DE102012024963A1 - Fuel cell arrangement for vehicle, has elastically deformable element arranged between housing cover and fuel-cell stack, where elastically deformable element is arranged for exercising pressure on fuel-cell stack - Google Patents

Fuel cell arrangement for vehicle, has elastically deformable element arranged between housing cover and fuel-cell stack, where elastically deformable element is arranged for exercising pressure on fuel-cell stack Download PDF

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Abstract

The arrangement has a closed housing in which a set of fuel cells (1) is provided with a fuel-cell stack (2). The housing is formed from a base part (3) and a cover (4). An elastically deformable element (6) i.e. spring element such as helical spring, is arranged between the housing cover and the fuel-cell stack. The elastically deformable element is arranged for exercising pressure on the fuel-cell stack. The fuel-cell stack is pre-tensioned in a stacking direction and the cells forming the stack are temporarily fixed together.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellen-Anordnung mit einem geschlossenen Gehäuse, in dem eine Anzahl von zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengefassten Einzelzellen angeordnet ist.The invention relates to a fuel cell arrangement with a closed housing, in which a number of individual cells combined into a fuel cell stack are arranged.

Aus der DE 11 2007 001 515 T5 ist eine Brennstoffzelle bekannt. Die Brennstoffzelle weist einen Zellenschichtungskörper, in dem eine Mehrzahl von Zellen aneinander geschichtet sind; eine Endplatte, die außerhalb des Zellenschichtungskörpers in einer Zellenschichtungsrichtung angeordnet ist; und eine Anpressvorrichtung, die zwischen dem Zellenschichtungskörper und der Endplatte angeordnet ist, um eine Druckbelastung auf den Zellenschichtungskörper zu justieren, auf. Die Anpressvorrichtung beinhaltet ein Paar von Plattenelementen, ein elastisches Element, das zwischen diesen Plattenelementen angeordnet ist, um die Plattenelemente durch eine Federkraft voneinander zu trennen, und einen Belastungsanzeigebereich, der ein Anzeigeelement aufweist, das an einem der Plattenelemente so befestigt ist, dass es aus der äußeren Oberfläche des anderen Plattenelementes herausragt.From the DE 11 2007 001 515 T5 is a fuel cell known. The fuel cell has a cell laminating body in which a plurality of cells are stacked together; an end plate disposed outside the cell laminating body in a cell laminating direction; and a pressing device disposed between the cell laminating body and the end plate to adjust a pressure load on the cell laminating body. The pressing device includes a pair of plate members, an elastic member disposed between these plate members to separate the plate members from each other by a spring force, and a load indicating portion having a display member attached to one of the plate members so as to protrude the outer surface of the other plate member protrudes.

Darüber hinaus offenbart die JP 2011175807 einen Brennstoffzellen-Stapel für ein Fahrzeug. Der Brennstoffzellen-Stapel umfasst eine Mehrzahl von Brennstoffzellen, welche in vertikaler Richtung aufeinander gestapelt sind und deren Elektrodenoberflächen horizontal angeordnet sind. Ein Strömungspfad eines Oxidationsgases und ein Strömungspfad eines Brenngases sind derart ausgebildet, dass diese einander gegenüberliegend in entgegen gesetzte Richtung verlaufen. Der Strömungspfad des Brenngases erstreckt sich entlang der Fahrtrichtung eines Brennstoffzellen-Fahrzeuges, so dass sich das Brenngas von einem Frontbereich zu einem Heckbereich des Fahrzeuges innerhalb des Brennstoffzellen-Stapels verteilt.In addition, the reveals JP 2011175807 a fuel cell stack for a vehicle. The fuel cell stack includes a plurality of fuel cells which are stacked in the vertical direction and whose electrode surfaces are horizontally arranged. A flow path of an oxidizing gas and a flow path of a fuel gas are formed so as to be opposite to each other in the opposite direction. The fuel gas flow path extends along the traveling direction of a fuel cell vehicle, so that the fuel gas is distributed from a front portion to a rear portion of the vehicle within the fuel cell stack.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Brennstoffzellenanordnung mit einem geschlossenen Gehäuse anzugeben.The invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved fuel cell assembly with a closed housing.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved by the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine Brennstoffzellen-Anordnung weist ein geschlossenes Gehäuse auf, in dem eine Anzahl von zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengefassten Einzelzellen angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das Gehäuse aus einem Gehäuseunterteil und einem Gehäusedeckel gebildet, wobei zumindest zwischen dem Gehäusedeckel und dem Brennstoffzellen-Stapel ein elastisch verformbares Element angeordnet ist, mittels dessen Druck auf den Brennstoffzellen-Stapel ausübbar ist.A fuel cell arrangement has a closed housing in which a number of individual cells combined into a fuel cell stack are arranged. According to the invention the housing is formed from a lower housing part and a housing cover, wherein at least between the housing cover and the fuel cell stack, an elastically deformable element is arranged, by means of which pressure on the fuel cell stack is exercisable.

Durch die Anordnung des elastisch verformbaren Elementes zwischen dem Gehäusedeckel und dem Brennstoffzellen-Stapel ist derselbe in vorteilhafter Weise komprimierbar, so dass es möglich ist, den Brennstoffzellen-Stapel um zumindest eine weitere Einzelzelle zu erweitern, so dass beispielsweise eine Spannungsdegradation aufgrund üblicher Verschleißerscheinungen im Brennstoffzellen-Stapel ausgeglichen werden kann. Die Erweiterung des Brennstoffzellen-Stapels ist z. B. im Rahmen von Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten an der Brennstoffzellen-Anordnung möglich. Somit ist es vorteilhaft möglich, die Lebensdauer des Brennstoffzellen-Stapels auf vergleichsweise einfache Art und Weise zu erhöhen.The arrangement of the elastically deformable element between the housing cover and the fuel cell stack, the same is advantageously compressible, so that it is possible to expand the fuel cell stack by at least one further single cell, so that, for example, a voltage degradation due to usual signs of wear in the fuel cell Stack can be compensated. The extension of the fuel cell stack is z. B. in the context of maintenance and / or repairs to the fuel cell assembly possible. Thus, it is advantageously possible to increase the life of the fuel cell stack in a relatively simple manner.

Besonders bevorzugt ist eine Mehrzahl elastisch verformbarer Elemente zwischen dem Gehäusedeckel und dem Brennstoffzellen-Stapel angeordnet, so dass der aus den elastisch verformbaren Elementen resultierende Druck im Wesentlichen gleichmäßig auf den Brennstoffzellen-Stapel wirkt.Particularly preferably, a plurality of elastically deformable elements is arranged between the housing cover and the fuel cell stack, so that the pressure resulting from the elastically deformable elements acts substantially uniformly on the fuel cell stack.

Zudem ist es mittels des elastisch verformbaren Elementes oder den elastisch verformbaren Elementen möglich, Toleranzen innerhalb des Brennstoffzellen-Stapels und/oder auch hinsichtlich des Gehäuses und dem Brennstoffzellen-Stapel auszugleichen.In addition, it is possible by means of the elastically deformable element or the elastically deformable elements to compensate for tolerances within the fuel cell stack and / or also with regard to the housing and the fuel cell stack.

Insbesondere ist die Brennstoffzellen-Anordnung Bestandteil eines Fahrzeuges, wobei die Einzelzellen des Brennstoffzellen-Stapels in Z-Richtung, d. h. in Richtung der Fahrzeughochachse gestapelt sind, wobei der Gehäusedeckel den oberen Abschluss bildet.In particular, the fuel cell assembly is part of a vehicle, wherein the individual cells of the fuel cell stack in the Z direction, d. H. are stacked in the direction of the vehicle vertical axis, wherein the housing cover forms the upper end.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das zumindest eine elastisch verformbare Element ein Federelement, insbesondere eine Schraubenfeder, die im geschlossenen Zustand des Gehäuses vorgespannt ist, so dass Druck auf den Brennstoffzellen-Stapel ausübbar ist, um diesen zu komprimieren. Bei Erweiterung des Brennstoffzellen-Stapels erhöht sich die Vorspannung des Federelementes, wodurch sich der auf den Brennstoffzellen-Stapel ausgeübte Druck erhöht. Das elastisch verformbare Element, bei welchem es sich beispielsweise um ein Federelement handelt, ist dabei vorteilhaft so gewählt, dass die Einzelzellen durch den aus der Vorspannung resultierenden Druck nicht beschädigt werden.In an advantageous embodiment, the at least one elastically deformable element is a spring element, in particular a helical spring, which is prestressed in the closed state of the housing, so that pressure can be exerted on the fuel cell stack in order to compress it. As the fuel cell stack expands, the bias of the spring element increases, thereby increasing the pressure applied to the fuel cell stack. The elastically deformable element, which is, for example, a spring element, is advantageously chosen so that the individual cells are not damaged by the pressure resulting from the bias.

Besonders bevorzugt ist der Brennstoffzellen-Stapel in Stapelrichtung vorgespannt und/oder die den Brennstoffzellen-Stapel bildenden Einzelzellen sind zumindest zeitweise aneinander fixiert. Mittels der Vorspannung des Brennstoffzellen-Stapels und/oder der Aneinanderfixierung der Einzelzellen ist in Bezug auf den Brennstoffzellen-Stapel eine kompakte Baueinheit gebildet, die vergleichsweise einfach in dem Gehäuseunterteil anordbar ist. Sind die Einzelzellen zumindest zeitweise aneinander fixiert, können die Einzelzellen innerhalb des gebildeten Brennstoffzellen-Stapels nicht gegeneinander verrutschen, wodurch einerseits die Montage des Brennstoffzellen-Stapels selbst und andererseits der Einbau des Brennstoffzellen-Stapels in das Gehäuse vereinfacht sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Verpressung des Brennstoffzellen-Stapels mittels Folien und/oder Klebstoff realisiert werden, wobei insbesondere das Verkleben im vorgespannten Zustand des Brennstoffzellen-Stapels durchführbar ist.Particularly preferably, the fuel cell stack is prestressed in the stacking direction and / or the individual cells forming the fuel cell stack are fixed to one another at least temporarily. By means of the bias of the fuel cell stack and / or the mutual fixing of the individual cells with respect to the fuel cell stack, a compact structural unit is formed, which can be arranged comparatively easily in the lower housing part. If the individual cells are fixed to each other at least temporarily, the individual cells within the fuel cell stack formed can not slip against each other, whereby on the one hand the assembly of the fuel cell stack itself and on the other hand the installation of the fuel cell stack in the housing are simplified. Alternatively or additionally, the compression of the fuel cell stack can be realized by means of films and / or adhesive, wherein in particular the bonding in the prestressed state of the fuel cell stack can be carried out.

In einer vorteilhaften Ausbildung ist der Brennstoffzellen-Stapel mittels zumindest eines Spannelementes in Stapelrichtung verpresst, wodurch in vorteilhafter Weise eine kompakte Baueinheit zum Einbau ist das Gehäuse gebildet ist. Die Einzelzellen sind mittels des zumindest einen Spannelementes verpresst und können somit beim Einbau nicht gegeneinander verrutschen.In an advantageous embodiment of the fuel cell stack is compressed by means of at least one clamping element in the stacking direction, which is advantageously a compact unit for installation, the housing is formed. The individual cells are pressed by means of at least one clamping element and thus can not slip against each other during installation.

Ist vorgesehen, die Einzelzellen zumindest zeitweise aneinander zu fixieren, wird insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung bevorzugt. Beispielsweise ist diese derart ausgeführt, dass sich ein Klebstoff innerhalb des Brennstoffzellen-Stapels bei Erreichen einer bestimmten Temperatur im Betrieb desselben auflöst, so dass die Einzelzellen nicht mehr aneinander fixiert sind. Somit ist es möglich, Einzelzellen ohne großen Aufwand aus dem Brennstoffzellen-Stapel zu entnehmen und beispielsweise auszutauschen.If it is intended to fix the individual cells to one another at least temporarily, in particular a cohesive connection is preferred. For example, it is designed such that an adhesive within the fuel cell stack dissolves when it reaches a certain temperature during operation, so that the individual cells are no longer fixed to one another. Thus, it is possible to remove individual cells without great effort from the fuel cell stack and replace, for example.

Denkbar ist auch, dass die stoffschlüssige Verbindung beständig ist und die Einzelzellen über die gesamte Lebensdauer der Brennstoffzellen-Anordnung aneinander befestigt sind. Dadurch ist es möglich, dass ein Vorspannen des Brennstoffzellen-Stapels beispielsweise mittels Spannbänder entfallen kann, wodurch eine Teileanzahl des Brennstoffzellen-Stapels verringert ist.It is also conceivable that the cohesive connection is resistant and the individual cells are attached to each other over the entire life of the fuel cell assembly. This makes it possible that biasing of the fuel cell stack may be omitted, for example by means of tension bands, whereby a number of parts of the fuel cell stack is reduced.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Brennstoffzellen-Anordnung weist eine den Boden des Gehäuseunterteiles bildende Wandung zumindest einen Anschluss für eine Medienführung auf. Insbesondere sind mehrere Anschlüsse vorgesehen, wobei dem Brennstoffzellen-Stapel über einen Anschluss ein Treibgas und über einen weiteren Anschluss ein Oxidationsgas zuführbar ist. Hierzu sind die Anschlüsse als Durchgangsöffnungen in den Boden des Gehäuses eingebracht.In a further advantageous embodiment of the fuel cell arrangement, a wall forming the base of the housing lower part has at least one connection for a media guide. In particular, a plurality of connections are provided, wherein the fuel cell stack via a connection, a propellant gas and a further connection, an oxidizing gas can be fed. For this purpose, the connections are introduced as passage openings in the bottom of the housing.

Vorzugsweise ist der zumindest eine Anschluss derart ausgebildet, dass ein Leitungsabschnitt zur Medienführung mittels zumindest eines Schnellverschlusses an dem Gehäuseunterteil befestigbar ist. Bevorzugt ist der zumindest eine Schnellverschluss außen am Gehäuse angeordnet. Mittels des Schnellverschlusses ist ein Leitungsabschnitt zur Medienführung mit dem Gehäuse verbindbar. Dadurch ist zumindest die äußere Medienführung von dem Gehäuse separiert, so dass der Leitungsabschnitt und/oder das Gehäuse bei einem Ausbau desselben voneinander separierbar sind.Preferably, the at least one connection is designed such that a line section for media guidance can be fastened to the housing lower part by means of at least one quick-release closure. Preferably, the at least one quick release is arranged outside of the housing. By means of the quick release a line section for media management with the housing can be connected. As a result, at least the outer media guide is separated from the housing, so that the conduit section and / or the housing are separable from each other in a removal.

In besonders vorteilhafter Weise ist der zumindest eine Schnellverschluss an der den Boden bildenden Wandung des Gehäuseunterteiles befestigt, wobei der zumindest eine Schnellverschluss kraft- und/oder formschlüssig an dem Gehäuseunterteil befestigt ist, so dass der zumindest eine Schnellverschluss, beispielsweise bei Beschädigung desselben, weitestgehend zerstörungsfrei von dem Gehäuseunterteil abnehmbar ist.In a particularly advantageous manner, the at least one quick release fastened to the bottom wall forming the bottom part of the housing, wherein the at least one quick release force and / or form-fitting is attached to the lower housing part, so that the at least one quick release, for example, if damage thereof, largely non-destructive is detachable from the housing lower part.

Alternativ oder zusätzlich kann der zumindest eine Schnellverschluss auch stoffschlüssig an dem Gehäuseunterteil befestigt sein.Alternatively or additionally, the at least one quick-release fastener can also be attached to the lower housing part in a material-locking manner.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass an dem zumindest einen Anschluss innerhalb des Gehäuseunterteiles ein Dichtelement angeordnet ist, um zu erreichen, dass die Medienführung weitestgehend fluidisch dicht ausgebildet ist. Mittels der Vorspannung des zumindest einen elastisch verformbaren Elementes ist der Brennstoffzellen-Stapel gegen das Dichtelement pressbar, wodurch die Dichtwirkung optimiert ist.A particularly advantageous embodiment provides that a sealing element is arranged on the at least one connection within the housing lower part, in order to achieve that the media guide is designed to be largely fluid-tight. By means of the bias of the at least one elastically deformable element of the fuel cell stack can be pressed against the sealing element, whereby the sealing effect is optimized.

Besonders vorteilhaft sind bzw. ist das Gehäuseunterteil und/oder der Gehäusedeckel aus Metall und/oder Faserverbundkunststoff gebildet, wobei das Gehäuse in Leichtbauweise herstellbar ist, um vorteilhaft Gewicht der Brennstoffzellen-Anordnung zu verringern. Beispielsweise ist das Gehäuseunterteil und/oder der Gehäusedeckel aus einer Aluminium- und/oder einer Magnesiumlegierung und/oder aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff und/oder einem kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff gebildet.Particularly advantageous are or is the housing base and / or the housing cover made of metal and / or fiber composite plastic, wherein the housing can be produced in lightweight construction in order to reduce the weight of the advantageous fuel cell assembly. For example, the housing lower part and / or the housing cover is formed from an aluminum and / or a magnesium alloy and / or from a carbon fiber reinforced plastic and / or a carbon fiber reinforced carbon.

Zudem kann vorgesehen sein, dass das Gehäuseunterteil und/oder der Gehäusedeckel zumindest bereichsweise elektrisch isolieren bzw. isoliert, um eine sogenannte Isolationsstrecke zu bilden. Auch können bzw. kann das Gehäuseunterteil und/oder der Gehäusedeckel thermisch isolieren, so dass ein Wärmemanagement insbesondere für eine Kaltstartfähigkeit der Brennstoffzellen-Anordnung verbessert ist.In addition, it can be provided that the lower housing part and / or the housing cover are electrically insulated or insulated, at least in regions, in order to form a so-called insulation gap. Also, the housing lower part and / or the housing cover can thermally isolate, so that a thermal management is improved, in particular for a cold start capability of the fuel cell assembly.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen: Showing:

1 schematisch eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Anordnung und 1 schematically a sectional view of a first embodiment of a fuel cell assembly according to the invention and

2 schematisch eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Anordnung. 2 schematically a sectional view of a second embodiment of the fuel cell assembly according to the invention.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

In 1 ist eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Brennstoffzellen-Anordnung dargestellt. Die Brennstoffzellen-Anordnung weist einen aus einer Anzahl von Einzelzellen 1 gebildeten Brennstoffzellen-Stapel 2 und ein aus einem Gehäuseunterteil 3 und einem Gehäusedeckel 4 gebildetes Gehäuse auf. Die Brennstoffzellen-Anordnung ist für ein Fahrzeug vorgesehen, wobei u. a. mittels des Brennstoffzellen-Stapels 2 elektrische Energie erzeugt wird, die anschließend mittels eines Elektromotors in kinetische Energie umgewandelt wird.In 1 is a sectional view of a first embodiment of a fuel cell assembly shown. The fuel cell assembly has one of a number of single cells 1 formed fuel cell stack 2 and one of a housing lower part 3 and a housing cover 4 formed housing on. The fuel cell arrangement is provided for a vehicle, wherein, inter alia, by means of the fuel cell stack 2 electrical energy is generated, which is then converted into kinetic energy by means of an electric motor.

Der Brennstoffzellen-Stapel 2 ist in dem Gehäuseunterteil 3 angeordnet, welches mittels des Gehäusedeckels 4 verschließbar ist.The fuel cell stack 2 is in the lower housing part 3 arranged, which by means of the housing cover 4 is closable.

Das Gehäuseunterteil 3 und/oder der Gehäusedeckel 4 sind bevorzugt in der sogenannten Leichtbauweise hergestellt, um das Gewicht der Brennstoffzellen-Anordnung zu verringern.The lower housing part 3 and / or the housing cover 4 are preferably made in the so-called lightweight construction to reduce the weight of the fuel cell assembly.

Bevorzugt sind das Gehäuseunterteil 3 und/oder der Gehäusedeckel 4 aus Metall, beispielsweise einer Aluminium- und/oder Magnesiumlegierung und/oder aus Kunststoff, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff und/oder aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff gebildet. Sind bzw. ist das Gehäuseunterteil 3 und der Gehäusedeckel 4 aus einem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff und/oder aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff als Kunststoff gebildet, so sind das Gehäuseunterteil 3 und der Gehäusedeckel 4 elektrisch isolierend.Preferably, the housing lower part 3 and / or the housing cover 4 made of metal, for example an aluminum and / or magnesium alloy and / or plastic, in particular made of carbon fiber reinforced plastic and / or of a carbon fiber reinforced carbon. Are or is the housing lower part 3 and the housing cover 4 formed from a carbon fiber reinforced plastic and / or a carbon fiber reinforced carbon as plastic, so are the lower housing part 3 and the housing cover 4 electrically insulating.

In einer alternativen Ausführungsform sind bzw. ist das Gehäuseunterteil 3 und/oder der Gehäusedeckel 4 nur abschnittsweise aus Kunststoff gebildet, so dass das Gehäuseunterteil 3 und/oder der Gehäusedeckel 4 in diesen Abschnitten elektrisch isoliert, um eine Isolationsstrecke zu bilden. Vorzugsweise sind bzw. ist das Gehäuseunterteil 3 und/oder der Gehäusedeckel 4 in vorgegebenen Abschnitten aus Kunststoff gebildet, so dass eine Handhabung des Gehäuses vereinfacht ist. Dazu kann weiterhin vorgesehen sein, dass die elektrisch isolierenden Bereiche hervorgehoben gekennzeichnet sind, wodurch die Handhabung erheblich vereinfacht ist.In an alternative embodiment, the housing lower part is or is 3 and / or the housing cover 4 only partially made of plastic, so that the lower housing part 3 and / or the housing cover 4 electrically insulated in these sections to form an isolation route. Preferably, the housing lower part is or is 3 and / or the housing cover 4 formed in predetermined sections of plastic, so that a handling of the housing is simplified. For this purpose, it can further be provided that the electrically insulating regions are marked, whereby the handling is considerably simplified.

Darüber hinaus kann das Gehäuse thermisch isoliert sein, wodurch ein Wärmemanagement der Brennstoffzellen-Anordnung verbessert ist und dadurch eine Kaltstartfähigkeit optimiert werden kann.In addition, the housing may be thermally insulated, whereby thermal management of the fuel cell assembly is improved and thereby a cold start capability can be optimized.

Das Gehäuseunterteil 3 weist fünf Wandungen auf, wobei eine Öffnung des Gehäuseunterteiles 3 nach oben gerichtet ist. In eine den Boden des Gehäuseunterteiles 3 bildende Wandung sind zwei Durchgangslöcher eingebracht, in welchen jeweils beispielsweise ein Rohrstück als Anschluss A zur Medienführung angeordnet ist. Die Anschlüsse A ragen im Inneren des Gehäuseunterteiles 3 von der den Boden bildenden Wandung ab. Eine Position der Anschlüsse A korrespondiert mit an dem Brennstoffzellen-Stapel 2 ausgebildeten nicht gezeigten Anschlusselementen zur Medienführung.The lower housing part 3 has five walls, with an opening of the housing lower part 3 is directed upward. In a the bottom of the housing base 3 forming wall two through holes are introduced, in each of which, for example, a piece of pipe is arranged as a connection A to the media guide. The connections A protrude inside the lower housing part 3 from the wall forming the bottom. A position of the ports A corresponds to the fuel cell stack 2 trained connection elements not shown for media management.

Auf dem jeweiligen Anschluss A ist im Gehäuseunterteil 3 ein Dichtelement 5 angeordnet, so dass die Medienführung im Verbindungsbereich zwischen Anschluss A und Brennstoffzellen-Stapel 2 fluidisch dicht ausgeführt ist. Insbesondere ist die Verbindung zwischen dem Anschluss A und dem Brennstoffzellen-Stapel 2 als formschlüssige Steckverbindung ausgebildet.On the respective connection A is in the housing lower part 3 a sealing element 5 arranged so that the media guide in the connection area between port A and fuel cell stack 2 is designed fluid tight. In particular, the connection between the port A and the fuel cell stack 2 designed as a positive plug connection.

Die Medienführung außerhalb des Gehäuseunterteiles 3 ist insbesondere als nicht näher gezeigte Leitungsabschnitte ausgebildet, wobei sich ein jeweiliger Leitungsabschnitt außerhalb des Gehäuseunterteiles 3 von einem Anschluss A zu einer nicht näher dargestellten jeweiligen Speichervorrichtung erstreckt. In jeweils einer Speichervorrichtung ist ein Medium zum Betrieb des Brennstoffzellen-Stapels 2 gespeichert, wobei es sich bei den Medien um ein Brenngas und ein Oxidationsgas handelt. Darüber hinaus befindet sich auch ein weiterer Anschluss für ein Kühlmedium in der den Boden bildenden Wandung des Gehäuseunterteiles 3. D. h., dass sich alle erforderlichen Anschlüsse A zum Betrieb des Brennstoffzellen-Stapels 2 an dem Gehäuse, insbesondere dem Gehäuseunterteil 3 befinden. Da alle Anschlüsse A an der den Boden bildenden Wandung angeordnet sind und der Brennstoffzellen-Stapel 2 in Richtung der Fahrzeughochachse gestapelt ist, kann Wasser, welches im Betrieb des Brennstoffzellen-Stapels 2 entsteht, in Richtung Boden des Gehäuseunterteiles 2 abgeleitet werden. Dort kann wenigstens eine Komponente angeordnet sein, mittels welcher das Wasser abscheidbar ist. Dadurch kann im Wesentlichen vermieden werden, dass das Wasser bei Minustemperaturen im Gehäuse friert, wodurch die Funktion des Brennstoffzellen-Stapels 2 beeinträchtigt sein kann.The media guide outside of the housing base 3 is in particular designed as line sections not shown in detail, wherein a respective line section outside the housing lower part 3 extends from a terminal A to a respective storage device, not shown. In each case a storage device is a medium for operating the fuel cell stack 2 stored, wherein the media is a fuel gas and an oxidizing gas. In addition, there is also another connection for a cooling medium in the bottom wall forming the housing lower part 3 , That is, all necessary connections A for operation of the fuel cell stack 2 on the housing, in particular the lower housing part 3 are located. Since all ports A are arranged on the wall forming the bottom and the fuel cell stack 2 is stacked in the direction of the vehicle vertical axis, water, which during operation of the fuel cell stack 2 arises, towards the bottom of the housing base 2 be derived. There, at least one component can be arranged, by means of which the water is separable. This can essentially be avoided that the water freezes at minus temperatures in the housing, whereby the function of the fuel cell stack 2 may be impaired.

Die Leitungsabschnitte sind mittels Schnellverschlüssen an dem jeweiligen Anschluss A befestigbar, wobei die außerhalb des Gehäuseunterteiles 3 angeordneten Schnellverschlüsse vergleichsweise stabil ausgebildet sind. Beispielsweise sind diese als sogenannte Bügelverschlüsse ausgebildet.The line sections can be fastened by means of quick-release fasteners to the respective connection A, wherein the outside of the housing lower part 3 arranged snap fasteners comparatively are stably formed. For example, these are designed as so-called strap closures.

Alternativ dazu können die Leitungsabschnitte auch mittels anderer geeigneter Vorrichtungen an dem jeweiligen Anschluss A befestigt sein.Alternatively, the line sections may also be fastened to the respective terminal A by means of other suitable devices.

In dem Gehäuseunterteil 3 ist der Brennstoffzellen-Stapel 2 angeordnet, wobei die Einzelzellen 1 in Z-Richtung, also in Richtung der Fahrzeughochachse gestapelt sind. Der Brennstoffzellen-Stapel 2 ist mittels nicht gezeigter Spannelemente axial, d. h. in Spannrichtung verpresst, wobei als Spannelemente Spannbänder einsetzbar sind. Mittels der Spannelemente ist der Brennstoffzellen-Stapel 2 als kompakte Einheit gebildet und die Einzelzellen 1 können innerhalb des Brennstoffzellen-Stapels 2 nicht verrutschen. Denkbar ist auch ein Einsatz von Folie oder anderer geeigneter Mittel, mittels derer der Brennstoffzellen-Stapel 2 verpresst werden kann.In the housing lower part 3 is the fuel cell stack 2 arranged, with the single cells 1 in the Z direction, that are stacked in the direction of the vehicle vertical axis. The fuel cell stack 2 is by means not shown clamping elements axially, ie compressed in the clamping direction, which are used as clamping elements tension bands. By means of the clamping elements is the fuel cell stack 2 formed as a compact unit and the single cells 1 can inside the fuel cell stack 2 do not slip. It is also conceivable use of foil or other suitable means by which the fuel cell stack 2 can be pressed.

Alternativ oder zusätzlich können die Einzelzellen 1 zumindest zeitweise stoffschlüssig aneinander fixiert werden, wobei der Brennstoffzellen-Stapel 2 bei der stoffschlüssigen Fixierung, z. B. mittels Klebstoff, vorgespannt, also komprimiert ist. Auch mittels der stoffschlüssigen Verbindung der Einzelzellen 1 sind dieselben zumindest gegen ein Verrutschen insbesondere beim Einbau des Brennstoffzellen-Stapels 2 in das Gehäuseunterteil 3 gesichert.Alternatively or additionally, the individual cells 1 at least temporarily cohesively fixed to each other, wherein the fuel cell stack 2 in the cohesive fixation, z. B. by means of adhesive, biased, that is compressed. Also by means of the cohesive connection of the individual cells 1 they are at least against slipping, especially when installing the fuel cell stack 2 in the lower housing part 3 secured.

Sowohl mittels der Spannelemente und/oder anderer geeigneter Mittel als auch mittels der stoffschlüssigen Verbindung der Einzelzellen 1 ist der Brennstoffzellen-Stapel 2 kompakt ausgebildet, wodurch der Einbau in das Gehäuseunterteil 3 und der Ausbau aus dem Gehäuseunterteil 3 wesentlich vereinfacht ist.Both by means of the clamping elements and / or other suitable means as well as by means of the cohesive connection of the individual cells 1 is the fuel cell stack 2 compact design, whereby the installation in the housing base 3 and the removal from the housing base 3 is considerably simplified.

Das Gehäuseunterteil 3 ist mittels des Gehäusedeckels 4 verschließbar, welcher ebenfalls fünf Wandungen aufweist.The lower housing part 3 is by means of the housing cover 4 lockable, which also has five walls.

Zwischen dem Brennstoffzellen-Stapel 2 und dem Gehäusedeckel 4 sind mehrere elastisch verformbare Elemente 6 in Form von Federelementen, insbesondere in Form von Schraubenfedern angeordnet, deren Federachsen sich in Richtung der Fahrzeughochachse erstrecken. Die elastisch verformbaren Elemente 6 sind bevorzugt zumindest kraft-, form- und/oder stoffschlüssig an dem Gehäusedeckel 4 befestigt.Between the fuel cell stack 2 and the housing cover 4 are several elastically deformable elements 6 arranged in the form of spring elements, in particular in the form of coil springs whose spring axes extend in the direction of the vehicle vertical axis. The elastically deformable elements 6 are preferably at least non-positively, positively and / or cohesively on the housing cover 4 attached.

Alternativ oder zusätzlich können die elastisch verformbaren Elemente 6 auch als andere geeignete Elemente, wie beispielsweise eine Kompressionsplatte und/oder -matte ausgebildet sein.Alternatively or additionally, the elastically deformable elements 6 be designed as other suitable elements, such as a compression plate and / or mat.

Im geschlossenen Zustand des Gehäuses sind die elastisch verformbaren Elemente 6 vorgespannt, so dass Druck auf den Brennstoffzellen-Stapel 2 ausgeübt wird, wodurch der Brennstoffzellen-Stapel 2 gegen die den Boden bildende Wandung des Gehäuseunterteiles 3 gepresst wird. Dadurch wird der Brennstoffzellen-Stapel 2 auch gegen die Dichtelemente 5 im Bereich der Anschlüsse gepresst, wodurch die Dichtwirkung erhöht werden kann und wodurch Toleranzen, insbesondere Fertigungstoleranzen und Wärmeausdehnungen von Bauteilen ausgeglichen werden können.In the closed state of the housing are the elastically deformable elements 6 biased, allowing pressure on the fuel cell stack 2 is exercised, causing the fuel cell stack 2 against the wall forming the bottom of the housing lower part 3 is pressed. This will make the fuel cell stack 2 also against the sealing elements 5 pressed in the region of the connections, whereby the sealing effect can be increased and whereby tolerances, in particular manufacturing tolerances and thermal expansions of components can be compensated.

Um den Brennstoffzellen-Stapel 2 aus dem Gehäuse zu entnehmen, wird der Gehäusedeckel 4 von dem Gehäuseunterteil 3 abgenommen und eine Hochvolt-Schnittstelle zu dem Brennstoffzellen-Stapel 2 getrennt. Anschließend ist der Brennstoffstoffzellen-Stapel 2 als kompakte Einheit ohne großen Aufwand aus dem Gehäuseunterteil 3 entnehmbar.To the fuel cell stack 2 to remove from the housing, the housing cover 4 from the lower housing part 3 removed and a high-voltage interface to the fuel cell stack 2 separated. Subsequently, the fuel cell stack 2 as a compact unit without much effort from the lower housing part 3 removable.

Zur mechanischen Entlastung des Gehäusedeckels 4 im geschlossenen Zustand des Gehäuses kann vorgesehen sein, dass der Brennstoffzellen-Stapel 2, wie oben beschrieben, mittels einer eigenen Kompressionsvorrichtung, insbesondere der Spannelemente, komprimierbar ist.For mechanical relief of the housing cover 4 in the closed state of the housing can be provided that the fuel cell stack 2 as described above, by means of its own compression device, in particular the clamping elements, is compressible.

Zur Erzielung einer höheren Leistung des Brennstoffzellen-Stapels 2 und/oder zum Ausgleich von Spannungsdegradation, beispielsweise aufgrund von Verschleißerscheinungen, ist es möglich, den Brennstoffzellen-Stapel 2 um weitere Einzelzellen 1 zu erweitern, wie in 2 gezeigt ist. Z. B. kann die Erweiterung in einer Werkstatt bei Durchführung von Reparatur- und/oder Wartungsarbeiten an der Brennstoffzellen-Anordnung ausgeführt werden.To achieve higher performance of the fuel cell stack 2 and / or to compensate for stress degradation, for example due to wear, it is possible to stack the fuel cell 2 for more single cells 1 to expand, as in 2 is shown. For example, the extension can be performed in a workshop when performing repair and / or maintenance of the fuel cell assembly.

In Abhängigkeit der Anzahl der Einzelzellen 1 um die der Brennstoffzellen-Stapel 2 erweitert werden soll, ist ein tieferer Gehäusedeckel 4 erforderlich, so dass das Gehäuse geschlossen werden kann. Hierzu müssen die seitlichen Wandungen des Gehäusedeckels 4 höher ausgebildet sein.Depending on the number of single cells 1 around the fuel cell stack 2 is to be extended, is a deeper housing cover 4 required so that the housing can be closed. For this purpose, the lateral walls of the housing cover must 4 be designed higher.

Auch zwischen dem tiefer ausgebildeten Gehäusedeckel 4 und dem Brennstoffzellen-Stapel 2 ist eine Anzahl von elastisch verformbaren Elementen 5 angeordnet, um Druck auf den Brennstoffzellen-Stapel 2 auszuüben.Also between the lower trained housing cover 4 and the fuel cell stack 2 is a number of elastically deformable elements 5 arranged to put pressure on the fuel cell stack 2 exercise.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Einzelzellesingle cell
22
Brennstoffzellen-StapelFuel cell stack
33
GehäuseunterteilHousing bottom
44
Gehäusedeckelhousing cover
55
Dichtelementsealing element
66
elastisch verformbares Elementelastically deformable element
AA
Anschlussconnection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • JP 2011175807 [0003] JP 2011175807 [0003]

Claims (10)

Brennstoffzellen-Anordnung mit einem geschlossenen Gehäuse, in dem eine Anzahl von zu einem Brennstoffzellen-Stapel (2) zusammengefassten Einzelzellen (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus einem Gehäuseunterteil (3) und einem Gehäusedeckel (4) gebildet ist, wobei zumindest zwischen dem Gehäusedeckel (4) und dem Brennstoffzellen-Stapel (2) ein elastisch verformbares Element (6) angeordnet ist, mittels dessen Druck auf den Brennstoffzellen-Stapel (2) ausübbar ist.A fuel cell assembly having a closed housing in which a number of fuel cells are stacked ( 2 ) combined single cells ( 1 ), characterized in that the housing consists of a housing lower part ( 3 ) and a housing cover ( 4 ) is formed, wherein at least between the housing cover ( 4 ) and the fuel cell stack ( 2 ) an elastically deformable element ( 6 ) is arranged, by means of which pressure on the fuel cell stack ( 2 ) is exercisable. Brennstoffzellen-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine elastisch verformbare Element (6) ein Federelement, insbesondere eine Schraubenfeder ist.Fuel cell arrangement according to claim 1, characterized in that the at least one elastically deformable element ( 6 ) is a spring element, in particular a coil spring. Brennstoffzellen-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellen-Stapel (2) in Stapelrichtung vorgespannt ist und/oder die den Brennstoffzellen-Stapel (2) bildenden Einzelzellen (1) zumindest zeitweise aneinander fixiert sind.Fuel cell arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the fuel cell stack ( 2 ) is biased in the stacking direction and / or the fuel cell stack ( 2 ) forming individual cells ( 1 ) are at least temporarily fixed to each other. Brennstoffzellen-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellen-Stapel (2) mittels zumindest eines Spannelementes in Stapelrichtung verpresst ist.Fuel cell arrangement according to claim 3, characterized in that the fuel cell stack ( 2 ) is pressed by means of at least one clamping element in the stacking direction. Brennstoffzellen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (1) stoffschlüssig aneinander fixiert sind.Fuel cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the individual cells ( 1 ) are firmly bonded to each other. Brennstoffzellen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Boden des Gehäuseunterteiles (3) bildende Wandung zumindest einen Anschluss (A) für eine Medienführung aufweist.Fuel cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a the bottom of the housing lower part ( 3 ) forming wall has at least one connection (A) for a media guide. Brennstoffzellen-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Anschluss (A) derart ausgebildet ist, dass ein Leitungsabschnitt zur Medienführung mittels zumindest eines Schnellverschlusses an dem Gehäuseunterteil (3) befestigbar ist.Fuel cell arrangement according to claim 6, characterized in that the at least one connection (A) is designed such that a line section for media guidance by means of at least one quick release on the housing lower part ( 3 ) is attachable. Brennstoffzellen-Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Schnellverschluss an der den Boden bildenden Wandung des Gehäuseunterteiles (3) befestigt ist.Fuel cell arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that the at least one quick-release fastener on the wall of the housing lower part ( 3 ) is attached. Brennstoffzellen-Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zumindest einen Anschluss (A) innerhalb des Gehäuseunterteiles (3) ein Dichtelement (5) angeordnet ist.Fuel cell arrangement according to one of claims 6 to 8, characterized in that on the at least one terminal (A) within the housing lower part ( 3 ) a sealing element ( 5 ) is arranged. Brennstoffzellen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseunterteil (3) und/oder der Gehäusedeckel (4) aus Metall und/oder Faserverbundkunststoff gebildet sind bzw. ist.Fuel cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the lower housing part ( 3 ) and / or the housing cover ( 4 ) are formed from metal and / or fiber composite plastic or is.
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