DE10392585T5 - Kompakte Brennstoffzellenstapelkonstruktion - Google Patents
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Abstract
Elektrochemischer
Brennstoffzellenstapel, der umfasst:
mehrere Brennstoffzellen, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind, so dass sie einen Brennstoffzellenzusammenbau bilden, der ein gegenüberliegendes erstes Ende und zweites Ende sowie eine Länge dazwischen besitzt,
eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte, die an dem ersten Ende bzw. an dem zweiten Ende des Brennstoffzellenzusammenbaus angeordnet sind, und
wenigstens eine Seitenplatte mit einem gegenüberliegenden ersten Ende und zweiten Ende, die an der ersten Endplatte bzw. der zweiten Endplatte angebracht sind, wobei die wenigstens eine Seitenplatte die erste Endplatte und die zweite Endplatte in einer beabstandeten Beziehung hält, so dass die erste Endplatte und die zweite Endplatte auf den Brennstoffzellenzusammenbau eine Druckkraft ausübt.
mehrere Brennstoffzellen, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind, so dass sie einen Brennstoffzellenzusammenbau bilden, der ein gegenüberliegendes erstes Ende und zweites Ende sowie eine Länge dazwischen besitzt,
eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte, die an dem ersten Ende bzw. an dem zweiten Ende des Brennstoffzellenzusammenbaus angeordnet sind, und
wenigstens eine Seitenplatte mit einem gegenüberliegenden ersten Ende und zweiten Ende, die an der ersten Endplatte bzw. der zweiten Endplatte angebracht sind, wobei die wenigstens eine Seitenplatte die erste Endplatte und die zweite Endplatte in einer beabstandeten Beziehung hält, so dass die erste Endplatte und die zweite Endplatte auf den Brennstoffzellenzusammenbau eine Druckkraft ausübt.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf Brennstoffzellen und insbesondere auf Brennstoffzellen, die in einem Stapel gehalten und mit Druck beaufschlagt sind.
- Brennstoffzellenstapel umfassen typisch mehrere Brennstoffzellen, die übereinander gestapelt sind und gegeneinander gedrückt werden. Die mehreren gestapelten Brennstoffzellen bilden einen Brennstoffzellenzusammenbau, der mit Druck beaufschlagt ist, um die mehreren Brennstoffzellen in einer Druckbeziehung zu halten. Jede Brennstoffzelle umfasst typisch eine Anodenschicht, eine Katodenschicht und einen Elektrolyten, der zwischen der Anodenschicht und der Katodenschicht liegt. Der Brennstoffzellenzusammenbau erfordert eine erhebliche Druckkraft, um die Brennstoffzellen des Stapels zusammenzudrücken. Die Notwendigkeit der Druckkraft ergibt sich aus dem Gas-Innendruck der Reaktanden in den Brennstoffzellen sowie aus der Notwendigkeit, einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Innenkomponenten der Zellen aufrechtzuerhalten. Allgemein beträgt die Kraft pro Flächeneinheit insgesamt etwa 1,34 MPa-1,41 MPa (195 – 205 psi), die gleichmäßig über den gesamten aktiven Bereich der Zelle (typisch 497-1000 cm2 (77 – 155 Quadratzoll) für Kraftfahrzeugstapel) verteilt sind. Somit beträgt die typische Gesamtdruckkraft von Stapeln dieser Größe bei einer Brennstoffzelle mit einer Fläche von etwa 516 cm2 (80 Quadratzoll) etwa 68,947 kN bis 73,396 kN (15500 – 16500 Pfund).
- Herkömmliche Brennstoffzellenstapelkonstruktionen konzentrieren sich auf die Verwendung starrer Endplatten und Spannstangen, die eine Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau ausüben und aufrechterhalten. Die mehreren Brennstoffzellen oder der Brennstoffzellenzusammenbau, die zusammenzudrücken sind, liegen zwischen einem Paar starrer Endplatten. Die Endplatten werden daraufhin durch Spannstangen, die durch oder um die Endplatten verlaufen und auf die Endplatten eine Druckkraft ausüben, zusammengedrückt. Außerdem verlaufen die Spannstangen typisch über die Oberfläche der Endplatten hinaus und erhöhen dadurch das Volumen der Stapelkonstruktion. Wenn die Stapelkonstruktion Spannstangen nutzt, die um einen Umfang der Endplatte verteilt sind, um auf den Brennstoffzellenzusammenbau eine Druckkraft auszuüben, kann es schwierig sein, die Spannstangen festzuziehen, um die gewünschte Druckkraft auszuüben. Das heißt, in einem Versuch, auf den Brennstoffzellenzusammenbau eine gleichmäßig verteilte Druckkraft auszuüben, werden die Spannstangen in einem vorgegebenen Muster festgezogen. Allerdings ändert sich die durch die Endplatten ausgeübte Druckbelastung, während jede Spannstange festgezogen wird, so dass jede Spannstange in einem sich wiederholenden Prozess mehrmals erneut festgezogen werden muss, um eine allgemein gleichmäßige Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau zu erzielen. Außerdem verlaufen die Spannstangen typisch über die Oberfläche der Endplatten hinaus und erhöhen dadurch das Volumen der Stapelkonstruktion.
- Typische Anwendungen, in denen Brennstoffzellen verwendet werden, erfordern, dass der Brennstoffzellenzusammenbau in einem Schutzgehäuse eingeschlossen ist. Das typische Schutzgehäuse ist über der vorhandenen Stapelkonstruktion angebracht und trägt zu dem Volumen der Gesamtstapelkonstruktion bei. Dadurch erhöht das Schutzgehäuse die Größe der Stapelkonstruktion, wobei aus der erhöhten Größe außer dem dadurch gewährten Schutz kein weiterer Nutzen gezogen wird. Da die Brennstoffzellen typisch in Anwendungen verwendet werden, bei denen der Raum große Bedeutung hat, ist es wünschenswert, eine in einem Schutzgehäuse mit minimalem Volumen enthaltene Brennstoffzelle zu schaffen.
- Somit wäre es vorteilhaft, eine Stapelkonstruktion zu schaffen, die auf den Brennstoffzellenzusammenbau leichter eine Druckkraft ausüben kann, wobei es noch vorteilhafter wäre, wenn das Druckkraftanwendungsmittel das Volumen der Stapelkonstruktion nur minimal erhöhen würde. Außerdem wäre es vorteilhaft, ein Schutzgehäuse für einen Brennstoffzellenzusammenbau zu schaffen, das das Volumen der Stapelkonstruktion nur minimal erhöht, wobei es noch vorteilhafter wäre, wenn das Schutzgehäuse nicht nur den Brennstoffzellenzusammenbau schützen würde, sondern auch in anderer Hinsicht nützlich wäre.
- Die Erfindung ist auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zur Schaffung einer kompakten Brennstoffzellenstapelkonstruktion gerichtet, die den Brennstoffzellenzusammenbau zusammendrückt. Außerdem kann die Vorrichtung neben dem Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus ein Schutzgehäuse für den Brennstoffzellenzusammenbau schaffen.
- Ein elektrochemischer Brennstoffzellenstapel der Erfindung enthält mehrere Brennstoffzellen, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind, so dass sie einen Brennstoffzellenzusammenbau bilden. Der Brennstoffzellenzusammenbau besitzt ein gegenüberliegendes erstes Ende und zweites Ende sowie eine Länge dazwischen. An dem ersten Ende und an dem zweiten Ende des Brennstoffzellenzusammenbaus sind eine erste Endplatte bzw. eine zweite Endplatte angeordnet. An der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte ist wenigstens eine Seitenwand mit einem gegenüberliegenden ersten Ende und zweiten Ende angebracht. Die Seitenwand hält die erste Endplatte und die zweite Endplatte in einer beabstandeten Beziehung, so dass die erste Endplatte und die zweite Endplatte auf den Brennstoffzellenzusammenbau eine Druckkraft ausüben.
- Das erste Ende und das zweite Ende der Seitenwände können an der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte angebracht sein, so dass die durch die erste Endplatte und durch die zweite Endplatte auf den Brennstoffzellenzusammenbau ausgeübte Druckkraft eine vorgegebene Stärke besitzt. Alternativ können das erste Ende und das zweite Ende der Seitenwand an der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte angebracht sein, so dass die Länge des Brennstoffzellenzusammenbaus um eine vorgegebene Strecke zusammengedrückt ist.
- Vorzugsweise haben die erste Endplatte und die zweite Endplatte jeweils eine Umfangsseitenwand, die einen Umfang der Endplatten definiert und allgemein parallel zu der Länge des Brennstoffzellenzusammenbaus ist. Das erste Ende und das zweite Ende der Seitenwand sind an den Umfangsseitenwänden an der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte angebracht.
- In einer ersten bevorzugten Ausführungsform sind die erste Endplatte und die zweite Endplatte allgemein rechteckige Endplatten mit einem ersten und mit einem zweiten Paar gegenüberliegender Seitenwände, die den Umfang jeder der Endplatten definieren. Die Seitenwand ist eine von mehreren Seitenplatten, wobei wenigstens eine Seitenplatte der mehreren Seitenplatten an einer Seitenwand des ersten Paars der gegenüberliegenden Seitenwände angebracht ist und eine andere wenigstens eine Seitenplatte der mehreren Seitenplatten an einer anderen Seitenwand des ersten Paars der gegenüberliegenden Seitenwände angebracht ist.
- Vorzugsweise sind das erste und das zweite Ende der Seitenwand mit mechanischen Befestigungseinrichtungen an der ersten und an der zweiten Endplatte befestigt. Noch bevorzugter enthalten die Seitenwände einen Schlitz zur Aufnahme der mechanischen Befestigungseinrichtung.
- In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfasst ein elektrochemischer Brennstoffzellenstapel mehrere Brennstoffzellen, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind und einen Brennstoffzellenzusammenbau bilden, der ein gegenüberliegendes erstes Ende und zweites Ende sowie eine Länge dazwischen besitzt. An dem ersten Ende und an dem zweiten Ende des Brennstoffzellenzusammenbaus sind eine erste Endplatte bzw. eine zweite Endplatte angeordnet. An der ersten Endplatte und an der zweiten Endplatte ist eine Seitenwand angebracht. Die Seitenwand besitzt ein gegenüberliegendes erstes Ende und zweites Ende, die an der ersten bzw. an der zweiten Endplatte angebracht sind. Die Seitenwand umschließt einen Abschnitt des Brennstoffzellenzusammenbaus zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte und schafft ein Schutzgehäuse für den Brennstoffzellenzusammenbau. Vorzugsweise ist die Seitenwand so an den Endplatten angebracht, dass die Endplatten in einer beabstandeten Beziehung gehalten sind, so dass sie eine Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau ausüben.
- Vorzugsweise schafft die Seitenwand eine Abschirmung vor elektromagnetischer Störung bei dem Brennstoffzellenzusammenbau. Noch bevorzugter ist die Seitenwand elektrisch geerdet.
- Optional, aber bevorzugt, umfasst die Seitenwand mehrere Seitenplatten. Jede Seitenplatte der mehreren Seitenplatten umschließt eine andere Seite des Brennstoffzellenzusammenbaus zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte, so dass der gesamte Brennstoffzellenzusammenbau zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte von den mehreren Seitenplatten umschlossen ist.
- Ein Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Brennstoffzellenstapels der Erfindung umfasst die folgenden Schritte: 1) Positionieren eines Brennstoffzellenzusammenbaus zwischen einer ersten Endplatte und einer zweiten Endplatte, wobei ein erstes Ende des Brennstoffzellenzusammenbaus zu der ersten Endplatte benachbart ist und ein zweites Ende des Brennstoffzellenzusammenbaus zu der zweiten Endplatte benachbart ist; 2) Anwenden einer äußeren Druckkraft auf die wenigstens eine der Endplatten, so dass der Brennstoffzellenzusammenbau zusammengedrückt wird; 3) Anbringen einer Seitenwand an den Endplatten, wobei das erste Ende und das zweite Ende der Seitenwand an der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte angebracht werden, so dass die erste Endplatte und die zweite Endplatte in einer fest beabstandeten Beziehung bleiben und einen Innendruck erzeugen; 4) Entfernen der auf die Endplatten angewendeten äußeren Druckkraft.
- Optional, aber bevorzugt, umfasst der Schritt des Anwendens der äußeren Druckkraft das Anwenden einer äußeren Druckkraft mit einer vorgegebenen Stärke und umfasst der Schritt des Anbringens der Seitenwand das Anbringen des ersten Endes und des zweiten Endes der Seitenwand an der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte, so dass die erste Endplatte und die zweite Endplatte in einer fest beabstandeten Beziehung bleiben und auf den Brennstoffzellenzusammenbau einen Innendruck mit der vorgegebenen Stärke ausüben, wenn die äußere Druck kraft entfernt wird. Alternativ umfasst der Schritt des Anwendens der äußeren Druckkraft das Anwenden einer Druckkraft auf die Endplatten, so dass der Brennstoffzellenzusammenbau entlang der Länge um eine vorgegebene Strecke zusammengedrückt wird, und umfasst der Schritt des Anbringens der Seitenwand das Anbringen des ersten Endes und des zweiten Endes der Seitenwand an der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte, so dass die erste Endplatte und die zweite Endplatte in einer fest beabstandeten Beziehung mit einem vorgegebenen Abstand bleiben, wenn die äußere Druckkraft entfernt wird.
- Optional, aber bevorzugt, umschließt die Seitenwand die Länge des Brennstoffzellenzusammenbaus zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte, so dass die Seitenwand ein Schutzgehäuse für den Brennstoffzellenzusammenbau schafft.
- Weitere Anwendungsgebiete der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung sichtbar. Selbstverständlich sind die ausführliche Beschreibung und spezifische Beispiele, obgleich sie die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung angeben, lediglich für Veranschaulichungszwecke bestimmt und sollen den Umfang der Erfindung nicht beschränken.
- Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines elektrochemischen Brennstoffzellenstapels der Erfindung; -
2 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung des elektrochemischen Brennstoffzellenstapels aus1 längs der Linie 2-2; -
3 eine perspektivische Teilexplosionsdarstellung des elektrochemischen Brennstoffzellenstapels aus1 , die die Anbringung einer Seitenplatte an dem elektrochemischen Brennstoffzellenstapel zeigt; -
4 eine vereinfachte Teilansicht, die Einzelheiten einer Brennstoffzelle zeigt; -
5A-G Querschnittsansichten verschiedener Konfigurationen für die Endplatte und für die Abstandsplatte des elektrochemischen Brennstoffzellenstapels; -
6A eine Draufsicht einer konturierten Innenfläche einer Endplatte gemäß den Prinzipien der Erfindung; -
6B eine Querschnittsansicht der Endplatte aus6A längs der Linie B-B; -
6C eine Querschnittsansicht der Endplatte aus6A längs der Linie C-C; -
7A-B Teilquerschnittsansichten einer Endanordnung eines elektrochemischen Brennstoffzellenstapels der Erfindung, die verschiedene Arten der Anbringung der Endanordnung zeigen; -
8 eine perspektivische Ansicht einer in einem elektrochemischen Brennstoffzellenstapel der Erfindung verwendeten Abstandsplatte, die die Verwendung von Bohrungen zur Verringerung des Gewichts der Abstandsplatte zeigt; -
9A-B vereinfachte Querschnittsansichten des elektrochemischen Brennstoffzellenstapels aus1 , die das Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus bzw. des Brennstoffzellenstapels mit einer Druckkraft mit einer vorgegebenen Stärke F veranschaulichen; -
10A-B vereinfachte Querschnittsansichten des elektrochemischen Brennstoffzellenstapels aus1 , die das Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus und des Brennstoffzellenstapels um eine vorgegebene Strecke D veranschaulichen; -
11 einen Ablaufplan der Schritte des Verfahrens mit vorgegebener Druckkraft zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels gemäß den Prinzipien der Erfindung; -
12 einen Ablaufplan der Schritte des Verfahrens mit vorgegebener Zusammendrückstrecke um eine vorgegebene Strecke zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels gemäß den Prinzipien der Erfindung; und -
13 einen Ablaufplan der Schritte der Verwendung von Abstandsplatten zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels mit einer vorgegebenen oder einheitlichen Länge. - Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen) ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken.
- In den
1 und2 ist ein elektrochemischer Brennstoffzellenstapel20 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Brennstoffzellenstapel20 enthält mehrere Brennstoffzellen22 , die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind, so dass sie einen Brennstoffzellenzusammenbau24 mit einem gegenüberliegenden oberen Ende26 und unteren Ende28 sowie mit einer Drucklänge30 und mit einer wie in10A gezeigten drucklosen Länge 31 dazwischen bilden. Der Brennstoffzellenzusammenbau24 liegt zwischen der oberen Endanordnung32 und der unteren Endanordnung34 . Die obere Endanordnung32 und die untere Endanordnung34 sind durch eine Seitenwand in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten. In der derzeit bevorzugten Ausführungsform enthält die Seitenwand wenigstens eine Seitenplatte36 . Die Seitenplatten36 halten die obere Endanordnung32 und die untere Endanordnung34 in einer beabstandeten Beziehung, so dass sie eine Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 ausüben. In Übereinstimmung mit der bekannten Brennstoffzellenstapeltechnologie enthält der Brennstoffzellenstapel20 die Einlässe37 , die Auslässe38 und die (nicht gezeigten) Durchgänge zum Zuführen und Ablassen der Reaktanden und Kühlfluidströme zu/von dem Brennstoffzellenzusammenbau24 . - Wie in
4 zu sehen ist, enthält der Brennstoffzellenzusammenbau24 mehrere sich wiederholende Einheiten oder Brennstoffzellen22 mit einer MEA (Membran-Elektroden-Einheit)40 und einem Paar Bipolplattenanordnungen42 , die auf den gegenüberliegenden Seiten der MEA40 angeordnet sind. Jede Bipolplattenanordnung42 enthält eine Kühlmittelverteilungsschicht42c , die zwischen zwei Gasverteilungsschichten42g liegt. Zwischen der Kühlmittelverteilungsschicht42c und der Gasverteilungsschicht42g liegt eine undurchlässige Trennplatte44 , die das Kühlmittel enthält und den Anoden- und Katodengasstrom trennt. Wenn zwischen einer Anodengasverteilungsschicht42ga einer Zelle und der Katodengasverteilungsschicht42gc der benachbarten Zelle eine MEA40 liegt, ist eine Brennstoffzelle22 gebildet. Wie im Gebiet bekannt ist, kann die MEA40 eine Vielzahl von Formen annehmen. Zum Beispiel kann die MEA40 eine Polymerelektrolytmembran sein. Vorzugsweise ist die Polymerelektrolytmembran eine dünne verstärkte Membran mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa 0,018 μm. Die dünne verstärkte Polymerelektrolytmembran ist wesentlich dünner als die in Brennstoffzellen des Standes der Technik verwendete Polymerelektrolytmembran mit einer Dicke von etwa 0,178 mm. Die in der Erfindung verwendete dünne und verstärkte Polymerelektrolytmembran repräsentiert einen kleineren Prozentsatz der Länge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 und zeigt erheblich weniger Gleiten oder Spannungsrelaxation als die in Brennstoffzellenstapeln des Standes der Technik verwendete dickere Polymerelektrolytmembran. - Die Brennstoffzellen
22 sind in einer Stapelkonfiguration angeordnet, so dass sie den Brennstoffzellenzusammenbau24 bilden. Die Anzahl der Brennstoffzellen22 , die benachbart zueinander gestapelt sind, so dass sie den Brennstoffzellenzusammenbau24 bilden, kann variieren. Die Anzahl der Brennstoffzellen22 , die genutzt werden, um den Brennstoffzellenzusammenbau24 zu bilden, hängt von den Anforderungen an den Brennstoffzellenstapel20 ab: Das heißt, wenn ein größerer oder leistungsfähigerer Brennstoffzellenstapel20 gewünscht ist, wird die Anzahl der Brennstoffzellen22 in dem Brennstoffzellenzusammenbau24 erhöht. Wie im Gebiet bekannt ist, müssen die Brennstoffzellen22 mit Druck beaufschlagt werden, so dass sie einen höheren Wirkungsgrad besitzen und mehr Leistung erzeugen. Somit wird der Brennstoffzellenzusammenbau24 zwischen der oberen Endanordnung32 und der unteren Endanordnung34 mit Druck beaufschlagt. Um den Wirkungsgrad des Brennstoffzellenzusammenbaus24 und jeder Brennstoffzelle22 in dem Brennstoffzellenzusammenbau24 maximal zu machen, wird der (nicht gezeigte) aktive Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus24 vorzugsweise gleichmäßig mit Druck beaufschlagt. - Erneut anhand der
2 und3 ist die obere Endanordnung32 benachbart zum oberen Ende26 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 positioniert. Die obere Endanordnung32 enthält eine obere Endplatte45 mit einer gegenüberliegenden Innenfläche46 und Außenfläche48 . Die Innenfläche46 der oberen Endplatten45 ist dem oberen Ende26 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 zugewandt. Die obere Endplatte45 besitzt zahlreiche Öffnungen50 , die ermöglichen, dass die verschiedenen Einlässe37 und Auslässe38 mit den Fluiddurchgängen verbunden sind, die von dem Brennstoffzellenzusammenbau24 in die Umgebung des Brennstoffzellenstapels20 verlaufen. Dasjenige Ende des Brennstoffzellenstapels20 , das die mit den Durchgängen verbundenen Einlässe37 und Auslässe38 besitzt, wird auch als das "nasse Ende" bezeichnet. - Die untere Endanordnung
34 ist benachbart zum unteren Ende28 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 positioniert. Die untere Endanordnung34 enthält eine untere Endplatte58 mit einer Innenfläche60 und einer Außenfläche62 , die einander gegenüberliegen. Die untere Endplatte58 ist so orientiert, dass die Innenfläche60 der unteren Endplatte 58 dem unteren Ende28 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 zugewandt ist. Wenn es keine mit den Fluiddurchgängen verbundenen Einlässe und Auslässe gibt, die durch die untere Endanordnung34 gehen, ist das untere Ende28 des Brennstoffzellenstapels20 auch als das "trockene Ende" bekannt. - Optional, aber bevorzugt, können sich zwischen dem Brennstoffzellenzusammenbau
24 und der oberen Endplatte45 und/oder der unteren Endplatte58 eine oder mehrere Abstandsplatten52 befinden. Die Abstandsplatte52 ist zwischen der Endplatte45 ,58 und dem Ende26 ,28 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 positioniert, wobei die Innenfläche54 der Abstandsplatte52 dem Ende26 ,28 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 zugewandt ist und die Außenfläche55 der Abstandsplatte52 der Innenfläche54 ,60 der Endplatte45 ,58 zugewandt ist. Wenn an dem Ende26 ,28 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 eine Anschlussplatte56 positioniert ist, ist die Abstandsplatte52 zwischen der Anschlussplatte56 und der Endplatte45 ,58 positioniert, wobei die Innenfläche54 der Abstandsplatte52 der Anschlussplatte56 zugewandt ist. Die Abstandsplatte52 trennt die Endplatte45 ,58 von der Anschlussplatte56 . Die Abstandsplatten52 sind so in den Endanordnungen32 ,34 orientiert, dass die Dicke57 der Abstandsplatte52 auf die Länge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 ausgerichtet ist. Während die bevorzugte Ausführungsform eine Abstandsplatte52 veranschaulicht, die der oberen Endanordnung32 und der unteren Endanordnung34 zugeordnet ist, erkennt der erfahrene Praktiker, dass die Anzahl und der Ort der Abstandsplatten52 je nach Konstruktion und Anwendung des Brennstoffzellenstapels20 variieren kann. - Die obere Endplatte
45 und die untere Endplatte58 besitzen jeweils eine Umfangsseitenwand64 , die die Innenflächen46 ,60 von den Außenflächen48 ,62 trennt. Die Umfangsseitenwand64 an der oberen Endplatte45 und an der unteren Endplatte58 ist auf die Länge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 ausgerichtet. Wie in den Figuren gezeigt ist, besitzen der Brennstoffzellenstapel20 , die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 vorzugsweise eine allgemein rechteckige Form. Die Umfangsseitenwände64 der rechteckig geformten oberen Endplatte45 und der rechteckig geformten unteren Endplatte58 umfassen ein erstes und ein zweites Paar gegenüberliegender Seitenwände66 ,68 , die allgemein senkrecht zueinander sind. Das erste und das zweite Paar der gegenüberliegenden Seitenwände66 ,68 besitzt jeweils eine oder mehrere Gewindebohrungen70 , die Gewindebefestigungselemente80 aufnehmen, die die Seitenplatten36 an der oberen Endplatte45 und an der unteren Endplatte58 befestigen. - Wie oben erwähnt wurde, üben die obere Endanordnung
32 und die untere Endanordnung34 eine Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 aus. Die auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 ausgeübte Druckkraft wird durch die obere Endplatte45 und durch die untere Endplatte58 erzeugt, die in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten sind. Vorzugsweise sind die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 durch die Seitenplatten36 in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten. Jede Seitenplatte36 besitzt ein gegenüberliegendes erstes Ende72 und zweites Ende74 sowie eine Länge76 dazwischen. Jede Seitenplatte36 ist in dem Brennstoffzellenstapel20 so orientiert, dass das erste Ende72 zu der oberen Endplatte45 benachbart ist und das zweite Ende74 zu der unteren Endplatte58 benachbart ist, wobei die Länge76 der Seitenplatte36 auf die Länge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 ausgerichtet ist. Optional, aber bevorzugt, verlaufen die Seitenplatten36 entlang der gesamten Umfangsseitenwände64 der Endplatten45 ,58 . Das erste Ende72 und das zweite Ende74 jeder Seitenplatte36 besitzen eine oder mehrere Öffnungen78 , die auf die Gewindebohrungen70 in den Umfangsseitenwänden64 der oberen Endplatte45 und der unteren Endplatte58 ausgerichtet sind, wenn der Brennstoffzellenzusammenbau24 mit Druck beaufschlagt ist. Vorzugsweise haben die Öffnungen78 am ersten Ende72 und/oder am zweiten Ende74 jeder Seitenplatte36 die Form eines Schlitzes, so dass die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten sein können. Die Schlitze ermöglichen Schwankungen der Größe der verschiedenen Komponenten des Brennstoffzellenstapels20 , während sie die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 weiter in einer fest beabstandeten Beziehung halten können. Obgleich zur Anbringung der Seitenplatten36 an der oberen Endplatte45 und an der unteren Endplatte58 bevorzugt mechanische Gewindebefestigungselemente80 verwendet werden, erkennt der erfahrene Praktiker, dass zum Anbringen der Seitenplatte36 an der oberen Endplatte45 und an der unteren Endplatte58 andere Mittel verwendet werden können, ohne von dem durch die Ansprüche definierten Umfang der Erfindung abzuweichen. Diesbezüglich sollte die durch die Seitenplatten36 und die Endplatten45 ,58 gebildete Verbindung ausreichen, um der relativen Drehung an der Grenzfläche dazwischen zu widerstehen. Beispielsweise können das erste Ende72 und/oder das zweite Ende74 der Seitenplatten36 durch andere mechanische Befestigungsmittel wie etwa Niete oder Stifte oder durch verschiedene Verbindungsmittel wie etwa Schweißen, Hartlöten oder Kleben an der jeweiligen oberen Endplatte45 und/oder unteren Endplatte58 befestigt sein, wobei dies weiterhin im Erfindungsgedanken liegt. Außerdem kann selbstverständlich eines der Enden72 ,74 der Seitenplatten36 gebogen sein, so dass es ein (nicht gezeigtes) Halteelement bildet, das an einer der Endplatten45 ,48 positioniert sein kann, um die Endplatte45 ,48 zu halten, während das gegenüberliegende Ende72 ,74 der Seitenplatten36 an der gegenüberliegenden Endplatte45 ,48 angebracht ist und die Endplatten in einer fest beabstandeten Beziehung hält. - Bei Bedarf kann jede Seitenplatte
36 eine oder mehrere Öffnungen82 besitzen, die ermöglichen, dass ein Anschlussblock83 an der Anschlussplatte56 ins Innere des Brennstoffzellenstapels20 verläuft. Vorzugsweise ist jede Seitenplatte36 elektrisch geerdet, wobei sie den Brennstoffzellenzusammenbau24 vor elektromagnetischer Störung schützt. Außerdem ist jede Seitenplatte36 vorzugsweise aus Metall hergestellt. Die Seitenplatten36 , die dazu verwendet werden, die obere End platte45 und die untere Endplatte58 in einer fest beabstandeten Beziehung zu halten, sind so bemessen, dass sie die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 in der fest beabstandeten Beziehung halten, während die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 eine Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 ausüben und aufrechterhalten. Da die Breite der Seitenplatte36 verhältnismäßig groß ist, ist eine verhältnismäßige kleine Dicke erforderlich, um die zum Übertragen der Druckbelastung erforderliche Zugfestigkeit zu liefern. Dieser Aspekt der Erfindung repräsentiert gegenüber der herkömmlichen Verwendung axialer Stäbe um und/oder durch den Brennstoffzellenzusammenbau Gewichtseinsparungen. - Vorzugsweise schließt die eine oder schließen die mehreren Seitenplatten
36 wenigstens einen Abschnitt des Brennstoffzellenzusammenbaus24 ein, um für den Brennstoffzellenzusammenbau24 einen Schutz vor versehentlicher Beschädigung zu schaffen. Noch bevorzugter schließen die Seitenplatten36 den gesamten Brennstoffzellenzusammenbau24 ein, wobei sie eine Schutzhülle für ihn und für den gesamten Brennstoffzellenstapel20 schaffen. Dementsprechend sind die Seitenplatten36 so bemessen, dass sie Stöße, Schläge sowie weitere verschiedenartige schädliche Einwirkungen aushalten, während sie den Brennstoffzellenzusammenbau24 und den Brennstoffzellenstapel20 vor Beschädigung im Ergebnis des Stoßes, des Schlags oder der weiteren schädlichen Einwirkung schützen. Auf diese Weise bewirken die Seitenplatten36 nicht nur, dass die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten sind, die eine Druckbelastung auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 ausübt und aufrechterhält, sondern schafft sie außerdem eine Schutzhülle für den Brennstoffzellenzusammenbau24 und für den Brennstoffzellenstapel20 . Die Verwendung der Seitenplatten36 zur Ausführung der Schutzfunktion besei tigt die Notwendigkeit einer Zusatzkonstruktion, die in herkömmlichen Brennstoffzellenstapeln um den Brennstoffzellenstapel20 angeordnet ist, um einen Schutz vor versehentlichen Stößen, Schlägen oder anderen schädlichen Einwirkungen auf den Brennstoffzellenstapel20 zu schaffen. - Die optional in der oberen Endanordnung
32 und/oder in der unteren Endanordnung34 enthaltenen Abstandsplatten52 dienen einer Vielzahl von Zwecken. Das heißt, die Abstandsplatten52 können aus einem oder aus mehreren Gründen in dem Brennstoffzellenstapel20 enthalten sein. Zum Beispiel können die Abstandsplatten52 verwendet werden, um die obere Endplatte45 und/oder die untere Endplatte58 von den Anschlussplatten56 zu trennen. Wie oben erwähnt wurde, sind die Anschlussplatten56 elektrisch leitend und werden dazu verwendet, über den Anschlussblock83 Strom aus dem Brennstoffzellenstapel20 zu entnehmen. Wenn die obere Endplatte45 und/oder die untere Endplatte58 elektrisch leitend sind, kann die zwischen der oberen Endplatte45 und/oder der unteren Endplatte58 und den Anschlussplatten56 positionierte Abstandsplatte52 dazu verwendet werden, die obere Endplatte45 und/oder die untere Endplatte58 von den Anschlussplatten56 elektrisch zu isolieren. Außerdem können die Abstandsplatten52 dazu verwendet werden, die Gesamtabmessungen des Brennstoffzellenstapels20 zu steuern. Das heißt, zwischen dem Brennstoffzellenzusammenbau24 und der oberen Endplatte45 und/oder der unteren Endplatte58 können eine oder mehrere Abstandsplatten52 positioniert sein, um einen Brennstoffzellenstapel20 mit einer vorgegebenen Länge zu schaffen, während die Endanordnungen32 ,34 , wie im Folgenden ausführlicher erörtert wird, weiter eine Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 ausüben. Derzeit bevorzugt hat die Abstandsplatte bzw. haben die Abstandsplatten52 eine Dicke57 im Bereich von etwa 8-18 mm, um eine angemessene elektrische Isolation und einheitliche Abmessung des Brennstoffzellenstapels20 zu schaffen. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt aber, dass die besondere Anwendung und die besondere Konstruktionsspezifikation die Dickenbereiche57 der Abstandsplatte(n)52 vorschreiben. Wie im Folgenden ausführlicher erörtert wird, können die Abstandsplatten52 außerdem zusammen mit der oberen Endplatte45 und/oder mit der unteren Endplatte58 dazu verwendet werden, eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 auszuüben. - Vorzugsweise sind die Abstandsplatten
52 nicht leitend und können zum elektrischen Isolieren verschiedener Komponenten des Brennstoffzellenstapels20 dienen. Somit sind die Abstandsplatten52 vorzugsweise aus einem nicht leitenden Material wie etwa Kunststoff hergestellt. Noch bevorzugter sind die Abstandsplatten52 aus einem Hochleistungsspezialkunststoff hergestellt. Der zur Herstellung der einen oder der mehreren Abstandsplatten52 verwendete Hochleistungsspezialkunststoff ist unter der Stärke der Druckbelastung, die auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 ausgeübt wird, verhältnismäßig inkompressibel (d. h. weist nur eine unbedeutende Spannungsrelaxation auf), um die Druckbelastung von der oberen Endplatte45 und/oder von der unteren Endplatte58 auf das jeweilige obere Ende26 bzw. untere Ende28 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 zu übertragen. Insbesondere Polyphenylensulfid hat sich als besonders wirksames Material erwiesen, aus dem die Abstandsplatten52 hergestellt sein können. Polyphenylensulfid wird unter dem Markenzeichen RYTON PPS von der Chevron Phillips Chemical Company, L. P., und unter dem Markenzeichen FORTRON von der Celanese AG aus Frankfurt, Deutschland, vertriebenen. Wie in7 zu sehen ist, haben die Abstandsplatten52 vorzugsweise einen Durchbruch oder mehrere Durchbrüche84 , die das Gewicht der Abstandsplatten52 verringern. - Wie oben erwähnt wurde, sind die obere Endplatte
45 und die untere Endplatte58 durch die Seitenplatten36 in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten, wobei sie auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 eine Druckbelastung ausüben. Wie zuvor beschrieben wurde, sind die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 durch die Seitenplatten36 in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten. Die am oberen Ende26 und am unteren Ende28 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 erzeugte Druckbelastung ändert sich in Abhängigkeit vom Abstand von den Umfangsseitenwänden64 bei der Druckbelastung, wobei sie entlang der Umfangsseitenwände64 maximal und in der Mitte der oberen Endplatte45 und der unteren Endplatte58 minimal ist. Das heißt, da die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 lediglich entlang ihrer Umfangsseitenwände64 gehalten sind, verformen oder wölben sich die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 in Reaktion auf die Druckbelastung auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 sowie darauf, dass sich die Umfangsseitenwände64 der oberen Endplatte45 und der unteren Endplatte58 nicht wegbewegen können. Da der Wirkungsgrad des Brennstoffzellenstapels20 teilweise von einer gleichmäßigen Druckbelastung über den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus24 abhängt, ist es wünschenswert, über den gesamten aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung aufrechtzuerhalten. - Ein Mittel, um eine allgemein gleichmäßige Belastung zu erhalten, besteht darin, die obere Endplatte
45 und die untere Endplatte58 starr zu machen, indem ihre Dicke erhöht wird, so dass die in der oberen Endplatte45 und in der unteren Endplatte58 auftretende Wölbung eine minimale Wirkung auf den Wirkungsgrad des Brennstoffzellenzusammenbaus24 besitzt. Allerdings können die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 auf diese Weise übermäßig dick werden und ein Zusatzgewicht zu dem Brennstoffzellenstapel20 beitragen, wodurch sich der gewichts- und volumenspezifische Wirkungsgrad des Brennstoffzellenstapels verschlechtert. Um verhältnismäßig starre Endplatten45 ,58 zu vermeiden, können diese optional an den Abstandsplatten52 und an den Anschlussplatten56 angebracht sein, so dass die Steifheit der Abstandsplatten52 und der Anschlussplatten56 zu der Gesamtsteifheit der Endanordnungen32 ,34 beiträgt und dadurch die Dicke der Endplatten45 ,58 , die erforderlich ist, um über den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung auszuüben, zu verringert. Wie in den7A-B zu sehen ist, bedeutet das, dass die Anschlussplatte56 , die Abstandsplatten52 und die Endplatten45 ,58 aneinander befestigt sein können, um ihre Steifheit zu vereinigen und Endanordnungen32 ,34 zu bilden, die auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung ausüben können. Wie in7A zu sehen ist, kann die Anschlussplatte56 mittels eines mechanischen Befestigungselements86 wie etwa eines Gewindebolzens oder einer Schraube mit der Abstandsplatte52 verbunden werden, woraufhin die verbundene Anschlussplatte56 und Abstandsplatte52 mittels der mechanischen Befestigungselemente87 an einer der Endplatten45 ,58 angebracht werden können. Alternativ können die Anschlussplatte56 , die Abstandsplatten52 und eine der Endplatten45 ,58 alle mittels Klebeschichten88 zwischen den jeweiligen Komponenten angebracht werden. Dadurch verbindet sich die Steifheit der Anschlussplatte56 und die Steifheit der Abstandsplatte52 mit der Steifheit der Endplatten 45, 58, um Endanordnungen32 ,34 zu schaffen, die eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus24 mit dünneren Endplatten45 ,58 als ohne die an den Endplatten45 ,58 angebrachte Anschlussplatte56 oder Abstandsplatten52 ausüben können. - Alternativ und/oder zusätzlich können die Endplatten
45 ,58 und/oder die Abstandsplatten52 geformte Oberflächen besitzen, die die Wölbung der Endplatten45 ,58 kompensieren und über den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung ausüben, ohne dass übermäßig dicke Endplatten45 ,58 erforderlich sind. Das heißt, wie in den5A-G zu sehen ist, die lediglich die obere Endplatte45 und eine einzelne Abstandsplatte52 zeigen, kann die Innenfläche46 der oberen Endplatte45 so bemessen sein, dass sie von der oberen Endplatte45 weg und zu dem oberen Ende26 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 gekrümmt ist, so dass die Dicke der oberen Endplatte45 entlang einer Umfangsseitenwand64 minimal ist, während sie in der Mitte der oberen Endplatte45 maximal ist. Die Form der Innenfläche46 der oberen Endplatte45 ist so konturiert, dass sie die Wölbung berücksichtigt, die in der oberen Endplatte45 auftritt, da diese entlang ihrer Umfangsseitenwand64 in einer fest beabstandeten Beziehung von der oberen Endplatte58 gehalten wird, während auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus24 eine Druckbelastung mit einer gewünschten Stärke ausgeübt wird. Die6A-C zeigen eine beispielhafte Kontur der Innenfläche46 der oberen Endplatte45 . Wie zu sehen ist, besitzt die obere Endplatte45 etwa in ihrer Mitte die maximale Dicke. - Alternativ und/oder zusätzlich können die Innen- und/oder die Außenfläche
54 ,55 der Abstandsplatte52 so konturiert sein, dass sie die in der oberen Endplatte45 auftretende Wölbung berücksichtigen. Das heißt, die Abstandsplatte52 kann so konfiguriert sein, dass ihre Dicke entlang ihres Umfangs minimal und in ihrer Mitte maximal ist. Zum Beispiel kann die Innenfläche54 der Abstandsplatte52 , wie in5G gezeigt ist, so konturiert sein, dass sie von der Abstandsplatte52 zu dem oberen Ende26 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 verläuft, oder kann die Außenfläche55 der Abstandsplatte52 , wie in5E zu sehen ist, so konturiert sein, dass sie von der Abstandsplatte52 zu der oberen Endplatte45 verläuft, so dass durch die Endplatte45 auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung ausgeübt werden kann. Wie in5F zu sehen ist, können alternativ sowohl die Innenfläche54 als auch die Außenfläche55 der Abstandsplatte52 so konturiert sein, dass sie von der Abstandsplatte52 zu dem oberen Ende26 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 bzw. zu der Innenfläche46 der oberen Endplatte45 verlaufen, so dass auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung ausgeübt werden kann. - In den
5A-G sind verschiedene Vertauschungen der Formgebung der Innenfläche54 und der Außenfläche55 der Abstandsplatte52 und der Innenfläche46 der oberen Endplatte45 gezeigt. Die konturierte Form der Oberflächen der oberen Endplatte45 und/oder der Abstandsplatte52 kann so bemessen sein, dass nicht nur die Wölbung der oberen Endplatte45 , sondern auch die Wölbung der unteren Endplatte58 berücksichtigt ist, so dass sowohl das obere Ende26 als auch das untere Ende28 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung aufnehmen. Selbstverständlich können die Innenfläche60 der unteren Endplatte58 und die Innenfläche54 und die Außenfläche55 einer Abstandsplatte52 in der unteren Endanordnung34 gleichfalls so konturiert oder geformt sein, dass die Komponenten der unteren Endanordnung34 auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung ausüben. Der erfahrene Praktiker erkennt, dass in der Innenfläche46 verschiedene lokale Merkmale ausgebildet sein können, um eine gleichmäßigere Druckbelastung über den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus24 zu erhalten. Somit können die Oberflächen der Komponenten der obe ren Endanordnung32 und/oder der der unteren Endanordnung34 selbstverständlich entweder einzeln oder gleichzeitig so konturiert oder geformt sein, dass auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung ausgeübt wird. Selbstverständlich sind die in den verschiedenen Figuren gezeigten Abmessungen für Erläuterungszwecke übertrieben und stehen nicht im richtigen Verhältnis zu den Komponenten des Brennstoffzellenstapels20 . Das heißt, die Wölbung der Endplatten45 ,58 und die Korrektur durch die Formgebung der Oberflächen der Endplatten46 ,58 und/oder der Abstandsplatten52 sind zur besseren Erläuterung der Prinzipien der Erfindung selbstverständlich übertrieben. Selbstverständlich sollen die Begriffe "obere" und "untere" zur Beschreibung der verschiedenen Komponenten des Brennstoffzellenstapels20 nicht als absolute Bezugnahme, sondern vielmehr als Relativbeziehung der Komponenten des Brennstoffzellenstapels20 verstanden werden. - Obgleich der Brennstoffzellenstapel
20 allgemein mit einer rechteckigen Konfiguration beschrieben und veranschaulicht ist, kann die Form des Brennstoffzellenstapels20 selbstverständlich eine Vielzahl von Konfigurationen annehmen, wobei sie weiter in dem durch die Ansprüche definierten Umfang der Erfindung liegt. Zum Beispiel können der Brennstoffzellenstapel20 , der Brennstoffzellenzusammenbau24 , die obere Endanordnung32 und die untere Endanordnung34 zylindrisch sein. Wenn der Brennstoffzellenstapel20 zylindrisch ist, kann die Seitenplatte36 eine einzige zylindrische Hülse sein, in die die obere Endanordnung32 und die untere Endanordnung34 und der Brennstoffzellenzusammenbau24 eingeführt sind. Außerdem könnten die Seitenplatten36 Abschnitte einer zylindrischen Hülse sein, die die Komponenten des Brennstoffzellenstapels20 umschließt. Somit sollte die Verwendung des Begriffs "Seitenplatte" nicht auf eine ebene Platte beschränkt sein, sondern vielmehr als eine Platte verstanden werden, die eben oder gekrümmt sein kann oder eine Vielzahl von Formen annehmen kann, die die besondere Form des Brennstoffzellenstapels20 vorschreibt. - Wie zuvor festgestellt wurde, besitzt der Brennstoffzellenstapel
20 einen Brennstoffzellenzusammenbau24 , der mit einer Druckbelastung gehalten wird, so dass der Brennstoffzellenzusammenbau24 einen höheren Wirkungsgrad besitzt. Ferner umfasst die Erfindung verschiedene Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels20 mit einem Brennstoffzellenzusammenbau24 unter einer Druckbelastung. In einem ersten Verfahren, dem Verfahren mit vorgegebener Druckbelastung, werden der Brennstoffzellenzusammenbau24 und/oder der Brennstoffzellenstapel20 , wie in den9A-B und11 zu sehen ist, mit einer äußeren Druckbelastung zusammengedrückt, die eine innere Druckbelastung mit einer vorgegebenen Stärke F auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 erzeugt. Daraufhin werden die Seitenplatten36 an der oberen Endplatte45 und an der unteren Endplatte58 befestigt, um die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 in einer fest beabstandeten Beziehung zu halten, wenn die äußere Druckbelastung von dem Brennstoffzellenzusammenbau24 und/oder von dem Brennstoffzellenstapel20 entfernt wird. Da die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 in einer festen räumlichen Beziehung gehalten werden, nachdem die äußere Druckbelastung entfernt worden ist, wird durch die obere Endplatte45 und durch die untere Endplatte58 wie im Folgenden ausführlicher diskutiert auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 weiter eine innere Druckbelastung ausgeübt. - Wie in den
10A-B und12 zu sehen ist, werden der Brennstoffzellenzusammenbau24 und/oder der Brennstoffzellenstapel20 in einem zweiten Verfahren, dem Verfahren mit vorgegebener Zusammendrückstrecke, durch eine äußere Druckbelastung C um eine vorgegebene Strecke D zusammengedrückt. Mit anderen Worten, die Stärke der äußeren Druckbelastung ist ausreichend, um den Brennstoffzellenzusammenbau24 um eine vorgegebene Strecke D zusammenzudrücken. Daraufhin werden (wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird) die Seitenplatten36 an der oberen Endplatte45 und an der unteren Endplatte58 angebracht. Daraufhin wird die äußere Druckbelastung entfernt. Die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 bleiben in ihrer fest beabstandeten Beziehung. Der Brennstoffzellenzusammenbau24 bleibt allgemein um die vorgegebene Strecke D zusammengedrückt, um eine innere Druckbelastung darauf auszuüben. - Wie zuvor festgestellt wurde, umfasst das Verfahren mit vorgegebener Druckbelastung zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels
20 mit einem Brennstoffzellenzusammenbau24 unter einer Druckbelastung mit einer vorgegebenen Stärke F das Anwenden einer äußeren Druckbelastung auf den Brennstoffzellenstapel20 . Das Verfahren mit vorgegebener Druckbelastung enthält die folgenden Schritte: 1) Positionieren des Brennstoffzellenzusammenbaus24 zwischen der oberen Endplatte45 und der unteren Endplatte58 , wobei das obere Ende26 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 zu der oberen Endplatte45 benachbart ist und das untere Ende28 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 zu der unteren Endplatte58 benachbart ist; 2) Anwenden einer äußeren Druckkraft auf die Endplatte45 und/oder auf die Endplatte58 , so dass der Brennstoffzellenzusammenbau24 zusammengedrückt wird und auf ihn eine innere Druckkraft mit einer vorgegebenen Stärke F ausgeübt wird; 3) Anbringen der Seitenplatten36 an den Endplatten45 ,58 , wobei das erste Ende72 und das zweite Ende74 der Seitenplatten36 an der oberen Endplatte45 bzw. an der unteren Endplatte58 angebracht werden; und 4) Entfernen der auf die Endplatte45 und/oder auf die Endplatte58 angewendeten äußeren Druckkraft, wobei die obere Endplatte45 und die untere End platte58 in einer fest beabstandeten Beziehung bleiben, so dass sie auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 eine Druckkraft ausüben, die allgemein gleich der vorgegebenen Stärke F ist. Dadurch schafft das Verfahren mit vorgegebener Druckbelastung einen Brennstoffzellenstapel20 , dessen Druckkraft allgemein gleich der auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 ausgeübten Kraft mit der Stärke F ist. - Wenn zum Zusammenbau eines Brennstoffzellenstapels
20 das Verfahren mit vorgegebener Zusammendrückstrecke verwendet wird, werden der Brennstoffzellenstapel20 und/oder der Brennstoffzellenzusammenbau24 demgegenüber um eine vorgegebene Strecke D anstatt mit einer Druckkraft mit einer vorgegebenen Stärke F zusammengedrückt. Der Bezugspunkt für die vorgegebene Strecke D könnte eine Gesamtlänge des Brennstoffzellenzusammenbaus24 selbst sein. Somit wird im Folgenden nur das Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus24 um die vorgegebene Strecke D und nicht das Zusammendrücken des Brennstoffzellenstapels20 erwähnt. Allerdings könnte das Zusammendrücken des Brennstoffzellenstapelzusammenbaus24 um die vorgegebene Strecke D selbstverständlich auch durch Zusammendrücken des Brennstoffzellenstapels 20 um die vorgegebene Strecke D erfolgen. Vorzugsweise entspricht die vorgegebene Strecke D dem Anwenden einer solchen Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 , die zu einem Betrieb des Brennstoffzellenstapels20 mit hohem Wirkungsgrad führt. Die vorgegebene Strecke D zum Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus24 kann auf eine Vielzahl von Arten bestimmt werden. Zum Beispiel kann die vorgegebene Strecke D anhand des Zusammendrückens um eine feste Strecke für jede in dem Brennstoffzellenzusammenbau24 enthaltene Brennstoffzelle22 berechnet werden oder, wie im Folgenden ausführlicher diskutiert wird, auf empirischen Daten aus früherer Erfahrung beim Zusammendrücken von Brennstoffzellenzusammenbauen24 mit einer be kannten Anzahl von Brennstoffzellen22 beruhen. Wenn die vorgegebene Strecke D bestimmt worden ist, wird auf den Brennstoffzellenstapel20 eine äußere Druckbelastung angewendet, so dass der Brennstoffzellenstapel20 und/oder der Brennstoffzellenzusammenbau24 um die vorgegebene Strecke D zusammengedrückt werden. Daraufhin werden die Seitenplatten36 an der oberen Endplatte45 und an der unteren Endplatte58 angebracht und wird die äußere Druckbelastung entfernt. Der resultierende Brennstoffzellenstapel20 besitzt einen Brennstoffzellenzusammenbau24 , der um die vorgegebene Strecke D zusammengedrückt ist und eine innere Druckbelastung besitzt, die dem Betrieb des Brennstoffzellenstapels20 mit hohem Wirkungsgrad entspricht. - Wenn die vorgegebene Strecke D rechnerisch (d. h. anhand des Zusammendrückens jeder Brennstoffzelle um eine feste Strecke) ermittelt wird, wird jede Brennstoffzelle
22 um eine gegebene Strecke zusammengedrückt. Die vorgegebene Strecke D, um die der Brennstoffzellenzusammenbau24 zusammenzudrücken ist, wird dadurch berechnet, dass die Anzahl der Brennstoffzellen22 , n, in dem Brennstoffzellenzusammenbau24 mit der festen Strecke d multipliziert wird, um die jede Brennstoffzelle22 zusammenzudrücken ist. Mit anderen Worten, es wird die Gleichung D = n · d verwendet. Die feste Strecke, um die jede Brennstoffzelle22 zusammenzudrücken ist, wird also so gewählt, dass auf die Brennstoffzelle22 eine Druckkraft ausgeübt wird, deren Stärke allgemein einem Betrieb des Brennstoffzellenzusammenbaus24 mit hohem Wirkungsgrad entspricht. Das heißt, die feste Strecke d, um die jede Brennstoffzelle22 zusammenzudrücken ist, beruht auf den physikalischen Eigenschaften der Brennstoffzellen22 und auf der Stärke des Drucks, den die Brennstoffzellen22 benötigen, um mit hohem Wirkungsgrad zu arbeiten. Der resultierende Brennstoffzellenstapel20 besitzt einen Brennstoffzellenzusammenbau24 , der um die vorgegebene Strecke D zusammenge drückt ist und eine Druckbelastung besitzt, die dem Betrieb des Brennstoffzellenzusammenbaus24 mit hohem Wirkungsgrad entspricht. - Wenn die vorgegebene Strecke D zum Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus
24 auf empirischen Daten beruht, wird sie gegenüber dem Zusammendrücken jeder Brennstoffzelle22 um eine feste Strecke aus früheren Erfahrungen beim Zusammendrücken von Brennstoffzellenzusammenbauen24 mit einer bekannten Druckbelastung bestimmt. Die resultierende vorgegebene Strecke D kann für beide Verfahren gleich sein. Wegen der allgemeinen Einheitlichkeit der Zusammensetzung der Brennstoffzellen22 , die ein Brennstoffzellenzusammenbau24 umfasst, kann für jeden Typ einer Brennstoffzelle22 eine allgemeine Korrelation zwischen der Anzahl der Brennstoffzellen22 und der Zusammendrückstrecke des Brennstoffzellenzusammenbaus24 und/oder des Brennstoffzellenstapels20 , die auftritt, wenn auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 eine Druckkraft mit einer bekannten Stärke ausgeübt wird, aufgestellt werden. Die Korrelation kann dazu verwendet werden, anhand der Anzahl der Brennstoffzellen22 , die der Brennstoffzellenzusammenbau24 umfasst, die vorgegebene Strecke D zu bestimmen, um die der Brennstoffzellenzusammenbau24 zusammenzudrücken ist, um auf ihn eine Druckkraft mit einer gewünschten Stärke auszuüben. Empirische Daten zeigen z. B., dass auf Brennstoffzellenzusammenbaue, die 50 und 200 Brennstoffzellen enthalten und um eine Strecke X bzw. 4X zusammengedrückt werden, eine Druckkraft mit der gewünschten Stärke ausgeübt wird. Ein Brennstoffzellenstapel20 mit einem Brennstoffzellenzusammenbau24 , der 100 ähnliche Brennstoffzellen22 umfasst, würde um eine Strecke 2X zusammengedrückt werden und sollte anhand der Korrelation allgemein eine Druckkraft mit der gleichen gewünschten Stärke auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 ausüben. - Da es in der Zusammensetzung irgendeines gegebenen Typs der Brennstoffzelle
22 eine gewisse Streuung gibt, kann die auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 ausgeübte Druckkraft variieren. Der Betrag der Schwankung der resultierenden Druckkraft hängt von der Genauigkeit der Korrelationen und von der Streuung der Brennstoffzellen22 ab. Vorzugsweise variiert die resultierende Druckkraft innerhalb eines akzeptablen Bereichs um die gewünschte Stärke, so dass die Schwankung eine vernachlässigbare Wirkung auf den Wirkungsgrad des Brennstoffzellenstapels20 hat. Dadurch liefert das Verfahren mit empirischen Daten einen Brennstoffzellenstapel20 mit einem Brennstoffzellenzusammenbau24 , auf den eine Druckkraft ausgeübt wird, die allgemein gleich einer gewünschten Stärke ist, die dem Betrieb des Brennstoffzellenzusammenbaus24 mit hohem Wirkungsgrad entspricht, wenn dieser um die vorgegebene Strecke D zusammengedrückt ist. - Wie oben erwähnt wurde, können die Abstandsplatten
52 verwendet werden, um einen Brennstoffzellenstapel20 mit einer vorgegebenen oder einheitlichen Länge L zu schaffen. Das heißt, die Abstandsplatten52 können in dem Brennstoffzellenstapel20 verwendet werden, um Raum zu belegen, so dass der Brennstoffzellenstapel20 eine vorgegebene oder einheitliche Länge L besitzt. Eine einheitliche Länge L bietet viele Vorteile. Beispielsweise ermöglicht eine einheitliche Länge L, dass die Brennstoffzellenstapel leicht gewechselt werden können, und außerdem, dass die Vorrichtungen, in denen der Brennstoffzellenstapel20 genutzt wird, genormte Räume für den Brennstoffzellenstapel20 besitzen. - Die Erfindung schafft verschiedene wie in den
13a-13b gezeigte Zusammenbaufolgen für einen Brennstoffzellenstapel mit einer einheitlichen Länge L. Die gewünschte vorgegebene oder einheitliche Länge L des Brennstoffzellenstapels20 kann entweder eine bekannte Länge wie etwa eine Industrienorm oder eine gewählte Länge sein. Auf jeden Fall ist die Gesamtlänge L eine bekannte Größe. Die Dicke der oberen Endplatte45 und der unteren Endplatte58 , irgendwelcher in dem Brennstoffzellenstapel20 verwendeter Anschlussplatten56 sowie irgendwelcher weiterer Komponenten der Endanordnungen32 ,34 kann gemessen werden, so dass sie bekannte Größen sind. Anhand dieser bekannten Größen/Abmessungen kann der Raum in dem Brennstoffzellenstapel20 berechnet werden, in dem der Brennstoffzellenzusammenbau24 angeordnet werden soll, so dass er ebenfalls eine bekannte Größe ist. Das heißt, die Länge des Raums in dem Brennstoffzellenstapel20 , in dem der Brennstoffzellenzusammenbau24 angeordnet werden soll, ist gleich der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L des Brennstoffzellenstapels20 , abzüglich der Abmessungen der Endplatten45 ,58 , irgendwelcher Anschlussplatten56 sowie irgendwelcher weiterer Komponenten, aus denen die Endanordnungen32 ,34 aufgebaut sind. Die einzige unbekannte Abmessung ist die Drucklänge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 . Die Drucklänge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 kann je nach dem Verfahren, das wie oben erörtert zur Herstellung des Brennstoffzellenstapels20 verwendet wird, und nach der Anzahl der Brennstoffzellen22 , die der Brennstoffzellenzusammenbau24 umfasst, variieren. - Wie oben festgestellt wurde, können bei dem Verfahren mit vorgegebener Druckbelastung Abstandsplatten
52 verwendet werden, um einen Brennstoffzellenstapel20 mit einer vorgegebenen oder einheitlichen Länge L herzustellen, wobei auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 eine Druckbelastung ausgeübt wird, die allgemein gleich der vorgegebenen Stärke F ist. Hierzu muss entweder die Drucklänge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 oder die Drucklänge des Brennstoffzellenstapels20 bestimmt werden, so dass die geforderte gemeinsame Dicke der einen oder der mehreren Abstandsplatten52 ermittelt werden kann. - Die Drucklänge
30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 kann auf eine der folgenden Arten bestimmt werden: (1) Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus24 mit einer äußeren Druckbelastung, so dass eine innere Druckbelastung mit der vorgegebenen Stärke F erhalten wird, und Messen der Drucklänge30 , wie in9A zu sehen ist; oder (2) Zusammendrücken des Brennstoffzellenstapels20 mit einer äußeren Belastung, so dass auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 eine innere Druckbelastung mit einer vorgegebenen Stärke F ausgeübt wird, wie in9B zu sehen ist, und entweder (A) Messen der Drucklänge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 ; oder (B) Messen der Drucklänge des Brennstoffzellenstapels20 und Berechnen der Drucklänge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 durch Subtrahieren der bekannten Abmessungen der Endplatten45 ,58 , der Anschlussplatten56 sowie irgendwelcher weiterer Komponenten der Endanordnungen32 ,34 . Wenn die Drucklänge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 bestimmt worden ist, kann die äußere Druckbelastung von dem Brennstoffzellenzusammenbau24 oder von dem Brennstoffzellenstapel20 entfernt werden. Die Drucklänge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 wird dazu verwendet, die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten52 für die Herstellung des Brennstoffzellenstapels20 mit der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L zu berechnen. Die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten52 ist (wie oben diskutiert wurde) gleich der Differenz zwischen der Länge des Raums, in dem der Brennstoffzellenzusammenbau24 angeordnet werden soll, und der Drucklänge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 . Somit kann die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten52 berechnet werden. - Alternativ kann die Drucklänge des Brennstoffzellenstapels
20 mit einer inneren Druckbelastung auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 mit der vorgegebenen Stärke F verwendet werden. Die Drucklänge des Brennstoffzellenstapels20 kann dadurch bestimmt werden, dass der Brennstoffzellenstapel20 mit einer äußeren Druckbelastung zusammengedrückt wird, so dass auf den Brennstoffzellenzusammenbau24 eine innere Druckbelastung mit der vorgegebenen Stärke F ausgeübt wird, und daraufhin die Drucklänge des Brennstoffzellenstapels20 gemessen wird. Daraufhin wird die äußere Druckbelastung auf den Brennstoffzellenstapel entfernt. Es wird die Differenz zwischen der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L des Brennstoffzellenstapels20 und der gemessenen Drucklänge des Brennstoffzellenstapels20 berechnet. Die berechnete Differenz ist die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten52 . - Wenn die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten
52 bestimmt worden ist, werden eine oder mehrere Abstandsplatten52 mit der geforderten gemeinsamen Dicke gewählt. Die gewählten Abstandsplatten52 werden zwischen der oberen Endplatte45 und/oder der unteren Endplatte58 und dem jeweiligen oberen Ende26 und/oder unteren Ende28 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 positioniert. Die Abstandsplatten52 werden so orientiert, dass die gemeinsame Dicke der Abstandsplatten52 auf die Länge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 ausgerichtet ist. Daraufhin wird der Brennstoffzellenstapel20 durch Anwenden einer äußeren Druckbelastung auf ihn zusammengedrückt, so dass er allgemein die vorgegebene oder einheitliche Länge L erhält. Die resultierende innere Druckbelastung des Brennstoffzellenstapels20 mit der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L sollte allgemein gleich der vorgegebenen Stärke F sein. Daraufhin werden die Seitenplatten36 an der oberen Endplatte45 und an der unteren Endplatte58 befestigt, so dass die obere Endplatte45 und die untere Endplatte58 den Brennstoffzellenstapel20 allgemein auf der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L halten. Schließlich wird die äußere Druckbelastung von dem Brennstoffzel lenstapel20 entfernt. Der resultierende Brennstoffzellenstapel20 besitzt eine Länge, die allgemein gleich der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L ist, wobei der Brennstoffzellenzusammenbau24 allgemein mit der vorgegebenen Stärke F zusammengedrückt ist. - In dem Verfahren mit vorgegebener Zusammendrückstrecke zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels
20 können ebenfalls Abstandsplatten52 genutzt werden, um einen Brennstoffzellenstapel20 mit vorgegebener oder einheitlicher Länge L herzustellen. Die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten52 beruht auf der gewünschten vorgegebenen oder einheitlichen Länge L für den Brennstoffzellenstapel20 , auf der Drucklänge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 und auf der Dicke der Komponenten, die die Endanordnungen32 ,34 umfassen. Die Drucklänge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 wird durch Subtraktion der vorgegebenen Strecke D von der drucklosen Länge 31 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 berechnet. Um die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten52 zu liefern, werden von der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L des Brennstoffzellenstapels20 die Drucklänge30 des Brennstoffzellenzusammenbaus24 und die Dicke der Endplatten45 ,58 , der Anschlussplatten56 sowie irgendwelcher weiterer Komponenten, die die Endanordnungen32 ,34 umfassen, subtrahiert. Daraufhin werden die Abstandsplatten52 so gewählt, dass die gemeinsame Dicke der Abstandsplatten52 allgemein gleich der geforderten Gesamtdicke ist. Daraufhin werden die gewählten Abstandsplatten52 wie oben diskutiert zu dem Brennstoffzellenstapel20 hinzugefügt. Der resultierende Brennstoffzellenstapel20 besitzt allgemein die gewünschte vorgegebene oder einheitliche Länge L, einen Brennstoffzellenzusammenbau24 , der allgemein um die vorgegebene Strecke D zusammengedrückt ist, und eine innere Druckbelastung, die dem Betrieb des Brennstoffzellenzusammenbaus24 mit hohem Wirkungsgrad entspricht. - Wenn hier ein Begriff mit dem Adverb "allgemein" quantifiziert ist, soll dies selbstverständlich bedeuten, dass die Größe des beschriebenen Faktors innerhalb eines akzeptablen Toleranzbereichs der gewünschten Größe liegt.
- Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und somit sind Variationen, die nicht vom Schutzumfang der Erfindung abweichen, als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung befindlich anzusehen. Solche Abwandlungen sind nicht als Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung zu betrachten.
- Zusammenfassung
- Ein elektrochemischer Brennstoffzellenstapel der Erfindung enthält mehrere Brennstoffzellen, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind, so dass sie einen Brennstoffzellenzusammenbau bilden. Der Brennstoffzellenzusammenbau besitzt ein gegenüberliegendes erstes Ende und zweites Ende sowie eine Länge dazwischen. An dem ersten Ende und an dem zweiten Ende des Brennstoffzellenzusammenbaus sind eine erste Endplatte bzw. eine zweite Endplatte angeordnet. Der Stapel besitzt wenigstens eine Seitenplatte mit einem gegenüberliegenden ersten Ende und zweiten Ende, die an der jeweiligen ersten Endplatte und zweiten Endplatte angebracht sind. Die Seitenplatte hält die erste Endplatte und die zweite Endplatte in einer beabstandeten Beziehung, so dass sie auf den Brennstoffzellenzusammenbau eine Druckkraft ausüben. Außerdem umschließt die Seitenplatte den Brennstoffzellenzusammenbau zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte und schafft ein Schutzgehäuse für den Brennstoffzellenzusammenbau.
Claims (20)
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel, der umfasst: mehrere Brennstoffzellen, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind, so dass sie einen Brennstoffzellenzusammenbau bilden, der ein gegenüberliegendes erstes Ende und zweites Ende sowie eine Länge dazwischen besitzt, eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte, die an dem ersten Ende bzw. an dem zweiten Ende des Brennstoffzellenzusammenbaus angeordnet sind, und wenigstens eine Seitenplatte mit einem gegenüberliegenden ersten Ende und zweiten Ende, die an der ersten Endplatte bzw. der zweiten Endplatte angebracht sind, wobei die wenigstens eine Seitenplatte die erste Endplatte und die zweite Endplatte in einer beabstandeten Beziehung hält, so dass die erste Endplatte und die zweite Endplatte auf den Brennstoffzellenzusammenbau eine Druckkraft ausübt.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei das erste Ende und das zweite Ende der wenigstens einen Seitenplatte an der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte angebracht sind, so dass die durch die erste Endplatte und durch die zweite Endplatte auf den Brennstoffzellenzusammenbau ausgeübte Druckkraft eine vorgegebene Stärke besitzt.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei das erste Ende und das zweite Ende der wenigstens einen Seiten platte an der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte angebracht sind, so dass die Länge des Brennstoffzellenzusammenbaus um eine vorgegebene Strecke zusammengedrückt ist.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei das erste Ende und das zweite Ende der wenigstens einen Seitenplatte an einer Umfangsseitenwand von jeder der ersten und zweiten Endplatten angebracht ist, die allgemein parallel zu der Länge des Brennstoffzellenzusammenbaus liegen.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 4, ferner mit einem Paar Seitenplatten, die an den gegenüberliegenden Seitenwänden des Umfangs jeder der Endplatten angebracht sind.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 4, wobei das erste Ende und das zweite Ende der wenigstens einen Seitenplatte jeweils wenigstens eine Öffnung besitzt, durch die ein mechanisches Befestigungselement eingeführt ist, mit dem das erste Ende und das zweite Ende der wenigstens einen Seitenplatte an der erste Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte angebracht ist.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 6, wobei die wenigstens eine Öffnung an dem ersten Ende und/oder an dem zweiten Ende ein Schlitz ist.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 6, wobei ein erstes mechanisches Befestigungselement, mit dem das erste Ende der wenigstens einen Seitenplatte an der ersten Endplatte angebracht ist, einen Gewindeabschnitt besitzt, der mit einer Gewindebohrung in der ersten Endplatte in Eingriff ist, und ein zweites mechanisches Befestigungselement, mit dem das zweite Ende der wenigstens einen Seitenplatte an der zweiten Endplatte angebracht ist, einen Gewindeabschnitt besitzt, der mit einer Gewindebohrung in der zweiten Endplatte in Eingriff ist.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 6, wobei die wenigstens eine Öffnung an dem ersten Ende und/oder an dem zweiten Ende der wenigstens einen Seitenplatte eine von mehreren Öffnungen ist, die über das erste Ende und/oder über das zweite Ende der wenigstens einen Seitenplatte beabstandet sind.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel, der umfasst: mehrere Brennstoffzellen, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind, so dass sie einen Brennstoffzellenzusammenbau bilden, der ein gegenüberliegendes erstes Ende und zweites Ende sowie eine Länge dazwischen besitzt; eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte, die an dem ersten Ende bzw. an dem zweiten Ende des Brennstoffzellenzusammenbaus angeordnet sind und auf den Brennstoffzellenzusammenbau eine Druckkraft ausüben; und mindestens eine Seitenplatte mit einem gegenüberliegenden ersten Ende und zweiten Ende, die an der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte angebracht sind, wobei die mindestens eine Seitenplatte einen Abschnitt des Brennstoffzellenzusammenbaus zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte umschließt und ein Schutzgehäuse für den Brennstoffzellenzusammenbau schafft.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 10, wobei das erste Ende und das zweite Ende der wenigstens einen Seiten platte an der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte angebracht sind, wobei Abschnitte des ersten Endes und des zweiten Endes der wenigstens einen Seitenplatte die erste Endplatte und die zweite Endplatte in einer beabstandeten Beziehung halten, so dass die Abschnitte des ersten Endes und des zweiten Endes der wenigstens einen Seitenplatte veranlassen, dass die erste Endplatte und die zweite Endplatte die Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau ausüben.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 10, wobei in der wenigstens einen Seitenplatte eine Öffnung ausgebildet ist, die ermöglicht, dass ein an einer Anschlussplatte ausgebildeter Anschluss durch die wenigstens eine Seitenplatte verläuft.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 10, wobei die wenigstens eine Seitenplatte aus Metall hergestellt ist.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 10, wobei die wenigstens eine Seitenplatte eine Abschirmung vor elektromagnetischer Störung bei dem Brennstoffzellenzusammenbau schafft.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 14, wobei die wenigstens eine Seitenplatte elektrisch geerdet ist.
- Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 10, ferner mit mehreren Seitenplatten, wobei jede Seitenplatte der mehreren Seitenplatten einen Anteil des Brennstoffzellenzusammenbaus zwischen der ersten und zweiten Endplatte umschließt, so dass der gesamte Brennstoffzellenzusammenbau zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte von den mehreren Seitenplatten (
36 ) umschlossen ist. - Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Brennstoffzellenstapels, das die folgenden Schritte umfasst: Positionieren eines Brennstoffzellenzusammenbaus zwischen einer ersten Endplatte und einer zweiten Endplatte, wobei ein erstes Ende des Brennstoffzellenzusammenbaus zu der ersten Endplatte benachbart ist und ein zweites Ende des Brennstoffzellenzusammenbaus zu der zweiten Endplatte benachbart ist; Anwenden einer äußeren Druckkraft auf wenigstens eine der Endplatten, so dass der Brennstoffzellenzusammenbau zusammengedrückt wird; Anbringen wenigstens einer Seitenplatte an den Endplatten, wobei das erste Ende und das zweite Ende der wenigstens einen Seitenplatte an der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte angebracht werden, so dass die erste Endplatte und die zweite Endplatte in einer fest beabstandeten Beziehung bleiben und der Brennstoffzellenzusammenbau zusammengedrückt bleibt, wenn die äußere Druckkraft entfernt wird; und Entfernen der äußeren Druckkraft von den Endplatten
18 . Verfahren nach Anspruch17 , wobei der Schritt des Anwendens einer äußeren Druckkraft das Anwenden einer Druckkraft mit einer vorgegebenen Stärke umfasst, so dass auf den Brennstoffzellenzusammenbau eine Druckkraft mit der vorgegebenen Stärke ausgeübt wird; und der Schritt des Anbringens wenigstens einer Seitenplatte an den Endplatten das Anbringen des erste Endes und des zweiten Endes der wenigstens einen Seitenplatte an der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte umfasst, so dass die erste Endplatte und die zweite Endplatte in einer fest beabstandeten Beziehung bleiben und die Druckkraft mit der vorgegebenen Stärke auf den Brennstoffzellenzusammenbau aufrecht erhalten, wenn die Druckkraft entfernt wird. - Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Anwendens einer äußeren Druckkraft das Anwenden einer Druckkraft auf die Endplatten umfasst, so dass der Brennstoffzellenzusammenbau um eine vorgegebene Strecke in Richtung der äußeren Druckkraft zusammengedrückt wird; und der Schritt des Anbringens wenigstens einer Seitenplatte an den Endplatten das Anbringen des ersten Endes und des zweiten Endes der wenigstens einen Seitenplatte an der ersten Endplatte bzw. an der zweiten Endplatte umfasst, so dass die erste Endplatte und die zweite Endplatte in einer fest beabstandeten Beziehung bleiben und der Brennstoffzellenzusammenbau um die vorgegebene Strecke zusammengedrückt bleibt, wenn die äußere Druckkraft entfernt wird.
- Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Anbringens wenigstens einer Seitenplatte an den Endplatten das Anbringen eines Paars der Seitenplatten an gegenüberliegenden Seitenwänden des Umfangs jeder der Endplatten umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 17, wobei die wenigstens eine Seitenplatte eine Länge des Brennstoffzellenzusammenbaus zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte umschließt, so dass die wenigstens eine Seitenplatte ein Schutzgehäuse für den Brennstoffzellenzusammenbau schafft.
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