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)，其具有第一端板(51)和第二端板(52)，大量燃料电池(11)布置在第一端板和第二端板之间。至少一个弹性的张紧元件(55)沿堆叠方向(S)在端板(51,52)之间张紧。根据本发明专利技术，所述至少一个张紧元件(55)区段式地布置在燃料电池堆叠(10)的表面区段(70)与再张紧元件(60)之间，其中，在再张紧元件(60)与表面区段(70)之间的间距能够可变地调整和固定。由此，张紧元件(55)能够借助于再张紧元件(60)有针对性地延长并且由此能够提高作用到燃料电池堆叠(10)上的压紧拉力。此外，本发明专利技术涉及一种包括这种燃料电池堆叠(10)的车辆。叠(10)的车辆。叠(10)的车辆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池堆叠


[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)。

技术介绍

[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，在该阳极处在放出电子的情况下发生H2电化学氧化成H
+
。经由电解质的膜，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，从而在那在接纳电子的情况下发生O2还原成O
2-。这些氧气阴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大量在一个堆叠(stack)中沿堆叠方向相叠布置的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供应反应物和冷却液以及作用为至膜-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，在开始运行之前挤压燃料电池堆叠。此外，使用拉伸元件，以便即使在运行期间也挤压燃料电池堆叠。
[0008]由现有技术已知不同的拉伸元件。例如，两个布置在燃料电池堆叠的端部处的端板能够借助于拉伸元件连接。通过经由拉伸元件将拉力导入到端板中，将燃料电池堆叠挤压在一起。作为拉伸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的张紧元件，所述张紧元件要么与端板连接要么在至少一个横截面上(沿堆叠方向)至少部分地环绕堆叠。在这种弹性的张紧元件(拉伸元件)的设计和固定可行性方面例如参考EP 1 870 952 A2和DE 10 2012 000 266 A1，在此全面地参考其内容。
[0010]尤其是在燃料电池堆叠或MEA的活跃区域中，能够发生由运行决定的高度改变，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。也称为，堆叠呼吸。此外，在使用弹性的张紧元件的情况下，这些张紧元件的弹性能够随着时间减少。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折痕），尤其是在这些弯曲的区域发生张紧元件的延长。
[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总是确保堆叠的足够的
压紧，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，借助所述器件要试图持久地确保燃料电池堆叠的压紧。
[0012]DE 10 2006 028 498 A1公开了一种用于燃料电池堆叠的张紧装置，该张紧装置带有至少一个用于夹紧燃料电池堆叠的拉伸元件和至少一个弹性的长度伸展补偿元件，该长度伸展补偿元件集成到拉伸元件中或将两个拉伸元件彼此连接。
[0013]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板之间的受压的弹性元件来补偿。
[0014]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应力峰。弹性元件的开始的过应力应甚至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这些用于使压紧力调整的被动的可行性是不利的。
[0015]在由现有技术已知的带有布置在端板与其他堆叠部件、例如压板之间的受压的弹性元件的解决方案中，通常在端板中设置有凹陷部，以便接纳弹性元件。端板的与此相关的局部弱化在压力或拉力作用的情况下提高了所述端板的变形倾向。

技术实现思路

[0016]本专利技术现在基于如下任务：消除现有技术的缺点且提供用于再张紧燃料电池堆叠的解决方案，该解决方案能够在没有大的适配的情况下集成到现存的燃料电池堆叠中、尤其是集成到带有环绕的带状的或条状的张紧元件的这种燃料电池堆叠中。
[0017]该任务通过如下燃料电池堆叠来解决，该燃料电池堆叠具有第一端板和第二端板和大量沿堆叠方向布置在这两个端板之间的燃料电池。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的张紧元件。至少一个张紧元件区段式地布置在燃料电池堆叠的表面区段与再张紧元件(Nachspannelement)之间。
[0018]根据本专利技术，在再张紧元件与表面区段之间的间距、优选沿表面区段的法向方向的间距能够可变地调整。特别优选地，在再张紧元件的一个点、优选与表面区段沿法向方向离得最近的一个点与表面区段之间的间距能够借助于所述至少一个调节器件可变地调整。根据本专利技术，此外再张紧元件能够相对于表面区段隔开所选择的间距、优选沿表面区段的法向方向隔开所选择的间距地固定(紧固)。优选地，在固定或紧固再张紧元件的情况下，再张紧元件的移位通过由张紧元件施加的力阻止。
[0019]根据本专利技术，燃料电池堆叠由此通过减小在再张紧元件与燃料电池堆叠的表面区段之间和由此在再张紧元件与张紧元件之间的固定间距来实现所述至少一个张紧元件的再张紧。由于张紧元件布置在表面区段与再张紧元件之间，再张紧元件和表面区段的间距的减小从一定的点起导致再张紧元件和张紧元件的接触。
[0020]如果再张紧元件接合到张紧元件中，则该再张紧元件将朝着表面区段方向指向的力施加到张紧元件上。这引起张紧元件的延长，从而由该张紧元件施加到燃料电池堆叠上的压紧拉力升高。优选地，燃料电池堆叠的弹性的张紧元件在胡克(Hook'schen)范围内是张紧的。此外，优选根据本专利技术的再张紧元件实现张紧元件沿燃料电池堆叠的堆叠方向(S)和/或横向于燃料电池堆叠的堆叠方向(S)的再张紧。此外，有利地堆叠压紧也能够局部地
通过操纵多个再张紧元件中的仅一个再张紧元件或一些再张紧元件来有针对性地调整。
[0021]所述表面区段能够布置在燃料电池堆叠的不同部位处。如果所述至少一个张紧元件分别在第一和第二端板的一个侧面处借助于张紧器件来固定，则表面区段优选在张紧器件之间位于燃料电池堆叠的一个侧面上。张紧元件借助于所述至少一个再张紧元件的再张紧则优选沿横向于燃料电池堆叠的堆叠方向(S)的方向实现。而如果张紧元件分别在第一和第二端板的沿堆叠方向向外指向的表面处固定或环形闭合地构造，则表面区段优选位于第一或第二端板的向外指向的表面中的本文档来自技高网...

【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)；大量布置在所述端板(51,52)之间的燃料电池(11)；至少一个沿堆叠方向(S)在所述端板(51,52)之间张紧的弹性的张紧元件(55)；其特征在于，所述至少一个张紧元件(55)区段式地布置在所述燃料电池堆叠(10)的表面区段(70)与再张紧元件(60)之间，并且在所述再张紧元件(60)与所述表面区段(70)之间的间距能够可变地调整和固定。2.根据权利要求1所述的燃料电池堆叠(10)，其中，所述再张紧元件(60)具有至少一个与所述表面区段(70)经由至少一个调节元件(66)连接的张紧体(61)。3.根据权利要求2所述的燃料电池堆叠(10)，其中，所述张紧体(61)具有与所述至少一个调节元件(66)连接的载体板(63)和至少一个朝着所述张紧元件(55)方向从所述载体板伸出的突出部(64)。4.根据权利要求2或3所述的燃料电池堆叠(10)，...

【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：