專利名稱：用于汽車(chē)的燃料電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽車(chē)的燃料電池裝置，其具有至少一個(gè)燃料電池模塊。
背景技術(shù)：
按照汽車(chē)技術(shù)中新的驅(qū)動(dòng)概念，將燃料電池裝置用于提供能量是公知的。例如在EP 0677412 B1中具體描述了，應(yīng)將用于驅(qū)動(dòng)裝置中的燃料電池安裝在汽車(chē)地板下的適當(dāng)位置，以使得敏感的燃料電池模塊最好地被保護(hù)免受機(jī)械的影響。其它燃料電池裝置的安裝例如也可以在車(chē)頂，特別是對(duì)客車(chē)或貨車(chē)來(lái)說(shuō)。
DE 19629084 A1中公開(kāi)了另外一種電動(dòng)車(chē)，其驅(qū)動(dòng)電池包括一個(gè)具有冷卻系統(tǒng)(必要時(shí)為輔助的)的燃料電池裝置，在冷卻系統(tǒng)中流通氣體形式的冷卻劑，其中，燃料電池裝置是這樣安裝的，即(必要時(shí)輔助地)將冷卻劑完全或部分地通過(guò)行駛氣流的動(dòng)壓頭輸入到冷卻系統(tǒng)。這里，燃料電池裝置應(yīng)該這樣的安裝在車(chē)上，使得單個(gè)燃料電池的有效平面的平面法線與行駛方向垂直。
氫氣的存儲(chǔ)和氫氣的加注公知地存在問(wèn)題。PEM燃料電池裝置，尤其是具有HT-PEM燃料電池的裝置使用氫氣作為燃料，它通常由汽油、甲醇或其它高碳?xì)浠衔镌谲?chē)上的一個(gè)重整器中產(chǎn)生。作為氧化劑這里是空氣中的氧氣，因此在行駛的車(chē)輛中將環(huán)境空氣、特別是行駛氣流引入到燃料電池中。為此，必須具備相應(yīng)的裝置，其中，在現(xiàn)有技術(shù)中將空氣強(qiáng)制引入。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，給出一種用于汽車(chē)的燃料電池裝置，其對(duì)上述裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)化。
按照本發(fā)明，上述目的是通過(guò)權(quán)利要求1的特征解決的。本發(fā)明的進(jìn)一步的擴(kuò)展由各從屬權(quán)利要求給出。
按照本發(fā)明，通過(guò)在車(chē)內(nèi)或車(chē)上適當(dāng)?shù)匕惭b燃料電池裝置實(shí)現(xiàn)了使燃料電池盡可能自主換氣地工作。這里“自主換氣”理解為，在燃料電池裝置中總是有充足的環(huán)境空氣中的氧氣作為氧化劑可供使用，使得燃料電池的反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)。這樣，就不必對(duì)燃料電池陰極強(qiáng)行引導(dǎo)換氣用空氣。
因此，在本發(fā)明中燃料電池模塊盡可能地通過(guò)行駛氣流的能量供氣。優(yōu)選地，在使用燃料電池的情況下對(duì)于低車(chē)速和/或高負(fù)載的情況可以配備一個(gè)輔助風(fēng)扇。但是，這里重要的是，對(duì)于空氣供氣，即為燃料電池提供氧化劑不需要強(qiáng)制引導(dǎo)。
如果在汽車(chē)中將整個(gè)燃料電池裝置或至少單個(gè)燃料電池模塊安裝在車(chē)地板的下面，則優(yōu)選地設(shè)置偏轉(zhuǎn)板和/或噴嘴裝置來(lái)引導(dǎo)行駛氣流。對(duì)這些裝置的設(shè)置、控制和/或調(diào)節(jié)也可以由電可控閥擔(dān)當(dāng)。
只要對(duì)應(yīng)于DE 19629084 A1還將行駛氣流和/或風(fēng)扇空氣用于冷卻燃料電池，則一方面為提供空氣提供了交叉氣流運(yùn)行，另一方面提供了冷卻空氣。
在本發(fā)明中，燃料電池裝置按照所謂的PEM燃料電池工作，特別是在高溫下，即優(yōu)選地有HT-PEM燃料電池。通過(guò)適當(dāng)?shù)夭捎脵C(jī)械裝置，即通過(guò)偏轉(zhuǎn)板和/或噴嘴裝置可以這樣利用行駛氣流，使得能夠保證燃料電池的優(yōu)化使用。這里，燃料電池模塊可以平坦地構(gòu)成且其高度受限制。特別是還保證，汽車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)特性，如cw值等不受影響。


本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)以下結(jié)合權(quán)利要求對(duì)附圖所示實(shí)施方式的附圖描述給出。附圖中圖1示出了具有一體化燃料電池裝置的汽車(chē)，圖2示出了自主換氣運(yùn)行的燃料電池模塊，和圖3和圖4以截面圖示出了與圖2不同的安裝。
具體實(shí)施例方式
在圖1中用1表示一輛汽車(chē)(KFZ)，它的在圖中沒(méi)有詳細(xì)示出的電機(jī)驅(qū)動(dòng)3由一個(gè)燃料電池裝置供電。該燃料電池裝置主要由燃料電池模塊10和在圖1中沒(méi)有詳細(xì)示出的相應(yīng)的附件組成。燃料電池模塊10至少這樣定位在KFZ 1中或其上，使得可以適當(dāng)?shù)姆绞綖樗峁┛諝狻＞唧w地說(shuō)，就是燃料電池模塊10的縱軸沿車(chē)的縱軸5延伸。一個(gè)噴嘴類的機(jī)械裝置從KFZ 1的車(chē)頭開(kāi)孔將行駛氣流這樣引到燃料電池模塊10，即經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向空氣從上面流入。作為補(bǔ)充一個(gè)風(fēng)扇在需要時(shí)提供附加的環(huán)境空氣。
對(duì)于所述燃料電池裝置使用了以固定電解質(zhì)工作并被稱為聚合物電解質(zhì)隔板(Polymer Elektrolyte Membrane)燃料電池的燃料電池。這種燃料電池的工作溫度在現(xiàn)有技術(shù)中公知為大約60℃，其中，對(duì)于移動(dòng)應(yīng)用這種燃料電池優(yōu)選地運(yùn)行在比迄今描述的更高的溫度下。對(duì)于HT-PEM燃料電池采用介于80℃至300℃之間、但尤其是120℃至200℃之間的工作溫度。
具有HT-PEM燃料電池11、11′，...的燃料電池模塊10可以平坦地構(gòu)成。具體地說(shuō)，是將多個(gè)PEM燃料電池堆放，所以在這種情況下被稱為平坦堆棧。這種平坦堆棧優(yōu)選地放置在汽車(chē)地板下，或者如果不是轎車(chē)的話，也可放置在汽車(chē)的頂上。由此保證了，行駛氣流以適當(dāng)?shù)姆绞浇柚跈C(jī)械裝置20到達(dá)燃料電池。
在圖2中示出了這樣的燃料電池模塊10，其由單個(gè)HT-PEM燃料電池11，11′，...組成。通過(guò)機(jī)械裝置20的部件，例如通過(guò)一個(gè)傾斜設(shè)置的鐵片21或者空氣偏轉(zhuǎn)板實(shí)現(xiàn)了以噴嘴方式引入并偏轉(zhuǎn)行駛氣流，使其直接到達(dá)HT-PEM燃料電池模塊10的單個(gè)電池11，11′，...。為此，在車(chē)內(nèi)燃料電池模塊10的前面設(shè)置了一個(gè)具有旋轉(zhuǎn)風(fēng)擋40和40′的噴嘴22，通過(guò)該噴嘴流入的空氣有目的地到達(dá)燃料電池。也可以采用具有所屬控制裝置的電氣操縱的閥門(mén)。
如果由于速度過(guò)低不能產(chǎn)生足夠的行駛氣流或者由于很高的負(fù)載對(duì)空氣有更多的需要，則輔助風(fēng)扇6投入使用。通過(guò)由旋轉(zhuǎn)風(fēng)擋40和40’組成的可以電氣操縱的閥門(mén)裝置，可以通過(guò)一種適當(dāng)?shù)?、未示出的控制裝置將對(duì)行駛氣流和/或風(fēng)扇空氣的空氣導(dǎo)引與不同的需要匹配。
為了避免由于進(jìn)入的冷空氣對(duì)燃料電池的損害，必須在空氣進(jìn)入燃料電池11，11′，...之前將其進(jìn)行預(yù)熱。在圖2中示出的對(duì)燃料電池模塊10空氣提供可以以理想的方式與空氣預(yù)熱結(jié)合起來(lái)。
在圖3中示意性示出了如何通過(guò)風(fēng)扇6和熱交換器30將空氣引入并經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向到達(dá)燃料電池模塊10的燃料電池11，11′，...。相應(yīng)地在圖4中實(shí)現(xiàn)了更緊湊的形式。在兩種情況下都將一種流體介質(zhì)，例如油，作為冷卻劑由燃料電池11，11′，...帶到熱交換器30。燃料電池11，11′，...的長(zhǎng)度和高度與熱交換器30的長(zhǎng)度和高度相互匹配，從而實(shí)現(xiàn)了所希望的、盡可能緊湊的結(jié)構(gòu)形式。
利用按照?qǐng)D2所示安裝在汽車(chē)上的燃料電池模塊使得可以簡(jiǎn)便地用交叉氣流工作。也就是說(shuō)，在這種情況下，燃料電池11，11′，...運(yùn)行所必需的空氣按垂直線通過(guò)燃料電池模塊10到達(dá)，與此同時(shí)冷的空氣在轉(zhuǎn)向后分別以與之垂直的方向流入燃料電池模塊10。通過(guò)這種設(shè)置可以特別地這樣限定空氣量，使得可以預(yù)先給定一個(gè)適當(dāng)?shù)摩酥?。?shí)踐表明應(yīng)該保持一個(gè)至少為2的λ值。
按照?qǐng)D2尤其可以表明，在所示的設(shè)置中實(shí)現(xiàn)了一種空氣引導(dǎo)的雙重功能。一方面將空氣中的氧氣作為氧化劑使用，而另一方面將空氣用于冷卻。這里，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)燃料電池模塊10的溫度調(diào)節(jié)氧化劑或者空氣的流量。
已經(jīng)表明，特別是對(duì)于應(yīng)用HT-PEM燃料電池，可以將運(yùn)行溫度保持在80℃至200℃之間。其中，理想運(yùn)行溫度位于大約160℃。在這種情況下，在汽車(chē)中引入燃料電池裝置的空氣不僅用于提供氧化劑，還用于冷卻燃料電池模塊。
權(quán)利要求
1.一種用于汽車(chē)的燃料電池裝置，其具有至少一個(gè)燃料電池模塊，其特征在于，所述燃料電池模塊(10)這樣安裝在汽車(chē)(1)上，使得在車(chē)輛運(yùn)動(dòng)時(shí)該燃料電池模塊(10)盡可能自主換氣地工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池裝置，其特征在于，為使所述燃料電池模塊(10)自主換氣，盡可能利用汽車(chē)(1)的行駛氣流能量為該燃料電池模塊(10)提供空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池裝置，其特征在于，其具有一個(gè)在低車(chē)速和/或高負(fù)載情況下使用的輔助風(fēng)扇(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池裝置，其特征在于，所述燃料電池模塊(10)包含PEM燃料電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池裝置，其特征在于，所述燃料電池模塊(10)包含HT-PEM燃料電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池裝置，其特征在于，其具有用于將行駛氣流引入所述燃料電池模塊(10)的偏轉(zhuǎn)板(21)和/或噴嘴裝置(22)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池裝置，其特征在于，其具有用于控制和調(diào)節(jié)空氣引入的、可以電操縱的閥門(mén)(30)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池裝置，其特征在于，所述風(fēng)扇(6)用于控制和調(diào)節(jié)空氣量。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池裝置，其特征在于，所述燃料電池模塊(10)平坦地構(gòu)成，其高度最大為200mm，優(yōu)選為約100mm。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池裝置，其特征在于，這樣限定空氣量，使其保持至少為2的λ值。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池裝置，其特征在于，所述空氣還用于冷卻。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池裝置，其特征在于，交叉氣流中的冷空氣用于交換空氣。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池裝置，其特征在于，根據(jù)燃料電池模塊(10)的溫度來(lái)調(diào)節(jié)氧化劑/空氣的流量，使得在PEM燃料電池中運(yùn)行溫度介于60℃至300℃之間，并優(yōu)選地介于60℃至80℃之間，而在HT-PEM燃料電池中介于120℃至200℃之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于汽車(chē)的燃料電池裝置，它具有至少一個(gè)安裝在車(chē)輛上的燃料電池模塊。按照本發(fā)明，該燃料電池模塊這樣安裝在汽車(chē)上或汽車(chē)內(nèi)，使得在車(chē)輛運(yùn)動(dòng)時(shí)該燃料電池模塊盡可能自主換氣地工作。這意味著，行駛氣流的空氣足以為燃料電池供氧。
文檔編號(hào)B60K11/08GK1484587SQ01821642
公開(kāi)日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2001年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者曼弗雷德·波平格, 曼弗雷德 波平格, 格羅斯, 喬基姆·格羅斯, 布魯克, 羅爾夫·布魯克, 米克·賴齊格, 賴齊格 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司, 伊密泰克放射技術(shù)有限責(zé)任公司