DE202023100803U1 - Herstellungssystem zum automatisierten Stapeln verschiedenartiger Komponenten eines elektrochemischen Systems - Google Patents

Herstellungssystem zum automatisierten Stapeln verschiedenartiger Komponenten eines elektrochemischen Systems Download PDF

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Abstract

Herstellungssystem (34) zum Herstellen wenigstens eines elektrochemischen Systems (10), das einen Stapel (16, 18) aus einer Mehrzahl verschiedenartiger Komponenten (12, 14) umfasst, die entlang einer Stapelachse (S) des Stapels (16, 18) übereinandergestapelt sind, wobei sich eine Höhendimension einer jeden Komponente (12, 14) entlang der Stapelachse (S) erstreckt, wobei das Herstellungssystem (34) dazu eingerichtet ist, :a) für eine Vielzahl der Komponenten (12, 14) Höhenwerte zu ermitteln und maschinell auslesbar zu hinterlegen;b) Höhenwerte von zumindest ausgewählten der Komponenten (12, 14) automatisiert auszulesen; undc) automatisiert einen Stapel (16, 18) aus mehreren dieser Komponenten (12, 14) und unter Berücksichtigung der hierfür ausgelesenen Höhenwerte herzustellen, und zwar derart, dass eine Soll-Höhe des Stapels (16, 18) erzielt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Herstellungssystem zum Herstellen wenigstens eines elektrochemischen Systems, das einen Stapel aus einer Mehrzahl verschiedenartiger Komponenten umfasst, die entlang einer Stapelachse des Stapels übereinandergestapelt sind, wobei sich eine Höhendimension einer jeden Komponente entlang der Stapelachse erstreckt.
  • Derartige elektrochemische Systeme mit gestapelter Konfiguration sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise im Zusammenhang mit Brennstoffzellen. Beispielhaft wird verwiesen auf die DE 20 2018 105 617 U1 und dort insbesondere die 1.
  • Der Stapel eines solchen Systems umfasst eine Vielzahl von einzelnen Lagen bzw. eine Vielzahl von gestapelten Einzelkomponenten. Beispielsweise können mehrere 100 Komponenten übereinandergestapelt werden, zum Beispiel 400 Komponenten oder mehr. Diese Komponenten weisen jeweils Toleranzen auf, insbesondere bezüglich ihrer jeweiligen Höhendimension. Dies bedeutet, dass auch die Höhe eines hieraus hergestellten Stapels toleranzbehaftet ist. Selbst wenn sämtliche Einzelkomponenten eine Höhe in einem zulässigen Toleranzbereich aufweisen, können sich deren Toleranzen derart aufsummieren, dass der daraus hergestellte Stapel insgesamt keine zulässige Höhe mehr aufweist, d. h. seine Höhe außerhalb eines zulässigen Toleranzbereichs liegt. Wie nachstehend noch anhand eines Beispiels geschildert, führt dies bisher oft dazu, dass bereits fertig hergestellte und zusätzlich verspannte Stapel daher nachträglich wieder abgestapelt oder umgeschichtet werden müssen, um innerhalb eines zulässigen Toleranzbereichs zu bleiben. Dies verursacht zusätzliche Kosten und verlängert die Herstellungsdauer. Auch können dabei Bauteile beschädigt werden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das Herstellen von elektrochemischen Systemen, die einen Stapel aus einer Mehrzahl verschiedenartiger Komponenten umfassen, unter zuverlässigem Erreichen einer Soll-Höhe zu vereinfachen.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in dieser Beschreibung und in den Figuren definiert.
  • Entsprechend wird ein Herstellungssystem zum Herstellen wenigstens eines elektrochemischen Systems vorgeschlagen, wobei das elektrochemische System einen Stapel aus einer Mehrzahl verschiedenartiger Komponenten umfasst, die entlang einer Stapelachse des Stapels (insbesondere alternierend) übereinandergestapelt sind, wobei sich eine Höhendimension einer jeden Komponente entlang der Stapelachse erstreckt.
  • Das Herstellungssystem ist dazu eingerichtet:
    1. a) für eine Vielzahl der Komponenten Höhenwerte zu ermitteln und maschinell auslesbar zu hinterlegen;
    2. b) Höhenwerte von zumindest ausgewählten der Komponenten automatisiert auszulesen; und
    3. c) automatisiert einen Stapel aus mehreren dieser Komponenten und unter Berücksichtigung der hierfür ausgelesenen Höhenwerte herzustellen, und zwar derart, dass eine Soll-Höhe des Stapels erzielt wird.
  • Wie hierin noch aufgezeigt, kann das Herstellungssystem mehrere Systemkomponenten umfassen, insbesondere mehrere Fertigungslinien oder Fertigungsstationen. Optional kann das Herstellungssystem Transporteinrichtungen umfassen, um die an einer jeweiligen Fertigungslinie oder Fertigungsstation gefertigten Teile zu einer anderen Fertigungsstation oder Fertigungslinie zu transportieren.
  • Beispielsweise kann eine Fertigungsstation oder Fertigungslinie für wenigstens eine erste Komponente und eine Fertigungsstation oder Fertigungslinie für wenigstens eine zweite Komponente vorgesehen sein. Diese beiden Komponenten können (optional durch eine vom Herstellungssystem umfasst Transporteinrichtung) zu einer weiteren Fertigungsstation oder Fertigungslinie transportiert werden, an der diese zum Herstellen des Stapels übereinandergestapelt werden.
  • Das Herstellungssystem kann vollständig oder teilweise automatisiert sein. Insbesondere kann es für ein vollständig automatisiertes Ausführen zumindest der vorstehenden Schritte (hierin auch als Maßnahmen bezeichnet) b) und c) eingerichtet sein. Gemäß einer Weiterbildung kann auch der Schritt a) für zumindest eine Art der gestapelten Komponenten (vorzugsweise vollständig) automatisiert ausgeführt werden. Die einzelnen Schritte a), b) und c) können in (bzw. an) verschiedenen Fertigungsstation oder Fertigungslinien ausgeführt werden oder in beliebiger Kombination in wenigstens einer gemeinsamen Fertigungsstation oder Fertigungslinie (zum Beispiel eine Kombination der Schritte b) und c)). Allgemein können die Schritte a) bis c) zeitlich und/oder räumlich getrennt durchgeführt werden, wobei die zeitliche Trennung mehrere Stunden oder Tage umfassen kann (zum Beispiel bei einer Zwischenlagerung der Komponenten vor einem Einbau in den Stapel). Die räumliche Trennung kann mehrere Kilometer umfassen, zum Beispiel bei einem Durchführen der Schritte in unterschiedlichen Betrieben oder an unterschiedlichen Fertigungsstätten.
  • Im Fall von Schritt a) können die Höhenwerte zum Beispiel gemessen werden, insbesondere mittels einer Messeinrichtung des Herstellungssystems. Dieser können zumindest ausgewählte der Komponenten (insbesondere automatisiert) zugeführt werden, um anschließend (insbesondere automatisiert) vermessen zu werden. Das maschinell auslesbare Hinterlegen kann ebenfalls automatisiert erfolgen, zum Beispiel durch automatisiertes Anbringen und/oder Kodieren nachstehend erläuterten Informationsträger und/oder automatisiertes Speichern der Höhenwerte in einer Speichereinrichtung.
  • Im Kontext von Schritt b) kann das automatisierte Auslesen zum Beispiel ein automatisiertes Erfassen eines nachstehend erläuterten Informationsträgers und/oder einer Kodierung umfassen, die mit dem Höhenwert der Komponente verknüpft ist. Dies kann zum Beispiel ein optisches Erfassen (zum Beispiel per Kamera oder Scanner) oder ein elektromagnetisches Erfassen beinhalten, beispielsweise wenn der Informationsträger einen RFID-Chip umfasst.
  • Im Kontext von Schritt c) kann zum Beispiel vollständig automatisiert ein Stapel aus mehreren der Komponenten und unter Berücksichtigung der hierfür ausgelesenen Höhenwerte hergestellt werden, bis die Soll-Höhe des Stapels erreicht ist. Dies kann ein automatisches Übereinanderstapeln der Komponenten umfassen, beispielsweise durch automatisiertes Auswählen, automatisiertes Sortieren, automatisiertes Greifen oder eine anderweitige automatisierte Handhabung. Der Schritt c) kann mittels einer automatisierten Stapelvorrichtung ausgeführt werden, beispielsweise einer Stacking-Maschine. Die Stapelvorrichtung kann zum Beispiel einen Handhabungsroboter umfassen, beispielsweise einen Knickarm-Industrieroboter.
  • Die ausgelesenen Höhenwerte können derart berücksichtigt werden, dass darauf basierend zum Beispiel eine Stapelreihenfolge der Komponenten festgelegt wird und/oder Ausgleichselemente oder Blindzellen als zusätzliche Stapelkomponenten ausgewählt werden. Weitere Beispiele werden nachstehend noch erläutert.
  • Die Soll-Höhe des Stapels kann toleranzbehaftet sein und/oder von einem Toleranzbereich umfasst sein, der eine Mehrzahl von zulässigen Soll-Höhenwerten umfasst. Mit anderen Worten kann nicht nur ein zulässiger Soll-Höhenwert vorgegeben sein, sondern ein gewisser Wertebereich umfassend mehrere zulässige Soll-Höhenwerte. Die Soll-Höhe kann erreicht werden, wenn ein beliebiger dieser zulässigen Soll-Höhenwerte erzielt wird.
  • Wenn hierin von einem Stapel gesprochen wird, kann sich dies auf einen fertig hergestellten Zustand des Stapels beziehen, insbesondere nach einem etwaigen Verspannen hiervon (siehe unten). Ebenso kann der Stapel aber in einem noch nicht vollständig verspannten Zustand vorliegen, sondern zum Beispiel als Abfolge sämtlicher übereinander zu stapelnder Komponenten oder zumindest sämtlicher alternierend zu stapelnder Komponenten, auch als Teilstapel bezeichnet. Eine Bauteilgruppe bestehend aus alternierend aufgestapelten Bipolarplatten und elektrochemischen Zellen wird auch als Kernstapel bezeichnet. Der Kernstapel und der Teilstapel sind somit spezielle Beispiele eines Stapels im Sinne dieser Offenbarung.
  • Entsprechend kann sich die Soll-Höhe auf einen Stapel (insbesondere vorliegend in Form eines Teilstapels der vorstehenden Art) beziehen bzw. für diesen gültig sein, der eine vorbestimmte Anzahl von übereinandergestapelten und insbesondere alternierend gestapelten Komponenten umfasst. Insbesondere kann dieser Stapel noch unverspannt sein und/oder keine Höhen-Ausgleichselemente und/oder Blindzellen umfassen. Es kann jedoch ebenso vorgesehen sein, dass sich die Soll-Höhe auf einen vollständig hergestellten und insbesondere verspannten Stapel bezieht, zum Beispiel auch umfassend Höhen-Ausgleichselemente und/oder Blindzellen.
  • Das Verfahren kann allgemein umfassen, dass fortlaufend und insbesondere nach jeder Komponente eine aktuelle Ist-Höhe des Stapels (insbesondere vorliegend in Form eines Teilstapels der vorstehenden Art) ermittelt und insbesondere aktualisiert wird. Hierfür können die ausgelesenen Höhenwerte der bisher gestapelten Komponenten aufsummiert werden. Darauf basierend (oder allgemein auf Basis einer Aufsummierung der Höhenwerte der aufgestapelten Komponenten und/oder vorab auf Basis einer Aufsummierung der Höhenwerte von noch aufzustapelnden Komponenten) kann die Ist-Höhe des fertig hergestellten Stapels berechnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Ist-Höhe des bisher hergestellten Teilstapels messtechnisch erfasst und genauer gesagt überprüft werden, was wiederum bevorzugt automatisiert und/oder innerhalb derselben Stapelvorrichtung erfolgen kann, mittels derer die Komponenten aufgestapelt werden.
  • Mit dem vorgeschlagenen Herstellungssystem wird ermöglicht, bereits vor einem Herstellen des Stapels und/oder flexibel während dessen Herstellung, spätestens aber nach erfolgter Herstellung, Kenntnis über eine Höhe eines vollständig (z.B. auch verspannten) Stapels oder Teilstapels zu erlangen. Dies kann genutzt werden, um den Stapelprozess flexibel anzupassen und damit ein Einhalten der Soll-Höhe sicherzustellen. Alternativ oder zusätzlich können nach erfolgtem Stapeln, insbesondere von alternierend gestapelten Komponenten, zusätzliche die Höhe beeinflussende Komponenten gezielt ausgewählt werden, um die Soll-Höhe zu erzielen. Beispiele für derartige zusätzliche Komponenten sind nachstehend erläuterte Ausgleichselemente oder Blindzellen.
  • Auf diese Weise kann ein vorausschauendes Stapeln erfolgen, mittels dem das Erzielen der Soll-Höhe von vorneherein gewährleistet werden kann. Insbesondere wird eine Korrektur während des Stapelns und/oder eine Anpassung des Stapelns ermöglicht, wenn die Höhenwerte der bisher übereinander gestapelten Komponenten eine erwartete Abweichung von der Soll-Höhe signalisieren (zum Beispiel ermittelt auf Basis einer Extrapolation des aktuellen Ist-Höhenwertes unter Berücksichtigung der noch fehlenden Anzahl von aufzustapelnden Komponenten).
  • Vorteilhaft ist zum Beispiel, dass bei der hier vorgestellten Lösung die tatsächlichen toleranzbehafteten (Ist-) Höhenwerte von zumindest ausgewählten Komponenten als deren entsprechende Höhenwerte ermittelt und berücksichtigt werden können. Dies unterscheidet sich von existierenden Verfahren, bei denen rein von Soll-Höhenwerten der gestapelten Komponenten ausgegangen wird und eine von deren Toleranzen beeinflusste tatsächliche Stapelhöhe erst nach erfolgter Herstellung eines Stapels messtechnisch erfasst werden kann. In diesem Stadium sind Korrekturen an dem bereits hergestellten und ggf. verspannten Stapel nicht mehr möglich oder erfordern ein zumindest teilweises Abstapeln und de facto Neuherstellen hiervon. Ein solches zeitintensives iteratives Vorgehen kann durch die erfindungsgemäß ermöglichte Abschätzung einer Ist-Höhe des Stapels anhand der ausgelesenen Komponenten-Höhenwerte verhindert werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist das Herstellungssystem dazu eingerichtet, den jeweiligen Höhenwert von zumindest ausgewählten der Komponenten individuell zu ermitteln, insbesondere durch Messen des Höhenwerts. Zum Beispiel kann für sämtliche Komponenten wenigstens einer Art der jeweilige Höhenwert individuell ermittelt werden. Für die Komponenten wenigstens einer anderen Art kann eine Höhenwertermittlung gemäß einer der nachfolgenden alternativen Varianten erfolgen. Das individuelle Ermitteln von Höhenwerten stellt eine besonders präzise Möglichkeit zur Höhenwertermittlung dar, mittels derer eine Ist-Stapelhöhe des herzustellenden oder hergestellten Stapels entsprechend präzise ermittelt werden kann.
  • Das individuelle Ermitteln von Höhenwerten kann zum Beispiel umfassen:
    • - individuelles Messen des Höhenwerts (d.h. Durchführung einer individuellen Messung für jede Komponente); und/oder
    • - individuelle Berechnung des Höhenwerts (d.h. Durchführung einer individuellen Berechnung für jede Komponente), insbesondere in Abhängigkeit einer individuellen Zusammensetzung der Komponente aus Vorerzeugnissen.
  • Die Vorerzeugnisse können auch als Unterkomponenten oder Teilkomponenten bezeichnet werden. Aus diesen kann die Komponente insbesondere durch das Herstellungssystem zusammengesetzt werden. Sind Höhenwerte der Vorerzeugnisse bekannt, können diese zu einem Höhenwerte der daraus zusammengesetzten Komponente aufsummiert werden. Zum Beispiel können die Vorerzeugnisse einlagige Separatorplatten sein, die zu einer Bipolarplatte zusammengesetzt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Herstellungssystem dazu eingerichtet, für zumindest eine der Art von Komponenten einen repräsentativen Höhenwert zu ermitteln, der für eine Mehrzahl von Komponenten dieser Art hinterlegt wird. Dies kann ein stichprobenartiges Ermitteln eines Höhenwerts umfassen, und zwar für eine oder mehrere Komponenten einer bestimmten Art. Der dabei gewonnene Höhenwert (oder ein anhand der Stichprobe ermittelter und zum Beispiel durchschnittlicher Höhenwert) kann dann für eine weitere Mehrzahl von Komponenten derselben Art, deren Höhenwerte jedoch nicht gemessen werden, als gültig hinterlegt werden. Das Ermitteln eines entsprechenden repräsentativen Höhenwerts stellt eine effiziente Möglichkeit dar, um mittels einer reduzierten Anzahl von individuellen Komponentenmessungen dennoch eine präzise Abschätzung der Komponenten-Höhenwerte und einer Ist-Stapelhöhe vorzunehmen.
  • Reprästentative Höhenwerte der gefertigten Einzelplatten werden zum Beispiel bei einem Einrichten der Fertigungslinie bzw. zu Beginn der Fertigung nach Neueinrichtung der Fertigungslinie ermittelt. Repräsentative Höhenwerte der verschweißten Bipolarplatten werden zum Beispiel nach Änderungen der Schweißvorrichtung ermittelt. Repräsentative Höhenwerte der beschichteten Bipolarplatten werden zum Beispiel nach Änderungen an der Beschichtungsanlage ermittelt. Vorzugsweise wird nach jeder Neueinrichtung der Fertigungslinie für die hiermit gefertigten Platten ein repräsentativer Platten-Höhenwert ermittelt, ohne dass jede Platte der so produzierten Platten zur Ermittlung eines individuellen Höhenwerts gesondert vermessen wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist das Herstellungssystem zum Ausführen wenigstens einer der folgenden Maßnahmen eingerichtet, um die Höhenwerte maschinell auslesbar zu hinterlegen:
    1. I. Abspeichern in einer internen Speichereinrichtung des Herstellungssystems;
    2. II. Abspeichern in einer externen Speichereinrichtung (zum Beispiel einer Cloud-Speichereinrichtung und/oder einer außerhalb des Herstellungssystems positionierten Speichereinrichtung, auf die per kabelloser oder kabelgebundener Datenverbindungen zugegriffen wird), wobei das Herstellungssystem dazu eingerichtet ist, zwecks Auslesen der Höhenwerte auf die externe Speichereinrichtung zuzugreifen;
    3. III. Kodieren eines Höhenwerts in einer maschinell auslesbaren Kodierung, die an wenigstens einer der Komponenten angebracht ist;
    4. IV. Kodieren einer Verknüpfung zu einem Speicherort eines Höhenwerts in einer maschinell auslesbaren Kodierung, die an wenigstens einer der Komponenten angebracht ist.
  • Insbesondere im Kontext der Maßnahmen I. und II. kann das Herstellungssystem dazu eingerichtet sein, eine Komponente individuell zu identifizieren und einem mit der Komponente assoziierten Identifizierer (zum Beispiel in Form eines Datenelements oder Dateneintrags) innerhalb der Speichereinrichtung den Höhenwert dieser Komponente zuzuordnen. Das identifizieren kann durch maschinelles Auslesen eines an der Komponente angebrachten Informationsträgers erfolgen. Dieser Informationsträger kann derselbe Informationsträger sein, mit dem gemäß hier offenbarter Ausführungsformen auch der Höhenwert verknüpft wird. Alternativ kann es sich um einen zusätzlichen Informationsträger handeln, der insbesondere ausschließlich der Identifizierung der Komponente dient und nicht zu einem Verknüpfen mit dem Höhenwert verwendet wird. Insbesondere kann der Informationsträger eine Kodierung gemäß jeglicher hierin offenbarter Varianten umfassen.
  • Im Kontext der Maßnahme III. kann der Höhenwert zum Beispiel als maschinell auslesbarer (gegebenenfalls aber verschlüsselter oder umzurechnender) Wert in der Kodierung kodiert und dadurch hinterlegt sein.
  • Im Kontext der Maßnahme IV. kann die Verknüpfung zum Beispiel in maschinell auslesbarer (gegebenenfalls aber verschlüsselter oder umzurechnender) Form in der Kodierung kodiert und dadurch hinterlegt sein. Der Speicherort kann von einer internen Speichereinrichtung des Herstellungssystems oder von einer externen Speichereinrichtung umfasst sein.
  • Jegliche hier offenbarte Kodierung kann eine Beschriftung und/oder ein Muster umfassen. Das Muster kann wiederum als Strichcode, 2D-Code, wie Data-Matrix-Code oder QR-Code, Farbmuster, Stanzmuster und/oder Prägemuster ausgestaltet sein. Der Informationsträger kann zum Beispiel eine entfernbare Komponente (zum Beispiel Aufkleber) oder eine Fläche der Komponente sein, wobei die Komponente oder Fläche die Kodierung aufweist (zum Beispiel, da sie mit einem entsprechenden Muster bedruckt oder geprägt sind). Alternativ oder zusätzlich kann die Kodierung in einem Chip hinterlegt sein, der als Informationsträger dient und insbesondere ein RFID-Chip ist.
  • Eine Weiterbildung sieht vor, dass zumindest die Maßnahmen a) und c) in unterschiedlichen Einrichtungen und/oder an unterschiedlichen Fertigungsstationen (oder auch in unterschiedlichen Fertigungslinien) des Herstellungssystems ausgeführt werden. Diese Einrichtungen und/oder Fertigungsstationen können räumlich getrennt sein und optional in unterschiedlichen Betrieben oder Fabriken lokalisiert sein. Beispielsweise kann ein Zulieferer, der die Komponenten herstellt, die Maßnahme a) durchführen, wohingegen ein Hersteller des elektrochemischen Systems die Maßnahme c) und gegebenenfalls auch b) ausführen kann. Dies ermöglicht ein effizientes Verteilen der Maßnahmen a) - c) entlang einer Fertigungskette und insbesondere an Positionen entlang dieser Fertigungskette, an denen das Durchführen der Maßnahmen mit geringem Aufwand möglich ist.
  • Das Herstellungssystem ist vorzugsweise für eine Fertigung einer Mehrzahl von Stapeln oder auch vollständigen elektrochemischen Systemen mit derartigen Stapeln eingerichtet. Insbesondere kann das Herstellungssystem für eine serielle Fertigung von Stapeln oder vollständigen elektrochemischen Systemen eingerichtet sein, zum Beispiel umfassend Stückzahlen von mehreren 50 oder mehr als 500 pro Tag.
  • Beispielsweise wird gemäß einer weiteren Ausführungsform die Maßnahme a) für eine Vielzahl von Komponenten ausgeführt, aus denen prinzipiell mehrere Stapel zur Herstellung einer Mehrzahl von elektrochemischen Systemen herstellbar sind. Dies verdeutlicht, dass gemäß einigen Ausführungsformen bei der Stapelherstellung im Schritt c) Komponenten für einen konkreten Stapel individuell anhand ihrer Höhenwerte zum Erzielen der Soll-Höhe bedarfsgereicht ausgewählt werden können. Nicht ausgewählte Komponente können für das Herstellen weiterer Stapel verwendet werden.
  • Alternativ ist es möglich, aber nicht zwingend vorgesehen, sämtliche Komponenten, die in einem Stapel zu verbauen sind, vorab festzulegen und anhand ihrer Höhenwerte z.B. lediglich Ausgleichselemente oder Blindzellen auszuwählen, nicht jedoch aber die zu verbauenden Komponenten selbst.
  • Bei einer Ausführungsform ist das Herstellungssystem dazu eingerichtet, eine erforderliche Anzahl von Höhen-Ausgleichselementen zu ermitteln, die in dem Stapel zum Erreichen der Soll-Höhe anzuordnen sind, wobei die Anzahl null, eins oder mehr als eins betragen kann. Die Höhen-Ausgleichselemente können eine identische Höhe aufweisen, sodass deren Anzahl ein entsprechendes Mehrfaches dieser Höhe als Gesamthöhe einer Gruppe von Ausgleichselementen definiert.
  • Zusätzlich oder alternativ ist das Herstellungssystem dazu eingerichtet, eine erforderliche Höhenabmessung von wenigstens einem Höhen-Ausgleichselement zu ermitteln, das in dem Stapel zum Erreichen der Soll-Höhe des Stapels anzuordnen ist.
  • Sowohl bei einem flexiblen Ermitteln der Anzahl von Höhen-Ausgleichselementen als auch von deren Höhenabmessung, kann die Anzahl bzw. die Höhenabmessung anhand einer aktuellen Ist-Höhe des bisher hergestellten Teilstapels errechnet werden. Die Ist-Höhe des Stapels kann beispielsweise durch Aufsummierung der Höhenwerte der bisher übereinander gestapelten Komponenten gewonnen werden. Die Ist-Höhe des Stapels kann insbesondere nach Fertigstellung des Stapels der Komponenten errechnet werden und/oder nach Übereinanderstapeln sämtlicher zum Beispiel alternierend gestapelter Komponenten des Kernstapels. Insbesondere kann die erforderliche Höhenabmessung und/oder die Anzahl der Höhen-Ausgleichselemente auf Basis einer Differenz der Ist-Höhe und der Soll-Höhe ermittelt werden und insbesondere dieser Differenz entsprechen bzw. diese ausgleichen.
  • Zusammengefasst kann sowohl die erforderliche Anzahl von Höhen-Ausgleichselementen als auch eine etwaige Höhenabmessung von wenigstens einem Höhen-Ausgleichselement unter Berücksichtigung der ausgelesenen Höhenwerte der Komponenten ermittelt werden.
  • Mittels diesen Varianten kann ein passgenaues Höhen-Ausgleichselement und/oder eine geeignete Anzahl von Höhen-Ausgleichselementen flexibel gewählt werden und insbesondere individuell für jeden Stapel gewählt werden, sodass die Soll-Höhe zuverlässig erreicht wird.
  • Die Höhen-Ausgleichselemente können allgemein elektrochemisch inaktive Elemente sein. Sie können ebene oder unebene plattenförmige Bauteile sein, deren Grundfläche zum Beispiel im Wesentlichen einer Grundfläche des Stapels entspricht (zum Beispiel nicht mehr als 45 % hiervon abweicht). Die Höhen- Ausgleichselemente können beispielsweise eine maximale Höhe von 3 cm aufweisen, vorzugsweise jedoch eine maximale Höhe von 1,5 cm, von 0,8 cm oder auch eine maximale Höhe von 0,4 cm.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das Herstellungssystem dazu eingerichtet sein, eine erforderliche Anzahl von elektrochemisch inaktiven Blindzellen zu ermitteln, die in dem Stapel zum Erreichen einer Soll-Höhe des Stapels anzuordnen sind, wobei die Anzahl null, eins oder mehr als eins betragen kann. Die elektrochemisch inaktiven Blindzellen können gleichartige Abmessungen und insbesondere eine gleiche Höhe aufweisen, wie elektrochemisch aktive Zellen.
  • Die elektrochemisch inaktiven Blindzellen können bespielhafte andere in dem Stapel enthaltene Komponenten und von den elektrochemisch aktiven Zellen verschieden sein. Insbesondere kann eine Vielzahl von elektrochemisch aktiven Zellen in dem Stapel übereinandergestapelt werden (zum Beispiel alternierend mit wenigstens einer anderen Art von Komponente), wohingegen die Blindzellen auf einen Kernstapel mit mehreren aktiven Zellen aufgestapelt werden können. Beispielsweise kann eine Blindzelle keine Membran-Elektrodenanordnungen (MEA) oder keine Gasdiffusionslage aufweisen, darüber hinaus aber sämtliche anderen Bestandteile elektrochemisch aktiver Zellen des Stapels.
  • Sowohl die Höhenausgleichselemente als auch die Blindzellen können Mediendurchgangsöffnungen, die eine Mediendurchführung in Stapelrichtung ermöglichen, aufweisen oder auch nur für einen Teil der Medien entsprechende Mediendurchgangsöffnungen oder aber auch keine Mediendurchgangsöffnungen, z. B. je nach ihrer Position im elektrochemischen System.
  • Die Anzahl von Blindzellen kann analog zu jeglicher hierin offenbarten Variante zum Ermitteln der Anzahl von Höhen-Ausgleichselementen ermittelt werden, also insbesondere unter Berücksichtigung der ausgelesenen Höhenwerte von Komponenten des Stapels.
  • Gemäß bekannten Ansätzen aus dem Stand der Technik kann das Herstellungssystem dazu eingerichtet sein, den Stapel nach Übereinanderstapeln sämtlicher Komponenten einschließlich etwaiger Höhen-Ausgleichselemente und/oder Blindzellen zu verspannen. Hierfür können zum Beispiel Bänder (insbesondere Metallbänder) oder anderweitige den Stapel zumindest abschnittsweise umschließende oder daran anliegende Spannelemente verwendet werden. Diese können an dem und um den Stapel festgezogen werden und somit die von diesem umfassten Komponenten verspannen. Zusätzlich oder alternativ können Spannkräfte mittels Schraubbolzen, Schrauben und/oder Federn erzeugt werden.
  • Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Herstellungssystem dazu eingerichtet ist, den Stapel erst dann zu verspannen, nachdem die etwaigen Höhen-Ausgleichselemente und/oder die etwaigen Blindzellen darin angeordnet wurden. Insbesondere kann der Stapel dann erstmalig verspannt werden. Weiter kann es sich um das einzige Verspannen des Stapels handeln, zum Beispiel bevor dieser das Herstellungssystem verlässt oder, mit anderen Worten, bevor dessen Herstellung durch das Herstellungssystem beendet ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann demnach nicht vorgesehen sein, den Stapel mehrfach iterativ zu verspannen und die Verspannung wieder zu lösen, um Höhen-Ausgleichselemente und/oder Blindzellen so lange zu variieren, bis eine Soll-Höhe erreicht wurde. Stattdessen wird vorliegend ein zuverlässiges Erzielen der Soll-Höhe gewährleistet, sodass auch ohne eine optionale abschließende Messung der tatsächlichen Ist-Höhe des Stapels dieser direkt sowie einmalig und final verspannt werden kann. Dies reduziert den Zeitaufwand der Stapelherstellung und dadurch eine Belegung einer etwaigen Stapelvorrichtung des Herstellungssystems entsprechend. Nichtsdestotrotz ist es möglich, dass auch mit dem vorliegenden Herstellungssystem der Stapel mehrfach verspannt und die Verspannung wieder gelöst wird, nicht jedoch um die Zusammensetzung des Stapels zu verändern.
  • Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Herstellungssystem dazu eingerichtet ist, eine Mehrzahl von Komponenten unter Berücksichtigung ihrer (ausgelesenen) Höhenwerte zum Herstellen des Stapels auszuwählen. Insbesondere können diese Komponenten aus einer Vielzahl von Komponenten ausgewählt werden, die prinzipiell zum Herstellen einer Mehrzahl von Stapeln für eine entsprechende Mehrzahl elektrochemischer Systeme verwendbar sind. Beispielsweise kann einer Stapelvorrichtung eine entsprechende Vielzahl von Komponenten bereitgestellt werden, woraufhin die Stapelvorrichtung vorab oder während des Stapelns zumindest einzelne Komponenten auswählt, um die Soll-Höhe eines fertigen Stapels zuverlässig zu erreichen.
  • Wenn das Herstellungssystem zum Beispiel feststellt, dass eine optional ermittelte extrapolierte finale (und/oder erwartete) Höhe eines fertig hergestellten Stapels nicht der Soll-Höhe entspricht, kann durch gezielte Auswahl von Komponenten und unter Berücksichtigung von deren Höhenwerten flexibel gegengesteuert werden. Dies ermöglicht ein vorausschauendes Auswählen von Komponenten und flexibles Herstellen des Stapels, mit dem ein zuverlässiges Erreichen der Soll-Höhe möglich ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung werden die Komponenten zur Herstellung eines gemeinsamen Anteils des herzustellenden Stapels, d.h. eines Teilstapels, ausgewählt, und zwar derart, dass eine Soll-Höhe dieses gemeinsamen Anteils erreicht wird, insbesondere wobei der gemeinsame Anteil wenigstens ein Paar von Komponenten umfasst, von denen eine Vielzahl in einem übergeordneten (Kern-) Stapel oder, mit anderen Worten, innerhalb des Stapels alternierend gestapelt wird. In diesem Fall kann also bereits ein Erzielen einer Soll-Höhe des gemeinsamen Anteils (und nicht nur des vollständigen Stapels) durch das Herstellungssystem überwacht und durch eine geeignete Komponentenauswahl sichergestellt werden.
  • Auch in diesem Fall kann eine extrapolierte Höhe des gemeinsamen Anteils zum Beispiel auf Basis der bisher für diesen Anteil ausgewählten Komponenten errechnet werden und kann wenigstens eine weitere Komponente anhand ihres Höhenwerts derart ausgewählt werden, dass die daraufhin extrapolierte Höhe der Soll-Höhe entspricht. Zusätzlich oder alternativ kann eine Differenz einer Ist-Höhe von bisher für den gemeinsamen Anteil ausgewählten Komponenten zu einer Soll-Höhe dieses gemeinsamen Anteils ermittelt werden und kann daraufhin wenigstens eine weitere Komponente anhand ihres Höhenwertes zum Erreichen der Soll-Höhe ausgewählt werden.
  • Wenn der gemeinsame Anteil nur ein Paar von Komponenten umfasst, von denen eine Vielzahl in einem übergeordneten Kernstapel oder, mit anderen Worten, innerhalb des Stapels alternierend gestapelt wird, kann insbesondere Paar-für-Paar das Erreichen der jeweiligen Soll-Höhe gewährleistet werden. Eine Komponente des Paares mit einem zum Beispiel unterdurchschnittlichen Höhenwert kann mit einer gezielt ausgewählten weiteren Komponente kombiniert werden, die einen entsprechend überdurchschnittlichen Höhenwert aufweist, sodass deren jeweilige Höhenwert-Abweichungen sich ausgleichen. Derartige ausgleichende Effekte können auch für andere gemeinsame Anteile zum Beispiel umfassend mehrere Paare von Komponenten, von denen eine Vielzahl in einem übergeordneten Kernstapel oder, mit anderen Worten, innerhalb des Stapels alternierend gestapelt wird, erzielt werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist das Herstellungssystem dazu eingerichtet, insbesondere während der Herstellung des Stapels einen Ist-Höhenwert des zumindest teilweise hergestellten Stapels, d.h. eines Teilstapels, zu ermitteln und insbesondere fortlaufend zu ermitteln. Dies kann ein fortlaufendes Aktualisieren des Ist-Höhenwerts zum Beispiel nach einem jeweiligen Anordnen einer weiteren Komponente in und/oder nach einem jeweiligen Auswählen einer weiteren Komponente für den Stapel umfassen.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das Herstellungssystem dazu eingerichtet sein, einen erwarteten extrapolierten Höhenwert des Stapels und insbesondere des fertig hergestellten Stapels zu ermitteln. Der erwartete extrapolierte Höhenwert kann insbesondere nach einem Verpressen des Stapels vorliegen. Zum Beispiel kann der erwartete extrapolierte Höhenwerte anhand der (insbesondere aufsummierten) Höhenwerte der bisher übereinandergestapelten Komponenten sowie anhand der Anzahl der noch verbleibenden übereinanderzustapelnden Komponenten berechnet werden. Zum optionalen Bestimmen eines Höhenwerts nach dem Verpressen kann zum Beispiel eine experimentell ermittelte erwartete Höhenkompression durch das Verpressen herangezogen werden.
  • Anhand des erwarteten extrapolierten Höhenwerts kann zum Beispiel abgeschätzt werden, ob bei einem weiteren Übereinanderstapeln einer aktuellen Komponenten-Charge die Soll-Höhe realistisch erreichbar ist oder ob zum Beispiel eine andere Komponenten-Charge anzufordern ist. Allgemein kann anhand des erwarteten extrapolierten Höhenwerts auch ermittelt, welche Komponenten auszuwählen sind, um die Soll-Höhe noch zu erreichen (sh. unten).
  • Entsprechend kann vorgesehen sein, dass der Ist-Höhenwert und/oder der erwartete extrapolierte Höhenwert auf Basis einer Aufsummierung der Höhenwerte der bisher übereinandergestapelten Komponenten ermittelt wird.
  • Der Ist-Höhenwert und/oder der erwartete extrapolierte Höhenwert können insbesondere dazu verwendet werden, um Komponenten zum Herstellen des Stapels auszuwählen. Wenn zum Beispiel der Ist-Höhenwert und/oder der erwartete extrapolierte Höhenwert außerhalb eines zulässigen Bereichs liegen, kann wenigstens eine Komponente derart ausgewählt werden, dass der Ist-Höhenwert und/oder der erwartete extrapolierte Höhenwert die Differenz zum zulässigen Bereich verringert. Beispielsweise können in Bezug auf deren Höhenwert entsprechend übermäßige oder untermaßige Komponenten ausgewählt werden, um Abweichungen vom zulässigen Bereich zu kompensieren.
  • Gemäß einer Variante ist das elektrochemische System ein Brennstoffzellensystem und der Stapel umfasst wenigstens eine der folgenden Arten von Komponenten:
    • - Bipolarplatten, wobei zum Beispiel auf beiden Oberflächen der Bipolarplatten unterschiedliche Medien geführt werden und/oder wobei die Bipolarplatten jeweils gebildet sind aus zwei Separatorplatten, wobei die Separatorplatten zum Beispiel metallische Platten sind, insbesondere gefertigt durch Stanzen oder Prägen;
    • - Unipolarplatten, umfassend eine oder zwei Separatorplatten, insbesondere an einer untersten und/oder obersten Position in einem Teilstapel, der eine Mehrzahl von alternierend gestapelten Bipolarplatten und Zellen umfasst. Beispielsweise können die Unipolarplatten die alternierend gestapelten Bipolarplatten und Zellen, insbesondere alle alternierend gestapelten Bipolarplatten und Zellen, d.h. den Kernstapel, zwischen sich einschließen und in dem dadurch gebildeten Teilstapel eine unterste und oberste Position einnehmen;
    • - Endplattenbaugruppen, welche zum Beispiel Kanäle zur Zu- und/oder Abfuhr von Reaktanden, Reaktionsprodukten und/oder Kühlmitteln umfassen oder aufnehmen und/oder an denen zum Verspannen genutzte Bänder anliegen oder befestigt sind;
    • - Membran-Elektrodenanordnungen (MEA);
    • - Dichtungen;
    • - Gasdiffusionslagen, zum Beispiel jeweils umfassend ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffvlies;
    • - elektrochemische Zellen, jeweils umfassend eine MEA und wenigstens eine Gasdiffusionslage, insbesondere eine Gasdiffusionslage auf einer jeden Seite einer MEA.
  • Jegliche hierin erwähnte Separatorplatte kann eine metallische Lage zum Beispiel umfassend Stahl, insbesondere Edelstahl, Aluminium, Titan oder elektrisch leitfähige Komposit-Materialien, insbesondere Graphit-Komposit-Materialien, aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können bei jeglicher hierin erwähnten Separatorplatte insbesondere in einem elektrochemisch aktiven Bereich leitfähige Beschichtungen vorhanden sein, beispielsweise umfassend Graphit, Graphen, Chrom, Niob, Tantal oder Chrom-Nickellegierungen. Übliche Blechstärken zum Herstellen einer Separatorplatte liegen zwischen 50 und 200 Mikrometern, vorzugsweise zwischen 60 und 150 Mikrometern. Bei Komposit-Separatorplatten liegen die maximalen Dicken im Bereich von 150 bis 700 Mikrometern. Eine Bipolarplatte kann durch Verbinden von zwei Separatorplatten hergestellt werden und eine entsprechend vergrößerte Gesamthöhe aufweisen.
  • In allgemein bekannter Weise können die Separatorplatten und insbesondere daraus hergestellte Bipolarplatten dazu eingerichtet sein, elektrochemische Zellen voneinander zu trennen und diese mit Medien zu versorgen.
  • Gemäß einer anderen Variante ist das elektrochemische System ein Elektrolyseur und der Stapel umfasst wenigstens eine der folgenden Arten von Komponenten:
    • - Separatorplatten, insbesondere zwischen elektrochemischen Zellen des Systems und/oder zwischen einer elektrochemischen Zelle und einer Endplattenbaugruppe, wobei die Separatorplatten zum Beispiel metallische Platten sein können, insbesondere gefertigt durch Stanzen oder Prägen;
    • - elektrochemische Zellen, jeweils umfassend mindestens eine protonendurchlässige Membran sowie ggf. eine oder mehrere Gasdiffusionslagen und/oder eine oder mehrere Transportlagen;
    • - Endplattenbaugruppen, welche zum Beispiel Kanäle zur Zu- und/oder Abfuhr von Reaktanden und/oder Reaktionsprodukten umfassen oder aufnehmen und/oder an denen zum Verspannen genutzte Spannelemente anliegen oder durch diese geführt werden;
    • - protonendurchlässige Membranen;
    • - Rahmenelemente;
    • - Dichtelemente;
    • - Gasdiffusionslagen, zum Beispiel jeweils umfassend ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffvlies;
    • - Transportlagen, auch bezeichnet als poröse Transportschicht (eng.: porous transport layer, PTL).
  • Gemäß einer weiteren Variante ist das elektrochemische System ein elektrochemischer Kompressor oder eine Redox-Flow-Batterie .
  • Bei einer Ausführungsform umfasst der Stapel Bipolarplatten oder einlagige Separatorplatten, wie z.B. Unipolarplatten, als Komponenten, wobei sich die Höhenwerte dieser Komponenten auf wenigstens einen der folgenden Zustände beziehen:
    • - Höhe (Dicke) des verwendeten Ausgangsmaterials zur Herstellung der Einzelplatten zur Herstellung der Bipolarplatten;
    • - Höhe im Anschluss an ein Prägen und/oder Zuschneiden von Einzelplatten zur Herstellung der Bipolarplatten oder Prägen und/oder Zuschneiden der Separatorplatten;
    • - Höhe im Anschluss an ein Verbinden der Einzelplatten zur Herstellung der Bipolarplatten;
    • - Höhe im Anschluss an ein Beschichten der Bipolar- oder Separatorplatten, zum Beispiel mit einer leitfähigen Beschichtung der vorstehend erläuterten Art;
    • - Höhe im Anschluss an ein Aufbringen einer Dichtung auf die Bipolar- oder Separatorplatten.
  • Bei dem zweiten Zustand können insbesondere herstellungsbedingte Einflüsse und insbesondere Einflüsse gewählter Werkzeuge in den Höhenwert einfließen und dadurch berücksichtigt werden.
  • Bei dem dritten Zustand können insbesondere Einflüsse des Verbindungsprozesses in den Höhenwert einfließen und dadurch berücksichtigt werden.
  • Bei dem vierten Zustand können insbesondere Einflüsse des Beschichtungsprozesses und/oder eines hierfür verwendeten Materials in den Höhenwert einfließen und dadurch berücksichtigt werden.
  • Bei dem fünften Zustand können insbesondere Toleranzen der Dichtung und/oder Einflüsse von deren Montage- bzw. Aufbringprozess in den Höhenwert einfließen und dadurch berücksichtigt werden.
  • In jedem der aufgezeigten Zustände kann die Aussagekraft eines für die Komponenten jeweils ermittelten Höhenwerts gesteigert und somit die Zuverlässigkeit des Erreichens einer Soll-Höhe verbessert werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung umfasst der Stapel MEAs und Gasdiffusionslagen als Komponenten (und insbesondere daraus gebildete elektrochemische Zellen), wobei sich die Höhenwerte dieser Komponenten auf wenigstens einen der folgenden Zustände beziehen:
    • - Höhe im Anschluss an ein Zuschneiden der Gasdiffusionslagen;
    • - Höhe der verwendeten MEA;
    • - Höhe im Anschluss an Aneinanderfügen von jeweils einer der MEAs und einer oder zweier Gasdiffusionslagen (und dadurch zum Beispiel Herstellen einer elektrochemischen Zelle), bevor diese im aneinandergefügten Zustand in dem herzustellenden Stapel angeordnet werden.
  • Bei dem ersten Zustand können insbesondere Chargeneinflüsse eines Materials, aus dem die Gasdiffusionslage hergestellt ist, in den Höhenwert einfließen und dadurch berücksichtigt werden.
  • Bei dem zweiten Zustand können insbesondere Chargeneinflüsse eines oder mehrerer Materialien, aus dem die MEA hergestellt ist, in den Höhenwert einfließen und dadurch berücksichtigt werden.
  • Bei dem dritten Zustand können insbesondere sowohl Chargeneinflüsse von wenigstens einem Material, aus dem die Gasdiffusionslage und/oder die MEAs hergestellt sind, sowie Einflüsse von deren jeweiligen Herstellprozessen in den Höhenwert einfließen und dadurch berücksichtigt werden.
  • Auf diese Weise kann die Aussagekraft eines für die Komponenten jeweils ermittelten Höhenwerts gesteigert und somit die Zuverlässigkeit des Erreichens einer Soll-Höhe verbessert werden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren. Das Verfahren kann mittels eines Herstellungssystems gemäß jeglichem der hier offenbarte Aspekte ausgeführt werden. Sämtliche Varianten und Weiterbildungen, die im Kontext des Herstellungssystems offenbart sind, gelten für das Verfahren ebenfalls, insbesondere in Zusammenhang mit im Vergleich zu dem Herstellungssystem gleichen oder gleichartigen Merkmalen.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß den folgenden Aspekten:
    1. 1. Verfahren zum Herstellen wenigstens eines elektrochemischen Systems, das einen Stapel aus einer Mehrzahl verschiedenartiger Komponenten umfasst, die entlang einer Stapelachse des Stapels übereinandergestapelt sind, wobei sich eine Höhendimension einer jeden Komponente entlang der Stapelachse erstreckt, wobei das Verfahren umfasst:
      1. a) Ermitteln und maschinell auslesbares Hinterlegen von Höhenwerten für eine Vielzahl der Komponenten;
      2. b) automatisiertes Auslesen der Höhenwerte von zumindest ausgewählten der Komponenten; und
      3. c) automatisiertes Herstellen eines Stapels aus mehreren dieser Komponenten und unter Berücksichtigung der hierfür ausgelesenen Höhenwerte, und zwar derart, dass eine Soll-Höhe des Stapels erzielt wird.
    2. 2. Verfahren nach Aspekt 1, ferner umfassend:
      • - individuelles Ermitteln des jeweiligen Höhenwerts von zumindest ausgewählten der Komponenten.
    3. 3. Verfahren nach Aspekt 2, wobei das individuelle Ermitteln umfasst:
      • - individuelles Messen des Höhenwerts; und/oder
      • - individuelle Berechnung des Höhenwerts, insbesondere in Abhängigkeit einer individuellen Zusammensetzung der Komponente aus Vorerzeugnissen.
    4. 4. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 3, ferner umfassend:
      • - Ermitteln eines repräsentativen Höhenwerts für zumindest eine der Art von Komponenten, der für eine Mehrzahl von Komponenten dieser Art hinterlegt wird.
    5. 5. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 4, wobei das maschinell auslesbare Hinterlegen wenigstens eine der folgenden Maßnahmen umfasst:
      1. I. Abspeichern in einer internen Speichereinrichtung des Herstellungssystems;
      2. II. Abspeichern in einer externen Speichereinrichtung, wobei das Herstellungssystem dazu eingerichtet ist, zwecks Auslesen der Höhenwerte auf die externe Speichereinrichtung zuzugreifen;
      3. III. Kodieren eines Höhenwerts in einer maschinell auslesbaren Kodierung, die an wenigstens einer der Komponenten angebracht ist;
      4. IV. Kodieren einer Verknüpfung zu einem Speicherort eines Höhenwerts in einer maschinell auslesbaren Kodierung, die an wenigstens einer der Komponenten angebracht ist.
    6. 6. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 5, wobei zumindest die Maßnahmen a) und c) in unterschiedlichen Einrichtungen und/oder an unterschiedlichen Fertigungsstationen eines Herstellungssystems zum Herstellen des elektrochemischen Systems ausgeführt werden.
    7. 7. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 6, wobei die Maßnahme a) für eine Vielzahl von Komponenten ausgeführt wird, aus denen prinzipiell mehrere Stapel zur Herstellung einer Mehrzahl von elektrochemischen Systemen herstellbar sind.
    8. 8. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 7, ferner umfassend:
      • - Ermitteln einer erforderlichen Anzahl von Höhen-Ausgleichselementen, die in dem Stapel zum Erreichen der Soll-Höhe anzuordnen sind, wobei die Anzahl null, eins oder mehr als eins betragen kann.
    9. 9. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 8, ferner umfassend:
      • - Ermitteln einer erforderlichen Höhenabmessung von wenigstens einem Höhen-Ausgleichselement, das in dem Stapel zum Erreichen einer Soll-Höhe des Stapels anzuordnen ist.
    10. 10. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 9, ferner umfassend:
      • - Ermitteln einer erforderlichen Anzahl von elektrochemisch inaktiven Blindzellen, die in dem Stapel zum Erreichen einer Soll-Höhe des Stapels anzuordnen sind, wobei die Anzahl null, eins oder mehr als eins betragen kann.
    11. 11. Verfahren nach einem der Aspekte 8 oder 9 und/oder nach Aspekt 10, ferner umfassend:
      • - Verspannen des Stapels erst dann, nachdem die etwaigen Höhen-Ausgleichselemente nach einem der Aspekte 8 oder 9 in dem Stapel angeordnet wurden und/oder nachdem die etwaigen Blindzellen nach Aspekt 10 in dem Stapel angeordnet wurden.
    12. 12. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 11, ferner umfassend:
      • - Auswählen einer Mehrzahl von Komponenten unter Berücksichtigung Ihrer Höhenwerte zum Herstellen des Stapels.
    13. 13. Verfahren nach Aspekt 12, wobei die Komponenten zur Herstellung eines gemeinsamen Anteils des Stapels ausgewählt werden, und zwar derart, dass eine Soll-Höhe dieses gemeinsamen Anteils erreicht wird, insbesondere wobei der gemeinsame Anteil wenigstens ein Paar Komponenten, von denen eine Vielzahl innerhalb des Stapels alternierend gestapelt wird, umfasst.
    14. 14. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 13, ferner umfassend:
      • - Ermitteln, während der Herstellung des Stapels, eines Ist-Höhenwerts des zumindest teilweise hergestellten Stapels und/oder eines erwarteten extrapolierten Höhenwerts des fertig hergestellten Stapels, wobei der erwartete extrapolierte Höhenwert insbesondere nach einem Verpressen des Stapels vorliegt.
    15. 15. Verfahren nach Aspekt 14, wobei der Ist-Höhenwert und/oder der erwartete extrapolierte Höhenwert auf Basis einer Aufsummierung der Höhenwerte der bisher übereinandergestapelten Komponenten ermittelt wird bzw. werden.
    16. 16. Verfahren nach Aspekt 12 und einem der Aspekte 14 und 15, wobei die Komponenten unter Berücksichtigung des Ist-Höhenwerts und/oder des extrapolierten erwarteten Höhenwerts ausgewählt werden.
    17. 17. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 16, wobei das elektrochemische System ein Brennstoffzellensystem ist und der Stapel wenigstens eine der folgenden Arten von Komponenten umfasst:
      • - Bipolarplatten, insbesondere gebildet aus zwei Separatorplatten;
      • - Unipolarplatten, umfassend eine oder zwei Separatorplatten, insbesondere an einer untersten und/oder obersten Position in einem Stapel, der eine Mehrzahl von alternierend gestapelten Bipolarplatten und Zellen umfasst;
      • - Endplattenbaugruppen;
      • - Membran-Elektrodenanordnungen (MEA);
      • - Dichtungen;
      • - Gasdiffusionslagen;
      • - elektrochemische Zellen, jeweils umfassend eine MEA und wenigstens eine Gasdiffusionslage.
    18. 18. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 16, wobei das elektrochemische System ein Elektrolyseur ist und der Stapel wenigstens eine der folgenden Arten von Komponenten umfasst:
      • - Separatorplatten, insbesondere zwischen elektrochemischen Zellen des Systems und/oder zwischen einer elektrochemischen Zelle und einer Endplattenbaugruppe;
      • - elektrochemische Zellen, jeweils umfassend mindestens eine protonendurchlässige Membran sowie ggf. eine oder mehrere Gasdiffusionslagen und/oder, eine oder mehrere Transportlagen;
      • - Endplattenbaugruppen;
      • - protonendurchlässige Membranen;
      • - Rahmenelemente;
      • - Dichtelemente;
      • - Gasdiffusionslagen;
      • - Transportlagen.
    19. 19. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 16, wobei das elektrochemische System ein elektrochemischer Kompressor oder eine Redox-Flow-Batterie ist.
    20. 20. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte 1 bis 19, wobei der Stapel Bipolarplatten oder einlagige Separatorplatten, wie z.B. Unipolarplatten, als Komponenten umfasst, wobei sich die Höhenwerte dieser Komponenten auf wenigstens einen der folgenden Zustände beziehen:
      • - Höhe (Dicke) des verwendeten Ausgangsmaterials zur Herstellung der Einzelplatten zur Herstellung der Bipolarplatten;
      • - Höhe im Anschluss an ein Prägen und/oder Zuschneiden von Einzelplatten zur Herstellung der Bipolarplatten oder Prägen und/oder Zuschneiden der Separatorplatten;
      • - Höhe im Anschluss an ein Verbinden der Einzelplatten zur Herstellung der Bipolarplatten;
      • - Höhe im Anschluss an ein Beschichten der Bipolar- oder Separatorplatten;
      • - Höhe im Anschluss an ein Aufbringen einer Dichtung auf die Bipolar- oder Separatorplatten.
    21. 21. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte 1 bis 20, wobei der Stapel MEAs und Gasdiffusionslagen als Komponenten umfasst, wobei sich die Höhenwerte dieser Komponenten auf wenigstens einen der folgenden Zustände beziehen:
      • - Höhe im Anschluss an ein Zuschneiden der Gasdiffusionslagen;
      • - Höhe der verwendeten MEA;
      • - Höhe im Anschluss an Aneinanderfügen von jeweils einer der MEAs und einer oder zweier Gasdiffusionslagen, bevor diese im aneinandergefügten Zustand in dem herzustellenden Stapel angeordnet werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Figurenübergreifend können für gleiche oder gleichartige Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
    • 1 zeigt ein Brennstoffzellensystem, das mit einem Herstellungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung herstellbar ist.
    • 2 zeigt ein Herstellungssystem sowie einen hiervon ausgeführten Herstellungsprozess gemäß einem Beispiel aus dem Stand der Technik.
    • 3 zeigt ein Herstellungssystem sowie ein hiervon ausgeführtes Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 3a zeigt eine alternative Variante eines Teils des Herstellungssystems von 3.
    • 3b zeigt eine weitere alternative Variante eines Teils des Herstellungssystems von 3.
    • 4 zeigt ein Herstellungssystem sowie ein hiervon ausgeführtes Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • In 1 ist ein Brennstoffzellensystem 10 in einer Schnitteinsicht gezeigt. Die Schnittebene enthält eine nachstehend erläuterte Stapelachse S. Das Brennstoffzellensystem 10 ist mit einem Herstellungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie mit einem hier offenbarten Verfahren herstellbar. Das Brennstoffzellensystem 10 ist ein Beispiel eines elektrochemischen Systems.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst eine Mehrzahl von alternierend aufeinander oder, mit anderen Worten, übereinander gestapelten Komponenten 12, 14. Nur ausgewählte der Komponenten 12, 14 sind mit einem eigenen Bezugszeichen versehen.
  • Das Stapeln erfolgt entlang einer Stapelachse S, die beispielhaft einer virtuellen Raumachse entspricht. Die Komponenten 12, 14 sind verschiedenartig, nämlich zum einen Bipolarplatten 12 und zum anderen elektrochemische Zellen 14, wie durch voneinander abweichende Schraffuren gekennzeichnet. Die Bipolarplatten 12 sind jeweils aus nicht gesondert dargestellten Separatorplatten zusammengesetzt. Die elektrochemischen Zellen 14 umfassen jeweils eine nicht gesondert dargestellte MEA sowie beidseitig daran angebrachte Gasdiffusionslagen. Die elektrochemischen Zellen 14 sind jeweils durch eine Bipolarplatte 12 voneinander getrennt.
  • Die alternierend gestapelten Bipolarplatten 12 und elektrochemischen Zellen 14 bilden beispielsweise zwei Teilstapel 16a und 16b eines insgesamt herzustellenden und zu verspannenden Stapels 18, wobei auch die beiden Teilstapel 16a und 16b hier gemeinsam wiederum einen Teilstapel 16 bilden.
  • An einer untersten und obersten Position umfasst dieserTeilstapel 16 ferner Unipolarplatten 20, die mit gleich geneigter aber doppelt so dichter Schraffur wie die Bipolarplatten dargestellt sind. Diese schließen die Anordnung aus alternierend gestapelten Bipolarplatten 12 und elektrochemischen Zellen 14 zwischen sich ein.
  • Der Stapel 18 weist ferner zwei Endplattenbaugruppen 22 auf, die den ersten Teilstapel 16 sowie die Unipolarplatten 20 zwischen sich einschließen sowie entlang der Stapelachse S einander gegenüberliegen. Lediglich beispielhaft sind die Endplattenbaugruppen 22 mehrteilig aufgebaut, sie können beispielsweise Stromabnehmerplatten, Isolationsplatten und/oder Fluidzuführplatten aufweisen.
  • Nicht dargestellt sind optionale Höhen-Ausgleichselemente und Blindzellen, wie nachstehend noch näher erläutert. Diese können unterhalb von und insbesondere in Kontakt mit der oberen Endplattenbaugruppe 22 positioniert werden.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst auch ein Verspannsystem 24. Dieses wirkt mit wenigstens einem entlang der oberen Endplattenbaugruppen 22 geführten Metallband 26 zusammen. Es kann auch eine Mehrzahl von Metallbändern 26 vorgesehen sein, die senkrecht zur Bildebene vor und/oder hinter dem dargestellten Metallband 26 angeordnet sind.
  • Das eigentliche Verspannsystem 24 umfasst Befestigungsbolzen 30, die mit einer Grundplatte 25 verschraubt sind. Die Befestigungsbolzen 30 sind direkt oder indirekt mit dem mindestens einen Metallband 26 verbunden, um eine Zugkraft auf das Metallband 26 aufzubringen.
  • Das Verspannsystem 24 umfasst schematisch dargestellte elastische Elemente 28, die zum Beispiel als Metallfedern ausgeführt sein können. Die elastischen Elemente 28 erstrecken sich zwischen einer Druckübertragungsplatte 23 und der Grundplatte 25 und stützen sich jeweils an diesen ab. Die elastischen Elemente 28 können eine Spannkraft erzeugen, die entgegen der Zugkraft des Metallbands 26 wirkt, um den Teilstapel 16 sicher zwischen den Endplattenbaugruppen 22 zu halten. Schließlich ist ein optionales Gehäuse 32 angedeutet, in dem das Brennstoffzellensystem 10 angeordnet werden kann.
  • Eine Höhenachse H des Brennstoffzellensystems 10 sowie der hiervon umfassten Bestandteile fällt mit der Stapelachse S zusammen. Entsprechend erstrecken sich die Höhenwerte zum Beispiel der Komponenten 12, 14 ebenfalls entlang der Höhenachse H und betreffen eine Dicke und/oder Materialstärke dieser Komponenten 12, 14.
  • Nach dem Verspannen soll das Brennstoffzellensystem 10 eine zulässige Soll-Höhe (d. h. Soll-Gesamthöhe) aufweisen. Mit der vorliegenden Erfindung wird ermöglicht, dass vorab und/oder flexibel während des Stapelns abgeschätzt werden kann, ob und/oder durch welche Maßnahmen diese Soll-Höhe erreichbar ist. Insbesondere kann das Erreichen einer Soll-Höhe des Stapels 18, der beide Endplattenbaugruppen 22 umfasst, als maßgeblicher Bestandteil der Soll-Gesamthöhe des Brennstoffzellensystems 10 im Fokus stehen und/oder zumindest das Erreichen einer Soll-Höhe des Teilstapels 16 (z. B. zuzüglich der unteren Endplattenbaugruppe 22 und/oder wenigstens einer der Unipolarplatten 20).
  • Für eine Erhöhung der Wahrscheinlichkeit, dass das Brennstoffzellensystem 10 eine zulässige Soll-Gesamthöhe nach einem Verspannen erreicht, ist es nicht wesentlich, auf welche der genannten Systemanteile (zum Beispiel Stapel 18 oder Teilstapel 16) sich die betrachtete Soll-Höhe bezieht. In sämtlichen Fällen kann eine entsprechende Erhöhung dieser Wahrscheinlichkeit erreicht werden. Je mehr Komponenten jedoch von dem Systemanteil umfasst sind, für den das Erreichen der Soll-Höhe in der hier offenbarten Weise überwacht und gewährleistet wird, desto höher kann die Wahrscheinlichkeit sein, dass auch eine Soll-Gesamthöhe des verspannten Brennstoffzellensystems 10 erreicht wird.
  • Anhand von 2 wird zunächst ein Herstellungssystem 34 gemäß einem konventionellen Ansatz des Standes der Technik erläutert, mit dem ein Brennstoffzellensystem 10 gemäß 1 herstellbar ist. Wie nachstehend aufgezeigt, ist mit diesem existierenden Ansatz kein vergleichbares vorausschauendes und/oder flexibles Stapeln zum Erreichen einer Soll-Höhe möglich.
  • Das Herstellungssystem 34 aus 2 umfasst eine Bipolarplatten-Fertigungslinie 36, eine Zellen-Fertigungslinie 38 und eine Stapelvorrichtung 40 (auch als Stacking-Maschine bezeichnet).
  • Im Folgenden werden Fertigungsschritte S1-S10 erläutert, die innerhalb dieser Fertigungslinien 36, 38 und der Stapelvorrichtung 40 ausgeführt werden. Die Nummerierung dieser Fertigungsschritte S1-S10 entspricht einer möglichen Reihenfolge der Ausführung dieser Schritte, ohne dass eine solche Reihenfolge zwingend ist. Insbesondere können die Bipolarplatten-Fertigungslinie 36 und Zellen-Fertigungslinie 38 derart parallel betrieben werden, dass auch deren Fertigungsschritte S1-S6 teilweise parallel und/oder zeitlich verschachtelt durchgeführt werden. Die vorstehend erläuterte Bedeutung der Nummerierung der Fertigungsschritte S1-S10 gilt auch für die weiteren 3, 3a, 3b und 4. Die genannten Fertigungsschritte müssen hierbei auch nicht erschöpfend sein, das Herstellverfahren kann weitere Fertigungsschritte umfassen, die hier aber nicht aufgeführt sind.
  • In der Bipolarplatten-Fertigungslinie 36 werden Bipolarplatten zum alternierenden Stapeln mittels der Stapelvorrichtung 40 hergestellt (siehe Bipolarplatten 12 in 1). Die Bipolarplatten sind aus Einzelplatten (zum Beispiel einlagigen Separatorplatten) zusammengesetzt. In einem ersten Fertigungsschritt S1 werden diese Einzelplatten zum Beispiel aus einem großformatigen Blech ausgeschnitten und durch Prägen mit einem Höhenprofil versehen. Das Blech kann zum Beispiel als Rolle (bzw. Coil) mit an die Einzelplatten angepasster Breite vorliegen und abschnittsweise abgewickelt werden. Das Scheiden des Bleches kann durch Stanzen erfolgen. In einem zweiten Fertigungsschritt S2 werden jeweils zwei dieser Einzelplatten zu einer Bipolarplatten verbunden, beispielsweise mittels Schweißen. In einem dritten Fertigungsschritt S3 werden die Bipolarplatten beispielsweise mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung beschichtet. Die auf diese Weise hergestellten und beschichteten Bipolarplatten werden zum Beispiel zusammengefasst als Fertigungscharge zu der Stapelvorrichtung 40 transportiert.
  • In der Zellen-Fertigungslinie 38 werden elektrochemische Zellen ebenfalls zum alternierenden Stapeln mittels der Stapelvorrichtung 40 hergestellt (siehe elektrochemische Zellen 14 in 1). Die elektrochemischen Zellen umfassen jeweils eine MEA, an der insbesondere beidseitig eine Gasdiffusionslage angeordnet ist. Entsprechend werden innerhalb der Zellen-Fertigungslinie 38 in einem Fertigungsschritt S4 die MEAs angeliefert und/oder angefertigt, insbesondere zugeschnitten. In einem Fertigungsschritt S5 werden die Gasdiffusionslagen zum Beispiel aus einem aufgerollten Materialstreifen einzeln ausgeschnitten. Anschließend erfolgt das Zusammenfügen einer jeweiligen MEA mit vorzugsweise zwei Gasdiffusionslagen (Schritt S6). Die auf diese Weise hergestellten elektrochemischen Zellen werden zum Beispiel zusammengefasst als Fertigungscharge zu der Stapelvorrichtung 40 transportiert.
  • Die Stapelvorrichtung 40, die zum Beispiel einen Industrieroboter umfassen kann, stapelt die angelieferten Bipolarplatten und elektrochemischen Zellen alternierend aufeinander (Schritt S7). Diese Komponenten werden einem jeweiligen Anlieferbereich entnommen. Typischerweise werden sie gemäß ihrer angelieferten Reihenfolge (zum Beispiel der Reihenfolge in einer Transportbox) entnommen und aufgestapelt. Eine Endplattenbaugruppe 22 aus 1 dient dabei als eine Stapel-Plattform oder auch Stapel-Unterlage.
  • Das Verspannsystem 24 kann bereits unterhalb der Endplattenbaugruppe 22 angeordnet sein oder nachträglich zu einer Eindplattenbaugruppe 22 benachbart angeordnet werden.
  • Wenn eine vorbestimmte Anzahl von Bipolarplatten und elektrochemischen Zellen alternierend aufgestapelt wurde, wird in einem Schritt S8 die zweite Endplattenbaugruppe 22 aus 1 auf den bisher hergestellten Teilstapel aufgebracht.
  • In einem darauffolgenden Schritt S9 wird der Stapel einschließlich der Endplattenbaugruppen verspannt und dadurch komprimiert. Anschließend wird eine Ist-Höhe des verspannten Stapels und somit des fertig hergestellten Brennstoffzellensystems vermessen. Diese Ist-Höhe wird mit einer Soll-Höhe verglichen. Liegt eine Abweichung dieser Höhen außerhalb eines zulässigen Bereichs, wird das Brennstoffzellensystem durch Lösen der Verspannung und teilweises Wiederabstapeln demontiert. Insbesondere wird zumindest die oberste Endplattenbaugruppe entfernt, um zum Beispiel unmittelbar darunter ein Höhen-Ausgleichselement einzubringen oder auszutauschen. Dies erfolgt insbesondere dann, wenn die Soll-Höhe unterschritten wurde.
  • Typischerweise wird die Anzahl der alternierend gestapelten Komponenten und/oder die Soll-Höhe des Brennstoffzellensystems derart gewählt, dass ein Überschreiten dieser Soll-Höhe unwahrscheinlich ist und zum Beispiel stets ein Höhen-Ausgleichslement mit iterativ zu ermittelnder Höhe einzubringen ist.
  • Aus dem Vorstehenden verdeutlicht sich, dass das bisherige Vorgehen eher iterativ als vorausschauend ist, und daher entsprechend zeitintensiv und ineffizient ist.
  • Im Folgenden werden Beispiele erfindungsgemäßer Herstellungssysteme 34 und hiervon ausgeführter Verfahren insbesondere unter Bezugnahmen auf die 3, 3a, 3b und 4 geschildert.
  • Diesen erfindungsgemäßen Beispielen ist gemein, dass tatsächliche Höhenwerte zumindest der alternierend gestapelten Komponenten ermittelt werden, insbesondere durch Messen oder durch Errechnen der Höhenwerte auf Basis von Messwerten. Bei einem Stapeln innerhalb der Stapelvorrichtung werden diese Höhenwerte verwendet, um den Stapelvorgang zwecks Erreichen einer Soll-Höhe individuell und flexibel zu steuern.
  • 3 zeigt eine erste Ausführungsform eines Herstellungssystem 34, welches wiederum eine Bipolarplatten-Fertigungslinie 36, eine Zellen-Fertigungslinie 38 und eine Stapelvorrichtung 40 umfasst. Für die hergestellten Bipolarplatten und elektrochemischen Zellen werden Höhenwerte ermittelt, die bei einem anschließenden Herstellen eines Stapels aus diesen Komponenten mittels der Stapelvorrichtung 40 berücksichtigt werden.
  • In der in 3 gezeigten Variante werden die Höhenwerte einer jeden Bipolarplatte individuell gemessen und/oder errechnet und hinterlegt. Die Bipolarplatten werden wie im Stand der Technik aus paarweise zusammengefügten Einzelplatten innerhalb der Bipolarplatten-Fertigungslinie 36 gefertigt. Für das Prägen und/oder Zuschneiden der Einzelplatten in einem Schritt S1 werden entsprechende Werkzeuge verwendet, beispielsweise Umform- oder Stanzwerkzeuge. Die Ist-Abmessungen der hiermit gefertigten Einzelplatten werden zum Beispiel bei einem Einrichten der Fertigungslinie bzw. zu Beginn der Fertigung nach Neueinrichtung der Fertigungslinie ermittelt.
  • Nach jeder Neueinrichtung der Fertigungslinie wird für die hiermit gefertigten Einzelplatten ein repräsentativer Einzelplatten-Höhenwert ermittelt, ohne dass jede Einzelplatte zur Ermittlung eines individuellen Höhenwerts gesondert vermessen wird.
  • Jede Einzelplatte verfügt über einen maschinell auslesbaren Informationsträger (zum Beispiel umfassend eine Seriennummer oder einen Data Matrix Code, DMC). Mit diesem Informationsträger wird der repräsentative Einzelplatten-Höhenwert verknüpft (z. B. indirekt durch Kodieren einer Speichereinrichtungs-Verknüpfung in einer Kodierung des Informationsträgers, wobei über die Verknüpfung auf den in der Speichereinrichtung gespeicherten Einzelplatten-Höhenwert zugegriffen werden kann). Alternativ wird der repräsentative Einzelplatten-Höhenwert direkt in dem Informationsträger hinterlegt (z.B. durch Kodieren des Einzelplatten-Höhenwerts in einer Kodierung des Informationsträgers).
  • Es ist zu beachten, dass wenigstens zwei unterschiedliche Arten von Einzelplatten gefertigt werden, nämlich Einzelplatten zum Ausbilden einer Anodenseite einer herzustellenden Bipolarplatte und Einzelplatten zum Ausbilden einer Kathodenseite einer herzustellenden Bipolarplatte. Insofern werden wenigtens zwei artenspezifische repräsentative Einzelplatten-Höhenwerte erhalten und entsprechend hinterlegt.
  • Werden innerhalb der Fertigungslinie die Werkzeuge zum Fertigen wenigstens einer der Einzelplatten-Arten gewechselt oder kommen mehrere Werkzeuge zum Fertigen wenigstens einer der Einzelplatten-Arten parallel zum Einsatz, können die Einzelplatten-Höhenwerte auch werkzeugspezifisch ermittelt werden. Die insgesamt hinterlegten Einzelplatten-Höhenwerte können demnach sowohl artenspezifisch als auch werkzeugspezifisch sein.
  • Zusätzlich oder alternativ können je nach verwendeter Charge von Ausgangsmaterialien (z.B. einer Blechrolle) chargenspezifische Einflüsse auf die Einzelplatten-Höhenwerte vorliegen. Somit können die repräsentativen Einzelplatten-Höhenwerte auch chargenspezifisch ermittelt und hinterlegt werden, beispielsweise in dem eine chargenspezifische Blechdicke berücksichtigt wird. Typischerweise resultieren aber größere Einflüsse auf die Höhenwerte und insbesondere eine Variation der Höhenwerte aus dem Prägeprozess der Einzelplatten. Eine jede Änderung eines der vorgenannten Faktoren kann sich signifikant auf den Einzelplatten-Höhenwert auswirken, so dass es angeraten ist, nach jeder solchen Änderung den repräsentativen Einzelplatten-Höhenwert erneut zu bestimmen, so dass dieser dann bis zur nächsten solchen Änderung repräsentativ ist.
  • In einem Schritt S2 werden zwei Einzelplatten zu einer Bipolarplatte verbunden. In diesem Zusammenhang werden die hinterlegten und optional arten-, werkzeug- und/oder chargenspezifischen und/oder von einem Einrichtungszustand der Fertigungslinie abhängigen repräsentativen Einzelplatten-Höhenwerte der kombinierten Einzelplatten automatisiert ausgelesen (zum Beispiel durch optisches und/oder elektromagnetisches Erfassen des Informationsträgers). Diese Einzelplatten-Höhenwerte werden zu einem vorläufigen Höhenwert der gebildeten Bipolarplatte aufaddiert und mit einem an der Bipolarplatte zusätzlich angebrachten maschinell auslesbaren Informationsträger verknüpft.
  • Nach einem Beschichten der Bipolarplatte (beispielsweise zumindest abschnittsweise im elektrochemisch aktiven Bereich) in einem Schritt S3 wird der vorläufige Bipolarplatten-Höhenwert mit einem zusätzlichen Beschichtungs-Höhenanteil beaufschlagt und als finaler Bipolarplatten-Höhenwert hinterlegt.
  • Wie nachstehend erläutert, könnte ein finaler repräsentativer Bipolarplatten-Höhenwert auch direkt gemessen werden.
  • Nicht dargestellt sind weitere optionale Fertigungsschritte innerhalb der Bipolarplatten-Fertigungslinie 36, welche jedoch die Höhe eines hergestellten Stapels spätestens infolge eines Verspannens nicht signifikant beeinflussen. Dies betrifft zum Beispiel ein in der Regel den Herstellungsprozess abschließendes Beschichten von optionalen Sickendichtungen der Bipolarplatten, zum Beispiel mit einem Elastomer zwecks Mikroabdichtung. Eine solche Sickendichtungs- Beschichtung kann auch nach dem dargestellten Schritt S3 noch erfolgen, ohne dass der bereits hinterlegte finale Bipolarplatten-Höhenwerte noch einmal angepasst wird. Vergleichbares gilt - so keine geprägten Dichtelemente verwendet werden - für das Einlegen oder Aufbringen der Dichtelemente.
  • Die Höhenwerte für die elektrochemischen Zellen werden gemäß dem Beispiel aus 3 wie folgt ermittelt: In der Zellen-Fertigungslinie 38 werden in einem Schritt S4 Membranelektrodeneinheiten im gefertigten Zustand angeliefert oder innerhalb der Fertigungslinie gefertigt. In einem Schritt S5 werden einzelne Gasdiffusionslagen aus einem hierfür bereitgestellten Material aus- oder abgeschnitten. Alternativ können sie in einer nicht dargestellten Variante auch als fertig zugeschnittene Gasdiffusionslagen zugeliefert werden.
  • In einem Schritt S6 werden jeweils eine Membranelektrodeneinheit und wenigstens eine Gasdiffusionlage (bevorzugt zwei, und zwar beidseitig der Membranelektrodeneinheit je eine) zu einer Zelle zusammengefügt. Von jeder Zelle wird der Höhenwert individuell gemessen und hinterlegt, wofür der Höhenwert mit einem maschinell auslesbaren Informationsträger einer jeden Zelle verknüpft wird.
  • Der Stapelvorrichtung 40 werden hergestellte Bipolarplatten und Zellen zugeführt. Die Stapelvorrichtung 40, die wiederum zum Beispiel einen Industrieroboter umfassen kann, nimmt in einem Schritt S7 alternierend Bipolarplatten und Zellen aus deren jeweiligen Anlieferbereichen auf. Für eine jede aufgenommene Komponente wird zunächst der dazugehörige Höhenwert durch maschinelles Auslesen des daran angebrachten Informationsträgers ermittelt. Hierfür kann die aufgenommene Komponente zum Beispiel automatisiert in den Erfassungsbereich einer Kamera, eines Scanners oder einer elektromagnetischen Erfassungseinrichtung gehalten werden. Anschließend werden die aufgenommenen Komponenten alternierend aufeinandergestapelt, wobei wiederum eine Endplattenbaugruppe 22 gemäß 1 als Plattform dient.
  • In einer Steuereinrichtung der Stapelvorrichtung 40 werden die jeweils ausgelesenen Höhenwerte automatisiert gesammelt und aufsummiert. Das Summationsergebnis entspricht einer Ist-Höhe des Stapels aus den bisher alternierend gestapelten Komponenten. Bei bekannter Höhe der Endplattenbaugruppe 22 und der optionalen Unipolarplatte 20 kann auch die Ist-Gesamthöhe des insgesamt vorliegenden Stapels (umfassend die Endplattenbaugruppe 22, Unipolarplatte 20 und die alternierend gestapelten Komponenten) berechnet werden.
  • Wenn sämtliche alternierend gestapelten Komponenten übereinander gestapelt wurden, wird in einem Schritt S8 die Ist-Höhe mit einer Soll-Höhe verglichen. Die Soll-Höhe kann sich auf den gleichen unverspannten Zustand und/oder den gleichen (Teil-)Stapel umfassend die alternierend gestapelten Komponenten beziehen (mit oder ohne Berücksichtigung der Endplattenbaugruppe 22), sodass die Vergleichbarkeit gegeben ist.
  • Aus der Differenz zwischen, insbesondere berechneter, Ist-Höhe und Soll-Höhe wird die Höhe und/oder die Anzahl wenigstens eines eventuell noch zu ergänzenden Höhen-Ausgleichelementes ermittelt, wobei die Anzahl 0, 1 oder mehr als 1 betragen kann. Durch Ergänzen des Höhen-Ausgleichelements soll sichergestellt werden, dass die Soll- Höhe tatsächlich erreicht wird.
  • In einem Schritt S9 wird die zweite Endplattenbaugruppe aufgebracht (siehe Endplattenbaugruppen 22 aus 1) sowie optionale weitere Komponenten wie die zweite Unipolarplatte 20. Anschließend wird der auf diese Weise hergestellte Stapel final verspannt.
  • Im Gegensatz zu der bekannten Variante aus 2 ist ein erneutes Abstapeln und iteratives Korrigieren der Stapelzusammensetzung zum Beispiel durch nachträgliches Austauschen oder Hinzufügen von Höhen-Ausgleichelement(en) nicht erforderlich und auch nicht vorgesehen. Dies steigert die Effizienz signifikant.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Kombination von ersten Varianten zum Ermitteln der Höhenwerte der Bipolarplatten und der elektrochemischen Zellen. Im Folgenden werden weitere Varianten zum Ermitteln dieser Höhenwerten geschildert. Die insgesamt offenbarten Varianten zum Ermitteln der jeweiligen Höhenwerte können beliebig miteinander innerhalb eines Herstellungssystems 34 kombiniert werden.
  • Zum Ermitteln von Höhenwerten der Bipolarplatten wird gemäß einer zweiten Variante, die nicht mittels einer gesonderten Figur dargestellt ist, ein Höhenwert jeder gefertigten (d.h. auch beschichteten) Bipolarplatte individuell gemessen. Dies erfolgt vorzugsweise innerhalb der Bipolarplatten-Fertigungslinie 36 und dort zum Beispiel als ein weiterer abschließender Fertigungsschritt. Die gemessenen Höhenwerte werden als individueller Höhenwert mit einem maschinell auslesbaren Informationsträger einer jeden beschichteten Bipolarplatte verknüpft (z.B. direkt darin kodiert oder indirekt duch Kodieren einer Speichereinrichtungs-Verknüpfung, in der der Höhenwert hinterlegt ist).
  • Dieser Informationsträger ist an der Bipolarplatte angebracht und weist zum Beispiel einen DMC (Data Matrix Code) auf. Im Gegensatz zu der in 3 gezeigten und vorstehend erläuterten Variante werden in diesem Fall bis zu einem Beschichten vozugsweise keine Einzelplatten- oder vorläufigen Bipolarplatten-Höhenwerte ermittelt.
  • Alternativ werden die Höhenwerte der Bipolarplatten gemäß einer dritten Variante, die ebenfalls nicht mittels einer gesonderten Figur dargestellt ist, stichprobenartig ermittelt. Genauer gesagt wird in diesem Fall stichprobenartig ein repräsentativer Bipolarplatten-Höhenwert einer gefertigten (d.h. auch beschichteten) Bipolarplatte gemessen. Dieser repräsentative Bipolarplatten-Höhenwert wird für eine Gruppe von gefertigten Bipolarplatten als gültiger Bipolarplatten-Höhenwert hinterlegt. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn von ausreichend konstanten Einzelplatten-Höhenwerten und/oder ausreichend konstanten Beschichtungsdicken innerhalb dieser Gruppe auszugehen ist, insbesondere bei Umformung im selben Werkzeug und ohne Eingriff in die Verbindungs- und Beschichtungsprozesse.
  • Analog zu der vorstehend erläuterten Vorgehensweise kann ein stichprobenartig ermittelter repräsentativer Bipolarplatten-Höhenwert z.B. artenspezifisch, werkzeugspezifisch und/oder chargenspezifisch gültig sein.
  • In 3a ist eine alternative Ausführungsform der Bipolarplatten-Fertigungslinie 36 gezeigt, bei der die Bipolarplatten-Höhenwerte gemäß einer noch weiteren Variante ermittelt werden. In diesem Fall wird in einem Schritt Sla vorbeschichtetes Material verwendet, um daraus Einzelplatten zu prägen und zu schneiden. Anschließend werden analog zu Schritt S1 aus 3 Einzelplatten-Höhenwerte ermittelt, jedoch für die bereits beschichteten Einzelplatten. In einem Schritt S2a wird ein Höhenwerte einer aus den Einzelplatten zusammengesetzten Bipolarplatten analog zum Schritt S2 aus 3 ermittelt und in diesem Fall jedoch als finaler Höhenwert hinterlegt.
  • In 3b ist eine noch weitere alternative Ausführungsform der Bipolarplatten-Fertigungslinie 36 gezeigt, bei der die Bipolarplatten-Höhenwerte gemäß einer noch weiteren Variante ermittelt werden. In einem Schritt S1b werden Einzelplatten geprägt, zugeschnitten und beschichtet. Anschließend werden Einzelplatten-Höhenwerte analog zu Schritt S1 aus 3 ermittelt, jedoch in einem bereits beschichteten Zustand. In einem Schritt S2b werden Bipolarplatten aus den Einzelplatten zusammengesetzt und, analog zum Schritt S2 aus 3, Bipolarplatten-Höhenwerte ermittelt und in diesem Fall jedoch als finaler Höhenwert hinterlegt.
  • Eine zu 3 alternative Variante zum Ermitteln von Höhenwerten innerhalb der Zellen-Fertigungslinie 38 betrifft folgendes: Es kann ein repräsentativer Höhenwert ermittelt und genauer gesagt errechnet werden, der für eine Mehrzahl von Zellen gültig ist. Hierfür werden repräsentative Höhenwerte der Gasdiffusionslagen und Membranelektrodeneinheiten ermittelt und aufaddiert. Im Fall der Gasdiffusionslagen kann z. B. eine stichprobenartige Messung des Höhenwerts für eine jede verarbeitete Materialcharge gemessen und für sämtliche aus dieser Materialcharge gefertigten Gasdiffusionslagen hinterlegt werden. Auch für die Membranelektrodeneinheiten kann ein repräsentativer Höhenwert fertigungschargen- oder lieferchargenabhängig bestimmt werden.
  • Alternativ kann für nur eine Zellenkomponente (Gasdiffusionslage oder Membranelektrodeneinheit) ein repräsentativer Höhenwert stichprobenartig ermittelt werden. Für die andere Zellenkomponente kann z.B. bei ausreichender Fertigungsgenauigkeit ein feststehender Höhenwert angenommen oder kann der Höhenwert individuell gemessen werden.
  • Alternativ zu den vorgenannten Varianten ist es auch möglich, dass fertige Verbundelemente bestehend aus einer MEA und mindestens einer Gasdiffusionslage zugeliefert werden, die dann wie in der Zellen-Fertigungslinie 38 gefertigte Verbundelemente weiterverarbeitet werden können. Für diese fertigen Verbundelemente kann zum Beispiel jeweils ein individueller Höhenwert oder mittels Stichproben ein repräsentativer Höhenwerte ermittelt werden.
  • Ein noch weiteres alternatives Vorgehen zu dem in 3 dargestellten Beispiel betrifft das Verwenden von Informationsträgern im Zusammenhang mit den Bipolarplatten. Statt an jede Einzelplatte bereits einen Informationsträger anzubringen, kann alternativ vorgesehen sein, dass für eine Gruppe von Einzelplatten ein gemeinsamer Informationsträger bereitgestellt wird. Dieser kann mit einem für jedes Mitglied dieser Gruppe gültigen Einzelplatten-Höhenwert verknüpft sein. Der Informationsträger kann zum Beispiel an einer Aufbewahrungsvorrichtung (z.B. an einer Transportbox) angebracht sein, in der die Gruppe von Einzelplatten zu einer Bipolarplatten-Fertigungsstation geliefert wird.
  • Wenn zum Herstellen einer Bipolarplatte Einzelplatten aus zwei verschiedenen Gruppen kombiniert werden (z.B. aus einer Gruppe mit Kathoden-Einzelplatten und einer Gruppe mit Anoden-Einzelplatten), werden die repäsentativen Einzelplatten-Höhenwerte dieser Gruppen ausgelesen und zum Ermitteln zumindest des vorläufigen Bipolarplatten-Höhenwerts verwendet.
  • Vorzugsweise wird erst die hergestellte Bipolarplatte mit einem individuell zugeordneten maschinell auslesbaren Informationsträger versehen, der mit dem final ermittelten Bipolarplatten-Höhenwert verknüpft ist.
  • Diese Variante bietet sich zum Beispiel dann an, wenn die Einzelplatten im bereits beschichteten Zustand miteinander verbunden und insbesondere verschweißt oder verklebt werden.
  • Im Folgenden wird das weitere Ausführungsbeispiel aus 4 geschildert. Die Bipolarplatten-Fertigungslinie 36 und die Zellen-Fertigunglinie 38 (samt deren jeweiliger Fertigungsabfolgen) sind analog zu 3 ausgebildet.
  • Innerhalb der Stapelvorrichtung 40 werden in diesem Beispiel aber höhenwertabhängige Auswahlen von in den Stapel einzubringenden Komponenten und insbesondere höhenwertabhängige Paarungen von Komponenten vorgenommen.
  • Genauer gesagt wird der Stapelvorrichtung 40 eine Vielzahl von Komponenten zugeführt, aus denen prinzipiell mehrere Stapel herstellbar sind. Die Stapelvorrichtung 40 ist dazu eingerichtet, nach einem automatisierten Vorab-Auslesen der Höhenwerte von einer Mehrzahl der zugeführten Komponenten Auswahlen aus dieser Vielzahl von Komponenten zu treffen, um zumindest Anteile eines aktuell herzustellenden Stapels daraus herzustellen, siehe Schritt S7.
  • Diese Auswahl kann z.B. von vorneherein zum Ausbilden des gesamten Stapels getroffen werden oder je nach aktuell herzustellender Paarung von Bipolarplatte und Zelle oder je nach einem definierten Schichtbereich, der eine Mehrzahl von alternierend gestapelten Bipolarplatten und Zellen umfasst.
  • Gemäß einem Schritt S8 ist die Stapelvorrichtung 40 dazu eingerichtet, die Komponenten unter Berücksichtigung der ausgelesenen Höhenwerte automatisiert derart auszuwählen, dass eine Soll-Höhe des Stapels, eine Soll-Höhe eines Paares einer Bipolarplatte und einer Zelle oder eine Soll-Höhe eines vorstehend erwähnten Schichtbereichs erreicht wird. Hierfür können entsprechende erwartete extrapolierte Soll-Höhen berechnet werden (zum Beispiel aus Höhenwerten bisher gestapelter Komponenten) und können Komponenten mit geeigneten Höhenwerten ausgewählt werden, um die erwartete extrapolierte Soll-Höhe näher zu einem zulässigen Bereich zu bringen.
  • Nicht ausgewählte Komponenten sind zum Herstellen weiterer Stapel oder zumindest eines weiteren Paares einer Bipolarplatte und Zelle oder eines weiteren Schichtbereichs verwendbar.
  • Zusammengefasst wird bei dieser Variante eine Komponentenauswahl und eine Stapelabfolge anhand der automatisiert ausgelesenen Höhenwerte vorausschauend festgelegt und/oder flexibel angepasst.
  • Wurde eine vorgegebene Anzahl von Komponenten übereinandergestapelt, werden wiederum die abschließenden Schritte S9 und S10 analog zur Variante aus 3 ausgeführt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Brennstoffzellensystem (elektrochemische System)
    12
    Bipolarplatte (alternierend gestapelte Komponente)
    14
    elektrochemische Zellen (alternierend gestapelte Komponente)
    16, 16a, 16b
    (erster bzw. zweiter) Anteil / Teilstapel
    18
    Stapel
    20
    Unipolarplatte
    22
    Endplattenbaugruppe
    23
    Druckübertragungsplatte
    24
    Verspannsystem
    25
    Grundplatte
    26
    Metallband
    28
    elastisches Element
    30
    Befestigungsbolzen
    32
    optionales Gehäuse
    34
    Herstellungssystem
    36
    Bipolarplatten-Fertigungslinie
    38
    Zellen-Fertigungslinie
    40
    Stapelvorrichtung
    S
    Stapelachse
    H
    Höhenachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 202018105617 U1 [0002]

Claims (21)

  1. Herstellungssystem (34) zum Herstellen wenigstens eines elektrochemischen Systems (10), das einen Stapel (16, 18) aus einer Mehrzahl verschiedenartiger Komponenten (12, 14) umfasst, die entlang einer Stapelachse (S) des Stapels (16, 18) übereinandergestapelt sind, wobei sich eine Höhendimension einer jeden Komponente (12, 14) entlang der Stapelachse (S) erstreckt, wobei das Herstellungssystem (34) dazu eingerichtet ist, : a) für eine Vielzahl der Komponenten (12, 14) Höhenwerte zu ermitteln und maschinell auslesbar zu hinterlegen; b) Höhenwerte von zumindest ausgewählten der Komponenten (12, 14) automatisiert auszulesen; und c) automatisiert einen Stapel (16, 18) aus mehreren dieser Komponenten (12, 14) und unter Berücksichtigung der hierfür ausgelesenen Höhenwerte herzustellen, und zwar derart, dass eine Soll-Höhe des Stapels (16, 18) erzielt wird.
  2. Herstellungssystem (34) nach Anspruch 1, wobei das Herstellungssystem (34) dazu eingerichtet ist, den jeweiligen Höhenwert von zumindest ausgewählten der Komponenten (12, 14) individuell zu ermitteln.
  3. Herstellungssystem (34) nach Anspruch 2, wobei das individuelle Ermitteln umfasst: - individuelles Messen des Höhenwerts; und/oder - individuelle Berechnung des Höhenwerts, insbesondere in Abhängigkeit einer individuellen Zusammensetzung der Komponente (12, 14) aus Vorerzeugnissen.
  4. Herstellungssystem (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Herstellungssystem (34) dazu eingerichtet ist, für zumindest eine der Art von Komponenten (12, 14) einen repräsentativen Höhenwert zu ermitteln, der für eine Mehrzahl von Komponenten (12, 14) dieser Art hinterlegt wird.
  5. Herstellungssystem (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Herstellungssystem (34) zum Ausführen wenigstens einer der folgenden Maßnahmen eingerichtet ist, um die Höhenwerte maschinell auslesbar zu hinterlegen: I. Abspeichern in einer internen Speichereinrichtung des Herstellungssystems (34); II. Abspeichern in einer externen Speichereinrichtung, wobei das Herstellungssystem (34) dazu eingerichtet ist, zwecks Auslesen der Höhenwerte auf die externe Speichereinrichtung zuzugreifen; III. Kodieren eines Höhenwerts in einer maschinell auslesbaren Kodierung, die an wenigstens einer der Komponenten (12, 14) angebracht ist; IV. Kodieren einer Verknüpfung zu einem Speicherort eines Höhenwerts in einer maschinell auslesbaren Kodierung, die an wenigstens einer der Komponenten (12, 14) angebracht ist.
  6. Herstellungssystem (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest die Maßnahmen a) und c) in unterschiedlichen Einrichtungen und/oder an unterschiedlichen Fertigungsstationen des Herstellungssystems (34) ausgeführt werden.
  7. Herstellungssystem (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Maßnahme a) für eine Vielzahl von Komponenten (12, 14) ausgeführt wird, aus denen prinzipiell mehrere Stapel (16, 18) zur Herstellung einer Mehrzahl von elektrochemischen Systemen (10) herstellbar sind.
  8. Herstellungssystem (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Herstellungssystem (34) dazu eingerichtet ist, eine erforderliche Anzahl von Höhen-Ausgleichselementen zu ermitteln, die in dem Stapel (16, 18) zum Erreichen der Soll-Höhe anzuordnen sind, wobei die Anzahl null, eins oder mehr als eins betragen kann.
  9. Herstellungssystem (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Herstellungssystem (34) dazu eingerichtet ist, eine erforderliche Höhenabmessung von wenigstens einem Höhen-Ausgleichselement zu ermitteln, das in dem Stapel (16, 18) zum Erreichen der Soll-Höhe des Stapels (16, 18) anzuordnen ist.
  10. Herstellungssystem (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Herstellungssystem (34) dazu eingerichtet ist, eine erforderliche Anzahl von elektrochemisch inaktiven Blindzellen zu ermitteln, die in dem Stapel (16, 18) zum Erreichen einer Soll-Höhe des Stapels (16, 18) anzuordnen sind, wobei die Anzahl null, eins oder mehr als eins betragen kann.
  11. Herstellungssystem (34) nach einem der Ansprüche 8 oder 9 und/oder nach Anspruch 10, wobei das Herstellungssystem (34) dazu eingerichtet ist, den Stapel (16, 18) erst dann zu verspannen, nachdem die etwaigen Höhen-Ausgleichselemente nach einem der Ansprüche 8 oder 9 in dem Stapel angeordnet wurden und/oder nachdem die etwaigen Blindzellen nach Anspruch 10 in dem Stapel (16, 18) angeordnet wurden.
  12. Herstellungssystem (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Herstellungssystem (34) dazu eingerichtet ist, eine Mehrzahl von Komponenten (12, 14) unter Berücksichtigung ihrer Höhenwerte zum Herstellen des Stapels (16, 18) auszuwählen.
  13. Herstellungssystem (34) nach Anspruch 12, wobei die Komponenten (12, 14) zur Herstellung eines gemeinsamen Anteils des herzustellenden Stapels (16, 18) ausgewählt werden, und zwar derart, dass eine Soll-Höhe dieses gemeinsamen Anteils erreicht wird, insbesondere wobei der gemeinsame Anteil wenigstens ein Paar Komponenten (12, 14) umfasst, von denen eine Vielzahl innerhalb des Stapels (16, 18) alternierend gestapelt wird.
  14. Herstellungssystem (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Herstellungssystem (34) dazu eingerichtet ist, während der Herstellung des Stapels (16, 18) einen Ist-Höhenwert des zumindest teilweise hergestellten Stapels (16, 18) zu ermitteln und/oder einen erwarteten extrapolierten Höhenwert des fertig hergestellten Stapels (16, 18), wobei der erwartete extrapolierte Höhenwert insbesondere nach einem Verpressen des Stapels (16, 18) vorliegt.
  15. Herstellungssystem (34) nach Anspruch 14, wobei der Ist-Höhenwert und/oder der erwartete extrapolierte Höhenwert auf Basis einer Aufsummierung der Höhenwerte der bisher übereinandergestapelten Komponenten (12, 14) ermittelt wird bzw. werden.
  16. Herstellungssystem (34) nach Anspruch 12 und einem der Ansprüche 14 und 15, wobei die Komponenten (12, 14) unter Berücksichtigung des Ist-Höhenwerts und/oder des erwarteten extrapolierten Höhenwerts ausgewählt werden.
  17. Herstellungssystem (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das elektrochemische System (10) ein Brennstoffzellensystem ist und der Stapel (16, 18) wenigstens eine der folgenden Arten von Komponenten (12, 14) umfasst: - Bipolarplatten, insbesondere gebildet aus zwei Separatorplatten; - Unipolarplatten, umfassend eine oder zwei Separatorplatten, insbesondere an einer untersten oder obersten Position in einem Teilstapel, der eine Mehrzahl von alternierend gestapelten Bipolarplatten und Zellen umfasst; - Endplattenbaugruppen; - Membran-Elektrodenanordnungen (MEA); - Dichtungen; - Gasdiffusionslagen; - elektrochemische Zellen, jeweils umfassend eine MEA und wenigstens eine Gasdiffusionslage.
  18. Herstellungssystem (34) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das elektrochemische System (10) ein Elektrolyseur ist und der Stapel wenigstens eine der folgenden Arten von Komponenten (12, 14) umfasst: - Separatorplatten, insbesondere zwischen elektrochemischen Zellen des Systems und/oder zwischen einer elektrochemischen Zelle und einer Endplattenbaugruppe; - Endplattenbaugruppen; - protonendurchlässige Membranen; - Rahmenelemente; - Dichtelemente; - Gasdiffusionslagen; - Transportlagen; - elektrochemische Zellen, jeweils umfassend mindestens eine protonendurchlässige Membran sowie ggf. eine oder mehrere Gasdiffusionslagen und/oder eine oder mehrere Transportlagen.
  19. Herstellungssystem (34) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das elektrochemische System (10) ein elektrochemischer Kompressor oder eine Redox-Flow-Batterie ist.
  20. Herstellungssystem (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stapel Bipolarplatten oder einlagige Separatorplatten, wie z.B. Unipolarplatten, als Komponenten (12, 14) umfasst, wobei sich die Höhenwerte dieser Komponenten (12, 14) auf wenigstens einen der folgenden Zustände beziehen: - Höhe (Dicke) des verwendeten Ausgangsmaterials zur Herstellung der Einzelplatten zur Herstellung der Bipolarplatten; - Höhe im Anschluss an ein Prägen und/oder Zuschneiden von Einzelplatten zur Herstellung der Bipolarplatten oder Prägen und/oder Zuschneiden der Separatorplatten; - Höhe im Anschluss an ein Verbinden der Einzelplatten zur Herstellung der Bipolarplatten; - Höhe im Anschluss an ein Beschichten der Bipolar- oder Separatorplatten; - Höhe im Anschluss an ein Aufbringen einer Dichtung auf die Bipolar- oder Separatorplatten.
  21. Herstellungssystem (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stapel MEAs und Gasdiffusionslagen als Komponenten (12, 14) umfasst, wobei sich die Höhenwerte dieser Komponenten (12, 14) auf wenigstens einen der folgenden Zustände beziehen: - Höhe im Anschluss an ein Zuschneiden der Gasdiffusionslagen; - Höhe der verwendeten MEA - Höhe im Anschluss an Aneinanderfügen von jeweils einer der MEAs und einer oder zweier Gasdiffusionslagen, bevor diese im aneinandergefügten Zustand in dem herzustellenden Stapel angeordnet werden.
DE202023100803.8U 2023-02-20 2023-02-20 Herstellungssystem zum automatisierten Stapeln verschiedenartiger Komponenten eines elektrochemischen Systems Active DE202023100803U1 (de)

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