DE10253141B4 - Brennstoffzellenstapel und Verfahren zu dessen Zusammenbau - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Zusammenbauen eines Brennstoffzellenstapels (10), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
einen ersten Schritt zum Messen einer Genauigkeit oder Eigenschaft einer Vielzahl von in dem Brennstoffzellenstapel zu verwendenden gleichen Bauteilen (20, 30, 31, 34, 35, 36, 37, 40, 50) zum Zeitpunkt der Herstellung und Auswahl der für den Zusammenbau verwendbaren Bauteile; und
einen zweiten Schritt zum Klassifizieren der verwendbaren gleichen Bauteile auf der Grundlage der Genauigkeit oder einer Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung und zum Zusammentragen und Kombinieren der Bauteile, die im Wesentlichen die gleiche Genauigkeit oder Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung haben und als zueinander passend klassifiziert sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoffzellenstapel und ein Verfahren zu dessen Zusammenbau.
  • Ein allgemein bekannter Brennstoffzellenstapel wird gebildet, indem eine Vielzahl an einzelnen Zellen laminiert oder geschichtet wird, die jeweils eine Membranelektrodenbaugruppe (nachstehend ist diese als MEA bezeichnet) haben, die zwischen zwei Separatoren angeordnet ist. Die MEA besteht aus einer elektrolytischen Membran und Gasdiffusionselektroden. Platin als katalytische Elektroden wird an beiden Flächen der elektrolytischen Membran aufgetragen, die zwischen den Gasdiffusionselektroden angeordnet wird. Die katalytische Elektrode und die Gasdiffusionselektrode, die an einer Fläche der MEA ausgebildet sind, bilden eine Anode, und die katalytische Elektrode und die Gasdiffusionselektrode, die an der anderen Oberfläche der MEA ausgebildet sind, bilden eine Kathode. Ein Brennstoffgaskanal, der bewirkt, dass Wasserstoffgas als Brennstoffgas zu einer einzelnen Zelle verteilt wird, ist in einem Separator der Anode zugewandt ausgebildet. Ein Oxidationsgaskanal, der bewirkt, dass Luft als Oxidationsgas zu der einzelnen Zelle verteilt wird, ist in einem Separator der Kathode zugewandt ausgebildet.
  • Wenn die Streuungsbreite der Ausgabespannung unter den einzelnen Zellen, die einen Brennstoffzellenstapel bilden, zunimmt, kann sich die Gesamtleistung des Brennstoffzellenstapels verschlechtern. Somit gibt es mit der Offenbung in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP 2000-208 161 A einen Stand der Technik, bei dem Ausgabespannungen von einzelnen Zellen jeweils während der Betriebssteuerung eines Brennstoffzellenstapels einzeln überwacht werden, wobei eine Standardabweichung von den Ausgabespannungen berechnet wird und wobei die elektrische Stromdichte, die Reaktionsgasströmungsrate oder der Reaktionsgasdruck auf der Basis der Standardabweichung im Hinblick auf das Halten einer hohen Leistung des Brennstoffzellenstapels als Ganzes gesteuert wird.
  • Selbst wenn die elektrische Stromdichte, die Reaktionsgasströmungsrate oder der Reaktionsgasdruck somit auf der Grundlage einer Standardabweichung der Abgabespannungen der einzelnen Zellen gesteuert wird, hat eine allein derartige Steuerung ihre Grenzen beim Unterdrücken des Einflusses der Streuung der Ausgabespannung unter den einzelnen Zellen.
  • Die DE 691 25 265 T2 zeigt, dass die Maßgenauigkeit an einer Kathodenplatte hohe Werte annehmen kann, d. h. was als enge Fertigungstoleranz verstanden wird.
  • Die DE 35 16 7654 C2 zeigt einen Brennstoffzellenstapel, bei dem die Dichtigkeit des Verteilsystems durch den Zusammenbau – d. h. das Stapeln und Verspannen – hergestellt wird.
  • Die DE 40 09 138 A1 beschreibt die Abdichtung an verschiedenen Stellen, die mittels separater Dichtflächen gasdicht an den bipolaren Platten erfolgen soll.
  • Die DE 198 01 117 C1 zeigt Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung der Qualität eines eine Membran umfassende flächigen Elements, mit dem eine Membran auf Löcher untersucht wird.
  • Die DE 196 05 920 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Prüfung von Keramikplatten auf Dichtigkeit, indem die Platte randseitig abgedichtet und auf einer Seite davon Unterdruck aufgebracht wird.
  • Schließlich zeigt die DE 4442 285 C1 eine einzelne Brennstoffzelle, die jeweils eine negative Polplatte, eine negative Elektrode, eine Membran, eine positive Elektrode und eine positive Polplatte hat, wobei diese Brennstoffzelle als Einzelelement fertig zusammengebaut werden kann, indem ein Rahmenelement die beiden Polplatten fest miteinander verbindet.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Brennstoffzellenstapel zu schaffen, der den Einfluss der Streuung zum Zeitpunkt der Herstellung seiner Komponenten unterdrücken kann, sowie ein Verfahren zum Zusammenbau eines derartigen Brennstoffzellenstapels zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen von Anspruch 1 und hinsichtlich der Brennstoffzelle mit den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst.
  • Da in dem erfindungsgemäßen Verfahren jene in einem Brennstoffzellenstapel angewendeten Komponenten, die im Wesentlichen im Hinblick auf die Genauigkeit oder Eigenschaft im Wesentlichen gleichwertig sind, zusammengetragen und kombiniert werden, wird die Streuungsbreite der Genauigkeit oder Eigenschaft zwischen diesen Komponenten verringert. Somit kann der Einfluss einer derartigen Streuung unterdrückt werden, und ein Brennstoffzellenstapel mit ausgezeichneter Leistung kann erzielt werden.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren gemäß der Erfindung außerdem einen Schritt zum Einteilen der Komponenten in zwei oder mehr verschiedene Klassen im Hinblick auf die Genauigkeit oder eine Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung und zum Ansammeln und Kombinieren von jenen Komponenten, die im Hinblick auf die Klassen gleichwertig sind. In diesem Fall erden die Komponenten in die Klassen eingeteilt, und jene Komponenten, die im Hinblick auf die Klasse gleichwertig sind, werden zusammengetragen und kombiniert, wodurch der Effekt der Erfindung erzielt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner einen Schritt zum Einteilen der Komponenten in Klassen entsprechend zwei oder mehr geteilten Bereichen innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Bereiches im Hinblick auf die Genauigkeit oder eine Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung und zum Ansammeln und Kombinieren von jenen Komponenten, die im Hinblick auf die Klasse gleichwertig sind, haben. Da in diesem Fall die Komponenten in Klassen entsprechend den zwei oder mehr geteilten Bereichen innerhalb der vorbestimmten zulässigen Bereiche sind, können jene Komponenten ausgeschlossen werden, deren Genauigkeit oder Eigenschaft außerhalb des zulässigen Bereiches liegt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel können die Komponenten in zwei oder mehr verschiedene Klassen im Hinblick auf die Genauigkeit oder die Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung eingeteilt werden, und dass jene Komponenten, die im Hinblick auf die Klasse gleichwertig sind, zusammengetragen und kombiniert werden. In diesem Fall werden die Komponenten in die Klassen eingeteilt und jene Komponenten, die im Hinblick auf die Klasse gleichwertig sind, werden zusammengetragen und kombiniert, wodurch der Effekt der Erfindung erzielt wird.
  • Außerdem können die Komponenten in Klassen entsprechend zwei oder mehr geteilten Bereichen innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Bereiches der Genauigkeit oder Eigenschaft zu dem Zeitpunkt der Herstellung eingeteilt werden, und dass jene Komponenten, die im Hinblick auf die Klasse gleichwertig sind, zusammengetragen und kombiniert werden. Da in diesem Fall die Komponenten in die Klassen entsprechend den zwei oder mehr geteilten Bereichen innerhalb der vorbestimmten zulässigen Bereiche eingeteilt sind, können jene Komponenten ausgeschlossen werden, deren Genauigkeit oder Eigenschaft außerhalb des zulässigen Bereiches ist.
  • Bei der Erfindung sind die Komponenten nicht speziell beschränkt, solange sie aus einer Vielzahl an Bestandteilen einer einzelnen Brennstoffzelle bestehen. Beispielsweise ist es geeignet, dass die Komponenten einzelne Zellen sind, dass die Komponenten Membranelektrodenbaugruppen oder Separatoren sind, die die einzelnen Zellen bilden, oder dass die Komponenten Gasdiffusionselektrodenlagen, katalytische Elektrodenlagen oder Elektrolytmembranen sind, die Membranelektrodenbaugruppen bilden.
  • Bei der Erfindung ist der zulässige Bereich ein Bereich, bei dem keinerlei Störung bei Situationen in der Praxis bewirkt wird. Der zulässige Bereich kann beispielsweise entweder empirisch oder theoretisch bestimmt werden. Des weiteren kann der zulässige Bereich in dem Fall, bei dem eine Einteilung auf der Grundlage der Klassen ausgeführt wird, breiter als der zulässige Bereich in dem Fall sein, bei dem eine Einteilung auf der Grundlage der Klassen nicht ausgeführt wird. Das heißt wenn eine Einteilung auf der Grundlage der Klassen ausgeführt wird, ist die Streuungsbreite der Genauigkeit oder der Eigenschaft verringert, und als ein Ergebnis wird die Steuerstabilität des Brennstoffzellenstapels erhöht. Folglich ergibt sich selbst dann, wenn ein Bereich, der als unzulässig gemäß dem zugehörigen Stand der Technik erachtet wird, in den zulässigen Bereich hineingenommen ist, eine geringere Wahrscheinlichkeit für eine Störung bei der Anwendung in der Praxis.
  • Die vorstehend dargelegten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehend dargelegten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich hervor, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gesamtaufbaus eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2A zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer einzelnen Zelle zum Bilden des Brennstoffzellenstapels gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2B zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der einzelnen Zelle, die dazu gestaltet ist, den Brennstoffzellenstapel gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zu bilden, unter Betrachtung aus einem Winkel, der in 2A mit "A" gezeigt ist.
  • 3A zeigt eine Querschnittsansicht des Gesamtaufbaus der einzelnen Zelle, die nicht zusammengebaut ist.
  • 3B zeigt eine Querschnittsansicht des Gesamtaufbaus der einzelnen Zelle, die zusammengebaut ist.
  • 4 zeigt eine erläuternde Ansicht einer Prozedur, die mit der Messung eines Druckverlustes bei jeder einzelnen Zelle beginnt und die mit dem Kombinieren der einzelnen Zellen endet.
  • 5 zeigt eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Druckverlust bei der einzelnen Zelle und der Anzahl der Erzeugnisse.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Ein Brennstoffzellenstapel 10 ist ein Brennstoffzellenstapel der festen Hochpolymerart und besteht hauptsächlich aus einem Stapelaufbau, der erhalten wird, indem eine Vielzahl an einzelnen Zellen 20 als Basiseinheiten laminiert werden. Jede einzelne Zelle 20 hat eine MEA 30, die zwischen einem ersten Separator 40 und einem zweiten Separator 50 angeordnet ist.
  • Die MEA 30 ist eine Membranelektrodenbaugruppe mit einer elektrolytischen Membran 31, die zwischen einer Anode 32 und einer Kathode 33 angeordnet ist. Es sollte hierbei beachtet werden, dass die elektrolytische Membran 31 eine Proton-Leition-Austauschmembran (beispielsweise eine von DuPont® hergestellte Nafion®-Membran) ist, die aus einem festen Hochpolymermaterial wie beispielsweise Fluorharz hergestellt ist und eine hohe elektrische Leitfähigkeit im feuchten Zustand aufweist. Platin oder eine aus Platin oder einem anderen Metall bestehende Legierung wird auf beide Flächen der elektrolytischen Membran 31 aufgetragen, wodurch katalytische Elektrodenlagen 34 und 35 ausgebildet werden. Gasdiffusionselektrodenlagen 36 und 37, die aus Kohlenstofftextilien ausgebildet sind, die aus Kohlenstofffaserdrähten gewebt sind, werden außerhalb der katalytischen Elektrodenlagen 34, 35 jeweils angeordnet. Die katalytische Elektrodenlage 34 und die Gasdiffusionselektrodenlage 36 bilden die Anode 32. Die katalytische Elektrodenlage 35 und die Gasdiffusionselektrodenlage 37 bilden die Kathode 33. Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die Gasdiffusionselektrodenlagen 36 und 37 aus Kohlenstofftextilstück ausgebildet sind. Die Gasdiffusionselektrodenlagen 36 und 37 können außerdem aus Kohlenstoffpapier oder Kohlenstofffilz ausgebildet sein, der aus Kohlenstofffaser hergestellt ist, und es ist lediglich erforderlich, dass sie ein ausreichendes Gaszerstreuungsvermögen und eine ausreichende Leitfähigkeit aufzeigen.
  • Sowohl der erste als auch der zweite Separator 40 und 50 ist aus einem gegenüber Gas undurchlässigen leitfähigen Element ausgebildet, wie beispielsweise aus geformten Kohlenstoff, das durch ein Verdichten des Kohlenstoffs gegenüber Gas undurchlässig gemacht worden ist. Lochabschnitte 41 und 42 sind entlang einer der beiden entgegengesetzten Seiten des ersten Separators 40 ausgebildet. Lochabschnitte 46 und 47 sind entlang der anderen Seite des ersten Separators 40 ausgebildet. Eine gewundene konkave Nut 43 für eine Verbindung zwischen den Lochabschnitten 41 und 42 ist an einer Fläche des ersten Separators 40 ausgebildet, die der Anode 32 der MEA 30 zugewandt ist. Die konkave Nut 43 bildet einen Brennstoffgaskanal 21 in der einzelnen Zelle 20. Das heißt wenn Brennstoffgas von dem Lochabschnitt 41 bei der einzelnen Zelle 20 geliefert wird, wird das Brennstoffgas von dem Lochabschnitt 42 über die konkave Nut 43 abgegeben. Es sollte hierbei beachtet werden, dass eine Vielzahl an kleinen Vorsprüngen 44 mit einer vorbestimmten Form von einer Bodenfläche der konkaven Nut 43 vorragen. Die kleinen Vorsprünge 44 haben eine Funktion zum Sicherstellen einer ausreichenden Leitfähigkeit durch einen Kontakt zwischen ihren Endflächen und der Gasdiffusionselektrodenlage 36 der Anode 32 und zum Verbessern des Gasnutzverhältnisses durch eine Diffusion des Gases, das durch den Brennstoffgaskanal 21 strömt, der durch die konkave Nut 43 ausgebildet ist. Andererseits sind Lochabschnitte 51 und 52 entlang einer der beiden entgegengesetzten Seiten des zweiten Separators 50 ebenfalls ausgebildet. Lochabschnitte 56 und 57 sind entlang der anderen Seite des zweiten Separators 50 ausgebildet. Eine gewundene konkave Nut 53 für eine Verbindung der Lochabschnitte 56 und 57 ist an einer Fläche des zweiten Separators 50 ausgebildet, die der Kathode 33 der MEA 30 zugewandt ist. Die konkave Nut 53 bildet einen Oxidationsgaskanal 22 bei der einzelnen Zelle 20. Das heißt, wenn Brennstoffgas von dem Lochabschnitt 56 bei der einzelnen Zelle 20 geliefert wird, wird das Brennstoffgas von dem Lochabschnitt 57 durch die konkave Nut 53 abgegeben. Obwohl dies nicht gezeigt ist, sind kleine Vorsprünge, die im Wesentlichen die gleichen wie jene bei der konkaven Nut 43 sind, in der konkaven Nut 53 ausgebildet. Die Lochabschnitte 41 und 42 des ersten Separators 40 stehen mit den Lochabschnitten 51 und 52 des zweiten Separaturs 50 jeweils in Verbindung. Die Lochabschnitte 46 und 47 des ersten Separators 40 stehen mit den Lochabschnitten 56 und 57 des zweiten Separators 50 jeweils in Verbindung.
  • Der Brennstoffzellenstapel 10 wird vollendet, indem die einzelnen Zellen 20 laminiert werden und anschließend eine Kollektorplatte 11, eine Isolationsplatte 13 und eine Endplatte 15 an einem Ende und eine Kollektorplatte 12, eine Isolationsplatte 14 und eine Endplatte 16 an dem anderen Ende angeordnet werden. Die Kollektorplatten 11 und 12 sind aus einem gegenüber Gas undurchlässigen leitfähigen Element ausgebildet, wie beispielsweise kompakter Kohlenstoff, eine Kupferplatte oder dergleichen. Die Isolationsplatten 13 und 14 sind aus einem isolierenden Element wie beispielsweise Gummi, Harz oder dergleichen ausgebildet. Die Endplatten 15 und 16 sind aus einem Metall wie beispielsweise unelastischem Stahl oder dergleichen ausgebildet. Die Kollektorplatten 11 und 12 haben jeweils Ausgangsanschlüsse 17 und 18, so dass eine in dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugte elektromotorische Kraft ausgegeben werden kann. Die Endplatten 15 und 16 beaufschlagen die laminierten einzelnen Zellen 20 in der Richtung der Laminierung mittels einer (nicht gezeigten) Druckbeaufschlagungsvorrichtung mit Druck und halten somit diese.
  • In dem Brennstoffzellenstapel 10 mit den laminierten einzelnen Zellen 20 stehen die Lochabschnitte 41 und 51 von jeder der sämtlichen einzelnen Zellen 20 miteinander in Verbindung und bilden somit eine Brennstoffgasliefersammelleitung 61. Die Lochabschnitte 42 und 52 von jeder der sämtlichen einzelnen Zellen 20 stehen miteinander in Verbindung und bilden somit eine Brennstoffgasabgabesammelleitung 62. Die Lochabschnitte 46 und 56 von jeder der sämtlichen einzelnen Zellen 20 stehen miteinander in Verbindung und bilden somit eine Oxidationsgasliefersammelleitung 66. Die Lochabschnitte 47 und 57 von jeder der sämtlichen einzelnen Zellen 20 stehen miteinander in Verbindung und bilden somit eine Oxidationsgasabgabesammelleitung 67. Es sollte hierbei beachtet werden, dass ein Abdichtelement 38 in einem Zwischenraum zwischen dem ersten Separator 40 und dem zweiten Separator 50 angeordnet ist. Das Abdichtelement 38 spielt eine Rolle zum Verhindern eines Vermischens von Brennstoffgas und Oxidationsgas in jenem Abschnitt und zum Verhindern eines Austretens der Gase zu der Außenseite.
  • Wenn der Brennstoffzellenstapel 10 betrieben wird, wird Brennstoffgas (in diesem Fall Wasserstoffgas) zu der Brennstoffgasliefersammelleitung 61 mittels einer (nicht gezeigten) Steuervorrichtung geliefert und Oxidationsgas (Druckluft in diesem Fall) wird zu der Oxidationsliefersammelleitung 66 mittels der Steuervorrichtung geliefert. Dann strömt das Brennstoffgas durch den Brennstoffgaskanal 21 von jeder der einzelnen Zellen 20 und wird zu der Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 über die Brennstoffgasabgabesammelleitung 62 abgegeben. Oxidationsgas strömt durch den Oxidationsgaskanal 22 von jeder der einzelnen Zellen 22 und wird zu der Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 durch die Oxidationsgasabgabesammelleitung 67 abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird eine elektromotorische Kraft in jeder der einzelnen Zellen 20 durch eine elektrochemische Reaktion erzeugt. Da jedoch die einzelnen Zellen 20 in Reihe verbunden sind, ist die Summe der elektromotorischen Kräfte in den einzelnen Zellen 20 einer Abgabeleistung des Brennstoffzellenstapels 10 gleich.
  • Obwohl dies in den Zeichnungen des vorliegenden Ausführungsbeispiels nicht gezeigt ist, sind Kühlmittelkanäle, durch die ein Kühlmittel strömt, ebenfalls in den einzelnen Zellen 20 ausgebildet. Da die in dem Brennstoffzellenstapel 10 voranschreitende elektrochemische Reaktion eine exothermische Reaktion ist, wird die Innentemperatur des Brennstoffzellenstapels 10 in einem vorbestimmten Temperaturbereich gehalten, indem bewirkt wird, dass ein Kühlmittel durch die Kühlmittelkanäle umläuft.
  • Der Brennstoffzellenstapel 10 hat einen aus laminierten einzelnen Zellen 20 bestehenden Stapelaufbau. Es sollte hierbei beachtet werden, dass sämtliche laminierten einzelnen Zellen 20 erhalten werden, indem einzelne Zellen zusammengetragen und kombiniert werden, die im Wesentlichen den gleichen Druckverlust in dem Brennstoffgaskanal 21 haben und die im Wesentlichen den gleichen Druckverlust in dem Oxidationsgaskanal 22 haben. Obwohl die folgende Beschreibung ein Beispiel des Druckverlustes in dem Oxidationsgaskanal 22 behandelt, gilt das gleiche für den Druckverlust in dem Brennstoffgaskanal 21.
  • 4 zeigt eine erläuternde Ansicht einer Prozedur, die mit dem Messen eines Druckverlustes in jeder einzelnen Zelle beginnt und die mit dem Kombinierender einzelnen Zellen endet. Um einen Druckverlust in dem Oxidationsgaskanal 22 von jeder der einzelnen Zellen 20 zu messen, wie dies durch den Ausdruck "(1) Messung eines Druckverlustes in jeder einzelnen Zelle" aufgezeigt ist, wird eine erste Abdichtplatte 80 zunächst in einen engen Kontakt mit dem ersten Separator 40 von jedem der einzelnen Zellen 20 gebracht, so dass die Lochabschnitte 41, 42, 46 und 47 durch die erste Abdichtplatte 80 geschlossen sind.
  • Eine zweite Abdichtplatte 82 wird in einen engen Kontakt mit dem zweiten Separator 50 der einzelnen Zelle 20 gebracht, so dass die Lochabschnitte 51, 52, 56 und 57 durch die zweite Abdichtplatte 82 geschlossen sind. Jede der Abdichtplatten 80 und 82 hat eine Gummifläche, die mit der einzelnen Zelle 20 in Kontakt gelangt. Die Gummifläche schließt entsprechende Lochabschnitte in einer luftdichten Weise. Des weiteren hat die zweite Abdichtplatte 82 ein Einführloch 82a und ein Abgabeloch 82b. Das Einführloch 82a erstreckt sich von einer Seitenfläche der zweiten Abdichtplatte 82 bis zu einer Position, die dem Lochabschnitt 51 zugewandt ist. Das Abgabeloch 82b erstreckt sich von einer Position, die dem Lochabschnitt 52 zugewandt ist, zu einer Seitenfläche der zweiten Abdichtplatte 82.
  • Ein Regler 70 zum Stabilisieren eines Ausgangsdrucks, ein Filter 72 zum Entfernen von Staub aus dem Gas, eine Strömungssteuereinrichtung 74 zum Steuern einer Strömungsrate, ein Drosselventil 76 zum Einstellen der Drosselung der Gasströmung und ein erster Druckmesser 78 zum Messen eines Drucks eines Gases, das zu der einzelnen Zelle 20 geliefert wird, sind in einer Gaslieferleitung Lin eingebaut, die mit dem Einführloch 82a verbunden ist. Diese Komponenten oder Bauteile sind in dieser Reihenfolge beginnend von einem stromaufwärtigen Abschnitt der Gaslieferleitung Lin angeordnet. Andererseits sind ein zweiter Druckmesser 84 zum Messen eines Druckes eines Gases, das von der einzelnen Zelle 20 abgegeben wird, und ein Drosselventil 86 zum Einstellen der Drosselung der Gasströmung in einer Gasabgabeleitung Lout eingebaut, die mit dem Abgabeloch 82b verbunden ist. Diese Komponenten oder Bauteile sind in dieser Reihenfolge, beginnend von einem stromaufwärtigen Abschnitt der Gasabgabeleitung Lout, angeordnet. Beim Messen eines Druckverlustes wird ein Druckgas zu der Gaslieferleitung Lin geliefert und der Regler 70 wird bei einem vorbestimmten Ausgangsdruck eingestellt. Die Strömungsrate des Druckgases wird durch die Strömungssteuereinrichtung 74 eingestellt und die Drosselung des Druckgases wird durch die Drosselventile 76, 86 eingestellt. Dann wird ein von dem ersten Druckmesser 78 gelesener Wert als ein lieferseitiger Gasdruck erachtet und ein von dem zweiten Druckmesser 84 gelesener Wert wird als ein abgabeseitiger Gasdruck erachtet. Eine Differenz zwischen den beiden Gasdrücken wird berechnet und als ein Druckverlust erachtet, der dann in eine bestimmte von vorbestimmten Klassen eingeteilt wird.
  • Vor der Erläuterung der Einteilung auf der Grundlage der Klassen ist ein Verfahren zum Bestimmen der Klassen beschrieben. 5 zeigt eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Druckverlust in jeder der einzelnen Zellen und der Anzahl der Erzeugnisse. Wie dies in 5 gezeigt ist, hat der Druckverlust in dem Oxidationsgaskanal 22 einen vorbestimmten zulässigen Bereich. Wenn angenommen wird, dass die Abszissenachse den Druckverlust darstellt und dass die Ordinatenachse die Häufigkeit (die Anzahl an Erzeugnissen) darstellt, wird eine im Wesentlichen normale Verteilung erhalten. Dieser zulässige Bereich wird in zwei oder mehr kleine Bereiche geteilt, denen eine erste Klasse, eine zweite Klasse, ... und eine n-te Klasse jeweils zugeordnet ist. Die erste Klasse ist als ein Bereich mit einem minimalen Druckverlust definiert, das heißt ein Bereich mit einem minimalen Widerstand gegenüber der Gasströmung. Wenn die Ordnungszahl der Klasse zunimmt, nimmt der Druckverlust allmählich zu. Die n-te Klasse ist als ein Bereich mit einem maximalen Druckverlust definiert, das heißt ein Bereich mit einem maximalen Widerstand gegenüber der Gasströmung. Bei der Einteilung auf der Grundlage der Klassen können die kleinen Bereiche bestimmt werden, indem der zulässige Bereich entweder gleich oder ungleich geteilt wird.
  • Der Druckverlust in dem Oxidationsgaskanal 22 in der einzelnen Zelle 20 wird vermutlich gestreut, da der Oxidationsgaskanal 22 bei den Erzeugnissen geringfügig im Hinblick auf das Volumen oder die Innenform unterschiedlich ist. Eine derartig geringfügige Differenz ist vermutlich dem Umstand zuschreibbar, dass die Genauigkeit beim Ausbilden der konkaven Nut 53 des Separators 50 oder sich die Genauigkeit beim Ausbilden der kleinen, von der konkaven Nut vorragenden Vorsprünge unter den Erzeugnissen unterscheidet, dass sich die elektrolytische Membran 31, die katalytische Elektrodenlage 35 oder die Gasdiffusionselektrodenlage 37 der MEA 30 im Hinblick auf die Dicke oder Dichte unter den Erzeugnissen unterscheidet oder dass sich der Betrag des Abdichtelementes 38, das beim miteinander erfolgenden Verbinden des ersten und zweiten Separators 40 und 50 verwendet wird, bei den Erzeugnissen unterscheidet.
  • Die Einteilung auf der Grundlage der Klassen wird wie folgt ausgeführt. Das heißt, der Oxidationsgaskanal 22 der einzelnen Zelle 20, die in diesem Augenblick zu messen ist, wird in eine bestimmte Klasse in Abhängigkeit davon eingeteilt, welche der ersten bis n-ten Klasse einem Druckverlust in dem Oxidationsgaskanal 22 entspricht. In ähnlicher Weise wird der Brennstoffgaskanal 21 der einzelnen Zelle 20, die in diesem Augenblick zu messen ist, in eine bestimmte Klasse in Abhängigkeit davon eingeteilt, welche der ersten bis n-ten Klasse einem Druckverlust in dem Brennstoffgaskanal entspricht. Dann wird eine entsprechende Position der einzelnen Zelle 20, die zu diesem Zeitpunkt zu messen ist, in einer bei dem Ausdruck "(2) Einteilung auf der Grundlage von Klassen" in 4 gezeigten Tabelle, das heißt in einer Tabelle, die die Klassen des Oxidationsgaskanals 22 und des Brennstoffgaskanals 21 wiedergibt, aufgezeichnet. Wenn beispielsweise der Druckverlust in dem Oxidationsgaskanal 22 der ersten Klasse entspricht und der Druckverlust in dem Brennstoffgaskanal 21 der zweiten Klasse entspricht, wird die Position der einzelnen Zelle 20 als "Klasse 1-2" in der Tabelle aufgezeichnet.
  • Nachdem die Position von jeder einzelnen Zelle 20 als "Klasse O-O" (O gibt eine ganze Zahl gleich wie oder größer als 1 wieder) in der Tabelle aufgezeichnet worden ist, werden die einzelnen Zellen 20, die zu der gleichen Klasse gehören, zusammengetragen und so kombiniert, dass der Brennstoffzellenstapel 10 hergestellt wird, wie dies aus dem Ausdruck "(3) Kombinieren von einzelnen Zellen" in 4 hervorgeht. Beispielsweise werden die einzelnen Zellen 20, die zu "Klasse 1-1" gehören, zusammengetragen und kombiniert, oder die einzelnen Zellen 20, die zu "Klasse 1-2" gehören, werden zusammengetragen und kombiniert. Als ein Ergebnis hat der somit erhaltene Brennstoffzellenstapel 10 einen im Wesentlichen gleichen Druckverlust in dem Oxidationsgaskanal 22. Folglich strömt Oxidationsgas, das von der Oxidationsgasliefersammelleitung 66 geliefert worden ist, durch den Oxidationsgaskanal 22 von einer beliebigen der einzelnen Zellen 20, die den Brennstoffzellenstapel 10 bilden, bei einer im Wesentlichen gleichen Strömungsrate. Des Weiteren strömt, da der Brennstoffzellenstapel 10 im Wesentlichen einen gleichen Druckverlust in dem Brennstoffgaskanal 21 hat, Brennstoffgas, das von der Brennstoffgasliefersammelleitung 61 geliefert worden ist, durch den Brennstoffgaskanal 21 von einer beliebigen der einzelnen Zellen 20, die den Brennstoffzellenstapel 10 bilden, bei einer im Wesentlichen gleichen Strömungsrate. Dem gemäß tritt eine elektrochemische Reaktion im Wesentlichen in der gleichen Weise auf und eine im Wesentlichen gleiche Ausgabespannung wird in jeder der einzelnen Zellen 20 erzeugt.
  • In dem Brennstoffzellenstapel 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, das vorstehend detaillierter beschrieben ist, ist die Streuungsbreite der Eigenschaft der einzelnen Zellen 20 als eine Vielzahl von Bestandteilen, die bei dem Brennstoffzellenstapel 10 angewandt werden, das heißt die Streuungsbreite des Druckverlustes in den Gaskanälen 21 und 22 verringert. Folglich kann der Einfluss einer derartigen Streuung unterdrückt werden und es wird eine ausgezeichnete Leistung des Brennstoffzellenstapels 10 erzielt. Wenn beispielsweise die Druckverluste in den einzelnen Zellen 20 weit gestreut sind, werden die einzelnen Zellen 20 mit erwünschten Druckverlusten und die einzelnen Zellen 20 mit annähernd nicht akzeptablen Druckverlusten in dem Brennstoffzellenstapel 10 miteinander vermengt. Es ist schwierig, gleichzeitig Steuerungen auszuführen, die für die einzelnen Zellen 20 von diesen zwei verschiedenen Arten geeignet sind. Wenn jedoch die Druckverluste wie in dem Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels eng gestreut sind, enthält der jeweilige Brennstoffzellenstapel 10 lediglich die einzelnen Zellen 20, die einen im Wesentlichen gleichen Druckverlust haben. Somit muss lediglich eine Steuerung ausgeführt werden, die für die einzelnen Zellen 20 von dieser einen Art geeignet ist. Folglich ist die Steuerstabilität bei dem Brennstoffzellenstapel 10 erhöht.
  • Des Weiteren wird, da die Einteilung auf der Grundlage der Klassen gemäß den zwei oder mehr Klassen ausgeführt wird, die den vorbestimmten zulässigen Bereich bilden, jede der einzelnen Zellen 20, deren Genauigkeit oder Eigenschaftswert außerhalb des zulässigen Bereiches ist, ausgeschlossen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass der zulässige Bereich des Druckverlustes bei jedem der Gaskanäle 21 und 22 bei dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel breiter als der zulässige Bereich in dem Fall des zugehörigen Standes der Technik sein kann, bei dem die Einteilung auf der Grundlage der Klassen nicht ausgeführt wird. Das heißt, wenn eine Einteilung auf der Grundlage von Klassen ausgeführt wird, wird die Streuungsbreite des Druckverlustes bei jedem der Gaskanäle 21 und 22 verringert, und als ein Ergebnis wird die Steuerstabilität des Brennstoffzellenstapels 10 erhöht. Folglich gibt es selbst dann, wenn eine als unzulässig gemäß dem zugehörigen Stand der Technik erachtete Klasse in den zulässigen Bereich hineingenommen ist, eine geringe Möglichkeit einer Störung beim Betrieb in der Praxis.
  • Es ist unbestreitbar offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf das vorstehend erwähnte Ausführungsbeispiel beschränkt ist und dass die Erfindung in verschiedenen Modi ausgeführt werden kann, so lange diese zu dem technischen Umfang der Erfindung gehören.
  • Beispielsweise in dem Fall, bei dem hochgradig reines Wasserstoffgas als ein Brennstoffgas in einer überschüssigen Menge geliefert wird, die eine Menge weit überschreitet, die für eine elektrochemische Reaktion bei dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel erforderlich ist, wenn angenommen wird, dass die einzelnen Zellen 20 mit geringen Druckverlusten in dem Brennstoffgaskanal 21 und die einzelnen Zellen 20 mit hohen Druckverlusten in dem Brennstoffgaskanal 21 miteinander vermengt und laminiert worden sind, um den Brennstoffzellenstapel 10 herzustellen, strömt Brennstoffgas bei einer geringeren Strömungsrate durch den Brennstoffgaskanal 21 von jeder der einzelnen Zellen 20 mit hohen Druckverlusten als durch den Brennstoffgaskanal 21 von jeder der einzelnen Zellen 20 mit geringen Druckverlusten. Trotzdem ist die gelieferte Menge an Wasserstoff übermäßig und kann somit das Erfordernis der elektrochemischen Reaktion erfüllen. In einem derartigen Fall ist es nicht unbedingt erforderlich, die Streuung des Druckverlustes in dem Brennstoffkanal 21 zu berücksichtigen. Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die einzelnen Zellen 20, die einen im Wesentlichen gleichen Druckverlust in dem Brennstoffgaskanal 21 haben, zusammengetragen und kombiniert werden. Somit kann ebenfalls in Abhängigkeit von der gelieferten Menge an Brennstoffgas bestimmt werden, ob die Streuung des Druckverlustes in dem Brennstoffgaskanal 21 berücksichtigt werden muss. Das gleiche gilt für das Oxidationsgas.
  • Bei dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel werden die einzelnen Zellen 20, die einen im Wesentlichen gleichen Druckverlust in dem Oxidationsgaskanal 22 und einen im Wesentlichen gleichen Druckverlust in dem Brennstoffgaskanal 21 haben, zusammengetragen und kombiniert, um den Brennstoffzellenstapel 10 herzustellen. Es ist jedoch auch geeignet, dass die einzelnen Zellen 20, die lediglich im Wesentlichen einen gleichen Druckverlust in dem Oxidationsgaskanal 22 haben oder die lediglich einen im Wesentlichen gleichen Druckverlust in dem Brennstoffgaskanal 21 haben, zusammengetragen und kombiniert werden, um den Brennstoffzellenstapel 10 herzustellen.
  • Des Weiteren werden, obwohl die einzelnen Zellen 20, die einen im Wesentlichen gleichen Druckverlust in jedem der Gaskanäle 21 und 22 haben, zusammengetragen und kombiniert, um den Brennstoffzellenstapel 10 bei dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel herzustellen, ist es ebenfalls geeignet, dass die einzelnen Zellen 20, die eine im Wesentlichen gleiche Ausgabespannung haben, zusammengetragen und kombiniert werden, um den Brennstoffzellenstapel 10 herzustellen. In diesem Fall wird die Streuung der Ausgabespannung unter den einzelnen Zellen 20 vermindert, und eine ausgezeichnete Leistung wird in dem Brennstoffzellenstapel 10 erzielt. Beim Messen einer Ausgabespannung von jeder der einzelnen Zellen 20 wird vorzugsweise die Messung bei unverändert bleibenden Bedingungen wie beispielsweise der elektrischen Stromdichte, der Gasströmungsrate und dergleichen ausgeführt. Alternativ können außerdem die einzelnen Zellen 20, die eine im Wesentlichen gleiche IV-Eigenschaft (eine Eigenschaft, die die Beziehung zwischen der elektrischen Stromdichte und der Ausgabespannung wiederspiegelt) haben, zusammengetragen und kombiniert werden, um den Brennstoffzellenstapel 10 herzustellen. In diesem Fall wird die Streuung der IV-Eigenschaft unter den einzelnen Zellen vermindert, und eine ausgezeichnete Leistung wird in dem Brennstoffzellenstapel 10 erzielt. Alternativ können außerdem die einzelnen Zellen 20, die jeweils den ersten Separator 40 mit der konkaven Nut 43, die bei im Wesentlichen gleicher Herstellgenauigkeit ausgebildet ist, und den zweiten Separator 50 mit der konkaven Nut 53, die mit im Wesentlichen gleicher Herstellgenauigkeit ausgebildet ist, haben, zusammengetragen und kombiniert werden, um den Brennstoffzellenstapel 10 herzustellen. In diesem Fall ist die Streuungsbreite der Herstellgenauigkeit der konkaven Nut 53, die bei dem ersten Separator 40 ausgebildet ist, oder der konkaven Nut 53, die bei dem zweiten Separator 50 ausgebildet ist, verringert. Folglich ist auch die Streuungsbreite der Form, des Volumens oder dergleichen von jedem der Gaskanäle 21 und 22 unter den einzelnen Zellen 20 verringert. Als ein Ergebnis kann die Streuungsbreite des Druckverlustes oder der Ausgabespannung ebenfalls verringert werden. Alternativ können außerdem die einzelnen Zellen 20, deren Herstellgenauigkeit oder Eigenschaft der MEA 30 im Wesentlichen gleichwertig ist, zusammengetragen und kombiniert werden, um den Brennstoffzellenstapel 10 herzustellen.
  • Darüber hinaus können bei dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel außerdem die einzelnen Zellen, die im Wesentlichen einen gleichwertige Genauigkeit oder Eigenschaft bei den in dem Brennstoffzellenstapel 10 angewandten Gasdiffusionselektrodenlagen 36 und 37 zum Zeitpunkt der Herstellung haben, zusammengetragen und kombiniert werden. In diesem Fall werden vorzugsweise die einzelnen Zellen 20, die im Wesentlichen gleichwertig im Hinblick auf die Genauigkeit oder die Eigenschaft der Gasdiffusionselektrodenlage 36 an der Seite der Anode 32 sind, oder die einzelnen Zellen 20, die im Wesentlichen gleichwertig im Hinblick auf die Genauigkeit oder die Eigenschaft der Gasdiffusionselektrodenlage 37 an der Seite der Kathode 33 sind, zusammengetragen und kombiniert. Die Gasdiffusionselektrodenlage kann im Hinblick auf die erforderliche Genauigkeit oder die erforderliche Eigenschaft in Abhängigkeit von ihrer Funktion verschieden sein (das heißt in Abhängigkeit davon, ob die Gasdiffusionselektrodenlage an der Anodenseite oder an der Kathodenseite ist). Folglich werden vorzugsweise die einzelnen Zellen, die im Wesentlichen gleichwertig im Hinblick auf die Genauigkeit oder Eigenschaft im Hinblick auf die funktionsmäßig gleichwertigen Gasdiffusionselektrodenlagen sind, zusammengetragen und kombiniert.
  • Wenn die in dem Brennstoffzellenstapel angewandten Komponenten oder Bauteile im Hinblick auf die Genauigkeit oder Eigenschaft weit gestreut sind, haben einige Bauteile eine außerordentlich wunschgemäße Genauigkeit oder Eigenschaft, während andere Bauteile annähernd unakzeptabel sind. Somit ist es schwierig, gleichzeitig Steuerungen auszuführen, die für die Bauteile dieser beiden verschiedenen Arten geeignet sind. Wenn jedoch, wie aus dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel hervorgeht, die Bauteile, die eng gestreut im Hinblick auf die Genauigkeit oder Eigenschaft sind, kombiniert sind, und in dem Brennstoffzellenstapel angewendet zu werden, enthält der Brennstoffzellenstapel lediglich die Bauteile, die eine im Wesentlichen gleichwertige Genauigkeit oder Eigenschaft haben. Daher muss lediglich eine Steuerung ausgeführt werden, die für die Bauteile dieser einen Art geeignet ist, und die Steuerstabilität des Brennstoffzellenstapels ist erhöht. Somit wird eine ausgezeichnete Leistung des Brennstoffzellenstapels erzielt.
  • Der Druckverlust in dem Oxidationsgaskanal 22 von jeder der einzelnen Zellen 20 wird erhalten, indem bewirkt wird, dass Gas durch den Oxidationsgaskanal 22 strömt und eine Differenz zwischen den Gasdrücken berechnet wird, die durch einen ersten und einen zweiten Druckmesser 78, 84 erfasst werden. Dieser Druckverlust wird mit vorbestimmten Klassen so verglichen, dass eine Einteilung gemäß den Klassen ausgeführt wird. Der Druckverlust in dem Oxidationsgaskanal 22 hat einen vorbestimmten zulässigen Bereich, der in zwei oder mehr kleine Bereiche geteilt ist, die jeweils als eine erste Klasse, eine zweite Klasse, ... und eine n-te Klasse bezeichnet sind. Die einzelne Zelle 20, die zu diesem Zeitpunkt zu messen ist, wird in eine bestimmte Klasse der Klassen in Abhängigkeit davon eingeteilt, welche der ersten bis n-ten Klasse dem Druckverlust in dem Oxidationsgaskanal 22 entspricht. Die Einteilung wird in ähnlicher Weise auch bei dem Druckverlust in einem Brennstoffgaskanal 21 ausgeführt. Jene einzelnen Zellen 20, die im Hinblick auf die Klasse gleichwertig sind, werden zusammengetragen und kombiniert, um einen Brennstoffzellenstapel 10 herzustellen.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Zusammenbauen eines Brennstoffzellenstapels (10), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: einen ersten Schritt zum Messen einer Genauigkeit oder Eigenschaft einer Vielzahl von in dem Brennstoffzellenstapel zu verwendenden gleichen Bauteilen (20, 30, 31, 34, 35, 36, 37, 40, 50) zum Zeitpunkt der Herstellung und Auswahl der für den Zusammenbau verwendbaren Bauteile; und einen zweiten Schritt zum Klassifizieren der verwendbaren gleichen Bauteile auf der Grundlage der Genauigkeit oder einer Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung und zum Zusammentragen und Kombinieren der Bauteile, die im Wesentlichen die gleiche Genauigkeit oder Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung haben und als zueinander passend klassifiziert sind.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schritt ein Schritt zum Einteilen der gleichen Bauteile (20, 30, 31, 34, 35, 36, 37, 40, 50) in zwei oder mehr verschiedene Klassen der Genauigkeit oder Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung und zum Zusammentragen und Kombinieren von Bauteilen, die im Hinblick auf die Klasse gleichwertig sind, ist.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schritt ein Schritt zum Einteilen der verwendbaren gleichen Bauteile (20, 30, 31, 34, 35, 36, 37, 40, 50) in Klassen entsprechend zwei oder mehr geteilten Bereichen innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Bereiches der Genauigkeit oder Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung und zum Zusammentragen und Kombinieren von jenen gleichen Bauteilen, die im Hinblick auf die Klasse gleichwertig sind, ist.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Genauigkeit oder Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung eine Genauigkeit oder Eigenschaft einer Vielzahl an gleichen Bauteilen (20, 30, 31, 34, 35, 36, 37, 40, 50), die bei einem Brennstoffzellenstapel als im Hinblick auf die Funktion gleichwertige Komponenten angewendet werden, zum Zeitpunkt der Herstellung ist.
  5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichen Bauteile einzelne Brennstoffzellen (20) sind.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaft ein Druckverlust während einer Gasströmung durch jeden der Kanäle (21, 22) ist, die in den einzelnen Brennstoffzellen (20) ausgebildet sind.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle aus zumindest entweder Oxidationsgaskanälen (21) oder Brennstoffgaskanälen (22) bestehen.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaft eine Abgabespannung von jeder der einzelnen Brennstoffzellen (20) ist.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichen Bauteile zumindest entweder Membranelektrodenbaugruppen (30), Separatoren (40, 50), Gasdiffusionselektrodenlagen (36, 37), katalytische Elektrodenlagen (34, 35) oder elektrolytische Membranen (31) sind.
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichen Bauteile Separatoren (40, 50) sind und die Genauigkeit eine Herstellgenauigkeit einer Nut (43, 53) ist, die vorgesehen ist, um einen Gaskanal (21, 22) von jeder der einzelnen Brennstoffzellen (20) auszubilden.
  11. Brennstoffzellenstapel (10), dadurch gekennzeichnet, dass von der Vielzahl von in dem Brennstoffzellenstapel verwendeten Bauteile (20, 30, 31, 34, 35, 36, 37, 40, 50) jene kombiniert sind, die jeweils aus Klassen gleicher Bauteile zusammengestellt sind, in die sie auf Grundlage einer im Wesentlichen gleichwertigen Genauigkeit oder Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung eingeteilt sind und als zueinander passend klassifiziert sind.
  12. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichen Bauteile (20, 30, 31, 34, 35, 36, 37, 40, 50) in zwei oder mehr verschiedene Klassen im Hinblick auf die Genauigkeit oder Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung eingeteilt sind, und jene Bauteile, die im Hinblick auf die Klasse gleichwertig sind, zusammengetragen und kombiniert sind.
  13. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichen Bauteile (20, 30, 31, 34, 35, 36, 37, 40, 50) in Klassen entsprechend zwei oder mehr geteilten Bereichen innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Bereiches im Hinblick auf die Genauigkeit oder Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung eingeteilt sind, und jene Bauteile, die im Hinblick auf die Klasse gleichwertig sind, zusammengetragen und kombiniert sind.
  14. Brennstoffzellenstapel gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Genauigkeit oder Eigenschaft zum Zeitpunkt der Herstellung eine Genauigkeit oder Eigenschaft der Vielzahl an gleichen Bauteilen (20, 30, 31, 34, 35, 36, 37, 40, 50), die in dem Brennstoffzellenstapel (10) als im Hinblick auf die Funktion gleichwertige Bauteile angewandt werden, zum Zeitpunkt der Herstellung ist.
  15. Brennstoffzellenstapel gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichen Bauteile einzelne Brennstoffzellen (20) sind.
  16. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaft ein Druckverlust während einer Gasströmung durch jeden der Gaskanäle (21, 22) ist, die in den einzelnen Brennstoffzellen (20) ausgebildet sind.
  17. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle aus zumindest entweder Oxidationsgaskanälen (21) oder Brennstoffgaskanälen (22) bestehen.
  18. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaft eine Abgabespannung von jeder der einzelnen Brennstoffzellen (20) ist.
  19. Brennstoffzellenstapel gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichen Bauteile zumindest entweder Membranelektrodenbaugruppen (30), Separatoren (40, 50), Gasdiffusionselektrodenlagen (36, 37), katalytische Elektrodenlagen (34, 35) oder elektrolytische Membranen (31) sind.
  20. Brennstoffzellenstapel gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichen Bauteile Separatoren (40, 50) sind und die Genauigkeit eine Herstellgenauigkeit einer Nut (43, 53) ist, die vorgesehen ist, um einen Gaskanal von jeder der einzelnen Brennstoffzellen (20) auszubilden.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4054837B2 (ja) 2005-01-14 2008-03-05 松下電器産業株式会社 燃料電池用スタック及び燃料電池
FR2986375B1 (fr) 2012-01-30 2015-04-17 Helion Procede de fabrication d'une pile a combustible ameliore
DE102021206222A1 (de) 2021-06-17 2022-12-22 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung der Strömungsführung mindestens eines Mediums in einer Brennstoffzelle oder einem Brennstoffzellenstapel

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4009138A1 (de) * 1989-10-26 1991-09-26 Siemens Ag Festelektrolyt-hochtemperatur- brennstoffzellenmodul
DE3516765C2 (de) * 1984-05-11 1994-02-03 Alsthom Atlantique Paris Brennstoffzelle
DE4442285C1 (de) * 1994-11-28 1996-02-08 Siemens Ag Brennstoffzellen und daraus bestehende Brennstoffzellenbatterien
DE19605920A1 (de) * 1996-02-17 1997-08-21 Forschungszentrum Juelich Gmbh Vorrichtung zur Prüfung von Keramikplatten
DE69125265T2 (de) * 1990-07-24 1997-09-04 Toshiba Kawasaki Kk Separator und sein herstellungsverfahren
DE19801117C1 (de) * 1998-01-15 1999-01-07 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung der Qualität eines eine Membran umfassenden flächigen Elements
JP2000208161A (ja) * 1999-01-14 2000-07-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の運転方法及び運転装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57208077A (en) * 1981-06-17 1982-12-21 Hitachi Ltd Fuel cell
JPS63119166A (ja) 1986-11-06 1988-05-23 Toshiba Corp 燃料電池
JPH0650640B2 (ja) * 1987-09-02 1994-06-29 株式会社日立製作所 燃料電池
JP2510676B2 (ja) * 1988-06-23 1996-06-26 株式会社日立製作所 燃料電池
JPH04206361A (ja) 1990-11-30 1992-07-28 Toshiba Corp 燃料電池
EP0596366B1 (de) 1992-11-05 1997-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Einrichtung zur Wasser- und/oder Inertgasentsorgung eines Brennstoffzellenblocks
JP3244323B2 (ja) 1993-02-02 2002-01-07 三洋電機株式会社 固体電解質型燃料電池の製造方法
DE4321042C1 (de) 1993-06-25 1994-09-15 Univ Schiller Jena Defekt-Klassifizierungs-Gerät
US6083636A (en) 1994-08-08 2000-07-04 Ztek Corporation Fuel cell stacks for ultra-high efficiency power systems
JPH08271414A (ja) 1995-03-29 1996-10-18 Shizuoka Seiki Co Ltd 荒茶の分別製造方法
AU5270596A (en) 1995-03-30 1996-10-16 Pipetech Aps System identification
US5937364A (en) 1996-05-07 1999-08-10 Westgard Quality Corporation Automatic selection of statistical quality control procedures
JPH117971A (ja) 1997-06-18 1999-01-12 Mitsubishi Electric Corp 中、大容量燃料電池発電装置
JPH11329460A (ja) 1998-05-08 1999-11-30 Aisin Takaoka Ltd 燃料電池のセパレータの製造方法
JP3448550B2 (ja) 2000-06-14 2003-09-22 三洋電機株式会社 固体高分子型燃料電池スタック

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3516765C2 (de) * 1984-05-11 1994-02-03 Alsthom Atlantique Paris Brennstoffzelle
DE4009138A1 (de) * 1989-10-26 1991-09-26 Siemens Ag Festelektrolyt-hochtemperatur- brennstoffzellenmodul
DE69125265T2 (de) * 1990-07-24 1997-09-04 Toshiba Kawasaki Kk Separator und sein herstellungsverfahren
DE4442285C1 (de) * 1994-11-28 1996-02-08 Siemens Ag Brennstoffzellen und daraus bestehende Brennstoffzellenbatterien
DE19605920A1 (de) * 1996-02-17 1997-08-21 Forschungszentrum Juelich Gmbh Vorrichtung zur Prüfung von Keramikplatten
DE19801117C1 (de) * 1998-01-15 1999-01-07 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung der Qualität eines eine Membran umfassenden flächigen Elements
JP2000208161A (ja) * 1999-01-14 2000-07-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の運転方法及び運転装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP3906673B2 (ja) 2007-04-18
DE10253141A1 (de) 2003-08-07
CA2410190A1 (en) 2003-05-15
CA2410190C (en) 2011-01-25
US20030091873A1 (en) 2003-05-15
JP2003151604A (ja) 2003-05-23
US7582377B2 (en) 2009-09-01

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