用于燃料电池堆的套件和用于制造燃料电池堆的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于燃料电池堆（1）的套件，包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池堆的套件和用于制造燃料电池堆的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于燃料电池堆的套件和一种用于制造燃料电池设备的燃料电池堆的方法。

技术介绍

[0002]燃料电池设备用于将含氧的燃料化学转化为水以产生电能。为此，燃料电池包含所谓的膜电极装置作为核心组件，所述膜电极装置是质子传导膜和分别布置在膜两侧的电极（阳极和阴极）的复合体。此外，气体扩散层（GDL）可以在所述膜电极装置的两侧布置在背离膜的电极侧。在具有组合成燃料电池堆的多个燃料电池的燃料电池设备运行期间，将燃料，特别是氢气（H2）或含氢气体混合物供给到阳极，在阳极处将H2电化学氧化成H
+
，同时释放电子e
‑
。质子H
+
从阳极室到阴极室的结合水或无水的传输经由膜进行，所述膜以气密方式将反应室彼此分离并将反应室电隔离。在阳极处提供的电子经由电线馈送到阴极。将氧气或含氧气的气体混合物供给到阴极，从而在吸收电子的同时将O2还原为O2‑
。同时，在阴极室中氧阴离子与经由膜传输的质子反应以形成水。这种水必须从燃料电池和燃料电池堆中去除，直到达到燃料电池设备运行所需的湿度水平为止。
[0003]燃料电池设备用在各种各样的系统中，例如在机动车辆、商用车辆或家用技术中，从而对由包括介质通道的分配板和膜电极装置形成的每个单独的单元电池提出了大量不同的要求。用于燃料电池堆的适当温度控制的冷却介质典型地也在每两个相邻的分配板之间流动，这两个相邻的分配板一起可以形成双极板。三种介质，即燃料、阴极气体和冷却剂，彼此分离地输送到单元电池的相应活性区域，其中通过所谓的介质引导件进行供给和排出。每种介质向电池活性区域的供给以及从电池活性区域的排出垂直于燃料电池堆的堆叠方向进行。
[0004]例如，在DE 10 2017 210 263 A1中找到这种介质引导件或这种“外部集管”，其安装到上下堆叠的多个构造相同的燃料电池的侧面，以便将介质横向地，即垂直于堆叠方向地导入活性区域中。在该文献中向介质引导件分配了压电元件，该压电元件被构造为调整横向方向上的流动横截面，由此可以灵活地优化介质的供给或排出。
[0005]DE 10 2014 220 682 A1中同样描述了一种燃料电池堆，其具有可插入介质端口中的元件，其中所述元件具有使介质适当分布到单元电池上的形状。供应开口中的这些插入件用于均衡分别供给到单元电池或从单元电池排出的介质的压力分布。
[0006]US 2011/0244353 A1中也描述了一种燃料电池堆，其具有介质端口，可调节元件可以引入到该介质端口中，以便为介质提供均匀的压力分布。这种压力分布可以通过移动各个元件以使介质引导件的横截面变窄来可变地调整。
[0007]US 8,227,132 B2中描述了一种燃料电池堆，同样向该燃料电池堆堆分配“集管”，所述集管允许介质侧向地并且因此相对于堆叠方向横向地供给和排出。
[0008]连接外部“集管”的优点是双极板的尺寸可以设计得更小，因为取消了介质端口。因此可以节省对双极板来说昂贵的材料，因为横向安装到燃料电池堆的外部介质引导件可
以由成本更有利的材料制成。此外，每个燃料电池的成本最高的部分是用于产生电流的活性区域。因此正在努力制造结构相同的单元电池。从而通过堆叠具有不同数量的单元电池可以提供不同的功率类别。

技术实现思路

[0009]因此，本专利技术的任务是说明一种用于燃料电池堆的套件和一种用于制造燃料电池设备的燃料电池堆的方法，利用它们可以简单地使燃料电池堆与不同的功率条件相适配。
[0010]该任务通过具有权利要求1的特征的套件和具有权利要求9的特征的方法来解决。在从属权利要求中说明了具有本专利技术的适宜扩展的有利设计。
[0011]根据本专利技术的套件特别是包括结构相同的可在堆叠方向上彼此堆叠的第一多个单元电池，所述第一多个单元电池分别具有一个或多个介质通道和膜电极装置，所述膜电极装置包括阴极、阳极和布置在所述阴极和所述阳极之间的膜。此外，所述套件具有可与所述第一多个单元电池横向连接并且平行于所述堆叠方向延伸的第一介质引导件，所述第一介质引导件具有第一可用流动横截面，以基本上横向于所述堆叠方向地引导介质进入或离开所述第一多个单元电池的单元电池的介质通道。所述套件还包括结构相同的第二多个单元电池以及可与两种彼此堆叠的多个单元电池横向连接并平行于所述堆叠方向延伸的第二介质引导件，所述第二介质引导件具有不同于所述第一可用流动横截面的第二可用流动横截面，以基本上横向于所述堆叠方向地引导介质进入或离开两种多个单元电池的单元电池的介质通道。
[0012]对外部“集管”使用不同的几何形状，即可横向连接的介质引导件，导致可以为每个功率类别优化设计堆叠的介质供应而无需妥协。由于燃料电池设备的更高功率类别导致更高的介质消耗，因此每个介质供给和/或介质排放都通过以下方式得到优化，即对于更大的功率类别将具有优选更大的线路横截面的外部介质引导件安装到堆叠的单元电池上。
[0013]对于最佳的介质供应有利的是，所述第一介质引导件的第一可用流动横截面小于所述第二介质引导件的第二可用流动横截面。
[0014]为了能够根据堆叠的、结构相同的单元电池的数量适配每个介质供给和每个介质排放，被证明有利的是，存在大量的第一介质引导件和大量的第二介质引导件。在此，所述第一介质引导件例如由第一燃料供给件和第一燃料排放件、第一阴极气体供给件和第一阴极气体排放件以及第一冷却剂供给件和第一冷却剂排放件形成。所述第二介质引导件优选地自身由第二燃料供给件和第二燃料排放件形成。第二介质引导件还可以具有第二阴极气体供给件和第二阴极气体排放件以及第二冷却剂供给件和第二冷却剂排放件。在此，所有第二介质引导件优选地都具有比第一介质引导件的情况更大的可用第二流动横截面。
[0015]堆叠的单元电池的活性表面的优化供应例如可以通过以下方式实现，即所述第一燃料供给件和所述第二燃料供给件可以连接到堆叠的单元电池的第一短边，并且所述第一燃料排放件和所述第二燃料排放件可以连接到堆叠的单元电池的第二短边。因此，例如矩形的单元电池设置有延伸到单元电池的相应板边缘的介质通道，其中将燃料从所述第一短边跨越活性区域地引导至单元电池的第二短边。
[0016]为了在燃料和阴极气体之间产生交叉流原理，已证明有利的是，所述第一阴极气体供给件和所述第二阴极气体供给件可以连接到堆叠的单元电池的第一长边，并且所述第
一阴极气体排放件和所述第二阴极气体排放件可以连接到堆叠的单元电池的第二长边。阴极气体引导在此可以受到偏转，从而使得所述阴极气体供给件和所述阴极气体排放件在两个彼此相对的长边上错开布置。
[0017]如已经针对阴极气体供应所讨论的，对于冷却剂供应也给出以下可能性：所述第一冷却剂供给件和所述第二冷却剂供给件可以连接到堆叠的单元电池的第一长边，并且所述第一冷却剂排放件和所述第二冷却剂排放件可以连接到堆叠的单元电池的第二长边。在此，冷却剂也有可能经受偏转，从而使得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于燃料电池堆（1）的套件，包括：
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结构相同的可在堆叠方向上彼此堆叠的第一多个单元电池（2），所述第一多个单元电池分别具有膜电极装置和一个或多个介质通道，所述膜电极装置包括阴极、阳极和布置在所述阴极和所述阳极之间的膜，
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可与所述第一多个单元电池（2）横向连接并且平行于所述堆叠方向延伸的第一介质引导件（3），所述第一介质引导件具有第一可用流动横截面，以基本上横向于所述堆叠方向地引导介质进入或离开所述第一多个单元电池（2）的单元电池（2）的介质通道，
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结构相同的第二多个单元电池（2），以及
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可与两种彼此堆叠的多个单元电池（2）横向连接并平行于所述堆叠方向延伸的第二介质引导件（4），所述第二介质引导件具有不同于所述第一可用流动横截面的第二可用流动横截面，以基本上横向于所述堆叠方向地引导介质进入或离开两种多个单元电池（2）的单元电池（2）的介质通道。2.根据权利要求1所述的套件，其特征在于，所述第一介质引导件（3）的第一可用流动横截面小于所述第二介质引导件（4）的第二可用流动横截面。3.根据权利要求1或2所述的套件，其特征在于，存在大量的第一介质引导件（3）和大量的第二介质引导件（4），其中所述第一介质引导件（2）由第一燃料供给件（31）和第一燃料排放件（32）、第一阴极气体供给件（33）和第一阴极气体排放件（34）以及第一冷却剂供给件（35）和第一冷却剂排放件（36）形成，以及其中所述第二介质引导件（4）由第二燃料供给件（41）和第二燃料排放件（42）、第二阴极气体供给件（43）和第二阴极气体排放件（44）以及第二冷却剂供给件（45）和第二冷却剂排放件（46）形成。4.根据权利要求3所述的套件，其特征在于，所述第一燃料供给件（31）和所述第二燃料供给件（41）能够连接到堆叠的单元电池（2）的第一短边（5），并且所述第一燃料排放件（32）和所述第二燃料排放件（42）能够连接到堆叠的单元电池（2）的第二短边（6）。5.根据权利要求3或4所述的套件，其特征在于，所述第一阴极气体供给件（33）和所述第二阴极气体供给件（43）能够连接到堆叠的单元电池（2）的第一长边（7），并且所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：奥迪股份公司，
类型：发明
国别省市：