具有集成流体管理的燃料电池制造技术

一种包括交替布置的双极板和离子交换膜的堆（Ａ）的燃料电池（ＦＣ），所述堆（Ａ）被夹紧在两端板（Ｂ，Ｃ）之间，堆（Ａ）包括用于电池运行所需流体的进给和返回管，所述流体包括至少一种燃料气体，与流体管理系统连通的所述管包括控制某些运行参数的元件、再循环电池未消耗气体的元件、以及去除电池所产生水的元件，所述装置包括为电池进给气体的连接，其中流体管理系统至少部分地集成在一个端板中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池。更具体地，本专利技术涉及燃料电池的气体和冷却 剂进给通路。
技术介绍
已知燃料电池须被进给氢气和空气或纯氧。通常，在所要求特定能量密度下其必须被冷却；为此，优选地，电池始终由例如水的冷却剂通过。 此外，必须控制例如气压、气温、气体湿度、气体再循环率等特定重要气 体管理参数。这要求相当复杂和庞大的气体管理系统，通常具有电池本身 同样大的体积。燃料电池包括由交替布置的双极板和离子交换膜构成的堆。所述堆被 夹紧在两端板之间。流体进给和返回管通常被布置为与堆叠方向平行且在 两端板或其中一个端板处终止，在该处流体进给和返回管与将堆与所述气 体管理系统连接的管相关结。美国专利申请2004/0247984也已知将用于管理电池所使用流体的系统 元件集成在所谓的端板中。但是，根据所述技术，用于管理电池所使用流 体的元件在堆叠方向上布置的多个板之间被分隔，这将使得在堆叠方向电 池体积大幅增大。本专利技术目的是减小所述流体管理系统体积，以便于在例如车辆中的安装。本专利技术另一目的是设计简单的流体管理系统，其它优点中还包括其工 业生产有助于实现良好自动化，以降低工业生产成本。为使燃料电池完全防漏且在其上实现均匀分布的电传导，所述堆被平 行于堆叠方向的拉杆压縮并被固定在端板任一侧。因此端板必须坚固并在 双极板和离子交换膜的整个截面上施加足够且优选为均匀的压力。端板也 必须承受系统中存在的气体的压力。
技术实现思路
本专利技术提出一种用于燃料电池的端板，所述端板包括结构块，所述结 构块具有设计用于紧靠多个单体电池的堆的内端面、与所述内端面相反的 外端面、以及一个或多个外周端面，所述内端面具有设计用于给位于电池 内的气体通路进给的至少两个开口 ，所述结构块包括第一室并包括终止于 室的壁的进给管，其特征在于參第一室设置在内端面与外端面之间、并在内端面一侧和外端面一侧 由结构块的壁界定，所述室是大致平行于内端面的细长形，所述室通向外 周端面，所述室被安装在所述外周端面上的至少一个塞子界定；*再循环本体被装配在所述室内，位于进给管终止的点，再循环本体 被密封地安装在所述室的壁上以将所述室分隔为在一个开口处终止的气体 再循环部分和在另一开口处终止的进给部分，所述再循环本体包括混合元 件，所述混合元件用于使来自进给管的新气体和来自再循环部分的气体混 合、并使混合物被导向另一开口。由于本专利技术，通过容纳流体管理所需的一些元件，优选为所有流体管 理涉及的所有元件，可在所述端板，优选地在两端板中的一个中集成流体 管理功能。这是通过增加这种端板的厚度实现的，这可不利于端板或各板 的机械功能，但可使端板加工简单并可在后者内使不同元件简单并坚固地 装配。该方案在体积、减轻重量、可靠性乃至制造成本方面提供显著优点。 此外，使用用于流体的自密封接头和插入电连接器，可易于在燃料电池与 所安装车辆之间创建接口，将燃料电池安装在所述车辆上。有利地，电连 接器与接头可被布置成使得集成流体管理系统的电池可易于被装入车辆并 从中取出，以便于燃料电池的维护、维修或更换。特别地由于形成细长室并且再循环本体在室的壁上密封地装配在所述 室内，所述室可被分隔为在其中一个开口处终止的气体进给部分和在另一 开口处终止的气体再循环部分。如此，在端板中可并入多个元件，例如用 于控制某些运行参数的元件。这些元件可以是例如用以调节气体压力的泵 或电磁阀。这些元件也可被装配在系列生产线上，外部管道的数量可减至 最小。将用于再循环电池未消耗气体的元件装配在一个端板中或集成在其上是特别有利的。例如，文丘里效应装置利用新气流可吸收离开电池的气体 并在电池中再循环。优选地，用于排除电池所产生水的元件被装配在一个 端板上或集成在一个端板中。以上所述元件形成管理一种气体的系统的一部分。可将用于管理一种 气体的各元件与一个端板相关，并将用于管理另一气体的元件与另一端板 相关，或如本专利技术所示实例及以下所述，可将所有这些元件仅与一个端板 相关。甚至可以不仅将气体管理元件，非常有利地也将用于管理冷却剂的 元件与同一个端板相关。当然，流体管理元件在两端板之间可被分隔。气 体管理元件和冷却剂管理元件有可在两端板之间被分隔。如以下实例所示，用于气体和冷却剂的所有流体的管理系统的所有元 件可被安装在两端板或甚至仅在一个端板上，或集成在其中。当然，将流 体管理系统的仅一些或优选地多数元件集成在一个或两端板中或安装在其 上，这已是非常有利的。这种板可被称为"系统板"。这种端板因此配置为用于气体通路。当然， 本专利技术也扩展至配置为包括用于两种气体(例如氢气和氧气)的管理元件 的端板，即具有与如前所述相似的两种配置的板。根据本专利技术另一方面，本专利技术也扩展至配置为管理用于冷却燃料电池 的冷却剂的端板。这种用于燃料电池的端板包括结构块，所述结构块具有 设计用于紧靠多个单体电池的堆的内端面，所述内端面具有设计用于与位 于电池内的冷却剂通路连接的至少两个开口，其特征在于，所述结构块包 括形成冷却剂进给器的室，采用以下布置參形成进给器的室由所述结构块(Bl)的一个或多个壁界定；*形成进给器的室在所述两个开口之间延伸；參嵌件(Ellw)紧靠所述室的壁密封地定位并装配在形成进给器的室内，并包括使冷却剂选择性地循环到所述开口的装置。 最后，本专利技术也扩展至包括交替布置的双极板和离子交换膜的堆的燃 料电池，所述堆被夹紧在两端板之间， 一个端板是系统板。附图说明根据以下附图对一个实施例以及少数变体的详述将可更好理解本专利技术图1为包括燃料电池以及相关气体管理系统的系统的示意图； 图2为根据本专利技术的燃料电池的示意性侧视图； 图3为从图2中X方向看的燃料电池的视图； 图4为图2中燃料电池的俯视图5为透视图，显示根据本专利技术的燃料电池靠近与车辆相关的接收支 承，但未与后者连接；图6为图5中端板的另一透视图，显示设计为与多个单体电池的堆相图7A、图7B、图7C和图7D显示使图6中端板可被制成的结构块；图8为图5中端板的俯视图9为沿图8中I-I的剖视图10为图5中端板的正视图11为沿图10中III-I工I的剖视图12为沿图10中II-II的剖视图13为沿图8中IV-IV的剖视图14、图15和图16示意性显示用于循环冷却剂的泵和恒温器被集成 在一个端板中、气体管理装置被集成在另一端板中的变体。具体实施例方式在开始详述之前，读者需注意图中标号规定。以字母"P"开头的标号 表示端板中穿孔、管、圆柱孔、通孔或开口。其实例为例如流体由此进入 燃料电池的开口。以一般方式(即不必考虑相关的流体)表示为"P7"。 以字母"o"结尾的标号更具体地表示气体、氧气或空气，而字母"h"更 具体地表示氢气，字母"w"更具体地表示冷却剂。以字母"A"开头的标 号是指形成燃料电池的多个单体电池的堆(通常称为"堆")。以字母"C" 开头的标号表示连接器，无论是否电气的或用于气体或冷却剂。以字母"E" 开头的标号表示属于用于一种流体的管理系统的元件。如果以"E"开头的 标号不是以字母"h"、 "o"或"w"其中之一为结尾，这意指该相关元件为 唯一的，即其不专用于仅仅一种所使用流体。图1示意图中显示燃料电池FC，其包括多个单体电池的堆A，其中可 见氢气通路的进口 A7h和出口 A5h、用作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池的端板（Ｂ），所述端板包括结构块（Ｂ１），所述结构块（Ｂ１）具有设计用于紧靠多个单体电池的堆的内端面（Ｂ１０）、与所述内端面相反的外端面（Ｂ１１）、以及一个或多个外周端面（Ｂ１２），所述内端面具有设计用于给位于电池内的气体通路进给的至少两个开口（Ｐ５，Ｐ７），所述结构块（Ｂ１）包括第一室（Ｐ１）并包括终止于室（Ｐ１）的壁的进给管（Ｐ２），其特征在于：●第一室（Ｐ１）设置在内端面（Ｂ１０）与外端面（Ｂ１１）之间、并在内端面（Ｂ１０）一侧和外端面（Ｂ１１）一侧由结构块（Ｂ１）的壁（Ｐ１０）界定，所述室是大致平行于内端面（Ｂ１０）的细长形，所述室（Ｐ１）通向外周端面（Ｂ１２），所述室（Ｐ１）被安装在所述外周端面（Ｂ１２）上的至少一个塞子（Ｅ１２）界定；●再循环本体（Ｅ６）被装配在所述室（Ｐ１）内，位于进给管（Ｐ２）终止的点，再循环本体（Ｅ６）被密封地安装在所述室的壁上以将所述室（Ｐ１）分隔为在一个开口（Ｐ５）处终止的气体再循环部分（Ｐ１１）和在另一开口（Ｐ７）处终止的进给部分（Ｐ１２），所述再循环本体（Ｅ６）包括混合元件，所述混合元件用于使来自进给管（Ｐ２）的新气体和来自再循环部分（Ｐ１１）的气体混合、并使混合物被导向另一开口（Ｐ７）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D奥尔索默，D劳伦特，C勒鲁瓦，
申请(专利权)人：米其林研究和技术股份公司，保罗谢尔研究所，
类型：发明
国别省市：CH[]