DE102009030427A1 - Centering device for assembling fuel cell stack of fuel cell arrangement, has centering rod inserted into opening of stranding elements and supported on supporting element i.e. retaining plate, using ball joint - Google Patents

Abstract

The centering device (1) has a centering rod (4) inserted into an opening of stranding elements for aligning the stranding elements with respect to each other, where a membrane-electrode arrangement is arranged between the stranding elements. The centering rod is supported on a supporting element i.e. retaining plate (3), using a ball joint. A calibrating device is provided with a calibrating opening, where the centering rod is inserted into the calibrating opening. A movement space (5) is provided for moving the centering rod. Independent claims are also included for the following: (1) a fuel cell arrangement including a fuel cell stack (2) a method for assembling a fuel cell stack.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentriervorrichtung zum Montieren eines eine Mehrzahl von jeweils zwischen zwei Verteilelementen angeordneten Membran-Elektroden-Anordnungen umfassenden Brennstoffzellenstapels. Hierbei ist wenigstens ein Zentriermittel vorgesehen, welches zum Ausrichten zumindest der Verteilelemente relativ zueinander in eine korrespondierende Öffnung des jeweiligen Verteilelements einführbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennstoffzellenanordnung mit einer solchen Zentriervorrichtung und mit einem Brennstoffzellenstapel, sowie ein Verfahren zum Montieren eines Brennstoffzellenstapels.The The invention relates to a centering device for mounting a a plurality of each disposed between two distribution elements Membrane electrode assemblies comprising fuel cell stack. Here, at least one centering means is provided, which for Aligning at least the distribution elements relative to each other in a corresponding opening of the respective distribution element is insertable. Furthermore The invention relates to a fuel cell assembly with a such centering device and with a fuel cell stack, and a method of mounting a fuel cell stack.

Die US 2005/0095484 A1 betrifft einen Brennstoffzellenstapel, bei welchem in Strömungsfeldplatten und in jeweils zwischen den Strömungsfeldplatten angeordneten Membran-Elektroden-Anordnungen Öffnungen ausgebildet sind. Beim Montieren des Brennstoffzellenstapels werden hierbei die als Verteilelemente zum Beaufschlagen der Elektroden dienenden Strömungsfeldplatten und die zwischen den Strömungsfeldplatten angeordneten Membran-Elektroden-Anordnungen so zueinander ausgerichtet, dass die Öffnungen zueinander fluchten. Daraufhin werden Zentrierstäbe in die Öffnungen eingeführt, um den Brennstoffzellenstapel zu zentrieren.The US 2005/0095484 A1 relates to a fuel cell stack in which openings are formed in flow field plates and in each arranged between the flow field plates membrane-electrode assemblies. When mounting the fuel cell stack in this case serving as distribution elements for acting on the electrodes flow field plates and arranged between the flow field plates membrane electrode assemblies are aligned with each other so that the openings are aligned. Centering rods are then inserted into the openings to center the fuel cell stack.

Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass das Einführen der Zentrierstäbe vergleichsweise mühselig ist.When The disadvantage here is the fact that the insertion the centering is relatively cumbersome.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Zentriervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine besonders einfache und flexible Montage eines Brennstoffzellenstapels ermöglicht.task The present invention is therefore a centering device to create the type mentioned, which is a particularly simple and flexible mounting of a fuel cell stack allows.

Diese Aufgabe wird durch eine Zentriervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6, und durch ein Verfahren zum Montieren eines Brennstoffzellenstapels mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.These Task is performed by a centering device with the features of Patent claim 1, by a fuel cell assembly with the Features of claim 6, and by a method of mounting a fuel cell stack having the features of claim 9 solved.

Die erfindungsgemäße Zentriervorrichtung dient zum Montieren eines Brennstoffzellenstapels, wobei der Brennstoffzellenstapel eine Mehrzahl von Membran-Elektroden-Anordnungen umfasst, welche jeweils zwischen zwei Verteilelementen angeordnet sind. Die Verteilelemente, welche zum Beaufschlagen einer Anode der Membran-Elektroden-Anordnung mit einem Brennstoff und zum Beaufschlagen einer Kathode der Membran-Elektroden-Anordnung mit einem Oxidationsmittel dienen, können hierfür insbesondere Strömungskanäle aufweisen, welche dem Verteilen der Reaktanden auf der Anode bzw. auf der Kathode dienen. Die Verteilelemente des Brennstoffzellenstapels sind bevorzugt elektrisch leitfähig ausgebildet, so dass sie nicht nur dem Verteilen der Reaktanden dienen, sondern auch zum elektrischen Kontaktieren mehrerer, über die Verteilelemente miteinander gekoppelten Brennstoffzellen. Derartige Verteilelemente werden auch als Bipolarplatten bezeichnet.The Centering device according to the invention serves for Mounting a fuel cell stack, wherein the fuel cell stack a plurality of membrane-electrode assemblies, each of which are arranged between two distribution elements. The distribution elements, which for applying an anode of the membrane-electrode assembly with a fuel and for charging a cathode of the membrane-electrode assembly with serve an oxidizing agent, this can in particular Have flow channels, which distributes serve the reactants on the anode or on the cathode. The distribution elements of the fuel cell stack are preferably electrically conductive so they are not just distributing the reactants serve, but also for electrical contacting several, about the distribution elements coupled to each other fuel cells. such Distributor elements are also referred to as bipolar plates.

Die erfindungsgemäße Zentriervorrichtung zum Montieren des diese Komponenten, nämlich die Verteilelemente und die Membran-Elektroden-Anordnungen, umfassenden Brennstoffzellenstapels weist wenigstens ein Zentriermittel auf, welches zum Ausrichten zumindest der Verteilelemente relativ zueinander in eine korrespondierende Öffnung des jeweiligen Verteilelements einführbar ist. Des Weiteren umfasst die Zentriervorrichtung ein Lagerelement, an welchem das wenigstens eine Zentriermittel angeordnet ist.The Centering device according to the invention for mounting of these components, namely the distribution elements and the membrane-electrode assemblies, comprising fuel cell stack has at least one centering means, which for aligning at least the distribution elements relative to each other in a corresponding opening of the respective distribution element is insertable. Furthermore the centering device comprises a bearing element on which the at least one centering means is arranged.

Hierbei kann das wenigstens eine Zentriermittel starr an den Lagerelement festgelegt sein. Auf das an dem Lagerelement angeordnete Zentriermittel werden dann beim Montieren des Brennstoffzellenstapels die Verteilelemente aufgefädelt, indem das wenigstens eine Zentriermittel in die korrespondierende Öffnung des jeweiligen Verteilelements eingeführt wird. Mittels einer solchen Zentriervorrichtung ist das Montieren des Brennstoffzellenstapels somit besonders einfach zu bewerkstelligen.in this connection the at least one centering means can be rigidly connected to the bearing element be set. On the arranged on the bearing element centering Then, when mounting the fuel cell stack, the distribution elements Threaded by the at least one centering in the corresponding opening of the respective distribution element is introduced. By means of such a centering device is the mounting of the fuel cell stack thus particularly simple to accomplish.

Nach dem Zentrieren der Verteilelemente und der Membran-Elektroden-Anordnungen des Brennstoffzellenstapels wird der Brennstoffzellenstapel verpresst. Hierbei sorgt das wenigstens eine Zentriermittel dafür, dass alle Komponenten des Brennstoffzellenstapels einfach, reproduzierbar und prozesssicher deckungsgleich zueinander ausgerichtet werden können.To centering the distribution elements and the membrane-electrode assemblies of the fuel cell stack, the fuel cell stack is compressed. In this case, the at least one centering device ensures that that all components of the fuel cell stack simple, reproducible and be aligned congruent with each other can.

Ein mittels einer derartigen Zentriervorrichtung hergestellter Brennstoffzellenstapel weist dann eine besonders hohe Qualität auf, da die einzelnen Komponenten besonders präzise zueinander ausgerichtet sind. Dadurch reduziert sich die Ausschussrate bei der Herstellung von Brennstoffzellenstapeln, und es ist eine verbilligte Herstellung der Brennstoffzellenstapel erreichbar.One by means of such a centering device produced fuel cell stack then has a particularly high quality, since the individual components are particularly precisely aligned with each other. Thereby reduces the reject rate in the production of fuel cell stacks, and A cheaper production of fuel cell stacks is achievable.

Durch das prozesssichere Montieren von Brennstoffzellenstapeln mit hoher Qualität ist zudem eine besonders lange Lebensdauer der Brennstoffzellenstapel erreichbar.By the process-reliable mounting of fuel cell stacks with high Quality is also a particularly long life of Fuel cell stack available.

Eine Flexibilität der Montage ist insbesondere dadurch ermöglicht, dass ein und dieselbe Zentriervorrichtung nacheinander zum Montieren mehrerer Brennstoffzellenstapel eingesetzt werden kann. Hierfür wird nach dem Verpressen des Brennstoffzellenstapels das wenigstens eine Zentriermittel wieder aus der jeweiligen Öffnung der Verteilelemente entfernt, beispielsweise durch Abnehmen des Brennstoffzellenstapels von dem Lagerelement. Dadurch, dass in diesem Fall das wenigstens eine Zentriermittel nicht in dem Brennstoffzellenstapel verbleibt, ist ein Brennstoffzellenstapel mit vergleichsweise geringem Gewicht mittels der Zentriervorrichtung bereitstellbar. Alternativ kann jedoch der Brennstoffzellenstapel an der Zentriervorrichtung verbleiben, wobei dann das wenigstens eine Zentriermittel in die jeweiligen Öffnungen der Verteilelemente eingeführt bleibt.A flexibility of the assembly is made possible in particular by the fact that one and the same centering device can be used successively for mounting a plurality of fuel cell stacks. For this purpose, after pressing the Brennstoffzel lenstapels the at least one centering again removed from the respective opening of the distribution elements, for example by removing the fuel cell stack from the bearing element. Because in this case the at least one centering means does not remain in the fuel cell stack, a fuel cell stack with comparatively low weight can be provided by means of the centering device. Alternatively, however, the fuel cell stack may remain on the centering device, in which case the at least one centering device remains inserted into the respective openings of the distributor elements.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Zentriermittel wenigstens einen Freiheitsgrad der Rotation aufweisend an dem Lagerelement gelagert. Zumindest ein Zentriermittel ist also relativ zu dem Lagerelement bewegbar. Dies erleichtert das Auffädeln der Verteilelemente auf das wenigstens eine Zentriermittel.According to one advantageous embodiment of the invention is at least one Centering means having at least one degree of freedom of rotation stored on the bearing element. At least one centering means is so movable relative to the bearing element. This facilitates the threading the distribution elements on the at least one centering means.

Anstelle eines Gelenks, welches lediglich einen Freiheitsgrad der Rotation aufweist, kann wenigstens ein Zentriermittel mittels eines Kreuzgelenks an das Lagerelement angebunden sein und dann zwei Freiheitsgrade der Rotation aufweisen. Eine noch größere Beweglichkeit wenigstens eines Zentriermittels gegenüber dem Lagerelement ist erreichbar, wenn das Zentriermittel drei Freiheitsgrade der Rotation aufweist, etwa durch Anbinden des wenigstens einen Zentriermittels an das Lagerelement über ein Kugelgelenk. Der Bewegungsradius des Zentriermittels ist dann über einen auf der Spitze stehenden Kegel beschreibbar.Instead of a joint, which only one degree of freedom of rotation has at least one centering means by means of a universal joint be connected to the bearing element and then two degrees of freedom have the rotation. An even greater flexibility at least one centering with respect to the bearing element is achievable if the centering means three degrees of freedom Having rotation, such as by tying the at least one centering to the bearing element via a ball joint. The radius of movement of the centering is then over one on the top writeable cone.

Soll das wenigstens eine Zentriermittel in dem fertiggestellten Brennstoffzellenstapel verbleiben, ist in vorteilhafter Weise zumindest ein mit der korrespondierenden Öffnung des Verteilelements in Anlage bringbarer Bereich des wenigstens einen Zentriermittels elektrisch nicht leitend ausgebildet. Insbesondere kann das wenigstens eine Zentriermittel vollständig aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellt sein.Should the at least one centering means in the finished fuel cell stack remain, is at least one with the corresponding opening in an advantageous manner the distribution element can be brought into abutment of at least a centering electrically non-conductive formed. Especially the at least one centering can completely out be made of an electrically non-conductive material.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Zentriervorrichtung sind an dem Lagerelement zumindest zwei, insbesondere vier, insbesondere in jeweiligen Eckbereichen des Lagerelements angeordnete, Zentriermittel angeordnet. Hierbei sind bevorzugt zumindest zwei, insbesondere alle Zentriermittel relativ zu dem Lagerelement bewegbar. Durch das Vorsehen von zumindest zwei Zentriermitteln ist das Ausrichten der Verteilelemente relativ zueinander erleichtert.In a preferred embodiment of the centering device are at the bearing element at least two, in particular four, in particular arranged in respective corner regions of the bearing element, centering arranged. In this case, at least two, in particular, are preferred all centering movable relative to the bearing element. By the provision of at least two centering means is the alignment facilitates the Verteilelemente relative to each other.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Zentriervorrichtung eine Kalibriereinrichtung mit wenigstens einer Kalibrieröffnung umfasst, wobei das wenigstens eine Zentriermittel spielfrei in die Kalibrieröffnung einführbar ist. Das Vorsehen einer solchen Kalibriereinrichtung erlaubt es, bei der Ausbildung der in den Verteilelementen angeordneten Öffnung größere Fertigungstoleranzen zuzulassen, da anschließend die mit minimalen Toleranzen der Kalibrieröffnung gefertigte Kalibriereinrichtung für das gewünschte Ausrichten der Komponenten des Brennstoffzellenstapels sorgt. Durch das Vorsehen einer Kalibriereinrichtung mit wenigstens zwei Kalibrieröffnungen kann zudem ein Vorspannen der Komponenten des Brennstoffzellenstapels erreicht werden. Die vorgespannten und mittels der Kalibriereinrichtung exakt fluchtend ausgerichteten Komponenten des Brennstoffzellenstapels können dann in vorgespanntem Zustand verpresst werden.When further advantageously, it has been shown, when the centering device a calibration device with at least one calibration opening comprises, wherein the at least one centering in the play Calibration opening is insertable. The provision Such a calibration device allows in the training the opening arranged in the distribution elements larger Allow manufacturing tolerances, since then with the Calibration device manufactured according to minimum tolerances of the calibration opening for the desired alignment of the components the fuel cell stack provides. By providing a calibration device with at least two calibration openings can also biasing the components of the fuel cell stack can be achieved. The prestressed and exactly aligned by means of the calibration device aligned components of the fuel cell stack can then be pressed in a prestressed state.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Brennstoffzellenanordnung mit einer erfindungsgemäßen Zentriervorrichtung und mit einem Brennstoffzellenstapel, welcher eine Mehrzahl von jeweils zwischen zwei Verteilelementen angeordneten Membran-Elektrodenanordnungen umfasst. Hierbei ist wenigstens ein Zentriermittel der Zentriervorrichtung zum Ausrichten zumindest der Verteilelemente relativ zueinander in eine korrespondierende Öffnung des jeweiligen Verteilelements eingeführt. Das Lagerelement, an welchem das wenigstens eine Zentriermittel angeordnet ist, erleichtert das Auffädeln der Verteilelemente auf das wenigstens eine Zentriermittel.According to one Another aspect of the invention, the above object is achieved by a fuel cell arrangement with a device according to the invention Centering device and with a fuel cell stack, which a plurality of each disposed between two distribution elements Membrane electrode assemblies comprises. Here is at least one Centering of the centering device for aligning at least the distribution elements relative to each other in a corresponding opening introduced the respective distribution element. The bearing element, on which the at least one centering means is arranged, facilitates the threading of the distribution elements on the at least one Centering.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Brennstoffzellenstapel einer solchen Brennstoffzellenanordnung eine Endplatte auf, welche als Kalibriereinrichtung mit wenigstens einer Kalibrieröffnung ausgebildet ist. Die Endplatte, welche im Vergleich zu den innen liegenden Komponenten des Brennstoffzellenstapels besonders belastbar ausgebildet ist, ermöglicht ein besonders gutes Krafteinleiten beim Verpressen des mittels der Zentriervorrichtung zentrierten Brennstoffzellenstapels.In an advantageous embodiment, the fuel cell stack Such a fuel cell assembly on an end plate, which designed as a calibration device with at least one calibration opening is. The end plate, which compared to the internal components the fuel cell stack is designed to be particularly resilient, allows a particularly good introduction of force during pressing of the centered by means of the centering fuel cell stack.

Bei der als Kalibriereinrichtung ausgebildeten Endplatte ist ein Spiel des wenigstens einen in die Kalibrieröffnung eingeführten Zentriermittels geringer als ein Spiel des wenigstens einen in die korrespondierende Öffnung des jeweiligen Verteilelements eingeführten Zentriermittels. Dadurch sorgt dann die Endplatte für das exakt fluchtende Ausrichten der unterhalb der Endplatte angeordneten Komponenten des Brennstoffzellenstapels.at the designed as a calibrating end plate is a game the at least one introduced into the calibration Centering less than a game of at least one in the corresponding opening of the respective distribution element introduced centering. This ensures the end plate for the exact alignment of the below the end plate arranged components of the fuel cell stack.

Der Brennstoffzellenstapel kann des Weiteren eine Grundplatte umfassen, wobei die Grundplatte in Form und Abmessungen der Endplatte gleich ausgebildet ist. Zwischen der Grundplatte und der Endplatte sind dann in dem Brennstoffzellenstapel die Verteilelemente mit den dazwischen angeordneten Membranelektroden-Anordnungen angeordnet. Die Grundplatte und die Endplatte dienen zum Krafteinleiten und insbesondere zum gleichmäßigen Verteilen der eingeleiteten Kraft beim Verspannen des Brennstoffzellenstapels.The fuel cell stack may further comprise a base plate, wherein the base plate is formed in the same shape and dimensions of the end plate. Between the base plate and the end plate, the distribution elements with the membrane electrode assemblies arranged therebetween are then arranged in the fuel cell stack. The base plate and the end plate serve for introducing force and in particular for uniformly distributing the introduced force during bracing of the fuel cell stack.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Montieren eines Brennstoffzellenstapels, bei welchem eine Mehrzahl von Verteilelementen mit jeweils zwischen zwei Verteilelementen angeordneten Membran-Elektroden-Anordnungen relativ zueinander ausgerichtet werden. Hierbei wird wenigstens ein Zentriermittel in eine korrespondierende Öffnung des jeweiligen Verteilelements eingeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einer erfindungsgemäßen Zentriervorrichtung durchgeführt.According to one Another aspect of the invention, the above object is achieved by a method for mounting a fuel cell stack, in which a plurality of distribution elements, each with between two distribution elements arranged membrane electrode assemblies relative aligned with each other. In this case, at least one centering means in a corresponding opening of the respective distribution element introduced. The inventive method is with a centering device according to the invention carried out.

Nach dem Zentrieren des Brennstoffzellenstapels mittels der Zentriervorrichtung kann hierbei der zentrierte und verpresste Brennstoffzellenstapel zusammen mit der Zentriervorrichtung an einen vorgesehen Einbauort, insbesondere in einem Fahrzeug, angeordnet werden. Alternativ kann der Brennstoffzellenstapel von der Zentriervorrichtung abgenommen und an dem Einbauort angeordnet werden.To the centering of the fuel cell stack by means of the centering device this can be the centered and compressed fuel cell stack together with the centering device to an intended installation location, in particular in a vehicle, to be arranged. Alternatively, the fuel cell stack removed from the centering device and arranged at the installation site become.

Die für die erfindungsgemäße Zentriervorrichtung und für die erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile geltenden auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Montieren eines Brennstoffzellenstapels.The for the centering device according to the invention and for the fuel cell assembly according to the invention described preferred embodiments and advantages also for the inventive method for mounting a fuel cell stack.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the below mentioned in the figure description and / or in the figures alone shown features and feature combinations are not only in the specified combination, but also usable in other combinations or in isolation, without to leave the scope of the invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the claims, the following description is more preferred Embodiments and with reference to the drawings. Showing:

1 eine Zentriervorrichtung mit vier an einer Aufnehmerplatte kugelgelenkig gelagerten Zentrierstäben zum Zentrieren von einzelnen Komponenten eines Brennstoffzellenstapels; 1 a centering device with four centering rods which are ball-jointed on a pickup plate for centering individual components of a fuel cell stack;

2 die Zentriervorrichtung gemäß 1, welche zum Zentrieren von Komponenten des Brennstoffzellenstapels verwendet wird; 2 the centering according to 1 which is used for centering components of the fuel cell stack;

3 einen Kalibrierschritt beim Montieren des Brennstoffzellenstapels gemäß 2, wobei als Kalibriereinrichtung eine Endplatte des Brennstoffzellenstapels eingesetzt wird; und 3 a calibration step in assembling the fuel cell stack according to 2 , wherein an end plate of the fuel cell stack is used as a calibration device; and

4 den Brennstoffzellenstapel gemäß 3 mit aufgesetzter Endplatte in der Zentriervorrichtung gemäß 1. 4 the fuel cell stack according to 3 with attached end plate in the centering according to 1 ,

Eine Zentriervorrichtung 1 zum Zentrieren von Komponenten eines in 2 gezeigten Brennstoffzellenstapels 2 umfasst eine Aufnehmerplatte 3 mit vier sich vertikal von dieser nach oben erstreckenden Zentrierstäben 4. Die Zentrierstäbe 4 sind in vier jeweiligen Eckbereichen der in der Draufsicht rechteckigen Aufnehmerplatte 3 angeordnet. An der als Lagerelement für die Zentrierstäbe 4 dienenden Aufnehmerplatte 3 sind die Zentrierstäbe 4 mit eines Kugelgelenks gelagert, so dass jeder der Zentrierstäbe 4 drei Freiheitsgrade der Rotation aufweist. Ein Bewegungsraum 5, welcher die Bewegungsmöglichkeit eines jeweiligen Zentrierstabs 4 in den Figuren veranschaulicht, entspricht einem auf der Spitze stehenden Kegel, in dessen Zentrum der jeweilige Zentrierstab 4 verläuft.A centering device 1 for centering components of an in 2 shown fuel cell stack 2 includes a pickup plate 3 with four vertically extending from this upwardly extending Zentrierstäben 4 , The centering rods 4 are in four respective corners of the rectangular in plan view pickup plate 3 arranged. At the as a bearing element for the centering rods 4 serving transducer plate 3 are the centering rods 4 mounted with a ball joint, so that each of the centering rods 4 has three degrees of freedom of rotation. A movement room 5 , which the possibility of movement of a respective Zentrierstabs 4 illustrated in the figures, corresponds to a standing on the top cone in the center of the respective centering 4 runs.

Die aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material gebildeten Zentrierstäbe 4 ermöglichen ein definiertes, sich selbst zentrierendes Aufeinanderstapeln der Komponenten des Brennstoffzellenstapels 2 (vgl. 2). Der Brennstoffzellenstapel 2 umfasst eine Mehrzahl von Membran-Elektroden-Anordnungen 6. Jede Membran-Elektroden-Anordnung umfasst hierbei eine Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM), welche eine Kathode von einer Anode trennt. Die Membran-Elektroden-Anordnung 6 ist auf einer Bipolarplatte 7 angeordnet, welche einerseits zum Beaufschlagen der Kathode der Membran-Elektroden-Anordnung 6 mit einem Oxidationsmittel und andererseits zum Beaufschlagen der Anode der Membran-Elektroden-Anordnung mit einem Brennstoff, beispielsweise mit Wasserstoffgas, dient. Über die Bipolarplatten 7 sind darüber hinaus aneinander angrenzende Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels 2 elektrisch kontaktiert.The centering rods formed from an electrically non-conductive material 4 allow a defined, self-centering stacking of the components of the fuel cell stack 2 (see. 2 ). The fuel cell stack 2 includes a plurality of membrane-electrode assemblies 6 , Each membrane-electrode assembly in this case comprises a polymer electrolyte membrane (PEM), which separates a cathode from an anode. The membrane electrode assembly 6 is on a bipolar plate 7 arranged, on the one hand for acting on the cathode of the membrane-electrode assembly 6 with an oxidizing agent and on the other hand for charging the anode of the membrane-electrode assembly with a fuel, for example with hydrogen gas, is used. About the bipolar plates 7 are also adjacent fuel cells of the fuel cell stack 2 electrically contacted.

Die Bipolarplatte 7 ist vorliegend größer als die Membran-Elektroden-Anordnung 6, so dass durch die Bipolarplatte 7 ein um die Membran-Elektroden-Anordnung 6 umlaufender, überstehender Rand bereitgestellt ist. In diesem Randbereich der Bipolarplatte 7 sind vier Durchtrittsöffnungen 8 angeordnet, und zwar in jeweiligen Eckbereichen der in der Draufsicht rechteckigen Bipolarplatte 7.The bipolar plate 7 is presently larger than the membrane electrode assembly 6 so through the bipolar plate 7 one around the membrane-electrode assembly 6 circumferential, projecting edge is provided. In this edge region of the bipolar plate 7 are four passages 8th arranged, in respective corner regions of the rectangular in plan view bipolar plate 7 ,

Beim Aufeinanderstapeln der Bipolarplatten 7 mit den an diesen verbundenen Membran-Elektroden-Anordnungen 6 werden nun die einzelnen Bipolarplatten 7 so auf die Aufnehmerplatte 3 gestapelt, dass die vier Zentrierstäbe 4 durch die jeweiligen Durchtrittsöffnungen 8 hindurchtreten (vgl. 2). Die Zentrierstäbe 4 der Zentriervorrichtung 1 sorgen hierbei dafür, dass die Komponenten des Brennstoffzellenstapels 2 so relativ zueinander ausgerichtet werden, dass die Durchtrittsöffnungen 8 miteinander fluchten.When stacking the bipolar plates 7 with the membrane electrode assemblies connected thereto 6 Now the individual bipolar plates 7 so on the pickup plate 3 stacked that four centering rods 4 through the respective passages 8th pass through (cf. 2 ). The centering rods 4 the centering device 1 make sure that the components of the fuel cell stack 2 be aligned relative to each other so that the passage openings 8th aligned with each other.

Die Beweglichkeit der vier Zentrierstäbe 4 erleichtert das Einführen der Zentrierstäbe 4 in die Durchtrittsöffnungen 8. Des Weiteren wird das relativ zueinander ausgerichtete Aufeinanderstapeln der Bipolarplatten 7 und damit auch der Membran-Elektroden-Anordnungen 6 dadurch erleichtert, dass zwischen den Zentrierstäben 4 und den Durchtrittsöffnungen 8 ein gewisses Spiel besteht.The mobility of the four centering rods 4 facilitates the insertion of the centering rods 4 in the passages 8th , Furthermore, the relatively aligned stacking of the bipolar plates 7 and thus also the membrane electrode assemblies 6 facilitated by that between the Zentrierstäben 4 and the passages 8th there is a certain game.

Um dennoch vor dem Verpressen der Komponenten des Brennstoffzellenstapels 2 dafür zu sorgen, dass alle Komponenten deckungsgleich aufeinander liegen, erfolgt ein Kalibrierschritt, welcher mit Bezug auf 3 beschrieben wird. Als Kalibriereinrichtung dient vorliegend eine Endplatte 9 des Brennstoffzellenstapels 2. Die Endplatte 9 weist vier Kalibrieröffnungen 10 auf, in welche die vier Zentrierstäbe 4 spielfrei einführbar sind. Die Endplatte 9 weist in Richtung der Erstreckung der Zentrierstäbe 4 eine deutlich größere Dicke auf als die Bipolarplatten 7, welche in dem Brennstoffzellenstapel 2 unterhalb der Endplatte 9 angeordnet sind. Dadurch und durch die hochpräzise, toleranzarme Anordnung und Ausbildung der Kalibrieröffnungen 10 wird beim Aufstecken der Endplatte 10 auf die Zentrierstäbe 4 dafür gesorgt, dass die Zentrierstäbe 4 genau definierte Abstände zueinander einnehmen. Hierbei werden die Bipolarplatten 7 in Richtung ihrer Erstreckungsebene, also in einer zu den Zentrierstäben 4 senkrechten Ebene, gespannt. Das Kalibrieren mittels der Endplatte 9 sorgt also für ein exakt fluchtendes Ausrichten der Bipolarplatten 7 relativ zueinander und damit auch der Membran-Elektroden-Anordnungen 6 und für ein definiertes Vorspannen der Bipolarplatten 7. Der so hergestellte Brennstoffzellenstapel 2 weist eine besonders hohe Qualität und eine besonders hohe Lebensdauer auf.Nevertheless, before the compression of the components of the fuel cell stack 2 To ensure that all components are congruent to each other, takes place a calibration step, which with reference to 3 is described. The calibration device used here is an end plate 9 of the fuel cell stack 2 , The end plate 9 has four calibration holes 10 into which the four centering rods 4 are insertable without play. The end plate 9 points in the direction of the extension of the centering rods 4 a significantly greater thickness than the bipolar plates 7 which are in the fuel cell stack 2 below the end plate 9 are arranged. Thereby and by the high-precision, low-tolerance arrangement and design of the calibration 10 is when attaching the end plate 10 on the centering rods 4 made sure that the centering rods 4 take exactly defined distances to each other. This will be the bipolar plates 7 in the direction of their extension plane, that is in one of the Zentrierstäben 4 vertical plane, cocked. Calibration by means of the end plate 9 thus ensures a precisely aligned alignment of the bipolar plates 7 relative to each other and thus also the membrane-electrode assemblies 6 and for a defined biasing of the bipolar plates 7 , The fuel cell stack thus produced 2 has a particularly high quality and a particularly long life.

In alternativen Ausführungsformen kann eine von dem Brennstoffzellenstapel 2 verschiedene, also der Zentriervorrichtung 1 zugeordnete Kalibriereinrichtung zum Einsatz kommen. Nach dem exakt fluchtenden Ausrichten der Einzelkomponenten des Brennstoffzellenstapels 2 kann dann diese Kalibriereinrichtung, welche ein der gewünschten Anordnung der Zentrierstäbe 4 entsprechendes Lochbild aufweist, von dem Brennstoffzellenstapel 2 wieder entfernt werden. Anschließend wird der Brennstoffzellenstapel 2 verpresst. Nach dem Abnehmen der Kalibriervorrichtung kann der Brennstoffzellenstapel 2 von der Zentriervorrichtung 1 abgenommen werden und an einem Einbauort, etwa in einem Fahrzeug, eingebaut werden.In alternative embodiments, one of the fuel cell stack may be 2 different, so the centering device 1 associated calibration device are used. After exactly aligning the individual components of the fuel cell stack 2 then this calibration device, which is one of the desired arrangement of Zentrierstäbe 4 has corresponding hole pattern of the fuel cell stack 2 be removed again. Subsequently, the fuel cell stack 2 pressed. After removing the calibration device, the fuel cell stack 2 from the centering device 1 be removed and installed in a location, such as in a vehicle.

In vorliegend nicht näher gezeigter Art und Weise kann der Brennstoffzellenstapel 2 des Weiteren eine Grundplatte umfassen, welche in Form und Abmessungen der gezeigten Endplatte 9 gleich ist. Über diese Grundplatte und die Endplatte 9 wird dann beim Verpressen des Brennstoffzellenstapels 2 die zum Verpressen notwendige Kraft aufgebracht. Hierbei erfolgt durch die vergleichsweise große Dicke der Grundplatte und der Endplatte 9 und aufgrund ihrer hohen mechanischen Stabilität eine besonders gute, gleichmäßige Verteilung der eingeleiteten Kraft.In the present not further shown manner, the fuel cell stack 2 further comprising a base plate, which in shape and dimensions of the end plate shown 9 is equal to. About this base plate and the end plate 9 is then during compression of the fuel cell stack 2 applied the necessary force for pressing. This is done by the comparatively large thickness of the base plate and the end plate 9 and due to their high mechanical stability, a particularly good, even distribution of the introduced force.

4 zeigt eine Brennstoffzellenanordnung 11, bei welcher der mittels der Endplatte 9 des Brennstoffzellenstapels 2 exakt fluchtend ausgerichtete und vorgespannte Brennstoffzellenstapel 2 auf der Aufnehmerplatte 3 angeordnet ist. Hierbei treten die Zentrierstäbe 4 durch die Durchtrittsöffnungen 8 der Bipolarplatten 7 hindurch, und die Zentrierstäbe 4 sind in die Kalibieröffnungen 10 der Endplatte 9 eingeführt. 4 shows a fuel cell assembly 11 in which the means of the end plate 9 of the fuel cell stack 2 exactly aligned and prestressed fuel cell stacks 2 on the pickup plate 3 is arranged. Here come the centering rods 4 through the passages 8th the bipolar plates 7 through, and the centering rods 4 are in the calibration holes 10 the end plate 9 introduced.

Bei einer derartigen Brennstoffzellenanordnung 11 kann der Brennstoffzellenstapel 2 auf der Aufnehmerplatte 3 aufliegend verbleiben und zusammen mit der Zentriervorrichtung 1 an seinem Einbauort, etwa in dem Fahrzeug, eingebaut werden. Die Zentriervorrichtung 1 ist dann nicht mehr ein weiteres Mal zum Zentrieren eines weiteren Brennstoffzellenstapels 2 verwendbar.In such a fuel cell assembly 11 can the fuel cell stack 2 on the pickup plate 3 remain resting and together with the centering device 1 be installed at its installation location, such as in the vehicle. The centering device 1 is then not one more time to center another fuel cell stack 2 usable.

11

Zentriervorrichtungcentering

22

Brennstoffzellenstapelfuel cell stack

33

Aufnehmerplattepickup

44

Zentrierstabcentering

55

Bewegungsraummovement space

66

Membran-Elektroden-AnordnungMembrane electrode assembly

77

Bipolarplattebipolar

88th

DurchtrittsöffnungThrough opening

99

Endplatteendplate

1010

Kalibrieröffnungcalibration port

1111

BrennstoffzellenanordnungA fuel cell assembly

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• - US 2005/0095484 A1 [0002] US 2005/0095484 A1 [0002]

Claims (9)

Zentriervorrichtung zum Montieren eines eine Mehrzahl von jeweils zwischen zwei Verteilelementen (7) angeordneten Membran-Elektroden-Anordnungen (6) umfassenden Brennstoffzellenstapels (2), mit wenigstens einem Zentriermittel (4), welches zum Ausrichten zumindest der Verteilelemente (7) relativ zueinander in eine korrespondierende Öffnung (8) des jeweiligen Verteilelements (7) einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriervorrichtung (1) ein Lagerelement (3) umfasst, an welchem das wenigstens eine Zentriermittel (4) angeordnet ist.Centering device for mounting a plurality of each between two distribution elements ( 7 ) arranged membrane electrode assemblies ( 6 ) fuel cell stack ( 2 ), with at least one centering means ( 4 ), which is used to align at least the distribution elements ( 7 ) relative to one another in a corresponding opening ( 8th ) of the respective distribution element ( 7 ) is insertable, characterized in that the centering device ( 1 ) a bearing element ( 3 ), on which the at least one centering means ( 4 ) is arranged. Zentriervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Zentriermittel (4) wenigstens einen Freiheitsgrad der Rotation aufweisend, insbesondere zwei, bevorzugt drei, Freiheitsgrade der Rotation aufweisend, an dem Lagerelement (3) gelagert ist.Centering device according to claim 1, characterized in that the at least one centering means ( 4 ) having at least one degree of freedom of rotation, in particular two, preferably three, degrees of freedom of rotation, on the bearing element ( 3 ) is stored. Zentriervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Zentriermittel (4) zumindest in einem mit der korrespondierenden Öffnung (8) des Verteilelements (7) in Anlage bringbaren Bereich elektrisch nicht leitend ausgebildet ist.Centering device according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one centering means ( 4 ) at least in one with the corresponding opening ( 8th ) of the distribution element ( 7 ) Can be brought into contact area electrically non-conductive. Zentriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Lagerelement (3) zumindest zwei, insbesondere vier, insbesondere in jeweiligen Eckbereichen des Lagerelements (3) angeordnete, Zentriermittel (4) angeordnet sind.Centering device according to one of claims 1 to 3, characterized in that on the bearing element ( 3 ) at least two, in particular four, in particular in respective corner regions of the bearing element ( 3 ), centering means ( 4 ) are arranged. Zentriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriervorrichtung (1) eine Kalibriereinrichtung mit wenigstens einer Kalibrieröffnung umfasst, wobei das wenigstens eine Zentriermittel (4) spielfrei in die Kalibrieröffnung einführbar ist.Centering device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the centering device ( 1 ) comprises a calibration device with at least one calibration opening, wherein the at least one centering device ( 4 ) can be inserted without play into the calibration opening. Brennstoffzellenanordnung mit einer Zentriervorrichtung (1) und mit einem Brennstoffzellenstapel (2), welcher eine Mehrzahl von jeweils zwischen zwei Verteilelementen (7) angeordneten Membran-Elektroden-Anordnungen (6) umfasst, wobei wenigstens ein Zentriermittel (4) der Zentriervorrichtung (1) zum Ausrichten zumindest der Verteilelemente (7) relativ zueinander in eine korrespondierende Öffnung (8) des jeweiligen Verteilelements (7) eingeführt ist, wobei die Zentriervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.Fuel cell assembly with a centering device ( 1 ) and with a fuel cell stack ( 2 ), which has a plurality of each between two distribution elements ( 7 ) arranged membrane electrode assemblies ( 6 ), wherein at least one centering means ( 4 ) of the centering device ( 1 ) for aligning at least the distribution elements ( 7 ) relative to one another in a corresponding opening ( 8th ) of the respective distribution element ( 7 ), wherein the centering device ( 1 ) is designed according to one of claims 1 to 5. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (2) eine Endplatte (9) umfasst, wobei die Endplatte (9) als Kalibriereinrichtung mit wenigstens einer Kalibrieröffnung (10) ausgebildet ist, und wobei ein Spiel des wenigstens einen in die Kalibrieröffnung (10) eingeführten Zentriermittels (4) geringer ist, als ein Spiel des wenigstens einen in die korrespondierende Öffnung (8) des jeweiligen Verteilelements (7) eingeführten Zentriermittels (4).Fuel cell arrangement according to claim 6, characterized in that the fuel cell stack ( 2 ) an end plate ( 9 ), wherein the end plate ( 9 ) as a calibration device with at least one calibration opening ( 10 ) is formed, and wherein a game of at least one in the calibration ( 10 ) introduced centering agent ( 4 ) is less than a play of the at least one in the corresponding opening ( 8th ) of the respective distribution element ( 7 ) introduced centering agent ( 4 ). Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (2) eine Grundplatte umfasst, wobei die Grundplatte in Form und Abmessungen der Endplatte (9) gleich ausgebildet ist.Fuel cell arrangement according to claim 7, characterized in that the fuel cell stack ( 2 ) comprises a base plate, wherein the base plate in the form and dimensions of the end plate ( 9 ) is the same. Verfahren zum Montieren eines Brennstoffzellenstapels (2), bei welchem eine Mehrzahl von Verteilelementen (7) mit jeweils zwischen zwei Verteilelementen (7) angeordneten Membran-Elektroden-Anordnungen (6) relativ zueinander ausgerichtet werden, und bei welchem wenigstens ein Zentriermittel (4) in eine korrespondierende Öffnung (8) des jeweiligen Verteilelements (7) eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einer Zentriervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchgeführt wird.Method for mounting a fuel cell stack ( 2 ), in which a plurality of distribution elements ( 7 ) each with two distribution elements ( 7 ) arranged membrane electrode assemblies ( 6 ) are aligned relative to each other, and wherein at least one centering means ( 4 ) into a corresponding opening ( 8th ) of the respective distribution element ( 7 ), characterized in that the method is provided with a centering device ( 1 ) is carried out according to one of claims 1 to 5.