DE-102018119633-B4 - Brennstoffzellen-Stapel und Montageverfahren dafür

Abstract

Brennstoffzellen-Stapel, welcher aufweist: eine Brennstoffzellen-Anordnung (10), in welcher eine Mehrzahl von Brennstoffzellen (11) zwischen einem oberen und einem unteren Stromkollektor (15) gestapelt sind, und eine Einkapselung (50), welche die Brennstoffzellen-Anordnung (10) in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) vorspannt und versiegelt, wobei die Einkapselung (50) aufweist ein Gehäuse (61), in welchem eine Fläche offen ist, und eine Abdeckung (71), welche ein Öffnungsende des Gehäuses (61) verschließt, wobei die Brennstoffzellen-Anordnung (10) in das Gehäuse (61) durch das Öffnungsende in einer Flächenrichtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) ist, eingeführt ist, wobei die Brennstoffzellen-Anordnung (10) in das Gehäuse (61) in einem Zustand eingeführt ist, in welchem sie mittels einer Drück-Gabel (91) vorgespannt ist, und eine Gabel-Führungseinheit (85) an einer Innenraum-Fläche von beiden Seitenplatten gebildet ist und ein Freigeben des Vorspannens sowie ein Herausziehen der Drück-Gabel (91) erlaubt, und wobei das Gehäuse (61) aufweist: beide Seitenplatten einer ersten Richtung (63), welche die Stromkollektoren (15) mittels eines ersten Satzes an Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung (10) halten und eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) aufnehmen, beide Seitenplatten einer zweiten Richtung (65), die mit den beiden Seitenplatten der ersten Richtung (63) verbunden sind und einen zweiten Satz an Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung (10) halten, und eine Basisplatte (67), die mit beiden Seitenplatten der ersten Richtung (63) und beiden Seitenplatten (65) der zweiten Richtung verbunden ist und eine Fläche einer Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung (10) hält.

Inventors

• Suk Min Baeck
• Young Bum Kum
• Kwi Seong Jeong

Assignees

• HYUNDAI MOTOR COMPANY
• KIA MOTORS CORPORATION

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20180813

Priority Date

20171211

Claims (15)

1. Brennstoffzellen-Stapel, welcher aufweist: eine Brennstoffzellen-Anordnung (10), in welcher eine Mehrzahl von Brennstoffzellen (11) zwischen einem oberen und einem unteren Stromkollektor (15) gestapelt sind, und eine Einkapselung (50), welche die Brennstoffzellen-Anordnung (10) in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) vorspannt und versiegelt, wobei die Einkapselung (50) aufweist ein Gehäuse (61), in welchem eine Fläche offen ist, und eine Abdeckung (71), welche ein Öffnungsende des Gehäuses (61) verschließt, wobei die Brennstoffzellen-Anordnung (10) in das Gehäuse (61) durch das Öffnungsende in einer Flächenrichtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) ist, eingeführt ist, wobei die Brennstoffzellen-Anordnung (10) in das Gehäuse (61) in einem Zustand eingeführt ist, in welchem sie mittels einer Drück-Gabel (91) vorgespannt ist, und eine Gabel-Führungseinheit (85) an einer Innenraum-Fläche von beiden Seitenplatten gebildet ist und ein Freigeben des Vorspannens sowie ein Herausziehen der Drück-Gabel (91) erlaubt, und wobei das Gehäuse (61) aufweist: beide Seitenplatten einer ersten Richtung (63), welche die Stromkollektoren (15) mittels eines ersten Satzes an Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung (10) halten und eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) aufnehmen, beide Seitenplatten einer zweiten Richtung (65), die mit den beiden Seitenplatten der ersten Richtung (63) verbunden sind und einen zweiten Satz an Seitenflächen der Brennstoffzellen-Anordnung (10) halten, und eine Basisplatte (67), die mit beiden Seitenplatten der ersten Richtung (63) und beiden Seitenplatten (65) der zweiten Richtung verbunden ist und eine Fläche einer Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung (10) hält.
2. Brennstoffzellen-Anordnung gemäß Anspruch 1 , wobei beide Seitenplatten der ersten Richtung (63) aufweisen: eine Innenraum-Haltefläche (81), welche die Stromkollektoren (15) hält, an welche eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) angelegt ist, und eine Mehrzahl von Gabel-Nuten (87), die an der Innenraum-Haltefläche (81) gebildet sind, um von einem Öffnungsende zu einem Schließende des Gehäuses (61) entlang der Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung (10) verbunden zu sein.
3. Brennstoffzellen-Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2 , wobei die Drück-Gabel (91) als Einarm-Wehr-Form gebildet ist, welche die Stromkollektoren (15) an beiden Seiten vorspannt, und in den Innenraum des Gehäuses (61) in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) einzuführen ist.
4. Brennstoffzellen-Stapel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei die Gabel-Nut (87) gebildet ist, um eine größere Tiefe als eine Dicke der Drück-Gabel (91) zu haben.
5. Brennstoffzellen-Stapel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4 , wobei ein Stromkollektor-Anschluss (17) an dem Stromkollektor (15) installiert ist, und eine Anschluss-Nut (89) an der Innenraum-Haltefläche (81) gebildet ist und parallel zu der Gabel-Nut (87) gebildet ist und in welche der Stromkollektor-Anschluss (17) eingeführt ist.
6. Brennstoffzellen-Stapel, welcher aufweist: eine Einkapselung (50), welche ein Gehäuse (61) und eine Abdeckung (71) hat, welche miteinander gekoppelt sind, und eine Brennstoffzellen-Anordnung (10), in welcher eine Mehrzahl von gestapelten Brennstoffzellen (11) mittels eines vorbestimmten Drucks entlang einer Stapelrichtung in dem Gehäuse (61) vorgespannt sind, wobei die Abdeckung (71) den Innenraum des Gehäuses (61) verschließt, und wobei das Gehäuse (61) eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) in einer Richtung, die senkrecht zu der Schließrichtung der Abdeckung (71) ist, aufnimmt, wobei das Gehäuse (61) aufweist: beide Seitenplatten, welche eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) aufnehmen, und eine Mehrzahl von Gabel-Nuten (87), welche ein Freigeben des Vorspannens und ein Herausziehen zu der Außenseite der Drück-Kraft erlauben, wobei die Gabel-Nuten (87) an einer Innenraum-Fläche von beiden Seitenplatten angeordnet sind.
7. Brennstoffzellen-Stapel gemäß Anspruch 6 , wobei das Gehäuse (61) ein Öffnungsende hat, mit welchem die Abdeckung (71) gekoppelt ist, und die Brennstoffzellen-Anordnung (10) in das Gehäuse (61) in einer Flächenrichtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) ist, durch das Öffnungsende in einem Zustand eingeführt ist, in welchem die Brennstoffzellen-Anordnung (10) mittels einer Drück-Gabel (91) entlang der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) vorgespannt ist.
8. Brennstoffzellen-Stapel gemäß Anspruch 6 oder 7 , wobei die Gabel-Nut (87) gebildet ist, um von einem Öffnungsende zu einem Schließende des Gehäuses (61) entlang einer Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung (10) verbunden zu sein, und die Drück-Gabel (91) als eine Einarm-Wehr-Form gebildet ist, welche die Brennstoffzellen-Anordnung (10), welche in den Innenraum des Gehäuses (61) einzuführen ist, in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) vorspannt.
9. Montageverfahren für einen Brennstoffzellen-Stapel, welches aufweist: Bereitstellen eines Gehäuses (61), welches eine Fläche hat, die offen ist, und einer Abdeckung (71), die mit einem Öffnungsende des Gehäuses (61) gekoppelt ist, Stapeln von Brennstoffzellen (11) zwischen Stromkollektoren (15) beider Seiten und Kraftausüben auf die Stromkollektoren (15) mittels einer Drück-Gabel (91) entlang einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) an beiden Seiten davon, Einführen der Stromkollektoren (15) und einer Brennstoffzellen-Anordnung (10) der Brennstoffzellen (11), die mittels der Drück-Gabel (91) vorgespannt ist, in das Gehäuse (61) durch das Öffnungsende in einer Richtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) ist, Freigeben des Vorspannens der Drück-Gabel (91), Einführen der Drück-Gabel (91) in eine Gabel-Nut (87) der Innenraum-Fläche des Gehäuses (61) in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen (11) und Herausziehen der Drück-Gabel zu einer Außenseite des Gehäuses (61) durch die Gabel-Nut (87).
10. Verfahren gemäß Anspruch 9 , wobei die Gabel-Nut (87) eine größere Tiefe als eine Dicke der Drück-Gabel (91) hat und an einer Innenraum-Fläche gebildet ist, die zu dem Stromkollektor (15) korrespondiert.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10 , wobei die Drück-Gabel (91) mittels einer größeren Vorspannen-Kraft als einer vorbestimmten Vorspannen-Kraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) Kraft auf den Stromkollektor (15) ausübt.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei ein Dickenabschnitt oder eine Gesamtdicke der Drück-Gabel (91) entlang einer Einführungsrichtung der Brennstoffzellen-Anordnung (10) in die Gabel-Nut (87) eingeführt wird.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12 , wobei die Innenraum-Fläche des Gehäuses (61) die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) aufnimmt.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13 , wobei das Öffnungsende des Gehäuses (61) mittels der Abdeckung (71) geschlossen wird, nachdem die Drück-Gabel (91) aus dem Gehäuse (61) herausgezogen ist.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14 , wobei die Innenraum-Fläche des Gehäuses (61) die Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung (10) in einer Richtung, die senkrecht zu der Schließrichtung der Abdeckung (71) ist, aufnimmt.

Description

Hintergrund der Erfindung (a) Gebiet der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellen-Stapel und insbesondere einen Brennstoffzellen-Stapel zum Versiegeln und Schützen der Brennstoffzellen unter Verwendung einer Einkapselung. (b) Beschreibung von bezogener Technik Wie bekannt ist, ist ein Brennstoffzellen-Stapel ein Typ von Leistungserzeugungs-Vorrichtung, welche elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff mittels Brennstoffzellen erzeugt und zum Beispiel bei einem Brennstoffzellen-Fahrzeug verwendet wird. Der Brennstoffzellen-Stapel ist durch eine Elektrizität-Erzeugungs-Anordnung gebildet, in welcher Brennstoffzellen (Element-Zellen) in einer Einheit von mehreren Hundert kontinuierlich angeordnet sind. Die Brennstoffzelle hat eine Konfiguration, in welcher Trennplatten an/bei beiden Seiten einer Membran-Elektrode-Anordnung (MEA, von engl. „membrane electrode assembly“) angeordnet sind, wobei die MEA dazwischen angeordnet ist. Die Brennstoffzellen können mittels einer Endplatte und einem Befestigungsmechanismus in einem Vorspann-Zustand gekoppelt sein. Der vorgenannte Brennstoffzellen-Stapel kann als eine Modul-Form hergestellt sein/werden mittels eines Vorgangs des Stapelns von Brennstoffzellen einer nach der anderen, Vorspannen der gestapelten Brennstoffzellen mit einer Presse, während die Brennstoffzellen zwischen einer oberen und einer unteren Endplatte angeordnet sind, und Befestigen der Endplatte unter Verwendung des Befestigungsmechanismus. Ferner kann der Brennstoffzellen-Stapel montiert werden mittels Versiegelns des Stapel-Moduls, welches die Brennstoffzellen hat, die durch die Endplatte und den Befestigungsmechanismus befestigt sind, mittels der Einkapselung. Insbesondere, beim Stapel-Modul-Montieren der konventionellen Technik, wenn die Brennstoffzellen, die zwischen Endplatten gestapelt sind/werden, mittels einer Presse vorgespannt sind/werden, ist/wird das Befestigungsband an der oberen und der unteren Endplatte mittels einer Schraube oder mittels einer Schraubenstange und einer Mutter montiert. Ferner führen die Endplatten Vorspannen/Isolieren der Brennstoffzellen, die wiederholt bei beiden Endpositionen des Brennstoffzellen-Stapels gestapelt sind, und eine Einlass- und Auslass-Funktion von Reaktionsgas/Kühlflüssigkeit durch. Indes, in der konventionellen Technik wird das Stapel-Modul unter Verwendung der Endplatten und des Befestigungsmechanismus und an der Einkapselung montiert, und daher nehmen Montagevorgänge und Montagekomponenten davon zu. Die obigen Informationen, die in diesem Abschnitt offenbart sind, dienen nur einer Verbesserung des Verständnisses des Hintergrundes der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der in diesem Land einem Fachmann bereits bekannt ist. DE 10 2008 040 869 A1 offenbart eine Brennstoffzellenstapel-Klemmvorrichtung. US 2006 / 0 093 890 A1 offenbart Brennstoffzellenstapelkompressionssysteme sowie Brennstoffzellenstapel und Brennstoffzellensystem, welche diese aufweisen. Erläuterung der Erfindung Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brennstoffzellen-Stapel und ein Montageverfahren für denselben bereitzustellen zum Reduzieren von Montagevorgängen und Montagekomponenten mittels Vorspannens und Verbindens (z.B. Kombinierens) von Brennstoffzellen unter Verwendung einer Einkapselung, welche die Brennstoffzellen schützt. Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung einen Brennstoffzellen-Stapel gemäß Anspruch 1, einen Brennstoffzellen-Stapel gemäß Anspruch 6 und ein Montageverfahren für einen Brennstoffzellen-Stapel gemäß Anspruch 9 bereit. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert. Ein Brennstoffzellen-Stapel kann aufweisen eine Brennstoffzellen-Anordnung, in welcher eine Mehrzahl von Brennstoffzellen zwischen einem oberen und einem unteren Stromkollektor (z.B. einem oberen und einem unteren Stromsammler) gestapelt sind, und eine Einkapselung, welche die Brennstoffzellen-Anordnung in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen vorspannt (z.B. unter Druck setzt) und versiegelt (z.B. welche die Brennstoffzellen-Anordnung versiegelt und in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellen vorspannt/unter Druck setzt). Ferner kann in der Brennstoffzellen-Anordnung die Einkapselung aufweisen ein Gehäuse, in welchem eine Fläche offen ist und die verbleibenden Flächen geschlossen (z.B. verschlossen) sind, und eine Abdeckung, welche das offene Ende (z.B. das Öffnungsende, die offene Fläche) des Gehäuses verschließt. Ferner kann in der Brennstoffzellen-Anordnung die Brennstoffzellen-Anordnung in das Gehäuse (hinein) durch das Öffnungsende in einer Flächenrichtung (z.B. einer Richtung), die senkrecht (z.B. vertikal) zu der Stapelrichtung der Brennstoffzellen ist, eingeführt sein/werden. Beide Seitenplatten des Gehäuses können eine Vorspannen-Gegenkraft der Brennstoffzellen-Anordnung aufnehmen, und die Brennstoffzellen