專利名稱：用于汽車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的燃料電池裝置，其具有至少一個燃料電池模塊。
背景技術(shù)：
按照汽車技術(shù)中新的驅(qū)動概念，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)動裝置中的燃料電池安裝在汽車地板下的適當(dāng)位置，以使得敏感的燃料電池模塊最好地被保護免受機械的影響。其它燃料電池裝置的安裝例如也可以在車頂，特別是對客車或貨車來說。
DE 19629084 A1中公開了另外一種電動車，其驅(qū)動電池包括一個具有冷卻系統(tǒng)(必要時為輔助的)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(必要時輔助地)將冷卻劑完全或部分地通過行駛氣流的動壓頭輸入到冷卻系統(tǒng)。這里，燃料電池裝置應(yīng)該這樣的安裝在車上，使得單個燃料電池的有效平面的平面法線與行駛方向垂直。
氫氣的存儲和氫氣的加注公知地存在問題。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衔镌谲嚿系囊粋€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，給出一種用于汽車的燃料電池裝置，其對上述裝置進行了簡化。
按照本發(fā)明，上述目的是通過權(quán)利要求1的特征解決的。本發(fā)明的進一步的擴展由各從屬權(quán)利要求給出。
按照本發(fā)明，通過在車內(nèi)或車上適當(dāng)?shù)匕惭b燃料電池裝置實現(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)得以實現(xiàn)。這樣，就不必對燃料電池陰極強行引導(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于低車速和/或高負(fù)載的情況可以配備一個輔助風(fēng)扇。但是，這里重要的是，對于空氣供氣，即為燃料電池提供氧化劑不需要強制引導(dǎo)。
如果在汽車中將整個燃料電池裝置或至少單個燃料電池模塊安裝在車地板的下面，則優(yōu)選地設(shè)置偏轉(zhuǎn)板和/或噴嘴裝置來引導(dǎo)行駛氣流。對這些裝置的設(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。通過適當(dāng)?shù)夭捎脵C械裝置，即通過偏轉(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，汽車的空氣動力學(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)點通過以下結(jié)合權(quán)利要求對附圖所示實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，圖2示出了自主換氣運行的燃料電池模塊，和圖3和圖4以截面圖示出了與圖2不同的安裝。
具體實施例方式
在圖1中用1表示一輛汽車(KFZ)，它的在圖中沒有詳細(xì)示出的電機驅(qū)動3由一個燃料電池裝置供電。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?。具體地說，就是燃料電池模塊10的縱軸沿車的縱軸5延伸。一個噴嘴類的機械裝置從KFZ 1的車頭開孔將行駛氣流這樣引到燃料電池模塊10，即經(jīng)過轉(zhuǎn)向空氣從上面流入。作為補充一個風(fēng)扇在需要時提供附加的環(huán)境空氣。
對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，對于移動應(yīng)用這種燃料電池優(yōu)選地運行在比迄今描述的更高的溫度下。對于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，是將多個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)選地放置在汽車地板下，或者如果不是轎車的話，也可放置在汽車的頂上。由此保證了，行駛氣流以適當(dāng)?shù)姆绞浇柚跈C械裝置20到達燃料電池。
在圖2中示出了這樣的燃料電池模塊10，其由單個HT-PEM燃料電池11，11′，...組成。通過機械裝置20的部件，例如通過一個傾斜設(shè)置的鐵片21或者空氣偏轉(zhuǎn)板實現(xiàn)了以噴嘴方式引入并偏轉(zhuǎn)行駛氣流，使其直接到達HT-PEM燃料電池模塊10的單個電池11，11′，...。為此，在車內(nèi)燃料電池模塊10的前面設(shè)置了一個具有旋轉(zhuǎn)風(fēng)擋40和40′的噴嘴22，通過該噴嘴流入的空氣有目的地到達燃料電池。也可以采用具有所屬控制裝置的電氣操縱的閥門。
如果由于速度過低不能產(chǎn)生足夠的行駛氣流或者由于很高的負(fù)載對空氣有更多的需要，則輔助風(fēng)扇6投入使用。通過由旋轉(zhuǎn)風(fēng)擋40和40’組成的可以電氣操縱的閥門裝置，可以通過一種適當(dāng)?shù)?、未示出的控制裝置將對行駛氣流和/或風(fēng)扇空氣的空氣導(dǎo)引與不同的需要匹配。
為了避免由于進入的冷空氣對燃料電池的損害，必須在空氣進入燃料電池11，11′，...之前將其進行預(yù)熱。在圖2中示出的對燃料電池模塊10空氣提供可以以理想的方式與空氣預(yù)熱結(jié)合起來。
在圖3中示意性示出了如何通過風(fēng)扇6和熱交換器30將空氣引入并經(jīng)過轉(zhuǎn)向到達燃料電池模塊10的燃料電池11，11′，...。相應(yīng)地在圖4中實現(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′，...的長度和高度與熱交換器30的長度和高度相互匹配，從而實現(xiàn)了所希望的、盡可能緊湊的結(jié)構(gòu)形式。
利用按照圖2所示安裝在汽車上的燃料電池模塊使得可以簡便地用交叉氣流工作。也就是說，在這種情況下，燃料電池11，11′，...運行所必需的空氣按垂直線通過燃料電池模塊10到達，與此同時冷的空氣在轉(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)先給定一個適當(dāng)?shù)摩酥?。實踐表明應(yīng)該保持一個至少為2的λ值。
按照圖2尤其可以表明，在所示的設(shè)置中實現(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，特別是對于應(yīng)用HT-PEM燃料電池，可以將運行溫度保持在80℃至200℃之間。其中，理想運行溫度位于大約160℃。在這種情況下，在汽車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
1.一種用于汽車的燃料電池裝置，其具有至少一個燃料電池模塊，其特征在于，所述燃料電池模塊(10)這樣安裝在汽車(1)上，使得在車輛運動時該燃料電池模塊(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(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，其具有一個在低車速和/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(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)的溫度來調(diào)節(jié)氧化劑/空氣的流量，使得在PEM燃料電池中運行溫度介于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的燃料電池裝置，它具有至少一個安裝在車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上或汽車內(nèi)，使得在車輛運動時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B60K11/08GK1484587SQ01821642
公開日2004年3月24日 申請日期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 申請人:西門子公司, 伊密泰克放射技術(shù)有限責(zé)任公司