EP4302352A1 - Brennstoffzellenvorrichtung - Google Patents

Brennstoffzellenvorrichtung

Info

Publication number
EP4302352A1
EP4302352A1 EP22712335.3A EP22712335A EP4302352A1 EP 4302352 A1 EP4302352 A1 EP 4302352A1 EP 22712335 A EP22712335 A EP 22712335A EP 4302352 A1 EP4302352 A1 EP 4302352A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel cell
floating bearing
cell stack
fixed
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22712335.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manuel Morcos
Kai Wahl
Gerhard Schuller
Fabian Mönch
Jürgen KRAFT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Original Assignee
Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH filed Critical Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Publication of EP4302352A1 publication Critical patent/EP4302352A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell device.
  • the loose bearing device includes, for example, two or more than two loose bearing units.
  • the fuel cell stack unit preferably includes a fuel cell stack.
  • the fixed bearing device and the floating bearing device are preferably arranged on end regions of the fuel cell stack unit that face away from one another.
  • the upper end plate and the lower end plate are preferably arranged at opposite end regions of the fuel cell stack unit.
  • the fuel cell stack assembly preferably further includes a pressure distribution plate.
  • the fuel cell stack unit includes a pressure compensation device.
  • a height of the fuel cell stack taken parallel to the stacking direction of the fuel cell stack is subject in particular to fluctuations, for example due to thermal expansion during operation of the fuel cell device and/or due to a settling behavior of the fuel cell elements over a service life of the fuel cell device.
  • the pressure compensation device is used in particular to compensate for changing compressive forces which can act on the fuel cell stack due to the changing height of the fuel cell stack, in particular for compensating for compressive forces acting parallel to the direction of the stack.
  • the pressure equalization device can preferably be used to prevent excessive pressure forces from occurring, while on the other hand, pressure forces that are too low, which would lead to a leak in the fuel cell stack, can be prevented because the fuel cell elements are not pressed against one another with sufficient pressure.
  • the pressure compensation device is arranged between the pressure distributor plate and an end plate of the fuel cell stack unit, for example between the pressure distributor plate and the upper end plate of the fuel cell stack unit.
  • the fuel cell stack is preferably arranged directly between the lower end plate and the pressure distributor plate.
  • the pressure compensation device is arranged between the pressure distributor plate and the lower end plate of the fuel cell stack unit, with the fuel cell stack being arranged in particular directly between the upper end plate and the pressure distributor plate.
  • the pressure compensation device preferably comprises a number of spring elements, for example a number of disc spring elements.
  • the fuel cell stack unit preferably includes a clamping device, by means of which the fuel cell stack of the fuel cell stack unit is clamped between two end plates of the fuel cell stack unit.
  • the clamping device preferably comprises a number of clamping elements, for example so-called "tie rods”.
  • the clamping elements of the clamping device are arranged on the end plates of the fuel cell stack unit in such a way that the end plates of the fuel cell stack unit are pulled towards one another and/or that a tensile force acts on the end plates of the fuel cell stack unit, which pulls the end plates towards one another.
  • the support frame preferably includes an upper support frame member and a lower support frame member.
  • the upper support frame member and the lower support frame member are preferably fixed relative to each other.
  • a position of the upper support frame member is fixed relative to a position of the lower support frame member.
  • the support frame is preferably a housing for the fuel cell device.
  • a respective support frame element is preferably a housing cover of the housing.
  • the upper support frame element is an upper housing cover and that the lower support frame element is a lower housing cover.
  • the housing preferably includes an upper housing cover and a lower housing cover.
  • the upper housing cover and the lower housing cover of the housing are preferably arranged on end regions of the housing of the fuel cell device that face away from one another.
  • the housing also includes a housing shell, which preferably connects the upper housing cover and the lower housing cover to one another.
  • An interior of the housing of the fuel cell device is preferably delimited by the upper housing cover, the housing shell and the lower housing cover.
  • the upper support frame element in particular the upper housing cover
  • the lower support frame element in particular the lower housing cover, preferably being arranged on a lower end region of the fuel cell device in the direction of gravity.
  • the housing of the fuel cell device preferably comprises a plurality of mounting elements which are fixed to the housing on an outside of the housing.
  • the fuel cell device can be fixed, for example, to a supporting structure of a vehicle by means of the mounting elements.
  • the housing includes several, for example four, assembly elements which are fixed to the upper housing cover and/or to the lower housing cover of the housing.
  • the floating bearing device is designed in such a way that the fuel cell stack unit is mounted in the support frame, in particular in the housing, of the fuel cell device in such a way that torsion of the fuel cell stack unit can be limited and/or essentially prevented.
  • Torsion of the fuel cell stack unit can in particular cause the upper end plate to rotate relative to the lower end plate.
  • Such twisting of the upper end plate relative to the lower end plate can cause the fuel cell elements of the fuel cell stack to slide off one another, which can lead to destruction of the fuel cell stack.
  • the floating bearing device is preferably designed in such a way that twisting of the upper end plate of the fuel cell stack unit relative to the lower end plate of the fuel cell stack unit can be limited and/or essentially prevented.
  • torsion of the fuel cell stack unit is preferably limited and/or essentially prevented by the plurality of floating bearing units.
  • the floating bearing device comprises a single floating bearing unit which is designed in such a way that torsion of the fuel cell stack unit can be limited and/or essentially prevented. If the floating bearing device comprises a single floating bearing unit, the single floating bearing device is preferably designed in such a way that an axial movement of the fuel cell stack unit relative to the support frame, in particular relative to the housing, is permitted.
  • a single loose bearing unit by means of which torsion of the fuel cell stack unit can be limited and/or essentially prevented, comprises, for example, a constant velocity joint bearing or a constant velocity joint or is formed by this.
  • the floating bearing device comprises only a single floating bearing unit
  • the single floating bearing unit is designed such that torsion of a first floating bearing element of the floating bearing unit is prevented and/or limited relative to a second floating bearing element of the floating bearing unit.
  • the floating bearing device comprises only a single floating bearing unit, provision can be made for the single floating bearing unit to be arranged essentially centrally on an end plate of the fuel cell stack unit.
  • the fuel cell stack unit is fixedly mounted on one side in the support frame, in particular in the housing, of the fuel cell device by means of the fixed bearing device.
  • the fuel cell stack unit is preferably mounted firmly at one of its end regions in the support frame, in particular in the housing, of the fuel cell device, for example on a support frame element of the support frame or on a housing cover of the housing.
  • a lower end plate of the fuel cell stack unit element on a support frame preferably on a housing cover, in particular on a lower support frame element, preferably on a lower housing cover, is fixed.
  • the lower end plate of the fuel cell stack unit is screwed to the lower support frame element and/or to the lower housing cover of the housing.
  • the lower end plate of the fuel cell stack unit is connected in one piece to the lower support frame element and/or to the lower housing cover of the housing.
  • an upper end plate of the fuel cell stack unit is fixed to an upper support frame element, in particular to an upper housing cover of the housing.
  • the upper end plate is, for example, screwed in one piece to the upper support frame element, in particular to the upper housing cover of the housing, or, alternatively, integrally connected to the upper support frame element, in particular to the housing cover of the housing.
  • each floating bearing unit comprises two floating bearing elements, with a first floating bearing element of the respective floating bearing unit preferably being fixed to the fuel cell stack unit and with a second floating bearing element of the respective floating bearing unit preferably being fixed to the support frame, in particular to the housing Fuel cell device is set.
  • a first floating bearing element of the respective floating bearing unit is fixed to an end plate of the fuel cell stack unit and/or that a second floating bearing element of the respective floating bearing unit is fixed to a support frame element of the support frame, in particular to a housing cover of the housing, of the fuel cell device.
  • the first loose bearing element is fixed to a lower end plate of the fuel cell stack unit, with the second loose bearing element being fixed to a lower support frame element of the support frame, in particular to a lower housing cover of the housing, of the fuel cell device.
  • a loose bearing element of a loose bearing unit fixed to the support frame, in particular to the housing is guided along a guide direction in a loose bearing element of the loose bearing unit fixed to the fuel cell stack unit and/or that a loose bearing element fixed to the fuel cell stack unit a floating bearing unit in one the support frame, in particular on the housing, fixed floating bearing element of the floating bearing unit is guided along a guide direction.
  • the guiding direction preferably runs parallel to the stacking direction of the fuel cell stack of the fuel cell stack unit.
  • the loose bearing device comprises two loose bearing units, the loose bearing element of a first loose bearing unit, which is fixed to the fuel cell stack unit, being guided in a loose bearing element fixed to the support frame, in particular to the housing, the loose bearing element of a second loose bearing unit, which is fixed to the support frame, in particular to the housing, is guided in a floating bearing element fixed to the fuel cell stack unit.
  • the loose bearing element which is guided in the loose bearing element fixed on the fuel cell stack unit, is movable in the guide direction relative to the loose bearing element fixed on the fuel cell stack unit and/or that the loose bearing element fixed on the fuel cell stack unit, which in the on the support frame, in particular on the housing , Fixed loose bearing element is guided in the guide direction relative to the loose bearing element fixed to the support frame, in particular to the housing, is movable.
  • the floating bearing elements are designed in particular in such a way that the floating bearing element fixed to the support frame, in particular to the housing, which is guided in the floating bearing element fixed to the fuel cell stack unit, can be moved in the guide direction relative to the floating bearing element fixed to the fuel cell stack unit.
  • the loose bearing elements are preferably designed in such a way that the loose bearing element fixed on the fuel cell stack unit, which is guided in the loose bearing element fixed on the support frame, in particular on the housing, in the guide direction relative to the one on the support frame, in particular on the Housing, fixed floating bearing element is movable.
  • the floating bearing elements are designed in such a way that a movement of the floating bearing element fixed to the support frame, in particular to the housing, which is guided in the floating bearing element fixed to the fuel cell stack unit, in a transverse, preferably vertical, to the guide direction is limited and/or prevented and/or that the loose bearing elements are designed in such a way that a movement of the loose bearing element fixed on the fuel cell stack unit, which is guided in the loose bearing element fixed on the support frame, in particular on the housing, in is limited and/or prevented in a direction transverse, preferably perpendicular, to the guiding direction.
  • a respective floating bearing unit comprises a floating bearing element, which comprises a sleeve element, and that the floating bearing unit also comprises a floating bearing element, which comprises or forms a rod element, the rod element preferably being at least partially arranged in the sleeve element .
  • the rod element preferably protrudes at least partially into the sleeve element, in particular into an opening of the sleeve element.
  • the floating bearing elements of a respective floating bearing unit are preferably designed to be essentially rotationally symmetrical.
  • the rod elements of the loose bearing elements of the two or more than two loose bearing units are preferably arranged essentially parallel to one another.
  • the longitudinal axes of the rod elements of the floating bearing elements of the two or more than two floating bearing units are preferably arranged essentially parallel to one another.
  • a respective floating bearing unit comprises a floating bearing element which comprises a compensating element which is arranged, in particular fixed, on the floating bearing element of the floating bearing unit.
  • the compensating element is preferably fixed to a sleeve element of the loose bearing element.
  • the compensating element is inserted into an opening in the sleeve element.
  • the compensating element is preferably arranged in a direction running transversely, preferably perpendicularly, to a guide direction between a rod element of a first floating bearing element and a sleeve element of a second floating bearing element of a respective floating bearing unit.
  • the compensating element is a damping element, in particular a rubber element, for example a rubber ring.
  • a damping element designed as a rubber element preferably comprises a metallic sliding surface on which a rod element can slide.
  • the damping element preferably dampens and/or limits a movement of the two floating bearing elements of a respective floating bearing unit relative to one another in a direction running transversely, preferably perpendicularly, to a guide direction.
  • the compensating element is formed, for example, by a spherical bearing.
  • the floating bearing device comprises two or more than two floating bearing units, with floating bearing elements of a respective floating bearing unit preferably being arranged on the fuel cell stack unit such that the distance between the floating bearing units is at a maximum.
  • Floating bearing elements of the floating bearing units are arranged in particular on an end plate of the fuel cell stack unit in such a way that the distance between the floating bearing elements is at a maximum.
  • twisting of the upper end plate of the fuel cell stack unit relative to the lower end plate can preferably be prevented or limited even better.
  • the floating bearing device comprises two floating bearing units, with floating bearing elements of the floating bearing units being arranged diagonally opposite one another on an end plate of the fuel cell stack unit.
  • the floating bearing units of the floating bearing device comprise or form a linear guide.
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view of the embodiment of a fuel cell device from FIG. 1 at an angle from above, the fuel cell device being turned upside down;
  • FIG. 4 is a schematic plan view of the embodiment of a fuel cell device of FIG. 1 as viewed along arrow 4 in FIG. 2;
  • Fig. 5 shows a schematic section through the embodiment of a fuel cell device of Fig. 1 along the line V-V in Fig. 4;
  • FIG. 6 is an enlarged view of area VI in FIG. 5;
  • FIG. 7 is a schematic side view of the embodiment of a fuel cell device of FIG. 1 as viewed along arrow 7 in FIG. 1;
  • FIG. 8 shows a schematic section through the embodiment of a fuel cell device from FIG. 1 along the line VIII-VIII in FIG. 7;
  • FIG. 9 shows a schematic exploded view of the embodiment of a fuel cell device from FIG. 1; FIG. and
  • FIG. 10 shows a representation corresponding to the representation from FIG. 6 of a further embodiment of a fuel cell device.
  • a fuel cell device shown schematically in FIGS. 1 to 9 and denoted as a whole by 100 preferably comprises a fuel cell stack unit 102 and a support frame 103 which is preferably a housing 104 of the fuel cell device 100 .
  • the fuel cell stack unit 102 is preferably arranged in the supporting frame 103, in particular in the housing 104.
  • the fuel cell stack unit 102 preferably comprises a fuel cell stack 106.
  • the fuel cell stack 106 preferably comprises a plurality of fuel cell elements 108 arranged along a stacking direction, which are not shown separately and are also not identified separately with a reference symbol for reasons of clarity.
  • the fuel cell elements are, in particular, plate-shaped units which have various components for the electrochemical conversion of fuel, for current conduction and for fluid conduction.
  • the fuel cell device 100 includes a bearing device 110, by means of which the fuel cell stack unit 102 is mounted in the support frame 103, in particular in the housing 104.
  • the fuel cell device 100 comprises in particular a fixed bearing device 112 and a floating bearing device 114.
  • the fuel cell stack unit 102 of the fuel cell device 100 preferably comprises two end plates 116, in particular an upper end plate 116a and a lower end plate 116b.
  • the upper end plate 116a and the lower end plate 116b are preferably arranged on opposite end regions 118 of the fuel cell stack unit 102 .
  • the fixed bearing device 112 and the floating bearing device 114 are preferably arranged on the end regions 118 of the fuel cell stack unit 102 facing away from one another.
  • the upper end plate 116a is preferably arranged on an upper end region 118a of the fuel cell stack unit 102 in the direction of gravity G, wherein the lower end plate 116b is preferably arranged on a lower end region 118b of the fuel cell stack unit 102 in the direction of gravity G.
  • the fuel cell stack unit 102 also includes a clamping device 120, the fuel cell stack 106 being braced between the two end plates 116a, 116b by means of the clamping device 120.
  • a height 122 of the fuel cell stack 106 taken parallel to the stacking direction 108 of the fuel cell stack 106 is subject in particular to fluctuations, for example due to thermal expansion during operation of the fuel cell device 100 and/or due to a settling behavior of the fuel cell elements over the service life of the fuel cell device 100
  • the fuel cell stack unit 102 includes a pressure compensation device 124 .
  • the pressure compensation device 124 is used in particular to compensate for changing pressure forces which are exerted on the fuel cell stack 106 due to the changing height 122 of the fuel cell stack 106 can act, in particular to compensate for compressive forces acting parallel to the stacking direction 108 .
  • the pressure compensation device 124 can preferably be used to prevent the occurrence of excessively high compressive forces, while preferably being able to prevent compressive forces that are too low, which would lead to a leak in the fuel cell stack 108, since the fuel cell elements are not pressed against one another with sufficient pressure.
  • the fuel cell stack assembly 102 preferably further includes a pressure distribution plate 126.
  • the pressure compensation device 124 is arranged between the pressure distributor plate 126 and an end plate 116 of the fuel cell stack unit 102, for example between the pressure distributor plate 126 and the upper end plate 116a of the fuel cell stack unit 102.
  • the fuel cell stack 106 is preferably arranged directly between the lower end plate 116b and the pressure distributor plate 126 .
  • the clamping device 120 of the fuel cell stack unit 102 preferably comprises a plurality of clamping elements 134, for example so-called "tie rods".
  • the clamping elements 134 of the clamping device 120 are preferably arranged on the end plates 116 of the fuel cell stack unit 102 such that the end plates 116 of the fuel cell stack unit 102 are pulled towards one another and/or that a tensile force acts on the end plates 116 of the fuel cell stack unit 102, which forces the end plates 116 towards one another too pulls.
  • the support frame 103 of the fuel cell device 100 preferably includes an upper support frame member 135a and a lower support frame member 135b.
  • the upper support frame member 135a and the lower support frame member 135b are preferably fixed relative to each other.
  • a position of the upper support frame member 135a is fixed relative to a position of the lower support frame member 135b.
  • the housing 104 of the fuel cell device 100 preferably comprises an upper housing cover 136a and a lower housing cover 136b.
  • the upper supporting frame element 135a is thus preferably an upper housing cover 136a, with the lower supporting frame element 135b preferably being a lower housing cover 136b.
  • the upper housing cover 136a and the lower housing cover 136b of the housing 104 are preferably arranged on end regions 138 of the housing 104 of the fuel cell device 100 that face away from one another.
  • the upper housing cover 136a is preferably arranged on an upper end region 138a of the fuel cell device 100 in the direction of gravity G, with the lower housing cover 136b preferably being arranged on a lower end region 138b of the fuel cell device 100 in the direction of gravity G. It can be favorable if the housing 104 also includes a housing shell 140, which preferably connects the upper housing cover 136a and the lower housing cover 136b to one another.
  • An interior 141 of the housing 104 of the fuel cell device 100 is preferably bounded by the upper housing cover 136a, the housing cover 140 and the lower housing cover 136b.
  • the housing 104 of the fuel cell device 100 preferably comprises a plurality of mounting elements 142 which are fixed to the housing 104 on an outer side 144 of the housing 104 .
  • the housing includes four assembly elements 142 which are fixed to the upper housing cover 136a and/or to the lower housing cover 136b of the housing 104 .
  • the fuel cell device 100 can be fixed by means of the mounting elements 142, for example, to a supporting structure of a vehicle (not shown in the drawing).
  • the fixed bearing device 112 and the floating bearing device 114 are preferably arranged on opposite sides of the fuel cell stack 106 of the fuel cell stack unit 102 .
  • the fuel cell stack unit 102 is preferably fixedly mounted on one side in the housing 104 of the fuel cell device 100 by means of the fixed bearing device 112 .
  • the fuel cell stack unit 102 is preferably mounted firmly at one of its end regions 118 in the housing 104 of the fuel cell device 100, for example on a housing cover 136 of the housing 104.
  • the lower end plate 116b of the fuel cell stack unit 102 is fixed to the lower housing cover 136b of the housing 104 .
  • the lower end plate 116b of the fuel cell stack unit 102 is screwed to the lower housing cover 136b of the housing 104 .
  • the lower end plate 116b of the fuel cell stack unit 102 is connected in one piece to the lower housing cover 136b of the housing 104 .
  • the upper end plate 116a of the fuel cell stack unit 102 is fixed to the upper housing cover 136a of the housing 104 .
  • the upper end plate 116a is, for example, screwed in one piece to the upper housing cover 136a of the housing 104 or, alternatively, connected in one piece to the upper housing cover 136a of the housing 104 .
  • the fuel cell stack unit 102 is mounted loosely on one side in the housing 104 of the fuel cell device 100 by means of the floating bearing device 114 .
  • the fuel cell stack unit 102 is preferably mounted loosely at one of its end areas 118 in the housing 104 of the fuel cell device 100, for example on a housing cover 136 of the housing. Torsion of the fuel cell stack unit 102 can in particular cause the upper end plate 116a to twist in relation to the lower end plate 116b.
  • Such twisting of the upper end plate 116a relative to the lower end plate 116b can lead to the fuel cell elements of the fuel cell stack 106 sliding off one another, which can lead to the fuel cell stack 106 being destroyed.
  • the loose bearing device 114 is designed in particular such that the fuel cell stack unit 102 is mounted in the housing 104 of the fuel cell device 100 such that torsion of the fuel cell stack unit 102 can be limited and/or essentially prevented.
  • the movable bearing device 114 is preferably designed in such a way that twisting of the upper end plate 116a of the fuel cell stack unit 102 relative to the lower end plate 116b of the fuel cell stack unit 102 can be limited and/or essentially prevented.
  • Floating bearing device 114 preferably comprises a plurality of floating bearing units 146, for example two or more than two floating bearing units 146.
  • the floating bearing units 146 preferably each comprise two floating bearing elements 148, with a first floating bearing element 148a of the respective floating bearing unit 146 preferably being fixed to the fuel cell stack unit 102 and with a second floating bearing element 148b of the respective floating bearing unit 146 preferably being fixed to the housing 104 of the fuel cell device 100 is.
  • a first floating bearing element 148a of the respective floating bearing unit 146 is fixed to an end plate 116 of the fuel cell stack unit 102, preferably to the upper end plate 116a. It can also be favorable if a second floating bearing element 148b of the respective floating bearing unit 146 is fixed to a housing cover 136 of the housing 104 of the fuel cell device 100, preferably to the upper housing cover 136a.
  • the loose bearing elements 148b of the loose bearing units 146 fixed to the housing 104 are preferably each guided along a guide direction 150 in a loose bearing element 148a of a respective loose bearing unit 146 fixed to the fuel cell stack unit 102 .
  • the floating bearing units 146 of the floating bearing device 114 preferably comprise or form a linear guide.
  • the guiding direction 150 preferably runs parallel to the stacking direction 108 of the fuel cell stack 106 of the fuel cell stack unit 102.
  • the loose bearing units 146 preferably each include a loose bearing element 148a, which includes a sleeve element 152.
  • this loose bearing element 148a is fixed in particular by means of a plurality of screw elements 154 on the upper end plate 116a of the fuel cell stack unit 102 .
  • the loose bearing units 146 also include a loose bearing element 148b, which includes or forms a rod element 156.
  • the floating bearing element 148b of the floating bearing units 146 preferably also includes a flange section 158, with which the floating bearing element 148b rests on the housing 104, in particular on the upper housing cover 136a.
  • the fuel cell device 100 can include a sealing element 159 which is arranged in a groove of the flange section 158 of the floating bearing element 148b.
  • the floating bearing element 148b of the floating bearing units 146 also includes a fastening section 160, which is passed through a passage opening 161 in the upper housing cover 136a.
  • the floating bearing element 148b is preferably screwed to the upper housing cover 136a by means of a nut element 162 .
  • the fastening section 160 of the floating bearing element 148b can be displaced in the direction of the double arrow 163 when the fuel cell device 100 is installed in the passage opening 161 in the upper housing cover 136a.
  • Spring element 165 is preferably only used for mounting fuel cell device 100.
  • the spring element 165 can preferably be used to prevent the fastening section 160 of the floating bearing element 148b from falling out of the passage opening 161 in the upper housing cover 136a in the direction of gravity G before the fastening section 160 is screwed to the upper housing cover 136a by means of the nut element 162.
  • the rod element 156 of a floating bearing element 148b which is fixed to the housing 104 of the fuel cell device 100, is preferably at least partially arranged in the sleeve element 152 of the floating bearing element 148a, which is fixed to the fuel cell stack unit 102.
  • the rod element 156 preferably protrudes at least partially into the sleeve element 152, in particular into an opening 164 of the sleeve element 152.
  • the floating bearing elements 148 of the floating bearing units 146 are preferably designed to be essentially rotationally symmetrical.
  • the loose bearing elements 148b fixed on the housing 104 which are guided in the loose bearing elements 148a fixed on the fuel cell stack unit 102, can be moved in the guide direction 150, preferably relative to the loose bearing element 148a fixed on the fuel cell stack unit 102.
  • the loose bearing elements 148 are preferably designed in such a way that a movement of the loose bearing element 148b fixed to the housing 104, which is guided in the loose bearing element 148a fixed to the fuel cell stack unit 102, is limited in a direction running transversely, preferably perpendicularly, to the guide direction 150 and/or or prevented.
  • the loose bearing units 146 each include a loose bearing element 148a, which includes a compensating element 166.
  • the compensating element 166 is preferably arranged, in particular fixed, on the floating bearing element 148a of the floating bearing unit 146, which is fixed to the fuel cell stack unit 102.
  • the compensating element 166 is preferably fixed to the sleeve element 152 of the floating bearing element 148a.
  • the compensating element 166 is inserted into the opening 164 of the sleeve element 152 and is fixed there, for example by means of a snap ring.
  • the compensating element 166 is preferably arranged in a direction running transversely, preferably perpendicularly, to the guide direction 150 between the rod element 156 of the floating bearing element 148b fixed to the housing 104 and a sleeve element 152 of the floating bearing element 148a fixed to the fuel cell stack unit 102 of a respective floating bearing unit 146.
  • the compensating element 166 is a damping element 167 .
  • the damping element 167 is preferably a rubber element 168, for example a rubber ring 170.
  • a damping element 167 designed as a rubber element 168 preferably comprises a metallic sliding surface on which a rod element 156 can slide.
  • the damping element 167 preferably dampens and/or limits a movement of the two movable bearing elements 148a, 148b of a respective movable bearing unit 146 relative to one another in a direction running transversely, preferably perpendicularly, to the guide direction 150.
  • the loose bearing elements 148a of the loose bearing units 146 are preferably arranged on the fuel cell stack unit 102, in particular fixed on the upper end plate 116a of the fuel cell stack unit 102, that the distance between the loose bearing units 146 is maximum.
  • twisting of the upper end plate 116a of the fuel cell stack unit 102 relative to the lower end plate 116b can preferably be prevented or limited even better. It can be favorable if the floating bearing elements 148b of the floating bearing units 146 fixed to the upper end plate 116a are arranged diagonally opposite one another on the upper end plate 116a.
  • a further embodiment of a fuel cell device 100 shown in FIG. 10 differs from the embodiment of a fuel cell device 100 shown in FIGS.
  • a compensating element 166 which is formed by a joint bearing 172, an angular compensation between the two loose bearing units (146) of the loose bearing device (114) can preferably be made possible.
  • a fuel cell device 100 shown in Fig. 10 corresponds to the structure and function shown in Figs.
  • a fuel cell device 100 can be provided which can be produced easily and inexpensively and which has improved durability.

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Abstract

Um eine Brennstoffzellenvorrichtung bereitzustellen, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist und vorzugsweise eine verbesserte Haltbarkeit aufweist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung Folgendes umfasst: - eine Brennstoffzellenstapeleinheit; - einen Tragrahmen, insbesondere ein Gehäuse, in welchem die Brennstoffzellenstapeleinheit angeordnet ist, - eine Lagervorrichtung, mittels welcher die Brennstoffzellenstapeleinheit in dem Tragrahmen, insbesondere in dem Gehäuse, gelagert ist, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung eine Festlagervorrichtung und eine Loslagervorrichtung umfasst, wobei die Loslagervorrichtung eine oder mehrere Loslagereinheiten umfasst.

Description

Brennstoffzellenvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzellen vorrichtung bereitzustellen, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist und vorzugsweise eine verbesserte Haltbarkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Brennstoffzellenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Brennstoffzellenvorrichtung umfasst vorzugsweise Folgendes: eine Brennstoffzellenstapeleinheit; einen Tragrahmen, insbesondere ein Gehäuse, in welchem die Brenn stoffzellenstapeleinheit angeordnet ist, eine Lagervorrichtung, mittels welcher die Brennstoffzellenstapeleinheit in dem Tragrahmen, insbesondere in dem Gehäuse, gelagert ist, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung eine Festlagervorrichtung und eine Los lagervorrichtung umfasst, wobei die Loslagervorrichtung ein oder mehrere Loslagereinheiten umfasst.
Die Loslagervorrichtung umfasst beispielsweise zwei oder mehr als zwei Los lagereinheiten.
Die Brennstoffzellenstapeleinheit umfasst vorzugsweise einen Brennstoffzellen stapel.
Die Festlagervorrichtung und die Loslagervorrichtung sind vorzugsweise auf einander abgewandten Seiten des Brennstoffzellenstapels der Brennstoff zellenstapeleinheit angeordnet. Der Brennstoffzellenstapel umfasst vorzugsweise mehrere entlang einer Stapelrichtung angeordnete Brennstoffzellenelemente. Die Brennstoffzellen elemente sind insbesondere plattenförmige Einheiten, welche verschiedene Komponenten zur elektrochemischen Umsetzung von Brennstoff, zur Strom führung und zur Fluidführung aufweisen.
Die Brennstoffzellenstapeleinheit der Brennstoffzellenvorrichtung umfasst vorzugsweise zwei Endplatten, wobei der Brennstoffzellenstapel der Brenn stoffzellenstapeleinheit vorzugsweise mittels einer Spannvorrichtung, insbesondere mittels mehrerer Spannelemente der Spannvorrichtung, zwischen den zwei Endplatten verspannt ist.
Die Festlagervorrichtung und die Loslagervorrichtung sind vorzugsweise an einander abgewandten Endbereichen der Brennstoffzellenstapeleinheit ange ordnet.
Beispielsweise ist es denkbar, dass die Brennstoffzellenstapeleinheit eine obere Endplatte und eine untere Endplatte umfasst.
Die obere Endplatte und die untere Endplatte sind vorzugsweise an einander abgewandten Endbereichen der Brennstoffzellenstapeleinheit angeordnet.
In einem Betriebszustand der Brennstoffzellenvorrichtung ist die obere End platte vorzugsweise an einem in Schwerkraftrichtung oberen Endbereich der Brennstoffzellenstapeleinheit angeordnet, wobei die untere Endplatte vorzugs weise an einem in Schwerkraftrichtung unteren Endbereich der Brennstoff zellenstapeleinheit angeordnet ist.
Die Brennstoffzellenstapeleinheit umfasst vorzugsweise ferner eine Druck verteilerplatte.
Günstig kann es ferner sein, wenn die Brennstoffzellenstapeleinheit eine Druckausgleichsvorrichtung umfasst. Eine parallel zu der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels genommene Höhe des Brennstoffzellenstapels unterliegt insbesondere Schwankungen, beispielsweise aufgrund thermischer Ausdehnung im Betrieb der Brennstoff zellenvorrichtung und/oder aufgrund eines Setzverhaltens der Brennstoff zellenelemente über eine Lebensdauer der Brennstoffzellenvorrichtung.
Die Druckausgleichsvorrichtung dient dabei insbesondere zum Ausgleich von sich verändernden Druckkräften, welche auf den Brennstoffzellenstapel aufgrund der sich ändernden Höhe des Brennstoffzellenstapels wirken können, insbesondere zum Ausgleich von parallel zu der Stapelrichtung wirkenden Druckkräften.
Vorzugsweise kann mit der Druckausgleichsvorrichtung einerseits das Auf treten von zu hohen Druckkräften verhindert werden, wobei vorzugsweise andererseits zu niedrige Druckkräfte verhindert werden könnten, welche zu einer Undichtigkeit des Brennstoffzellenstapels führen würden, da die Brenn stoffzellenelemente nicht mit ausreichendem Druck gegeneinandergepresst werden.
Günstig kann es sein, wenn die Druckausgleichsvorrichtung zwischen der Druckverteilerplatte und einer Endplatte der Brennstoffzellenstapeleinheit angeordnet ist, beispielsweise zwischen der Druckverteilerplatte und der oberen Endplatte der Brennstoffzellenstapeleinheit.
Vorzugsweise ist der Brennstoffzellenstapel dabei unmittelbar zwischen der unteren Endplatte und der Druckverteilerplatte angeordnet.
Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Druckausgleichsvorrichtung zwischen der Druckverteilerplatte und der unteren Endplatte der Brennstoffzellen stapeleinheit angeordnet ist, wobei der Brennstoffzellenstapel dabei insbesondere unmittelbar zwischen der oberen Endplatte und der Druck verteilerplatte angeordnet ist. Die Druckausgleichsvorrichtung umfasst vorzugsweise mehrere Feder- elemente, beispielsweise mehrere Tellerfederelemente.
Die Brennstoffzellenstapeleinheit umfasst vorzugsweise eine Spannvor richtung, mittels welcher der Brennstoffzellenstapel der Brennstoffzellenstapel einheit zwischen zwei Endplatten der Brennstoffzellenstapeleinheit verspannt ist.
Die Spannvorrichtung umfasst vorzugsweise mehrere Spannelemente, beispielsweise sogenannte "Zuganker".
Günstig kann es sein, wenn die Spannelemente der Spannvorrichtung so an den Endplatten der Brennstoffzellenstapeleinheit angeordnet sind, dass die Endplatten der Brennstoffzellenstapeleinheit aufeinander zu gezogen werden und/oder dass eine Zugkraft auf die Endplatten der Brennstoffzellenstapel einheit wirkt, welche die Endplatten aufeinander zu zieht.
Der Tragrahmen umfasst vorzugsweise ein oberes Tragrahmenelement und ein unteres Tragrahmenelement.
Das obere Tragrahmenelement und das untere Tragrahmenelement sind vorzugsweise relativ zueinander festgelegt.
Insbesondere ist eine Position des oberen Tragrahmenelements relativ zu einer Position des unteren Tragrahmenelements fest.
Der Tragrahmen ist vorzugsweise ein Gehäuse der Brennstoffzellen Vor richtung.
Ein jeweiliges Tragrahmenelement ist dabei vorzugsweise ein Gehäusedeckel des Gehäuses. Beispielsweise ist es denkbar, dass das obere Tragrahmenelement ein oberer Gehäusedeckel ist und dass das untere Tragrahmenelement ein unterer Gehäusedeckel ist.
Das Gehäuse umfasst vorzugsweise einen oberen Gehäusedeckel und einen unteren Gehäusedeckel.
Der obere Gehäusedeckel und der untere Gehäusedeckel des Gehäuses sind vorzugsweise an einander abgewandten Endbereichen des Gehäuses der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet.
Günstig kann es sein, wenn das Gehäuse ferner eine Gehäusehülle umfasst, welche den oberen Gehäusedeckel und den unteren Gehäusedeckel vorzugs weise miteinander verbindet.
Ein Innenraum des Gehäuses der Brennstoffzellenvorrichtung wird dabei vorzugsweise von dem oberen Gehäusedeckel, der Gehäusehülle und dem unteren Gehäusedeckel begrenzt.
In einem Betriebszustand der Brennstoffzellenvorrichtung ist das obere Tragrahmenelement, insbesondere der obere Gehäusedeckel, vorzugsweise an einem in Schwerkraftrichtung oberen Endbereich der Brennstoffzellenvor- richtung angeordnet, wobei das untere Tragrahmenelement, insbesondere der untere Gehäusedeckel, vorzugsweise an einem in Schwerkraftrichtung unteren Endbereich der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet ist.
Das Gehäuse der Brennstoffzellenvorrichtung umfasst vorzugsweise mehrere Montageelemente, welche an einer Außenseite des Gehäuses an dem Gehäuse festgelegt sind.
Die Brennstoffzellenvorrichtung ist mittels der Montageelemente beispielsweise an einer tragenden Struktur eines Fahrzeugs festlegbar. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Gehäuse mehrere, beispielsweise vier, Montageelemente umfasst, welche an dem oberen Gehäusedeckel und/oder an dem unteren Gehäusedeckel des Gehäuses festgelegt sind.
Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Loslagervorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Brennstoffzellen stapeleinheit so in dem Tragrahmen, insbesondere in dem Gehäuse, der Brennstoffzellenvorrichtung gelagert ist, dass eine Torsion der Brennstoff zellenstapeleinheit begrenzt und/oder im Wesentlichen verhindert werden kann.
Bei einer Torsion der Brennstoffzellenstapeleinheit kann insbesondere ein Ver drehen der oberen Endplatte gegenüber der unteren Endplatte auftreten.
Ein solches Verdrehen der oberen Endplatte gegenüber der unteren Endplatte kann dazu führen, dass die Brennstoffzellenelemente des Brennstoffzellen stapels aufeinander abgleiten, was zu einer Zerstörung des Brennstoffzellen stapels führen kann.
Vorzugsweise ist die Loslagervorrichtung dabei derart ausgebildet, dass ein Verdrehen der oberen Endplatte der Brennstoffzellenstapeleinheit gegenüber der unteren Endplatte der Brennstoffzellenstapeleinheit begrenzt und/oder im Wesentlichen verhindert werden kann.
Wenn die Loslagervorrichtung mehrere Loslagereinheiten umfasst, wird eine Torsion der Brennstoffzellenstapeleinheit vorzugsweise durch die Mehrzahl der Loslagereinheiten begrenzt und/oder im Wesentlichen verhindert.
Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Loslagervorrichtung eine einzige Loslagereinheit umfasst, welche derart ausgebildet ist, dass eine Torsion der Brennstoffzellenstapeleinheit begrenzt und/oder im Wesentlichen verhindert werden kann. Wenn die Loslagervorrichtung eine einzige Loslagereinheit umfasst, ist die einzige Loslagervorrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine axiale Bewegung der Brennstoffzellenstapeleinheit relativ zu dem Tragrahmen, insbesondere relativ zu dem Gehäuse, gestattet ist.
Eine einzige Loslagereinheit, mittels welcher eine Torsion der Brennstoffzellen stapeleinheit begrenzt und/oder im Wesentlichen verhindert werden kann, umfasst beispielsweise ein Gleichlaufgelenklager beziehungsweise ein homo kinetisches Gelenk oder wird durch dieses gebildet.
Wenn die Loslagervorrichtung nur eine einzige Loslagereinheit umfasst, ist die einzige Loslagereinheit beispielsweise derart ausgebildet, dass eine Torsion eines ersten Loslagerelements der Loslagereinheit relativ zu einem zweiten Loslagerelement der Loslagereinheit verhindert und/oder begrenzt ist.
Wenn die Loslagervorrichtung nur eine einzige Loslagereinheit umfasst, kann vorgesehen sein, dass die einzige Loslagereinheit im Wesentlichen mittig an einer Endplatte der Brennstoffzellenstapeleinheit angeordnet ist.
Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenstapeleinheit mittels der Festlagervorrichtung einseitig fest in dem Tragrahmen, insbesondere in dem Gehäuse, der Brennstoffzellen vorrichtung gelagert ist.
Die Brennstoffzellenstapeleinheit ist vorzugsweise an einem ihrer Endbereiche fest in dem Tragrahmen, insbesondere in dem Gehäuse, der Brennstoffzellen vorrichtung gelagert, beispielsweise an einem Tragrahmenelement des Tragrahmes beziehungsweise an einem Gehäusedeckel des Gehäuses.
Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass eine untere Endplatte der Brennstoffzellenstapeleinheit an einem Tragrahmen element, vorzugsweise an einem Gehäusedeckel, insbesondere an einem unteren Tragrahmenelement, vorzugsweise an einem unteren Gehäusedeckel, festgelegt ist.
Beispielsweise ist es denkbar, dass die untere Endplatte der Brennstoffzellen stapeleinheit mit dem unteren Tragrahmenelement und/oder mit dem unteren Gehäusedeckel des Gehäuses verschraubt ist.
Alternativ dazu ist es denkbar, dass die untere Endplatte der Brennstoffzellen stapeleinheit einstückig mit dem unteren Tragrahmenelement und/oder mit dem unteren Gehäusedeckel des Gehäuses verbunden ist.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung kann vor gesehen sein, dass eine obere Endplatte der Brennstoffzellenstapeleinheit an einem oberen Tragrahmenelement, insbesondere an einem oberen Gehäuse deckel des Gehäuses, festgelegt ist.
Die obere Endplatte ist dabei beispielsweise einstückig mit dem oberen Tragrahmenelement, insbesondere mit dem oberen Gehäusedeckel des Gehäuses, verschraubt oder, alternativ dazu, einstückig mit dem oberen Tragrahmenelement, insbesondere mit dem Gehäusedeckel des Gehäuses, verbunden.
Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenstapeleinheit mittels der Loslagervorrichtung einseitig los in dem Tragrahmen, insbesondere in dem Gehäuse, der Brennstoffzellen vorrichtung gelagert ist.
Die Brennstoffzellenstapeleinheit ist vorzugsweise an einem ihrer Endbereiche los in dem in dem Tragrahmen, insbesondere in dem Gehäuse, der Brennstoff zellenvorrichtung gelagert, beispielsweise an einem Gehäusedeckel des Gehäuses. Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass eine jeweilige Loslagereinheit jeweils zwei Loslagerelemente umfasst, wobei ein erstes Loslagerelement der jeweiligen Loslagereinheit vorzugsweise an der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegt ist und wobei ein zweites Loslager element der jeweiligen Loslagereinheit vorzugsweise an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, der Brennstoffzellenvorrichtung festgelegt ist.
Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass ein erstes Loslagerelement der jeweiligen Loslagereinheit an einer Endplatte der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegt ist und/oder dass ein zweites Loslagerelement der jeweiligen Loslagereinheit an einem Tragrahmenelement des Tragrahmens, insbesondere an einem Gehäusedeckel des Gehäuses, der Brennstoffzellenvorrichtung festgelegt ist.
Beispielsweise ist es denkbar, dass das erste Loslagerelement an einer oberen Endplatte der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegt ist, wobei das zweite Loslagerelement an einem oberen Tragrahmenelement des Tragrahmens, insbesondere an einem oberen Gehäusedeckel des Gehäuses, der Brennstoff zellenvorrichtung festgelegt ist.
Alternativ dazu ist es denkbar, dass das erste Loslagerelement an einer unteren Endplatte der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegt ist, wobei das zweite Loslagerelement an einem unteren Tragrahmenelement des Trag rahmens, insbesondere an einem unteren Gehäusedeckel des Gehäuses, der Brennstoffzellenvorrichtung festgelegt ist.
Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass ein an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegtes Los lagerelement einer Loslagereinheit in einem an der Brennstoffzellenstapel einheit festgelegten Loslagerelement der Loslagereinheit entlang einer Führungsrichtung geführt ist und/oder dass ein an der Brennstoffzellen stapeleinheit festgelegtes Loslagerelement einer Loslagereinheit in einem an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegten Loslager element der Loslagereinheit entlang einer Führungsrichtung geführt ist.
Die Führungsrichtung verläuft vorzugsweise parallel zu der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels der Brennstoffzellenstapeleinheit.
Beispielsweise ist es denkbar, dass sämtliche an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegte Loslagerelemente in Loslager elementen geführt sind, welche an der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegt sind.
Alternativ dazu ist es denkbar, dass sämtliche an der Brennstoffzellen stapeleinheit festgelegte Loslagerelemente in Loslagerelementen geführt sind, welche an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegt sind.
Günstig kann es ferner sein, wenn einzelne an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegte Loslagerelemente in Loslagerelementen geführt sind, welche an der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegt sind und wenn einzelne an der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegte Loslagerelemente in Loslagerelementen geführt sind, welche an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegt sind.
Beispielsweise ist es denkbar, dass die Loslagervorrichtung zwei Loslager einheiten umfasst, wobei das Loslagerelement einer ersten Loslagereinheit, welches an der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegt ist, in einem an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegten Loslagerelement geführt ist, wobei das Loslagerelement einer zweiten Loslagereinheit, welches an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegt ist, in einem an der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegten Loslagerelement geführt ist.
Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass das an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegte Los- lagerelement, welches in dem an der Brennstoffzellenstapeleinheit fest gelegten Loslagerelement geführt ist, in der Führungsrichtung relativ zu dem an der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegten Loslagerelement bewegbar ist und/oder dass das an der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegte Los lagerelement, welches in dem an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegten Loslagerelement geführt ist, in der Führungsrichtung relativ zu dem an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, fest gelegten Loslagerelement bewegbar ist.
Die Loslagerelemente sind insbesondere derart ausgebildet, dass das an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegte Loslagerelement, welches in dem an der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegten Loslager element geführt ist, in der Führungsrichtung relativ zu dem an der Brennstoff zellenstapeleinheit festgelegten Loslagerelement bewegbar ist.
Alternativ oder ergänzend dazu sind die Loslagerelemente vorzugsweise derart ausgebildet, dass das an der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegte Los lagerelement, welches in dem an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegten Loslagerelement geführt ist, in der Führungsrichtung relativ zu dem an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, fest gelegten Loslagerelement bewegbar ist.
Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Loslagerelemente derart ausgebildet sind, dass eine Bewegung des an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegten Loslagerelements, welches in dem an der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegten Loslager element geführt ist, in einer quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Führungs richtung verlaufenden Richtung begrenzt und/oder verhindert ist und/oder dass die Loslagerelemente derart ausgebildet sind, dass eine Bewegung des an der Brennstoffzellenstapeleinheit festgelegten Loslagerelements, welches in dem an dem Tragrahmen, insbesondere an dem Gehäuse, festgelegten Loslagerelement geführt ist, in einer quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Führungsrichtung verlaufenden Richtung begrenzt und/oder verhindert ist. Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass eine jeweilige Loslagereinheit ein Loslagerelement umfasst, welches ein Hülsenelement umfasst, und dass die Loslagereinheit ferner ein Loslager element umfasst, welches ein Stabelement umfasst oder bildet, wobei das Stabelement vorzugsweise zumindest teilweise in dem Hülsenelement ange ordnet ist.
Das Stabelement ragt vorzugsweise zumindest teilweise in das Hülsenelement hinein, insbesondere in eine Öffnung des Hülsenelements.
Die Loslagerelemente einer jeweiligen Loslagereinheit sind vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet.
Die Stabelemente der Loslagerelemente der zwei oder mehr als zwei Los lagereinheiten sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander ange ordnet.
Insbesondere sind dabei die Längsachsen der Stabelemente der Loslager elemente der zwei oder mehr als zwei Loslagereinheiten vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet.
Dass die Längsachsen der Stabelemente der Loslagerelemente der zwei oder mehr als zwei Loslagereinheiten im Wesentlichen parallel zueinander ange ordnet sind, wird im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche vorzugsweise so definiert, dass eine Winkelabweichung der Längs achsen der Stabelemente vorzugsweise höchstens ungefähr 20° beträgt, beispielsweise höchstens ungefähr 10°, insbesondere höchstens ungefähr 5° beträgt. Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass eine jeweilige Loslagereinheit ein Loslagerelement umfasst, welches ein Aus gleichselement umfasst, das an dem Loslagerelement der Loslagereinheit angeordnet, insbesondere festgelegt, ist.
Das Ausgleichselement ist vorzugsweise an einem Hülsenelement des Los lagerelements festgelegt.
Beispielsweise ist es denkbar, dass das Ausgleichselement in eine Öffnung des Hülsenelements eingesetzt ist.
Vorzugsweise ist das Ausgleichselement in einer quer, vorzugsweise senk recht, zu einer Führungsrichtung verlaufenden Richtung zwischen einem Stabelement eines ersten Loslagerelements und einem Hülsenelement eines zweiten Loslagerelements einer jeweiligen Loslagereinheit angeordnet.
Günstig kann es sein, wenn das Ausgleichselement ein Dämpfungselement ist, insbesondere ein Gummielement, beispielsweise ein Gummiring.
Ein als Gummielement ausgebildetes Dämpfungselement umfasst vorzugs weise eine metallische Gleitfläche, an welcher ein Stabelement abgleiten kann.
Das Dämpfungselement dämpft und/oder begrenzt vorzugsweise eine Bewegung der zwei Loslagerelemente einer jeweiligen Loslagereinheit relativ zueinander in einer quer, vorzugsweise senkrecht, zu einer Führungsrichtung verlaufenden Richtung.
Alternativ dazu ist es denkbar, dass das Ausgleichselement beispielsweise durch ein Gelenklager gebildet wird.
Mittels eines Ausgleichselements, welches durch ein Gelenklager gebildet wird, kann vorzugsweise ein Winkelausgleich zwischen den zwei Loslagereinheiten der Loslagervorrichtung ermöglicht werden. Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Loslagervorrichtung zwei oder mehr als zwei Loslagereinheiten umfasst, wobei Loslagerelemente einer jeweiligen Loslagereinheit vorzugsweise so an der Brennstoffzellenstapeleinheit angeordnet sind, dass ein Abstand der Los lagereinheiten voneinander maximal ist.
Loslagerelemente der Loslagereinheiten sind insbesondere so an einer End platte der Brennstoffzellenstapeleinheit angeordnet, dass ein Abstand der Los lagerelemente voneinander maximal ist.
Vorzugsweise kann durch eine Maximierung eines Abstands der Loslager einheiten voneinander ein Verdrehen der oberen Endplatte der Brennstoff zellenstapeleinheit gegenüber der unteren Endplatte noch besser verhindert oder begrenzt werden.
Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Loslagervorrichtung zwei Loslagereinheiten umfasst, wobei Loslager elemente der Loslagereinheiten einander diagonal gegenüberliegend an einer Endplatte der Brennstoffzellenstapeleinheit angeordnet sind.
Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Loslagereinheiten der Loslagervorrichtung eine Linearführung umfassen oder bilden.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegen stand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Brennstoffzellenvorrichtung von schräg unten; Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung der Ausführungsform einer Brennstoffzellenvorrichtung aus Fig. 1 von schräg oben;
Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung der Ausführungsform einer Brennstoffzellenvorrichtung aus Fig. 1 von schräg oben, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung auf den Kopf gestellt ist;
Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf die Ausführungsform einer Brenn stoffzellenvorrichtung aus Fig. 1 bei Blick längs des Pfeils 4 in Fig. 2;
Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch die Ausführungsform einer Brenn stoffzellenvorrichtung aus Fig. 1 längs der Linie V-V in Fig. 4;
Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs VI in Fig. 5;
Fig. 7 eine schematische Seitenansicht der Ausführungsform einer Brenn stoffzellenvorrichtung aus Fig. 1 bei Blick längs des Pfeils 7 in Fig. 1;
Fig. 8 einen schematischen Schnitt durch die Ausführungsform einer Brenn stoffzellenvorrichtung aus Fig. 1 längs der Linie VIII-VIII in Fig. 7;
Fig. 9 eine schematische Explosionsdarstellung der Ausführungsform einer Brennstoffzellenvorrichtung aus Fig. 1; und
Fig. 10 eine der Darstellung aus Fig. 6 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Brennstoffzellenvorrichtung.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Eine in den Fig. 1 bis 9 schematisch dargestellte und als Ganzes mit 100 bezeichnete Brennstoffzellenvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Brenn stoffzellenstapeleinheit 102 und einen Tragrahmen 103, welcher vorzugsweise ein Gehäuse 104 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 ist.
Die Brennstoffzellenstapeleinheit 102 ist vorzugsweise in dem Tragrahmen 103, insbesondere in dem Gehäuse 104, angeordnet.
Die Brennstoffzellenstapeleinheit 102 umfasst vorzugsweise einen Brennstoff zellenstapel 106.
Der Brennstoffzellenstapel 106 umfasst vorzugsweise mehrere entlang einer Stapelrichtung angeordnete 108 Brennstoffzellenelemente, welche nicht separat dargestellt sind und aus Übersichtlichkeitsgründen auch nicht separat mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Die Brennstoffzellenelemente sind insbesondere plattenförmige Einheiten, welche verschiedene Komponenten zur elektrochemischen Umsetzung von Brennstoff, zur Stromführung und zur Fluidführung aufweisen.
Günstig kann es sein, wenn die Brennstoffzellenvorrichtung 100 eine Lager vorrichtung 110 umfasst, mittels welcher die Brennstoffzellenstapeleinheit 102 in dem Tragrahmen 103, insbesondere in dem Gehäuse 104, gelagert ist.
Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst insbesondere eine Festlager vorrichtung 112 und eine Loslagervorrichtung 114.
Die Brennstoffzellenstapeleinheit 102 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise zwei Endplatten 116, insbesondere eine obere Endplatte 116a und eine untere Endplatte 116b. Die obere Endplatte 116a und die untere Endplatte 116b sind vorzugsweise an einander abgewandten Endbereichen 118 der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 angeordnet.
Die Festlagervorrichtung 112 und die Loslagervorrichtung 114 sind vorzugs weise an den einander abgewandten Endbereichen 118 der Brennstoffzellen stapeleinheit 102 angeordnet.
In einem Betriebszustand der Brennstoffzellenvorrichtung 100 ist die obere Endplatte 116a vorzugsweise an einem in Schwerkraftrichtung G oberen End bereich 118a der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 angeordnet, wobei die untere Endplatte 116b vorzugsweise an einem in Schwerkraftrichtung G unteren Endbereich 118b der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 angeordnet ist.
Günstig kann es sein, wenn die Brennstoffzellenstapeleinheit 102 ferner eine Spannvorrichtung 120 umfasst, wobei der Brennstoffzellenstapel 106 mittels der Spannvorrichtung 120 zwischen den zwei Endplatten 116a, 116b verspannt ist.
Eine parallel zu der Stapelrichtung 108 des Brennstoffzellenstapels 106 genommene Höhe 122 des Brennstoffzellenstapels 106 (vergl. Fig. 5) unter liegt insbesondere Schwankungen, beispielsweise aufgrund thermischer Aus dehnung im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 100 und/oder aufgrund eines Setzverhaltens der Brennstoffzellenelemente über eine Lebensdauer der Brennstoffzellenvorrichtung 100.
Günstig kann es daher sein, wenn die Brennstoffzellenstapeleinheit 102 eine Druckausgleichsvorrichtung 124 umfasst.
Die Druckausgleichsvorrichtung 124 dient dabei insbesondere zum Ausgleich von sich verändernden Druckkräften, welche auf den Brennstoffzellenstapel 106 aufgrund der sich ändernden Höhe 122 des Brennstoffzellenstapels 106 wirken können, insbesondere zum Ausgleich von parallel zu der Stapelrichtung 108 wirkenden Druckkräften.
Vorzugsweise kann mit der Druckausgleichsvorrichtung 124 dabei einerseits das Auftreten von zu hohen Druckkräften verhindert werden, wobei vorzugs weise andererseits zu niedrige Druckkräfte verhindert werden könnten, welche zu einer Undichtigkeit des Brennstoffzellenstapels 108 führen würden, da die Brennstoffzellenelemente nicht mit ausreichendem Druck gegeneinander gepresst werden.
Die Brennstoffzellenstapeleinheit 102 umfasst vorzugsweise ferner eine Druck verteilerplatte 126.
Günstig kann es sein, wenn die Druckausgleichsvorrichtung 124 zwischen der Druckverteilerplatte 126 und einer Endplatte 116 der Brennstoffzellen stapeleinheit 102 angeordnet ist, beispielsweise zwischen der Druckverteiler platte 126 und der oberen Endplatte 116a der Brennstoffzellenstapeleinheit 102.
Vorzugsweise ist der Brennstoffzellenstapel 106 dabei unmittelbar zwischen der unteren Endplatte 116b und der Druckverteilerplatte 126 angeordnet.
Die Druckausgleichsvorrichtung 124 umfasst vorzugsweise mehrere Feder elemente 128.
Beispielsweise ist es denkbar, dass die Druckausgleichsvorrichtung 124 zwei Tellerfederpakete 130 umfasst, welche jeweils mehrere Tellerfederelemente 132 umfassen.
Die Spannvorrichtung 120 der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 umfasst vorzugsweise mehrere Spannelemente 134, beispielsweise sogenannte "Zuganker". Die Spannelemente 134 der Spannvorrichtung 120 sind dabei vorzugsweise so an den Endplatten 116 der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 angeordnet, dass die Endplatten 116 der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 aufeinander zu gezogen werden und/oder dass eine Zugkraft auf die Endplatten 116 der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 wirkt, welche die Endplatten 116 aufeinander zu zieht.
Der Tragrahmen 103 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst vorzugs weise ein oberes Tragrahmenelement 135a und ein unteres Tragrahmen element 135b.
Das obere Tragrahmenelement 135a und das untere Tragrahmenelement 135b sind vorzugsweise relativ zueinander festgelegt.
Insbesondere ist eine Position des oberen Tragrahmenelements 135a relativ zu einer Position des unteren Tragrahmenelements 135b fest.
Das Gehäuse 104 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise einen oberen Gehäusedeckel 136a und einen unteren Gehäusedeckel 136b.
Das obere Tragrahmenelement 135a ist somit vorzugsweise ein oberer Gehäusedeckel 136a, wobei das untere Tragrahmenelement 135b vorzugs weise ein unterer Gehäusedeckel 136b ist.
Der obere Gehäusedeckel 136a und der untere Gehäusedeckel 136b des Gehäuses 104 sind vorzugsweise an einander abgewandten Endbereichen 138 des Gehäuses 104 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 angeordnet.
In einem Betriebszustand der Brennstoffzellenvorrichtung 100 ist der obere Gehäusedeckel 136a vorzugsweise an einem in Schwerkraftrichtung G oberen Endbereich 138a der Brennstoffzellenvorrichtung 100 angeordnet, wobei der untere Gehäusedeckel 136b vorzugsweise an einem in Schwerkraftrichtung G unteren Endbereich 138b der Brennstoffzellenvorrichtung 100 angeordnet ist. Günstig kann es sein, wenn das Gehäuse 104 ferner eine Gehäusehülle 140 umfasst, welche den oberen Gehäusedeckel 136a und den unteren Gehäuse deckel 136b vorzugsweise miteinander verbindet.
Die Gehäusehülle 140 ist in den Figuren lediglich schematisch angedeutet.
Ein Innenraum 141 des Gehäuses 104 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 wird dabei vorzugsweise von dem oberen Gehäusedeckel 136a, der Gehäuse hülle 140 und dem unteren Gehäusedeckel 136b begrenzt.
Das Gehäuse 104 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise mehrere Montageelemente 142, welche an einer Außenseite 144 des Gehäuses 104 an dem Gehäuse 104 festgelegt sind.
Beispielsweise ist es denkbar, dass das Gehäuse vier Montageelemente 142 umfasst, welche an dem oberen Gehäusedeckel 136a und/oder an dem unteren Gehäusedeckel 136b des Gehäuses 104 festgelegt sind.
Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 ist mittels der Montageelemente 142 beispielsweise an einer zeichnerisch nicht dargestellten tragenden Struktur eines Fahrzeugs festlegbar.
Die Festlagervorrichtung 112 und die Loslagervorrichtung 114 sind vorzugs weise auf einander abgewandten Seiten des Brennstoffzellenstapels 106 der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 angeordnet.
Die Brennstoffzellenstapeleinheit 102 ist mittels der Festlagervorrichtung 112 vorzugsweise einseitig fest in dem Gehäuse 104 der Brennstoffzellenvor richtung 100 gelagert. Die Brennstoffzellenstapeleinheit 102 ist dabei vorzugsweise an einem ihrer Endbereiche 118 fest in dem Gehäuse 104 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 gelagert, beispielsweise an einem Gehäusedeckel 136 des Gehäuses 104.
Günstig kann es beispielsweise sein, wenn die untere Endplatte 116b der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 an dem unteren Gehäusedeckel 136b des Gehäuses 104 festgelegt ist.
Beispielsweise ist es denkbar, dass die untere Endplatte 116b der Brennstoff zellenstapeleinheit 102 mit dem unteren Gehäusedeckel 136b des Gehäuses 104 verschraubt ist.
Alternativ dazu ist es denkbar, dass die untere Endplatte 116b der Brennstoff zellenstapeleinheit 102 einstückig mit dem unteren Gehäusedeckel 136b des Gehäuses 104 verbunden ist.
Bei einer zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsform der Brennstoff zellenvorrichtung 100 kann vorgesehen sein, dass die obere Endplatte 116a der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 an dem oberen Gehäusedeckel 136a des Gehäuses 104 festgelegt ist.
Die obere Endplatte 116a ist dabei beispielsweise einstückig mit dem oberen Gehäusedeckel 136a des Gehäuses 104 verschraubt oder, alternativ dazu, einstückig mit dem oberen Gehäusedeckel 136a des Gehäuses 104 verbunden.
Günstig kann es sein, wenn die Brennstoffzellenstapeleinheit 102 mittels der Loslagervorrichtung 114 einseitig los in dem Gehäuse 104 der Brennstoff zellenvorrichtung 100 gelagert ist.
Die Brennstoffzellenstapeleinheit 102 ist vorzugsweise an einem ihrer End bereiche 118 los in dem Gehäuse 104 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 gelagert, beispielsweise an einem Gehäusedeckel 136 des Gehäuses. Bei einer Torsion der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 kann insbesondere ein Verdrehen der oberen Endplatte 116a gegenüber der unteren Endplatte 116b auftreten.
Ein solches Verdrehen der oberen Endplatte 116a gegenüber der unteren End platte 116b kann dazu führen, dass die Brennstoffzellenelemente des Brenn stoffzellenstapels 106 aufeinander abgleiten, was zu einer Zerstörung des Brennstoffzellenstapels 106 führen kann.
Die Loslagervorrichtung 114 ist insbesondere derart ausgebildet, dass die Brennstoffzellenstapeleinheit 102 so in dem Gehäuse 104 der Brennstoffzellen vorrichtung 100 gelagert ist, dass eine Torsion der Brennstoffzellenstapel einheit 102 begrenzt und/oder im Wesentlichen verhindert werden kann.
Vorzugsweise ist die Loslagervorrichtung 114 dabei derart ausgebildet, dass ein Verdrehen der oberen Endplatte 116a der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 gegenüber der unteren Endplatte 116b der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 begrenzt und/oder im Wesentlichen verhindert werden kann.
Die Loslagervorrichtung 114 umfasst vorzugsweise mehrere Loslagereinheiten 146, beispielsweise zwei oder mehr als zwei Loslagereinheiten 146.
Die Loslagereinheiten 146 umfassen vorzugsweise jeweils zwei Loslager elemente 148, wobei ein erstes Loslagerelement 148a der jeweiligen Los lagereinheit 146 vorzugsweise an der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 fest gelegt ist und wobei ein zweites Loslagerelement 148b der jeweiligen Los lagereinheit 146 vorzugsweise an dem Gehäuse 104 der Brennstoffzellenvor richtung 100 festgelegt ist.
Beispielsweise ist es denkbar, dass ein erstes Loslagerelement 148a der jeweiligen Loslagereinheit 146 an einer Endplatte 116 der Brennstoffzellen stapeleinheit 102 festgelegt ist, vorzugsweise an der oberen Endplatte 116a. Günstig kann es ferner sein, wenn ein zweites Loslagerelement 148b der jeweiligen Loslagereinheit 146 an einem Gehäusedeckel 136 des Gehäuses 104 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 festgelegt ist, vorzugsweise an dem oberen Gehäusedeckel 136a.
Die an dem Gehäuse 104 festgelegten Loslagerelemente 148b der Loslager einheiten 146 sind vorzugsweise jeweils in einem an der Brennstoffzellen stapeleinheit 102 festgelegten Loslagerelement 148a einer jeweiligen Los lagereinheit 146 entlang einer Führungsrichtung 150 geführt.
Die Loslagereinheiten 146 der Loslagervorrichtung 114 umfassen oder bilden vorzugsweise eine Linearführung.
Die Führungsrichtung 150 verläuft vorzugsweise parallel zu der Stapelrichtung 108 des Brennstoffzellenstapels 106 der Brennstoffzellenstapeleinheit 102.
Die Loslagereinheiten 146 umfassen vorzugsweise jeweils ein Loslagerelement 148a, welches ein Hülsenelement 152 umfasst.
Dieses Loslagerelement 148a ist bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform einer Brennstoffzellenvorrichtung 100 insbesondere mittels mehrerer Schraubelemente 154 an der oberen Endplatte 116a der Brennstoff zellenstapeleinheit 102 festgelegt.
Günstig kann es ferner sein, wenn die Loslagereinheiten 146 ferner ein Loslagerelement 148b umfassen, welches ein Stabelement 156 umfasst oder bildet.
Das Loslagerelement 148b der Loslagereinheiten 146 umfasst vorzugsweise ferner einen Flanschabschnitt 158, mit welchem das Loslagerelement 148b an dem Gehäuse 104, insbesondere an dem oberen Gehäusedeckel 136a anliegt. Zur Abdichtung zwischen dem Gehäuse 104, insbesondere dem oberen Gehäusedeckel 136a, und dem Loslagerelement 148b kann die Brennstoff zellenvorrichtung 100 ein Dichtelement 159 umfassen, welches in einer Nut des Flanschabschnitts 158 des Loslagerelements 148b angeordnet ist.
Vorzugsweise umfasst das Loslagerelement 148b der Loslagereinheiten 146 ferner einen Befestigungsabschnitt 160, welcher jeweils durch eine Durch trittsöffnung 161 in dem oberen Gehäusedeckel 136a hindurchgeführt ist.
Das Loslagerelement 148b ist dabei mit dem oberen Gehäusedeckel 136a vorzugsweise mittels eines Mutternelements 162 verschraubt.
Um das Loslagerelement 148b ausrichten zu können, kann der Befestigungs abschnitt 160 des Loslagerelements 148b bei einer Montage der Brennstoff zellenvorrichtung 100 in der Durchtrittsöffnung 161 in dem oberen Gehäuse deckel 136a in Richtung des Doppelpfeils 163 verschoben werden.
Das Federelement 165 dient vorzugsweise lediglich zur Montage der Brenn stoffzellenvorrichtung 100.
Mittels des Federelements 165 kann vorzugsweise verhindert werden, dass der Befestigungsabschnitt 160 des Loslagerelements 148b in der Schwerkraft richtung G aus der Durchtrittsöffnung 161 in dem oberen Gehäusedeckel 136a herausfällt, bevor der Befestigungsabschnitt 160 mittels des Mutternelements 162 mit dem oberen Gehäusedeckel 136a verschraubt wird.
Vorzugsweise ist das Stabelement 156 eines Loslagerelements 148b, welches an dem Gehäuse 104 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 festgelegt ist, zumindest teilweise in dem Hülsenelement 152 des Loslagerelements 148a, welches an der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 festgelegt ist, angeordnet. Das Stabelement 156 ragt dabei vorzugsweise zumindest teilweise in das Hülsenelement 152 hinein, insbesondere in eine Öffnung 164 des Hülsen elements 152.
Die Loslagerelemente 148 der Loslagereinheiten 146 sind vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet.
Die an dem Gehäuse 104 festgelegten Loslagerelemente 148b, welche in den an der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 festgelegten Loslagerelementen 148a geführt sind, sind in der Führungsrichtung 150 vorzugsweise relativ zu den an der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 festgelegten Loslagerelement 148a bewegbar.
Die Loslagerelemente 148 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Bewegung des an dem Gehäuse 104 festgelegten Loslagerelements 148b, welches in dem an der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 festgelegten Los lagerelement 148a geführt ist, in einer quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Führungsrichtung 150 verlaufenden Richtung begrenzt und/oder verhindert ist.
Günstig kann es sein, wenn die Loslagereinheiten 146 jeweils ein Loslager element 148a umfassen, welches ein Ausgleichselement 166 umfasst.
Das Ausgleichselement 166 ist vorzugsweise an dem Loslagerelement 148a der Loslagereinheit 146, welches an der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 fest gelegt ist, angeordnet, insbesondere festgelegt.
Das Ausgleichselement 166 ist vorzugsweise an dem Hülsenelement 152 des Loslagerelements 148a festgelegt.
Beispielsweise ist es denkbar, dass das Ausgleichselement 166 in die Öffnung 164 des Hülsenelements 152 eingesetzt ist und dort beispielsweise mittels eines Sprengrings fixiert ist. Das Ausgleichselement 166 ist vorzugsweise in einer quer, vorzugsweise senk recht, zu der Führungsrichtung 150 verlaufenden Richtung zwischen dem Stabelement 156 des an dem Gehäuse 104 festgelegten Loslagerelements 148b und einem Hülsenelement 152 des an der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 festgelegten Loslagerelements 148a einer jeweiligen Loslagereinheit 146 angeordnet.
Günstig kann es sein, wenn das Ausgleichselement 166 ein Dämpfungselement 167 ist.
Das Dämpfungselement 167 ist vorzugsweise ein Gummielement 168, beispielsweise ein Gummiring 170.
Ein als Gummielement 168 ausgebildetes Dämpfungselement 167 umfasst vorzugsweise eine metallische Gleitfläche, an weicher ein Stabelement 156 abgleiten kann.
Das Dämpfungselement 167 dämpft und/oder begrenzt vorzugsweise jeweils eine Bewegung der zwei Loslagerelemente 148a, 148b einer jeweiligen Los lagereinheit 146 relativ zueinander in einer quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Führungsrichtung 150 verlaufenden Richtung.
Die Loslagerelemente 148a der Loslagereinheiten 146 sind vorzugsweise so an der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 angeordnet, insbesondere so an der oberen Endplatte 116a der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 festgelegt, dass ein Abstand der Loslagereinheiten 146 voneinander maximal ist.
Vorzugsweise kann durch eine Maximierung eines Abstands der Loslager einheiten 146 voneinander ein Verdrehen der oberen Endplatte 116a der Brennstoffzellenstapeleinheit 102 gegenüber der unteren Endplatte 116b noch besser verhindert oder begrenzt werden. Günstig kann es sein, wenn die an der oberen Endplatte 116a festgelegten Loslagerelemente 148b der Loslagereinheiten 146 einander diagonal gegenüberliegend an der oberen Endplatte 116a angeordnet sind.
Eine in Fig. 10 dargestellte weitere Ausführungsform einer Brennstoffzellenvor richtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Aus führungsform einer Brennstoffzellenvorrichtung 100 im Wesentlichen dadurch, dass das Ausgleichselement 166 durch ein Gelenklager 172 gebildet wird.
Mittels eines Ausgleichselements 166, welches durch ein Gelenklager 172 gebildet wird, kann vorzugsweise ein Winkelausgleich zwischen den zwei Los lagereinheiten (146) der Loslagervorrichtung (114) ermöglicht werden.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform einer Brenn stoffzellenvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den Fig.
1 bis 9 dargestellten Ausführungsform einer Brennstoffzellenvorrichtung 100 überein, so dass so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Insgesamt kann eine Brennstoffzellenvorrichtung 100 bereitgestellt werden, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist und welche eine verbesserte Haltbarkeit aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Brennstoffzellenvorrichtung (100), wobei die Brennstoffzellenvorrichtung (100) Folgendes umfasst: eine Brennstoffzellenstapeleinheit (102); einen Tragrahmen (103), insbesondere ein Gehäuse (104), in welchem die Brennstoffzellenstapeleinheit (102) angeordnet ist, eine Lagervorrichtung (110), mittels welcher die Brennstoffzellen stapeleinheit (102) in dem Tragrahmen (103), insbesondere in dem Gehäuse (104), gelagert ist, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung (100) eine Festlagervorrichtung (112) und eine Loslagervorrichtung (114) umfasst, wobei die Loslagervorrichtung (114) eine oder mehrere Loslagerein heiten (146) umfasst.
2. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Loslagervorrichtung (114) derart ausgebildet ist, dass die Brennstoffzellenstapeleinheit (102) so in dem Tragrahmen (103), insbesondere in dem Gehäuse (104), der Brennstoffzellenvorrichtung (100) gelagert ist, dass eine Torsion der Brennstoffzellenstapeleinheit (102) begrenzt und/oder im Wesentlichen verhindert werden kann.
3. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenstapeleinheit (102) mittels der Festlagervorrichtung (112) einseitig fest in dem Tragrahmen (103), insbesondere in dem Gehäuse (104), der Brennstoffzellenvorrichtung (100) gelagert ist.
4. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine untere Endplatte (118b) der Brenn stoffzellenstapeleinheit (102) an einem Tragrahmenelement (135), vorzugsweise an einem Gehäusedeckel (136), insbesondere an einem unteren Tragrahmenelement (135b), vorzugsweise an einem unteren Gehäusedeckel (136b), festgelegt ist.
5. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenstapeleinheit (102) mittels der Loslagervorrichtung (114) einseitig los in dem Tragrahmen
(103), insbesondere in dem Gehäuse (104), der Brennstoffzellen vorrichtung (100) gelagert ist.
6. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Loslagereinheit (146) jeweils zwei Loslagerelemente (148) umfasst, wobei ein erstes Los lagerelement (148a) der jeweiligen Loslagereinheit (146) vorzugsweise an der Brennstoffzellenstapeleinheit (102) festgelegt ist und wobei ein zweites Loslagerelement (148b) der jeweiligen Loslagereinheit (146) vorzugsweise an dem Tragrahmen (103), insbesondere an dem Gehäuse
(104), der Brennstoffzellenvorrichtung (100) festgelegt ist.
7. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, dass ein erstes Loslagerelement (148a) der jeweiligen Los lagereinheit an einer Endplatte (116a) der Brennstoffzellenstapeleinheit (102) festgelegt ist und/oder dass ein zweites Loslagerelement (148b) der jeweiligen Loslagereinheit (146) an einem Tragrahmenelement
(135) des Tragrahmens (103), insbesondere an einem Gehäusedeckel
(136) des Gehäuses (104), der Brennstoffzellenvorrichtung (100) fest gelegt ist.
8. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein an dem Tragrahmen (103), insbesondere an dem Gehäuse (104), festgelegtes Loslagerelement (148) einer Loslagereinheit (146) in einem an der Brennstoffzellen stapeleinheit (102) festgelegten Loslagerelement (148) der Loslager einheit (146) entlang einer Führungsrichtung (150) geführt ist und/oder dass ein an der Brennstoffzellenstapeleinheit (102) festgelegtes Loslagerelement (148) einer Loslagereinheit (146) in einem an dem Tragrahmen (103), insbesondere an dem Gehäuse (104), festgelegten Loslagerelement (148) der Loslagereinheit (146) entlang einer Führungsrichtung (150) geführt ist.
9. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, dass das an dem Tragrahmen (103), insbesondere an dem Gehäuse (104), festgelegte Loslagerelement (148), welches in dem an der Brennstoffzellenstapeleinheit (102) festgelegten Loslagerelement (148) geführt ist, in der Führungsrichtung (150) relativ zu dem an der Brennstoffzellenstapeleinheit (102) festgelegten Loslagerelement (148) bewegbar ist und/oder dass das an der Brennstoffzellenstapeleinheit (102) festgelegte Loslagerelement (148), welches in dem an dem Trag rahmen (103), insbesondere an dem Gehäuse (102), festgelegten Los lagerelement (148) geführt ist, in der Führungsrichtung (150) relativ zu dem an dem Tragrahmen (103), insbesondere an dem Gehäuse (104), festgelegten Loslagerelement (148) bewegbar ist.
10. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Loslagerelemente (148) derart ausgebildet sind, dass eine Bewegung des an dem Tragrahmen (103), insbesondere an dem Gehäuse (104), festgelegten Loslagerelements (148), welches in dem an der Brennstoffzellenstapeleinheit (102) festgelegten Los lagerelement (148) geführt ist, in einer quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Führungsrichtung (150) verlaufenden Richtung begrenzt und/oder verhindert ist und/oder dass die Loslagerelemente (148) derart ausgebildet sind, dass eine Bewegung des an der Brennstoff zellenstapeleinheit (102) festgelegten Loslagerelements (148), welches in dem an dem Tragrahmen (103), insbesondere an dem Gehäuse (104), festgelegten Loslagerelement (148) geführt ist, in einer quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Führungsrichtung (150) verlaufenden Richtung begrenzt und/oder verhindert ist. 11. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Loslagereinheit (146) ein Loslagerelement (148) umfasst, welches ein Hülsenelement (152) umfasst, und dass die Loslagereinheit (146) ferner ein Loslagerelement (148) umfasst, welches ein Stabelement (156) umfasst oder bildet, wobei das Stabelement (156) vorzugsweise zumindest teilweise in dem Hülsenelement (152) angeordnet ist.
12. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Loslagereinheit (146) ein Loslagerelement (148) umfasst, welches ein Ausgleichselement (166) umfasst, das an dem Loslagerelement (148) der Loslagereinheit (146) angeordnet, insbesondere festgelegt, ist.
13. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Loslagervorrichtung (114) zwei oder mehr als zwei Loslagereinheiten (146) umfasst, wobei Loslagerelemente (148) einer jeweiligen Loslagereinheit (146) vorzugsweise so an der Brennstoffzellenstapeleinheit (102) angeordnet sind, dass ein Abstand der Loslagereinheiten (146) voneinander maximal ist.
14. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Loslagervorrichtung (114) zwei Los lagereinheiten (146) umfasst, wobei Loslagerelemente (148) der Los lagereinheiten (146) einander diagonal gegenüberliegend an einer End platte (116) der Brennstoffzellenstapeleinheit (102) angeordnet sind.
15. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Loslagereinheiten (146) der Loslager vorrichtung (114) eine Linearführung umfassen oder bilden.
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