WO2026027698A1 - Elektrochemische zellenstapeleinheit - Google Patents

Elektrochemische zellenstapeleinheit

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WO2026027698A1
WO2026027698A1 PCT/EP2025/072102 EP2025072102W WO2026027698A1 WO 2026027698 A1 WO2026027698 A1 WO 2026027698A1 EP 2025072102 W EP2025072102 W EP 2025072102W WO 2026027698 A1 WO2026027698 A1 WO 2026027698A1
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electrochemical cell
plate
cell stack
plate arrangement
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Philipp Wachter
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to an electrochemical cell stacking unit / cell unit consisting of electrochemical cells, which can be used, for example, as a fuel cell unit for the electrochemical generation of electrical energy from hydrogen and/or as an electrolysis cell unit for the generation of hydrogen and oxygen from electrical energy.
  • Electrochemical cell stacking units are used in a wide variety of stationary and mobile applications.
  • cell stacking units In electrochemical cell stacking units, a large number of individual electrochemical cells are arranged stacked on top of each other as a cell stack, so that cell stacking units can generally be considered as galvanic energy generators or energy converters that convert continuously supplied fuel and oxidant into electrical energy and vice versa by means of redox reactions at an anode and cathode.
  • PEM electrolysis or PEM fuel cell where PEM stands for Proton Exchange Membrane, alternatively AEM (anion exchange membrane), SOEC (solid oxide electrolysis cell) or AEL (liquid alkaline electrolysis).
  • AEM electrolysis membrane
  • SOEC solid oxide electrolysis cell
  • AEL liquid alkaline electrolysis
  • the high-voltage contact plate with the positive high-voltage connection is located directly above and the high-voltage contact plate with the negative high-voltage connection is located directly below the end of the cell stack. It is also possible that the high-voltage contact plate with the negative high-voltage connection is located directly above and the high-voltage contact plate with the positive high-voltage connection is located directly below the end of the cell stack.
  • the electrochemical cell stack may exhibit changes in length due to operational factors, so that, according to the cell stack height, the distance between the two high-voltage terminals, in particular the distance between the positive high-voltage terminal and the negative high-voltage terminal, also varies.
  • an electrochemical cell stacking unit comprises:
  • first end plate arrangement comprising a first end plate, a first insulator plate and a first high-voltage contact plate, wherein the first high-voltage contact plate has a first high-voltage terminal
  • a second end plate arrangement comprising a second end plate, a second insulator plate and a second high-voltage contact plate, wherein the second high-voltage contact plate has a second high-voltage terminal
  • an adjustment plate arrangement comprising a movable adjustment plate and a high-voltage current collector plate, wherein the adjustment plate arrangement is located between the first end plate arrangement and second end plate arrangement is arranged
  • an electrochemical cell stack with a first lower end region and a second upper end region, wherein the electrochemical cell stack is extendable, in particular length-variable, along a longitudinal axis of the electrochemical cell stack, wherein the first lower end region is electrically connected to the first high-voltage contact plate and the second upper end region is electrically connected to the high-voltage current collector plate,
  • At least one electrical current conductor for the transmission of electrical energy, in particular for the transport of a high-voltage current, between the high-voltage current collector plate of the adjusting plate arrangement and the second high-voltage terminal of the second high-voltage contact plate of the second end plate arrangement, wherein the at least one electrical current conductor is arranged between the high-voltage current collector plate and the second high-voltage terminal,
  • At least one electrical current conductor is length-variable during the execution of the stroke compensation of the electrochemical cell stack.
  • the core idea of the invention is therefore not to tap the output voltage directly above the height-variable cell stack end as in the prior art, but to conduct the current at the cell stack end further via the adjustment plate arrangement and via the at least one electrical current conductor into the end plate arrangement, so that the output voltage can be tapped in particular at the high-voltage contact plate of the end plate arrangement.
  • the second high-voltage connection for tapping the output voltage is in particular moved further upwards, i.e. into the end plate arrangement above the electrochemical cell stack.
  • the first high-voltage connection is preferably configured as a negative high-voltage connection
  • the second high-voltage connection is preferably configured as a positive high-voltage connection.
  • the first high-voltage connection is configured as a positive high-voltage connection and the second high-voltage connection as a negative high-voltage connection.
  • Relocating the positive high-voltage connection to the end plate arrangement above the electrochemical cell stack has the particular advantage over the prior art that a constant distance between the two high-voltage connections, in particular a constant distance between the positive high-voltage connection and the negative high-voltage connection, can be ensured.
  • the movable adjustment plate is electrically conductive in a contact area with the electrical current conductor or comprises an electrically conductive material, wherein the contact area is fluid- and pressure-tight and electrically insulated from the external environment.
  • the movable adjustment plate can also be designed to be non-electrically conductive, as is common in the prior art, and may not comprise any electrically conductive material.
  • a second embodiment preferably provides that the at least one electrical current conductor is directly connected to a current collector of the high-voltage current collector plate to establish a high-voltage connection.
  • the basic idea of the invention is to provide a simple and cost-effective electrical current conductor for the transmission of electrical energy, in particular for the transport of a high-voltage current, between the high-voltage current collector plate of the adjusting plate arrangement and the second high-voltage connection of the second high-voltage contact plate of the second end plate arrangement.
  • At least one electrical current conductor is arranged between the high-voltage current collector plate and the second high-voltage connection.
  • the length of at least one electrical current conductor is variable during the execution of the stroke compensation of the electrochemical cell stack.
  • At least one electrical current conductor is designed as an electrically conductive high-voltage spring.
  • At least one electrical current conductor is designed as a flexible high-voltage power cable.
  • At least one electrical current conductor is designed as a multi-layered flexible high-voltage rail.
  • at least one electrical current conductor is designed as a deflectable high-voltage rail system.
  • At least one electrical current conductor is designed as a flexible grounding strap.
  • Figure 1 shows a perspective view of an electrochemical cell stacking unit according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 shows a front view of an electrochemical cell stacking unit according to the first embodiment of the present invention with several electrically conductive high-voltage springs
  • Figure 3 shows a front view of an electrochemical cell stacking unit according to the first embodiment of the present invention with several flexible high-voltage power cables,
  • Figure 4 shows a front view of an electrochemical cell stacking unit according to the second embodiment of the present invention with an electrically conductive high-voltage spring
  • Figure 5 shows a view of a first end plate arrangement according to a further embodiment of the present invention
  • Figure 6 shows a view of a second end plate arrangement according to a further embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a perspective view of an electrochemical cell stacking unit 10 according to a first embodiment of the present invention.
  • the electrochemical cell stacking unit 10 comprises a first end plate arrangement 40, a second end plate arrangement 60, an adjustment plate arrangement 50, an electrochemical cell stack 20 with a first lower end region 21 and a second upper end region 22, and a plurality of clamping elements 90.
  • the electrochemical cell stacking unit 10 according to the invention can, in principle, be used as a fuel cell unit for the electrochemical generation of electrical energy from hydrogen and/or as an electrolysis cell unit for the generation of hydrogen and oxygen from electrical energy.
  • the electrochemical cell stacking unit 10 according to the invention can generally be considered a galvanic energy generator or energy converter that converts continuously supplied fuel and oxidant into electrical energy and vice versa by means of redox reactions at an anode and cathode.
  • the electrochemical cell stack 20 is specifically designed as a fuel cell stack, which is composed of individual electrochemical cells stacked on top of each other.
  • Fig. 2 shows a front view of an electrochemical cell stacking unit 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the electrochemical cell stack 20 is extendable, in particular its length is variable, along a longitudinal axis L of the electrochemical cell stack 20.
  • the electrochemical cell stack 20 is composed of individual electrochemical cells stacked on top of each other, which can expand and contract during operation due to pressure and heat. The expansion of the individual electrochemical cells in turn leads to an extension or contraction of the electrochemical cell stack 20. In other words, the electrochemical cell stack 20 exhibits operational changes in length, which are compensated by a large number of elastic elements 80.
  • the elastic elements 80 serve in particular to exert pressure on the electrochemical cell stack 20 and to compensate for stroke changes resulting from the length changes of the electrochemical cell stack 20.
  • the elastic elements 80 compress the electrochemical cell stack 20, thus compensating for the loss of tension due to settling effects over the service life.
  • the elastic elements 80 are designed as tension springs by way of example.
  • the electrochemical cell stacking unit 10 further comprises a plurality of clamping elements 90.
  • the clamping elements 90 can be designed, for example, as tie rods, studs, strapping bands or the like.
  • the clamping elements 90 are preferably designed as strapping tension bands with fastening ends 95, wherein the strapping tension bands 90 each surround the first end plate arrangement 40 and the fastening ends 95 of the strapping tension bands 90 are each connected to the second end plate arrangement 60, so that the first end plate arrangement 40, the second end plate arrangement 60, the adjusting plate arrangement 50, the electrochemical cell stack 20 and the plurality of elastic elements 80 are held by the plurality of strapping tension bands 90, wherein the plurality of strapping tension bands 90 are in a tensioned state and the plurality of elastic elements 80 are in a compressed state.
  • the first end plate arrangement 40 comprises a first end plate 41, a first insulator plate 42 and a first high-voltage contact plate 43, wherein the first high-voltage contact plate 43 has a first high-voltage terminal 44.
  • the second end plate arrangement 60 comprises a second end plate 61, a second insulator plate 62 and a second high-voltage contact plate 63, wherein the second high-voltage contact plate 63 has a second high-voltage terminal 64.
  • the first high-voltage connection 44 is preferably configured as a negative high-voltage connection and the second high-voltage connection 64 is preferably configured as a positive high-voltage connection. Conversely, it is also possible that the first high-voltage connection 44 is configured as a positive high-voltage connection and the second high-voltage connection 64 as a negative high-voltage connection.
  • the distance between the first high-voltage terminal 44, in particular the positive high-voltage terminal, and the second high-voltage terminal 64, in particular the negative high-voltage terminal, is constant.
  • the distance between the first high-voltage terminal 44 and the second high-voltage terminal 64 does not vary at any time during operation, especially during current transmission and tapping of the output voltage.
  • the high-voltage connections 44, 64 are shown in a lateral area of the high-voltage contact plates 43, 63 for illustrative purposes and better understanding. In reality, the high-voltage connections 44, 64 can be located in any suitable area of the high-voltage contact plates 43, 63.
  • the adjustment plate arrangement 50 comprises a movable adjustment plate 51 and a high-voltage current collector plate 53, wherein the adjustment plate arrangement 50 is arranged between the first end plate arrangement 40 and the second end plate arrangement 60.
  • the electrochemical cell stacking unit 10 further comprises at least one electrical current conductor 70 for the transmission of electrical energy, in particular for the transport of a high-voltage Currents, between the high-voltage current collector plate 53 of the adjustment plate arrangement 50 and the second high-voltage connection 64 of the second high-voltage contact plate 63 of the second end plate arrangement 60, wherein the at least one electrical current conductor 70 is arranged above the high-voltage current collector plate 53 and below the second high-voltage connection 64, wherein the at least one electrical current conductor 70 is length-variable during the execution of the stroke compensation of the electrochemical cell stack 20.
  • the first lower end region 21 of the electrochemical cell stack 20 is electrically connected to the first high-voltage contact plate 43 and the second upper end region 22 of the electrochemical cell stack 20 is electrically connected to the high-voltage current collector plate 53.
  • a high-voltage electrical current of high intensity is generated by the numerous individual electrochemical cells of the electrochemical cell stack 20. This current can be tapped from the first high-voltage terminal 44 and the second high-voltage terminal 64 for connection to external power-consuming devices.
  • the insulating plates 42, 62 serve in particular to completely prevent any electrical loss from the high-voltage contact plates 43, 63 to the outside.
  • the second high-voltage connection 64 i.e., the positive high-voltage connection
  • the electrochemical cell stack 20 undergoes changes in length due to operational factors, the distance between the two high-voltage connections 44, 64 also varies according to the cell stack height. This necessitates a very complex, space-consuming, and costly busbar assembly to conduct the current from the electrochemical cell stack 20.
  • the electrical current conduction system 70 according to the invention is intended to eliminate this problem.
  • the core idea of the invention is not to tap the output voltage directly at the second upper end region 22 of the electrochemical cell stack 20, as in the prior art, but to tap the current at the second upper end region 22. of the electrochemical cell stack 20 further via the adjustment plate arrangement 50 and via the at least one electrical current conductor 70 into the second end plate arrangement 60, so that the output voltage can be tapped in particular at the second high-voltage connection 64 of the second high-voltage contact plate 61 of the second end plate arrangement 60.
  • the positive high-voltage connection 64 for tapping the output voltage is in particular relocated further upwards, i.e., to the second high-voltage contact plate 61 of the second end plate arrangement 60 above the electrochemical cell stack 20.
  • the relocation of the positive high-voltage connection 64 has the particular advantage over the prior art that a constant distance between the two high-voltage connections 44, 64, in particular a constant distance between the positive high-voltage connection 64 and the negative high-voltage connection 44, can be ensured.
  • At least one electrical current conductor 70 is provided.
  • several electrical current conductors 70 are provided.
  • the electrically conductive high-voltage springs 71 differ from the elastic elements 80 designed as tension springs. However, it is possible that some or all of the elastic elements 80 are designed as electrically conductive high-voltage springs 71.
  • the electrically conductive high-voltage springs 71 are particularly suitable for static or dynamic electrical applications. These springs ensure a consistent and reliable high-voltage connection even under shock and vibration. They effectively handle high, medium, and low currents over extended periods with minimal heat generation in a compact design.
  • the movable adjustment plate 51 is electrically conductive in a contact area 55 with the electrical current conductor 70 or comprises an electrically conductive material, wherein the contact area 55 is electrically insulated from the external environment.
  • the contact area 55 has at least one high-voltage passage for carrying the at least one electrical current conductor 70.
  • a direct high-voltage connection between the electrical current conductor 70 and the high-voltage current collector plate 53 of the adjustment plate assembly 50 can be established via the high-voltage passage.
  • Fig. 3 shows a front view of an electrochemical cell stacking unit 10 according to the first embodiment of the present invention with several flexible high-voltage power cables 72.
  • no more expensive and high-quality electrically conductive high-voltage springs 71 are required to conduct the current at the second upper end region 22 of the electrochemical cell stack 20 further via the adjustment plate arrangement 50.
  • the flexible high-voltage current cables 72 can be easily guided within the already installed elastic elements 80, i.e., the tension springs, or laterally parallel to the tension springs.
  • the flexible high-voltage power cables 72 exhibit very good electrical conductivity. Furthermore, the flexible high-voltage power cables 72 have very good insulation in certain areas, enabling them to be routed within the already installed elastic elements 80.
  • Figure 4 shows a front view of an electrochemical cell stacking unit 10 according to the second embodiment of the present invention with an electrically conductive high-voltage spring 71 .
  • the movable adjusting plate 51 as is customary in the prior art, is not electrically conductive and does not comprise any electrically conductive material.
  • the elastic elements 80 also do not have an electrically conductive function and are designed as conventional tension springs.
  • the second embodiment provides that the at least one electrical current conductor 70, in particular the electrically conductive high-voltage spring 71, is directly connected to a current collector 54 of the high-voltage current collector plate 53 to establish a high-voltage connection.
  • the adjustable plate arrangement 50 has a third insulator plate 52.
  • the electrical current conductor 70 is routed in a lateral region of the electrochemical cell stack 20 for illustrative purposes and better understanding. In reality, the electrical current conductor 70 can be routed in any suitable region.
  • the electrical current conductor 70 according to the invention is designed in a further embodiment as a multi-layered flexible high-voltage rail 73.
  • Such a multi-layer flexible high-voltage busbar 73 can, for example, consist of several individual copper busbars which are deformable, in particular bendable. This makes the multi-layer flexible high-voltage busbar 73 very suitable for high dynamic loads and high temperatures. At the same time, the multi-layer flexible high-voltage busbar 73 is very suitable for compensating for system movements, in particular for compensating for the movement of the electrochemical cell stack 20 during operation.
  • the multi-layered flexible high-voltage rail 73 is also very lightweight and exhibits very good electrical conductivity. Furthermore, the flexible high-voltage rail... Rail 73 provides very good insulation against the external environment in some areas.
  • the electrical current guide 70 according to the invention is designed in a further embodiment as a deflectable high-voltage rail linkage 74.
  • Such a deflectable high-voltage rail linkage 74 can, for example, consist of electrically conductive and insulated rods, hinges, and ball joints.
  • the rods can be made of, for example, copper, aluminum, or another electrically conductive material.
  • the rods are very robust and are very well suited for precise translational movements under high dynamic loads and high temperatures.
  • the deflectable high-voltage rail linkage 74 is therefore also very suitable for compensating for the stroke of the electrochemical cell stack 20 during operation.
  • the electrical current conductor 70 according to the invention can be designed as a flexible grounding strap 75.
  • a flexible grounding strap 75 can, for example, have a flat cross-sectional profile and consist of a braid of a plurality of thin copper wires or a bundle of thin copper sheets.
  • the flexible grounding strap 75 exhibits very good electrical conductivity and, in certain areas, very good insulation.
  • the end plates 41, 61, the insulator plates 42, 62 and the high-voltage contact plates 43, 63 are designed as separate components.
  • the insulator plates 42, 62 and the high-voltage contact plates 43, 63 are integrated into the end plates 41, 61, so that the end plate arrangements 40, 60 each consist of only one plate.
  • a single plate can be a plate made of several different materials that exhibits electrical conductivity and electrical insulation in certain areas.
  • the insulator plate 52 and the high-voltage current collection plate 53 are integrated into the movable adjustment plate 51, so that the adjustment plate arrangement 50 consists of only one plate.
  • Fig. 5 shows a view of a first end plate arrangement 40 according to a further embodiment of the present invention.
  • the first end plate 41, the first insulator plate 42 and the first high-voltage contact plate 43 are integrated, so that the illustrated first end plate arrangement 40 consists of only one plate.
  • the first end plate arrangement 40 shown has a plurality of openings 45 for the connection points of the connecting lines (media supply, -discharge).
  • the first high-voltage connection 44 i.e., the negative high-voltage connection
  • the first high-voltage connection 44 can be located in any suitable area of the illustrated first end plate arrangement 40.
  • Fig. 6 shows a view of a second end plate arrangement 60 according to a further embodiment of the present invention.
  • the second end plate 61 In the illustrated second end plate arrangement 60, the second end plate 61, the second insulator plate 62 and the second high-voltage contact plate 63 are integrated, so that the illustrated second end plate arrangement 60 consists of only one plate.
  • the second end plate arrangement 60 shown in Fig. 6 has no openings for the connection points of the connecting lines (media supply, discharge).
  • the second high-voltage connection 64 i.e., the positive high-voltage connection
  • the second high-voltage connection 64 can be located in any suitable area of the illustrated second end plate arrangement 60.
  • the first high-voltage terminal 44 and the second high-voltage terminal 64 can be arranged identically to each other. Alternatively, the first high-voltage terminal 44 and the second high-voltage terminal 64 can be arranged independently in different positions. The first high-voltage terminal 44 and the second high-voltage terminal 64 can be arranged independently of each other in different positions.

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Abstract

Die Erfindung umfasst eine elektrochemische Zellenstapeleinheit (10) bestehend aus elektrochemischen Zellen, die beispielsweise als Brennstoffzelleneinheit zur elektrochemischen Erzeugung von elektrischer Energie aus Wasserstoff und/oder als Elektrolysezelleneinheit zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus elektrischer Energie verwendet werden kann.

Description

Beschreibung
Titel
Elektrochemische
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Zellenstapeleinheit / Zelleneinheit bestehend aus elektrochemischen Zellen, die beispielsweise als Brennstoffzelleneinheit zur elektrochemischen Erzeugung von elektrischer Energie aus Wasserstoff und/oder als Elektrolysezelleneinheit zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus elektrischer Energie verwendet werden kann.
Stand der Technik
Elektrochemische Zellenstapeleinheiten werden in den unterschiedlichsten stationären und mobilen Anwendungen eingesetzt.
In elektrochemischen Zellenstapeleinheiten sind eine Vielzahl von einzelnen elektrochemischen Zellen als Zellenstapel, auch Zellenstack, genannt, aufeinandergestapelt angeordnet, sodass Zellenstapeleinheiten im Allgemeinen als galvanische Energieerzeuger bzw. Energiewandler betrachtet werden können, die mittels Redoxreaktionen an einer Anode und Kathode kontinuierlich zugeführten Brennstoff und Oxidationsmittel in elektrische Energie umwandeln und umgekehrt.
Für die Elektrolyse und Brennstoffzelle stehen verschiedene Technologie-Varianten zur Auswahl, insbesondere PEM-Elektrolyse oder PEM-Brennstoffzelle, wobei PEM für Proton Exchange Membrane steht, alternativ, AEM (anion exchange membrane), SOEC (solid oxide electrolysis cell) oder AEL (liquid alkaline electrolysis). Der elektrochemische Zellenstapel einer Zellenstapeleinheit ist üblicherweise von zwei Hochvolt- Kontaktplatten begrenzt, wobei die Hochvolt- Kontaktplatten jeweils einen Hochvolt-Anschluss zum Abgreifen einer Ausgangsspannung umfassen.
Dabei sind beispielsweise die Hochvolt- Kontaktplatte mit dem positiven Hochvolt- Anschluss direkt oberhalb und die Hochvolt- Kontaktplatte mit dem negativen Hochvolt-Anschluss direkt unterhalb des Zellenstapelendes angebracht. Möglich ist auch, dass die Hochvolt- Kontaktplatte mit dem negativen Hochvolt-Anschluss direkt oberhalb und die Hochvolt- Kontaktplatte mit dem positiven Hochvolt-Anschluss direkt unterhalb des Zellenstapelendes angebracht sind.
Der elektrochemische Zellenstapel kann in bestimmen Ausführungsformen betriebsbedingt Längenänderungen aufweisen, sodass entsprechend der Zellenstapelhöhe demnach auch der Abstand zwischen den beiden Hochvolt-Anschlüssen, insbesondere der Abstand zwischen dem positiven Hochvolt-Anschluss und dem negativen Hochvolt-Anschluss, variiert.
Da der Abstand der Hochvolt-Anschlüsse somit nicht konstant ist, ist eine sehr komplexe, bauraumeinnehmende und kostenintensive Stromschienenbaugruppe erforderlich, um den Strom aus dem elektrochemischen Zellenstapel zu führen.
Offenbarung der Erfindung
Es wird gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eine elektrochemische Zellenstapeleinheit vorgestellt. Die elektrochemische Zellenstapeleinheit umfasst:
- eine erste Endplattenanordnung mit einer ersten Endplatte, einer ersten Isolatorplatte und einer ersten Hochvolt- Kontaktplatte, wobei die erste Hochvolt-Kon- taktplatte einen ersten Hochvolt-Anschluss aufweist,
- eine zweite Endplattenanordnung mit einer zweiten Endplatte, einer zweiten Isolatorplatte und einer zweiten Hochvolt- Kontaktplatte, wobei die zweite Hochvolt-Kontaktplatte einen zweiten Hochvolt-Anschluss aufweist,
- eine Verstellplattenanordnung mit einer beweglichen Verstellplatte und einer Hochvolt-Stromsammelplatte, wobei die Verstellplattenanordnung zwischen der ersten Endplattenanordnung und der zweiten Endplattenanordnung angeordnet ist,
- einen elektrochemischen Zellenstapel mit einem ersten unteren Endbereich und einem zweiten oberen Endbereich, wobei der elektrochemische Zellenstapel entlang einer Längsachse des elektrochemischen Zellenstapels ausdehnbar, insbesondere längenveränderbar, ist, wobei der erste untere Endbereich mit der ersten Hochvolt- Kontaktplatte und der zweite obere Endbereich mit der Hochvolt- Stromsammelplatte elektrisch verbunden sind,
- eine Vielzahl von elastischen Elementen zur Druckausübung auf den elektrochemischen Zellenstapel und zur Ausführung eines Hubausgleichs infolge einer Längenänderung des elektrochemischen Zellenstapels, wobei die elastischen Elemente zwischen der Verstellplattenanordnung und der zweiten Endplattenanordnung angeordnet sind,
- eine Vielzahl von Spannelementen, wobei durch die Vielzahl der Spannelemente die erste Endplattenanordnung, die zweite Endplattenanordnung, die Verstellplattenanordnung, der elektrochemische Zellenstapel und die Vielzahl der elastischen Elemente festgehalten sind, wobei sich die Vielzahl der Spannelement in einem gespannten Zustand und die Vielzahl der elastischen Elemente in einem komprimierten Zustand befinden,
- wenigstens eine elektrische Stromführung zur Übertragung einer elektrischen Energie, insbesondere zum Transport eines Hochvolt-Stroms, zwischen der Hochvolt-Stromsammelplatte der Verstellplattenanordnung und dem zweiten Hochvolt-Anschluss der zweiten Hochvolt-Kontaktplatte der zweiten Endplattenanordnung, wobei die wenigstens eine elektrische Stromführung zwischen der Hochvolt-Stromsammelplatte und dem zweiten Hochvolt-Anschlusses angeordnet ist,
- wobei die wenigstens eine elektrische Stromführung während der Ausführung des Hubausgleichs des elektrochemischen Zellenstapels längenveränderbar ist.
Die Kernidee der Erfindung ist also, die Ausgangsspannung nicht wie im Stand der Technik direkt oberhalb des höhenvariablen Zellenstapelendes abzugreifen, sondern den Strom am Zellenstapelende weiter über die Verstellplattenanordnung und über die wenigstens eine elektrische Stromführung in die Endplattenanordnung zu leiten, sodass die Ausgangsspannung insbesondere an der Hochvolt-Kontaktplatte der Endplattenanordnung abgegriffen werden kann. Durch die Weiterleitung des Stroms über die Verstellplattenanordnung und die wenigstens eine elektrische Stromführung wird insbesondere der zweite Hochvolt-Anschluss zum Abgreifen der Ausgangsspannung weiter nach oben, d. h. in die Endplattenanordnung oberhalb des elektrochemischen Zellenstapels verlagert.
Der erste Hochvolt-Anschluss ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise als ein negativer Hochvolt-Anschluss ausgebildet und der zweite Hochvolt-Anschluss vorzugsweise als ein positiver Hochvolt-Anschluss. Es ist aber auch möglich, dass umgekehrt der erste Hochvolt-Anschluss als ein positiver Hochvolt-Anschluss ausgebildet ist und der zweite Hochvolt-Anschluss als ein negativer Hochvolt-Anschluss.
Die Verlagerung des positiven Hochvolt-Anschlusses in die Endplattenanordnung oberhalb des elektrochemischen Zellenstapels hat gegenüber dem Stand der Technik den besonderen Vorteil, dass ein konstanter Abstand zwischen den beiden Hochvolt-Anschlüssen, insbesondere ein konstanter Abstand zwischen dem positiven Hochvolt-Anschluss und dem negativen Hochvolt-Anschluss, sichergestellt werden kann.
Somit ist keine sehr komplexe, bauraumeinnehmende und kostenintensive Baugruppe mehrerer Stromschienensysteme mehr erforderlich, um den Strom aus dem elektrochemischen Zellenstapel zu führen. Der Strom kann auf ganz einfache Weise über die Hochvolt-Anschlüsse der Endplattenanordnungen nach außen geführt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend angegeben.
Um den Strom am Zellenstapelende weiter über die Verstellplattenanordnung leiten zu können, ist vorzugsweise gemäß einer ersten Ausführungsform vorgesehen, dass die bewegliche Verstellplatte in einem Kontaktbereich mit der elektrischen Stromführung elektrisch leitend ausgebildet ist oder ein elektrisch leitfähiges Material umfasst, wobei der Kontaktbereich gegenüber der äußeren Umgebung fluid- und druckdicht sowie elektrisch isoliert ist. Die bewegliche Verstellplatte kann auch, wie im Stand der Technik üblich, nicht elektrisch leitend ausgebildet sein und kein elektrisch leitfähiges Material umfassen.
Um den Strom am Zellenstapelende jedoch trotzdem über die weiterleiten zu können, ist vorzugsweise gemäß einer zweiten Ausführungsform vorgesehen, dass die wenigstens eine elektrische Stromführung unmittelbar mit einem Stromabnehmer der Hochvolt-Stromsammelplatte zur Herstellung einer Hochvoltverbindung verbunden ist.
Der Grundgedanke der Erfindung ist, eine einfache und kostengünstige elektrische Stromführung zur Übertragung einer elektrischen Energie, insbesondere zum Transport eines Hochvolt-Stroms, zwischen der Hochvolt-Stromsammel- platte der Verstellplattenanordnung und dem zweiten Hochvolt-Anschluss der zweiten Hochvolt- Kontaktplatte der zweiten Endplattenanordnung bereitzustellen.
Hierfür ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die wenigstens eine elektrische Stromführung zwischen der Hochvolt-Stromsammelplatte und dem zweiten Hochvolt-Anschluss angeordnet ist.
Ferner ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die wenigstens eine elektrische Stromführung während der Ausführung des Hubausgleichs des elektrochemischen Zellenstapels längenveränderbar ist.
Vorzugsweise ist hierfür die wenigstens eine elektrische Stromführung als eine elektrisch leitfähige Hochvolt-Feder ausgebildet.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine elektrische Stromführung in einem weiteren Ausführungsbeispiel als ein flexibles Hochvolt-Stromkabel ausgebildet.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine elektrische Stromführung in einem weiteren Ausführungsbeispiel als eine mehrlagige flexible Hochvolt-Schiene ausgebildet. Vorzugsweise ist die wenigstens eine elektrische Stromführung in einem weiteren Ausführungsbeispiel als ein umlenkbares Hochvolt-Schienengestänge ausgebildet.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine elektrische Stromführung in einem weiteren Ausführungsbeispiel als ein flexibles Masseband ausgebildet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
Dabei zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer elektrochemischen Zellenstapeleinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 eine Vorderansicht einer elektrochemischen Zellenstapeleinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit mehreren elektrisch leitfähigen Hochvolt-Federn,
Figur 3 eine Vorderansicht einer elektrochemischen Zellenstapeleinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit mehreren flexiblen Hochvolt-Stromkabeln,
Figur 4 eine Vorderansicht einer elektrochemischen Zellenstapeleinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer elektrisch leitfähigen Hochvolt-Feder, Figur 5 eine Ansicht einer ersten Endplattenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Figur 6 eine Ansicht einer zweiten Endplattenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektrochemischen Zellenstapeleinheit 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die elektrochemische Zellenstapeleinheit 10 umfasst eine erste Endplattenanordnung 40, eine zweite Endplattenanordnung 60, eine Verstellplattenanordnung 50, einen elektrochemischen Zellenstapel 20 mit einem ersten unteren Endbereich 21 und einem zweiten oberen Endbereich 22 und eine Vielzahl von Spannelementen 90. Die erfindungsgemäße elektrochemische Zellenstapeleinheit 10 kann grundsätzlich als eine Brennstoffzelleneinheit zur elektrochemischen Erzeugung von elektrischer Energie aus Wasserstoff und/oder als Elektrolysezelleneinheit zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus elektrischer Energie verwendet werden. Somit kann die erfindungsgemäße elektrochemische Zellenstapeleinheit 10 im Allgemeinen als ein galvanischer Energieerzeuger bzw. Energiewandler betrachtet werden, der mittels Redoxreaktionen an einer Anode und Kathode kontinuierlich zugeführten Brennstoff und Oxidationsmittel in elektrische Energie umwandelt und umgekehrt. In den dargestellten Figuren ist der elektrochemische Zellenstapel 20 konkret als ein FC-Zellenstapel ausgebildet, der aus einzelnen aufeinander gestapelten elektrochemischen Zellen aufgebaut ist.
Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht einer elektrochemischen Zellenstapeleinheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der elektrochemische Zellenstapel 20 ist entlang einer Längsachse L des elektrochemischen Zellenstapels 20 ausdehnbar, insbesondere längenveränderbar.
Der elektrochemische Zellenstapel 20 ist aus einzelnen aufeinander gestapelten elektrochemischen Zellen aufgebaut, die sich aufgrund von Druck- und Wärmeeinwirkung im Arbeitsbetrieb ausdehnen bzw. wieder zusammenziehen können. Die Ausdehnung der einzelnen elektrochemischen Zellen führt wiederum zu einer Verlängerung bzw. Verkürzung des elektrochemischen Zellenstapels 20. Mit anderen Worten weist der elektrochemische Zellenstapel 20 betriebsbedingt Längenänderungen auf, die durch eine Vielzahl von elastischen Elementen 80 kompensiert werden.
Die elastischen Elemente 80 dienen insbesondere zur Druckausübung auf den elektrochemischen Zellenstapel 20 und zur Ausführung eines Hubausgleichs infolge der Längenänderung des elektrochemischen Zellenstapels 20. Durch die elastischen Elemente 80 wird der elektrochemische Zellenstapel 20 verpresst, sodass die elastischen Elemente 80 den Spannkraftverlust durch Setzeffekte über die Lebensdauer ausgleichen. In den dargestellten Figuren sind die elastischen Elemente 80 beispielhaft als Spannfedern ausgebildet.
Wie in der Fig. 2 gut zu erkennen ist, umfasst die elektrochemische Zellenstapeleinheit 10 ferner eine Vielzahl von Spannelementen 90. Die Spannelemente 90 können beispielsweise als Zugstangen, Stehbolzen, Umreifungsspannbänder oder ähnlichem ausgebildet sein.
In der vorliegenden Erfindung sind die Spannelemente 90 vorzugsweise als Umreifungsspannbänder mit Befestigungsenden 95 ausgebildet, wobei die Umreifungsspannbänder 90 jeweils die erste Endplattenanordnung 40 umgeben und die Befestigungsenden 95 der Umreifungsspannbänder 90 jeweils mit der zweiten Endplattenanordnung 60 verbunden sind, sodass die erste Endplattenanordnung 40, die zweite Endplattenanordnung 60, die Verstellplattenanordnung 50, der elektrochemische Zellenstapel 20 und die Vielzahl der elastischen Elemente 80 durch die Vielzahl der Umreifungsspannbänder 90 festgehalten sind, wobei sich die Vielzahl der Umreifungsspannbänder 90 in einem gespannten Zustand und die Vielzahl der elastischen Elemente 80 in einem komprimierten Zustand befinden.
Die erste Endplattenanordnung 40 umfasst eine erste Endplatte 41 , eine erste Isolatorplatte 42 und eine erste Hochvolt- Kontaktplatte 43, wobei die erste Hochvolt-Kontaktplatte 43 einen ersten Hochvolt-Anschluss 44 aufweist. Die zweite Endplattenanordnung 60 umfasst eine zweite Endplatte 61 , eine zweite Isolatorplatte 62 und eine zweite Hochvolt- Kontaktplatte 63, wobei die zweite Hochvolt- Kontaktplatte 63 einen zweiten Hochvolt-Anschluss 64 aufweist.
Der erste Hochvolt-Anschluss 44 ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise als ein negativer Hochvolt-Anschluss ausgebildet und der zweite Hochvolt-Anschluss 64 vorzugsweise als ein positiver Hochvolt-Anschluss. Es ist aber auch möglich, dass umgekehrt der erste Hochvolt-Anschluss 44 als ein positiver Hochvolt-Anschluss ausgebildet ist und der zweite Hochvolt-Anschluss 64 als ein negativer Hochvolt-Anschluss.
Der Abstand zwischen dem ersten Hochvolt-Anschluss 44, insbesondere positiven Hochvolt-Anschluss und dem zweiten Hochvolt-Anschluss 64, insbesondere negativen Hochvolt-Anschluss, ist konstant.
Mit anderen Worten variiert der Abstand zwischen dem ersten Hochvolt-Anschluss 44 und dem zweiten Hochvolt-Anschluss 64 während des Arbeitsbetriebes, insbesondere während der Stromübertragung und des Abgreifens der Ausgangsspannung, zu keinem Zeitpunkt.
In den dargestellten Figuren 1 bis 7 sind die Hochvolt-Anschlüsse 44, 64 zur Veranschaulichung und zum besseren Verständnis in einem seitlichen Bereich der Hochvolt- Kontaktplatten 43, 63 dargestellt. Die Hochvolt-Anschlüsse 44, 64 können in Wirklichkeit in einem beliebig geeigneten Bereich der Hochvolt-Kontakt- platten 43, 63 angebracht sein.
Die Verstellplattenanordnung 50 umfasst eine bewegliche Verstellplatte 51 und eine Hochvolt-Stromsammelplatte 53, wobei die Verstellplattenanordnung 50 zwischen der ersten Endplattenanordnung 40 und der zweiten Endplattenanordnung 60 angeordnet ist.
Wie in der Fig. 2 weiter gut zu erkennen ist, umfasst die elektrochemische Zellenstapeleinheit 10 ferner wenigstens eine elektrische Stromführung 70 zur Übertragung einer elektrischen Energie, insbesondere zum Transport eines Hochvolt- Stroms, zwischen der Hochvolt-Stromsammelplatte 53 der Verstellplattenanordnung 50 und dem zweiten Hochvolt-Anschluss 64 der zweiten Hochvolt-Kontakt- platte 63 der zweiten Endplattenanordnung 60, wobei die wenigstens eine elektrische Stromführung 70 oberhalb der Hochvolt-Stromsammelplatte 53 und unterhalb des zweiten Hochvolt-Anschlusses 64 angeordnet ist, wobei die wenigstens eine elektrische Stromführung 70 während der Ausführung des Hubausgleichs des elektrochemischen Zellenstapels 20 längenveränderbar ist.
Der erste untere Endbereich 21 des elektrochemischen Zellenstapels 20 ist mit der ersten Hochvolt- Kontaktplatte 43 und der zweite obere Endbereich 22 des elektrochemischen Zellenstapels 20 ist mit der Hochvolt-Stromsammelplatte 53 elektrisch verbunden.
Während des Arbeitsbetriebs der elektrochemischen Zellenstapeleinheit 10 wird durch die Vielzahl der einzelnen elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Zellenstapels 20 ein elektrischer Hochvolt-Strom von hoher Stärke erzeugt, der für die Verbindung mit externen stromverbrauchenden Vorrichtungen von dem ersten Hochvolt-Anschluss 44 und dem zweiten Hochvolt-Anschluss 64 abgezweigt werden kann. Die Isolatorplatten 42, 62 dienen insbesondere dazu einen elektrischen Verlust von den Hochvolt- Kontaktplatten 43, 63 nach außen vollständig zu vermeiden.
Im Stand der Technik ist der zweite Hochvolt-Anschluss 64, also der positive Hochvolt-Anschluss, direkt am zweiten oberen Endbereich 22 des elektrochemischen Zellenstapels 20 angebracht. Da der elektrochemische Zellenstapel 20 betriebsbedingt Längenänderungen aufweist, variiert entsprechend der Zellenstapelhöhe demnach auch der Abstand zwischen den beiden Hochvolt-Anschlüssen 44, 64. Dadurch ist eine sehr komplexe, bauraumeinnehmende und kostenintensive Stromschienenbaugruppe erforderlich, um den Strom aus dem elektrochemischen Zellenstapel 20 zu führen. Durch die erfindungsgemäße elektrische Stromführung 70 soll dieses Problem beseitigt werden.
Die Kernidee der Erfindung ist es, die Ausgangsspannung nicht wie im Stand der Technik direkt am zweiten oberen Endbereich 22 des elektrochemischen Zellenstapels 20 abzugreifen, sondern den Strom am zweiten oberen Endbereich 22 des elektrochemischen Zellenstapels 20 weiter über die Verstellplattenanordnung 50 und über die wenigstens eine elektrische Stromführung 70 in die zweite Endplattenanordnung 60 zu leiten, sodass die Ausgangsspannung insbesondere am zweiten Hochvolt-Anschluss 64 der zweiten Hochvolt- Kontaktplatte 61 der zweiten Endplattenanordnung 60 abgegriffen werden kann.
Durch die Weiterleitung des Stroms über die Verstellplattenanordnung 50 und die wenigstens eine elektrische Stromführung 70 wird insbesondere der positive Hochvolt-Anschluss 64 zum Abgreifen der Ausgangsspannung nach weiter oben, d. h., in die zweite Hochvolt- Kontaktplatte 61 der zweiten Endplattenanordnung 60 oberhalb des elektrochemischen Zellenstapels 20 verlagert Die Verlagerung des positiven Hochvolt-Anschlusses 64 hat gegenüber dem Stand der Technik den besonderen Vorteil, dass ein konstanter Abstand zwischen den beiden Hochvolt-Anschlüssen 44, 64, insbesondere ein konstanter Abstand zwischen dem positiven Hochvolt-Anschluss 64 und dem negativen Hochvolt-Anschluss 44, sichergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß ist wenigstens eine elektrische Stromführung 70 vorgesehen. Vorzugsweise sind mehrere elektrische Stromführungen 70 vorgesehen.
In der dargestellten Fig. 2 sind mehrere elektrische Stromführungen 70 vorgesehen, die als elektrisch leitfähige Hochvolt-Federn 71 ausgebildet sind.
Die elektrisch leitfähigen Hochvolt-Federn 71 unterscheiden sich von den als Spannfedern ausgebildeten elastischen Elementen 80. Es ist jedoch möglich, dass einige oder alle elastischen Elemente 80 als elektrisch leitfähige Hochvolt- Federn 71 ausgebildet sind.
Die elektrisch leitfähigen Hochvolt-Federn 71 eignen sich insbesondere für statische oder dynamische elektrische Anwendungen. Die elektrisch leitfähigen Hochvolt-Federn 71 ermöglichen auch bei Stößen und Vibrationen eine gleichbleibende und zuverlässige Hochvolt-Verbindung. Die elektrisch leitfähigen Hochvolt-Federn 71 bewältigen effektiv hohen, mittleren und niedrigen Strom über einen langen Zeitraum mit minimalem Wärmeanstieg auf kompaktem Raum. Um den Strom am zweiten oberen Endbereich 22 des elektrochemischen Zellenstapels 20 weiter über die Verstellplattenanordnung 50 leiten zu können, ist vorzugsweise gemäß einer ersten Ausführungsform vorgesehen, dass die bewegliche Verstellplatte 51 in einem Kontaktbereich 55 mit der elektrischen Stromführung 70 elektrisch leitend ausgebildet ist oder ein elektrisch leitfähiges Material umfasst, wobei der Kontaktbereich 55 gegenüber der äußeren Umgebung elektrisch isoliert ist.
Es ist möglich, dass der Kontaktbereich 55 wenigstens einen Hochvolt-Durchgang zur Durchführung der wenigstens einen elektrischen Stromführung 70 aufweist. Über den Hochvolt-Durchgang kann beispielsweise eine direkte Hochvoltverbindung zwischen der elektrischen Stromführung 70 und der Hochvolt-Strom- sammelplatte 53 der Verstellplattenanordnung 50 hergestellt werden.
Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht einer elektrochemischen Zellenstapeleinheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit mehreren flexiblen Hochvolt-Stromkabeln 72.
In dieser Ausführungsform sind keine teureren und hochwertigen elektrisch leitfähigen Hochvolt-Federn 71 erforderlich, um den Strom am zweiten oberen Endbereich 22 des elektrochemischen Zellenstapels 20 weiter über die Verstellplattenanordnung 50 leiten zu können. Die flexiblen Hochvolt-Stromkabel 72 können auf einfache Weise innerhalb der bereits eingesetzten elastischen Elemente 80, also den Spannfedern, oder seitlich parallel zu den Spannfedern geführt werden.
Die flexiblen Hochvolt-Stromkabel 72 weisen eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit auf. Zudem weisen die flexiblen Hochvolt-Stromkabel 72 bereichsweise eine sehr gute Isolation auf, um innerhalb der bereits eingesetzten elastischen Elemente 80 geführt werden zu können.
Figur 4 zeigt eine Vorderansicht einer elektrochemischen Zellenstapeleinheit 10 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer elektrisch leitfähigen Hochvolt-Feder 71 . In dieser Ausführungsform ist die bewegliche Verstellplatte 51 , wie im Stand der Technik üblich, nicht elektrisch leitend ausgebildet und umfasst kein elektrisch leitfähiges Material. Die elastischen Elemente 80 weisen ebenfalls keine elektrisch leitende Funktion auf und sind als übliche Spannfedern ausgebildet.
Um den Strom am zweiten oberen Endbereich 22 des elektrochemischen Zellenstapels 20 jedoch trotzdem weiterleiten zu können, ist gemäß der zweiten Ausführungsform vorgesehen, dass die wenigstens eine elektrische Stromführung 70, insbesondere die elektrisch leitfähige Hochvolt-Feder 71 , unmittelbar mit einem Stromabnehmer 54 der Hochvolt-Stromsammelplatte 53 zur Herstellung einer Hochvoltverbindung verbunden ist.
Um einen elektrischen Verlust von der Hochvolt-Stromsammelplatte 53 nach außen vollständig zu vermeiden, weist die Verstellplattenanordnung 50 eine dritte Isolatorplatte 52 auf.
In den dargestellten Figuren ist die elektrische Stromführung 70 zur Veranschaulichung und zum besseren Verständnis in einem seitlichen Bereich des elektrochemischen Zellenstapels 20 geführt. Die elektrische Stromführung 70 kann in Wirklichkeit in einem beliebig geeigneten Bereich geführt sein.
Es ist ferner möglich, dass die erfindungsgemäße elektrische Stromführung 70 in einer weiteren Ausführungsform als eine mehrlagige flexible Hochvolt-Schiene 73 ausgebildet ist.
Eine derartige mehrlagige flexible Hochvolt-Schiene 73 kann beispielsweise aus mehreren einzelnen Kupferstromschienen bestehen, welche deformierbar, insbesondere biegbar, sind. Dadurch eignet sich die mehrlagige flexible Hochvolt- Schiene 73 sehr gut für hohe dynamische Belastungen und hohe Temperaturen. Gleichzeitig eignet sich die mehrlagige flexible Hochvolt-Schiene 73 sehr gut für den Ausgleich von Systembewegungen, insbesondere für den Hubausgleich des elektrochemischen Zellenstapels 20 während des Arbeitsbetriebes.
Die mehrlagige flexible Hochvolt-Schiene 73 ist zudem sehr leicht und weist eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit auf. Darüber hinaus weist die flexible Hochvolt- Schiene 73 bereichsweise eine sehr gute Isolation gegenüber der äußeren Umgebung auf.
Es ist ferner möglich, dass die erfindungsgemäße elektrische Stromführung 70 in einer weiteren Ausführungsform als ein umlenkbares Hochvolt-Schienengestänge 74 ausgebildet ist.
Ein derartiges umlenkbares Hochvolt-Schienengestänge 74 kann beispielsweise aus elektrisch leitfähigen und isolierten Stangen, Scharnieren und Kugelgelenken bestehen. Die Stangen können beispielsweis aus Kupfer, Aluminium oder einem anderweitigen elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein.
Die Stangen sind sehr robust und eignen sich sehr gut für präzise translatorische Bewegungen unter hohen dynamischen Belastungen und hohen Temperaturen.
Das umlenkbare Hochvolt-Schienengestänge 74 eignet sich somit ebenfalls sehr gut für den Hubausgleich des elektrochemischen Zellenstapels 20 während des Arbeitsbetriebes.
In einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße elektrische Stromführung 70 als ein flexibles Masseband 75 ausgebildet sein. Ein derartiges flexibles Masseband 75 kann beispielsweise ein flaches Querschnittsprofil aufweisen und aus einem Geflecht einer Vielzahl dünner Kupferdrähte oder einem Paket dünner Kupferbleche bestehen. Das flexible Masseband 75 weist eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit und bereichsweise eine sehr gute Isolation auf.
In den dargestellten Figuren 1 bis 4 sind die Endplatten 41 , 61 , die Isolatorplatten 42, 62 und die Hochvolt- Kontaktplatten 43, 63 als separate Komponenten ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Isolatorplatten 42, 62 und die Hochvolt-Kontaktplatten 43, 63 in den Endplatten 41 ,61 integriert, sodass die Endplattenanordnungen 40, 60 jeweils aus lediglich einer Platte bestehen. Eine derartige einzelne Platte kann beispielsweise eine aus mehreren verschiedenen Materialien ausgebildete Platte sein, die bereichsweise eine elektrische Leitfähigkeit und elektrische Isolation aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Isolatorplatte 52 und die Hochvolt- Stromsammelplatte 53 in der beweglichen Verstellplatte 51 integriert, sodass die Verstellplattenanordnung 50 aus lediglich einer Platte besteht.
Fig. 5 zeigt eine Ansicht einer ersten Endplattenanordnung 40 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der dargestellten ersten Endplattenanordnung 40 sind die erste Endplatte 41 , die erste Isolatorplatte 42 und die erste Hochvolt- Kontaktplatte 43 integriert, sodass die dargestellte erste Endplattenanordnung 40 aus lediglich einer Platte besteht.
Die dargestellte erste Endplattenanordnung 40 weist eine Vielzahl von Öffnungen 45 für die Anschlusspunkte der Anschlussleitungen (Medienzuführung, -abfüh- rung) auf.
Wie in der Fig. 5 gut zu erkennen ist der erste Hochvolt-Anschluss 44, also der negative Hochvolt-Anschluss, in einem seitlichen Randbereich vorgesehen. Der erste Hochvolt-Anschluss 44 kann jedoch in einem beliebig geeigneten Bereich der dargestellten ersten Endplattenanordnung 40 angebracht sein.
Fig. 6 zeigt eine Ansicht einer zweiten Endplattenanordnung 60 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der dargestellten zweiten Endplattenanordnung 60 sind die zweite Endplatte 61 , die zweite Isolatorplatte 62 und die zweite Hochvolt- Kontaktplatte 63 integriert, sodass die dargestellte zweite Endplattenanordnung 60 aus lediglich einer Platte besteht.
Im Vergleich zur in der Fig. 5 dargestellten ersten Endplattenanordnung 40 weist die in der Fig. 6 dargestellte zweite Endplattenanordnung 60 keine Öffnungen für die Anschlusspunkte der Anschlussleitungen (Medienzuführung, -abführung) auf. Wie in der Fig. 6 gut zu erkennen ist der zweite Hochvolt-Anschluss 64, also der positive Hochvolt-Anschluss, in einem entsprechend seitlichen Randbereich vorgesehen. Der zweite Hochvolt-Anschluss 64 kann jedoch in einem beliebig geeigneten Bereich der dargestellten zweiten Endplattenanordnung 60 angebracht sein.
Der erste Hochvolt-Anschluss 44 und der zweite Hochvolt-Anschluss 64 können analog zu einander identisch angeordnet sein. Der erste Hochvolt-Anschluss 44 und der zweite Hochvolt-Anschluss 64 können auch unabhängig voneinander an unterschiedlichen Positionen angeordnet sein.

Claims

Ansprüche
1 . Elektrochemische Zellenstapeleinheit (10) umfassend:
- eine erste Endplattenanordnung (40) mit einer ersten Endplatte (41), einer ersten Isolatorplatte (42) und einer ersten Hochvolt- Kontaktplatte (43), wobei die erste Hochvolt- Kontaktplatte (43) einen ersten Hochvolt- Anschluss (44) aufweist,
- eine zweite Endplattenanordnung (60) mit einer zweiten Endplatte (61), einer zweiten Isolatorplatte (62) und einer zweiten Hochvolt-Kontakt- platte (63), wobei die zweite Hochvolt- Kontaktplatte (63) einen zweiten Hochvolt-Anschluss (64) aufweist,
- eine Verstellplattenanordnung (50) mit einer beweglichen Verstellplatte (51) und einer Hochvolt-Stromsammelplatte (53), wobei die Verstellplattenanordnung (50) zwischen der ersten Endplattenanordnung (40) und der zweiten Endplattenanordnung (60) angeordnet ist,
- einen elektrochemischen Zellenstapel (20) mit einem ersten unteren Endbereich (21) und einem zweiten oberen Endbereich (22), wobei der elektrochemische Zellenstapel (20) entlang einer Längsachse (L) des elektrochemischen Zellenstapels (20) ausdehnbar, insbesondere längenveränderbar, ist, wobei der erste untere Endbereich (21) mit der ersten Hochvolt- Kontaktplatte (43) und der zweite obere Endbereich (22) mit der Hochvolt-Stromsammelplatte (53) elektrisch verbunden ist,
- eine Vielzahl von elastischen Elementen (80) zur Druckausübung auf den elektrochemischen Zellenstapel (20) und zur Ausführung eines Hubausgleichs infolge einer Längenänderung des elektrochemischen Zellenstapels (20), wobei die elastischen Elemente (80) zwischen der Verstellplattenanordnung (50) und der zweiten Endplattenanordnung (60) angeordnet sind,
- eine Vielzahl von Spannelementen (90), wobei durch die Vielzahl der Spannelemente (90) die erste Endplattenanordnung (40), die zweite Endplattenanordnung (60), die Verstellplattenanordnung (50), der elektrochemische Zellenstapel (20) und die Vielzahl der elastischen Elemente (80) festgehalten sind, wobei sich die Vielzahl der Spannelemente (90) in einem gespannten Zustand und die Vielzahl der elastischen Elemente (80) in einem komprimierten Zustand befinden,
- wenigstens eine elektrische Stromführung (70) zur Übertragung einer elektrischen Energie, insbesondere zum Transport eines Hochvolt- Stroms, zwischen der Hochvolt-Stromsammelplatte (53) der Verstellplattenanordnung (50) und dem zweiten Hochvolt-Anschluss (64) der zweiten Hochvolt- Kontaktplatte (63) der zweiten Endplattenanordnung (60), wobei die wenigstens eine elektrische Stromführung (70) zwischen der Hochvolt-Stromsammelplatte (53) und dem zweiten Hochvolt-Anschlusses (64) angeordnet ist,
- wobei die wenigstens eine elektrische Stromführung (70) während der Ausführung des Hubausgleichs des elektrochemischen Zellenstapels (20) längenveränderbar ist
2. Elektrochemische Zellenstapeleinheit (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Verstellplatte (51) in einem Kontaktbereich (55) mit der wenigstens einen elektrischen Stromführung (70) elektrisch leitend ausgebildet ist oder ein elektrisch leitfähiges Material umfasst, wobei der Kontaktbereich (55) gegenüber der äußeren Umgebung elektrisch isoliert ist.
3. Elektrochemische Zellenstapeleinheit (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine elektrische Stromführung (70) unmittelbar mit einem Stromabnehmer (54) der Hochvolt-Stromsammelplatte (53) zur Herstellung einer Hochvoltverbindung verbunden ist.
4. Elektrochemische Zellenstapeleinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine elektrische Stromführung (70) als eine elektrisch leitfähige Hochvolt-Feder (71) ausgebildet ist.
5. Elektrochemische Zellenstapeleinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine elektrische Stromführung (70) als ein flexibles Hochvolt-Stromkabel (72) ausgebildet ist.
6. Elektrochemische Zellenstapeleinheit (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Stromführung (70) als eine mehrlagige flexible Hochvolt-Schiene (73) ausgebildet ist.
7. Elektrochemische Zellenstapeleinheit (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Stromführung (70) als ein umlenkbares Hochvolt- Schienengestänge (74) ausgebildet ist.
8. Elektrochemische Zellenstapeleinheit (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Stromführung (70) als ein flexibles Masseband (75) ausgebildet ist.
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