DE102016004306A1

DE102016004306A1 - Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellensystem, Fahrzeug und Verfahren zum Fertigen eines Brennstoffzellenstapels

Info

Publication number: DE102016004306A1
Application number: DE102016004306.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan GERHARDT; Dietmar Mirsch; Quentin Morin; Uwe Pasera
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2017-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel (10) für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs, mit einem Gehäuse (12), in welchem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen (18) angeordnet ist, welche jeweils eine zwischen zwei Separatorplatten angeordnete Membran-Elektroden-Anordnung umfassen. Das Gehäuse (12) umfasst zumindest ein Gehäuseunterteil (14) und ein Gehäuseoberteil (16). In dem Gehäuse (12) ist wenigstens eine Endplatte (54) angeordnet, welche auf die Mehrzahl der Brennstoffzellen (18) einen Druck ausübt. Hierbei umfasst der Brennstoffzellenstapel (10) Mittel (64, 56) zum Verändern des von der wenigstens einen Endplatte (54) auf die Mehrzahl der Brennstoffzellen (18) ausgeübten Drucks. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Brennstoffzellenstapel (10), ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Fertigen eines Brennstoffzellenstapels (10).

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel für ein Brennstoffzellensystem. Der Brennstoffzellenstapel umfasst ein Gehäuse, in welchem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen angeordnet ist. Die Brennstoffzellen umfassen jeweils eine zwischen zwei Separatorplatten angeordnete Membran-Elektroden-Anordnung. Das Gehäuse umfasst zumindest ein Gehäuseunterteil und ein Gehäuseoberteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens einem solchen Brennstoffzellenstapel, ein Fahrzeug mit wenigstens einem Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Fertigen eines Brennstoffzellenstapels.
Die DE 10 2012 024 963 A1 beschreibt eine Brennstoffzellenanordnung mit einem geschlossenen Gehäuse, welches aus einem Gehäuseunterteil und einem Gehäusedeckel gebildet ist. In dem Gehäuse ist eine Anzahl von Einzelzellen angeordnet. Zwischen dem Gehäusedeckel und dem Stapel der Brennstoffzellen sind elastisch verformbare Elemente angeordnet, welche Druck auf den Stapel der Einzelzellen ausüben. Die elastischen Elemente sind bevorzugt als Schraubenfedern ausgebildet.
Bei der in der DE 10 2012 024 963 A1 beschriebenen Brennstoffzellenanordnung können Toleranzen nur über die Kräfte der Schraubenfedern ausgeglichen werden. Nach der Montage der Brennstoffzellenanordnung können jedoch Bauteiltoleranzen nicht mehr ausgeglichen werden. Für den Brennstoffzellenstapel ergibt sich somit eine von den Bauteiltoleranzen abhängige, bestimmte Länge. Auf Brennstoffzellenstapel unterschiedlicher Höhe üben die Schraubenfedern folglich unterschiedlich große Druckkräfte aus. Hierdurch kann jedoch eine definierte Anpresskraft der Dichtflächen der Brennstoffzellen nicht gewährleistet werden.
Des Weiteren beschreibt die DE 10 2009 030 427 A1 eine Zentriervorrichtung zum Montieren eines Brennstoffzellenstapels. Hierbei sorgen an einem Lagerelement angeordnete Zentrierstäbe für eine fluchtende Ausrichtung der Komponenten des Brennstoffzellenstapels.
Der prinzipielle Aufbau einer Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle – kurz PEMFC – ist wie folgt. Die PEMFC enthält eine Membran-Elektroden-Anordnung – kurz MEA, die aus einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen angeordneten Polymer-Elektrolyt-Membran (auch Ionomer-Membran) – kurz PEM – aufgebaut ist. Die MEA ist ihrerseits wiederum zwischen zwei Separatorplatten angeordnet, wobei eine Separatorplatte Kanäle für die Verteilung von Brennstoff aufweist und die andere Separatorplatte Kanäle für die Verteilung von Oxidationsmittel und wobei die Kanäle der MEA zugewandt sind. Die Kanäle bilden eine Kanalstruktur, ein sogenanntes Flow Field oder Strömungsfeld. Die Elektroden, Anode und Kathode, können insbesondere als Gasdiffusionselektroden – kurz GDE – ausgebildet sein. Diese haben die Funktion, den bei der elektrochemischen Reaktion (zum Beispiel 2H₂ + O₂ → 2H₂O) erzeugten Strom abzuleiten und die Reaktionsstoffe, Edukte und Produkte, durchdiffundieren zu lassen. Eine GDE besteht aus wenigstens einer Gasdiffusionsschicht beziehungsweise Gasdiffusionslage – kurz GDL – und einer Katalysatorschicht, die der PEM zugewandt ist und an der die elektrochemische Reaktion abläuft. Die GDE kann ferner noch eine Gasverteilungslage aufweisen, die sich der Gasdiffusionslage anschließt und die in der PEMFC einer Separatorplatte zugewandt ist. Gasdiffusionslage und Gasverteilungslage unterscheiden sich vor allem in ihren Porengrößen und damit in der Art des Transportmechanismus für einen Reaktionsstoff (Diffusion beziehungsweise Verteilung). Ist die Katalysatorschicht hingegen nicht auf die Gasdiffusionslage, sondern auf eine oder beide Hauptoberflächen der PEM aufgebracht, so wird im Allgemeinen von einer Catalyst Coated Membrane – kurz CCM – gesprochen.
Eine derartige Brennstoffzelle kann bei relativ geringen Betriebstemperaturen elektrischen Strom mit hoher Leistung erzeugen. Reale Brennstoffzellen sind meist zu so genannten Brennstoffzellenstapeln – kurz Stacks – gestapelt, um eine hohe Leistungsabgabe zu erzielen, wobei anstelle der monopolaren Separatorplatten bipolare Separatorplatten, so genannte Bipolarplatten, eingesetzt werden und monopolare Separatorplatten nur die beiden endständigen Abschlüsse des Stacks bilden. Sie werden zum Teil Endplatten genannt und können sich baulich erheblich von den Bipolarplatten unterscheiden.
Die Bipolarplatten sind im Allgemeinen aus zwei Teilplatten zusammengesetzt. Diese Teilplatten weisen im Wesentlichen komplementäre und bezüglich einer Spiegelebene spiegelbildliche Formen auf. Die Teilplatten müssen aber nicht zwingend spiegelbildlich sein. Wichtig ist lediglich, dass sie zumindest eine gemeinsame Berührungsfläche aufweisen, an der sie verbunden werden können. Die Teilplatten weisen eine unebene Topographie auf. Hierdurch entstehen an den jeweils voneinander weg weisenden Oberflächen der Teilplatten die vorstehend bereits erwähnten Kanalstrukturen. An den jeweils aufeinander zuweisenden Oberflächen der Teilplatten besteht zum Beispiel bei geprägten metallischen Teilplatten die zur oben genannten Kanalstruktur komplementäre Kanalstruktur. Beim Aufeinanderlegen der beiden Teilplatten entsteht dadurch zwischen den Teilplatten, auf deren zueinander hin weisenden Oberflächen, ein Hohlraum, welcher aus einem System mehrerer miteinander verbundener Tunnels besteht. Der Hohlraum beziehungsweise das System der Tunnels ist durch eine im Wesentlichen die Teilplatten im Randbereich umlaufende Fügung flüssigkeitsdicht umrandet, wobei Öffnungen zur Kühlmittelzufuhr und – abfuhr vorgesehen sind, sodass der Hohlraum für die Verteilung eines Kühlmittels genutzt werden kann.
Somit gehört zu den Aufgaben einer Bipolarplatte: Die Verteilung von Oxidationsmittel und von Reduktionsmittel; die Verteilung von Kühlmittel und somit die Kühlung (besser gesagt Temperierung) der Brennstoffzellen; die fluidische Trennung der Einzelzellen eines Stacks voneinander; ferner die elektrische Kontaktierung der hintereinander geschalteten Einzelzellen eines Stacks und somit die Durchleitung des von den Einzelzellen erzeugten elektrischen Stroms.
Um eine optimale Wirkung von Dichtungen der jeweiligen Brennstoffzellen zu gewährleisten, ist dafür zu sorgen, dass die Brennstoffzellen mit einer definierten Anpresskraft zusammengedrückt werden. Hierbei sind in der Regel an jeweiligen Enden der gestapelten Brennstoffzellen recht massive Endplatten angeordnet, welche die Anpresskraft über die gesamte Zellfläche verteilen. Zudem sind Spanneinrichtungen wie etwa Spannbänder oder Bolzen vorgesehen, welche die einzelnen Brennstoffzellen in dem Stapel verspannen. Wird eine konstante Anpresskraft eingestellt, so ergeben sich aufgrund von Toleranzen der Komponenten der einzelnen Brennstoffzellen für unterschiedliche Stapel jeweils unterschiedliche Stapelhöhen.
Insbesondere beim Einsatz des Brennstoffzellenstapels in einem Fahrzeug ist des Weiteren dafür zu sorgen, dass die Brennstoffzellen in einem Gehäuse angeordnet sind. Ein solches Gehäuse stellt einen Berührschutz bereit. Mit anderen Worten liegen die im Betrieb des Brennstoffzellenstapels elektrischen Strom führenden Brennstoffzellen nicht frei, sondern sie sind durch das Gehäuse vor einer Berührung geschützt. Dies ist insbesondere bei Anwendung des Brennstoffzellenstapels in einem Fahrzeug von Vorteil, bei welchem eine Vielzahl von Brennstoffzellen für eine entsprechend hohe Spannung des Brennstoffzellenstapels sorgt. Insbesondere bei derartigen, für Fahrzeuge vorgesehenen Hochvoltanwendungen ist daher das Vorsehen des Gehäuses vorteilhaft. Das Gehäuse sorgt des Weiteren dafür, dass in dem Brennstoffzellenstapel etwa als ein Reaktand verwendeter Wasserstoff nicht ungehindert in die Umgebung austreten kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Brennstoffzellenstapel der eingangs genannten Art sowie ein entsprechendes Brennstoffzellensystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Fertigen eines Brennstoffzellenstapels zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7, ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel für ein Brennstoffzellensystem umfasst ein Gehäuse, in welchem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen angeordnet ist. Die einzelnen Brennstoffzellen umfassen jeweils eine zwischen zwei Separatorplatten angeordnete Membran-Elektroden-Anordnung. Das Gehäuse umfasst zumindest ein Gehäuseunterteil und ein Gehäuseoberteil. In dem Gehäuse ist wenigstens eine Endplatte angeordnet, welche auf die Mehrzahl von Brennstoffzellen einen Druck ausübt. Hierbei umfasst der Brennstoffzellenstapel Mittel zum Verändern des von der wenigstens einen Endplatte auf die Mehrzahl der Brennstoffzellen ausgeübten Drucks. Die Mittel ermöglichen es daher, eine definierte Anpresskraft einzustellen, mit welcher die Brennstoffzellen in dem Gehäuse gegeneinander gedrückt sind. So kann auch bei Stapeln von Brennstoffzellen, welche aufgrund von Toleranzen der Komponenten der Brennstoffzellen unterschiedliche Höhen in die Stapelrichtung aufweisen, stets eine gewünschte, vorbestimmte Anpresskraft eingestellt werden. Es kann nämlich der Druck entsprechend insbesondere erhöht werden, wenn der in dem Gehäuse angeordnete Stapel der Brennstoffzellen aufgrund der Toleranzen eine geringere Höhe aufweist. Die Mittel ermöglichen es hierbei, den von der wenigstens einen Endplatte auf die Mehrzahl der Brennstoffzellen ausgeübten, insbesondere gerichteten, Druck im geschlossenen Gehäuse zu verändern.
Des Weiteren sind bevorzugt die Mittel zum Verändern des Drucks am Gehäuse angeordnet beziehungsweise abgestützt. So kann besonders einfach im Zusammenwirken der Mittel mit dem Gehäuse die gewünschte Anpresskraft eingestellt werden.
Durch das Verspannen des Zellstapels über das Gehäuse können Einrichtungen wie etwa Spannbänder oder Bolzen entfallen. Dies macht den Brennstoffzellenstapel besonders einfach und verringert den Montageaufwand beim Fertigen des Brennstoffzellenstapels. Des Weiteren können in der Stärke im Vergleich zum Stand der Technik reduzierte Einrichtungen etwa in Form von Endplatten zum Einsatz kommen. Dies liegt daran, dass die bevorzugt an dem Gehäuse, etwa an dem Gehäuseoberteil, angeordneten Mittel in Kombination mit dem Gehäuse beziehungsweise im Zusammenwirken mit dem Gehäuse für das Gegeneinanderpressen der Brennstoffzellen sorgen.
Dadurch, dass auf gesonderte Einrichtungen zum Verspannen des Zellstapels verzichtet werden kann, ergibt sich eine signifikante Volumeneinsparung, Kosteneinsparung und Gewichtseinsparung. Des Weiteren kann die Dimension des Gehäuses reduziert werden, wenn die wenigstens eine in dem Gehäuse angeordnete Endplatte eine verringerte Stärke aufweist. Darüber hinaus lässt sich durch das bevorzugte Anordnen der Mittel an dem Gehäuse eine besonders gleichmäßige Kraftverteilung erreichen. Im Gegensatz zu durch Spannbänder oder Bolzen aufgebrachten Anpresskräften lässt sich so nämlich sicherstellen, dass die Verspannung nicht punktuell erfolgt, sondern über den gesamten Umfang des Gehäuses. Dies führt zu einer höheren Robustheit des Brennstoffzellenstapels. Des Weiteren ergibt sich ein zusätzliches Potential zur Reduzierung massiver Komponenten.
Dadurch, dass sich der von der wenigstens einen Endplatte ausgeübte Druck besonders fein wie gewünscht auf einen vorbestimmten Wert einstellen lässt, kann zudem eine verbesserte Gasdichtheit des Brennstoffzellenstapels sichergestellt werden. Reaktanden wie etwa Luft oder Sauerstoff als Oxidationsmittel und Wasserstoff als Reduktionsmittel und/oder ein Kühlmittel können so besonders gut in den für diese Medien vorgesehenen Bereichen gehalten werden. Es ist also ein verbesserter Brennstoffzellenstapel geschaffen.
Die Mittel können beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betriebene, in einem Zylinder geführte Kolben oder dergleichen umfassen. Hierbei können die Zylinder am Gehäuse angeordnet und die Kolben so weit in das Gehäuseinnere hineinbewegt werden, dass der von dem Kolben auf die wenigstens eine Endplatte ausgeübte Druck für die gewünschte, vorbestimmte Anpresskraft sorgt.
Besonders einfach und aufwandsarm lässt sich die gewünschte, insbesondere vorbestimmte Anpresskraft jedoch einstellen, wenn die Mittel eine Mehrzahl von Gewindeelementen umfassen, welche in das Gehäuseoberteil eingeschraubt sind. Hierbei ist eine Länge eines in das Gehäuse hineinragenden jeweiligen Teilbereichs der Gewindeelemente veränderbar. Mit anderen Worten können Gewindeelemente unterschiedlich tief eingeschraubt werden, so dass sie unterschiedlich weit in das Gehäuse hineinragen. Die jeweilige Einschraubtiefe der Gewindeelemente sorgt für das Aufbringen einer definierten Kraft auf die Endplatte, welche wiederum den Druck auf die Mehrzahl der Brennstoffzellen ausübt. Zum Einschrauben der Gewindeelemente in das Gehäuseoberteil kann beispielsweise ein Drehmomentschlüssel zum Einsatz kommen, welcher an den jeweiligen Gewindeelementen angesetzt wird. Durch eine gleichmäßige Verteilung der Gewindeelemente über die Fläche der bevorzugt einen Endplatte lässt sich ein besonders gleichmäßiger Druck auf die Mehrzahl der Brennstoffzellen ausüben.
Hierbei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Gewindeelemente mittels eines Abdeckelements gegenüber dem Gehäuseoberteil abgedichtet sind. So wird gewährleistet, dass im Bereich der Gewindeelemente die Dichtheit des Gehäuses sichergestellt ist.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Mittel wenigstens ein Federelement umfassen, dessen Federkraft die wenigstens eine Endplatte gegen die Mehrzahl der Brennstoffzellen drückt. Mittels solcher bevorzugt mehrerer Federelemente lassen sich besonders gut bei geschlossenem Gehäuse auftretende, beispielsweise thermisch bedingte Längenänderungen des Zellstapels in die Stapelrichtung kompensieren. Die gewünschte Anpresskraft kann so auch bei solchen Längenänderungen aufrechterhalten werden, welche größer sind als die über die Elastizität der Dichtungen des Zellstapels kompensierbaren Längenänderungen.
Die bevorzugt mehreren Federelemente können insbesondere in einer jeweiligen Vertiefung aufgenommen sein, welche in der wenigstens einen Endplatte ausgebildet ist. So wird ein Ausknicken der Federelemente besonders einfach verhindert, und die Lage der Federelemente bezogen auf die Fläche der bevorzugt einen Endplatte ist besonders gut vorgebbar.
Bevorzugt ist das Gehäuse aus Metall gebildet oder zumindest bereichsweise mit einer metallischen Beschichtung versehen. So lässt sich eine elektromagnetische Verträglichkeit des Brennstoffzellenstapels sicherstellen, da das Gehäuse für eine Abschirmung von entsprechenden Feldern sorgt. Zudem lässt sich so ein sehr robustes Gehäuse bereitstellen, welches besonders gut in Zusammenwirken mit den Mitteln für das Ausüben des Drucks auf die wenigstens eine Endplatte sorgt.
Zwischen dem Gehäuseunterteil und der Mehrzahl der Brennstoffzellen kann eine Abschlusslage angeordnet sein. Insbesondere, wenn das Gehäuse aus einem Metall gebildet ist, kann diese Abschlusslage aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein. Dann ist ein elektrisch leitender Kontakt zwischen dem Zellstapel und dem Gehäuse unterbunden. Im Vergleich zu herkömmlichen Endplatten kann eine solche Abschlusslage oder Abschlussplatte jedoch besonders dünn ausgebildet sein, und sie braucht nicht die für eine Endplatte typischerweise vorgesehene Eigensteifigkeit aufzuweisen. Denn bei dem Brennstoffzellenstapel sorgt ja bereits das Gehäuseunterteil für die Bereitstellung einer robusten, eigensteifen Komponente, auf welcher sich die Mehrzahl der Brennstoffzellen beim Fertigen des Brennstoffzellenstapels stapeln lässt.
Einer besonders kompakten und im Hinblick auf das Gewicht und den Bauraum vorteilhaften Ausgestaltung ist es des Weiteren zuträglich, wenn durch das Gehäuseunterteil eine weitere Endplatte des Brennstoffzellenstapels gebildet ist.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Gehäuseunterteil wenigstens zwei Durchtrittsöffnungen aufweist, durch welche hindurch bei der Fertigung des Brennstoffzellenstapels Zentrierelemente in korrespondierende Sammelleitungen eingebracht werden können. Die Sammelleitungen sind durch die aufeinandergestapelten Brennstoffzellen gebildet. Durch das Einbringen der wenigstens zwei Zentrierelemente in die Durchtrittsöffnungen und die Sammelleitungen ist hierbei dafür gesorgt, dass in den Separatorplatten ausgebildete Öffnungen mit den wenigstens zwei Durchtrittsöffnungen fluchten. Die Sammelleitungen können dem Zuführen von Reaktanden zu dem Brennstoffzellenstapel beziehungsweise dem Abführen der Reaktanden von dem Brennstoffzellenstapel dienen, beziehungsweise dem Zuführen oder Abführen eines Kühlmittels. Wenn derartige, ohnehin in den Separatorplatten vorzusehende Öffnungen beim Fertigen des Brennstoffzellenstapels genutzt werden, um dort die Zentrierelemente anzuordnen, so brauchen in den Separatorplatten und in dem Gehäuseunterteil keine sonstigen, später abzudichtenden beziehungsweise zu verschließenden Öffnungen vorgesehen zu werden.
Durch das Anordnen der Zentrierelemente in den Durchtrittsöffnungen beziehungsweise Sammelleitungen lässt sich während der Fertigung des Brennstoffzellenstapels eine besonders genau miteinander fluchtende Ausrichtung der Brennstoffzellen in dem Zellstapel erreichen.
Bevorzugt verbleiben jedoch die Zentrierelemente nach der Fertigung des Brennstoffzellenstapels nicht in den Durchtrittsöffnungen beziehungsweise Sammelleitungen. So kann nämlich sichergestellt werden, dass sich die Separatorplatten nicht an diesen beispielsweise als Führungsstäbe ausgebildeten Zentrierelementen verhaken und es infolgedessen zu Verwerfungen der Brennstoffzellen im Brennstoffzellenstapel kommt.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem, welches insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug wie etwa einem Kraftwagen vorgesehen sein kann, umfasst wenigstens einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel. Ein solches Brennstoffzellensystem kann eine Vielzahl weiterer, insbesondere für Brennstoffzellensysteme von Fahrzeugen üblicher Komponenten umfassen, welche daher vorliegend nicht im Detail erläutert zu werden brauchen. Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst wenigstens ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fertigen eines Brennstoffzellenstapels für ein Brennstoffzellensystem wird in einem Gehäuse des Brennstoffzellenstapels eine Mehrzahl von Brennstoffzellen angeordnet. Die einzelnen Brennstoffzellen umfassen jeweils eine zwischen zwei Separatorplatten angeordnete Membran-Elektroden-Anordnung. Das Gehäuse umfasst zumindest ein Gehäuseunterteil und ein Gehäuseoberteil. Die Mehrzahl der Brennstoffzellen wird auf dem Gehäuseunterteil angeordnet. In dem Gehäuse wird wenigstens eine Endplatte angeordnet, welche auf die Mehrzahl der Brennstoffzellen einen Druck ausübt. Bei diesem Verfahren wird das Gehäuse geschlossen, und anschließend wird der von der wenigstens einen Endplatte auf die Mehrzahl der Brennstoffzellen ausgeübte Druck verändert. Es kann also eine definierte Anpresskraft eingestellt werden, mit welcher die Brennstoffzellen im geschlossenen Gehäuse gegeneinander gedrückt werden, da die Brennstoffzellen direkt in dem Gehäuse gestapelt werden. So ist ein verbessertes Verfahren geschaffen.
Zum Schließen des Gehäuses wird bevorzugt das Gehäuseoberteil an dem Gehäuseunterteil festgelegt. Anschließend wird durch entsprechende Mittel der von der wenigstens einen Endplatte auf die Mehrzahl der Brennstoffzellen ausgeübte Druck verändert.
Vorzugsweise werden vor dem Schließen des Gehäuses durch wenigstens zwei in dem Gehäuseunterteil angeordnete Durchtrittsöffnungen hindurch Zentrierelemente in korrespondierende Sammelleitungen eingebracht. Die Sammelleitungen werden durch ein Aufeinanderstapeln der Brennstoffzellen gebildet, indem mittels der wenigstens zwei Zentrierelemente in den Separatorplatten ausgebildete Öffnungen mit den wenigstens zwei Durchtrittsöffnungen fluchtend ausgerichtet werden, welche in dem Gehäuseunterteil angeordnet sind. Die Zentrierelemente sorgen also für eine genau ausgerichtete Stapelung der Brennstoffzellen in dem Gehäuse, welches bevorzugt feste Dimensionen oder Abmessungen aufweist. Durch die genau miteinander fluchtende Ausrichtung der Brennstoffzellen kann der zur Verfügung stehende durchströmbare Querschnitt der Sammelleitungen besonders weitgehend genutzt werden. Dies ist sowohl bei der Nutzung der Sammelleitungen zum Zuführen oder Abführen von Reaktanden als auch bei der Nutzung von Sammelleitungen zum Zuführen und Abführen eines Kühlmittels vorteilhaft.
Bevorzugt sind die Zentrierelemente an einer Haltevorrichtung in eine Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels verschiebbar angeordnet. Denn so kann besonders gut dafür gesorgt werden, dass die wenigstens eine Endplatte flächig an dem Stapel der Brennstoffzellen anliegt, nachdem die Brennstoffzellen aufeinandergestapelt wurden.
Bevorzugt liegt ein jeweiliges freies Ende der Zentrierelemente an einer Unterseite der wenigstens einen Endplatte an, wenn die Endplatte mit der den Brennstoffzellen zugewandten Unterseite auf den gestapelten Brennstoffzellen angeordnet wird. Die Endplatte kann so dünner ausgeführt werden, als bei einer prinzipiell auch möglichen Ausgestaltung, bei welcher die Zentrierelemente ein Stück weit in die Endplatte hineinragen.
Wenn die Zentrierelemente unterschiedliche Durchmesser aufweisen, so kann besonders einfach sichergestellt werden, dass die Brennstoffzellen lagerichtig aufeinandergestapelt werden.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Zentrierelemente Außenmaße aufweisen, welche Innenmaßen der Durchtrittsöffnungen und Innenmaßen der in den Separatorplatten ausgebildeten Öffnungen entsprechen. So kann eine besonders genau miteinander fluchtende Ausrichtung der Öffnungen in den Separatorplatten sichergestellt werden, was wiederum für die Ausbildung besonders gut nutzbarer Sammelleitungen sorgt.
Die für den erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem und das erfindungsgemäße Fahrzeug. Des Weiteren gelten die für den erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel beziehungsweise das Brennstoffzellensystem oder das Fahrzeug beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind somit auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 schematisch einen Brennstoffzellenstapel, bei welchem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen in einem Gehäuse des Brennstoffzellenstapels angeordnet ist, wobei durch ein Gehäuseunterteil des Gehäuses hindurchtretende Führungsstäbe für eine fluchtende Ausrichtung der Brennstoffzellen sorgen, und wobei über Gewindebolzen eine veränderbare Kraft auf Federpakete aufgebracht werden kann, welche an einer Endplatte angeordnet sind, die einen Druck auf die gestapelten Brennstoffzellen ausübt; und
2 stark schematisiert eine einzelne Brennstoffzelle, von denen eine Vielzahl in dem Gehäuse gemäß 1 angeordnet ist.
Von einem Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs ist in 1 schematisch ein Brennstoffzellenstapel 10 gezeigt. Der Brennstoffzellenstapel 10 umfasst ein Gehäuse 12, welches ein plattenförmiges Gehäuseunterteil 14 und ein nach Art einer Haube ausgebildetes Gehäuseoberteil 16 umfasst. Innerhalb des Gehäuses 12 ist eine Mehrzahl von Brennstoffzellen 18 angeordnet, von denen eine einzelne Brennstoffzelle 18 schematisch in 2 gezeigt ist.
Die jeweilige Brennstoffzelle 18 umfasst eine erste Separatorplatte 20 und eine zweite Separatorplatte 22. Zwischen den Separatorplatte 20, 22 ist in an sich bekannter Weise eine Membran-Elektroden-Anordnung 24 angeordnet. Vorliegend sind die Separatorplatten 20, 22 als Bipolarplatten ausgebildet. Diese Bipolarplatten sind aus zwei Teilplatten zusammengesetzt, welche auf einander zugewandten Oberflächen Kanalstrukturen aufweisen. In dem entsprechenden, zwischen den Teilplatten ausgebildeten Hohlraum zirkuliert im Betrieb des Brennstoffzellenstapels 10 ein Kühlmittel, welches die bei der Brennstoffzellenreaktion freigesetzte Wärme abführt. Eine Seite der jeweiligen Separatorplatte 20, 22 beziehungsweise Bipolarplatte ist der Membran-Elektroden-Anordnung 24 einer ersten Brennstoffzelle 18 zugewandt. Die andere Seite der jeweiligen Separatorplatte 20, 22 beziehungsweise Bipolarplatte ist der (in 2 nicht gezeigten) Membran-Elektroden-Anordnung 24 der jeweils benachbarten Brennstoffzelle 18 zugewandt.
1 zeigt den Brennstoffzellenstapel 10 in einem Endstadium der Fertigung. Hierbei ist das Gehäuseunterteil 14 an einer Haltevorrichtung 26 angeordnet, welche einen im Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper 28 umfasst. Das Gehäuseunterteil 14 liegt flächig auf dem plattenförmigen Grundkörper 28 auf. In dem Gehäuseunterteil 14 sind wenigstens zwei Durchtrittsöffnungen 30, 32 ausgebildet, durch welche Zentrierelementen in Form von zwei Führungsstäben 34, 36 der Haltevorrichtung 26 hindurchtreten. Die Führungsstäbe 34, 36 treten auch durch Öffnungen hindurch, welche in den Separatorplatten 20, 22 der einzelnen Brennstoffzellen 18 ausgebildet sind. Diese Öffnungen sind in der schematischen Darstellung in 2 nicht gezeigt.
Aufgrund des Vorsehens der Führungsstäbe 34, 36 lassen sich die Brennstoffzellen 18 auf dem Gehäuseunterteil 14 passgenau stapeln beziehungsweise montieren. Eine Höhe der Führungsstäbe 34, 36 in eine Stapelrichtung 38, welche in 1 durch einen Pfeil veranschaulicht ist, ist variabel beziehungsweise flexibel. Somit können Toleranzen einer Höhe des Stapels der Brennstoffzellen 18, also einer Erstreckung desselben in die Stapelrichtung 38, ausgeglichen werden. Solche Toleranzen können beispielsweise von Herstellungstoleranzen der einzelnen Komponenten der Brennstoffzellen 18 herrühren.
Um die Verschiebbarkeit der Führungsstäbe 34, 36 in die Stapelrichtung 38 zu ermöglichen, sind vorliegend untere Endbereiche 40 der Führungsstäbe 34, 36 in Vertiefungen 42 aufgenommen, welche in dem Grundkörper 28 der Haltevorrichtung 26 ausgebildet sind. Zwischen einem Boden 44 der jeweiligen Vertiefung 42 und einem unteren Ende des jeweiligen Führungsstabs 34, 36 ist beispielsweise eine Druckfeder 46 angeordnet. Die Führungsstäbe 34, 36 sind also in die Stapelrichtung 38 verschiebbar, indem die Druckfeder 46 nachgibt.
Des Weiteren kann eine weitere Feder 48 den jeweiligen Führungsstab 34, 36 in der Vertiefung 42 oder Aufnahme mit einer senkrecht zu seiner Erstreckungsrichtung wirkenden Kraft beaufschlagen und somit gegen eine Seitenwand der jeweiligen Vertiefung 42 drücken. Mit anderen Worten kann der Endbereich 40 des jeweiligen Führungsstabs 34, 36 zwischen der Seitenwand der Vertiefung 42 und der weiteren Feder 48 eingeklemmt sein. Dadurch können die Führungsstäbe 34, 36 nach der Montage des Brennstoffzellenstapels 10 leicht wieder entfernt werden. Insbesondere wird dadurch ein Einklemmen oder Verkannten der Führungsstäbe 34, 36 durch sich beim Verspannen des Brennstoffzellenstapels 10 ggf. leicht verschiebende Separatorplatten 20, 22 verhindert. Durch die Feder 48 liegen dabei die Führungsstäbe 34, 36 jeweils an einer definierten Seite der jeweiligen Vertiefung 48 an, ohne dabei die ganze Vertiefung 48 zu füllen, was ein Einklemmen oder Verkannten der Führungsstäbe 34, 36 verhindert.
Vorzugsweise weisen die als Zentrierelemente dienenden Führungsstäbe 34, 36 unterschiedliche Durchmesser auf, und sie sind in unterschiedliche Medienführungskanäle eingebracht, welche in den Separatorplatten 20, 22 der jeweiligen Brennstoffzellen 18 ausgebildet sind. Bei diesen Medienführungskanälen kann es sich insbesondere um Sammelleitungen für einen Brennstoff, ein Oxidationsmittel oder ein Kühlmittel handeln.
Den Endbereichen 40 gegenüberliegende Enden 50 der Führungsstäbe 34, 36 liegen an einer Unterseite 52 einer Endplatte 54 an, welche flächig auf den aufeinandergestapelten Brennstoffzellen 18 aufliegt. Diese Endplatte 54 übt vorliegend einen Druck auf die aufeinandergestapelten Brennstoffzellen 18 aus. Hierfür sorgt eine Mehrzahl von Federelementen, etwa in Form von Federpaketen 56, welche in jeweiligen Vertiefungen 58 aufgenommen sind. Die jeweiligen Vertiefungen 58 sind in der Endplatte 54 ausgebildet und sorgen für eine definierte Lage der Federpakete 56 bezogen auf die Endplatte 54. Des Weiteren sind die Vertiefungen 58 mit den Federpaketen 56 bevorzugt gleichmäßig über die Fläche der Endplatte 54 verteilt.
Vorliegend liegen die Federpakete 56 jedoch nicht unmittelbar an einer Innenseite 60 einer oberen Wand 62 des haubenförmigen beziehungsweise topfförmigen Gehäuseoberteils 16 an. Vielmehr beaufschlagen Gewindeelemente in Form von Gewindebolzen 64 die jeweiligen Federpakte 56 mit einem Druck, welcher von der Einschraubtiefe der Gewindebolzen 64 abhängt. Die Gewindebolzen 64 sind nämlich in jeweilige Gewindeöffnungen eingeschraubt, welche in der Wand 62 des Gehäuseoberteils 16 ausgebildet sind. Je weiter der jeweilige Gewindebolzen 64 in die Wand 62 eingeschraubt wird, desto größer ist die Länge des in das Gehäuse 12 hineinragenden Teilbereichs des jeweiligen Gewindebolzens 64, wobei dieser Teilbereich an dem jeweiligen Federpaket 56 anliegt.
Beispielsweise mittels eines Drehmomentschlüssels kann die Kraft eingestellt werden, mit welcher der jeweilige Gewindebolzen 64 gegen das dem jeweiligen Gewindebolzen 64 zugeordnete Federpaket 56 drückt. Auf diese Weise kann auch die Kraft beziehungsweise der Druck eingestellt werden, mit welcher beziehungsweise mit welchem die Endplatte 54 gegen die gestapelten Brennstoffzellen 18 drückt. Die Federpakete 56, welche in der Endplatte 54 oder Abschlussplatte angeordnet sind, können also durch die Einschraubtiefe der Gewindebolzen 64 mit einer definierten Kraft vorgespannt werden.
Ein an der oberen Wand 62 des Gehäuseoberteils 16 angeordnetes Abdeckelement 66 sorgt bevorzugt dafür, dass auch im Bereich der Gewindebolzen 64 die Dichtheit des Gehäuses 12 sichergestellt ist.
Das Gehäuseunterteil 14 und das Gehäuseoberteil 16 sind jeweils bevorzugt aus Metall gebildet, um eine der elektromagnetischen Verträglichkeit dienende Abschirmung des Stapels der Brennstoffzellen 18 gegenüber der Umgebung sicherzustellen. Bei einer derartigen, metallischen Ausbildung des Gehäuses 12 ist, wie vorliegend beispielhaft gezeigt, zwischen dem Gehäuseunterteil 14 und der in 1 untersten Brennstoffzelle 18 eine Abschlusslage 68 angeordnet, welche aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Diese Abschlusslage 68 braucht im Gegensatz zu einer herkömmlichen Endplatte nicht eigensteif zu sein, da vorliegend bereits das Gehäuseunterteil 14 eine zweite Endplatte für den Brennstoffzellenstapel 10 bildet. Wenn in alternativen Ausführungsformen das Gehäuseunterteil 14 aus einem Kunststoff gebildet ist, welcher lediglich außenseitig mit einer Metallbeschichtung versehen ist, kann auf die Abschlusslage 68 sogar ganz verzichtet werden. Bestandteil einer Abschlusslage 68 ist jeweils eine elektrisch leitende Verbindung, die den elektrischen Strom aus der angrenzenden, endständigen Separatorplatte 20, 22 des Brennstoffzellenstapels 10 abführt, sodass er einem elektrischen Verbraucher zugeleitet werden kann (nicht dargestellt).
Bei der Fertigung des Brennstoffzellenstapels 10 wird zunächst das Gehäuseunterteil 14 auf die Haltevorrichtung 26 aufgesetzt, sodass die Führungsstäbe 34, 36 durch die in dem Gehäuseunterteil 14 ausgebildeten Durchtrittsöffnungen 30, 32 hindurchtreten. Anschließend werden die einzelnen Brennstoffzellen 18 aufeinandergestapelt. Hierbei sorgen die Führungsstäbe 34, 36 für das passgenaue Stapeln, da die Führungsstäbe 34, 36 oder Führungselemente beziehungsweise Zentrierelemente in die Medienführungskanäle hineinragen. Anschließend wird die Endplatte 54 oder Abschlussplatte mit den Federpaketen 56 auf dem Stapel der Brennstoffzellen 18 platziert. Daraufhin wird das Gehäuseoberteil 16 an das Gehäuseunterteil 14 montiert beziehungsweise an dem Gehäuseunterteil 14 festgelegt. In dem auf diese Weise geschlossenen Gehäuse 12 lässt sich nun mittels der Gewindebolzen 64 die Anpresskraft einstellen, mit welcher die Endplatte 54 gegen die gestapelten Brennstoffzellen 18 gedrückt wird beziehungsweise die gestapelten Brennstoffzellen 18 gegen das Gehäuseunterteil 14 drückt. Mittel zum Verändern des von der Endplatte 54 auf die Brennstoffzellen 18 ausgeübten Drucks umfassen vorliegend bevorzugt die in die Wand 62 des Gehäuseoberteils 16 eingeschraubten Gewindebolzen 64 und die in den Vertiefungen 58 aufgenommenen Federpakete 56.
Nach dem Einstellen der Anpresskraft beziehungsweise des Drucks, mit welcher oder welchem die Endplatte 54 die Brennstoffzellen 18 gegen das Gehäuseunterteil 14 drückt, kann das Gehäuse 12 von der Haltevorrichtung 26 abgenommen werden. Über die dann freiliegenden Durchtrittsöffnungen 30, 32 in dem Gehäuseunterteil 14 kann durch Anschließen entsprechend abgedichteter Zuführleitungen und Abführleitungen das Zuführen und Abführen von Reaktanden und Kühlmittel zu den einzelnen Brennstoffzellen 18 beziehungsweise von den einzelnen Brennstoffzellen 18 sichergestellt werden. Das Gehäuse 12 verbleibt also bevorzugt nicht an der Haltevorrichtung 26.
Durch das Einstellen der einstellbaren Elemente, welche vorliegend als die Gewindebolzen 64 ausgebildet sind, lässt sich die auf die Brennstoffzellen 18 wirkende Spannkraft beziehungsweise Vorspannkraft besonders gut und genau einstellen. Des Weiteren sind keine zusätzlichen Spannmittel wie etwa Spannbänder oder Spannbolzen erforderlich. Dennoch sorgt die Kraft beziehungsweise der Druck, welchen die Endplatte 54 auf die gestapelten Brennstoffzellen 18 ausübt, für eine verbesserte Dichtheit, insbesondere Dichtheit im Hinblick auf die Reaktanden und das Kühlmittel in dem Brennstoffzellenstapel 10. Hierfür brauchen jedoch keine massiven, entsprechend große Stärken aufweisenden Endplatten vorgesehen zu werden. Vielmehr kann das Gehäuseunterteil 14 als eine der Endplatten dienen. Und auch die andere Endplatte 54 braucht lediglich eine Stärke oder Dicke aufzuweisen, welche die von den Federpaketen 56 im Zusammenwirken mit dem Gewindebolzen 64 aufgebrachten Kräfte aufzunehmen imstande ist. Daher lassen sich Gewicht, Volumen und Kosten einsparen.
Bezugszeichenliste

10: Brennstoffzellenstapel
12: Gehäuse
14: Gehäuseunterteil
16: Gehäuseoberteil
18: Brennstoffzelle
20: Separatorplatte
22: Separatorplatte
24: Membran-Elektroden-Anordnung
26: Haltevorrichtung
28: Grundkörper
30: Durchtrittsöffnung
32: Durchtrittsöffnung
34: Führungsstab
36: Führungsstab
38: Stapelrichtung
40: Endbereich
42: Vertiefung
44: Boden
46: Druckfeder
48: Feder
50: Ende
52: Unterseite
54: Endplatte
56: Federpaket
58: Vertiefung
60: Innenseite
62: Wand
64: Gewindebolzen
66: Abdeckelement
68: Abschlusslage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012024963 A1 [0002, 0003]
DE 102009030427 A1 [0004]

Claims

Brennstoffzellenstapel für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs, mit einem Gehäuse (12), in welchem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen (18) angeordnet ist, welche jeweils eine zwischen zwei Separatorplatten (20, 22) angeordnete Membran-Elektroden-Anordnung (24) umfassen, wobei das Gehäuse (12) zumindest ein Gehäuseunterteil (14) und ein Gehäuseoberteil (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (12) wenigstens eine Endplatte (54) angeordnet ist, welche auf die Mehrzahl der Brennstoffzellen (18) einen Druck ausübt, wobei der Brennstoffzellenstapel (10) Mittel (64, 56) zum Verändern des von der wenigstens einen Endplatte (54) auf die Mehrzahl der Brennstoffzellen (18) ausgeübten Drucks umfasst.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Mehrzahl von, insbesondere mittels eines Abdeckelements (66) gegenüber dem Gehäuseoberteil (16) abgedichteten, Gewindeelementen (64) umfassen, welche in das Gehäuseoberteil (16) eingeschraubt sind, wobei eine Länge eines in das Gehäuse (12) hineinragenden jeweiligen Teilbereichs der Gewindeelemente (54) veränderbar ist.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel wenigstens ein, insbesondere in wenigstens einer in der wenigstens einen Endplatte (54) ausgebildeten Vertiefung (58) aufgenommenes, Federelement (56) umfassen, dessen Federkraft die wenigstens eine Endplatte (54) gegen die Mehrzahl der Brennstoffzellen (18) drückt.
Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) aus Metall gebildet oder zumindest bereichsweise mit einer metallischen Beschichtung versehen ist und/oder zwischen dem Gehäuseunterteil (14) und der Mehrzahl der Brennstoffzellen (18) eine, insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material gebildete, Abschlusslage (68) angeordnet ist.
Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Gehäuseunterteil (14) eine weitere Endplatte des Brennstoffzellenstapels (10) gebildet ist.
Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseunterteil (14) wenigstens zwei Durchtrittsoffnungen (30, 32) aufweist, durch welche hindurch bei der Fertigung des Brennstoffzellenstapels (10) Zentrierelemente (34, 36) in korrespondierende Sammelleitungen einbringbar sind, welche durch die aufeinandergestapelten Brennstoffzellen (18) gebildet sind, wobei in den Separatorplatten (20, 22) ausgebildete Öffnungen mit den wenigstens zwei Durchtrittsöffnungen (30, 32) fluchten.
Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Fahrzeug, mit wenigstens einem Brennstoffzellenstapel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Fahrzeug mit wenigstens einem Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7.
Verfahren zum Fertigen eines Brennstoffzellenstapels (10) für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs, bei welchem in einem Gehäuse (12) eine Mehrzahl von Brennstoffzellen (18) angeordnet wird, welche jeweils eine zwischen zwei Separatorplatten (20, 22) angeordnete Membran-Elektroden-Anordnung (24) umfassen, wobei das Gehäuse (12) zumindest ein Gehäuseunterteil (14) und ein Gehäuseoberteil (16) umfasst, und wobei die Mehrzahl der Brennstoffzellen (18) auf dem Gehäuseunterteil (14) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (12) wenigstens eine Endplatte (54) angeordnet wird, welche auf die Mehrzahl der Brennstoffzellen (18) einen Druck ausübt, wobei das Gehäuse (12) geschlossen wird und anschließend der von der wenigstens einen Endplatte (54) auf die Mehrzahl der Brennstoffzellen (18) ausgeübte Druck verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vordem Schließen des Gehäuses (12) durch wenigstens zwei in dem Gehäuseunterteil (14) angeordnete Durchtrittsöffnungen (30, 32) hindurch, insbesondere – an einer Haltevorrichtung (26) in eine Stapelrichtung (38) des Brennstoffzellenstapels (10) verschiebbar angeordnete und/oder – mit einem jeweiligen freien Ende (50) an einer Unterseite (52) der wenigstens einen Endplatte (54) anliegende und/oder – unterschiedliche Durchmesser aufweisende und/oder – Außenmaße aufweisende, welche Innenmaßen der Durchtrittsöffnungen (30, 32) und Innenmaßen von in den Separatorplatten (20, 22) ausgebildeten Öffnungen entsprechen, Zentrierelemente (34, 36) in korrespondierende Sammelleitungen eingebracht werden, welche durch ein Aufeinanderstapeln der Brennstoffzellen (18) gebildet werden, indem mittels der wenigstens zwei Zentrierelemente (34, 36) in den Separatorplatten (20, 22) ausgebildete Öffnungen mit den wenigstens zwei Durchtrittsöffnungen (30, 32) fluchtend ausgerichtet werden.