DE102020133658A1

DE102020133658A1 - Brennstoffzellenmodul

Info

Publication number: DE102020133658A1
Application number: DE102020133658.6A
Authority: DE
Inventors: Tomoaki Uchiyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2021-07-22
Also published as: JP7147792B2; CN113140773A; US20210226244A1; JP2021114424A

Abstract

Die Erfindung schafft ein Brennstoffzellenmodul, das eine Verringerung der auf den Brennstoffzellenstapel wirkenden Last verhindern kann und das die Montage erleichtern kann. Bei dem hier offenbarten Brennstoffzellenmodul weist jede Endplatte auf der dem Brennstoffzellenstapel nicht zugewandten Seite, in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels betrachtet, eine Nut auf. Jedes Befestigungselement hat außerdem ein Bandteil und ein Verankerungsteil, das an zumindest einem Ende des Bandteils angeordnet ist. Das Verankerungsteil ist über das Verbindungselement mit der Endplatte verbunden, wobei der Spitzenabschnitt des Verankerungsteils eine in zumindest einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte zur Nut der Endplatte komplementäre Form aufweist und in die Nut der Endplatte eingepasst ist, wodurch das Befestigungselement an der Endplatte befestigt ist.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellenmodul.
HINTERGRUND
Es sind Brennstoffzellenmodule bekannt, die einen Brennstoffzellenstapel, in dem mehrere Brennstoffzellen gestapelt sind, und ein Paar von Endplatten aufweisen, die den Brennstoffzellenstapel in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels einklemmen, und die mit einem Lastaufbringungsmechanismus versehen sind, der eine Last zwischen dem Paar von Endplatten in Stapelrichtung aufbringt.
Bei dem in der PTL 1 offenbarten Brennstoffzellenmodul wird die Last auf den Brennstoffzellenstapel durch Befestigen eines Befestigungsbandes zwischen dem Paar von Endplatten aufgebracht. In der gleichen Veröffentlichung wird gelehrt, dass das Befestigungsband entlang der Endplatten gebogen ist (in einer blockierten „U‟-Form), und das Befestigungsband und die Endplatten mit Schrauben in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels verbunden sind.
Bei dem in der PTL 2 offenbarten Brennstoffzellenmodul sind Befestigungsbänder und Endplatten in der In-Ebene-Richtung der Endplatten, d.h. in der Richtung senkrecht zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels, mit Schrauben verbunden. In dieser Veröffentlichung wird angegeben, dass die Befestigungsbänder und Endplatten durch Stifte so positioniert sind, dass bei der Befestigung keine Scherkraft auf die Schrauben aufgebracht wird.
Bei dem in der PTL 3 offenbarten Brennstoffzellenmodul weisen die Befestigungsplatten und die Endplatte an einem Element einen Vorsprung und an dem anderen Element eine Ausnehmung auf, wodurch die Elemente verankert werden.
Bei dem in der PTL 4 offenbarten Brennstoffzellenmodul ist die Befestigungsplatte durch eine Hülse an der Endplatte verankert.
[ZITIERLISTE]
[P A TENTLITERA TUR]

[PTL 1] japanische Patentanmeldung JP 2017 - 063 017 A
[PTL 2] japanische Patentanmeldung JP 2010 - 251 065 A
[PTL 3] japanische Patentanmeldung JP 2017 - 152 116 A
[PTL 4] japanische Patentanmeldung JP 2019 - 140 004 A

KURZFASSUNG
[TECHNISCHES PROBLEM]
Wenn das Brennstoffzellenmodul z.B. in einem Fahrzeug montiert ist, können durch plötzliches Anfahren, Vibrationen oder eine Kollision des Fahrzeugs möglicherweise Kräfte in der Richtung senkrecht zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels entstehen. Wenn das Brennstoffzellenmodul in einem Fahrzeug montiert ist, kann es z.B. aus Platzgründen nicht mit senkrecht angeordneter Stapelrichtung montiert werden, und in Fällen, in denen es schräg montiert wurde, kann sein Eigengewicht möglicherweise eine Kraft in der Richtung senkrecht zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels erzeugen.
Bei der Anwendung eines Brennstoffzellenmoduls, das eine Konstruktion verwendet, bei der der Brennstoffzellenstapel durch Befestigungsendplatten und ein Befestigungselement unter Verwendung von Verbindungselementen, wie z.B. Verbindungsschrauben, wie in der PTL 1 offenbart, eingespannt ist, haben die Erfinder festgestellt, dass eine Kraft, die in der In-Ebenen-Richtung der Endplatten aufgebracht wird, eine Scherkraft verursachen kann, die auf die Verbindungselemente aufgebracht wird, was zu einem Nachgeben bzw. Bruch der Verbindungselemente führt, und dass dies die auf den Brennstoffzellenstapel aufgebrachte Last verringern kann und folglich die Energieerzeugungsleistung des Brennstoffzellenmoduls verringert.
Darüber hinaus verwenden die in den PTLs 2 bis 4 offenbarten Brennstoffzellenmodule mehrere Teile, um den Brennstoffzellenstapel einzuspannen. Die Erfinder haben festgestellt, dass es im Hinblick auf eine leichtere Montage des Brennstoffzellenmoduls wünschenswert ist, die Anzahl der Teile zu reduzieren, die verwendet werden, um den Brennstoffzellenstapel zu fixieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellenmodul zu schaffen, das eine geringere Verringerung der auf den Brennstoffzellenstapel wirkenden Last aufweisen kann und das den Zusammenbau erleichtern kann.
[LÖSUNG DES PROBLEMS]
Die Erfinder haben festgestellt, dass diese Aufgabe durch die folgenden Mittel gelöst werden kann.
<Aspekt 1 >
Ein Brennstoffzellenmodul, aufweisend:

einen Brennstoffzellenstapel, in dem eine oder mehrere Brennstoffzelleneinheitszellen gestapelt sind,
ein Paar von Endplatten, die den Brennstoffzellenstapel in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels einspannen, und

Befestigungselemente, die an dem Paar von Endplatten befestigt sind, wodurch der Brennstoffzellenstapel festgehalten wird,
wobei:

jede Endplatte auf der dem Brennstoffzellenstapel nicht zugewandten Seite, in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels betrachtet, Nuten aufweist,
jedes Befestigungselement ein Bandteil und ein Verankerungsteil aufweist, das an zumindest einem Ende des Bandteils angeordnet ist, und
das Verankerungsteil durch ein Verbindungselement mit der Endplatte verbunden ist, wobei ein Spitzenabschnitt des Verankerungsteils eine in zumindest einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte zu einer Nut der Endplatte komplementäre Form aufweist und in die Nut der Endplatte eingepasst ist, wodurch das Befestigungselement an der Endplatte befestigt ist.

<Aspekt 2>
Das Brennstoffzellenmodul nach Aspekt 1, wobei das Verankerungsteil an beiden Enden des Bandteils des Befestigungselements angeordnet ist.
<Aspekt 3>
Das Brennstoffzellenmodul nach Aspekt 1 oder 2, wobei der Spitzenabschnitt des Verankerungsteils, in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels betrachtet, eine in alle Richtungen innerhalb der Ebene der Endplatte zur Nut der Endplatte komplementäre Form aufweist.
<Aspekt 4>
Das Brennstoffzellenmodul nach einem der Aspekte 1 bis 3, wobei der Spitzenabschnitt des Verankerungsteils, in einer Richtung senkrecht zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels betrachtet, in Richtung der Endplattenseite vorsteht.
<Aspekt 5>
Das Brennstoffzellenmodul nach einem der Aspekte 1 bis 4, wobei sich der Spitzenabschnitt des Verankerungsteils in seiner Dicke von dessen übrigen Teilen unterscheidet.
<Aspekt 6>
Das Brennstoffzellenmodul nach einem der Aspekte 1 bis 5, wobei das Bandteil und das Verankerungsteil des Befestigungselements unterschiedliche Teile sind und miteinander verschweißt sind.
<Aspekt 7>
Das Brennstoffzellenmodul nach einem der Aspekte 1 bis 5, wobei das Befestigungselement durch ein einziges Teil gebildet ist
[VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG]
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Brennstoffzellenmodul zu schaffen, das eine Verringerung der auf den Brennstoffzellenstapel wirkenden Last verhindern kann und das die Montage erleichtern kann.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung, die ein Brennstoffzellenmodul 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Endplatte 12 des Brennstoffzellenmoduls 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 ist eine schematische Darstellung, die ein Befestigungselement 13 des Brennstoffzellenmoduls 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 ist eine schematische Darstellung des Brennstoffzellenmoduls 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung, betrachtet entlang des Schnitts A-A' in 1.
5 ist eine vergrößerte Ansicht des in 4 mit X bezeichneten Bereichs.
6 ist eine schematische Darstellung, die einen Teil eines Befestigungselements 13 eines Brennstoffzellenmoduls 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
7 ist eine schematische Darstellung, die einen Teil eines Befestigungselements 13 eines Brennstoffzellenmoduls 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
8 ist eine schematische Darstellung, die einen Teil des Befestigungselements 13 eines Brennstoffzellenmoduls 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der Erfindung werden nun im Detail erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen realisiert werden, die nicht von der Grundidee abweichen.
Das Brennstoffzellenmodul der Erfindung weist einen Brennstoffzellenstapel auf, in dem eine oder mehrere Brennstoffzelleneinheitszellen zusammen gestapelt sind, ein Paar von Endplatten, die den Brennstoffzellenstapel in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels einklemmen, und Befestigungselemente, die an dem Paar von Endplatten befestigt sind, wodurch der Brennstoffzellenstapel eingespannt wird.
In dem Brennstoffzellenmodul der Erfindung hat jede Endplatte auf der dem Brennstoffzellenstapel nicht zugewandten Seite, in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels betrachtet, Nuten. Jedes Befestigungselement weist außerdem ein Bandteil und ein Verankerungsteil auf, das an zumindest einem Ende des Bandteils angeordnet ist. Das Verankerungsteil ist über das Verbindungselement mit der Endplatte verbunden, wobei der Spitzenabschnitt eine in zumindest einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte zu einer Nut der Endplatte komplementäre Form aufweist und in die Nut der Endplatte eingepasst ist, wodurch das Befestigungselement an der Endplatte befestigt ist.
Bei dem Brennstoffzellenmodul der Erfindung weist der Spitzenabschnitt des Verankerungsteils des Befestigungselements eine Form auf, die in zumindest einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte komplementär zur Nut der Endplatte ist, und er ist in die Nut der Endplatte eingepasst. Das heißt, das Befestigungselement ist so in die Nut der Endplatte eingepasst, dass es sich in zumindest einer Richtung relativ zur Endplatte nicht bewegt.
Auf diese Weise wird auch bei einer Krafteinwirkung von außerhalb des Brennstoffzellenmoduls in dieser Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte, beispielsweise und insbesondere wenn das Brennstoffzellenmodul mit einem anderen Gegenstand kollidiert ist oder Vibrationen ausgesetzt war, die Veränderung der relativen Lagebeziehung zwischen der Endplatte und dem Verankerungsteil des Befestigungselements reduziert. Dies reduziert die Scherkraft, die durch die Veränderung der relativen Lagebeziehung zwischen den Endplatten und dem Verankerungsteil des Befestigungselements auf das Verbindungselement aufgebracht wird.
Auf diese Weise kann eine Verringerung der auf den Brennstoffzellenstapel wirkenden Last, die durch einen Bruch der Verbindungselemente verursacht wird, verhindert werden. Eine Verringerung der Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenmoduls kann somit reduziert werden.
Darüber hinaus ist bei dem Brennstoffzellenmodul der Erfindung das Verankerungsteil eines jeden Befestigungselements durch das Verbindungselement mit der Endplatte verbunden, und da der Spitzenabschnitt des Verankerungsteils eine Form aufweist, die in zumindest einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte komplementär zur Nut der Endplatte ist, und in die Nut der Endplatte eingepasst ist, kann das Befestigungselement an der Endplatte so befestigt werden, dass es sich in zumindest einer Richtung relativ zur Endplatte nicht bewegt. Mit anderen Worten kann bei dem Brennstoffzellenmodul der Erfindung das Befestigungselement mit einer geringen Anzahl von Teilen an jeder Endplatte befestigt werden. Das Brennstoffzellenmodul der Erfindung ist daher einfach zu montieren.
Die 1 bis 5 sind schematische Darstellungen eines Brennstoffzellenmoduls 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, weist das Brennstoffzellenmodul 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung einen Brennstoffzellenstapel 11 auf, in dem eine oder mehrere Brennstoffzelleneinheitszellen 11a gestapelt sind, ein Paar von Endplatten 12, die den Brennstoffzellenstapel 11 in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels 11 einklemmen, und Befestigungselemente 13, die an dem Paar von Endplatten 12 befestigt sind und dadurch den Brennstoffzellenstapel 11 einspannen.
Wie in 2 gezeigt, weist jede Endplatte 12 des Brennstoffzellenmoduls 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung, in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels 11 betrachtet, auf der dem Brennstoffzellenstapel 11 nicht zugewandten Seite Nuten 12a zur Aufnahme der Spitzenabschnitte 13c der Verankerungsteile 13b jedes der Befestigungselemente 13 auf. Die Endplatte 12 hat Schraubenlöcher 12b zum Einsetzen und Verankern von Schrauben 14, die als Verbindungselemente dienen, und Nuten 12c, die sich über die Abschnitte erstrecken, die mit den Verankerungsteilen 13b der Befestigungselemente 13 in Kontakt sind. Die Nuten 12a zur Aufnahme der Spitzenabschnitte 13c der Verankerungsteile 13b der Befestigungselemente 13 sind tiefere Nuten als die Nuten 12c, die die Abschnitte überspannen, die mit den Verankerungsteilen 13b der Befestigungselemente 13 in Kontakt sind.
Wie in 3 gezeigt, hat jedes Befestigungselement 13 des Brennstoffzellenmoduls 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung ein Bandteil 13a und Verankerungsteile 13b, die an beiden Enden des Bandteils 13a angeordnet sind. Im montierten Zustand des Brennstoffzellenmoduls 1 erstreckt sich das Bandteil 13a zwischen den Endplatten 12 und an den Seitenflächen des Brennstoffzellenstapels 11. Darüber hinaus erstreckt sich im montierten Zustand des Brennstoffzellenmoduls 1 jedes Verankerungsteil 13b auf der Seite der Endplatte 12, die nicht dem Brennstoffzellenstapel 11 zugewandt ist, und jeder Spitzenabschnitt 13c des Verankerungsteils 13b ragt, in der Richtung senkrecht zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels 11 betrachtet, zur Seite der Endplatte 12. Jeder Spitzenabschnitt 13c des Verankerungsteils 13b hat eine zur Nut 12a der Endplatte 12 komplementäre Form in zumindest einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte 12. Das Verankerungsteil 13b hat auch eine Durchgangsbohrung 13d für eine Schraube 14, um das Einsetzen der Schrauben als Verbindungselement zu ermöglichen.
4 ist eine schematische Darstellung des Brennstoffzellenmoduls 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung, betrachtet entlang des Schnitts A-A' in 1. Wie in 4 dargestellt, ist das Verankerungsteil 13b des Befestigungselements 13 über eine als Verbindungselement dienende Schraube 14 mit der Endplatte 12 verbunden. Der Spitzenabschnitt 13c des Verankerungsteils 13b hat in zumindest einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte 12 (die Rechts-Links-Richtung in 4) eine komplementäre Form. Der Spitzenabschnitt 13c des Verankerungsteils 13b ist somit in die Nut 12a der Endplatte 12 eingepasst, so dass er sich in zumindest einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte 12 (die Rechts-Links-Richtung in 4) nicht bewegt. Zwischen der Schraube 14 und dem Verankerungsteil 13b des Befestigungselements 13 ist außerdem eine Unterlegscheibe 15 angeordnet.
5 ist eine vergrößerte Ansicht des in 4 mit X bezeichneten Abschnitts. Wie in 5 gezeigt, ist in dem Brennstoffzellenmodul 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung das Verankerungsteil 13b des Befestigungselements 13 mit der Endplatte 12 durch die Schraube 14 verbunden, die als Verbindungselement dient, und der Spitzenabschnitt 13c des Verankerungsteils 13b ist in die Nut 12a der Endplatte 12 eingepasst, so dass er sich in zumindest einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte 12 (die Rechts-Links-Richtung in 5) nicht bewegt. Auch bei einer Krafteinwirkung von außerhalb des Brennstoffzellenmoduls 1 in einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte 12 wird z.B. eine Veränderung der relativen Lagebeziehung zwischen der Endplatte 12 und dem Verankerungsteil 13b des Befestigungselements 13 verhindert, wie durch die weißen Pfeile und X-Markierungen angedeutet. Dadurch wird die auf die Schraube 14 aufgebrachte Scherkraft aufgrund der Variation der relativen Lagebeziehung zwischen der Endplatte 12 und dem Verankerungsteil 13b des Befestigungselements 13 reduziert.
<Brennstoffzellenstapel>
Der Brennstoffzellenstapel besteht aus einer oder mehreren Brennstoffzelleneinheitszellen, die übereinander gestapelt sind.
Die Anzahl der Brennstoffzelleneinheitszellen im Brennstoffzellenstapel beträgt eins oder mehr. Die Anzahl der Brennstoffzelleneinheitszellen im Brennstoffzellenstapel kann in Abhängigkeit vom Verwendungszweck des Brennstoffzellenmoduls geeignet gewählt werden. Die Anzahl der Brennstoffzelleneinheitszellen im Brennstoffzellenstapel kann z.B. zwischen 1 und 1000 liegen. Die Anzahl der Brennstoffzelleneinheitszellen im Brennstoffzellenstapel kann eins oder mehr, 50 oder mehr oder 100 oder mehr und bis zu 1000, bis zu 500 oder bis zu 200 betragen. Die Anzahl der Brennstoffzelleneinheitszellen im Brennstoffzellenstapel wird typischerweise etwa 100 betragen.
Die Brennstoffzelleneinheitszelle kann einen Aufbau aufweisen, der beispielsweise eine Kathodenseparatorschicht, eine Kathodengasdiffusionsschicht, eine Kathodenkatalysatorschicht, eine Elektrolytschicht, eine Anodenkatalysatorschicht, eine Anodengasdiffusionsschicht und eine Anodenseparatorschicht umfasst, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind.
Die Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels, d.h. die Richtung, in der die Brennstoffzelleneinheitszellen geschichtet sind, kann mit der Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheitszellen, d.h. der Richtung, in der die einzelnen Schichten der Brennstoffzelleneinheitszellen geschichtet sind, übereinstimmen.
Das Material und die Form des Brennstoffzellenstapels kann jedes Material und jede Form sein, die üblicherweise für Brennstoffzellenmodule verwendet werden.
<Endplatten>
Die beiden Endplatten sind Elemente, die den Brennstoffzellenstapel in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels einspannen und mit den Befestigungselementen befestigt sind.
Jede Endplatte hat auf der Seite, die, in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels betrachtet, dem Brennstoffzellenstapel nicht zugewandt ist, Nuten. Jede Nut ist so ausgeführt, dass der Spitzenabschnitt des Verankerungsteils des Befestigungselements in zumindest einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte verschiebungssicher sitzt. Vorzugsweise durchdringt die Nut nicht die Endplatte.
Zusätzlich zu diesen Nuten kann die Endplatte noch weitere Nuten aufweisen. Die anderen Nuten können z.B. Bolzenlöcher oder Schraubenlöcher sein, wenn die Verbindungselemente, die zur Verbindung der Verankerungsteile der Befestigungselemente mit den Endplatten dienen, Bolzen oder Schrauben sind. Bei den anderen Nuten kann es sich um Nuten zur Führung der Verankerungsteile der Befestigungselemente an die richtigen Stellen auf den Endplatten handeln, sie sind jedoch hierauf nicht beschränkt. Solche Nuten durchdringen vorzugsweise nicht die Endplatten.
Das Material jeder Endplatte ist nicht besonders eingeschränkt und kann ein Metall, wie z.B. Edelstahl, oder faserverstärkter Kunststoff, wie z.B. kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff oder glasfaserverstärkter Kunststoff, sein.
Die Form der Endplatte kann eine beliebige Form sein, die es ermöglicht, den Druck, der von den Befestigungselementen ausgeübt wird, die den Brennstoffzellenstapel von außerhalb der Endplatten einspannen, auf den Brennstoffzellenstapel zu übertragen.
<Befestigungselemente>
Die Befestigungselemente sind an dem Paar von Endplatten befestigt, wodurch der Brennstoffzellenstapel eingespannt wird.
Jedes Befestigungselement weist ein Bandteil und ein Verankerungsteil auf, das an zumindest einem Ende des Bandteils angeordnet ist. Die Verankerungsteile sind vorzugsweise zumindest an beiden Enden des Bandteils angeordnet.
Jedes Verankerungsteil ist über ein Verbindungselement mit der Endplatte verbunden, wobei sein Spitzenabschnitt in die Nut der Endplatte eingepasst ist, so dass er sich in zumindest einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte nicht bewegt.
Die Dicken des Spitzenabschnitts und der anderen Teile des Verankerungsteils können gleich oder unterschiedlich sein. Wenn das Verbindungselement zur Verbindung des Verankerungsteils mit der Endplatte eine Schraube ist, kann das Verankerungsteil eine Durchgangsbohrung für die Schraube aufweisen.
Der Spitzenabschnitt des Verankerungsteils kann eine beliebige Form haben, die es erlaubt, ihn so in die Nut der Endplatte einzupassen, dass er sich in zumindest einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte nicht bewegt.
Der Spitzenabschnitt hat vorzugsweise eine Form, die, in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels betrachtet, komplementär zur Form der Nut der Endplatte ist. Wenn der Spitzenabschnitt eine Form hat, die komplementär zur Form der Nut der Endplatte ist, dann bewegt sich der Spitzenabschnitt nicht relativ zu irgendeiner der Richtungen innerhalb der Ebene der Endplatte, wodurch verhindert wird, dass durch eine Variation der relativen Lagebeziehung zwischen der Endplatte und dem Verankerungsteil des Befestigungselements in allen Richtungen innerhalb der Ebene der Endplatte eine Scherkraft auf das Verbindungselement aufgebracht wird.
Der Spitzenabschnitt kann eine Form aufweisen, die, in der Richtung senkrecht zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels betrachtet, in Richtung zur Seite der Endplatte vorsteht. Genauer gesagt kann der Spitzenabschnitt eine Form haben, die, in der Richtung senkrecht zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels betrachtet, zur Seite der Endplatte hin ansteigt oder die gebogen ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Befestigungselement aus einem einzigen Teil bestehen, oder es kann aus mehreren Teilen bestehen. Insbesondere kann das Befestigungselement das Bandteil und das Verankerungsteil als verschiedene Teile aufweisen, die durch Schweißen oder dergleichen miteinander verbunden sind. Das Befestigungselement kann auch das Bandteil und das Verankerungsteil als einstückiges Teil umfassen.
Das Material jedes Befestigungselements kann ein Metall, wie z.B. Edelstahl, oder faserverstärkter Kunststoff, wie z.B. kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff oder glasfaserverstärkter Kunststoff, sein.
6 ist eine schematische Darstellung, die einen Teil des Befestigungselements 13 eines Brennstoffzellenmoduls 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. In 6 sind das Bandteil 13a und das Verankerungsteil 13b des Befestigungselements 13 unterschiedliche Teile, die an einer Verbindungsstelle 13e miteinander verschweißt sind. Der Spitzenabschnitt 13c des Verankerungsteils 13b hat eine Form, die auf der Seite der Endplatte 12, betrachtet in Richtung senkrecht zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels, nach oben ragt, so dass er auf der Seite der Endplatte 12 herausragt. Das Verankerungsteil 13b hat eine Durchgangsbohrung 13d für eine Schraube.
7 ist eine schematische Darstellung eines Teils des Befestigungselements 13 eines Brennstoffzellenmoduls 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Das in 7 gezeigte Brennstoffzellenmodul 1 der dritten Ausführungsform der Erfindung ist bis auf die Form des Spitzenabschnitts 13c des Verankerungsteils 13b gleich wie das in 6 gezeigte Brennstoffzellenmodul 1 der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bei dem in 7 gezeigten Brennstoffzellenmodul 1 der dritten Ausführungsform der Erfindung ist der Spitzenabschnitt 13c des Verankerungsteils 13b auf der Seite der Endplatte 12, betrachtet in Richtung senkrecht zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels, gebogen und ragt dadurch auf der Seite der Endplatte 12 heraus.
8 ist eine schematische Darstellung eines Teils des Befestigungselements 13 eines Brennstoffzellenmoduls 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Bei dem in 8 dargestellten Brennstoffzellenmodul 1 der vierten Ausführungsform der Erfindung sind das Bandteil 13a und das Verankerungsteil 13b des Befestigungselements 13 aus einem einzigen Teil gebildet.
<Verbindungselemente>
Bei den Verbindungselementen kann es sich um beliebige Elemente handeln, mit denen die Verankerungsteile der Befestigungselemente mit den Endplatten verbunden werden können. Beispiele für Verbindungselemente umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Schrauben, Maschinenschrauben, Bolzen und Stifte.
Keine der Zeichnungen, die in dieser Offenbarung verwendet werden, sollen irgendwelche Beschränkungen für die Konstruktion des Brennstoffzellenmoduls der Erfindung darstellen.
Bezugszeichenliste

1: Brennstoffzellenmodul
11: Brennstoffzellenstapel
11a: Brennstoffzelleneinheitszelle
12: Endplatte
12a: Nut
12b: Schraubenloch
12c: Nutüberspannender Abschnitt, der mit dem Verankerungsteil 1 des Befestigungselements in Kontakt steht
13: Befestigungselement
13a: Bandteil
13b: Verankerungsteil
13c: Spitzenabschnitt
13d: Durchgangsbohrung für Schrauben
13e: Verbindungsstelle
14: Schraube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017063017 A [0006]
JP 2010251065 A [0006]
JP 2017152116 A [0006]
JP 2019140004 A [0006]

Claims

Brennstoffzellenmodul, aufweisend: einen Brennstoffzellenstapel, in dem eine oder mehrere Brennstoffzelleneinheitszellen gestapelt sind, ein Paar von Endplatten, die den Brennstoffzellenstapel in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels einklemmen, und Befestigungselemente, die an dem Paar von Endplatten befestigt sind, wodurch der Brennstoffzellenstapel eingespannt wird, wobei: jede Endplatte auf der dem Brennstoffzellenstapel nicht zugewandten Seite, in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels betrachtet, Nuten aufweist, jedes Befestigungselement ein Bandteil und ein Verankerungsteil aufweist, das an zumindest einem Ende des Bandteils angeordnet ist, und das Verankerungsteil durch ein Verbindungselement mit der Endplatte verbunden ist, wobei ein Spitzenabschnitt des Verankerungsteils eine in zumindest einer Richtung innerhalb der Ebene der Endplatte zu einer Nut der Endplatte komplementäre Form aufweist und in die Nut der Endplatte eingepasst ist, wodurch das Befestigungselement an der Endplatte befestigt ist.
Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 1, wobei das Verankerungsteil an beiden Enden des Bandteils des Befestigungselements angeordnet ist.
Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Spitzenabschnitt des Verankerungsteils, in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels betrachtet, eine in alle Richtungen innerhalb der Ebene der Endplatte zur Nut der Endplatte komplementäre Form aufweist.
Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Spitzenabschnitt des Verankerungsteils, in einer Richtung senkrecht zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels betrachtet, in Richtung der Endplattenseite vorsteht.
Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich der Spitzenabschnitt des Verankerungsteils in seiner Dicke von dessen übrigen Teilen unterscheidet.
Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bandteil und das Verankerungsteil des Befestigungselements unterschiedliche Teile sind und miteinander verschweißt sind.
Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Befestigungselement durch ein einziges Teil gebildet ist