的存储条件的相对快速和可靠的启动。由于电池的转化率方面的相对较低的功率容量，以及电池中的水管理，这代表了相当大的挑战。为了燃料电池的正常运行(例如加湿电解质膜)，可能需要一定量的水。因此，一方面水由于提供电能而产生(产物水)，另一方面由于反应物的有意加湿或者由于空气(氧化剂)中含有的水蒸气，水可能进入并积聚在燃料电池中。如果液态水存在于相应的温度接近或低于冰点的电池中时，会形成冰。电池中(例如在阳极侧和阴极侧的流场板的通道中)冰的存在可能是有问题的，这取决于在存储或启动期间存在多少冰。

水滴结冰会阻塞或堵塞在阳极和/或阴极侧流场板中的通道，这可能导致阳极或阴极处的流体流动的部分或完全中断，以及因此减少了活性反应面积并导致燃料电池功率的降低。如果燃料电池继续由连接的电负载汲取电能，电池电压将破坏甚至可能达到负电平(伴随着电解的开始)，其后果是损坏或破坏催化剂。因此，燃料电池或整个燃料电池堆可能被损坏并且需要更换。

技术实现要素：

根据本公开的实施例包括燃料电池堆和用于操作燃料电池堆的方法，从而在所有预期的操作条件下(尤其是在机动车辆中使用时)提供堆的期望的功率和长寿命的操作。在这种情况下，即使在接近或低于水的结冰点的操作条件下，燃料电池堆和该操作方法也提供快速启动或快速调试时间。此外，根据本公开的燃料电池堆的各种实施例应该以成本有效的方式制造成简单的结构。

应当注意，单独列出的特征可以以任何技术上有意义的方式彼此组合，并且示出了可能未明确描述或说明的所要求保护的主题的进一步的实施例。还应注意，在下文中使用并且彼此链接的两个特征之间的连接“和/或”应解释为在第一实施例中可以仅存在第一特征，在第二实施例中可以仅存在第二特征，而在第三实施例中可以存在第一和第二特征。

在一个或多个实施例中，燃料电池堆具有多个堆叠的分别都具有阳极和阴极的单电池、公共燃料入口通道和公共燃料出口通道以及公共氧化剂入口通道和公共氧化剂出口通道。“公共”入口通道和“公共”出口通道应理解为意指单个通道可用于至少部分多个堆叠的单电池，并且在该通道处单电池的这些堆叠的部分以流体导通连接方式连接在一起。因此，众多单电池的阳极可以分别通过例如由阳极侧流场板形成的流场板从公共燃料入口通道供应燃料(例如氢)，并且燃料可以从单电池排放到公共燃料出口通道。此外，根据一个或多个实施例，单电池的阴极可以分别通过例如阴极侧流场板形成的流场板从公共氧化剂入口通道供应氧化剂(例如氧气或大气氧)，并且氧化剂可以从单电池排放到公共氧化剂出口通道中。各种实施例提供至少一个微波源，该微波源例如以磁控管的形式用于选择性地产生微波辐射，其中微波源被布置和设置成将产生的微波辐射引导到公共燃料出口通道和/或公共氧化剂出口通道中，使得存在的结冰水被熔化和/或液态水被蒸发。

燃料电池的基本结构是众所周知的，例如质子交换膜燃料电池(pemfc)具有包括用于将反应物供应和分配到阳极(燃料)或阴极(氧化剂)的分配通道的流场板(也称为堆内相邻单电池的公共双极板)、介于阳极和阴极之间的质子导电聚合物电解质膜(以及催化剂)、用于从燃料电池堆转移电能或能量等的电负载与燃料电池堆的电连接，因此这里可以省略对燃料电池的更详细说明。

已经确认的是，在某些情况下，在燃料电池的低于水的凝固点的启动期间，在与阳极和/或阴极相邻的(特别是pemfc的)流场板中，会在接近水的融化点或熔点时形成冰。在此，特别是在从阳极侧和/或阴极侧流场板到公共燃料出口通道或公共氧化剂出口通道的过渡区附近形成冰。根据各种实施例的微波辐射被引导到燃料出口通道和/或氧化剂出口通道中，因此可以在这些过渡区域中精确地熔化至少结冰的水。结果是在冷冻启动时(特别是在例如-5℃至约+5℃之间的温度范围内的启动，或甚至在远低于0℃的温度范围内)可靠地避免了沿着各个燃料电池的阳极或阴极的燃料流和/或氧化剂流的损害或中断。因此，燃料电池堆在冷冻启动后基本上立即达到其完全的电功率性能。同样，可靠地防止了单电池中的电压反转和催化剂的伴随而来的损坏。

根据本公开的实施例可以提供各种优点。例如，如本公开在此加入微波源有利于使用不那么昂贵的催化剂，从而不需要被选择用于防止潜在的电池电压反转。这也允许以更简单的方式构造流场板的流动通道，因为施加到相应流场板阳极或阴极的均匀的和大面积的流动不再受到可能阻塞的流动通道的不利影响。总之，这还降低了燃料电池堆的生产成本。

此外，通过微波源产生的微波辐射加热结冰和/或液态水分子(赫兹偶极子，hertzschedipole)也证明是特别有效的并且与借助于相应合适的加热装置加热整个燃料电池堆所需的能量相比只需要少量能量来除去结冰水。

在各种实施例中，形成燃料电池堆的单电池是质子交换膜燃料电池(pemfc)，其中燃料是氢，氧化剂是可以从环境空气中抽取出的氧。其它实施例可以使用不同的燃料和/或氧化剂和/或以另一种方式获得氧化剂。

实施例可以配置成，微波辐射至少引导到燃料出口通道中，因为令人惊讶地发现该燃料出口通道关于由在那里存在的水形成冰特别关键。尽管由于在阴极处发生化学还原，产物水也在那里发生，然而特别地以公知的方式实现最大(最佳)燃料电池性能的燃料(例如氢)优选地被加湿至高达100％的相对湿度以润湿膜。

实施例可以包括微波辐射被引导到燃料出口通道之外的区域或部件中。实施例可以包括在氧化剂出口通道中提供微波辐射和/或在燃料出口通道和氧化剂出口通道二者中都提供微波辐射。

根据一个有利实施例，在公共燃料出口通道中提供多个燃料出口孔，通过该多个燃料出口孔可以将燃料从单电池的阳极排放到公共燃料出口通道中，和/或在公共氧化剂出口通道中提供多个氧化剂出口孔，通过该多个氧化剂出口孔可以将氧化剂从单电池的阴极排放到公共氧化剂出口通道中，其中微波辐射在公共燃料出口通道和/或公共氧化剂出口通道中辐射，该微波辐射到达或遇到燃料出口孔和/或氧化剂出口孔。

因为已经确定的，该出口孔通常形成为具有相对小的直径，造成这些出口孔的相对高的毛细作用，特别地在各个出口通道中的燃料出口孔和/或氧化剂出口孔中形成冰，这些出口孔的微波照射证明是特别有效的。还发现微波辐射也在一定程度上渗透到各自的出口孔中，从而在出口孔内也有效地实现了至少结冰水的液化。

根据本发明的另一有利实施例，提供了一种波导，来自微波源的微波辐射通过波导引导到公共燃料出口通道和/或公共氧化剂出口通道中。由此，微波辐射可以更有效地用于加热，也就是说用于液化和/或蒸发存在于各个出口通道中的水。

又一有利实施例提供了波导是管状的并且至少延伸进燃料出口通道和/或氧化剂出口通道中的一部分。在这种情况下，波导优选地延伸进入燃料出口通道和/或氧化剂出口通道中至相应出口通道的纵向范围的至少一半或甚至超过例如至少大约3/4或大约4/5。波导的周壁(管壁)具有至少一个开口，通过该开口实现微波辐射进入燃料出口通道和/或氧化剂出口通道的位置特定的集中辐射。波导的实施例例如与在燃料出口通道中有针对性的辐射的燃料出口孔或在氧化剂出口通道中有针对性的辐射的氧化剂出口孔组合被证明是特别有利的。管状波导的横截面可以是有角的(例如多边形、矩形、正方形等)、圆的(例如圆形、椭圆形等)等等。

根据另一有利实施例，至少一个微波源安装并保持在端板上，该端板在自由堆端处封闭多个堆叠的单电池。

除了用于微波源的接收孔和/或保持器之外，端板可以不具有通向燃料电池堆的自由堆端的其它的开口。因此，该端板可以在一个端部处完全(气密)封闭燃料电池堆。

根据又一有利实施例，端板可具有分配给燃料出口通道的排水孔，其中集水容器以流体导通方式连接到该排水孔，其中微波辐射被辐射到燃料出口通道中，使得它到达或接触排水孔和/或集水容器。排水孔用于将在燃料出口通道中收集到的水排出(即移除，也称为“净化”)到集水容器中，从集水容器中水可以通过相应的排水阀装置以预定的时间间隔排出。用微波辐射照射排水孔也有效地防止它被结冰水堵塞。同样地，结冰水可以例如在冷冻启动后在集水容器中快速融化并相应地快速排出。

端板还可包括与燃料入口通道相关联的燃料入口开口、与燃料出口通道相关联的燃料出口开口、与氧化剂入口通道相关联的氧化剂入口开口、以及与氧化剂出口通道相关联的氧化剂出口开口。但是，这不是强制性的。具有上述开口的端板也可称为(端侧)流场板或介质分配板(mediadistributionplate，mdp)。在此，该开口被提供分别用于为相应通道供应或排放各自的反应物。

根据另一有利实施例，提供用于在公共燃料出口通道产生和发射微波辐射的第一微波源、以及提供用于在公共氧化剂出口通道中产生和发射微波辐射的第二微波源。

根据另一个替代实施例，在公共燃料出口通道和公共氧化剂出口通道中仅提供用于产生和辐射微波辐射的单个微波源。在这种情况下，由单个微波源产生的微波辐射通过分支微波天线和/或分支馈电波导提供给各个出口通道。

根据本公开的另一方面，提供了一种操作燃料电池堆的方法，其中燃料电池堆包括多个堆叠的分别都具有阳极和阴极的单电池、公共燃料入口通道和公共燃料出口通道以及公共氧化剂入口通道和公共氧化剂出口通道。单电池的阳极可以分别从公共燃料入口通道供应燃料，并且燃料可以从单电池排放到公共燃料出口通道中。单电池的阴极可以分别从公共氧化剂入口通道供应氧化剂，并且氧化剂可以从单电池排放到公共氧化剂出口通道中。此外，微波辐射可选地借助于至少一个微波源产生，并且这些微波辐射在公共燃料出口通道和/或公共氧化剂出口通道中辐射，使得存在的结冰水被熔化和/或液态水被蒸发。

关于方法相关的术语规定以及根据该方法的特征的效果和优点，参考对于设备的相应规定、效果和优点的上述解释。除非在此明确排除，这里涉及的装置的启示也应该能够类似地使用于根据本公开的方法的规定。同样地，除非明确排除，在此公开的方法的启示也应该能够类似地使用于装置的规定。在这方面，为了更紧凑的描述，免去重复说明与本文公开的装置和在此公开的方法相同的特征、它们的效果和优点。

关于根据本公开的方法，应该提到的是，根据一个特别有利的实施例，在燃料电池堆的冷冻启动期间产生微波辐射。特别地，在冷冻启动时，辐射到氧化剂出口通道中的微波辐射也可以确保防止氧化剂(例如在冷的潮湿空气中)中包含的水蒸气冻结。

又一有利实施例提供了在阳极的燃料冲洗过程和/或阴极的氧化剂冲洗过程期间产生微波辐射。众所周知，以一定的时间间隔进行这种冲洗过程，因为积聚或沉积在阳极或阴极上的水减少了活性反应面积并因此导致堆的功率的降低。在这种情况下，微波辐射可以熔化存在的冰和/或甚至蒸发液态水，以便基本上加速冲洗过程，从而减少冲洗时间。

根据另一有利实施例，微波辐射在燃料电池堆的预热操作和/或正常操作期间产生，从而尤其是通过水的蒸发控制燃料电池堆或膜的加湿。如已经提到的，燃料电池堆的电功率输出基本上取决于膜的充分加湿。特别是在预热阶段，其中反应物或反应流体(例如氢气和氧气)还没有其所需的相对湿度，额外的蒸发可确保利用燃料出口通道和/或氧化剂出口通道中存在的水对反应物的有效、快速加湿，并因此确保燃料电池堆的关于功率输出的最佳水含量。因此例如离开燃料出口通道的润湿燃料可以再次供应到燃料入口通道并且由此确保堆中阳极的快速加湿。

根据又一有利实施例，微波辐射在燃料电池堆的关闭期间产生，从而蒸发燃料电池堆中的水。通过这种方式，当堆关闭时，水几乎可以完全从燃料出口通道和/或氧化剂出口通道移除，使得在低于水的凝固点的随后的燃料电池堆的储存中，燃料电池内可以不形成冰或仅仅形成显著减少的冰。这反过来显著提高了后续冷冻启动的效率。应当理解的是，在堆的关闭期间在各个出口通道中蒸发的水从堆排出到环境中。

微波源产生的微波辐射的输出功率可以有利地仅通过根据类似于脉冲宽度调制(pwm)控制程序的预定占空比(dutycycle)接通和断开微波源来控制。这代表了微波功率控制的特别容易实施的实施例。微波功率可以控制水加热的程度和速度，使得可以有针对性地实现被照射的水的融化和/或蒸发。

可代替地，微波源产生的微波辐射的输出功率可以通过将具有预定水平的电加热直流电压施加到微波源(例如磁控管)的热阴极和/或通过将具有预定水平和/或频率的阳极交流电压施加到微波源的阳极来连续控制。

通过参考附图对代表性实施例的以下描述产生了进一步的特征和优点，其中代表性实施例仅是所要求保护的主题的说明，而不应被理解为限制。

附图说明

图1示出了具有微波源的燃料电池堆的代表性实施例的自由堆端的俯视图；

图2示出了图1所示的燃料电池堆的放大的局部视图；

图3示出了图1中的燃料电池堆沿着其中所示的截面a-a的纵向剖视图；

图4示出了沿图1中所示的截面a-a的燃料电池堆的另一代表性实施例的纵向剖视图；

图5示出了沿图1中所示的截面a-a的燃料电池堆的另一代表性实施例的纵向剖视图；

图6示出了图4中的燃料电池堆沿着图1中所示的截面a-a的纵向剖视图；

图7示出了沿图1中所示的截面a-a的燃料电池堆的又一代表性实施例的纵向剖视图；

图8示出了图7中的燃料电池堆的端板的俯视图；

图9示出了沿图1中所示的截面a-a的燃料电池堆的又一实施例的纵向剖视图；

图10示出了沿图1中所示的截面a-a的燃料电池堆的又一实施例的纵向剖视图；

图11示出了用于根据各种实施例的燃料电池堆的微波源的电控制的电路装置；

图12示出了根据一个或多个实施例的用于产生燃料电池堆的所需微波辐射的微波源的控制方法的框图；和

图13示出了根据一个或多个实施例的用于产生燃料电池堆的所需微波辐射的微波源的第二控制方法的方框图。

具体实施方式

根据需要，这里公开了详细的实施例；然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是代表性的，并且可以以各种和替代的形式实施。这些附图不一定按比例；某些特征可能被夸大或最小化以显示特定组件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员以各种方式使用所要求保护的主题的代表性基础。

在不同的图中，在其功能方面相同的部件具有相同的附图标记，因此这些部件通常仅描述一次。

图1示出了根据本公开的燃料电池堆1的代表性实施例的自由端的俯视图。特别地，图1示出了燃料电池堆1的自由堆端2。在图1中，仅象征性地示出了多个形成燃料电池堆1的单电池3(该单电池在前述情况中设计为pemfc燃料电池)。这种单电池3的互连以形成整个燃料电池堆1是已知的，因此这里不再进一步讨论。尽管未在图1中明确说明，但每个单电池3尤其具有阳极和阴极、以及在阳极和阴极引导反应物的流场。此外，燃料电池堆1具有公共燃料入口通道4和公共燃料出口通道5以及公共氧化剂入口通道6和公共氧化剂出口通道7。此外，从图1中可以看出，燃料电池堆1具有冷却剂入口通道8和冷却剂出口通道9。

冷却剂入口通道8和冷却剂出口通道9服务于使冷却剂通过，以便在操作期间以公知的方式由于在反应物(燃料、氧化剂)的化学反应中在单电池内产生反应热而冷却燃料电池堆1。

单电池3的阳极可以分别从公共燃料入口通道4供应燃料(在前述情况中为氢气)，并且燃料可以从阳极排放到公共燃料出口通道5中。单电池3的阴极可以分别从公共氧化剂入口通道6供应氧化剂(前述情况中为大气氧形式的氧)，并且氧化剂可以从阴极排放到公共氧化剂出口通道7中。

如图1中示意性所示，在公共燃料出口通道5中提供多个燃料出口孔10，通过该多个燃料出口孔可以将燃料从单电池3的阳极排放到公共燃料出口通道5中。此外，在公共氧化剂出口通道7中提供多个氧化剂出口孔11，通过该多个氧化剂出口孔可以将氧化剂从单电池3的阴极排放到公共氧化剂出口通道7中。

类似的用于燃料(燃料入口孔12)或用于氧化剂(氧化剂入口孔13)的入口孔12和13也可以存在于燃料入口通道4或氧化剂入口通道6中，从而将燃料从燃料入口通道4供应到单电池3的阳极或者将氧化剂从氧化剂入口通道6供应到单电池3的阴极。

图2示出了图1中的燃料电池堆1的放大的局部视图。特别地，图2示出了图1中所示的燃料出口通道5的区域，在该燃料出口通道5中布置有燃料出口孔10。在图2中，这些出口孔10中的若干个被放大显示。此外，在图2中示出了水滴14是为了说明，水(例如产物水或从相应的加湿反应物中沉淀的冷凝水14)可以特别地保留在燃料出口孔10上或燃料出口孔10中，该燃料出口孔具有相对小的直径并因此具有强的毛细作用。特别地，水滴14可以在燃料电池堆1的低于水的凝固点的环境温度下在燃料出口孔10处结冰，然后作为结冰水滴14保持在相应的燃料出口孔10中或其上，该燃料出口孔因此被阻塞或堵塞。

应当理解，只要本文未明确排除，否则本文所述的仅适用于燃料出口孔10的解释适用于氧化剂出口孔11。同样只要在此未明确排除，仅针对两个出口通道5(燃料)和7(氧化剂)中的一个的解释适用于相应的其他出口通道。

图3示意性地示出了图1中的燃料电池堆1沿图1中所示的截面a-a的纵向剖视图。在图3所示的燃料电池堆1的状态下，自由堆端2以端板15气密地封闭。在该端板15处安装有微波源16，微波源16由端板15保持。微波源16(在前述情况中设计为本身已知的磁控管)可选地产生微波辐射17，也就是说相应地通过控制装置(未示出)作用的磁控管16的激活和停用产生微波辐射。在燃料电池堆1的所示实施例中，由微波源16产生的微波辐射17辐射到公共燃料出口通道5中。燃料出口通道5在

图3中以燃料电池堆1的非阴影中心区域示出。

如图3进一步可以看出，除了用于微波源16的容纳之外，端板15基本上没有到达自由堆端2的其他开口。堆端2通过端板15完全关闭(流体密封)。因此，微波源16借助于相应密封环18气密地容纳在端板15中。

前述情况中以磁控管形成的微波源16的基本结构和功能模式是众所周知的，因此可以省略详细描述。图3示出了基本上磁控管16具有阴极19(特别是热阴极)、设计为空腔谐振器的中空圆柱形阳极20、两个轴向间隔开的环形磁体21和微波天线22，从该微波天线辐射出所产生的微波辐射17。为了改善磁控管16的冷却，容纳磁控管16的壳体23还具有多个冷却肋片24。

图4示意性地示出了沿着图1中所示的截面a-a的燃料电池堆25的另一实施例的纵向剖视图。与图3的燃料电池堆1相比，燃料电池堆25具有波导26，微波源16通过该波导更有针对性地并且更有效地将微波辐射17辐射到燃料出口通道5中。另外，在燃料电池堆25中设置用于检测燃料出口通道5中的温度的温度传感器27，使得可以根据由温度传感器27测量的燃料出口通道中的燃料的瞬时温度进行特别有效地控制(即激活和停用)微波源16以产生微波辐射17。

如图4中进一步所示，由天线21辐射的微波辐射17从波导26开始在燃料出口通道5中多次反射，尤其使得在任何情况下微波辐射在燃料出口通道5中遇到并且加热存在的水14(结冰或液体)。在这种情况下，结冰水14至少被微波辐射17加热至结冰水融化。液态水14也可选地通过微波辐射17以相应的辐射功率蒸发。在所示的情况下，图4中所示的水滴14应位于图2中已经示出的燃料出口孔10上。

优选地，微波源16产生千兆赫(ghz)范围的微波辐射17。微波源16的所需基频由燃料电池堆25或燃料出口通道5的具体尺寸和结构确定。基频通过磁控管中阳极20的空腔谐振器的适当几何设计来设定。在示例性的约2.5cm的通道宽度和约2cm的微波辐射的波长下，微波源16的基频约为15ghz。

图5示意性地示出了沿着图1中所示的截面a-a的燃料电池堆30的另一实施例的纵向剖视图。与图4的燃料电池堆25相比，燃料电池堆30具有管状波导31，该管状波导延伸进燃料出口通道5的纵向范围的大部分中。如在图5中可以看到的，形成波导管31的周壁具有多个开口32。如在图5中可以看到的，这些开口32实现了在燃料出口通道5中的微波辐射17的位置特定的辐射，从而以这种方式实现特别有针对性地、有效地照射水滴14。为此，开口32沿波导管31布置在预定位置。

图6示意性地示出了图4中的燃料电池堆25的沿图1中所示的截面a-a的另一放大纵向剖视图。可以看出，燃料电池堆25仅具有一个微波源16，该微波源仅将微波辐射17辐射到燃料出口通道5中。对于氧化剂出口通道7，在燃料电池堆25的该示例性实施例中不提供微波源16和微波辐射17。

图7示意性地示出了沿着图1中所示的截面a-a的燃料电池堆35的又一实施例的纵向剖视图。在燃料电池堆35中，与先前描述的燃料电池堆1、25和30不同，微波源16安装并保持在端板36上，端板在自由堆端37处封闭堆35的单电池3，该堆端是与自由堆端2(参见图3、4、5、6)相对的相应燃料电池堆1、25、30和35的另一个自由堆端。图8示意性地示出了图7的燃料电池堆35的端板36的俯视图。

从图7中可以看出，端板36具有与燃料出口通道5相关联的排水孔38，其中集水容器39以流体导通的方式连接到该排水孔。图7示出了由微波源16产生的微波辐射17经由弯曲延伸的波导40和波导26辐射到燃料出口通道5中，使得除了存在于燃料出口通道5中的水14(结冰或液体)之外，微波辐射还到达排水孔38和集水容器39，并且在该处同样以之前所描述的相同方式加热存在的水14(结冰或液体)。排水孔38和集水容器39用于有针对性地排出或去除积聚在燃料出口通道5中的水14，并且有利地用于燃料电池堆35的冲洗过程(也称为“净化”)，如前述的燃料冲洗过程。

如在图8中可以清楚地看到的，端板36还具有分配给燃料入口通道4(见图1)的燃料入口开口41、分配给燃料出口通道5的燃料出口开口42、分配给氧化剂入口通道6(见图1)的氧化剂入口开口43和分配给氧化剂出口通道7的氧化剂出口开口44。此外，冷却剂入口开口45和冷却剂出口开口46设置在端板36中。相应的入口开口41、43、45和出口开口42、44、46服务于相应的入口通道4、6、8和出口通道5、7、9(参见图1)，从而引入或引出相应的流体，即燃料、氧化剂和冷却剂。端板36也可以称为(端侧)流场板或介质分配板(mediadistributionplate，mdp)。

在燃料出口通道5中收集的液态水14(在图7中也示意性地示出了大量的上述水与排水孔38相邻)可以经由排水孔38流入集水容器39。在图7所示的燃料电池堆35的实施例中所述液态水从集水容器39通过相应的排水阀装置以预定的时间间隔排出，该排水阀装置具有排水阀48和排水管线49，该排水阀可通过螺线管47控制。用微波辐射17照射排水孔38有效地防止了其被结冰水14堵塞。同样地，在集水容器39中，结冰水14例如在冷冻启动后被快速解冻并被相应地快速排出。

图9示意性地示出了沿着图1中所示的截面a-a的燃料电池堆50的又一实施例的纵向剖视图。可以看出，燃料电池堆50具有用于在公共燃料出口通道5中产生和辐射微波辐射17的第一微波源16和用于在公共氧化剂出口通道7中产生和辐射微波辐射17的第二微波源16。

图10示意性地示出了沿着图1中所示的截面a-a的根据本发明的燃料电池堆55的又一实施例的纵向剖视图。燃料电池堆55具有用于产生和辐射微波辐射17的单个微波源16，其中在这种情况下由单个微波源16产生的微波辐射17既辐射到公共燃料出口通道5中又辐射到公共氧化剂出口通道7中。为此，所产生的微波辐射17通过在微波分束器56分支的微波天线57或分支馈送波导57供应到相应的出口通道5和7。以这种方式，仅一个单个微波源16向两个出口通道5和7供应微波辐射17。

图11示出了用于微波源16的电控制的电路装置。可以看出，在这种情况下，直流电压(高电压)取自高压电池58(例如未示出的可以由电动马达操作的电动机动车辆的牵引电池)，并通过直流/交流(dc/ac)转换器59转换成ac交流电压，然后将该交流电压供给基本上由绕阻60、电容器61和二极管62组成的谐振电路，最终供给微波源16的阳极20。这种谐振电路的操作是众所周知的，这里不再说明。

另一方面，从高压电池58获得的直流高压经由直流/直流(dc/dc)转换器63转换为较小的直流电压并且被供应到阴极或热阴极19。

借助于图11所示的电路，可以通过控制供给热阴极19的直流电压的水平(这里也称为直流加热电压)和/或通过控制供给阳极20的阳极交流电压的水平和/或频率来连续控制由微波源16产生的微波辐射17的输出功率。为此，有利地提供相应的电子控制装置(未示出)。

作为上述微波辐射功率的连续控制的替代方案，由微波源16产生的微波辐射17的功率可以可代替地仅通过根据预定的占空比接通和断开微波源16来控制，该占空比(dutycycle)以固定的预定时间段将微波源16的可变的激活持续时间和相应可变的停用持续时间确定下来。

图12示出了用于产生具有期望辐射功率的微波辐射17的微波源16的第一控制方法的框图。这是一种具有开环控制回路(openloop)的控制方法，在该开环控制回路中根据时间t借助于前述两种用于产生微波辐射17的方法之一，在微波源16处设置存储在例如电子控制装置的查找表中的微波辐射17的期望功率p。

图13示出了用于产生具有期望辐射功率的期望微波辐射17的微波源16的第二控制方法的框图。所示的控制方法是具有闭环控制回路(“closedloop”)的控制方法，在该闭环控制回路中例如由温度传感器27(参见图4、5、6、9、10)测量的燃料出口通道5中的燃料的实际温度和/或氧化剂出口通道7中的氧化剂的实际温度在控制回路中被考虑，即被反馈。

在微波源16被激活之后，由温度传感器27确定的在相应的出口通道5或7中的排出气体(燃料和/或氧化剂)的实际温度t被连续记录。基于在相应的出口通道5或7中确定的排出气体实际温度tgi，如前述借助于比例积分(微分)pi(d)控制器确定要在微波源16处设定的功率p(参见图13中的框图的上部分支)。例如，排出气体设定温度tgs可以根据冷却剂实际温度tci确定。

此处温度设定窗口可以额外地变化，从而随着时间的推移获得所需的温度，通过例如在电子控制装置的查找表中预先存储温度-功率值p(t)，并提取该温度-功率值以进行功率控制(参见图13中的方框图的下部分支)。

在此公开的燃料电池堆以及燃料电池操作方法不限于在此明确描述或说明的实施例，还包括由本文所述的装置和方法的特征的技术上有意义的进一步组合产生的类似的其他实施方式。特别地，前述的一般描述和附图的描述中提及和/或仅在附图中示出的特征和特征组合不仅可以在本文中明确说明的组合中使用，而且可以在其他组合中或单独使用。

在一个实施例中，燃料电池堆和操作方法都在机动车辆(例如单辙或双辙机动车辆，特别是可通过电驱动马达操作的机动车辆)中使用以对电驱动马达供应电能。

虽然以上描述了代表性实施例，但并不意味着这些实施例描述了所要求保护的主题的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应当理解，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。另外，各种实现实施例的特征可以组合以形成可能未明确示出或描述的其它实施例。