[发明专利]燃料电池堆、燃料电池装置以及燃料电池车辆

说明书

本发明涉及一种燃料电池堆(2)、燃料电池装置(1)以及燃料电池车辆，燃料电池堆带有多个燃料电池，燃料电池容纳在两个端板(3)之间，其中，在两个相对而置的侧面上相应布置有至少两个交叉的撑杆(4,5)，其在其交叉点(6)中通过铰接部(7)剪刀式地相互连接并且在其端部(8,9)处与这两个端板(3)相连接，并且其中，每个撑杆(4,5)的端部(8)在与该端部(8)相关联的该一端板(3)处通过引导部(11)来引导并且通过用于产生反力的器件(12)支撑在另一撑杆(5,4)的与该端板(3)相关联的端部(9)处。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池堆(Brennstoffzellenstapel)，其带有多个燃料电池，燃料电池容纳在两个端板之间，其中，在两个相对而置的侧面上相应布置有至少两个交叉的撑杆(Strebe)，其在其交叉点中通过铰接部剪刀式地相互连接并且在其端部处与这两个端板相连接，并且其中，每个撑杆的端部在与该端部相关联的该一端板处通过引导部来引导并且通过用于产生反力的器件支撑在另一撑杆的与该端板相关联的端部处。本发明此外涉及一种燃料电池装置以及一种燃料电池车辆。

背景技术

燃料电池用于通过电化学反应提供电能，其中，为了提高可利用的功率，可将多个燃料电池串联地联合成燃料电池堆。燃料电池中的每个包括阳极、阴极以及将阳极与阴极分开的能导质子的膜片，其为了促进电化学反应覆层有催化剂。此外，在燃料电池堆中向每个燃料电池在膜片两侧提供双极板用于反应物和必要时冷却剂的供给。此外，使用气体扩散层以将在双极板中引导来的反应物尽可能均匀地分配到覆层有催化剂的膜片的整个面上。

这些多个在燃料电池堆中联合的燃料电池通常借助于拉力元件以在多个千牛顿的范围中的力来挤压，以便获得在催化剂覆层的膜片处足够的接触压力以减小欧姆损失并且借助于较高的挤压避免所使用的密封件的不密封性。

然而在此应注意的是，在燃料电池堆的运行期间出现可导致挤压力的提升或减小的力。挤压力的提升由所应用的部件的热膨胀、由用于反应物的输送和分配的压力和由所应用的膜片在其水合作用(Hydratisierung)时的胀大(Aufquellen)引起。

挤压力的减小可由于在温度下降或较低时负的热膨胀或者由于气体扩散层的沉降特性(Setzungsverhalten)(其随着燃料电池堆的使用持续时间和因此年限的增加而增加)而发生。

文件US 2008/0182152 A1示出了应用拉杆用于燃料电池堆的张紧。由文件DE 102017 206 729 A1已知在燃料电池堆中将多个燃料电池布置在两个端板之间，其中，在一端板上在外侧布置有弹簧元件和压电元件，其支撑张紧板。在张紧板处可摆动地支承有杠杆，其以其自由端支撑在端板处。这些杠杆不相互连接；在文件DE 10 2016 205 282 B3中在燃料电池堆的两端处实现这样的布置。围绕整个燃料电池堆引导有多个张紧带，其通过张紧板以相关联的弹簧来保持张紧，其中，燃料电池堆的结构空间需求和长度由于末端的结构(Aufbauten)而显著提高，这对于这样形成的张紧系统是典型的。

在已知的张紧系统中另外的问题是端板在力不均匀作用时的挠曲以及可能端板的削弱(如果为了节省结构空间将弹簧插入弹簧容纳部中)。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池堆，其带有在其沉降特性方面改善的性能。此外目的是提供一种改进的燃料电池装置和一种改进的燃料电池车辆。

该目的通过带有权利要求1的特征的燃料电池堆、通过带有权利要求9的特征的燃料电池装置并且通过带有权利要求10的特征的燃料电池车辆来实现。本发明的有利的设计方案与适宜的改进方案在从属权利要求中来说明。

开头所提到的燃料电池堆特征在于，尤其因为可节省单独的张紧板和加载其的弹簧，所要求的结构空间和必需的重量可明显减小。还存在可使燃料电池堆的长度适配的可能性，该燃料电池堆即可相应于作用力“呼吸”。作为改善的挤压的结果还改善功率，亦即在整个使用寿命上。