WO2011098276A1 - Fuel cell arrangement and method for the production thereof - Google Patents

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WO2011098276A1
WO2011098276A1 PCT/EP2011/000629 EP2011000629W WO2011098276A1 WO 2011098276 A1 WO2011098276 A1 WO 2011098276A1 EP 2011000629 W EP2011000629 W EP 2011000629W WO 2011098276 A1 WO2011098276 A1 WO 2011098276A1
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WO
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end plate
fuel cell
eccentric
tensioning means
tensioning
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PCT/EP2011/000629
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Holger Stark
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Daimler Ag
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/248Means for compression of the fuel cell stacks
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a fuel cell assembly having an upper end plate, a lower end plate, and a plurality of fuel cells stacked between the upper end plate and the lower end plate. Further comprising at least one tensioning means acting between the upper end plate and the lower end plate for applying a tensile force between the upper end plate and the lower end plate along a tensioning direction, a fastener for mechanically coupling between tensioning means and at least one of the end plates and / or between two tensioning means and a Coupling region in which the tensioning means and the fastener are connected together. Furthermore, the present invention relates to a method for producing a fuel cell assembly according to claim 9.
  • Fuel cell delivered voltage is determined by the electrochemical processes in the fuel cell are connected in series
  • Fuel cells used to provide a multiple of this voltage The stacking of the individual fuel cells has proven to be a fuel cell stack. Especially in the area of the active area, in the middle of the stack, different operating conditions such as operating temperature and humidity cause a change in the absolute height of the plant
  • Fuel cell stack (the stack is breathing). Nevertheless, in order to ensure sufficient gas and cooling water tightness at all times, a certain stability of the stack must always be ensured, ie it must be ensured that a sufficiently great compression always acts on the seals in the cell stack. The provision of sufficient stability is of fundamental importance and especially in mobile applications, for example in the automotive sector, particularly important.
  • Fuel cell stack are, can be hung.
  • Fuel cell stacks can be damaged by vibrations, for example, the use of tie rods requires comparatively much space and also has the disadvantage that the force is introduced into the end plates only selectively. To compensate for this, the plates used must be thick-walled in the region of the tensile layer.
  • the known concepts, which use tensioning straps, are comparatively complex and expensive in assembly, since the straps are under tension
  • the object of the invention is to provide a fuel cell assembly available, which has a space-saving, compact design and comparatively easy to assemble and thus is inexpensive.
  • the plates are to be provided with appropriate fasteners.
  • Tension bands can be attached to both the long sides and the narrow sides of the plates.
  • the formation of at least one fastening element as an eccentric element or the fact that at least one fastening element comprises an eccentric element makes it possible to fasten the tensioning means without tension or under a comparatively low tension, since the eccentric element makes it possible to tighten the tensioning means after its assembly tighten.
  • the fastening element is designed as an eccentric element, whereby the assembly is simplified.
  • the fastening element includes a
  • Framework conditions such as the height of the fuel cell stack or the material used for the tensioning agent. It is also possible to place the eccentric element between two tensioning means.
  • the fastening element is designed as an eccentric screw.
  • a screw with an eccentric head is used.
  • the eccentric screw is inserted into a corresponding hole located on the plate.
  • the fastening element is as
  • the tensioning means is fastened to the eccentric rod and tensioned by its rotation.
  • the upper end plate and / or the lower end plate includes at least one through hole through which the fastener is guided. Further advantageously, the length of the fastener is designed so that the
  • the eccentric element includes a
  • Such devices which can receive a clamping tool.
  • Such devices may be, for example, two holes for receiving a 2-pin key or a hexagon recess for receiving a hex wrench.
  • the tensioning means includes a securing means, wherein the securing means is adapted to cause unwanted movement of the
  • the eccentric can be locked by a locking screw or a locking pin so that it can not turn. It may be particularly advantageous for the eccentric element to be turned by no more than 180 degrees by turning to the left (counterclockwise). In this way, a locking screw with right-hand thread can not solve.
  • the tensioning means is formed band or cord-shaped, wherein the tensioning means of different materials such. Cotton, metal, plastics or composite materials.
  • the tensioning means consists of an electrically insulating material or is coated with an electrically insulating material. As a result, short circuits in the fuel cell stack can be avoided.
  • the material used should have the lowest possible plastic deformability, especially over a longer period. Even a low material fatigue is advantageous.
  • a material having a suitable elongation and a suitable tensile strength is preferable.
  • the invention relates to a method for producing a
  • Fuel cell assembly Advantageously, it is possible to first compress the fuel cell stack to facilitate the bracing.
  • Eccentric elements are then brought into their "loading position", so they are arranged so that they tension the tensioning means as little as possible After the tensioning means have been fixed to the fastening element, the bracing of the Tensioning means by rotation of the eccentric element.
  • the tightening is advantageously carried out with the aid of a clamping tool, which has a corresponding lever.
  • the clamping force can be adjusted via the torque or the angle of rotation. Further advantageous, it is possible before attaching the
  • Verspannffenschs to measure the height of the fuel cell stack and depending on the measured height to punch out or cut out the hole spacing of the two holes required in the tensioning means individually from the clamping band.
  • the eccentric element is removed from the fuel cell stack after the tensioning means has been braced. This is e.g. then possible if the fastening element is not formed as an eccentric element, but contains an eccentric element.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a fuel cell stack 10.
  • FIG. 2 shows a detailed view of two eccentric elements 20, 25.
  • Fig. 3 is a view of an end plate 12, 13 and an eccentric with
  • FIG. 4 shows a detailed view of FIG. 3.
  • Fig. 5 is an end plate 12, 13 with inserted eccentric rod 51st
  • FIG. 6 shows a detailed view of FIG. 5 with a recognizable anti-rotation lock 62.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a fuel cell stack 10.
  • a plurality of fuel cells 11 together form a fuel cell stack which is bounded at its stack ends by a lower end plate 13 and an upper compression plate 14 and an upper end plate 12. Between the upper end plate 12 and the upper compression plate 14 spring elements 15 are arranged.
  • FIG. 2 shows a schematic detail view of two eccentric elements 20, 25, which are eccentric discs. These each have a through hole 22, in the center of which the axis of rotation of the eccentric discs is arranged. Also recognizable are two receiving bores 21 for a clamping tool, in this case a two-pin wrench, and the support surface for a fastening screw 32.
  • the two adjacent eccentric discs allow comparison between the loading position 20 and the achievable by a rotation of 180 ° position the maximum tension 25. The maximum between these positions
  • Adjustment path 26 thus represents the maximum possible tension along the
  • Clamping direction of the clamping band 16 is and is between the two
  • the tensioning means 16 is above a
  • Adjustment path moves in the clamping direction.
  • Fig. 3 shows a view of an end plate 12 and an eccentric element with
  • Securing screw 32 This eccentric element is attached laterally to the end plate 12.
  • the locking screw 32 is shown with a hexagonal recess and shown enlarged in the detail view of FIG. 4.
  • FIG 5 shows an end plate 12 with inserted eccentric rod 51. It can be seen that the eccentric rod 51 is guided through a bore in the end plate 12 and projects beyond the end plate 12 on both sides. As a result, the tension band 16 can be fastened.
  • FIG. 6 shows a detail view of FIG. 5, wherein a variant of an anti-rotation lock 62 can be seen. Perpendicular to the eccentric rod 51, a grub screw 62 or a locking pin 62 is placed, which the eccentric rod 51 in the desired

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Abstract

The invention relates to a fuel cell arrangement comprising an upper end plate (12), a lower end plate (13), a plurality of fuel cells (11) that are stacked between the upper end plate (12) and the lower end plate (13), at least one tensioning means (16) that acts between the upper end plate (12) and the lower end plate (13) for carrying out a tensile force between the upper end plate (12) and the lower end plate (13) along a tensioning direction, and a fixing element (31) for a mechanical coupling between the tensioning means (16) and at least one of the end plates (12, 13) and/or between two tensioning means (16). The fuel cell arrangement also comprises a coupling region in which the tensioning means (16) and the fixing element (17) are connected to each other. According to the invention, the fixing element (17) is designed as an eccentric element (20, 25, 31, 51) or contains an eccentric element (20, 25, 31, 51), said eccentric element (20, 25, 31, 51) being rotatably mounted such that the coupling region can be moved in the tensioning direction.

Description

Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zu deren Herstellung  Fuel cell assembly and method for its production
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung mit einer oberen Endplatte, einer unteren Endplatte und einer Mehrzahl zwischen der oberen Endplatte und der unteren Endplatte gestapelter Brennstoffzellen. Weiterhin mit mindestens einem zwischen der oberen Endplatte und der unteren Endplatte wirkenden Verspannungsmittel zum Ausüben einer Zugkraft zwischen der oberen Endplatte und der unteren Endplatte entlang einer Spannrichtung, einem Befestigungselement zur mechanischen Kopplung zwischen Verspannungsmittel und mindestens einer der Endplatten und/oder zwischen zwei Verspannungsmitteln und einem Kopplungsbereich, in welchem das Verspannungsmittel und das Befestigungselement miteinander verbunden sind. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung entsprechend Anspruch 9. The invention relates to a fuel cell assembly having an upper end plate, a lower end plate, and a plurality of fuel cells stacked between the upper end plate and the lower end plate. Further comprising at least one tensioning means acting between the upper end plate and the lower end plate for applying a tensile force between the upper end plate and the lower end plate along a tensioning direction, a fastener for mechanically coupling between tensioning means and at least one of the end plates and / or between two tensioning means and a Coupling region in which the tensioning means and the fastener are connected together. Furthermore, the present invention relates to a method for producing a fuel cell assembly according to claim 9.
Vorrichtungen zur Kompression von Brennstoffzellenstapeln sind bekannt und kommen bei verschiedenen Arten von Brennstoffzellen zum Einsatz. Da die von einer Devices for compressing fuel cell stacks are known and used in various types of fuel cells. Because of a
Brennstoffzelle gelieferte Spannung durch die elektrochemischen Vorgänge in der Brennstoffzelle festgelegt ist, werden mehrere hintereinander geschaltete Fuel cell delivered voltage is determined by the electrochemical processes in the fuel cell are connected in series
Brennstoffzellen verwendet, um ein Vielfaches dieser Spannung zur Verfügung zu stellen. Dabei hat sich die Übereinanderschichtung der einzelnen Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bewährt. Speziell im Bereich der aktiven Fläche, in der Mitte des Stapels, kommt es durch unterschiedliche Betriebsbedingungen wie Betriebstemperatur und Feuchte, betriebsbedingt zu einer Änderung der absoluten Höhe des Fuel cells used to provide a multiple of this voltage. The stacking of the individual fuel cells has proven to be a fuel cell stack. Especially in the area of the active area, in the middle of the stack, different operating conditions such as operating temperature and humidity cause a change in the absolute height of the plant
Brennstoffzellenstapels (der Stapel atmet). Um trotzdem zu jeden Zeitpunkt eine ausreichende Gas- und Kühlwasserdichtigkeit zu gewährleisten, muss stets eine gewisse Stabilität des Stapels gewährleistet sein, dass heißt es muss sichergestellt werden, dass immer eine ausreichend große Kompression auf die Dichtungen im Zellstapel wirkt. Die Bereitstellung einer ausreichenden Stabilität ist von grundsätzlicher Bedeutung und insbesondere bei mobilen Anwendungen, beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich, besonders wichtig. Fuel cell stack (the stack is breathing). Nevertheless, in order to ensure sufficient gas and cooling water tightness at all times, a certain stability of the stack must always be ensured, ie it must be ensured that a sufficiently great compression always acts on the seals in the cell stack. The provision of sufficient stability is of fundamental importance and especially in mobile applications, for example in the automotive sector, particularly important.
Zur Erhöhung der Stabilität von Brennstoffzellenstapeln sind im Stand der Technik verschiedene Lösungen bekannt. Zu diesen Lösungen zählen das Aufbringen einer externen Kraft auf die Stapelenden, sowie das Verkleben der einzelnen Brennstoffzellen. Des Weiteren sind Konzepte bekannt, bei denen Zuganker seitlich an der Außenseite des Stapels durch Durchgangsbohrungen in einer Kompressionsendplatte geführt werden. Die notwendige Kraft wird dabei jeweils mittels Federn erzeugt, die auf den Zuganker aufgesetzt sind. Im Regelfall ist das Ende des Zugankers mit einem Gewinde versehen, so dass die Federn mittels einer Mutter vorgespannt werden können. To increase the stability of fuel cell stacks, various solutions are known in the art. These solutions include applying an external force to the stack ends, as well as bonding the individual fuel cells. Furthermore, concepts are known in which tie rods are guided laterally on the outside of the stack through through holes in a compression end plate. The necessary force is generated in each case by means of springs, which are placed on the tie rod. As a rule, the end of the tie rod is threaded, so that the springs can be biased by a nut.
Im Stand der Technik sind auch Vorrichtungen bekannt, welche den In the prior art devices are known which the
Brennstoffzellenstapel mittels Spannbändern spannen. DE 102006028498 A1 offenbart beispielsweise einen solchen Brennstoffzellenstapel mit Spannbändern. Die Spannbänder weisen jeweils eine Einhängöffnung auf, mit der sie in einem gedehnten Zustand in entsprechende Einhängnasen die sich seitlich an einer Endplatte des Clamp the fuel cell stack with tension bands. For example, DE 102006028498 A1 discloses such a fuel cell stack with tension bands. The tension straps each have a Einhängöffnung, with which they in a stretched state in corresponding hooks which laterally on an end plate of the
Brennstoffzellenstapels befinden, eingehängt werden können. Fuel cell stack are, can be hung.
Die bekannten Lösungen weisen jedoch verschiedene Nachteile auf. Verklebte However, the known solutions have various disadvantages. bonded
Brennstoffzellenstapel können beispielsweise durch Vibrationen beschädigt werden, die Verwendung von Zugankern benötigt vergleichsweise viel Platz und hat außerdem den Nachteil, dass die Krafteinleitung in die Endplatten nur punktuell erfolgt. Um dies zu kompensieren, müssen die verwendeten Platten im Bereich der Zugauflage dickwandig ausgelegt werden. Die bekannten Konzepte, welche Spannbänder verwenden, sind in der Montage vergleichsweise aufwändig und teuer, da die Bänder unter Spannung Fuel cell stacks can be damaged by vibrations, for example, the use of tie rods requires comparatively much space and also has the disadvantage that the force is introduced into the end plates only selectively. To compensate for this, the plates used must be thick-walled in the region of the tensile layer. The known concepts, which use tensioning straps, are comparatively complex and expensive in assembly, since the straps are under tension
angebracht werden müssen und oftmals eine große Bauhöhe erforderlich ist, um die vorgebogenen Spannbänder am Brennstoffzellenstapel zu befestigen. must be attached and often a large height is required to secure the pre-bent straps on the fuel cell stack.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennstoffzellenanordnung zur Verfügung zu stellen, welche eine Bauraum sparende, kompakte Bauform aufweist und vergleichsweise einfach zu montieren und damit kostengünstig ist. The object of the invention is to provide a fuel cell assembly available, which has a space-saving, compact design and comparatively easy to assemble and thus is inexpensive.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung gemäß dem nebengeordneten Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur Verfügung zu stellen, bei der das Befestigungselement entweder als Excenterelement ausgebildet ist oder ein Excenterelement enthält wobei das Excenterelement derart ausgebildet ist, dass durch seine Drehung sich der Kopplungsbereich in Spannrichtung bewegen lässt und somit das Verspannungselement spannt. This object is achieved by an arrangement according to claim 1 and a method for producing such an arrangement according to the independent claim 9. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. The essential idea of the invention is to provide an arrangement in which the fastening element is either designed as an eccentric element or contains an eccentric element, wherein the eccentric element is designed such that its rotation allows the coupling region to be moved in the clamping direction and thus the bracing element stressed.
Es ist vorteilhaft, die Spannbänder seitlich an der Endplatte anzuordnen. Hierfür sind die Platten mit entsprechenden Befestigungselementen zu versehen. Die It is advantageous to arrange the straps laterally on the end plate. For this purpose, the plates are to be provided with appropriate fasteners. The
Spannbänder können sowohl an den Längsseiten, als auch an den Schmalseiten der Platten befestigt werden. Die Ausbildung mindestens eines Befestigungselements als Excenterelement bzw. die Tatsache, dass mindestens ein Befestigungselement ein Excenterelement enthält, ermöglicht es, das Verspannungsmittel ohne Spannung, bzw. unter einer vergleichsweise niedrigen Spannung zu befestigen, da das Excenterelement es ermöglicht, das Verspannungsmittel nach seiner Montage zu spannen. Vorteilhaft ist das Befestigungselement als Excenterelement ausgebildet, wodurch die Montage vereinfacht wird. Weiterhin vorteilhaft enthält das Befestigungselement ein Tension bands can be attached to both the long sides and the narrow sides of the plates. The formation of at least one fastening element as an eccentric element or the fact that at least one fastening element comprises an eccentric element makes it possible to fasten the tensioning means without tension or under a comparatively low tension, since the eccentric element makes it possible to tighten the tensioning means after its assembly tighten. Advantageously, the fastening element is designed as an eccentric element, whereby the assembly is simplified. Further advantageously, the fastening element includes a
Excenterelement. Dies ermöglicht die Verwendung vorgefertigter Bauteile sowie die bessere Anpassung des Befestigungselements an die jeweils gegebenen Eccentric element. This allows the use of prefabricated components and the better adaptation of the fastener to the given
Rahmenbedingungen, wie z.B. die Höhe des Brennstoffzellenstapels oder das für das Verspannungsmittel verwendete Material. Es ist ebenso möglich, das Excenterelement zwischen zwei Verspannungsmitteln zu platzieren. Framework conditions, such as the height of the fuel cell stack or the material used for the tensioning agent. It is also possible to place the eccentric element between two tensioning means.
Vorteilhaft ist das Befestigungselement als Excenterschraube ausgebildet. Hierfür wird eine Schraube mit einem exzentrischen Kopf verwendet. Die Excenterschraube wird in eine entsprechende Bohrung, die sich an der Platte befindet, eingesetzt. Advantageously, the fastening element is designed as an eccentric screw. For this purpose, a screw with an eccentric head is used. The eccentric screw is inserted into a corresponding hole located on the plate.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Befestigungselement als In a further preferred embodiment, the fastening element is as
Excenterstange ausgebildet. Das Verspannungsmittel wird an der Excenterstange befestigt und durch deren Drehung gespannt. Excenter rod formed. The tensioning means is fastened to the eccentric rod and tensioned by its rotation.
Vorteilhaft enthält die obere Endplatte und/oder die untere Endplatte mindestens eine durchgehende Bohrung, durch welche das Befestigungselement geführt wird. Weiter vorteilhaft ist die Länge des Befestigungselements so ausgelegt, dass das Advantageously, the upper end plate and / or the lower end plate includes at least one through hole through which the fastener is guided. Further advantageously, the length of the fastener is designed so that the
Befestigungselement an beiden Seiten über die Endplatte hinausragt. Dies ermöglicht es zunächst, dass das Verspannungsmittel an beiden Seiten des Brennstoffzellenstapels befestigt wird. Außerdem bewirkt die Drehung der Excenterstange die gleichzeitige Verspannung beider Seiten des Brennstoffzellenstapels. Zum Verspannen genügt es also, Zugang zu einer Seite des Stapels zu haben, was die Montage vereinfacht. Fastener on both sides protrudes beyond the end plate. This first makes it possible for the tensioning means to be fastened on both sides of the fuel cell stack. In addition, the rotation of the eccentric causes the simultaneous Tension on both sides of the fuel cell stack. For clamping it is sufficient to have access to one side of the stack, which simplifies installation.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthält das Excenterelement eine In a further preferred embodiment, the eccentric element includes a
Vorrichtung, welche ein Spannwerkzeug aufnehmen kann. Eine solche Vorrichtungen können beispielsweise zwei Bohrungen zur Aufnahme eines 2-Stift-Schlüssels oder eine Innensechskantvertiefung zur Aufnahme eines Sechskantschlüssels sein. Device which can receive a clamping tool. Such devices may be, for example, two holes for receiving a 2-pin key or a hexagon recess for receiving a hex wrench.
Vorzugsweise beinhaltet das Verspannungsmittel ein Sicherungsmittel, wobei das Sicherungsmittel so ausgelegt ist, dass es eine unerwünschte Bewegung des Preferably, the tensioning means includes a securing means, wherein the securing means is adapted to cause unwanted movement of the
Excenterelements blockiert. Diese Sicherung ist mit sehr einfachen Mitteln zu erreichen. Beispielsweise kann das Excenterelement durch eine Sicherungsschraube oder einen Sicherungsstift so arretiert werden, dass es sich nicht mehr drehen lässt. Besonders vorteilhaft kann es sein, dass Excenterelement über eine Linksdrehung (gegen den Uhrzeigersinn) um nicht mehr als 180 Grad zu drehen. Auf diese Weise kann sich eine Sicherungsschraube mit Rechtsgewinde nicht lösen. Blocked eccentric element. This backup can be achieved with very simple means. For example, the eccentric can be locked by a locking screw or a locking pin so that it can not turn. It may be particularly advantageous for the eccentric element to be turned by no more than 180 degrees by turning to the left (counterclockwise). In this way, a locking screw with right-hand thread can not solve.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Verspannungsmittel band- oder schnurförmig ausgebildet wobei das Verspannungsmittel aus verschiedenen Materialien wie z.B. Baumwolle, Metall, Kunststoffen oder Verbundmaterialien bestehen kann. In a further preferred embodiment, the tensioning means is formed band or cord-shaped, wherein the tensioning means of different materials such. Cotton, metal, plastics or composite materials.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verspannungsmittel aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, bzw. mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet ist. Dadurch können Kurzschlüsse im Brennstoffzellenstapel vermieden werden. It is particularly advantageous if the tensioning means consists of an electrically insulating material or is coated with an electrically insulating material. As a result, short circuits in the fuel cell stack can be avoided.
Zweckmäßiger Weise sollte das verwendete Material eine möglichst geringe plastische Verformbarkeit aufweisen, insbesondere über einen längeren Zeitraum. Auch eine geringe Materialermüdung ist vorteilhaft. Je nach Art des Brennstoffzellenstapels ist ein Material mit einer geeigneten Dehnung und einer geeigneten Reißfestigkeit zu bevorzugen. Appropriately, the material used should have the lowest possible plastic deformability, especially over a longer period. Even a low material fatigue is advantageous. Depending on the type of fuel cell stack, a material having a suitable elongation and a suitable tensile strength is preferable.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Moreover, the invention relates to a method for producing a
Brennstoffzellenanordnung. Vorteilhaft ist es möglich, den Brennstoffzellenstapel zunächst zu verpressen, um das Verspannen zu erleichtern. Die einzusetzenden Fuel cell assembly. Advantageously, it is possible to first compress the fuel cell stack to facilitate the bracing. The used
Excenterelemente werden anschließend in ihre„Ladeposition" gebracht. Sie werden also so angeordnet, dass sie das Verspannungsmittel möglichst wenig spannen. Nachdem die Verspannungsmittel am Befestigungselement fixiert wurden, erfolgt die Verspannung der Verspannungsmittel durch Drehung des Excenterelements. Das Verspannen erfolgt zweckmäßiger Weise mit Hilfe eines Spannwerkzeugs, welches einen entsprechenden Hebel aufweist. Die Spannkraft kann dabei über das Drehmoment oder den Drehwinkel eingestellt werden. Weiterhin vorteilhaft ist es möglich vor dem Anbringen des Eccentric elements are then brought into their "loading position", so they are arranged so that they tension the tensioning means as little as possible After the tensioning means have been fixed to the fastening element, the bracing of the Tensioning means by rotation of the eccentric element. The tightening is advantageously carried out with the aid of a clamping tool, which has a corresponding lever. The clamping force can be adjusted via the torque or the angle of rotation. Further advantageous, it is possible before attaching the
Verspannungsmittels die Höhe des Brennstoffzellenstapels zu messen und je nach gemessener Höhe den Lochabstand der beiden im Verspannungsmittel benötigten Löcher individuell aus dem Spannband auszustanzen oder auszuschneiden. Verspannmittels to measure the height of the fuel cell stack and depending on the measured height to punch out or cut out the hole spacing of the two holes required in the tensioning means individually from the clamping band.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung des Verfahrens wird das Excenterelement nach dem Verspannen des Verspannungsmittels vom Brennstoffzellenstapel entfernt. Dies ist z.B. dann möglich, wenn das Befestigungselement nicht als Excenterelement ausgebildet ist, sondern ein Excenterelement enthält. In a further preferred embodiment of the method, the eccentric element is removed from the fuel cell stack after the tensioning means has been braced. This is e.g. then possible if the fastening element is not formed as an eccentric element, but contains an eccentric element.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnung näher erläutert. In the following the invention will be explained in more detail with reference to the drawing.
Dabei zeigen: Showing:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Brennstoffzellenstapels 10. 1 is a schematic sectional view of a fuel cell stack 10.
Fig. 2 eine Detailansicht zweier Excenterelemente 20, 25.  2 shows a detailed view of two eccentric elements 20, 25.
Fig. 3 eine Ansicht einer Endplatte 12, 13 und eines Excenterelements mit  Fig. 3 is a view of an end plate 12, 13 and an eccentric with
Sicherungsschraube 32.  Locking screw 32.
Fig. 4 eine Detailansicht von Fig. 3.  4 shows a detailed view of FIG. 3.
Fig. 5 eine Endplatte 12, 13 mit eingesetzter Excenterstange 51.  Fig. 5 is an end plate 12, 13 with inserted eccentric rod 51st
Fig. 6 eine Detailansicht von Fig. 5 mit erkennbarer Verdrehsicherung 62.  6 shows a detailed view of FIG. 5 with a recognizable anti-rotation lock 62.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Brennstoffzellenstapels 10. Eine Mehrzahl von Brennstoffzellen 11 bildet zusammen einen Brennstoffzellenstapel, der an seinen Stapelenden von einer unteren Endplatte 13 und einer oberen Kompressionsplatte 14 sowie einer oberen Endplatte 12 begrenzt wird. Zwischen der oberen Endplatte 12 und der oberen Kompressionsplatte 14 sind Federelemente 15 angeordnet. Diese 1 shows a schematic sectional view of a fuel cell stack 10. A plurality of fuel cells 11 together form a fuel cell stack which is bounded at its stack ends by a lower end plate 13 and an upper compression plate 14 and an upper end plate 12. Between the upper end plate 12 and the upper compression plate 14 spring elements 15 are arranged. These
Federelemente 15, welche sich an der oberen Endplatte 12 abstützen, bringen die externe Kraft auf das Stapelende auf, welche die notwendige Kompression auf die Dichtungen im Zellstapel 1 1 erzeugt. Außerdem sind Verspannungsmittel 16 in Form von Spannbändern 16 sowie deren Befestigungselemente 17 dargestellt. Fig. 2 zeigt eine schematische Detailansicht zweier Excenterelemente 20, 25, wobei es sich um Excenterscheiben handelt. Diese weisen jeweils eine Durchgangsbohrung 22 auf, in deren Mittelpunkt die Drehachse der Excenterscheiben angeordnet ist. Erkennbar sind auch zwei Aufnahmebohrungen 21 für ein Spannwerkzeug, in diesem Fall ein Zwei- Stift-Schlüssel, sowie die Auflagefläche für eine Befestigungsschraube 32. Die beiden nebeneinander dargestellten Excenterscheiben ermöglichen den Vergleich zwischen der Ladeposition 20 und der durch eine Drehung um 180° erreichbaren Position der maximalen Verspannung 25. Der zwischen diesen Positionen liegende maximale Spring elements 15, which are supported on the upper end plate 12, bring the external force on the stack end, which generates the necessary compression on the seals in the cell stack 1 1. In addition, tensioning means 16 in the form of tension bands 16 and their fastening elements 17 are shown. Fig. 2 shows a schematic detail view of two eccentric elements 20, 25, which are eccentric discs. These each have a through hole 22, in the center of which the axis of rotation of the eccentric discs is arranged. Also recognizable are two receiving bores 21 for a clamping tool, in this case a two-pin wrench, and the support surface for a fastening screw 32. The two adjacent eccentric discs allow comparison between the loading position 20 and the achievable by a rotation of 180 ° position the maximum tension 25. The maximum between these positions
Verstellungsweg 26 stellt somit die maximal mögliche Verspannung entlang der Adjustment path 26 thus represents the maximum possible tension along the
Spannrichtung des Verspannungsbandes 16 dar und ist zwischen den beiden Clamping direction of the clamping band 16 is and is between the two
Positionsdarstellungen aufgezeigt. Das Verspannungsmittel 16 steht über einen Positions representations shown. The tensioning means 16 is above a
Kopplungsbereich mit dem Excenterelement in Wirkverbindung. Dieser Kopplungsbereich wird beim Drehen des Excenterelementes ebenfalls um den Betrag des Coupling region with the eccentric element in operative connection. This coupling region is also rotated by the amount of the
Verstellungsweges in Spannrichtung bewegt. Adjustment path moves in the clamping direction.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht einer Endplatte 12 und eines Excenterelements mit Fig. 3 shows a view of an end plate 12 and an eccentric element with
Sicherungsschraube 32. Dieses Excenterelement ist seitlich an der Endplatte 12 befestigt. Die Sicherungsschraube 32 ist mit einer Innensechskantvertiefung dargestellt und in der Detailansicht der Fig. 4 vergrößert gezeigt. Securing screw 32. This eccentric element is attached laterally to the end plate 12. The locking screw 32 is shown with a hexagonal recess and shown enlarged in the detail view of FIG. 4.
Fig. 5 zeigt eine Endplatte 12 mit eingesetzter Excenterstange 51. Es ist zu erkennen, dass die Excenterstange 51 durch eine Bohrung in der Endplatte 12 geführt wird und auf beiden Seiten über die Endplatte 12 hinausragt. Dadurch kann das Spannband 16 befestigt werden. 5 shows an end plate 12 with inserted eccentric rod 51. It can be seen that the eccentric rod 51 is guided through a bore in the end plate 12 and projects beyond the end plate 12 on both sides. As a result, the tension band 16 can be fastened.
Fig. 6 zeigt eine Detailansicht von Fig. 5, wobei eine Variante einer Verdrehsicherung 62 erkennbar ist. Senkrecht zur Excenterstange 51 wird eine Madenschraube 62 oder ein Sicherungsstift 62 platziert, welcher die Excenterstange 51 in der gewünschten FIG. 6 shows a detail view of FIG. 5, wherein a variant of an anti-rotation lock 62 can be seen. Perpendicular to the eccentric rod 51, a grub screw 62 or a locking pin 62 is placed, which the eccentric rod 51 in the desired
Endposition blockiert. Bezugszeichenliste End position blocked. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Brennstoffzellenstapel 10 fuel cell stacks
11 Brennstoffzellen  11 fuel cells
12 obere Endplatte  12 upper end plate
13 untere Endplatte  13 lower end plate
14 Kompressionsplatte  14 compression plate
15 Federelemente  15 spring elements
16 Verspannungsmittel  16 tensioning agent
17 Befestigungsmittel  17 fasteners
20 Excenterscheibe in Ladeposition 20 eccentric disc in loading position
21 Aufnahmebohrung für Spannwerkzeug 21 Mounting hole for clamping tool
22 Durchgangsbohrung 22 through hole
23 Auflagefläche für Befestigungsschraube 23 bearing surface for fastening screw
25 Excenterscheibe mit maximaler Spannung25 eccentric disc with maximum tension
26 Maximaler Verstellungsweg 26 Maximum adjustment path
31 Befestigungselement 31 fastener
32 Sicherungsschraube  32 safety screw
51 Excenterstange 51 eccentric rod
62 Verdrehsicherung 62 anti-rotation lock

Claims

Patentansprüche claims
1. Brennstoffzellenanordnung mit 1. Fuel cell assembly with
einer oberen Endplatte (12),  an upper end plate (12),
einer unteren Endplatte (13),  a lower end plate (13),
einer Mehrzahl zwischen der oberen Endplatte (12) und der unteren Endplatte (13) gestapelter Brennstoffzellen (11),  a plurality of fuel cells (11) stacked between the upper end plate (12) and the lower end plate (13),
mindestens einem zwischen der oberen Endplatte (12) und der unteren  at least one between the upper end plate (12) and the lower one
Endplatte(13) wirkenden Verspannungsmittel (16) zum Ausüben einer Zugkraft zwischen der oberen Endplatte (12) und der unteren Endplatte(13) entlang einer Spannrichtung,  End plate (13) acting tensioning means (16) for applying a tensile force between the upper end plate (12) and the lower end plate (13) along a clamping direction,
einem Befestigungselement (31) zur mechanischen Kopplung zwischen  a fastening element (31) for mechanical coupling between
Verspannungsmittel (16) und mindestens einer der Endplatten (12, 13) und/oder zwischen zwei Verspannungsmitteln (16),  Tensioning means (16) and at least one of the end plates (12, 13) and / or between two tensioning means (16),
einem Kopplungsbereich, in welchem das Verspannungsmittel (16) und das Befestigungselement (17) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (17) als Excenterelement (20, 25, 31 , 51) ausgebildet ist oder ein Excenterelement enthält (20, 25, 31 , 51), wobei das Excenterelement (20, 25, 31 , 51) derart drehbar gelagert ist, dass sich der Kopplungsbereich in  a coupling region in which the tensioning means (16) and the fastening element (17) are connected to one another, characterized in that the fastening element (17) is designed as an eccentric element (20, 25, 31, 51) or contains an eccentric element (20, 25 , 31, 51), wherein the eccentric element (20, 25, 31, 51) is rotatably mounted such that the coupling region in
Spannrichtung bewegen lässt. Can move clamping direction.
2. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1 , 2. Fuel cell assembly according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Befestigungselement (17) als Excenterschraube ausgebildet ist.  the fastening element (17) is designed as an eccentric screw.
3. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1 , 3. Fuel cell assembly according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Befestigungselement (17) als Excenterstange (51) ausgebildet ist.  the fastening element (17) is designed as an eccentric rod (51).
4. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 3, 4. Fuel cell assembly according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die obere Endplatte (12) und/oder die untere Endplatte (13) mindestens eine durchgehende Bohrung enthält, durch welche das Befestigungselement (17) geführt wird.  the upper end plate (12) and / or the lower end plate (13) includes at least one through bore through which the fastener (17) is guided.
5. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, 5. Fuel cell arrangement according to one of claims 3 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Länge des Befestigungselements (17) so ausgelegt ist, dass das  the length of the fastener (17) is designed so that the
Befestigungselement (17) an beiden Seiten über die Endplatte (12, 13) hinausragt.  Fixing element (17) on both sides beyond the end plate (12, 13) protrudes.
6. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. Fuel cell arrangement according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Excenterelement (20, 25, 31 , 51) eine Vorrichtung enthält, welche ein  the eccentric element (20, 25, 31, 51) contains a device which comprises
Spannwerkzeug aufnehmen kann.  Can accommodate clamping tool.
7. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. Fuel cell arrangement according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Verspannungsmittel (16) ein Sicherungsmittel (62) beinhaltet, wobei das Sicherungsmittel (62) so ausgelegt ist, dass es eine unerwünschte Bewegung des Excenterelements (20, 25, 31 , 51) blockiert.  the biasing means (16) includes securing means (62), the securing means (62) being adapted to block unwanted movement of the eccentric member (20, 25, 31, 51).
8. Brennstoffzellenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch 8. Fuel cell assembly according to one of claims 1 to 7, characterized
gekennzeichnet, dass das Verspannungsmittel (16) band- oder schnurförmig ausgebildet ist. characterized in that the tensioning means (16) is formed band or cord-shaped.
9. Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit den Schritten: 9. A method for producing a fuel cell assembly according to any one of claims 1 to 8, comprising the steps:
Aufstapeln mehrerer Brennstoffzellen (1 ) zu einem Brennstoffzellenstapel (10), Stacking a plurality of fuel cells (1) to a fuel cell stack (10),
Einsetzen der Befestigungselemente (17) in die Endplatten und/oder in die Verspannungsmittel (16), wobei die Excenterelemente (20, 25, 31 , 51) auf ihre in Bezug auf die Spannrichtung tiefste Position eingestellt werden Befestigung des Verspannungsmittel (16) am Befestigungselement (17) Verspannen des Verspannungsmittel (16) durch Drehung des Excenterelements (20, 25, 31 , 51)  Inserting the fastening elements (17) into the end plates and / or into the tensioning means (16), the eccentric elements (20, 25, 31, 51) being adjusted to their lowest position relative to the tensioning direction fixing the tensioning means (16) to the fastening element (17) clamping the tensioning means (16) by rotation of the eccentric element (20, 25, 31, 51)
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, 10. The method according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Excenterelement (20, 25, 31 , 51) nach dem Verspannen des  the eccentric element (20, 25, 31, 51) after the bracing of the
Verspannungsmittels (16) entfernt wird.  Tensioning means (16) is removed.
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