燃料电池堆叠制造技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池堆叠(10)，其带有第一端板(51)和第二端板(52)，在第一端板和第二端板之间布置有大量燃料电池(11)。至少一个弹性元件(55)沿堆叠方向(S)在端板(51,52)之间张紧。此外，燃料电池堆叠(10)具有至少一个能转动地支承的装配轴(60)。根据本发明专利技术，至少一个张紧元件(55)的至少一个端部区段(58)固定在能转动的装配轴(60)处。此外，根据本发明专利技术，能转动的装配轴(60)经由至少一个张紧的扭转弹簧(80)与燃料电池堆叠(10)连接。根据本发明专利技术，扭转弹簧(80)引起张紧元件(55)的自动的再张紧。张紧。张紧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池堆叠

技术介绍

[0001]燃料电池利用燃料与氧气化学地转变成水来产生电能。为此，燃料电池具有带有膜-电极-单元的膜-电极-组件(MEA-membrane electrode assembly)。
[0002]膜-电极-单元通过传导质子的膜(PEM)来形成，在该传导质子的膜处在两侧布置有催化电极。在此，膜将与阳极相关联的阳极空间和与阴极相关联的阴极空间彼此隔开，并且将所述阳极空间和阴极空间电绝缘。此外，在电极的不面向膜的侧面上能够布置有气体扩散层。
[0003]在燃料电池运行时，将含氢气的燃料供应给阳极，在该阳极处在释放电子的情况下发生H2电化学氧化成H
+
。经由电解质膜，质子H
+
从阳极空间结合水地或无水地运输到阴极空间中。在阳极处提供的电子经由电线路导引至阴极。
[0004]给阴极供应含氧气的运行介质，从而在那在吸收电子的情况下发生O2还原成O
2-。这些氧负离子在阴极空间中在形成水的情况下与经由膜运输的质子发生反应。
[0005]燃料电池堆叠通常通过在一个堆叠(stack)中沿堆叠方向相叠布置的大量MEA形成，所述MEA的电功率相加。在膜-电极-组件之间通常布置有双极板，所述双极板确保给各个MEA供应以反应物和冷却液以及充当至膜-电极-组件的导电的接触部。
[0006]在膜-电极-单元与双极板之间布置有密封件，以便使阳极空间和阴极空间向外密封并且防止运行介质从堆叠中排出。这些密封件设置在膜-电极-单元、双极板或这两个部件上。
[0007]为了持久地密封堆叠以及为了确保在双极板与膜-电极-组件之间的电接触，在开始运行之前压紧燃料电池堆叠。此外，使用牵拉元件，以便即使在运行期间也压紧燃料电池堆叠。
[0008]由现有技术已知不同的牵拉元件。例如，布置在燃料电池堆叠的端部处的两个端板能够借助于牵拉元件连接。通过经由牵拉元件将拉力引入到端板中，将燃料电池堆叠挤压在一起。作为牵拉元件例如使用螺纹棒、拉杆、链或类似物。
[0009]同样已知使用张紧的条状的或带状的弹性张紧元件，所述张紧元件与端板连接或者在至少一个横截面上(沿堆叠方向)至少部分地环绕堆叠。在这种弹性张紧元件(牵拉元件)的设计和固定可行性方面例如参看EP 1 870 952 A2、DE 10 2012 000 266 A1和WO 2012/065890 A1，在此全面地参考其内容。但在此通常未设置弹性的带元件的再张紧。
[0010]尤其是在燃料电池堆叠或MEA的有效区域中，会出现由运行引起的高度改变，所述高度改变例如能够随着燃料电池堆叠的温度和湿气含量改变。也说成，堆叠进行呼吸。此外，在使用弹性张紧元件的情况下，这些张紧元件的弹性会随着时间下降。尤其是在金属的张紧元件的情况下(所述金属的张紧元件环形地环绕燃料电池堆叠并且由此具有多个明显弯折部)，尤其是在这些弯曲的区域出现张紧元件的延长。
[0011]独立于燃料电池堆叠的高度改变和张紧元件的老化必须始终确保堆叠的足够的压缩，尤其是以便保证所使用的密封件的密封效果。因此，由现有技术已知如下器件，借助所述器件应试图持久地确保燃料电池堆叠的压缩。
[0012]DE 10 2010 007 979 A1公开了一种燃料电池堆叠，该燃料电池堆叠带有布置在两个端板之间的燃料电池和至少一个将端板连接的用于施加拉力的夹紧器件。在夹紧器件与端板中的至少一个端板之间布置有减少摩擦的转向器件。堆叠的高度改变应通过布置在端板与压缩板之间的被压缩的弹簧元件来补偿。
[0013]根据该现有技术应通过弹性元件避免由于堆叠的伸展造成的张力峰。弹性元件的开始的过张紧应甚至会部分地避免堆叠的高度改变。但弹性元件本身遭受老化并且至少就此而言该被动可能性对于调整压缩力是不利的。
[0014]DE 10 2010 007 981 A1公开了一种燃料电池堆叠，其带有布置在两个端板之间的燃料电池和将端板连接的用于施加拉力的至少一个连接器件。在连接器件与所述端板中的至少一个端板之间布置有固定元件，该固定元件构造为偏心元件或包含偏心元件。因此，通过转动固定元件应改变端板之间的间距并且由此适配端板之间的拉力。根据该现有技术的压缩系统具有复杂的构造，该复杂的构造需要专门适配的端板和/或连接器件并且不适合用于环绕的张紧元件。
[0015]在此外已知的带有布置在端板与其他堆叠部件(如压缩板)之间的受压缩的弹簧元件的解决方案中，在端板中通常设置有加深部，以便接纳弹簧元件。为此，在燃料电池堆叠中需要附加的安装空间。此外，端板的与此相关联的局部弱化提高了端板在压力或拉力的作用下发生变形和受损的倾向。

技术实现思路

[0016]本专利技术现在目的在于消除现有技术的缺点并且提供用于持久地压缩燃料电池堆叠的解决方案，该解决方案能够节省空间地集成到现有的燃料电池堆叠中并且即使在延长的时间段上也可靠地确保压缩拉力的维持。
[0017]该目的通过如下燃料电池堆叠实现，该燃料电池堆叠具有第一端板和第二端板和沿堆叠方向布置在这两个端板之间的大量燃料电池。此外，燃料电池堆叠具有至少一个沿堆叠方向在端板之间张紧的弹性张紧元件。
[0018]根据本专利技术的燃料电池堆叠此外具有至少一个能转动的装配轴。优选地，装配轴集成到燃料电池堆叠中并且特别优选可转动地支承在燃料电池堆叠中或燃料电池堆叠处。根据本专利技术，至少一个端部区段(尤其是第一端部区段)由至少一个张紧元件固定在装配轴处。所述端部区段优选力配合地、材料配合地和/或形状配合地固定在装配轴处，以便防止在端部区段与装配轴之间的相对运动。
[0019]根据本专利技术，能转动的装配轴经由至少一个张紧的扭转弹簧与燃料电池堆叠连接。换言之，扭转弹簧固定在装配轴处并且附加地固定在燃料电池堆叠处。优选地，扭转弹簧的第一端部(例如旋绕成弹簧的线材的第一端部)固定在装配轴处，并且扭转弹簧的第二端部(例如旋绕成弹簧的线材的第二端部)固定在燃料电池堆叠处。由此，张紧的扭转弹簧的弹簧张力或转矩传递到可转动地支承的装配轴上。优选地，扭转弹簧如此与装配轴连接，使得由弹簧施加的转矩与由张紧元件施加的牵拉张力是反向的。
[0020]由于至少一个张紧元件的端部区段固定在装配轴处，所述至少一个张紧元件的牵拉张力能够通过转动装配轴来调整。装配轴由此有利地允许通过转动装配轴将所述至少一个张紧元件再张紧。通过将张紧的扭转弹簧布置在装配轴与燃料电池堆叠之间，有利地将
经定向的、与张紧元件的牵拉张力反向的转矩传递到装配轴上。有利地，弹簧由此在张紧元件的牵拉张力(例如由于张紧元件的由老化引起的延长)减弱时借助于扭转弹簧的转矩引起张紧元件的再张紧。
[0021]根据本专利技术的燃料电池堆叠由此有利地设计成，即使在延长的时间段上也可靠地确保燃料电池堆叠经由借助于张紧元件夹紧的端板所实现的压缩。特别有利地，通过借助于存储在至少一个扭转弹簧中的潜在能量将弹性张紧元件卷绕到装配轴上来实现延长了的张紧元件的自动的再张紧。在这种情况下，只有当张紧元件的牵拉张力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.燃料电池堆叠(10)，具有：第一端板(51)和第二端板(52)；布置在所述端板(51,52)之间的大量燃料电池(11)；沿堆叠方向(S)在所述端板(51,52)之间张紧的至少一个弹性张紧元件(55)；以及能转动地支承的至少一个装配轴(60)，其特征在于，至少一个张紧元件(55)的至少一个端部区段(58)固定在能转动的装配轴(60)处，并且所述能转动的装配轴(60)经由至少一个张紧的扭转弹簧(80)与所述燃料电池堆叠(10)连接。2.根据权利要求1所述的燃料电池堆叠(10)，其中，所述至少一个装配轴(60)沿着第一端板和/或第二端板(51,52)的棱边区域伸延并且经由所述至少一个张紧的扭转弹簧(80)与所述端板(51,52)连接。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池堆叠(10)，其中，所述至少一个装配轴(60)区段式地在端板(51,52)的棱边区域内伸延；其中，所述棱边区域具有至少一个凹部(53)，所述装配轴(60)在所述凹部中露出；以及其中，至少一个张紧元件(55)和至少一个扭转弹簧(80)在所述凹部(53)中与所述装配轴(60)连接。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：大众汽车股份公司，
类型：发明
国别省市：