DE102018119633A1

DE102018119633A1 - Brennstoffzellen-Stapel und Montageverfahren dafür

Info

Publication number: DE102018119633A1
Application number: DE102018119633.4A
Authority: DE
Inventors: Suk Min Baeck; Young Bum Kum; Kwi Seong Jeong
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2018-08-13
Publication date: 2019-06-13
Also published as: US20190181485A1; US10985396B2; CN109904509B; CN109904509A; KR102506933B1; KR20190068973A

Abstract

Ein Brennstoffzellen-Stapel und ein Montageverfahren dafür sind bereitgestellt, wobei der Brennstoffzellen-Stapel eine Brennstoffzellen-Anordnung (10) aufweist, in welcher eine Mehrzahl von Brennstoffzellen (11) zwischen einem oberen und einem unteren Stromkollektor (15) gestapelt sind. Der Brennstoffzellen-Stapel weist eine Einkapselung (50) auf, welche die Brennstoffzellen-Anordnung (10) in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) vorspannt und versiegelt.

Description

Querverweis zu bezogener Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2017-0169269 , die am 11. Dezember 2017 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hierin durch diese Referenz eingeschlossen ist.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellen-Stapel und insbesondere einen Brennstoffzellen-Stapel zum Versiegeln und Schützen der Brennstoffzellen unter Verwendung einer Einkapselung.
Beschreibung von bezogener Technik
Wie bekannt ist, ist ein Brennstoffzellen-Stapel ein Typ von Leistungserzeugungs-Vorrichtung, welche elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff mittels Brennstoffzellen erzeugt und zum Beispiel bei einem Brennstoffzellen-Fahrzeug verwendet wird. Der Brennstoffzellen-Stapel ist durch eine Elektrizität-Erzeugungs-Anordnung gebildet, in welcher Brennstoffzellen (Element-Zellen) in einer Einheit von mehreren Hundert kontinuierlich angeordnet sind. Die Brennstoffzelle hat eine Konfiguration, in welcher Trennplatten an/bei beiden Seiten einer Membran-Elektrode-Anordnung (MEA, von engl. „membrane electrode assembly“) angeordnet sind, wobei die MEA dazwischen angeordnet ist. Die Brennstoffzellen können mittels einer Endplatte und einem Befestigungsmechanismus in einem Vorspann-Zustand gekoppelt sein.
Der vorgenannte Brennstoffzellen-Stapel kann als eine Modul-Form hergestellt sein/werden mittels eines Vorgangs des Stapelns von Brennstoffzellen einer nach der anderen, Vorspannen der gestapelten Brennstoffzellen mit einer Presse, während die Brennstoffzellen zwischen einer oberen und einer unteren Endplatte angeordnet sind, und Befestigen der Endplatte unter Verwendung des Befestigungsmechanismus. Ferner kann der Brennstoffzellen-Stapel montiert werden mittels Versiegelns des Stapel-Moduls, welches die Brennstoffzellen hat, die durch die Endplatte und den Befestigungsmechanismus befestigt sind, mittels der Einkapselung.
Insbesondere, beim Stapel-Modul-Montieren der konventionellen Technik, wenn die Brennstoffzellen, die zwischen Endplatten gestapelt sind/werden, mittels einer Presse vorgespannt sind/werden, ist/wird das Befestigungsband an der oberen und der unteren Endplatte mittels einer Schraube oder mittels einer Schraubenstange und einer Mutter montiert. Ferner führen die Endplatten Vorspannen/Isolieren der Brennstoffzellen, die wiederholt bei beiden Endpositionen des Brennstoffzellen-Stapels gestapelt sind, und eine Einlass- und Auslass-Funktion von Reaktionsgas/Kühlflüssigkeit durch. Indes, in der konventionellen Technik wird das Stapel-Modul unter Verwendung der Endplatten und des Befestigungsmechanismus und an der Einkapselung montiert, und daher nehmen Montagevorgänge und Montagekomponenten davon zu.
Die obigen Informationen, die in diesem Abschnitt offenbart sind, dienen nur einer Verbesserung des Verständnisses des Hintergrundes der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der in diesem Land einem Fachmann bereits bekannt ist.
Erläuterung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt bereit einen Brennstoffzellen-Stapel und ein Montageverfahren für denselben zum Reduzieren von Montagevorgängen und Montagekomponenten mittels Vorspannens und Verbindens (z.B. Kombinierens) von Brennstoffzellen unter Verwendung einer Einkapselung, welche die Brennstoffzellen schützt.
Ein Brennstoffzellen-Stapel kann aufweisen eine Brennstoffzellen-Anordnung, in welcher eine Mehrzahl von Brennstoffzellen zwischen einem oberen und einem unteren Stromkollektor (z.B. einem oberen und einem unteren Stromsammler) gestapelt sind, und eine Einkapselung, welche die Brennstoffzellen-Anordnung in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen vorspannt (z.B. unter Druck setzt) und versiegelt (z.B. welche die Brennstoffzellen-Anordnung versiegelt und in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen vorspannt/unter Druck setzt). Ferner kann in der Brennstoffzellen-Anordnung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Einkapselung aufweisen ein Gehäuse, in welchem eine Fläche offen ist und die verbleibenden Flächen geschlossen (z.B. verschlossen) sind, und eine Abdeckung, welche das offene Ende (z.B. das Öffnungsende, die offene Fläche) des Gehäuses verschließt.
Ferner kann in der Brennstoffzellen-Anordnung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Brennstoffzellen-Anordnung in das Gehäuse (hinein) durch das Öffnungsende in einer Flächenrichtung (z.B. einer Richtung), die senkrecht (z.B. vertikal) zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen ist, eingeführt sein/werden. Beide Seitenplatten des Gehäuses können eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung aufnehmen, und die Brennstoffzellen-Anordnung kann in das Gehäuse (hinein) eingeführt sein/werden, wenn sie mittels einer Drück-Gabel vorgespannt ist.
Darüber hinaus kann eine Gabel-Führungseinheit, die das Freigeben (z.B. Lösen) von Druck (z.B. des Vorspannens) sowie ein Herausziehen der Drück-Gabel zur Außenseite (z.B. zu einem Äußeren) erlaubt, an (z.B. bei) einer Innenraum-Fläche (z.B. Innenfläche) von den beiden Seitenplatten angeordnet (z.B. gebildet) sein. Das Gehäuse kann aufweisen beide (z.B. zwei) Seitenplatten einer ersten Richtung (z.B. Erste-Richtung-Seitenplatten), welche die Stromkollektoren mittels beider Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung halten (z.B. stützen) und eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung aufnehmen, beide (z.B. zwei) Seitenplatten einer zweiten Richtung (z.B. Zweite-Richtung-Seitenplatten), die mit den beiden Seitenplatten der ersten Richtung verbunden sind und die anderen beiden Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung halten (z.B. stützen), und eine Basisplatte, die mit den beiden Seitenplatten der ersten Richtung und den beiden Seitenplatten der zweiten Richtung verbunden sind und eine Fläche einer Einführungsrichtung (z.B. eine Einführungsrichtung-Fläche) der Brennstoffzellen-Anordnung halten (z.B. stützen).
In der Brennstoffzellen-Anordnung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können beide Seitenplatten der ersten Richtung aufweisen eine Innenraum-Haltefläche (z.B. innere Haltefläche), welche den Stromkollektor hält, an welchen eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung angelegt ist (z.B. auf welchen eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung wirkt), und eine Mehrzahl von Gabel-Nuten, die an (z.B. bei) der Innenraum-Haltefläche gebildet sind, um von einem Öffnungsende zu einem Schließende des Gehäuses entlang der Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung verbunden zu sein (z.B. um eine Verbindung von einem Öffnungsende zu einem Schließende des Gehäuses entlang der Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung darzustellen/zu bilden, um sich von einem Öffnungsende zu einem Schließende des Gehäuses entlang der Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung zu erstrecken). Die Gabel-Nut kann gebildet sein, sodass die Drück-Gabel, die als Einarm-Wehr-Form gebildet ist, welche die Stromkollektoren in (z.B. an) beiden Seiten vorspannt, in den Innenraum des Gehäuses in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen eingeführt sein/werden kann (z.B. Die Gabel-Nut kann gebildet sein, sodass die Drück-Gabel, die als Einarm-Wehr-Form gebildet ist, welche die Stromkollektoren in/an beiden Seiten in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen vorspannt, in den Innenraum des Gehäuses eingeführt sein/werden kann).
Darüber hinaus kann die Gabel-Nut gebildet sein, um eine größere Tiefe als eine Dicke der Drück-Gabel zu haben. Ein Stromkollektor-Anschluss kann an (z.B. bei) dem Stromkollektor installiert sein. Eine Anschluss-Nut, die parallel zu der Gabel-Nut ist und in welche der Stromkollektor-Anschluss (hinein) eingeführt sein/werden kann, kann an (z.B. bei) der Innenraum-Haltefläche gebildet sein.
Ferner kann ein Brennstoffzellen-Stapel gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweisen eine Einkapselung, welche ein Gehäuse und eine Abdeckung hat, welche miteinander gekoppelt (z.B. kombiniert, verbunden) sind, und eine Brennstoffzellen-Anordnung, in welcher eine Mehrzahl von gestapelten Brennstoffzellen mittels eines vorbestimmten Drucks (z.B. mit einem vorbestimmten Druck) entlang einer Stapelrichtung mittels des Gehäuses in dem Gehäuse (z.B. mittels des Gehäuses) vorgespannt sind/werden. Die Abdeckung kann den Innenraum des Gehäuses verschließen, und das Gehäuse kann eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung in einer vertikalen/senkrechten Richtung zu der Schließrichtung der Abdeckung (z.B. in einer Richtung, die senkrecht zu der Schließrichtung der Abdeckung ist,) aufnehmen. Das Gehäuse kann ebenso ein Öffnungsende (z.B. ein offenes Ende, eine offene Seite) haben, an welchem die Abdeckung gekoppelt (z.B. mit welchem die Abdeckung verbunden/kombiniert) ist.
Die Brennstoffzellen-Anordnung kann in das Gehäuse (hinein) in einer vertikalen/senkrechten Flächenrichtung (z.B. einer vertikalen/senkrechten Richtung) zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (z.B. in einer Richtung/Flächenrichtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen ist,) durch das Öffnungsende eingeführt sein/werden, wenn die Brennstoffzellen-Anordnung mittels einer Drück-Gabel entlang der Stapelrichtung der Brennstoffzellen vorgespannt ist/wird. Das Gehäuse kann beide (z.B. zwei) Seitenplatten aufweisen, welche eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung aufnehmen. Darüber hinaus können eine Mehrzahl von Gabel-Nuten, welche das Freigeben (z.B. Lösen) des Vorspannens und ein Herausziehen zu der Außenseite der Drück-Kraft (z.B. ein Herausziehen der Drück-Gabel zu einer Außenseite (hin)) erlauben, innerhalb der Fläche der beiden Seitenplatten (z.B. an einer Innenraum-Fläche von beiden Seitenplatten) angeordnet sein. Insbesondere kann jede Gabel-Nut gebildet sein, um von einem Öffnungsende zu einem Schließende des Gehäuses entlang einer Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung verbunden zu sein (z.B. um eine Verbindung von einem Öffnungsende zu einem Schließende des Gehäuses entlang einer Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung zu bilden/darzustellen, um sich von einem Öffnungsende zu einem Schließende des Gehäuses entlang einer Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung zu erstrecken). Die Drück-Gabel, die als eine Einarm-Wehr-Form gebildet ist, welche die Brennstoffzellen-Anordnung vorspannt, kann gebildet sein, um in den Innenraum des Gehäuses (hinein) in der Stapelrichtung (z.B. Einführungsrichtung) der Brennstoffzellen eingeführt zu sein/werden (z.B. Die Drück-Gabel, die als eine Einarm-Wehr-Form gebildet ist, welche die Brennstoffzellen-Anordnung in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen vorspannt, kann gebildet sein, um in den Innenraum des Gehäuses (hinein) eingeführt zu sein/werden).
Ferner kann ein Montageverfahren für einen Brennstoffzellen-Stapel gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweisen Bereitstellen eines Gehäuses, von welchem eine Fläche offen ist und die verbleibenden Flächen geschlossen sind, und einer Abdeckung, die an ein Öffnungsende des Gehäuses gekoppelt ist, Stapeln von Brennstoffzellen zwischen Stromkollektoren von (z.B. an) beiden Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung und Kraftausüben auf die (z.B. Vorspannen der) Stromkollektoren mittels einer Drück-Gabel entlang einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen an (z.B. bei) den beiden Seiten davon und Einführen des Stromkollektors und der Brennstoffzellen-Anordnung der (z.B. mit den) Brennstoffzellen, die mittels der Drück-Gabel vorgespannt ist, in das Gehäuse (hinein) durch das Öffnungsende in einer vertikalen/senkrechen Richtung zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (z.B. in einer Richtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen ist).
Ferner kann das Verfahren gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner aufweisen Freigeben (z.B. Lösen) des Drucks der Drück-Gabel (z.B. des Vorspannens der Drück-Gabel), Einführen der Drück-Gabel in eine Gabel-Nut der Innenraum-Fläche des Gehäuses in einer Stapelrichtung (z.B. Einführungsrichtung) der Brennstoffzellen (hinein) und Herausziehen der Drück-Gabel zu einer Außenseite des Gehäuses (hin) durch die Gabel-Nut. Die Gabel-Nut kann eine größere Tiefe als eine Dicke der Drück-Gabel haben und kann an (z.B. bei) einer Innenraum-Fläche (z.B. Innenfläche) gebildet sein, die zu dem Stromkollektor korrespondiert. Die Drück-Gabel kann eingerichtet sein, um auf den Stromkollektor mittels einer größeren Vorspannen-Kraft als einer vorbestimmten Vorspannen-Kraft der Brennstoffzellen-Anordnung Kraft auf den Stromkollektor auszuüben (z.B. um auf den Stromkollektor eine größere Vorspannen-Kraft als eine vorbestimmte Vorspannen-Kraft der Brennstoffzellen-Anordnung auszuüben). Darüber hinaus kann ein Dickenabschnitt oder eine Gesamtdicke der Drück-Gabel entlang einer Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung in die Gabel-Nut (hinein) eingeführt sein/werden. Beim Freigeben des Drucks der Drück-Gabel kann die Innenraum-Fläche des Gehäuses die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung aufnehmen und das Öffnungsende des Gehäuses kann mittels der Abdeckung geschlossen sein/werden.
Ferner kann in dem Verfahren gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Innenraum-Fläche des Gehäuses die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung in einer senkrechten/vertikalen Richtung zu der Schließrichtung der Abdeckung (z.B. in einer Richtung, die senkrecht zu der Schließrichtung der Abdeckung ist,) aufnehmen. Die Brennstoffzellen-Anordnung kann mittels einer vorbestimmten Vorspannen-Kraft unter Verwendung einer Einkapselung, welche die Brennstoffzellen-Anordnung versiegelt, vorgespannt und verbunden (z.B. kombiniert, gekoppelt) sein/werden, und daher können Befestigungselemente zum Vorspannen und Befestigen der Brennstoffzellen, wie zum Beispiel eine Endplatte, ein Befestigungsband, eine Schraubenstange (z.B. eine Gewindestange) und eine Mutter, weggelassen sein/werden.
Dementsprechend können in einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die gesamten Montagevorgänge (z.B. die Gesamtzahl der Montagevorgänge) zum Herstellen (z.B. Montieren) des Brennstoffzellen-Stapels und die Montagekomponenten (z.B. die zu montierenden Komponenten) reduziert sein/werden und das Gewicht des Brennstoffzellen-Stapels kann reduziert sein/werden. Darüber hinaus werden Effekte, die von exemplarischen (z.B. durch exemplarische) Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten (z.B. erlangt) oder erwartet werden können, in der folgenden ausführlichen Beschreibung direkt oder andeutungsweise beschrieben. Das heißt, verschiedene Effekte, die von exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erwartet werden, werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung beschrieben.
Figurenliste
Die Zeichnungen sind zur Referenz beim Beschreiben von exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt und der technische Gehalt der vorliegenden Erfindung sollte nicht nur mittels der begleitenden Zeichnungen ausgelegt werden.

1 ist eine detaillierte perspektivische Ansicht, welche einen Brennstoffzellen-Stapel gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
2 ist eine detaillierte perspektivische Teilansicht, welche einen Brennstoffzellen-Stapel gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
3 ist eine Querschnittsdarstellung, welche einen Brennstoffzellen-Stapel gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und
4 bis 9 sind Ansichten, welche ein Montageverfahren für einen Brennstoffzellen-Stapel gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.

Ausführliche Beschreibung
Es ist zu verstehen, dass die Begriffe „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-...“ oder ein anderer ähnlicher Begriff, welcher hier verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen einschließt, wie zum Beispiel Personenkraftfahrzeuge, einschließlich Sportnutzfahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, zahlreiche kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl an Booten und Schiffen, sowie Flugzeuge und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Plug-in Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge für alternative Treibstoffe (z.B. Treibstoffe, welche aus anderen Ressourcen als Erdöl hergestellt werden) einschließt. Ein Hybridfahrzeug, auf welches hier Bezug genommen wird, ist ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Energiequellen hat, z.B. Fahrzeuge, welche sowohl mit Benzin als auch elektrisch betrieben werden.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck des Beschreibens von bestimmten Ausführungsformen und ist nicht dazu gedacht, beschränkend für die Erfindung zu sein. Wie sie hierin verwendet sind, sind die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ dazu gedacht, die Pluralformen ebenso einzuschließen, außer der Kontext gibt klar anderes an. Ferner ist zu verstehen, dass die Begriffe „aufweisen“ und/oder „aufweisend“ bei Verwendung in dieser Beschreibung das Vorliegen von genannten Merkmalen, (ganzen) Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Bauteilen spezifizieren, jedoch nicht die Anwesenheit oder das Hinzufügen von einem oder mehreren weiteren Merkmalen, (ganzen) Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie er hierin verwendet ist, weist der Begriff „und/oder“ jede sowie alle Kombinationen von einem oder mehreren der dazugehörig aufgezählten Gegenstände auf.
Wenn es nicht spezifisch angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich ist, ist der Begriff „(in) etwa“, wie er hierin verwendet wird, als innerhalb eines Bereichs der üblichen Toleranzen bei dieser Technik liegend zu verstehen, zum Beispiel innerhalb von 2 Standardabweichungen vom Mittelwert liegend. „(In) Etwa“ kann verstanden werden als innerhalb von 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0,5 %, 0,1 %, 0,05 % oder 0,01 % des angegebenen Werts liegend. Außer es ist aus dem Kontext anderweitig klar, sind alle Zahlenwerte, welche hierin bereitgestellt sind, mittels des Begriffs „(in) etwa“ modifiziert.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend umfassender/ausführlicher beschrieben mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen exemplarische Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Wie ein Fachmann realisiert, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weisen modifiziert werden, ganz ohne von dem technischen Gehalt oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Um die vorliegende Erfindung zu erläutern (z.B. klar darzustellen), werden Teile, die nicht mit der Beschreibung verbunden sind, ausgelassen, und dieselben Elemente oder Äquivalente werden über die Beschreibung hinweg mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Die Größe und die Dicke einer jeden Komponente sind in den Zeichnungen willkürlich gezeigt, und die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt, und in den Zeichnungen ist die Dicke von Schichten, Filmen, Paneelen, Bereichen, etc. zur Klarheit/Übersichtlichkeit übertrieben (dargestellt). Ferner sind in der folgenden ausführlichen Beschreibung Namen von Komponenten, die in derselben Beziehung sind, in „der/die/das erste“, „der/die/das zweite“ und dergleichen unterteilt, aber die Erfindung ist nicht auf die Reihenfolge in der folgenden Beschreibung beschränkt. Darüber hinaus bezeichnen die Terminologien, wie zum Beispiel „...einheit“, „... mittel“, „...teil“ oder„... element“, die in der Beschreibung offenbart sind, eine Einheit einer enthaltenen Komponente, die mindestens eine der Funktionen oder einen der Vorgänge durchführt.
1 und 2 sind detaillierte perspektivische Ansichten, welche einen Brennstoffzellen-Stapel gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, und 3 ist eine Querschnittsdarstellung, welche einen Brennstoffzellen-Stapel gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Bezugnehmend auf 1 bis 3 ist ein Brennstoffzellen-Stapel 100 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine kollektive Struktur von Element-Zellen (z.B. einzelnen Brennstoffzellen), welche elektrische Energie erzeugt mittels einer elektrochemischen Reaktion zwischen Wasserstoff, welcher ein Brennstoff ist, und Luft, welches ein Oxidationsmittel ist.
Zum Beispiel ist der Brennstoffzellen-Stapel 100 an einem Brennstoffzellen-Fahrzeug montiert und kann eingerichtet sein, um einen Antriebsmotor (Elektromotor) mittels elektrischer Energie anzutreiben, die aus der elektrochemischen Reaktion zwischen dem Wasserstoff und der Luft erzeugt wird. Der Brennstoffzellen-Stapel 100 hat eine Struktur, in welcher eine Mehrzahl von Brennstoffzellen gestapelt sind/werden und vorgespannt (z.B. einem Druck ausgesetzt) sind/werden, um montiert zu werden. In einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Struktur des Brennstoffzellen-Stapels 100 zum Reduzieren der Montagevorgänge (z.B. Montageschritte) und Montagekomponenten (z.B. zu montierenden Komponenten) bereitgestellt.
Nachfolgend wird ein Beispiel, in welchem der Brennstoffzellen-Stapel 100 in der oberen und der unteren Richtung montiert ist/wird, basierend auf den Zeichnungen unten beschrieben. Nachfolgend sind Abschnitte zu der oberen Seite (hin) definiert, ein oberer Abschnitt, eine obere Fläche, ein oberes Ende und ein oberer Bereich zu sein, und Abschnitte zu der unteren Seite (hin) sind definiert, ein unterer Abschnitt, eine untere Fläche, ein unteres Ende und ein unterer Bereich zu sein. Indes ist/hat die obige Definition der Richtung eine relative Bedeutung, und die Richtung kann geändert sein/werden gemäß der Montagerichtung des Brennstoffzellen-Stapels 100 und einer Referenzposition, daher ist die obige Richtung nicht definitiv auf die Referenzrichtung der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschränkt.
Der Brennstoffzellen-Stapel 100 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Brennstoffzellen-Anordnung 10 und eine Einkapselung (z.B. eine Umhüllung, Umschließung) 50 aufweisen. Die Brennstoffzellen-Anordnung 10 kann aufweisen eine Mehrzahl von Brennstoffzellen 11 und einen Stromkollektor (z.B. einen Stromsammler) 15, der an (z.B. bei) einer oberen und einer unteren Seite der Brennstoffzellen-Anordnung 10 angeordnet ist, wobei die Brennstoffzellen 11 dazwischen angeordnet (z.B. eingefügt) sind. Die Brennstoffzelle 11 hat eine Element-Zelle-Konfiguration, in welcher Trennplatten an (z.B. bei) beiden Seiten einer Membran-Elektrode-Anordnung (MEA, von engl. „membrane electrode assembly“) angeordnet sind, wobei die MEA dazwischen angeordnet (z.B. eingefügt) ist. Der Stromkollektor 15 kann eingerichtet sein, um Elektrizität aufzunehmen (z.B. abzunehmen, zu sammeln), die von den Brennstoffzellen 11 erzeugt wird, und kann an (z.B. bei) einer oberen und einer unteren Seite der Brennstoffzellen 11 angeordnet sein, wobei eine Mehrzahl von gestapelten Brennstoffzellen 11 dazwischen angeordnet (z.B. eingefügt) sind, und ist eine Endstruktur, die elektrisch mit den Brennstoffzellen 11 verbunden ist.
Insbesondere kann eine Mehrzahl von Durchgängen (z.B. Durchlässen) zum Zuführen (z.B. Bereitstellen) von Wasserstoff und Luft zu den Brennstoffzellen 11 und zum Abführen (z.B. Ablassen, Entweichenlassen) von Wasserstoff, Luft und Wasser von/aus den Brennstoffzellen 11 in dem Stromkollektor 15 gebildet sein. Darüber hinaus kann ein Stromkollektor-Anschluss 17, welcher elektrisch mit dem Stromkollektor 15 verbunden ist, an (z.B. bei) dem Stromkollektor 15 installiert sein. Die Einkapselung 50 ist eine Gehäusestruktur, welche die Brennstoffzellen-Anordnung 10 einkapselt (z.B. einschließt, umgibt, ummantelt) und versiegelt, um die Brennstoffzellen-Anordnung 10 zu schützen, und eine Gehäusestruktur-Komponente, welche Funktionen des Schützens/Haltens (z.B. Tragens, Unterstützens, Aufnehmens)/lsolierens der Brennstoffzellen-Anordnung 10 hat. Zum Beispiel kann die Einkapselung 50 an einem Brennstoffzellen-Fahrzeug-Körper montiert sein. Die Einkapselung 50 stellt Schutz, wie zum Beispiel Luftdichtigkeit, Wasserdichtigkeit, etc., für die Brennstoffzellen-Anordnung bereit.
Ferner spannt die Einkapselung 50 die Brennstoffzellen-Anordnung 10 vor (z.B. übt die Einkapselung 50 einen Druck/eine Kraft auf die Brennstoffzellen-Anordnung 10 aus) und versiegelt diese mittels einer vorbestimmten Vorspannen-Kraft in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11. Die Einkapselung 50 spannt den oberen und den unteren Stromkollektor 15 der Brennstoffzellen-Anordnung 10 in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 vor (z.B. übt die Einkapselung 50 eine Kraft/einen Druck auf den oberen und den unteren Stromkollektor 15 der Brennstoffzellen-Anordnung 10 aus) und unterstützt, dass die Vorspannen-Gegenkraft in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 der Brennstoffzellen-Anordnung 10 angelegt ist/wird. In anderen Worten hat die Einkapselung 50 eine Festigkeit (z.B. Steifigkeit), welche die Brennstoffzellen-Anordnung 10, die im Innenraum enthalten ist, mittels (z.B. mit) einer vorbestimmten Vorspannen-Kraft vorspannt (z.B. welche eine vorbestimmte Vorspannen-Kraft auf die Brennstoffzellen-Anordnung 10, die im Innenraum enthalten ist, ausübt). Der obere und der untere Stromkollektor 15 können von beiden Seiten (her) vorgespannt sein/werden, und eine Kraft, welche die Brennstoffzellen 11 komprimiert (z.B. zusammendrückt) ist als eine Vorspannen-Kraft definiert. Darüber hinaus ist eine Kompression-Gegenkraft der Brennstoffzellen 11, welche an den oberen und den unteren Stromkollektor 15 angelegt ist/wird, das heißt eine Kraft, welche in die entgegengesetzte Richtung zu der Vorspannen-Richtung der Brennstoffzellen angelegt ist/wird, als eine Vorspannen-Gegenkraft definiert.
Die Einkapselung 50 kann ein Gehäuse 61 und eine Abdeckung 71 aufweisen, welche (miteinander) kombiniert (z.B. verbunden) sind/werden oder miteinander gekoppelt sind/werden, um die Brennstoffzellen-Anordnung 10 zu versiegeln. Das Gehäuse 61 bringt die Brennstoffzellen-Anordnung 10 darin (z.B. in sich) unter und kann als eine Rechteck-Körperform (z.B. eine Rechteckiger-Körper-Form) gebildet sein, von welcher eine Fläche offen ist und die verbleibenden Flächen geschlossen (z.B. verschlossen) sind. Nachfolgend wird der Öffnungsabschnitt (z.B. der offene Abschnitt) des Gehäuses 61 als ein Öffnungsende (ein oberes Ende in den Figuren) bezeichnet. Das Gehäuse 61 kann aufweisen zwei (z.B. beide) Seitenplatten 63 einer ersten Richtung (z.B. zwei Erste-Richtung-Seitenplatten 63), welche die Stromkollektoren 15 mittels beider Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung 10 halten (z.B. unterstützen), zwei (z.B. beide) Seitenplatten 65 einer zweiten Richtung (z.B. zwei Zweite-Richtung-Seitenplatten 65), welche mit den beiden Seitenplatten 63 der ersten Richtung verbunden sind und die anderen Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung 10 halten (z.B. unterstützen), und eine Basisplatte 67, welche mit den beiden Seitenplatten 63 der einen Richtung (z.B. mit den beiden Seitenplatten 63 der ersten Richtung) und den beiden Seitenplatten 65 der anderen Richtung (z.B. den beiden Seitenplatten 65 der zweiten Richtung) verbunden sind. In anderen Worten weist das Gehäuse auf einen ersten Satz an Seitenplatten 63, welche einen ersten Satz an Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung halten (z.B. unterstützen), und einen zweiten Satz an Seitenplatten 65, welche einen zweiten Satz an Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung halten (z.B. unterstützen). Die erste Richtung bezeichnet (z.B. bezieht sich auf) eine Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11, und die zweite Richtung bezeichnet (z.B. bezieht sich auf) eine senkrechte Richtung zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 in der XY-Ebene (z.B. eine Richtung in der XY-Ebene, die senkrecht zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 ist).
Ferner sind der erste und der zweite Satz an Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung 10 Flächen der Brennstoffzellen-Anordnung 10, die mit (z.B. von) einem vorbestimmten Druck mittels der Einkapselung 50 vorgespannt sind/werden. Daher hält (z.B. unterstützt) die Basisplatte 67 eine untere Fläche der Brennstoffzellen-Anordnung 10, die mit (z.B. von) dem vorbestimmten Druck vorgespannt ist/wird. Die obere Fläche der Brennstoffzellen-Anordnung 10, die mit (z.B. von) dem vorbestimmten Druck vorgespannt ist/wird, kann zu dem Öffnungsende des Gehäuses 61 (hin) exponiert sein. Ein Anschlussblock 19 kann mit dem Stromkollektor-Anschluss 17 des Stromkollektors 15 verbunden sein, wie oben beschrieben.
Darüber hinaus kann das Gehäuse 61 aufweisen einen Kathoden-Sauerstoff-Verminderungs(COD, von engl. „cathode oxygen depletion“)-Heizer, einen Leitungsblock (z.B. Verteilerblock), der mit einer Leitung (z.B. einem Rohr, einer Anschlussleitung, einer Versorgungsleitung) der Brennstoffzellen-Anordnung 10 verbunden ist, und eine Stromschiene, die elektrisch mit dem Anschluss-Block 19 verbunden ist, etc. Der COD-Heizer, der Leitungsblock und die Stromschiene sind in der Technik weithin bekannt und daher wird eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen. Das Gehäuse 61 kann ferner Montagemittel, wie zum Beispiel eine Platte, einen Block, eine Schulter/einen Kragen, etc., aufweisen, um umgebende (z.B. umliegende) Komponenten, wie zum Beispiel den COD-Heizer, den Leitungsblock und die Stromschiene, etc., zu montieren. Die Befestigungselemente und die Montagemittel werden verwendet, um die umgebenden (z.B. umliegenden) Komponenten an (z.B. auf) dem Gehäuse 61 und das Gehäuse 61 an (z.B. auf) einem Fahrzeug-Körper zu montieren. Daher werden die Befestigungselemente und die Montagemittel als das Gehäuse 61 bezeichnet, außer in außerordentlichen Fällen in der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Abdeckung 71 schließt (z.B. verschließt) das Öffnungsende des Gehäuses 61, in welchem die Brennstoffzellen-Anordnung 10 montiert ist, und kann an das Öffnungsende des Gehäuses 61 gekoppelt sein. In anderen Worten, die Abdeckung 71 kann die Brennstoffzellen-Anordnung 10 darin unterbringen und kann an das Öffnungsende des Gehäuses 61 gekoppelt sein, welches die Brennstoffzellen-Anordnung 10 vorspannt.
Nachfolgend wird eine Montagestruktur der Brennstoffzellen-Anordnung 10 ausführlicher beschrieben. In einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Brennstoffzellen 11 zwischen einem oberen und einem unteren Stromkollektor 15 gestapelt sein/werden und die Brennstoffzellen-Anordnung 10 der (z.B. mit den) Brennstoffzellen 11 und die Stromkollektor 15 können in das Gehäuse 61 (hinein) durch das Öffnungsende des Gehäuses 61 eingeführt sein/werden, wenn die Stromkollektoren 15 mittels eines Drück-Mechanismus von beiden Seiten in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 vorgespannt sind/werden.
Insbesondere kann die Brennstoffzellen-Anordnung 10 in das Gehäuse 61 (hinein) durch das Öffnungsende des Gehäuses 61 in einer senkrechten (z.B. vertikalen) Flächenrichtung (z.B. Richtung) zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 (z.B. in einer Flächenrichtung/Richtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 ist,) eingeführt sein/werden. Die senkrechte Flächenrichtung zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 bezeichnet eine Richtung, bei (z.B. in) welcher die untere Fläche der vorgespannten Brennstoffzellen-Anordnung 10 an (z.B. auf) der Basisplatte 67 angeordnet ist. Die Basisplatte 67 hält (z.B. unterstützt) eine Einführungsrichtung-Fläche der Brennstoffzellen-Anordnung 10.
Darüber hinaus kann in einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Druck des Drück-Mechanismus eliminiert sein/werden, wenn die Brennstoffzellen-Anordnung 10, die mittels des Drück-Mechanismus vorgespannt ist, in das Gehäuse 61 in der senkrechten Flächenrichtung zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (hinein) eingeführt ist/wird. Dann halten (z.B. unterstützen) beide Seitenplatten 63 der ersten Richtung des Gehäuses 61 den Stromkollektor 15 der Brennstoffzellen-Anordnung 10 und nehmen die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung 10 auf. In anderen Worten spannen beide Seitenplatten 63 der ersten Richtung die Brennstoffzellen-Anordnung 10 in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 vor und halten (z.B. unterstützen) den Stromkollektor 15, an welchem die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung 10 angelegt ist/wird.
Der Drück-Mechanismus weist eine Drück-Gabel 91 (nachfolgend wird auf 4 Bezug genommen) auf, welche eingerichtet ist, um den Stromkollektor 15 vorzuspannen, wobei die Brennstoffzellen 11 dazwischen (z.B. zwischen zwei Stromkollektoren 15) angeordnet (z.B. eingefügt) sind. Die Drück-Gabel 91 kann als ein Paar an (z.B. bei) beiden Seiten der Brennstoffzellen-Anordnung 10 bereitgestellt sein und kann gebildet sein, um eine Gabel-Form zu sein, welche eine vorbestimmte Dicke hat und eingerichtet ist, um Druck auf die Fläche auszuüben, welche den Stromkollektor 15 hält (z.B. unterstützt). Die Drück-Gabel 91 kann als eine Einarm-Wehr-Form gebildet sein, welche eine erste Seite als ein festes Ende und eine zweite Seite als ein freies Ende hat.
Ferner können die Drück-Gabel 91-Komponenten (z.B. die Komponenten der Drück-Gabel 91) eingerichtet sein, um miteinander in Kontakt zu kommen (z.B. um einander zu berühren), wenn der Druck angelegt ist/wird, und können eingerichtet sein, um Druck auf den Stromkollektor 15 der Brennstoffzellen-Anordnung 10 auszuüben. Die Komponenten der Drück-Gabel 91 können eingerichtet sein, um sich voneinander mittels der Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung 10 zu trennen, wenn der Druck freigegeben (z.B. gelöst, abgebaut) ist/wird, und können daher eingerichtet sein, um das Vorspannen der Brennstoffzellen-Anordnung 10 freizugeben (z.B. zu lösen). Die beiden Seitenplatten 63 der ersten Richtung können eine Innenraum-Haltefläche (z.B. eine Innenseite-Haltefläche) 81 aufweisen, welche den Stromkollektor 15 hält (z.B. unterstützt), an welchen eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung 10 angelegt ist, und eine Gabel-Führungseinheit 85, welche das Freigeben (z.B. Lösen, Abbauen) des Drucks und ein Herausziehen (z.B. eine Extraktion) der Drück-Gabel 91 nach außen (hin) erlaubt, kann an (z.B. bei) einer Innenraum-Fläche (z.B. Innenseite-Fläche) der beiden Seitenplatten 63 gebildet sein.
Die Innenraum-Haltefläche 81 hält (z.B. unterstützt) den Stromkollektor 15 der Brennstoffzellen-Anordnung 10 und die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung 10 (z.B. nimmt die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung 10 auf), wenn das Vorspannen der Drück-Gabel 91 freigegeben (z.B. gelöst) ist/wird. In anderen Worten kann die Innenraum-Haltefläche 81 eine Vorspannen-Fläche sein, die eingerichtet ist, um die Brennstoffzellen-Anordnung 10 in dem Gehäuse 61 in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 vorzuspannen. Die Gabel-Führungseinheit 85 kann eine Führung sein, welche die Drück-Gabel 91 führt. Die Gabel-Führungseinheit 85 kann eine Mehrzahl von Gabel-Nuten 87 aufweisen, welche an (z.B. bei) der Innenraum-Haltefläche 81 gebildet sind, um von einem Öffnungsende zu einem Schließende des Gehäuses 61 (hin) entlang der Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung 10 verbunden (z.B. gebildet) zu sein.
Die Gabel-Nut 87 kann gebildet sein, sodass die Drück-Gabel in den Innenraum des Gehäuses 61 in der Stapelrichtung (z.B. der Einführungsrichtung) der Brennstoffzellen 11 (hinein) eingeführt sein/werden kann, wenn das Vorspannen der Drück-Gabel 91 Druck auf den Stromkollektor 15 der Brennstoffzellen-Anordnung 10 von beiden Seiten in dem Gehäuse 61 ausübt. Darüber hinaus kann die Gabel-Nut 87 eine Breite haben, die zu einer Breite der Drück-Gabel 91 korrespondiert, oder eine größere Breite als die Breite der Drück-Gabel 91, und kann gebildet sein als eine größere Tiefe als die Dicke der Drück-Gabel 91. Insbesondere kann die Drück-Gabel 91 aus der Gabel-Nut 87 entfernt sein/werden (z.B. herausgeschoben sein/werden) und eingeführt sein/werden in das Gehäuse 61 (hinein), wenn die Brennstoffzellen-Anordnung 10 in das Gehäuse 61 (hinein) eingeführt ist/wird, in einem Zustand, in welchem die Brennstoffzellen-Anordnung 10 vorgespannt ist/wird. Ferner kann ein Abschnitt der Drück-Gabel 91 in die Gabel-Nut 87 (hinein) eingeführt sein/werden und kann in das Gehäuse 61 (hinein) eingeführt sein/werden, während er entlang der Gabel-Nut 87 geführt ist/wird.
Wie oben beschrieben, wenn die Drück-Gabel 91 in dem Gehäuse 61 freigegeben (z.B. gelöst) ist/wird, halten (z.B. unterstützen) beide Seitenplatten 63 der ersten Richtung des Gehäuses 61 die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung 10 durch die Innenraum-Haltefläche 81. Dementsprechend nehmen beide Seitenplatten 63 der ersten Richtung die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung 10 durch die Innenraum-Haltefläche 81 auf und fungieren (z.B. wirken) als Vorspannen-Platten, welche die Brennstoffzellen-Anordnung 10 entlang der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 vorspannen.
Ferner kann die Abdeckung 71 der Einkapselung 50 an das Öffnungsende des Gehäuses 61 gekoppelt sein und kann den Innenraum des Gehäuses 61 in einem Zustand, in welchem die Brennstoffzellen-Anordnung 10 innerhalb des Gehäuses 61 untergebracht ist, verschließen. Insbesondere nehmen beide Seitenplatten 63 der ersten Richtung des Gehäuses 61 die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung 10 in einer senkrechten (z.B. vertikalen) Richtung zu der Schließrichtung der Abdeckung 71 (z.B. in einer Richtung, die senkrecht zu der Schließrichtung der Abdeckung 71 ist,) auf und können die Brennstoffzellen-Anordnung 10 in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen vorspannen. Darüber hinaus ist in beiden Seitenplatten 63 der ersten Richtung des Gehäuses 61 die Anschluss-Nut 89, in welche der Stromkollektor-Anschluss 17 (hinein) eingeführt sein/werden kann, an (z.B. auf) der Innenraum-Haltefläche 81 gebildet. Die Anschluss-Nut 89 kann gebildet sein, um parallel zu der Gabel-Nut 87 und von dem Öffnungsende zu dem Schließende des Gehäuses 61 verbunden (z.B. sich erstreckend) zu sein.
Nachfolgend wird ein Montageverfahren für den Brennstoffzellen-Stapel 100 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf Figuren, die oben dargestellt sind, beschrieben. 4 bis 9 sind Zeichnungen zum Erklären des Montageverfahrens für einen Brennstoffzellen-Stapel gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf 4, in einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Einkapselung 50 bereitgestellt sein, welche aufweist ein Gehäuse 61, von dem eine Fläche offen ist und die verbleibenden Flächen geschlossen sind, und eine Abdeckung 71, die an ein Öffnungsende des Gehäuses gekoppelt ist. Insbesondere können beide Seitenplatten 63 einer ersten Richtung des Gehäuses 61 eine Innenraum-Haltefläche 81 aufweisen, und eine Gabel-Nut 87 und eine Anschluss-Nut 89 können mit dem Gehäuse 61 von einem Öffnungsende zu einem Schließende (hin) an (z.B. bei) der Innenraum-Haltefläche 81 verbunden sein.
Dann können in einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Brennstoffzellen, die zwischen Stromkollektoren von beiden Seiten angeordnet sind, gestapelt (angeordnet) sein/werden, und auf die Stromkollektoren kann mittels einer Drück-Gabel 91 entlang der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 an (z.B. bei) beiden Seiten Druck ausgeübt sein/werden. Insbesondere kann die Brennstoffzellen-Anordnung 10 des Stromkollektors 15 und der Brennstoffzellen 11 (z.B. die Brennstoffzellen-Anordnung 10 mit dem Stromkollektor 15 und den Brennstoffzellen 11), auf die mittels der Drück-Gabel 91 Druck ausgeübt ist/wird, in das Gehäuse 61 (hinein) durch das Öffnungsende in einer senkrechten Richtung zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 (z.B. in einer Richtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 ist,) eingeführt sein/werden. Die Brennstoffzellen-Anordnung 10 kann in das Gehäuse 61 (hinein) mittels der Drück-Gabel 91 in einer senkrechten/vertikalen Oberflächenrichtung der Brennstoffzellen 11 (z.B. einer Richtung, die vertikal/senkrecht zu einer Oberfläche der Brennstoffzellen 11 ist) eingeführt sein/werden. Die Brennstoffzellen-Anordnung 10 kann mittels einer Vorspannen-Kraft der Drück-Gabel 91 komprimiert (z.B. zusammengedrückt) sein/werden und kann eingerichtet sein, um die Kompression-Gegenkraft (z.B. Vorspannen-Gegenkraft) an die Drück-Gabel 91 anzulegen.
Insbesondere kann die Drück-Gabel 91 in das Gehäuse 61 (hinein) eingeführt sein/werden mit der Brennstoffzellen-Anordnung 10, und wie in 5 dargestellt, kann die Drück-Gabel 91 freigegeben (z.B. gelöst) oder herausgeschoben sein/werden (z.B. herausgleiten) aus der Gabel-Nut 87 von beiden Seitenplatten 63 der ersten Richtung und (kann) in das Gehäuse 61 (hinein) eingeführt sein/werden. Ferner, wie in 6 dargestellt, kann die Drück-Gabel 91 in die Gabel-Nut 87 (hinein) bis zu dem Ausmaß (z.B. der Ausdehnung) von einem Dickenabschnitt entlang der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 eingeführt sein/werden und kann in das Gehäuse 61 (hinein) eingeführt sein/werden. Wie in 7 dargestellt, kann die Drück-Gabel 91 in die Gabel-Nut 87 (hinein) bis zu dem Ausmaß (z.B. der Ausdehnung) von einer gesamten Dicke (z.B. einer Gesamtdicke) entlang der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 eingeführt sein/werden, und kann in das Gehäuse 61 (hinein) eingeführt sein/werden.
Darüber hinaus kann auf den Stromkollektor 15 eine größere Vorspannen-Kraft als eine vorbestimmte Vorspannen-Kraft durch die Drück-Gabel 91 ausgeübt sein/werden. Dementsprechend kann der Zustand, in welchem die Brennstoffzellen-Anordnung 10 von (z.B. mittels) der vorbestimmten Vorspannen-Kraft vorgespannt ist/wird, beibehalten (z.B. aufrechterhalten) sein/werden, wenn die Drück-Gabel 91 den Druck freigibt (z.B. löst, entlässt). Das Vorspannen (z.B. der Druck) der Drück-Gabel 91 kann in dem Gehäuse 61 freigegeben (z.B. gelöst) sein/werden und die Drück-Gabel 91 kann sich bewegen, um freigegeben (z.B. gelöst) zu sein/werden mittels der Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung 10, und das Vorspannen des Brennstoffzellen-Anordnung 10 kann freigegeben (z.B. gelöst) sein/werden. Insbesondere, wie in 8 dargestellt, kann die Drück-Gabel 91 in die Gabel-Nut 87 von beiden Seitenplatten 63 der ersten Richtung in dem Gehäuse 61 in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 11 (hinein) eingeführt sein/werden. In diesem Vorgang kann der Stromkollektor-Anschluss 17 des Stromkollektors 15 in die Anschluss-Nut 89 von beiden Seitenplatten 63 (hinein) eingeführt sein/werden.
Dementsprechend nehmen beide Seitenplatten 63 des Gehäuses 61 die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung 10 durch die Innenraum-Haltefläche 81 auf. Die Innenraum-Haltefläche 81 von beiden Seitenplatten 63 hält (z.B. unterstützt) den Stromkollektor 15 und kann die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung 10 aufnehmen. Dementsprechend kann in einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Brennstoffzellen-Anordnung 10 mittels der vorbestimmten Vorspannen-Kraft durch die beiden Seitenplatten 63 in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen vorgespannt sein/werden.
Ferner, wie in 9 dargestellt, kann die Drück-Gabel 91 zu einer Außenseite (z.B. aus dem Gehäuse heraus) durch die Gabel-Nut 87 der Innenraum-Haltefläche 81 herausgezogen sein/werden, und die Abdeckung 71 kann mit dem Öffnungsende des Gehäuses in einem Zustand, in welchem Komponenten, wie zum Beispiel der Anschluss-Block 19, an der Brennstoffzellen-Anordnung 10 montiert sind, gekoppelt sein/werden. Dementsprechend ist/wird die Montage des Brennstoffzellen-Stapels 100 gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vollendet (z.B. fertiggestellt). Insbesondere nehmen beide Seitenplatten 63 des Gehäuses 61 die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung 10 in einer senkrechten Richtung zu der Schließrichtung der Abdeckung 71 (z.B. in einer Richtung, die senkrecht zu der Schließrichtung der Abdeckung 71 ist,) auf, und die Brennstoffzellen-Anordnung 10 kann in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen vorgespannt sein/werden.
Gemäß dem Brennstoffzellen-Stapel 100 und dem Montageverfahren dafür gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Brennstoffzellen-Stapel 100 bereitgestellt sein/werden, in welchem die Brennstoffzellen-Anordnung 10 mittels einer vorbestimmten Vorspannen-Kraft unter Verwendung einer Einkapselung, welche die Brennstoffzellen-Anordnung 10 versiegelt, vorgespannt und kombiniert (z.B. zusammengesetzt, verbunden) ist/wird. Dementsprechend können in einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Befestigungselemente zum Vorspannen und Befestigen der Brennstoffzellen, wie zum Beispiel eine Endplatte, ein Befestigungsband, eine Schraubenstange (z.B. eine Gewindestange) und eine Mutter, weggelassen sein/werden. Dementsprechend können in einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die gesamten Montagevorgänge (z.B. die Gesamtzahl der Montagevorgänge) zum Montieren des Brennstoffzellen-Stapels 100 und die Montagekomponenten (z.B. die zu montierenden Komponenten) reduziert sein/werden und das Gewicht des Brennstoffzellen-Stapels kann reduziert sein/werden.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was gegenwärtig als exemplarische Ausführungsformen angesehen wird, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil dazu gedacht ist, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnung, die innerhalb des Umfangs der angehängten Patentansprüche enthalten sind, abzudecken.
Bezugszeichenliste

10:: Brennstoffzellen-Anordnung
11:: Brennstoffzelle
15:: Stromkollektor
17:: Stromkollektor-Anschluss
19:: Anschluss-Block
50:: Einkapselung
61:: Gehäuse
63:: Seitenplatte einer ersten Richtung (z.B. zwei/beide Seitenplatten einer ersten Richtung)
65:: Seitenplatte einer zweiten Richtung (z.B. zwei/beide Seitenplatten einer zweiten Richtung)
67:: Basisplatte
71:: Abdeckung
81:: Innenraum-Haltefläche
85:: Gabel-Führungseinheit
87:: Gabel-Nut
89:: Anschluss-Nut
91:: Drück-Gabel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020170169269 [0001]

Claims

Brennstoffzellen-Stapel, welcher aufweist: eine Brennstoffzellen-Anordnung (10), in welcher eine Mehrzahl von Brennstoffzellen (11) zwischen einem oberen und einem unteren Stromkollektor (15) gestapelt sind, und eine Einkapselung (50), welche die Brennstoffzellen-Anordnung (10) in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) vorspannt und versiegelt, wobei die Einkapselung (50) aufweist ein Gehäuse (61), in welchem eine Fläche offen ist, und eine Abdeckung (71), welche ein Öffnungsende des Gehäuses (61) verschließt, wobei die Brennstoffzellen-Anordnung (10) in das Gehäuse (61) durch das Öffnungsende in einer Flächenrichtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) ist, eingeführt ist, und wobei beide Seitenplatten des Gehäuses (61) eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) aufnehmen.
Brennstoffzellen-Stapel gemäß Anspruch 1, wobei die Brennstoffzellen-Anordnung (10) in das Gehäuse (61) in einem Zustand eingeführt ist, in welchem sie mittels einer Drück-Gabel (91) vorgespannt ist, und eine Gabel-Führungseinheit (85) an einer Innenraum-Fläche von beiden Seitenplatten gebildet ist und ein Freigeben des Vorspannens sowie ein Herausziehen der Drück-Gabel (91) erlaubt.
Brennstoffzellen-Stapel gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (61) aufweist: beide Seitenplatten einer ersten Richtung (63), welche die Stromkollektoren (15) mittels eines ersten Satzes an Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung (10) halten und eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) aufnehmen, beide Seitenplatten einer zweiten Richtung (65), die mit den beiden Seitenplatten der ersten Richtung (63) verbunden sind und einen zweiten Satz an Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung (10) halten, und eine Basisplatte (67), die mit beiden Seitenplatten der ersten Richtung (63) und beiden Seitenplatten (65) der zweiten Richtung verbunden ist und eine Fläche einer Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung (10) hält.
Brennstoffzellen-Anordnung gemäß Anspruch 3, wobei beide Seitenplatten der ersten Richtung (63) aufweisen: eine Innenraum-Haltefläche (81), welche die Stromkollektoren (15) hält, an welche eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) angelegt ist, und eine Mehrzahl von Gabel-Nuten (87), die an der Innenraum-Haltefläche (81) gebildet sind, um von einem Öffnungsende zu einem Schließende des Gehäuses (61) entlang der Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung (10) verbunden zu sein.
Brennstoffzellen-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Drück-Gabel (91) als Einarm-Wehr-Form gebildet ist, welche die Stromkollektoren (15) an beiden Seiten vorspannt, und in den Innenraum des Gehäuses (61) in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) einzuführen ist.
Brennstoffzellen-Stapel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Gabel-Nut (87) gebildet ist, um eine größere Tiefe als eine Dicke der Drück-Gabel (91) zu haben.
Brennstoffzellen-Stapel gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei ein Stromkollektor-Anschluss (17) an dem Stromkollektor (15) installiert ist, und eine Anschluss-Nut (89) an der Innenraum-Haltefläche (81) gebildet ist und parallel zu der Gabel-Nut (87) gebildet ist und in welche der Stromkollektor-Anschluss (17) eingeführt ist.
Brennstoffzellen-Stapel, welcher aufweist: eine Einkapselung (50), welche ein Gehäuse (61) und eine Abdeckung (71) hat, welche miteinander gekoppelt sind, und eine Brennstoffzellen-Anordnung (10), in welcher eine Mehrzahl von gestapelten Brennstoffzellen (11) mittels eines vorbestimmten Drucks entlang einer Stapelrichtung in dem Gehäuse (61) vorgespannt sind, wobei die Abdeckung (71) den Innenraum des Gehäuses (61) verschließt, und wobei das Gehäuse (61) eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) in einer Richtung, die senkrecht zu der Schließrichtung der Abdeckung (71) ist, aufnimmt.
Brennstoffzellen-Stapel gemäß Anspruch 8, wobei das Gehäuse (61) ein Öffnungsende hat, mit welchem die Abdeckung (71) gekoppelt ist, und die Brennstoffzellen-Anordnung (10) in das Gehäuse (61) in einer Flächenrichtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) ist, durch das Öffnungsende in einem Zustand eingeführt ist, in welchem die Brennstoffzellen-Anordnung (10) mittels einer Drück-Gabel (91) entlang der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) vorgespannt ist.
Brennstoffzellen-Stapel gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei das Gehäuse (61) aufweist beide Seitenplatten, welche eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) aufnehmen, und eine Mehrzahl von Gabel-Nuten (87), welche ein Freigeben des Vorspannens und ein Herausziehen zu der Außenseite der Drück-Kraft erlauben, wobei die Gabel-Nuten (87) an einer Innenraum-Fläche von beiden Seitenplatten angeordnet sind.
Brennstoffzellen-Stapel gemäß Anspruch 10, wobei die Gabel-Nut (87) gebildet ist, um von einem Öffnungsende zu einem Schließende des Gehäuses (61) entlang einer Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung (10) verbunden zu sein, und die Drück-Gabel (91) als eine Einarm-Wehr-Form gebildet ist, welche die Brennstoffzellen-Anordnung (10), welche in den Innenraum des Gehäuses (61) einzuführen ist, in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) vorspannt.
Montageverfahren für einen Brennstoffzellen-Stapel, welches aufweist: Bereitstellen eines Gehäuses (61), welches eine Fläche hat, die offen ist, und einer Abdeckung (71), die mit einem Öffnungsende des Gehäuses (61) gekoppelt ist, Stapeln von Brennstoffzellen (11) zwischen Stromkollektoren (15) beider Seiten und Kraftausüben auf die Stromkollektoren (15) mittels einer Drück-Gabel (91) entlang einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) an beiden Seiten davon und Einführen des Stromkollektors (15) und einer Brennstoffzellen-Anordnung (10) der Brennstoffzellen (11), die mittels der Drück-Gabel (91) vorgespannt ist, in das Gehäuse (61) durch das Öffnungsende in einer Richtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, welches ferner aufweist: Freigeben des Vorspannens der Drück-Gabel (91), Einführen der Drück-Gabel (91) in eine Gabel-Nut (87) der Innenraum-Fläche des Gehäuses (61) in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) und Herausziehen der Drück-Gabel zu einer Außenseite des Gehäuses (61) durch die Gabel-Nut (87).
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die Gabel-Nut (87) eine größere Tiefe als eine Dicke der Drück-Gabel (91) hat und an einer Innenraum-Fläche gebildet ist, die zu dem Stromkollektor (15) korrespondiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Drück-Gabel (91) mittels einer größeren Vorspannen-Kraft als einer vorbestimmten Vorspannen-Kraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) Kraft auf den Stromkollektor (15) ausübt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei ein Dickenabschnitt oder eine Gesamtdicke der Drück-Gabel (91) entlang einer Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung (10) in die Gabel-Nut (87) eingeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Innenraum-Fläche des Gehäuses (61) die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) aufnimmt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei das Öffnungsende des Gehäuses (61) mittels der Abdeckung (71) geschlossen wird, nachdem die Drück-Gabel (91) aus dem Gehäuse (61) herausgezogen ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die Innenraum-Fläche des Gehäuses (61) die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) in einer Richtung, die senkrecht zu der Schließrichtung der Abdeckung (71) ist, aufnimmt.