本發(fā)明涉及一種用于燃料電池堆的殼體。

背景技術：

WO 03/094275 A1公開了一種包括端板的燃料電池堆，在所述端板上焊接側(cè)板。此外，EP 1597790 B1公開了一種用于燃料電池堆的端板，所述端板具有隆起的壓盤。

技術實現(xiàn)要素：

在此公開的技術的優(yōu)選任務在于，減少或消除已知解決方案的缺點。此外需要提供一種相對緊湊的殼體，該殼體在重量輕和體積小的同時可靠地夾緊燃料電池堆的各個燃料電池并且可靠地補償可能的長度公差。此外需要提供一種具有良好或改進的熱絕緣和/或電絕緣的殼體。另外也需要提供一種低成本的燃料電池系統(tǒng)。

本發(fā)明的任務通過權利要求1的技術方案得以解決。從屬權利要求構成優(yōu)選方案。

在此公開的技術涉及一種用于燃料電池堆的殼體。該殼體包括兩個端板，所述端板設置在燃料電池堆的兩個端部上。殼體還包括兩個相對置的側(cè)壁，它們將兩個端板彼此連接。

尤其是，端板彼此這樣連接，使得燃料電池堆的設置在端板之間的燃料電池被夾緊。在此公開的殼體還包括一個側(cè)向連接壁，其至少在部分區(qū)域上將所述兩個相對置的側(cè)壁彼此連接。側(cè)壁、連接壁和端板之間的連接優(yōu)選液密地進行。

殼體可包括至少一個具有介質(zhì)接口的介質(zhì)交換元件。介質(zhì)交換元件可集成在一個或兩個端板中。替代或附加地，也可在端板和燃料電池堆之間設置單獨的介質(zhì)交換元件。

所述兩個端板可分別構造為擠出的支承結構。支承結構是可包括多個在橫截面中彼此成角度設置的壁或桿的支承架構，所述壁或桿將支承結構的相互間隔開距離的外輪廓連接。這種支承結構的強度高于僅由兩個直接相互貼靠且不相互間隔開距離的外壁構成的構件的強度。

在此公開的端板可分別構造為擠出的支承結構。構造為擠出的元件可實現(xiàn)端板的低成本制造，所述端板因而通常較輕并且抗扭。

殼體尤其是可包括具有介質(zhì)接口的介質(zhì)交換元件，所述介質(zhì)接口不被橫向引導穿過端板的外輪廓或者說外表面。這表示，介質(zhì)接口不穿過端板引出至可能的其它管路上，而是在殼體的側(cè)向開口上引出。

尤為有利的是，介質(zhì)接口在殼體的接口側(cè)引出。殼體的接口側(cè)優(yōu)選與連接壁相對置設置。優(yōu)選所有介質(zhì)接口僅在接口側(cè)引出。也有利的是，接口側(cè)也可以通過板狀壁封閉。因此公開了一種在所有側(cè)被封閉的殼體，在該殼體中，介質(zhì)接口僅在一側(cè)上側(cè)向引出。

在此公開的殼體較輕并且抗扭，并且同時可保護燃料電池不受機械影響。優(yōu)選殼體相對液封。

優(yōu)選地，相對置的各側(cè)壁和/或側(cè)向連接壁也具有支承結構。有利的是，各側(cè)壁和/或側(cè)向連接壁的支承結構的外壁相互間隔開的距離小于兩個端板的外壁相互間隔開的距離。換言之，端板的支承結構比各側(cè)壁和/或側(cè)向連接壁的支承結構更加抗扭，由此可減輕側(cè)壁和連接壁的重量。

當介質(zhì)元件單獨構造時，優(yōu)選其構造為大致平坦的板，該板適合用于將由端板施加的平面壓緊均勻傳遞到燃料電池堆或可能的其它元件上。

優(yōu)選在各端板之間設置絕緣層和集電器。例如絕緣層可集成到介質(zhì)接口元件或介質(zhì)交換元件中，或者所述介質(zhì)接口元件或介質(zhì)交換元件可作為絕緣層起作用。此外優(yōu)選的是，在各端板、相對置的各側(cè)壁和/或側(cè)向連接壁中的所述至少一個支承結構具有至少一個可從外部夠到的凹口和/或至少一個可從外部夠到的貫通部。所述凹口和/或貫通部可構造用于容納燃料電池系統(tǒng)的至少一個系統(tǒng)元件。

系統(tǒng)元件例如是燃料電池系統(tǒng)運行所需的構件。這種系統(tǒng)元件例如是設置在燃料電池高壓區(qū)域中的元件。這種系統(tǒng)元件例如包括輔助系統(tǒng)元件(BoP元件)。這類元件例如是循環(huán)泵H2或電池電壓監(jiān)測系統(tǒng)。

優(yōu)選的是，各端板、相對置的各側(cè)壁和/或側(cè)向連接壁的支承結構包括至少一個介質(zhì)通道。所述介質(zhì)通道優(yōu)選構造用于在燃料電池堆和至少一個附接在殼體上的流體管路之間建立流體連接。例如介質(zhì)通道可確保為燃料電池供應燃料(如氫)和氧化介質(zhì)(如空氣中的氧)。此外，冷卻液例如可通過介質(zhì)通道流入和流出。介質(zhì)通道可設置在不同端板或側(cè)壁的不同支承結構中。

在擠出型材中集成這些系統(tǒng)元件和/或這些介質(zhì)通道能實現(xiàn)具有相對剛性和輕的元件的緊湊系統(tǒng)結構，該系統(tǒng)結構還可以按相對低的成本制造。

所述至少一個端板可在橫截面中具有凸起的或者說向外隆起的外輪廓?？蛇@樣確定該外輪廓的尺寸，使得該外輪廓在夾緊燃料電池堆期間變形。尤其是該外輪廓可在焊接過程期間已經(jīng)這樣變形，以致外輪廓至少在部分區(qū)域上面式貼靠在鄰接的位于兩個端板之間的構件上。鄰接的構件例如是絕緣層或絕緣板、介質(zhì)交換元件、燃料電池堆等。通過內(nèi)部外輪廓的這種隆起或凸起、優(yōu)選2D隆起的設計，夾緊燃料電池堆的夾緊力至少在部分區(qū)域上、優(yōu)選在整個貼靠面上均勻地被施加。因此，特別優(yōu)選通過端板的隆起向燃料電池堆施加近似均勻的壓緊力。該壓緊力可直接或間接地(如通過板狀構造的介質(zhì)交換元件)施加到燃料電池堆上。代替擠出型材也可想到以壓鑄法制造的端板。但這種板的制造不如擠出的端板那樣經(jīng)濟。

優(yōu)選的是，相對置的各側(cè)壁和各端板彼此這樣焊接，使得燃料電池堆的燃料電池被夾緊。優(yōu)選側(cè)向連接壁也與端板焊接。

優(yōu)選的是，相對置的各側(cè)壁和側(cè)向連接壁一體構造和/或構造成U形的。這種預制的半成品例如可具有U形成形的金屬板。這種半成品可進一步簡化制造并且可實現(xiàn)更密封的殼體。優(yōu)選的是，各端板、相對置的各側(cè)壁和/或側(cè)向連接壁的所述至少一個支承結構朝向連接區(qū)域結束地成形。這種結束的形狀意味著：支承結構的各外壁可以朝向連接區(qū)域彼此相向延伸并且在連接區(qū)域中過渡到彼此之中。這種設計可特別好地焊接。

一種用于制造殼體的方法優(yōu)選包括下述步驟：

－在壓力機中制備燃料電池堆，

－在壓力機中夾緊燃料電池堆，

－將至少兩個相對置的側(cè)壁與兩個端板焊接，所述端板設置在燃料電池堆的頭端和尾端，并且所述側(cè)壁設置在燃料電池堆側(cè)面。

換言之，用于制造具有燃料電池堆的殼體的方法包括下述步驟：

－制備：兩個擠出的端板，這兩個端板設置在燃料電池堆的兩個端部上并且具有支承結構；兩個相對置的側(cè)壁，這兩個側(cè)壁在安裝狀態(tài)中將各端板彼此連接；和一個側(cè)向連接壁，所述側(cè)向連接壁將相對置的各側(cè)壁彼此連接；和一個燃料電池堆；

－用所述端板(110)夾緊燃料電池堆；并且

－將所述兩個相對置的側(cè)壁與側(cè)面的各端板焊接。

在焊接后，可減小壓緊工具的壓緊力并且取出殼體連同夾緊的燃料電池堆。優(yōu)選的是，端板內(nèi)側(cè)的隆起的外輪廓在壓緊力減小時變形為平坦地向燃料電池施加力。此外，本發(fā)明還包括以下步驟：在支承結構的至少一個可夠到的凹口或可夠到的貫通部中安裝燃料電池系統(tǒng)的至少一個系統(tǒng)元件。

附圖說明

現(xiàn)在參考附圖詳細說明在此公開的技術。附圖僅用于說明目的并且不應當用于限制權利要求。附圖如下：

圖1為具有燃料電池堆200的燃料電池殼體100的示意性透視圖；

圖2和3為端板110的示意性橫剖視圖；

圖4為介質(zhì)交換元件140的透視圖；

圖5為絕緣板170的透視圖；

圖6至8為側(cè)壁120和側(cè)向連接壁130的透視圖。

具體實施方式

圖1示出在此公開的殼體100的透視圖。端板110在此設置在燃料電池堆200頭部前方、即設置在燃料電池堆200的端部210和220上。端板110在此夾緊包括以下元件的整體單元：燃料電池堆200、包括介質(zhì)接口M的介質(zhì)交換元件140和絕緣板170。在此僅可看到一個集電器180。但在接口側(cè)160上從燃料電池堆200引出兩個集電器180。這兩個端板110分別與相對置的各側(cè)壁120以及側(cè)向連接壁130焊接。

在此可存在形鎖合和力鎖合。端板110在此構造為擠出型材。替代或附加地，也可使用壓鑄型材或如包括鋁泡沫的多層板。這種多層盤例如是夾芯結構，在這些夾芯結構中，兩個外層112、114也彼此間隔開。壓鑄方法伴隨著相當高的制造成本，但在構件設計時提供了更高的設計自由度。

未更詳細示出集成在端板中的運行構件300。端板110、相對置的各側(cè)壁120和/或側(cè)向連接壁130優(yōu)選由鋁制成。優(yōu)選將塑料用作絕緣和/或密封材料。

端板110優(yōu)選至少在內(nèi)側(cè)或者說下側(cè)112上構造成隆起或凸起的(參見圖2和3)。優(yōu)選的是，端板110僅在橫截面中具有拱起，而非在(擠出)縱向方向上。端板110的這種設計簡化了通過擠出法的制造。由于夾緊力主要通過連接區(qū)域中的焊縫面式地在整個縱向側(cè)上施加到端板110中，因而這種二維隆起也適合用于將夾緊力面式地傳遞到設置在各端板110之間的構件140、200、170上。通過邊緣區(qū)域上的夾緊使端板110在壓力負荷下彎曲。彎曲的量正好相應于所設置的隆起，從而端板110由此變得平坦并且可以將施加的壓力均勻傳遞到鄰接的構件上。鄰接的構件例如是介質(zhì)交換板140或絕緣板170。

代替介質(zhì)交換板140，介質(zhì)供應處M也可設置在端板110中。例如為此可橫向于擠出方向鉆出或銑出設置在擠出型材中的通道155。作為替代方案，可以將端板110以壓鑄法制出。

圖2和3示出端板110的橫剖視圖。在此例如示出可夠到的凹口或貫通部150，在其中可集成系統(tǒng)元件300。此外示出介質(zhì)通道155，所述介質(zhì)通道適合用于將流體從未示出的流體管路輸送至燃料電池堆200的元件。在此例如可在流體和端板110之間設置附加密封裝置、如塑料嵌件。外輪廓112和114至少在中間區(qū)域中通過支承結構彼此間隔開距離。外輪廓112、114朝向側(cè)端部彼此匯聚。借助在此所示的端板110中間區(qū)域中的增大的距離提高構件110的強度。由于框架結構或者說支承或支撐結構在所述壁之間具有多個留空的區(qū)域150、155，因而端板110的重量相對輕。同時，所述結構空間150用于系統(tǒng)元件300、如BoP元件300。介質(zhì)接口155不被橫向引導穿過端板110。這表示，外輪廓114、即設置在背離燃料電池堆200一側(cè)的輪廓不被介質(zhì)接口155中斷。換言之，隆起的外輪廓114不中斷。這種構件110在重量相對輕的同時具有特別高的強度。圖2未示出可能的銑削部，其將介質(zhì)通道155與可能的燃料電池堆200的接口連接。

圖4示出單獨的介質(zhì)交換元件140的板狀設計。所有介質(zhì)接口M朝向一側(cè)引出。殼體100的這種設計簡化了殼體100在車輛上的安裝或拆卸。圖5示出板狀絕緣體170。

圖6示出相對置的兩個側(cè)壁120以及一個側(cè)向連接壁130。這三個元件120、130在此接合成U形半成品。優(yōu)選的是，所述元件由鋁或鎂制成。在此所示的實施方式例如可由一個板材以彎曲法制成。作為替代方案也可接合三個單板。

圖7也示出一種U形半成品，在其中，相對置的各側(cè)壁120在前邊緣上具有小的彎折或者說折邊。這種彎折可附加地加固構件并且易于安裝在車輛上。在其它方面U形半成品可以與圖6中構造相同。

圖8示出U形半成品的另一種方案，在其中，至少相對置的各側(cè)壁120具有加固的幾何形狀。為了加固，在此在相對置的各側(cè)壁120中分別設有一個支承結構。該加固用于減小作用于燃料電池堆200上的扭轉(zhuǎn)負荷。為了固定殼體100，可面式地在端板110上或在相對置的各側(cè)壁120上分散地設置錨固點。替代和/或附加地可在彎折區(qū)域(參見圖7)中設置固定點。

對本發(fā)明的上述描述僅用于說明目的并且不用于限制本發(fā)明。在本發(fā)明的范圍內(nèi)可在不背離本發(fā)明范圍及其等同方案的情況下實現(xiàn)各種改進和改型。