[发明专利]具有夹紧装置的燃料电池堆

说明书

本发明涉及一种燃料电池堆（10），其具有第一端板（51）和第二端板（52）以及多个布置在端板（51、52）之间的燃料电池（11）。至少一个弹性夹紧元件（55）沿堆叠方向（S）在端板（51、52）之间夹紧。此外，再夹紧元件（60）布置在夹紧元件（55）与燃料电池堆（10）的表面部分（70）之间。再夹紧元件（60）具有夹紧体（61）和至少一个布置在夹紧体（61）与表面部分（70）之间的调整元件（62）。在夹紧体（61）与表面部分（70）之间的距离能借助于该至少一个调整元件（62）来可变地被调整和固定。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池堆，该燃料电池堆能够实现再夹紧，尤其是能够通过使由于至少一个夹紧元件而作用于该燃料电池堆的压缩拉力适配而实现再夹紧。本发明还涉及一种具有这种燃料电池堆的车辆。

背景技术

燃料电池利用了将燃料与氧气化学转化成水来产生电能。为此，燃料电池具有膜电极装置（MEA，membrane electrode assembly），所述膜电极装置具有膜电极单元。

该膜电极单元通过质子传导膜、即PEM形成，在该质子传导膜两侧布置有催化电极。在此，膜将被分配给阳极的阳极区和被分配给阴极的阴极区彼此隔离并且使它们电绝缘。此外，在所述电极的不朝向所述膜的一侧可以布置气体扩散层。

在燃料电池运行时，含氢的燃料被输送给阳极，在所述阳极上，在释放电子的情况下从H₂电化学氧化成H⁺。通过电解膜，将氢离子H⁺从阳极区以有水的方式或者以无水的方式运输到阴极区。在阳极上提供的电子通过电线被引向阴极。

含氧的工作介质被输送给阴极，使得在那里在吸收电子的情况下从O₂氧化成O₂^-。这些氧离子在阴极区中在形成水的情况下与被运输经过该膜的氢离子发生反应。

燃料电池堆通常通过大量沿堆叠方向重叠地布置在堆（stack）中的MEA形成，所述MEA的电功率相加。通常，在这些膜电极装置之间布置有双极板，所述双极板确保了给各个MEA供应反应物和冷却液，以及充当与这些膜电极装置的导电接触部。

在膜电极单元与双极板之间布置密封件，以便使阳极和阴极区相对于外部密封并且防止工作介质从堆中溢出。这些密封件被设置在膜电极单元、双极板或者这两种组件上。

为了使该堆持久地密封并且为了确保在双极板与膜电极装置之间的电接触，在调试之前将燃料电池堆压紧。还使用拉紧元件，以便在运行期间也将燃料电池堆压紧。

从现有技术公知不同的拉紧元件。例如，两个布置在燃料电池堆的末端的端板可以借助于拉紧元件来连接。通过将拉力经由这些拉紧元件引入到端板中，将燃料电池堆压合。例如使用螺纹杆、拉杆、链条等等作为拉紧元件。

同样公知的是使用夹紧的条状或带状的弹性夹紧元件，这些夹紧元件要么与端盖连接要么在至少一个横截面内（沿堆叠方向）至少部分地环绕着该堆。关于这样的弹性夹紧元件（拉紧元件）的设计方案和紧固途径方面，例如参阅EP 1 870 952 A2，借此全面参考该EP 1 870 952 A2的内容。

尤其是在燃料电池堆或MEA的活性区中可能发生由于运行而造成的高度变化，所述高度变化例如可能随着燃料电池堆的温度和湿度而改变。也称此为堆呼吸。在使用弹性夹紧元件的情况下，这些夹紧元件的弹性还可能随着时间降低。尤其是在环形地环绕着燃料电池堆并且因此具有多个90°弯折部的金属夹紧元件的情况下，尤其是在这些弯曲部的区域内发生夹紧元件的伸长。

与燃料电池堆的高度变化和夹紧元件的老化无关地，必须始终确保堆的足够的压缩，尤其是以便保证所使用的密封件的密封效果。因而，从现有技术中已经公知应该用来试图持久确保燃料电池堆的压缩的装置。