Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoffzellenstapel und ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels.The invention relates to a fuel cell stack and a method for producing a fuel cell stack.
Brennstoffzellenstapel umfassen typisch mehrere Brennstoffzellen, die übereinander gestapelt sind und gegeneinander gedrückt werden. Die mehreren gestapelten Brennstoffzellen bilden einen Brennstoffzellenzusammenbau, der mit Druck beaufschlagt ist, um die mehreren Brennstoffzellen in einer Druckbeziehung zu halten. Beispielsweise beschreiben die Druckschriften DE 28 31 799 A1 oder US 6 218 039 B1 Brennstoffzellenstapel, bei denen die Endplatten in einer fest beabstandeten Beziehung in einem vorgegebenen Abstand zueinander gehalten werden, und die dabei eine Druckkraft auf den Zellenstapel ausüben. Der Stapel der US 6 218 039 B1 enthält dabei auch eine Ausgleichs- oder Abstandsplatte, um die Längenausdehnung des Stapels aufzufangen, wie dies auch in der US 5 993 987 A zur Kompensation von Relaxationserscheinungen angeregt wird. Jede Brennstoffzelle umfasst typisch eine Anodenschicht, eine Katodenschicht und einen Elektrolyten, der zwischen der Anodenschicht und der Katodenschicht liegt. Der Brennstoffzellenzusammenbau erfordert eine erhebliche Druckkraft, um die Brennstoffzellen des Stapels zusammenzudrücken. Die Notwendigkeit der Druckkraft ergibt sich aus dem Gas-Innendruck der Reaktanden in den Brennstoffzellen sowie aus der Notwendigkeit, einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Innenkomponenten der Zellen aufrechtzuerhalten. Allgemein beträgt die Kraft pro Flächeneinheit insgesamt etwa 1,34 MPa–1,41 MPa (195–205 psi), die gleichmäßig über den gesamten aktiven Bereich der Zelle (typisch 497–1000 cm2 (77–155 Quadratzoll) für Kraftfahrzeugstapel) verteilt sind. Somit beträgt die typische Gesamtdruckkraft von Stapeln die ser Größe bei einer Brennstoffzelle mit einer Fläche von etwa 516 cm2 (80 Quadratzoll) etwa 68,947 kN bis 73,396 kN (15500–16500 Pfund).Fuel cell stacks typically include a plurality of fuel cells that are stacked and pressed against each other. The plurality of stacked fuel cells form a fuel cell assembly that is pressurized to hold the plurality of fuel cells in pressure relationship. For example, the publications describe DE 28 31 799 A1 or US Pat. No. 6,218,039 B1 Fuel cell stack in which the end plates are held in a fixed spaced relationship at a predetermined distance from each other, and thereby exert a compressive force on the cell stack. The pile of US Pat. No. 6,218,039 B1 It also contains a compensation or spacer plate to absorb the longitudinal expansion of the stack, as in the US 5 993 987 A is stimulated to compensate for relaxation phenomena. Each fuel cell typically includes an anode layer, a cathode layer, and an electrolyte located between the anode layer and the cathode layer. The fuel cell assembly requires significant compressive force to compress the fuel cells of the stack. The need for compressive force results from the internal gas pressure of the reactants in the fuel cells and the need to maintain good electrical contact between the internal components of the cells. Generally, the force per unit area is generally about 1.35 MPa-1.41 MPa (195-205 psi), which is evenly distributed over the entire active area of the cell (typically 497-1000 cm 2 (77-155 square inches) for motor vehicle stacks) are. Thus, for a fuel cell having an area of about 516 cm 2 (80 square inches), the typical total compressive force of stacks is about 68.947 kN to 73.396 kN (15500-16500 pounds).
Typische Brennstoffzellenstapelkonstruktionen des Standes der Technik konzentrieren sich auf die Verwendung starrer Endplatten und Spannstangen, die eine Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau ausüben und aufrechterhalten. Der mit Druck zu beaufschlagende Brennstoffzellenzusammenbau wird zwischen ein Paar starrer Endplatten gelegt. Daraufhin werden die Endplatten durch Spannstangen, die durch die Endplatten verlaufen und auf sie eine Druckkraft ausüben, zusammengedrückt. Diese Konstruktion sowie weitere typisch verwendete ähnliche Konstruktionen führten zu Brennstoffzellenstapelkonstruktionen veränderlicher Längen, um den gewünschten Druck des Brennstoffzellenzusammenbaus zu erzielen. Außerdem ist die in Brennstoffzellen verwendete Elektrolytmembran etwa 0,178 mm dick, so dass sie mit der Zeit gleitet oder eine Spannungsrelaxation aufweist, so dass die Brennstoffzellenstapelkonstruktion weiter zusammengedrückt werden muss, um eine gewünschte Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau aufrechtzuerhalten.Typical prior art fuel cell stack designs focus on the use of rigid end plates and tie rods that exert and maintain a compressive force on the fuel cell assembly. The pressurized fuel cell assembly is placed between a pair of rigid end plates. Thereafter, the end plates are compressed by tie rods which pass through the end plates and exert a compressive force on them. This design, as well as other typically used similar designs, resulted in fuel cell stack designs of variable lengths to achieve the desired pressure of the fuel cell assembly. In addition, the electrolyte membrane used in fuel cells is about 0.178 mm thick, so that it slides with time or has a stress relaxation, so that the fuel cell stack construction must be further compressed in order to maintain a desired compressive force on the fuel cell assembly.
Die derzeit aktuellen Brennstoffzellenzusammenbaue nutzen eine 0,018 μm dicke und verstärkte Membran. Im Ergebnis ist das Gleiten oder die Spannungsrelaxation wesentlich niedriger und nicht mehr wie in Brennstoffzellenzusammenbauen des Standes der Technik ein großes Problem. Somit brauchen die Brennstoffzellenzusammenbaue, die die neue dünnere und verstärkte Membran verwenden, nicht mehr nach einer Zeitdauer mit weiterem Druck beaufschlagt zu werden, um die Relaxation oder Entspannung der Membran zu berücksichtigen.The current fuel cell assemblies use a 0.018 μm thick and reinforced membrane. As a result, the sliding or stress relaxation is much lower and no longer a major problem as in prior art fuel cell assemblies. Thus, the fuel cell assemblies that use the new thinner and reinforced diaphragm no longer need to be pressurized after a period of time to account for the relaxation or relaxation of the diaphragm.
Brennstoffzellenstapelkonstruktionen können in einer Vielzahl von Anwendungen genutzt werden. Da der Raum, in dem die Brennstoffzellenstapelkonstruktionen typisch verwendet werden, wie etwa in einem Kraftfahrzeug ein festes Volumen haben, wäre es wünschenswert, wenn die Brennstoffzellenstapelkonstruktionen eine einheitliche Größe hätten, so dass verschiedene Brennstoffzellenstapelkonstruktionen ausgetauscht werden könnten.Fuel cell stack designs can be used in a variety of applications. Because the space in which the fuel cell stack designs are typically used, such as in a motor vehicle, has a fixed volume, it would be desirable for the fuel cell stack designs to be uniform in size so that various fuel cell stack designs could be replaced.
Somit ist es wünschenswert, Brennstoffstellenstapelkonstruktionen zu schaffen, die eine einheitliche Länge besitzen. Ferner ist es wünschenswert, eine Brennstoffstellenstapelkonstruktion zu bauen und zu schaffen, die unabhängig von der Anzahl der Brennstoffzellen, die der Brennstoffzellenzusammenbau enthält, eine einheitliche Länge besitzt, während auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus weiter eine gewünschte Druckbelastung ausgeübt wird.Thus, it is desirable to provide fuel cell stack designs that are uniform in length. Further, it is desirable to build and provide a fuel cell stack design that has a uniform length regardless of the number of fuel cells that the fuel cell assembly contains while still maintaining a desired pressure load on the active region of the fuel cell assembly.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, für die Maßhaltigkeit eines Brennstoffzellenstapels Sorge zu tragen.The invention is based on the object to take care for the dimensional stability of a fuel cell stack.
Diese Aufgabe wird mit einem Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.This object is achieved with a fuel cell stack with the features of claim 1 or with a method having the features of claim 7.
Da die aktuellen Brennstoffzellenstapelkonstruktionen dünne und verstärkte Membranen nutzen, die wesentlich weniger Abmessungsgleiten und Spannungsrelaxation zeigen, sind inzwischen andere Zugänge für die Druckbelastung der Brennstoffzellenstapelkonstruktionen möglich. Diese Druckbelastungstechniken ermöglichen, dass die Brennstoffzellenstapelkonstruktion eine einheitliche Größe besitzt. Da die Eigenschaften des Brennstoffzellenzusammenbaus und der verstärkten Membranen besser verstanden sind, kann außerdem die Strecke, um die ein Brennstoffzellenzusammenbau zusammengedrückt werden muss, um auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus eine gegebene Druckbelastung auszuüben, durch die Anzahl der Brennstoffzellen bestimmt werden, die der Brennstoffzellenzusammenbau umfasst. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem eine Brennstoffzellenstapelkonstruktion so lange zusammengedrückt wird, bis der aktive Bereich mit einer vorgegebenen Druckbelastung beaufschlagt ist, ermöglicht dies die Verwendung einer festen Zusammendrückstrecke beim Zusammenbau einer Brennstoffzellenstapelkonstruktion.Since current fuel cell stack designs utilize thin and reinforced membranes that exhibit significantly less dimensional sliding and stress relaxation, other approaches to pressurizing the fuel cell stack designs are now possible. These pressure loading techniques allow the fuel cell stack construction to be uniform in size. Furthermore, as the properties of the fuel cell assembly and the reinforced membranes are better understood, the distance, around which a fuel cell assembly must be compressed to impose a given pressure load on the active region of the fuel cell assembly is determined by the number of fuel cells that comprise the fuel cell assembly. In contrast to the prior art, in which a fuel cell stack construction is compressed until the active area is subjected to a predetermined compressive load, this allows the use of a fixed compression line in the assembly of a fuel cell stack construction.
Ein elektrochemischer Brennstoffzellenstapel der Erfindung umfasst mehrere Brennstoffzellen, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind, so dass sie einen Brennstoffzellenzusammenbau bilden. Der Brennstoffzellenzusammenbau besitzt ein gegenüberliegendes erstes Ende und zweites Ende sowie eine Länge dazwischen. Eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte liegen benachbart zu dem ersten Ende bzw. zu dem zweiten Ende des Brennstoffzellenzusammenbaus. Die erste Endplatte und die zweite Endplatte sind in einer fest beabstandeten Beziehung mit einer vorgegebenen Strecke gehalten, so dass die erste Endplatte und die zweite Endplatte entlang der Länge eine Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau ausüben. Zwischen der ersten Endplatte und dem ersten Ende des Brennstoffzellenzusammenbaus liegt wenigstens eine Abstandsplatte. Die wenigstens eine Abstandsplatte ist so bemessen, dass die durch die erste Endplatte und durch die zweite Endplatte auf den Brennstoffzellenzusammenbau ausgeübte Druckkraft eine vorgegebene Stärke besitzt.An electrochemical fuel cell stack of the invention includes a plurality of fuel cells arranged in a stack configuration to form a fuel cell assembly. The fuel cell assembly has an opposite first end and second end and a length therebetween. A first end plate and a second end plate are adjacent the first end and the second end of the fuel cell assembly, respectively. The first end plate and the second end plate are held in a fixed spaced relationship with a predetermined distance such that the first end plate and the second end plate exert a compressive force on the fuel cell assembly along the length. Between the first end plate and the first end of the fuel cell assembly is at least one spacer plate. The at least one spacer plate is sized such that the compressive force exerted on the fuel cell assembly by the first end plate and the second end plate has a predetermined thickness.
Ein Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Brennstoffzellenstapels mit einer vorgegebenen Länge der Erfindung umfasst die folgenden Schritte: 1) Wählen einer vorgegebenen Länge für einen Brennstoffzellenstapel mit einem Brennstoffzellenzusammenbau; 2) Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus mit einer vorgegebenen Druckbelastung; 3) Bestimmen einer Drucklänge des zusammengedrückten Brennstoffzellenzusammenbaus; 4) Berechnen einer Differenz zwischen einer Länge des Raums, der für den zusammengedrückten Brennstoffzellenzusammenbau in dem Brennstoffzellenstapel zur Verfügung steht, und der Drucklänge des zusammengedrückten Brennstoffzellenzusammenbaus; 5) Entfernen der vorgegebenen Druckbelastung von dem Brennstoffzellenzusammenbau; 6) Positionieren wenigstens einer Abstandsplatte mit einer Dicke, die allgemein gleich der berechneten Differenz ist, in dem Brennstoffzellenstapel; 7) Anwenden einer Druckbelastung auf den Brennstoffzellenstapel, so dass er auf die vorgegebene Länge zusammengedrückt wird; 8) Befestigen einer ersten Endplatte und einer zweiten Endplatte des Brennstoffzellenstapels in einer fest beabstandeten Beziehung, um den Brennstoffzellenstapel allgemein auf der vorgegebenen Länge zu halten, wodurch auf den Brennstoffzellenzusammenbau eine Druckkraft ausgeübt wird, nachdem die auf den Brennstoffzellenstapel angewendete Druckbelastung entfernt worden ist; und 9) Entfernen der angewendeten Druckbelastung von dem Brennstoffzellenstapel.A method for manufacturing a fuel cell stack having a predetermined length of the invention comprises the steps of: 1) selecting a predetermined length for a fuel cell stack having a fuel cell assembly; 2) compressing the fuel cell assembly with a predetermined pressure load; 3) determining a compression length of the compressed fuel cell assembly; 4) calculating a difference between a length of the space available for the compressed fuel cell assembly in the fuel cell stack and the compression length of the compressed fuel cell assembly; 5) removing the predetermined pressure load from the fuel cell assembly; 6) positioning at least one spacer plate having a thickness generally equal to the calculated difference in the fuel cell stack; 7) applying a compressive load to the fuel cell stack so that it is compressed to the predetermined length; 8) attaching a first end plate and a second end plate of the fuel cell stack in a fixed spaced relationship to generally maintain the fuel cell stack at the predetermined length, thereby applying a compressive force to the fuel cell assembly after the pressure load applied to the fuel cell stack has been removed; and 9) removing the applied pressure load from the fuel cell stack.
Das obige Verfahren schafft einen Brennstoffzellenstapel mit einer vorgegebenen festen Länge, während es eine gewünschte Druckbelastung auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus aufrechterhält.The above method provides a fuel cell stack having a predetermined fixed length while maintaining a desired pressure load on the active region of the fuel cell assembly.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Schritte 2, 3 und 4 des oben beschriebenen Verfahrens geändert, um ein anderes Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Brennstoffzellenstapels mit einer vorgegebenen Länge zu schaffen. Die Schritte sind in der Weise geändert, dass sie die folgenden Schritte umfassen: 2) Zusammendrücken des Brennstoffzellenstapels mit einer vorgegebenen Druckbelastung; 3) Bestimmen einer Länge des zusammengedrückten Brennstoffzellenstapels; und 4) Berechnen einer Differenz zwischen der vorgegebenen Länge und der bestimmten Länge des zusammengedrückten Brennstoffzellenstapels.In a further aspect of the invention, steps 2, 3 and 4 of the above-described method are modified to provide another method of manufacturing a fuel cell electrochemical cell stack having a predetermined length. The steps are modified to include the following steps: 2) compressing the fuel cell stack at a predetermined pressure load; 3) determining a length of the compressed fuel cell stack; and 4) calculating a difference between the predetermined length and the determined length of the compressed fuel cell stack.
Weitere Anwendungsgebiete der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung sichtbar.Further fields of application of the invention will become apparent from the following detailed description.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigen:The invention will be described below by way of example with reference to the drawings; in these show:
1 eine perspektivische Ansicht eines elektrochemischen Brennstoffzellenstapels der Erfindung; 1 a perspective view of an electrochemical fuel cell stack of the invention;
2 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung des elektrochemischen Brennstoffzellenstapels aus 1 längs der Linie 2-2; 2 a simplified cross-sectional view of the electrochemical fuel cell stack 1 along the line 2-2;
3 eine perspektivische Teilexplosionsdarstellung des elektrochemischen Brennstoffzellenstapels aus 1, die die Anbringung einer Seitenplatte an dem elektrochemischen Brennstoffzellenstapel zeigt; 3 a perspective exploded view of the electrochemical fuel cell stack 1 showing the attachment of a side plate to the electrochemical fuel cell stack;
4 eine vereinfachte Teilansicht, die Einzelheiten einer Brennstoffzelle zeigt; 4 a simplified partial view showing details of a fuel cell;
5A–G Querschnittsansichten verschiedener Konfigurationen für die Endplatte und für die Abstandsplatte des elektrochemischen Brennstoffzellenstapels; 5A -G cross-sectional views of various configurations for the end plate and the spacer plate of the electrochemical fuel cell stack;
6A eine Draufsicht einer konturierten Innenfläche einer Endplatte gemäß den Prinzipien der Erfindung; 6A a plan view of a contoured inner surface of an end plate according to the principles of the invention;
6B eine Querschnittsansicht der Endplatte aus 6A längs der Linie B-B; 6B a cross-sectional view of the end plate 6A along the line BB;
6C eine Querschnittsansicht der Endplatte aus 6A längs der Linie C-C; 6C a cross-sectional view of the end plate 6A along the line CC;
7A–B Teilquerschnittsansichten einer Endanordnung eines elektrochemischen Brennstoffzellenstapels der Erfindung, die verschiedene Arten der Anbringung der Endanordnung zeigen; 7A 1B are partial cross-sectional views of an end assembly of an electrochemical fuel cell stack of the invention showing various ways of mounting the end assembly;
8 eine perspektivische Ansicht einer in einem elektrochemischen Brennstoffzellenstapel der Erfindung verwendeten Abstandsplatte, die die Verwendung von Bohrungen zur Verringerung des Gewichts der Abstandsplatte zeigt; 8th a perspective view of a spacer plate used in an electrochemical fuel cell stack of the invention, showing the use of holes to reduce the weight of the spacer plate;
9A–B vereinfachte Querschnittsansichten des elektrochemischen Brennstoffzellenstapels aus 1, die das Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus bzw. des Brennstoffzellenstapels mit einer Druckkraft mit einer vorgegebenen Stärke F veranschaulichen; 9A -B simplified cross-sectional views of the electrochemical fuel cell stack 1 illustrating the compression of the fuel cell assembly or fuel cell stack with a compressive force of a predetermined magnitude F;
10A–B vereinfachte Querschnittsansichten des elektrochemischen Brennstoffzellenstapels aus 1, die das Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus und des Brennstoffzellenstapels um eine vorgegebene Strecke D veranschaulichen; 10A -B simplified cross-sectional views of the electrochemical fuel cell stack 1 depicting the compression of the fuel cell assembly and the fuel cell stack by a predetermined distance D;
11 einen Ablaufplan der Schritte des Verfahrens mit vorgegebener Druckkraft zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels gemäß den Prinzipien der Erfindung; 11 a flow chart of the steps of the method with predetermined compressive force for producing a fuel cell stack according to the principles of the invention;
12 einen Ablaufplan der Schritte eines nicht-erfindungsgemäßen Verfahrens mit vorgegebener Zusammendrückstrecke um eine vorgegebene Strecke zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels gemäß den Prinzipien der Erfindung; und 12 a flow chart of the steps of a non-inventive method with a given compression line by a predetermined distance for producing a fuel cell stack according to the principles of the invention; and
13 einen Ablaufplan der Schritte der Verwendung von Abstandsplatten zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels mit einer vorgegebenen oder einheitlichen Länge. 13 a flowchart of the steps of the use of spacer plates for producing a fuel cell stack with a predetermined or uniform length.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft.The following description of the preferred embodiment (s) is merely exemplary in nature.
In den 1 und 2 ist ein elektrochemischer Brennstoffzellenstapel 20 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Brennstoffzellenstapel 20 enthält mehrere Brennstoffzellen 22, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind, so dass sie einen Brennstoffzellenzusammenbau 24 mit einem gegenüberliegenden oberen Ende 26 und unteren Ende 28 sowie mit einer Drucklänge 30 und mit einer wie in 10A gezeigten drucklosen Länge 31 dazwischen bilden. Der Brennstoffzellenzusammenbau 24 liegt zwischen der oberen Endanordnung 32 und der unteren Endanordnung 34. Die obere Endanordnung 32 und die untere Endanordnung 34 sind durch eine Seitenwand in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten. In der derzeit bevorzugten Ausführungsform enthält die Seitenwand wenigstens eine Seitenplatte 36. Die Seitenplatten 36 halten die obere Endanordnung 32 und die untere Endanordnung 34 in einer beabstandeten Beziehung, so dass sie eine Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 ausüben. In Übereinstimmung mit der bekannten Brennstoffzellenstapeltechnologie enthält der Brennstoffzellenstapel 20 die Einlässe 37, die Auslässe 38 und die (nicht gezeigten) Durchgänge zum Zuführen und Ablassen der Reaktanden und Kühlfluidströme zu/von dem Brennstoffzellenzusammenbau 24.In the 1 and 2 is an electrochemical fuel cell stack 20 shown in accordance with a preferred embodiment of the invention. The fuel cell stack 20 contains several fuel cells 22 which are arranged in a stack configuration so that they have a fuel cell assembly 24 with an opposite upper end 26 and lower end 28 as well as with a print length 30 and with a like in 10A shown unpressurized length 31 form in between. The fuel cell assembly 24 lies between the upper end assembly 32 and the lower end assembly 34 , The upper end assembly 32 and the lower end assembly 34 are held in a fixed spaced relationship by a sidewall. In the presently preferred embodiment, the side wall includes at least one side plate 36 , The side plates 36 hold the upper end assembly 32 and the lower end assembly 34 in a spaced relationship, giving them a compressive force on the fuel cell assembly 24 exercise. In accordance with the known fuel cell stack technology, the fuel cell stack contains 20 the inlets 37 , the outlets 38 and the passages (not shown) for supplying and venting the reactants and cooling fluid streams to / from the fuel cell assembly 24 ,
Wie in 4 zu sehen ist, enthält der Brennstoffzellenzusammenbau 24 mehrere sich wiederholende Einheiten oder Brennstoffzellen 22 mit einer MEA (Membran-Elektroden-Einheit) 40 und einem Paar Bipolplattenanordnungen 42, die auf den gegenüberliegenden Seiten der MEA 40 angeordnet sind. Jede Bipolplattenanordnung 42 enthält eine Kühlmittelverteilungsschicht 42c, die zwischen zwei Gasverteilungsschichten 42g liegt. Zwischen der Kühlmittelverteilungsschicht 42c und der Gasverteilungsschicht 42g liegt eine undurchlässige Trennplatte 44, die das Kühlmittel enthält und den Anoden- und Katodengasstrom trennt. Wenn zwischen einer Anodengasverteilungsschicht 42ga einer Zelle und der Katodengasverteilungsschicht 42gc der benachbarten Zelle eine MEA 40 liegt, ist eine Brennstoffzelle 22 gebildet. Wie im Gebiet bekannt ist, kann die MEA 40 eine Vielzahl von Formen annehmen. Zum Beispiel kann die MEA 40 eine Polymerelektrolytmembran sein. Vorzugsweise ist die Polymerelektrolytmembran eine dünne verstärkte Membran mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa 0,018 μm. Die dünne verstärkte Polymerelektrolytmembran ist wesentlich dünner als die in Brennstoffzellen des Standes der Technik verwendete Polymerelektrolytmembran mit einer Dicke von etwa 0,178 mm. Die in der Erfindung verwendete dünne und verstärkte Polymerelektrolytmembran repräsentiert einen kleineren Prozentsatz der Länge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 und zeigt erheblich weniger Gleiten oder Spannungsrelaxation als die in Brennstoffzellenstapeln des Standes der Technik verwendete dickere Polymerelektrolytmembran.As in 4 can be seen contains the fuel cell assembly 24 several repeating units or fuel cells 22 with an MEA (membrane-electrode unit) 40 and a pair of bipolar plate assemblies 42 on the opposite sides of the MEA 40 are arranged. Each bipolar plate arrangement 42 contains a coolant distribution layer 42c that exist between two gas distribution layers 42g lies. Between the coolant distribution layer 42c and the gas distribution layer 42g lies an impermeable partition plate 44 containing the coolant and separating the anode and Katodenengasstrom. When between an anode gas distribution layer 42ga a cell and the cathode gas distribution layer 42gc the neighboring cell an MEA 40 is a fuel cell 22 educated. As is known in the art, the MEA 40 take on a variety of forms. For example, the MEA 40 a polymer electrolyte membrane. Preferably, the polymer electrolyte membrane is a thin reinforced membrane having a thickness of the order of about 0.018 μm. The thin reinforced polymer electrolyte membrane is substantially thinner than the polymer electrolyte membrane used in prior art fuel cells having a thickness of about 0.178 mm. The thin and reinforced polymer electrolyte membrane used in the invention represents a smaller percentage of the length 30 of fuel cell assembly 24 and shows significantly less slip or stress relaxation than the thicker polymer electrolyte membrane used in prior art fuel cell stacks.
Die Brennstoffzellen 22 sind in einer Stapelkonfiguration angeordnet, so dass sie den Brennstoffzellenzusammenbau 24 bilden. Die Anzahl der Brennstoffzellen 22, die benachbart zueinander gestapelt sind, so dass sie den Brennstoffzellenzusammenbau 24 bilden, kann variieren. Die Anzahl der Brennstoffzellen 22, die genutzt werden, um den Brennstoffzellenzusammenbau 24 zu bilden, hängt von den Anforderungen an den Brennstoffzellenstapel 20 ab. Das heißt, wenn ein größerer oder leistungsfähigerer Brennstoffzellenstapel 20 gewünscht ist, wird die Anzahl der Brennstoffzellen 22 in dem Brennstoffzellenzusammenbau 24 erhöht. Wie im Gebiet bekannt ist, müssen die Brennstoffzellen 22 mit Druck beaufschlagt werden, so dass sie einen höheren Wirkungsgrad besitzen und mehr Leistung erzeugen. Somit wird der Brennstoffzellenzusammenbau 24 zwischen der oberen Endanordnung 32 und der unteren Endanordnung 34 mit Druck beaufschlagt. Um den Wirkungsgrad des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 und jeder Brennstoffzelle 22 in dem Brennstoffzellenzusammenbau 24 maximal zu machen, wird der (nicht gezeigte) aktive Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 vorzugsweise gleichmäßig mit Druck beaufschlagt.The fuel cells 22 are arranged in a stack configuration so that they assemble the fuel cell 24 form. The number of fuel cells 22 that are stacked adjacent to each other so that they assemble the fuel cell 24 form, may vary. The number of fuel cells 22 that are used to fuel cell assembly 24 depends on the requirements of the fuel cell stack 20 from. That is, if a larger or more powerful fuel cell stack 20 is desired, the number of fuel cells 22 in the fuel cell assembly 24 elevated. As is known in the field, the fuel cells have to 22 be pressurized so that they have a higher efficiency and generate more power. Thus, the fuel cell assembly becomes 24 between the upper end assembly 32 and the lower end assembly 34 pressurized. To the efficiency of the fuel cell assembly 24 and every fuel cell 22 in the fuel cell assembly 24 to make maximum becomes the active region (not shown) of the fuel cell assembly 24 preferably uniformly pressurized.
Erneut anhand der 2 und 3 ist die obere Endanordnung 32 benachbart zum oberen Ende 26 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 positioniert. Die obere Endanordnung 32 enthält eine obere Endplatte 45 mit einer gegenüberliegenden Innenfläche 46 und Außenfläche 48. Die Innenfläche 46 der oberen Endplatten 45 ist dem oberen Ende 26 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 zugewandt. Die obere Endplatte 45 besitzt zahlreiche Öffnungen 50, die ermöglichen, dass die verschiedenen Einlässe 37 und Auslässe 38 mit den Fluiddurchgängen verbunden sind, die von dem Brennstoffzellenzusammenbau 24 in die Umgebung des Brennstoffzellenstapels 20 verlaufen. Dasjenige Ende des Brennstoffzellenstapels 20, das die mit den Durchgängen verbundenen Einlässe 37 und Auslässe 38 besitzt, wird auch als das ”nasse Ende” bezeichnet.Again using the 2 and 3 is the upper end assembly 32 adjacent to the upper end 26 of fuel cell assembly 24 positioned. The upper end assembly 32 contains an upper end plate 45 with an opposite inner surface 46 and outer surface 48 , The inner surface 46 the upper end plates 45 is the upper end 26 of fuel cell assembly 24 facing. The upper end plate 45 has numerous openings 50 that allow the different inlets 37 and outlets 38 connected to the fluid passages of the fuel cell assembly 24 in the vicinity of the fuel cell stack 20 run. The end of the fuel cell stack 20 that the inlets connected to the passages 37 and outlets 38 is also referred to as the "wet end".
Die untere Endanordnung 34 ist benachbart zum unteren Ende 28 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 positioniert. Die untere Endanordnung 34 enthält eine untere Endplatte 58 mit einer Innenfläche 60 und einer Außenfläche 62, die einander gegenüberliegen. Die untere Endplatte 58 ist so orientiert, dass die Innenfläche 60 der unteren Endplatte 58 dem unteren Ende 28 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 zugewandt ist. Wenn es keine mit den Fluiddurchgängen verbundenen Einlässe und Auslässe gibt, die durch die untere Endanordnung 34 gehen, ist das untere Ende 28 des Brennstoffzellenstapels 20 auch als das ”trockene Ende” bekannt.The lower end assembly 34 is adjacent to the lower end 28 of fuel cell assembly 24 positioned. The lower end assembly 34 contains a lower end plate 58 with an inner surface 60 and an outer surface 62 that face each other. The lower end plate 58 is oriented so that the inner surface 60 the lower end plate 58 the lower end 28 of fuel cell assembly 24 is facing. When there are no inlets and outlets connected to the fluid passages through the lower end assembly 34 go is the bottom end 28 of the fuel cell stack 20 also known as the "dry end".
Optional, aber bevorzugt, können sich zwischen dem Brennstoffzellenzusammenbau 24 und der oberen Endplatte 45 und/oder der unteren Endplatte 58 eine oder mehrere Abstandsplatten 52 befinden. Die Abstandsplatte 52 ist zwischen der Endplatte 45, 58 und dem Ende 26, 28 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 positioniert, wobei die Innenfläche 54 der Abstandsplatte 52 dem Ende 26, 28 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 zugewandt ist und die Außenfläche 55 der Abstandsplatte 52 der Innenfläche 54, 60 der Endplatte 45, 58 zugewandt ist. Wenn an dem Ende 26, 28 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 eine Anschlussplatte 56 positioniert ist, ist die Abstandsplatte 52 zwischen der Anschlussplatte 56 und der Endplatte 45, 58 positioniert, wobei die Innenfläche 54 der Abstandsplatte 52 der Anschlussplatte 56 zugewandt ist. Die Abstandsplatte 52 trennt die Endplatte 45, 58 von der Anschlussplatte 56. Die Abstandsplatten 52 sind so in den Endanordnungen 32, 34 orientiert, dass die Dicke 57 der Abstandsplatte 52 auf die Länge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 ausgerichtet ist. Während die bevorzugte Ausführungsform eine Abstandsplatte 52 veranschaulicht, die der oberen Endanordnung 32 und der unteren Endanordnung 34 zugeordnet ist, erkennt der erfahrene Praktiker, dass die Anzahl und der Ort der Abstandsplatten 52 je nach Konstruktion und Anwendung des Brennstoffzellenstapels 20 variieren kann.Optional, but preferred, may be between fuel cell assembly 24 and the upper end plate 45 and / or the lower end plate 58 one or more spacer plates 52 are located. The spacer plate 52 is between the end plate 45 . 58 and the end 26 . 28 of fuel cell assembly 24 positioned, with the inner surface 54 the spacer plate 52 the end 26 . 28 of fuel cell assembly 24 is facing and the outer surface 55 the spacer plate 52 the inner surface 54 . 60 the end plate 45 . 58 is facing. If at the end 26 . 28 of fuel cell assembly 24 a connection plate 56 is positioned, is the spacer plate 52 between the connection plate 56 and the end plate 45 . 58 positioned, with the inner surface 54 the spacer plate 52 the connection plate 56 is facing. The spacer plate 52 separates the end plate 45 . 58 from the connection plate 56 , The spacer plates 52 are so in the final arrangements 32 . 34 oriented that the thickness 57 the spacer plate 52 on the length 30 of fuel cell assembly 24 is aligned. While the preferred embodiment is a spacer plate 52 illustrates that of the upper end assembly 32 and the lower end assembly 34 The experienced practitioner recognizes that the number and location of the spacer plates 52 depending on the design and application of the fuel cell stack 20 can vary.
Die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 besitzen jeweils eine Umfangsseitenwand 64, die die Innenflächen 46, 60 von den Außenflächen 48, 62 trennt. Die Umfangsseitenwand 46 an der oberen Endplatte 45 und an der unteren Endplatte 58 ist auf die Länge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 ausgerichtet. Wie in den Figuren gezeigt ist, besitzen der Brennstoffzellenstapel 20, die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 vorzugsweise eine allgemein rechteckige Form. Die Umfangsseitenwände 64 der rechteckig geformten oberen Endplatte 45 und der rechteckig geformten unteren Endplatte 58 umfassen ein erstes und ein zweites Paar gegenüberliegender Seitenwände 66, 68, die allgemein senkrecht zueinander sind. Das erste und das zweite Paar der gegenüberliegenden Seitenwände 66, 68 besitzt jeweils eine oder mehrere Gewindebohrungen 70, die Gewindebefestigungselemente 80 aufnehmen, die die Seitenplatten 36 an der oberen Endplatte 45 und an der unteren Endplatte 58 befestigen.The upper end plate 45 and the lower end plate 58 each have a peripheral side wall 64 that the inner surfaces 46 . 60 from the outside surfaces 48 . 62 separates. The peripheral side wall 46 at the upper end plate 45 and at the lower end plate 58 is on the length 30 of fuel cell assembly 24 aligned. As shown in the figures, the fuel cell stack has 20 , the upper end plate 45 and the lower end plate 58 preferably a generally rectangular shape. The peripheral side walls 64 the rectangular shaped upper end plate 45 and the rectangular shaped lower end plate 58 include a first and a second pair of opposing sidewalls 66 . 68 which are generally perpendicular to each other. The first and second pairs of opposite side walls 66 . 68 each has one or more threaded holes 70 , the threaded fasteners 80 pick up the side plates 36 at the upper end plate 45 and at the lower end plate 58 Fasten.
Wie oben erwähnt wurde, üben die obere Endanordnung 32 und die untere Endanordnung 34 eine Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 aus. Die auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 ausgeübte Druckkraft wird durch die obere Endplatte 45 und durch die untere Endplatte 58 erzeugt, die in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten sind. Vorzugsweise sind die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 durch die Seitenplatten 36 in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten. Jede Seitenplatte 36 besitzt ein gegenüberliegendes erstes Ende 72 und zweites Ende 74 sowie eine Länge 76 dazwischen. Jede Seitenplatte 36 ist in dem Brennstoffzellenstapel 20 so orientiert, dass das erste Ende 72 zu der oberen Endplatte 45 benachbart ist und das zweite Ende 74 zu der unteren Endplatte 58 benachbart ist, wobei die Länge 76 der Seitenplatte 36 auf die Länge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 ausgerichtet ist. Optional, aber bevorzugt, verlaufen die Seitenplatten 36 entlang der gesamten Umfangsseitenwände 64 der Endplatten 45, 58. Das erste Ende 72 und das zweite Ende 74 jeder Seitenplatte 36 besitzen eine oder mehrere Öffnungen 78, die auf die Gewindebohrungen 70 in den Umfangsseitenwänden 64 der oberen Endplatte 45 und der unteren Endplatte 58 ausgerichtet sind, wenn der Brennstoffzellenzusammenbau 24 mit Druck beaufschlagt ist. Vorzugsweise haben die Öffnungen 78 am ersten Ende 72 und/oder am zweiten Ende 74 jeder Seitenplatte 36 die Form eines Schlitzes, so dass die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten sein können. Die Schlitze ermöglichen Schwankungen der Größe der verschiedenen Komponenten des Brennstoffzellenstapels 20, während sie die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 weiter in einer fest beabstandeten Beziehung halten können. Obgleich zur Anbringung der Seitenplatten 36 an der oberen Endplatte 45 und an der unteren Endplatte 58 bevorzugt mechanische Gewindebefestigungselemente 80 verwendet werden, erkennt der erfahrene Praktiker, dass zum Anbringen der Seitenplatte 36 an der oberen Endplatte 45 und an der unteren Endplatte 58 andere Mittel verwendet werden können, ohne von dem durch die Ansprüche definierten Umfang der Erfindung abzuweichen. Diesbezüglich sollte die durch die Seitenplatten 36 und die Endplatten 45, 58 gebildete Verbindung ausreichen, um der relativen Drehung an der Grenzfläche dazwischen zu widerstehen. Beispielsweise können das erste Ende 72 und/oder das zweite Ende 74 der Seitenplatten 36 durch andere mechanische Befestigungsmittel wie etwa Niete oder Stifte oder durch verschiedene Verbindungsmittel wie etwa Schweißen, Hartlöten oder Kleben an der jeweiligen oberen Endplatte 45 und/oder unteren Endplatte 58 befestigt sein, wobei dies weiterhin im Erfindungsgedanken liegt. Außerdem kann selbstverständlich eines der Enden 72, 74 der Seitenplatten 36 gebogen sein, so dass es ein (nicht gezeigtes) Halteelement bildet, das an einer der Endplatten 45, 48 positioniert sein kann, um die Endplatte 45, 48 zu halten, während das gegenüberliegende Ende 72, 74 der Seitenplatten 36 an der gegenüberliegenden Endplatte 45, 48 angebracht ist und die Endplatten in einer fest beabstandeten Beziehung hält.As mentioned above, the upper end assembly practice 32 and the lower end assembly 34 a compressive force on the fuel cell assembly 24 out. The on fuel cell assembly 24 applied pressure force is through the upper end plate 45 and through the lower end plate 58 generated in a fixed spaced relationship. Preferably, the upper end plate 45 and the lower end plate 58 through the side plates 36 held in a fixed spaced relationship. Every side plate 36 has an opposite first end 72 and second end 74 as well as a length 76 between. Every side plate 36 is in that fuel cell stack 20 so oriented that the first end 72 to the upper end plate 45 is adjacent and the second end 74 to the lower end plate 58 is adjacent, the length 76 the side plate 36 on the length 30 of fuel cell assembly 24 is aligned. Optionally, but preferably, the side panels run 36 along the entire peripheral side walls 64 the end plates 45 . 58 , The first end 72 and the second end 74 each side plate 36 have one or more openings 78 on the tapped holes 70 in the peripheral side walls 64 the upper end plate 45 and the lower end plate 58 are aligned when the fuel cell assembly 24 is pressurized. Preferably, the openings 78 at the first end 72 and / or at the second end 74 each side plate 36 the shape of a slot, leaving the upper end plate 45 and the lower end plate 58 can be held in a fixed spaced relationship. The slots allow for variations in the size of the various components of the fuel cell stack 20 while holding the upper end plate 45 and the lower end plate 58 can continue to hold in a fixed spaced relationship. Although for mounting the side plates 36 at the upper end plate 45 and at the lower end plate 58 preferably mechanical threaded fasteners 80 The experienced practitioner recognizes that for attaching the side plate 36 at the upper end plate 45 and at the lower end plate 58 other means may be used without departing from the scope of the invention as defined by the claims. In this regard, that should be through the side plates 36 and the end plates 45 . 58 formed compound to resist the relative rotation at the interface between them. For example, the first end 72 and / or the second end 74 the side plates 36 by other mechanical fastening means such as rivets or pins or by various connection means such as welding, brazing or gluing to the respective upper end plate 45 and / or lower end plate 58 be attached, and this is still within the spirit of the invention. In addition, of course, one of the ends 72 . 74 the side plates 36 be bent so that it forms a (not shown) retaining element, which on one of the end plates 45 . 48 can be positioned to the end plate 45 . 48 while holding the opposite end 72 . 74 the side plates 36 at the opposite end plate 45 . 48 attached and holds the end plates in a fixed spaced relationship.
Bei Bedarf kann jede Seitenplatte 36 eine oder mehrere Öffnungen 82 besitzen, die ermöglichen, dass ein Anschlussblock 83 an der Anschlussplatte 56 ins Innere des Brennstoffzellenstapels 20 verläuft. Vorzugsweise ist jede Seitenplatte 36 elektrisch geerdet, wobei sie den Brennstoffzellenzusammenbau 24 vor elektromagnetischer Störung schützt. Außerdem ist jede Seitenplatte 36 vorzugsweise aus Metall hergestellt. Die Seitenplatten 36, die dazu verwendet werden, die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 in einer fest beabstandeten Beziehung zu halten, sind so bemessen, dass sie die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 in der fest beabstandeten Beziehung halten, während die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 eine Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 ausüben und aufrechterhalten. Da die Breite der Seitenplatte 36 verhältnismäßig groß ist, ist eine verhältnismäßige kleine Dicke erforderlich, um die zum Übertragen der Druckbelastung erforderliche Zugfestigkeit zu liefern. Dieser Aspekt der Erfindung repräsentiert gegenüber der herkömmlichen Verwendung axialer Stäbe um und/oder durch den Brennstoffzellenzusammenbau Gewichtseinsparungen.If necessary, each side plate 36 one or more openings 82 own, that allow a terminal block 83 on the connection plate 56 inside the fuel cell stack 20 runs. Preferably, each side plate 36 electrically grounded, igniting the fuel cell assembly 24 protects against electromagnetic interference. Besides, every side plate is 36 preferably made of metal. The side plates 36 which are used to the upper end plate 45 and the lower end plate 58 in a fixed spaced relationship are sized to be the top end plate 45 and the lower end plate 58 hold in the tightly spaced relationship while the upper end plate 45 and the lower end plate 58 a compressive force on the fuel cell assembly 24 exercise and maintain. Because the width of the side plate 36 is relatively large, a relatively small thickness is required to provide the tensile strength required to transfer the compressive load. This aspect of the invention represents weight savings over the conventional use of axial rods around and / or through fuel cell assembly.
Vorzugsweise schließt die eine oder schließen die mehreren Seitenplatten 36 wenigstens einen Abschnitt des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 ein, um für den Brennstoffzellenzusammenbau 24 einen Schutz vor versehentlicher Beschädigung zu schaffen. Noch bevorzugter schließen die Seitenplatten 36 den gesamten Brennstoffzellenzusammenbau 24 ein, wobei sie eine Schutzhülle für ihn und für den gesamten Brennstoffzellenstapel 20 schaffen. Dementsprechend sind die Seitenplatten 36 so bemessen, dass sie Stöße, Schläge sowie weitere verschiedenartige schädliche Einwirkungen aushalten, während sie den Brennstoffzellenzusammenbau 24 und den Brennstoffzellenstapel 20 vor Beschädigung im Ergebnis des Stoßes, des Schlags oder der weiteren schädlichen Einwirkung schützen. Auf diese Weise bewirken die Seitenplatten 36 nicht nur, dass die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten sind, die eine Druckbelastung auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 ausübt und aufrechterhält, sondern schafft sie außerdem eine Schutzhülle für den Brennstoffzellenzusammenbau 24 und für den Brennstoffzellenstapel 20. Die Verwendung der Seitenplatten 36 zur Ausführung der Schutzfunktion beseitigt die Notwendigkeit einer Zusatzkonstruktion, die in herkömmlichen Brennstoffzellenstapeln um den Brennstoffzellenstapel 20 angeordnet ist, um einen Schutz vor versehentlichen Stößen, Schlägen oder anderen schädlichen Einwirkungen auf den Brennstoffzellenstapel 20 zu schaffen.Preferably, the one or close includes the plurality of side plates 36 at least a portion of the fuel cell assembly 24 one for fuel cell assembly 24 to provide protection against accidental damage. More preferably, the side plates close 36 the entire fuel cell assembly 24 a protective case for him and for the entire fuel cell stack 20 create. Accordingly, the side plates 36 designed to withstand shocks, impacts and other various types of harmful effects while fuel cell assembly 24 and the fuel cell stack 20 to protect against damage as a result of shock, impact or further harmful influence. In this way, the side plates effect 36 not only that, the upper end plate 45 and the lower end plate 58 are held in a fixed spaced relationship that places a compressive load on the fuel cell assembly 24 and maintains, but also creates a protective cover for the fuel cell assembly 24 and for the fuel cell stack 20 , The use of the side plates 36 to perform the protection function eliminates the need for an ancillary structure in conventional fuel cell stacks around the fuel cell stack 20 is arranged to provide protection against accidental shock, shock or other harmful effects on the fuel cell stack 20 to accomplish.
Die optional in der oberen Endanordnung 32 und/oder in der unteren Endanordnung 34 enthaltenen Abstandsplatten 52 dienen einer Vielzahl von Zwecken. Das heißt, die Abstandsplatten 52 können aus einem oder aus mehreren Gründen in dem Brennstoffzellenstapel 20 enthalten sein. Zum Beispiel können die Abstandsplatten 52 verwendet werden, um die obere Endplatte 45 und/oder die untere Endplatte 58 von den Anschlussplatten 56 zu trennen. Wie oben erwähnt wurde, sind die Anschlussplatten 56 elektrisch leitend und werden dazu verwendet, über den Anschlussblock 83 Strom aus dem Brennstoffzellenstapel 20 zu entnehmen. Wenn die obere Endplatte 45 und/oder die untere Endplatte 58 elektrisch leitend sind, kann die zwischen der oberen Endplatte 45 und/oder der unteren Endplatte 58 und den Anschlussplatten 56 positionierte Abstandsplatte 52 dazu verwendet werden, die obere Endplatte 45 und/oder die untere Endplatte 58 von den Anschlussplatten 56 elektrisch zu isolieren. Außerdem können die Abstandsplatten 52 dazu verwendet werden, die Gesamtabmessungen des Brennstoffzellenstapels 20 zu steuern. Das heißt, zwischen dem Brennstoffzellenzusammenbau 24 und der oberen Endplatte 45 und/oder der unteren Endplatte 58 können eine oder mehrere Abstandsplatten 52 positioniert sein, um einen Brennstoffzellenstapel 20 mit einer vorgegebenen Länge zu schaffen, während die Endanordnungen 32, 34, wie im Folgenden ausführlicher erörtert wird, weiter eine Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 ausüben. Derzeit bevorzugt hat die Abstandsplatte bzw. haben die Abstandsplatten 52 eine Dicke 57 im Bereich von etwa 8–18 mm, um eine angemessene elektrische Isolation und einheitliche Abmessung des Brennstoffzellenstapels 20 zu schaffen. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt aber, dass die besondere Anwendung und die besondere Konstruktionsspezifikation die Dickenbereiche 57 der Abstandsplatte(n) 52 vorschreiben. Wie im Folgenden ausführlicher erörtert wird, können die Abstandsplatten 52 außerdem zusammen mit der oberen Endplatte 45 und/oder mit der unteren Endplatte 58 dazu verwendet werden, eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 auszuüben.The optional in the upper end assembly 32 and / or in the lower end assembly 34 contained spacer plates 52 serve a variety of purposes. That is, the spacer plates 52 may be in the fuel cell stack for one or more reasons 20 be included. For example, the spacer plates 52 used to the upper end plate 45 and / or the lower end plate 58 from the connection plates 56 to separate. As mentioned above, the terminal plates are 56 electrically conductive and are used over the terminal block 83 Power from the fuel cell stack 20 refer to. If the upper end plate 45 and / or the lower end plate 58 are electrically conductive, which can be between the upper end plate 45 and / or the lower end plate 58 and the connection plates 56 positioned spacer plate 52 used to the upper end plate 45 and / or the lower end plate 58 from the connection plates 56 electrically isolate. In addition, the spacer plates 52 used to calculate the overall dimensions of the fuel cell stack 20 to control. That is, between fuel cell assembly 24 and the upper end plate 45 and / or the lower end plate 58 can have one or more spacer plates 52 be positioned to a fuel cell stack 20 with a given length to create, while the end arrangements 32 . 34 , as will be discussed in more detail below, continues to exert a compressive force on the fuel cell assembly 24 exercise. Presently preferred is the spacer plate or have the spacer plates 52 a thickness 57 in the range of about 8-18 mm, to ensure adequate electrical insulation and uniform dimension of the fuel cell stack 20 to accomplish. However, it will be recognized by those skilled in the art that the particular application and design specification are the thickness ranges 57 the spacer plate (s) 52 prescribe. As will be discussed in more detail below, the spacer plates 52 also together with the upper end plate 45 and / or with the lower end plate 58 be used to provide a generally uniform pressure load on the fuel cell assembly 24 exercise.
Vorzugsweise sind die Abstandsplatten 52 nicht leitend und können zum elektrischen Isolieren verschiedener Komponenten des Brennstoffzellenstapels 20 dienen. Somit sind die Abstandsplatten 52 vorzugsweise aus einem nicht leitenden Material wie etwa Kunststoff hergestellt. Noch bevorzugter sind die Abstandsplatten 52 aus einem Hochleistungsspezialkunststoff hergestellt. Der zur Herstellung der einen oder der mehreren Abstandsplatten 52 verwendete Hochleistungsspezialkunststoff ist unter der Stärke der Druckbelastung, die auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 ausgeübt wird, verhältnismäßig inkompressibel (d. h. weist nur eine unbedeutende Spannungsrelaxation auf), um die Druckbelastung von der oberen Endplatte 45 und/oder von der unteren Endplatte 58 auf das jeweilige obere Ende 26 bzw. untere Ende 28 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 zu übertragen. Insbesondere Polyphenylensulfid hat sich als besonders wirksames Material erwiesen, aus dem die Abstandsplatten 52 hergestellt sein können. Polyphenylensulfid wird unter dem Markenzeichen RYTON PPS von der Chevron Phillips Chemical Company, L. P., und unter dem Markenzeichen FORTRON von der Celanese AG aus Frankfurt, Deutschland, vertriebenen. Wie in 8 zu sehen ist, haben die Abstandsplatten 52 vorzugsweise einen Durchbruch oder mehrere Durchbrüche 84, die das Gewicht der Abstandsplatten 52 verringern.Preferably, the spacer plates 52 non-conductive and may be used to electrically insulate various components of the fuel cell stack 20 serve. Thus, the spacer plates 52 preferably made of a non-conductive material such as plastic. Even more preferred are the spacer plates 52 made of a high-performance special plastic. The for producing the one or more spacer plates 52 High performance specialty plastic used is under the strength of the pressure load on the fuel cell assembly 24 is relatively incompressible (ie has only insignificant stress relaxation) to the compressive load from the upper end plate 45 and / or from the lower end plate 58 on the respective upper end 26 or lower end 28 of fuel cell assembly 24 transferred to. In particular, polyphenylene sulfide has proven to be a particularly effective material from which the spacer plates 52 can be made. Polyphenylene sulfide is marketed under the trademark RYTON PPS by Chevron Phillips Chemical Company, LP, and under the trademark FORTRON by Celanese AG of Frankfurt, Germany. As in 8th can be seen, have the spacer plates 52 preferably a breakthrough or multiple breakthroughs 84 that the weight of the spacer plates 52 reduce.
Wie oben erwähnt wurde, sind die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 durch die Seitenplatten 36 in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten, wobei sie auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 eine Druckbelastung ausüben. Wie zuvor beschrieben wurde, sind die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 durch die Seitenplatten 36 in einer fest beabstandeten Beziehung gehalten. Die am oberen Ende 26 und am unteren Ende 28 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 erzeugte Druckbelastung ändert sich in Abhängigkeit vom Abstand von den Umfangsseitenwänden 64 bei der Druckbelastung, wobei sie entlang der Umfangsseitenwände 64 maximal und in der Mitte der oberen Endplatte 45 und der unteren Endplatte 58 minimal ist. Das heißt, da die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 lediglich entlang ihrer Umfangsseitenwände 64 gehalten sind, verformen oder wölben sich die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 in Reaktion auf die Druckbelastung auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 sowie darauf, dass sich die Umfangsseitenwände 64 der oberen Endplatte 45 und der unteren Endplatte 58 nicht wegbewegen können. Da der Wirkungsgrad des Brennstoffzellenstapels 20 teilweise von einer gleichmäßigen Druckbelastung über den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 abhängt, ist es wünschenswert, über den gesamten aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung aufrechtzuerhalten.As mentioned above, the upper end plate 45 and the lower end plate 58 through the side plates 36 held in a fixed spaced relationship, relying on the fuel cell assembly 24 exert a pressure load. As previously described, the upper end plate 45 and the lower end plate 58 through the side plates 36 held in a fixed spaced relationship. The at the top 26 and at the bottom 28 of fuel cell assembly 24 generated pressure load changes depending on the distance from the peripheral side walls 64 at the pressure load, taking along the peripheral side walls 64 maximum and in the middle of the upper end plate 45 and the lower end plate 58 is minimal. That is, because the upper end plate 45 and the lower end plate 58 only along its peripheral side walls 64 held, deform or buckle the upper end plate 45 and the lower end plate 58 in response to the pressure load on the fuel cell assembly 24 as well as the fact that the peripheral side walls 64 the upper end plate 45 and the lower end plate 58 can not move away. As the efficiency of the fuel cell stack 20 partly from a uniform pressure load across the active area of the fuel cell assembly 24 It is desirable over the entire active area of the fuel cell assembly 24 to maintain a generally uniform compressive load.
Ein Mittel, um eine allgemein gleichmäßige Belastung zu erhalten, besteht darin, die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 starr zu machen, indem ihre Dicke erhöht wird, so dass die in der oberen Endplatte 45 und in der unteren Endplatte 58 auftretende Wölbung eine minimale Wirkung auf den Wirkungsgrad des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 besitzt. Allerdings können die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 auf diese Weise übermäßig dick werden und ein Zusatzgewicht zu dem Brennstoffzellenstapel 20 beitragen, wodurch sich der gewichts- und volumenspezifische Wirkungsgrad des Brennstoffzellenstapels verschlechtert. Um verhältnismäßig starre Endplatten 45, 58 zu vermeiden, können diese optional an den Abstandsplatten 52 und an den Anschlussplatten 56 angebracht sein, so dass die Steifheit der Abstandsplatten 52 und der Anschlussplatten 56 zu der Gesamtsteifheit der Endanordnungen 32, 34 beiträgt und dadurch die Dicke der Endplatten 45, 58, die erforderlich ist, um über den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung auszuüben, zu verringert. Wie in den 7A–B zu sehen ist, bedeutet das, dass die Anschlussplatte 56, die Abstandsplatten 52 und die Endplatten 45, 58 aneinander befestigt sein können, um ihre Steifheit zu vereinigen und Endanordnungen 32, 34 zu bilden, die auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung ausüben können. Wie in 7A zu sehen ist, kann die Anschlussplatte 56 mittels eines mechanischen Befestigungselements 86 wie etwa eines Gewindebolzens oder einer Schraube mit der Abstandsplatte 52 verbunden werden, woraufhin die verbundene Anschlussplatte 56 und Abstandsplatte 52 mittels der mechanischen Befestigungselemente 87 an einer der Endplatten 45, 58 angebracht werden können. Alternativ können die Anschlussplatte 56, die Abstandsplatten 52 und eine der Endplatten 45, 58 alle mittels Klebeschichten 88 zwischen den jeweiligen Komponenten angebracht werden. Dadurch verbindet sich die Steifheit der Anschlussplatte 56 und die Steifheit der Abstandsplatte 52 mit der Steifheit der Endplatten 45, 58, um Endanordnungen 32, 34 zu schaffen, die eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 mit dünneren Endplatten 45, 58 als ohne die an den Endplatten 45, 58 angebrachte Anschlussplatte 56 oder Abstandsplatten 52 ausüben können.One means of obtaining a generally uniform load is to use the upper end plate 45 and the lower end plate 58 making it rigid by increasing its thickness so that the upper end plate 45 and in the lower end plate 58 occurring bulge a minimal effect on the efficiency of the fuel cell assembly 24 has. However, the upper end plate can 45 and the lower end plate 58 become excessively thick in this way and an additional weight to the fuel cell stack 20 Contribute, whereby the weight and volume specific efficiency of the fuel cell stack deteriorates. To relatively rigid end plates 45 . 58 To avoid this, these can optionally be attached to the spacer plates 52 and on the connection plates 56 be attached so that the rigidity of the spacer plates 52 and the connection plates 56 to the overall stiffness of the end assemblies 32 . 34 contributes and thereby the thickness of the end plates 45 . 58 , which is required to over the active area of the fuel cell assembly 24 to exert a generally uniform pressure load, reduced. As in the 7A -B too see, it means that the connection plate 56 , the spacer plates 52 and the end plates 45 . 58 can be fastened together to consolidate their rigidity and end arrangements 32 . 34 forming on the active area of the fuel cell assembly 24 can exert a generally uniform pressure load. As in 7A can be seen, the connection plate 56 by means of a mechanical fastener 86 such as a threaded bolt or screw with the spacer plate 52 connected, whereupon the connected terminal plate 56 and spacer plate 52 by means of mechanical fasteners 87 on one of the end plates 45 . 58 can be attached. Alternatively, the connection plate 56 , the spacer plates 52 and one of the end plates 45 . 58 all by means of adhesive layers 88 be placed between the respective components. This connects the stiffness of the connection plate 56 and the rigidity of the spacer plate 52 with the stiffness of the end plates 45 . 58 to end arrangements 32 . 34 to create a generally uniform pressure load on the active area of the fuel cell assembly 24 with thinner end plates 45 . 58 as without the at the end plates 45 . 58 attached connection plate 56 or spacer plates 52 exercise.
Alternativ und/oder zusätzlich können die Endplatten 45, 58 und/oder die Abstandsplatten 52 geformte Oberflächen besitzen, die die Wölbung der Endplatten 45, 58 kompensieren und über den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung ausüben, ohne dass übermäßig dicke Endplatten 45, 58 erforderlich sind. Das heißt, wie in den 5A–G zu sehen ist, die lediglich die obere Endplatte 45 und eine einzelne Abstandsplatte 52 zeigen, kann die Innenfläche 46 der oberen Endplatte 45 so bemessen sein, dass sie von der oberen Endplatte 45 weg und zu dem oberen Ende 26 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 gekrümmt ist, so dass die Dicke der oberen Endplatte 45 entlang einer Umfangsseitenwand 64 minimal ist, während sie in der Mitte der oberen Endplatte 45 maximal ist. Die Form der Innenfläche 46 der oberen Endplatte 45 ist so konturiert, dass sie die Wölbung berücksichtigt, die in der oberen Endplatte 45 auftritt, da diese entlang ihrer Umfangsseitenwand 64 in einer fest beabstandeten Beziehung von der oberen Endplatte 58 gehalten wird, während auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 eine Druckbelastung mit einer gewünschten Stärke ausgeübt wird. Die 6A–C zeigen eine beispielhafte Kontur der Innenfläche 46 der oberen Endplatte 45. Wie zu sehen ist, besitzt die obere Endplatte 45 etwa in ihrer Mitte die maximale Dicke.Alternatively and / or additionally, the end plates 45 . 58 and / or the spacer plates 52 possess shaped surfaces that the curvature of the end plates 45 . 58 compensate and over the active area of the fuel cell assembly 24 exert a generally uniform compressive load without excessively thick end plates 45 . 58 required are. That is, like in the 5A -G, which is only the upper end plate 45 and a single spacer plate 52 can show the inner surface 46 the upper end plate 45 Be sized so that they are from the upper end plate 45 away and to the top 26 of fuel cell assembly 24 is curved, so the thickness of the upper end plate 45 along a peripheral side wall 64 is minimal while being in the middle of the upper endplate 45 is maximum. The shape of the inner surface 46 the upper end plate 45 is contoured to reflect the curvature in the upper endplate 45 occurs as these along their peripheral side wall 64 in a fixed spaced relationship from the upper end plate 58 is kept while on the active area of the fuel cell assembly 24 a compressive load is applied with a desired magnitude. The 6A -C show an exemplary contour of the inner surface 46 the upper end plate 45 , As can be seen, the upper endplate has 45 approximately in their midst the maximum thickness.
Alternativ und/oder zusätzlich können die Innen- und/oder die Außenfläche 54, 55 der Abstandsplatte 52 so konturiert sein, dass sie die in der oberen Endplatte 45 auftretende Wölbung berücksichtigen. Das heißt, die Abstandsplatte 52 kann so konfiguriert sein, dass ihre Dicke entlang ihres Umfangs minimal und in ihrer Mitte maximal ist. Zum Beispiel kann die Innenfläche 54 der Abstandsplatte 52, wie in 5G gezeigt ist, so konturiert sein, dass sie von der Abstandsplatte 52 zu dem oberen Ende 26 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 verläuft, oder kann die Außenfläche 55 der Abstandsplatte 52, wie in 5E zu sehen ist, so konturiert sein, dass sie von der Abstandsplatte 52 zu der oberen Endplatte 45 verläuft, so dass durch die Endplatte 45 auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung ausgeübt werden kann. Wie in 5F zu sehen ist, können alternativ sowohl die Innenfläche 54 als auch die Außenfläche 55 der Abstandsplatte 52 so konturiert sein, dass sie von der Abstandsplatte 52 zu dem oberen Ende 26 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 bzw. zu der Innenfläche 46 der oberen Endplatte 45 verlaufen, so dass auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung ausgeübt werden kann.Alternatively and / or additionally, the inner and / or the outer surface 54 . 55 the spacer plate 52 be contoured so that they are in the upper endplate 45 take account of curvature occurring. That is, the spacer plate 52 can be configured so that its thickness is minimal along its circumference and maximum in its center. For example, the inner surface 54 the spacer plate 52 , as in 5G shown to be contoured from the spacer plate 52 to the upper end 26 of fuel cell assembly 24 runs, or may be the outer surface 55 the spacer plate 52 , as in 5E can be seen so contoured that they are from the spacer plate 52 to the upper end plate 45 runs so that through the end plate 45 on the active area of the fuel cell assembly 24 a generally uniform pressure load can be exerted. As in 5F can be seen, alternatively, both the inner surface 54 as well as the outer surface 55 the spacer plate 52 be contoured to that of the spacer plate 52 to the upper end 26 of fuel cell assembly 24 or to the inner surface 46 the upper end plate 45 run so that on the active area of the fuel cell assembly 24 a generally uniform pressure load can be exerted.
In den 5A–G sind verschiedene Vertauschungen der Formgebung der Innenfläche 54 und der Außenfläche 55 der Abstandsplatte 52 und der Innenfläche 46 der oberen Endplatte 45 gezeigt. Die konturierte Form der Oberflächen der oberen Endplatte 45 und/oder der Abstandsplatte 52 kann so bemessen sein, dass nicht nur die Wölbung der oberen Endplatte 45, sondern auch die Wölbung der unteren Endplatte 58 berücksichtigt ist, so dass sowohl das obere Ende 26 als auch das untere Ende 28 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung aufnehmen. Selbstverständlich können die Innenfläche 60 der unteren Endplatte 58 und die Innenfläche 54 und die Außenfläche 55 einer Abstandsplatte 52 in der unteren Endanordnung 34 gleichfalls so konturiert oder geformt sein, dass die Komponenten der unteren Endanordnung 34 auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung ausüben. Der erfahrene Praktiker erkennt, dass in der Innenfläche 46 verschiedene lokale Merkmale ausgebildet sein können, um eine gleichmäßigere Druckbelastung über den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 zu erhalten. Somit können die Oberflächen der Komponenten der oberen Endanordnung 32 und/oder der der unteren Endanordnung 34 selbstverständlich entweder einzeln oder gleichzeitig so konturiert oder geformt sein, dass auf den aktiven Bereich des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 eine allgemein gleichmäßige Druckbelastung ausgeübt wird. Selbstverständlich sind die in den verschiedenen Figuren gezeigten Abmessungen für Erläuterungszwecke übertrieben und stehen nicht im richtigen Verhältnis zu den Komponenten des Brennstoffzellenstapels 20. Das heißt, die Wölbung der Endplatten 45, 58 und die Korrektur durch die Formgebung der Oberflächen der Endplatten 46, 58 und/oder der Abstandsplatten 52 sind zur besseren Erläuterung der Prinzipien der Erfindung selbstverständlich übertrieben. Selbstverständlich sollen die Begriffe ”obere” und ”untere” zur Beschreibung der verschiedenen Komponenten des Brennstoffzellenstapels 20 nicht als absolute Bezugnahme, sondern vielmehr als Relativbeziehung der Komponenten des Brennstoffzellenstapels 20 verstanden werden.In the 5A -G are different permutations of the shape of the inner surface 54 and the outer surface 55 the spacer plate 52 and the inner surface 46 the upper end plate 45 shown. The contoured shape of the upper endplate surfaces 45 and / or the spacer plate 52 can be sized so that not only the curvature of the upper end plate 45 , but also the curvature of the lower end plate 58 is taken into account, so that both the upper end 26 as well as the lower end 28 of fuel cell assembly 24 to absorb a generally uniform pressure load. Of course, the inner surface 60 the lower end plate 58 and the inner surface 54 and the outer surface 55 a spacer plate 52 in the lower end assembly 34 also be contoured or shaped so that the components of the lower end assembly 34 on the active area of the fuel cell assembly 24 exert a generally uniform pressure load. The experienced practitioner realizes that in the inner surface 46 various local features may be formed to provide more even pressure loading across the active area of the fuel cell assembly 24 to obtain. Thus, the surfaces of the components of the upper end assembly 32 and / or the lower end assembly 34 of course, either individually or simultaneously contoured or shaped so that the active area of the fuel cell assembly 24 a generally uniform pressure load is applied. Of course, the dimensions shown in the various figures are exaggerated for illustrative purposes and are not in the proper Ratio to the components of the fuel cell stack 20 , That is, the curvature of the end plates 45 . 58 and the correction by the shaping of the surfaces of the end plates 46 . 58 and / or the spacer plates 52 are of course exaggerated to better explain the principles of the invention. Of course, the terms "upper" and "lower" are intended to describe the various components of the fuel cell stack 20 not as an absolute reference, but rather as a relative relationship of the components of the fuel cell stack 20 be understood.
Obgleich der Brennstoffzellenstapel 20 allgemein mit einer rechteckigen Konfiguration beschrieben und veranschaulicht ist, kann die Form des Brennstoffzellenstapels 20 selbstverständlich eine Vielzahl von Konfigurationen annehmen, wobei sie weiter in dem durch die Ansprüche definierten Umfang der Erfindung liegt. Zum Beispiel können der Brennstoffzellenstapel 20, der Brennstoffzellenzusammenbau 24, die obere Endanordnung 32 und die untere Endanordnung 34 zylindrisch sein. Wenn der Brennstoffzellenstapel 20 zylindrisch ist, kann die Seitenplatte 36 eine einzige zylindrische Hülse sein, in die die obere Endanordnung 32 und die untere Endanordnung 34 und der Brennstoffzellenzusammenbau 24 eingeführt sind. Außerdem könnten die Seitenplatten 36 Abschnitte einer zylindrischen Hülse sein, die die Komponenten des Brennstoffzellenstapels 20 umschließt. Somit sollte die Verwendung des Begriffs ”Seitenplatte” nicht auf eine ebene Platte beschränkt sein, sondern vielmehr als eine Platte verstanden werden, die eben oder gekrümmt sein kann oder eine Vielzahl von Formen annehmen kann, die die besondere Form des Brennstoffzellenstapels 20 vorschreibt.Although the fuel cell stack 20 is described and illustrated generally with a rectangular configuration, the shape of the fuel cell stack 20 Of course, assume a variety of configurations, further lying within the scope of the invention defined by the claims. For example, the fuel cell stack can 20 , the fuel cell assembly 24 , the upper end assembly 32 and the lower end assembly 34 be cylindrical. When the fuel cell stack 20 is cylindrical, the side plate can 36 a single cylindrical sleeve into which the upper end assembly 32 and the lower end assembly 34 and the fuel cell assembly 24 are introduced. Besides, the side plates could 36 Sections of a cylindrical sleeve which are the components of the fuel cell stack 20 encloses. Thus, the use of the term "side plate" should not be limited to a flat plate, but rather should be understood as a plate that may be flat or curved or take a variety of shapes that the particular shape of the fuel cell stack 20 prescribes.
Wie zuvor festgestellt wurde, besitzt der Brennstoffzellenstapel 20 einen Brennstoffzellenzusammenbau 24, der mit einer Druckbelastung gehalten wird, so dass der Brennstoffzellenzusammenbau 24 einen höheren Wirkungsgrad besitzt. Ferner umfasst die Erfindung verschiedene Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels 20 mit einem Brennstoffzellenzusammenbau 24 unter einer Druckbelastung. In einem ersten Verfahren, dem Verfahren mit vorgegebener Druckbelastung, werden der Brennstoffzellenzusammenbau 24 und/oder der Brennstoffzellenstapel 20, wie in den 9A–B und 11 zu sehen ist, mit einer äußeren Druckbelastung zusammengedrückt, die eine innere Druckbelastung mit einer vorgegebenen Stärke F auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 erzeugt. Daraufhin werden die Seitenplatten 36 an der oberen Endplatte 45 und an der unteren Endplatte 58 befestigt, um die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 in einer fest beabstandeten Beziehung zu halten, wenn die äußere Druckbelastung von dem Brennstoffzellenzusammenbau 24 und/oder von dem Brennstoffzellenstapel 20 entfernt wird. Da die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 in einer festen räumlichen Beziehung gehalten werden, nachdem die äußere Druckbelastung entfernt worden ist, wird durch die obere Endplatte 45 und durch die untere Endplatte 58 wie im Folgenden ausführlicher diskutiert auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 weiter eine innere Druckbelastung ausgeübt.As stated previously, the fuel cell stack has 20 a fuel cell assembly 24 which is held with a compressive load, allowing the fuel cell assembly 24 has a higher efficiency. Furthermore, the invention comprises various methods for producing a fuel cell stack 20 with a fuel cell assembly 24 under a pressure load. In a first method, the pressure applied method, the fuel cell assembly becomes 24 and / or the fuel cell stack 20 as in the 9A -Federation 11 can be seen, compressed with an external compressive load, the internal pressure load with a predetermined strength F on the fuel cell assembly 24 generated. Then the side plates become 36 at the upper end plate 45 and at the lower end plate 58 attached to the upper end plate 45 and the lower end plate 58 in a fixed spaced relationship when the external pressure load from the fuel cell assembly 24 and / or from the fuel cell stack 20 Will get removed. Because the upper end plate 45 and the lower end plate 58 are held in a fixed spatial relationship after the external compressive load has been removed, by the upper end plate 45 and through the lower end plate 58 as discussed in more detail below on the fuel cell assembly 24 further exerted an internal pressure load.
Wie in den 10A–B und 12 zu sehen ist, werden der Brennstoffzellenzusammenbau 24 und/oder der Brennstoffzellenstapel 20 in einem nicht-erfindungsgemäßen Verfahren mit vorgegebener Zusammendrückstrecke durch eine äußere Druckbelastung C um eine vorgegebene Strecke D zusammengedrückt. Mit anderen Worten, die Stärke der äußeren Druckbelastung ist ausreichend, um den Brennstoffzellenzusammenbau 24 um eine vorgegebene Strecke D zusammenzudrücken. Daraufhin werden (wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird) die Seitenplatten 36 an der oberen Endplatte 45 und an der unteren Endplatte 58 angebracht. Daraufhin wird die äußere Druckbelastung entfernt. Die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 bleiben in ihrer fest beabstandeten Beziehung. Der Brennstoffzellenzusammenbau 24 bleibt allgemein um die vorgegebene Strecke D zusammengedrückt, um eine innere Druckbelastung darauf auszuüben.As in the 10A -Federation 12 can be seen, the fuel cell assembly 24 and / or the fuel cell stack 20 compressed in a non-inventive method with predetermined compression ratio by an external pressure load C by a predetermined distance D. In other words, the magnitude of the external pressure load is sufficient to fuel cell assembly 24 to compress a given distance D. Thereupon (as will be described in more detail below) the side plates 36 at the upper end plate 45 and at the lower end plate 58 appropriate. Then the external pressure load is removed. The upper end plate 45 and the lower end plate 58 stay in their tightly spaced relationship. The fuel cell assembly 24 generally remains compressed by the predetermined distance D to exert an internal compressive load thereon.
Wie zuvor festgestellt wurde, umfasst das Verfahren mit vorgegebener Druckbelastung zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels 20 mit einem Brennstoffzellenzusammenbau 24 unter einer Druckbelastung mit einer vorgegebenen Stärke F das Anwenden einer äußeren Druckbelastung auf den Brennstoffzellenstapel 20. Das Verfahren mit vorgegebener Druckbelastung enthält die folgenden Schritte: 1) Positionieren des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 zwischen der oberen Endplatte 45 und der unteren Endplatte 58, wobei das obere Ende 26 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 zu der oberen Endplatte 45 benachbart ist und das untere Ende 28 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 zu der unteren Endplatte 58 benachbart ist; 2) Anwenden einer äußeren Druckkraft auf die Endplatte 45 und/oder auf die Endplatte 58, so dass der Brennstoffzellenzusammenbau 24 zusammengedrückt wird und auf ihn eine innere Druckkraft mit einer vorgegebenen Stärke F ausgeübt wird; 3) Anbringen der Seitenplatten 36 an den Endplatten 45, 58, wobei das erste Ende 72 und das zweite Ende 74 der Seitenplatten 36 an der oberen Endplatte 45 bzw. an der unteren Endplatte 58 angebracht werden; und 4) Entfernen der auf die Endplatte 45 und/oder auf die Endplatte 58 angewendeten äußeren Druckkraft, wobei die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 in einer fest beabstandeten Beziehung bleiben, so dass sie auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 eine Druckkraft ausüben, die allgemein gleich der vorgegebenen Stärke F ist. Dadurch schafft das Verfahren mit vorgegebener Druckbelastung einen Brennstoffzellenstapel 20, dessen Druckkraft allgemein gleich der auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 ausgeübten Kraft mit der Stärke F ist.As stated previously, the predetermined pressure loading method comprises manufacturing a fuel cell stack 20 with a fuel cell assembly 24 under a compressive load of a predetermined magnitude F, applying an external compressive load to the fuel cell stack 20 , The pressurized process includes the following steps: 1) Position the fuel cell assembly 24 between the upper end plate 45 and the lower end plate 58 , the upper end 26 of fuel cell assembly 24 to the upper end plate 45 is adjacent and the lower end 28 of fuel cell assembly 24 to the lower end plate 58 is adjacent; 2) Apply an external compressive force to the end plate 45 and / or on the end plate 58 so that the fuel cell assembly 24 is compressed and an internal compressive force with a predetermined strength F is exerted on him; 3) Attach the side plates 36 at the end plates 45 . 58 , where the first end 72 and the second end 74 the side plates 36 at the upper end plate 45 or at the lower end plate 58 be attached; and 4) removing the on the end plate 45 and / or on the end plate 58 applied external compressive force, wherein the upper end plate 45 and the lower end plate 58 stay in a tightly spaced relationship so that they can rely on the fuel cell assembly 24 exert a compressive force that is generally equal to the given strength F is. As a result, the method with a predetermined pressure load creates a fuel cell stack 20 , whose pressure force is generally equal to that on fuel cell assembly 24 applied force with the strength F is.
Wenn zum Zusammenbau eines Brennstoffzellenstapels 20 das Verfahren mit vorgegebener Zusammendrückstrecke verwendet wird, werden der Brennstoffzellenstapel 20 und/oder der Brennstoffzellenzusammenbau 24 demgegenüber um eine vorgegebene Strecke D anstatt mit einer Druckkraft mit einer vorgegebenen Stärke F zusammengedrückt. Der Bezugspunkt für die vorgegebene Strecke D könnte eine Gesamtlänge des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 selbst sein. Somit wird im Folgenden nur das Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 um die vorgegebene Strecke D und nicht das Zusammendrücken des Brennstoffzellenstapels 20 erwähnt. Allerdings könnte das Zusammendrücken des Brennstoffzellenstapelzusammenbaus 24 um die vorgegebene Strecke D selbstverständlich auch durch Zusammendrücken des Brennstoffzellenstapels 20 um die vorgegebene Strecke D erfolgen. Vorzugsweise entspricht die vorgegebene Strecke D dem Anwenden einer solchen Druckkraft auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24, die zu einem Betrieb des Brennstoffzellenstapels 20 mit hohem Wirkungsgrad führt. Die vorgegebene Strecke D zum Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 kann auf eine Vielzahl von Arten bestimmt werden. Zum Beispiel kann die vorgegebene Strecke D anhand des Zusammendrückens um eine feste Strecke für jede in dem Brennstoffzellenzusammenbau 24 enthaltene Brennstoffzelle 22 berechnet werden oder, wie im Folgenden ausführlicher diskutiert wird, auf empirischen Daten aus früherer Erfahrung beim Zusammendrücken von Brennstoffzellenzusammenbauen 24 mit einer bekannten Anzahl von Brennstoffzellen 22 beruhen. Wenn die vorgegebene Strecke D bestimmt worden ist, wird auf den Brennstoffzellenstapel 20 eine äußere Druckbelastung angewendet, so dass der Brennstoffzellenstapel 20 und/oder der Brennstoffzellenzusammenbau 24 um die vorgegebene Strecke D zusammengedrückt werden. Daraufhin werden die Seitenplatten 36 an der oberen Endplatte 45 und an der unteren Endplatte 58 angebracht und wird die äußere Druckbelastung entfernt. Der resultierende Brennstoffzellenstapel 20 besitzt einen Brennstoffzellenzusammenbau 24, der um die vorgegebene Strecke D zusammengedrückt ist und eine innere Druckbelastung besitzt, die dem Betrieb des Brennstoffzellenstapels 20 mit hohem Wirkungsgrad entspricht.When to assemble a fuel cell stack 20 the method with predetermined compression line is used, the fuel cell stack 20 and / or the fuel cell assembly 24 In contrast, compressed by a predetermined distance D instead of a compressive force with a predetermined strength F. The reference point for the given distance D could be an overall length of the fuel cell assembly 24 be yourself. Thus, in the following, only the compression of the fuel cell assembly will be described 24 by the predetermined distance D and not the compression of the fuel cell stack 20 mentioned. However, compression of the fuel cell stack assembly could 24 of course, by the predetermined distance D also by compressing the fuel cell stack 20 done by the predetermined distance D. Preferably, the predetermined distance D corresponds to the application of such a compressive force to the fuel cell assembly 24 leading to an operation of the fuel cell stack 20 with high efficiency leads. The predetermined distance D for compressing the fuel cell assembly 24 can be determined in a variety of ways. For example, the predetermined distance D may be calculated by compressing a fixed distance for each in the fuel cell assembly 24 included fuel cell 22 or, as will be discussed in more detail below, based on empirical data from previous experience in compressing fuel cells 24 with a known number of fuel cells 22 based. When the predetermined distance D has been determined, it is applied to the fuel cell stack 20 applied an external pressure load, so that the fuel cell stack 20 and / or the fuel cell assembly 24 be compressed by the predetermined distance D. Then the side plates become 36 at the upper end plate 45 and at the lower end plate 58 attached and the external pressure load is removed. The resulting fuel cell stack 20 has a fuel cell assembly 24 , which is compressed by the predetermined distance D and has an internal pressure load, the operation of the fuel cell stack 20 corresponds with high efficiency.
Wenn die vorgegebene Strecke D rechnerisch (d. h. anhand des Zusammendrückens jeder Brennstoffzelle um eine feste Strecke) ermittelt wird, wird jede Brennstoffzelle 22 um eine gegebene Strecke zusammengedrückt. Die vorgegebene Strecke D, um die der Brennstoffzellenzusammenbau 24 zusammenzudrücken ist, wird dadurch berechnet, dass die Anzahl der Brennstoffzellen 22, n, in dem Brennstoffzellenzusammenbau 24 mit der festen Strecke d multipliziert wird, um die jede Brennstoffzelle 22 zusammenzudrücken ist. Mit anderen Worten, es wird die Gleichung D = n·d verwendet. Die feste Strecke, um die jede Brennstoffzelle 22 zusammenzudrücken ist, wird also so gewählt, dass auf die Brennstoffzelle 22 eine Druckkraft ausgeübt wird, deren Stärke allgemein einem Betrieb des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 mit hohem Wirkungsgrad entspricht. Das heißt, die feste Strecke d, um die jede Brennstoffzelle 22 zusammenzudrücken ist, beruht auf den physikalischen Eigenschaften der Brennstoffzellen 22 und auf der Stärke des Drucks, den die Brennstoffzellen 22 benötigen, um mit hohem Wirkungsgrad zu arbeiten. Der resultierende Brennstoffzellenstapel 20 besitzt einen Brennstoffzellenzusammenbau 24, der um die vorgegebene Strecke D zusammengedrückt ist und eine Druckbelastung besitzt, die dem Betrieb des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 mit hohem Wirkungsgrad entspricht.When the predetermined distance D is computationally determined (ie, by compressing each fuel cell by a fixed distance), each fuel cell becomes 22 compressed by a given distance. The given distance D to the fuel cell assembly 24 is to be compressed by calculating the number of fuel cells 22 , n, in the fuel cell assembly 24 is multiplied by the fixed distance d to each fuel cell 22 is to squeeze. In other words, the equation D = n · d is used. The fixed route to each fuel cell 22 is to be compressed, so it is chosen so that the fuel cell 22 a compressive force is exerted, the strength of which is generally an operation of the fuel cell assembly 24 corresponds with high efficiency. That is, the fixed distance d to which each fuel cell 22 is due to the physical properties of the fuel cells 22 and on the strength of the pressure that the fuel cells 22 need to work with high efficiency. The resulting fuel cell stack 20 has a fuel cell assembly 24 , which is compressed by the predetermined distance D and has a compressive load, the operation of the fuel cell assembly 24 corresponds with high efficiency.
Wenn die vorgegebene Strecke D zum Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 auf empirischen Daten beruht, wird sie gegenüber dem Zusammendrücken jeder Brennstoffzelle 22 um eine feste Strecke aus früheren Erfahrungen beim Zusammendrücken von Brennstoffzellenzusammenbauen 24 mit einer bekannten Druckbelastung bestimmt. Die resultierende vorgegebene Strecke D kann für beide Verfahren gleich sein. Wegen der allgemeinen Einheitlichkeit der Zusammensetzung der Brennstoffzellen 22, die ein Brennstoffzellenzusammenbau 24 umfasst, kann für jeden Typ einer Brennstoffzelle 22 eine allgemeine Korrelation zwischen der Anzahl der Brennstoffzellen 22 und der Zusammendrückstrecke des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 und/oder des Brennstoffzellenstapels 20, die auftritt, wenn auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 eine Druckkraft mit einer bekannten Stärke ausgeübt wird, aufgestellt werden. Die Korrelation kann dazu verwendet werden, anhand der Anzahl der Brennstoffzellen 22, die der Brennstoffzellenzusammenbau 24 umfasst, die vorgegebene Strecke D zu bestimmen, um die der Brennstoffzellenzusammenbau 24 zusammenzudrücken ist, um auf ihn eine Druckkraft mit einer gewünschten Stärke auszuüben. Empirische Daten zeigen z. B., dass auf Brennstoffzellenzusammenbaue, die 50 und 200 Brennstoffzellen enthalten und um eine Strecke X bzw. 4X zusammengedrückt werden, eine Druckkraft mit der gewünschten Stärke ausgeübt wird. Ein Brennstoffzellenstapel 20 mit einem Brennstoffzellenzusammenbau 24, der 100 ähnliche Brennstoffzellen 22 umfasst, würde um eine Strecke 2X zusammengedrückt werden und sollte anhand der Korrelation allgemein eine Druckkraft mit der gleichen gewünschten Stärke auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 ausüben.If the predetermined distance D for compressing the fuel cell assembly 24 Based on empirical data, it is against compressing each fuel cell 22 to build a fixed route from previous experience in compressing fuel cells 24 determined with a known pressure load. The resulting predetermined distance D may be the same for both methods. Because of the general uniformity of the composition of the fuel cells 22 that a fuel cell assembly 24 can, for each type of fuel cell 22 a general correlation between the number of fuel cells 22 and the compression line of the fuel cell assembly 24 and / or the fuel cell stack 20 That Occurs When On Fuel Cell Assembly 24 a compressive force with a known strength is exercised, are placed. The correlation can be used based on the number of fuel cells 22 that the fuel cell assembly 24 includes determining the predetermined distance D to that of the fuel cell assembly 24 is to press on it to exert a compressive force with a desired strength. Empirical data shows z. For example, on fuel cell assemblies containing 50 and 200 fuel cells and compressed by a distance X and 4X, respectively, a compressive force of the desired magnitude is applied. A fuel cell stack 20 with a fuel cell assembly 24 , the 100 similar fuel cells 22 2X would be compressed by a distance and, based on the correlation, should generally have a compressive force of the same desired magnitude on the fuel cell assembly 24 exercise.
Da es in der Zusammensetzung irgendeines gegebenen Typs der Brennstoffzelle 22 eine gewisse Streuung gibt, kann die auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 ausgeübte Druckkraft variieren. Der Betrag der Schwankung der resultierenden Druckkraft hängt von der Genauigkeit der Korrelationen und von der Streuung der Brennstoffzellen 22 ab. Vorzugsweise variiert die resultierende Druckkraft innerhalb eines akzeptablen Bereichs um die gewünschte Stärke, so dass die Schwankung eine vernachlässigbare Wirkung auf den Wirkungsgrad des Brennstoffzellenstapels 20 hat. Dadurch liefert das Verfahren mit empirischen Daten einen Brennstoffzellenstapel 20 mit einem Brennstoffzellenzusammenbau 24, auf den eine Druckkraft ausgeübt wird, die allgemein gleich einer gewünschten Stärke ist, die dem Betrieb des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 mit hohem Wirkungsgrad entspricht, wenn dieser um die vorgegebene Strecke D zusammengedrückt ist. As it is in the composition of any given type of fuel cell 22 There may be some dispersion, which may be due to the fuel cell assembly 24 applied compressive force vary. The amount of fluctuation of the resultant pressing force depends on the accuracy of the correlations and the dispersion of the fuel cells 22 from. Preferably, the resulting compressive force varies within an acceptable range around the desired magnitude, such that the fluctuation has a negligible effect on the efficiency of the fuel cell stack 20 Has. As a result, the empirical data method provides a fuel cell stack 20 with a fuel cell assembly 24 to which a compressive force is applied, which is generally equal to a desired magnitude, the operation of the fuel cell assembly 24 with high efficiency, when it is compressed by the predetermined distance D.
Wie oben erwähnt wurde, können die Abstandsplatten 52 verwendet werden, um einen Brennstoffzellenstapel 20 mit einer vorgegebenen oder einheitlichen Länge L zu schaffen. Das heißt, die Abstandsplatten 52 können in dem Brennstoffzellenstapel 20 verwendet werden, um Raum zu belegen, so dass der Brennstoffzellenstapel 20 eine vorgegebene oder einheitliche Länge L besitzt. Eine einheitliche Länge L bietet viele Vorteile. Beispielsweise ermöglicht eine einheitliche Länge L, dass die Brennstoffzellenstapel leicht gewechselt werden können, und außerdem, dass die Vorrichtungen, in denen der Brennstoffzellenstapel 20 genutzt wird, genormte Räume für den Brennstoffzellenstapel 20 besitzen.As mentioned above, the spacer plates can 52 used to make a fuel cell stack 20 with a given or uniform length L to create. That is, the spacer plates 52 can in the fuel cell stack 20 used to occupy space, leaving the fuel cell stack 20 has a given or uniform length L. A uniform length L offers many advantages. For example, a uniform length L allows the fuel cell stacks to be easily changed, as well as the devices in which the fuel cell stack 20 is used, standardized spaces for the fuel cell stack 20 have.
Die Erfindung schafft verschiedene wie in den 13a–13b gezeigte Zusammenbaufolgen für einen Brennstoffzellenstapel mit einer einheitlichen Länge L. Die gewünschte vorgegebene oder einheitliche Länge L des Brennstoffzellenstapels 20 kann entweder eine bekannte Länge wie etwa eine Industrienorm oder eine gewählte Länge sein. Auf jeden Fall ist die Gesamtlänge L eine bekannte Größe. Die Dicke der oberen Endplatte 45 und der unteren Endplatte 58, irgendwelcher in dem Brennstoffzellenstapel 20 verwendeter Anschlussplatten 56 sowie irgendwelcher weiterer Komponenten der Endanordnungen 32, 34 kann gemessen werden, so dass sie bekannte Größen sind. Anhand dieser bekannten Größen/Abmessungen kann der Raum in dem Brennstoffzellenstapel 20 berechnet werden, in dem der Brennstoffzellenzusammenbau 24 angeordnet werden soll, so dass er ebenfalls eine bekannte Größe ist. Das heißt, die Länge des Raums in dem Brennstoffzellenstapel 20, in dem der Brennstoffzellenzusammenbau 24 angeordnet werden soll, ist gleich der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L des Brennstoffzellenstapels 20, abzüglich der Abmessungen der Endplatten 45, 58, irgendwelcher Anschlussplatten 56 sowie irgendwelcher weiterer Komponenten, aus denen die Endanordnungen 32, 34 aufgebaut sind. Die einzige unbekannte Abmessung ist die Drucklänge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24. Die Drucklänge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 kann je nach dem Verfahren, das wie oben erörtert zur Herstellung des Brennstoffzellenstapels 20 verwendet wird, und nach der Anzahl der Brennstoffzellen 22, die der Brennstoffzellenzusammenbau 24 umfasst, variieren.The invention provides various as in the 13a - 13b shown assembly sequences for a fuel cell stack with a uniform length L. The desired predetermined or uniform length L of the fuel cell stack 20 may be either a known length such as an industry standard or a selected length. In any case, the total length L is a known size. The thickness of the upper end plate 45 and the lower end plate 58 , any in the fuel cell stack 20 used connection plates 56 as well as any other components of the end assemblies 32 . 34 can be measured so that they are known sizes. Based on these known sizes / dimensions of the space in the fuel cell stack 20 be calculated in which the fuel cell assembly 24 should be arranged so that it is also a known size. That is, the length of the space in the fuel cell stack 20 in which the fuel cell assembly 24 is to be arranged, is equal to the predetermined or uniform length L of the fuel cell stack 20 , minus the dimensions of the end plates 45 . 58 , any connection plates 56 as well as any other components that make up the end assemblies 32 . 34 are constructed. The only unknown dimension is the print length 30 of fuel cell assembly 24 , The printing length 30 of fuel cell assembly 24 may vary depending on the method discussed above for producing the fuel cell stack 20 is used, and according to the number of fuel cells 22 that the fuel cell assembly 24 includes, vary.
Wie oben festgestellt wurde, können bei dem Verfahren mit vorgegebener Druckbelastung Abstandsplatten 52 verwendet werden, um einen Brennstoffzellenstapel 20 mit einer vorgegebenen oder einheitlichen Länge L herzustellen, wobei auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 eine Druckbelastung ausgeübt wird, die allgemein gleich der vorgegebenen Stärke F ist. Hierzu muss entweder die Drucklänge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 oder die Drucklänge des Brennstoffzellenstapels 20 bestimmt werden, so dass die geforderte gemeinsame Dicke der einen oder der mehreren Abstandsplatten 52 ermittelt werden kann.As stated above, in the method with a predetermined compressive load, spacer plates can be used 52 used to make a fuel cell stack 20 with a given or uniform length L to produce, with the fuel cell assembly 24 a compressive load is applied which is generally equal to the predetermined magnitude F. For this, either the print length must 30 of fuel cell assembly 24 or the pressure length of the fuel cell stack 20 be determined so that the required common thickness of the one or more spacer plates 52 can be determined.
Die Drucklänge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 kann auf eine der folgenden Arten bestimmt werden: (1) Zusammendrücken des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 mit einer äußeren Druckbelastung, so dass eine innere Druckbelastung mit der vorgegebenen Stärke F erhalten wird, und Messen der Drucklänge 30, wie in 9A zu sehen ist; oder (2) Zusammendrücken des Brennstoffzellenstapels 20 mit einer äußeren Belastung, so dass auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 eine innere Druckbelastung mit einer vorgegebenen Stärke F ausgeübt wird, wie in 9B zu sehen ist, und entweder (A) Messen der Drucklänge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24; oder (B) Messen der Drucklänge des Brennstoffzellenstapels 20 und Berechnen der Drucklänge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 durch Subtrahieren der bekannten Abmessungen der Endplatten 45, 58, der Anschlussplatten 56 sowie irgendwelcher weiterer Komponenten der Endanordnungen 32, 34. Wenn die Drucklänge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 bestimmt worden ist, kann die äußere Druckbelastung von dem Brennstoffzellenzusammenbau 24 oder von dem Brennstoffzellenstapel 20 entfernt werden. Die Drucklänge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 wird dazu verwendet, die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten 52 für die Herstellung des Brennstoffzellenstapels 20 mit der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L zu berechnen. Die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten 52 ist (wie oben diskutiert wurde) gleich der Differenz zwischen der Länge des Raums, in dem der Brennstoffzellenzusammenbau 24 angeordnet werden soll, und der Drucklänge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24. Somit kann die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten 52 berechnet werden.The printing length 30 of fuel cell assembly 24 can be determined in one of the following ways: (1) Compress the fuel cell assembly 24 with an external compressive load, so that an internal compressive load of the predetermined magnitude F is obtained, and measuring the pressure length 30 , as in 9A you can see; or (2) compressing the fuel cell stack 20 with an external load, so that on the fuel cell assembly 24 an internal pressure load of a predetermined magnitude F is exerted, as in 9B can be seen, and either (A) measuring the print length 30 of fuel cell assembly 24 ; or (B) measuring the pressure length of the fuel cell stack 20 and calculating the print length 30 of fuel cell assembly 24 by subtracting the known dimensions of the end plates 45 . 58 , the connection plates 56 as well as any other components of the end assemblies 32 . 34 , When the printing length 30 of fuel cell assembly 24 has been determined, the external pressure load from the fuel cell assembly 24 or from the fuel cell stack 20 be removed. The printing length 30 of fuel cell assembly 24 is used to the required common thickness of the spacer plates 52 for the production of the fuel cell stack 20 with the predetermined or uniform length L to calculate. The required common thickness of the spacer plates 52 is equal to the difference between the length of the space in which the fuel cell assembly is (as discussed above) 24 should be arranged, and the printing length 30 of fuel cell assembly 24 , Thus, the required common thickness of the spacer plates 52 be calculated.
Alternativ kann die Drucklänge des Brennstoffzellenstapels 20 mit einer inneren Druckbelastung auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 mit der vorgegebenen Stärke F verwendet werden. Die Drucklänge des Brennstoffzellenstapels 20 kann dadurch bestimmt werden, dass der Brennstoffzellenstapel 20 mit einer äußeren Druckbelastung zusammengedrückt wird, so dass auf den Brennstoffzellenzusammenbau 24 eine innere Druckbelastung mit der vorgegebenen Stärke F ausgeübt wird, und daraufhin die Drucklänge des Brennstoffzellenstapels 20 gemessen wird. Daraufhin wird die äußere Druckbelastung auf den Brennstoffzellenstapel entfernt. Es wird die Differenz zwischen der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L des Brennstoffzellenstapels 20 und der gemessenen Drucklänge des Brennstoffzellenstapels 20 berechnet. Die berechnete Differenz ist die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten 52.Alternatively, the pressure length of the fuel cell stack 20 with an internal pressure load on the fuel cell assembly 24 be used with the predetermined strength F. The pressure length of the fuel cell stack 20 can be determined by the fuel cell stack 20 is compressed with an external compressive load, so that on the fuel cell assembly 24 an internal pressure load is applied with the predetermined strength F, and then the pressure length of the fuel cell stack 20 is measured. Then the external pressure load on the fuel cell stack is removed. It becomes the difference between the predetermined or uniform length L of the fuel cell stack 20 and the measured pressure length of the fuel cell stack 20 calculated. The calculated difference is the required common thickness of the spacer plates 52 ,
Wenn die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten 52 bestimmt worden ist, werden eine oder mehrere Abstandsplatten 52 mit der geforderten gemeinsamen Dicke gewählt. Die gewählten Abstandsplatten 52 werden zwischen der oberen Endplatte 45 und/oder der unteren Endplatte 58 und dem jeweiligen oberen Ende 26 und/oder unteren Ende 28 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 positioniert. Die Abstandsplatten 52 werden so orientiert, dass die gemeinsame Dicke der Abstandsplatten 52 auf die Länge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 ausgerichtet ist. Daraufhin wird der Brennstoffzellenstapel 20 durch Anwenden einer äußeren Druckbelastung auf ihn zusammengedrückt, so dass er allgemein die vorgegebene oder einheitliche Länge L erhält. Die resultierende innere Druckbelastung des Brennstoffzellenstapels 20 mit der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L sollte allgemein gleich der vorgegebenen Stärke F sein. Daraufhin werden die Seitenplatten 36 an der oberen Endplatte 45 und an der unteren Endplatte 58 befestigt, so dass die obere Endplatte 45 und die untere Endplatte 58 den Brennstoffzellenstapel 20 allgemein auf der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L halten. Schließlich wird die äußere Druckbelastung von dem Brennstoffzellenstapel 20 entfernt. Der resultierende Brennstoffzellenstapel 20 besitzt eine Länge, die allgemein gleich der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L ist, wobei der Brennstoffzellenzusammenbau 24 allgemein mit der vorgegebenen Stärke F zusammengedrückt ist.If the required common thickness of the spacer plates 52 has been determined, one or more spacer plates 52 chosen with the required common thickness. The selected spacer plates 52 be between the upper end plate 45 and / or the lower end plate 58 and the respective upper end 26 and / or lower end 28 of fuel cell assembly 24 positioned. The spacer plates 52 are oriented so that the common thickness of the spacer plates 52 on the length 30 of fuel cell assembly 24 is aligned. Then the fuel cell stack becomes 20 compressing it by applying an external compressive load so that it generally receives the predetermined or uniform length L. The resulting internal pressure load of the fuel cell stack 20 with the given or uniform length L should generally be equal to the predetermined magnitude F. Then the side plates become 36 at the upper end plate 45 and at the lower end plate 58 attached, leaving the upper end plate 45 and the lower end plate 58 the fuel cell stack 20 generally on the predetermined or uniform length L hold. Finally, the external pressure load from the fuel cell stack becomes 20 away. The resulting fuel cell stack 20 has a length which is generally equal to the predetermined or uniform length L, wherein the fuel cell assembly 24 is generally compressed with the predetermined strength F.
In dem Verfahren mit vorgegebener Zusammendrückstrecke zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels 20 können ebenfalls Abstandsplatten 52 genutzt werden, um einen Brennstoffzellenstapel 20 mit vorgegebener oder einheitlicher Länge L herzustellen. Die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten 52 beruht auf der gewünschten vorgegebenen oder einheitlichen Länge L für den Brennstoffzellenstapel 20, auf der Drucklänge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 und auf der Dicke der Komponenten, die die Endanordnungen 32, 34 umfassen. Die Drucklänge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 wird durch Subtraktion der vorgegebenen Strecke D von der drucklosen Länge 31 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 berechnet. Um die geforderte gemeinsame Dicke der Abstandsplatten 52 zu liefern, werden von der vorgegebenen oder einheitlichen Länge L des Brennstoffzellenstapels 20 die Drucklänge 30 des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 und die Dicke der Endplatten 45, 58, der Anschlussplatten 56 sowie irgendwelcher weiterer Komponenten, die die Endanordnungen 32, 34 umfassen, subtrahiert. Daraufhin werden die Abstandsplatten 52 so gewählt, dass die gemeinsame Dicke der Abstandsplatten 52 allgemein gleich der geforderten Gesamtdicke ist. Daraufhin werden die gewählten Abstandsplatten 52 wie oben diskutiert zu dem Brennstoffzellenstapel 20 hinzugefügt. Der resultierende Brennstoffzellenstapel 20 besitzt allgemein die gewünschte vorgegebene oder einheitliche Länge L, einen Brennstoffzellenzusammenbau 24, der allgemein um die vorgegebene Strecke D zusammengedrückt ist, und eine innere Druckbelastung, die dem Betrieb des Brennstoffzellenzusammenbaus 24 mit hohem Wirkungsgrad entspricht.In the method with predetermined compression line for producing a fuel cell stack 20 can also spacer plates 52 be used to a fuel cell stack 20 produce with predetermined or uniform length L. The required common thickness of the spacer plates 52 is based on the desired predetermined or uniform length L for the fuel cell stack 20 , on the printing length 30 of fuel cell assembly 24 and on the thickness of the components that make up the end assemblies 32 . 34 include. The printing length 30 of fuel cell assembly 24 is by subtracting the predetermined distance D from the unpressurized length 31 of fuel cell assembly 24 calculated. To the required common thickness of the spacer plates 52 to be supplied are of the predetermined or uniform length L of the fuel cell stack 20 the printing length 30 of fuel cell assembly 24 and the thickness of the end plates 45 . 58 , the connection plates 56 as well as any other components that make up the end assemblies 32 . 34 include, subtracted. Then the spacer plates become 52 chosen so that the common thickness of the spacer plates 52 is generally equal to the required total thickness. Then the selected spacer plates 52 as discussed above for the fuel cell stack 20 added. The resulting fuel cell stack 20 generally has the desired predetermined or uniform length L, a fuel cell assembly 24 , which is generally compressed by the predetermined distance D, and an internal compressive load associated with the operation of the fuel cell assembly 24 corresponds with high efficiency.
