CN101292383B - 具有集成流体管理的燃料电池 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

具有集成流体管理的燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池。更具体地，本发明涉及燃料电池的气体和冷却剂进给通路。
背景技术
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。
本发明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。
本发明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缩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。
发明内容
本发明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：
●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。
由于本发明，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，或如本发明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，本发明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。
根据本发明另一方面，本发明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：
●形成进给器的室由所述结构块(B1)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；
●嵌件(E11w)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，本发明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发明：
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为根据本发明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；
图5为透视图，显示根据本发明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接触的一侧；
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；
图9为沿图8中I-I的剖视图；
图10为图5中端板的正视图；
图11为沿图10中III-III的剖视图；
图12为沿图10中II-II的剖视图；
图13为沿图8中IV-IV的剖视图；
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、用作冷却剂的水的通路的进口A7w和出口A5w和氧气通路的进口A7o和出口A5o。在图底部可见围绕虚线示意表示的所有气体和水的连接。
燃料电池的运行将不被描述，因为假定读者已经对其了解了。在本详述中，术语“燃料电池”表示包括多个单独电化学电池的堆和相关流体管理元件的系统。也应说明此处所述实例涉及供以纯氧的燃料电池。当采用供以压缩环境空气的燃料电池时，与氧气管理通路相比，空气管理通路将包括一些与本发明所提出的集成设计完全适应的改进。例如，空气压缩机可以集成或不集成，可作为控制空气湿度的装置。
以下描述旨在显示使燃料电池所使用流体的管理元件可集成在端板中的布局。氢气通路管理系统功能元件如下(见图1)：冷凝器Gh、文丘里管装置Vh、单向阀E5h、电压力调节器E2h、泵E8h、压力传感器E3h、进给压力安全阀E1h、燃料电池中的压力安全阀E9h、净化电磁阀E10h。水通路管理系统元件如下：脱离子器D和自动净化阀E16。氧气通路管理系统元件如下：冷凝器Go、文丘里管装置Vo、单向阀E5o、电压力调节器E2o、泵E8o、压力传感器E3o、进给压力安全阀E1o、燃料电池中的压力安全阀E9o、净化电磁阀E10o、和用于调节燃料电池运行所产生水的水位的浮体E17。
图2显示形成燃料电池的多个单体电池的堆A。仅需记住堆A的单体电池分别包括由离子交换膜分隔的阳极和阴极，整体地形成已知缩写为“MEA”(膜电极组件)的电极和膜组件。该堆被夹紧在两端板B和b之间。所述夹紧确保系统的密封和元件之间的良好电接触。图3显示具有布置在该燃料电池内的气体和水通路的进给开口P7h、P7w和P7o以及再循环开口P5h、P5w和P5o的端板B。氢气通路的进给开口P7h被装配到进口A7h(见图1)，氢气通过所述进口进入电池堆A；氢气通路的再循环开口P5h被装配到出口A5h，用于使未消耗的氢气离开多个单体电池的堆A；冷却水通路的进给开口P7w被装配到进口A7w，水通过所述进口进入多个单体电池的堆A；水通路的再循环开口P5w被装配到出口A5w，水通过所述出口离开多个单体电池的堆A；最终，氧气通路的进给开口P7o被装配到进口A7o，氧气通过所述进口进入多个单体电池的堆A，并且氧气通路的再循环开口P5o被装配到出口A5o，未消耗氧气通过所述出口离开电池堆A。
根据本发明，气体和冷却水管理系统包含在端板B中。所述端板B包括厚度足以容纳三个主室P1w、P1h和P1o的结构块B1，所述主室可特别地参见图4和图7C。有利地，室P1被布置为基本平行于内端面B10。优选地，其大体上为直的且更优选为圆柱形。图7A、图7B、图7C和图7D提供对本发明非限定实施例的清晰理解。从大体为平行六面体材料块经机械加工是可能的。图7A、图7B、图7C和图7D显示当已制成所需穿孔时且在形成流体管理系统所需的元件被装配之前的端板B的外观。清楚可见集成设计有助于通过连续工序进行生产、将所有同样类型操作组合在同一工序中。
为避免将其余描述与非必要细节混淆，将不描述生产功能系统板所涉及的所有加工和装配工作。目的是解释在端板中集成一个或多个管理系统的设计原理，任何情况下均取决于流体管理系统或各系统准确布局的准确细节当然可更改。可能从已包含所有穿孔的拉制块开始，所述穿孔平行于例如铝等组成材料被拉制的方向。也可通过铸造方法制成该块。
如此，优选地，所有进给和返回管P2、P3设置在内端面B10和外端面B11之间，且是大致平行于内端面B10的细长形，并终止在与室或各室P1相同的外周端面B12。
无论采用什么方法，目的是有利地制造形成平行腔体的三个主室P1w、P1h和P1o(特别地见图3)，所述主室在至少一侧(即外周端面上)甚至在其两侧上敞开，这有利于流体管理元件的便利装配。在平行腔体中，元件将被装配，且管道和元件将被连接以构建分别用于氢气通路、冷却剂通路和氧气通路的三个管理系统。
图6显示根据本发明设计为紧靠所述堆的端板B的内端面B10。该内端面具有设计为通过多个单独电化学电池的堆A进给氢气通路的两个开口P7h和P5h、设计为进给氧气通路的两个开口P7o和P5o以及设计为进给冷却剂通路的两个开口P7w和P5w。外端面B11和一个或多个外周端面B12的整体与多个单独电化学电池的堆A无任何接触。这使得可在这些表面上安装构建流体管理系统所需的多个元件，如在同一图6和特别地在图5中可见的。
图7C显示第一室P1设置在内端面B10和外端面B11之间，在结构块B1的厚度之内。其沿平行于内端面B10的方向是细长的并由在此情况下为圆柱形的壁P10侧向界定。当然所述室的圆柱形特性仅为便利机械制造；所述室可为平行六面体外观，仍大体上平行于内端面B10是细长的。
优选地，为便于装配，室P1通过整个结构块B1并通向两个相反的外周端面B12，室P1被分别装配在一个外周端面B12上的两个闭合形成装置所界定，例如闭合件E12h和容器E7h(见图11)。
图5显示根据本发明的燃料电池FC以及通过相对接近运动(见双箭头F1)燃料电池可安装在其上的支承件S，所述相对接近运动可使建立不同流体连接(电气、气体和冷却剂连接)、同时使电池被机械定位。
以下是集成在端板B中的不同流体通路的详述。
冷却水通路(特别地见图9)
室P1w在其顶部受装配在外周端面B12上的闭合件E12w所界定。净化阀E16被装配在闭合件E12w上以排出水中存在的任何气体。嵌件E11w被装配在室P1w的底部端。该嵌件E11w接收两个自密封的接头C1w和C2w并形成盖，该盖使室P1w在其两端之一处封闭。
嵌件E11w包括与开口P5w和接头C2w连通的内室P60w。所述嵌件也接收管道E61w，所述管道的壁在内室P60w的高度上为完整的，且在整个大致沿室P1w的长度延伸的部分上包括多个开口P62w。管道E61w外的室P1w的空间可容纳用以形成脱离子器D的合适化学成分的晶体。室P1w形成一侧与开口P7w连通、另一侧与接头C1w连通的进给器。
水通过图9中接头C1w进入端板B、通过脱离子器D并通过开口P7w进入电池。因为管道E61w顶端未阻塞，并非所有流体通过晶体。这使得可限定压头损失。实验观察显示消电离作用是充分的。作为变体，可采用类似过滤器的布置，这将促使全部流体通过脱离子器。在进入双极板后，水通过开口P5w返回端板B，经由图9中接头C2w离开流体管理系统。注意接头C2w显示为开通的而接头C1w显示为闭合的，以清楚显示其运行，但实际上当燃料电池被安装在例如车辆中并运行时，这些连接器均为同时开通的，或当燃料电池被取下时其均为同时闭合的。
也应注意，这是本发明一个优点，即在水通过系统的过程中，水可保持系统板B整体处于合适温度。
优选地，除形成冷却剂进给器的室P1w外，根据本发明的端板包括使氢气和氧气管理系统以如下所述方式布置的第一室(P1h)和第二室(P1o)(见例如图4)。
氢气通路(主要见图11)
室P1h在结构块B1的内端面B10上的开口P5h与P7h之间延伸。室P1h在顶部被装配在外端面B12上的闭合件E12h所界定。压力传感器E3h被装配在闭合件E12h上。室P1h其底部部分被装配到结构块B1的外周端面B12的底部部分上的水收集容器E7h所界定。
接头C1h被装配到外周端面B12的底部部分(图5)。该接头C1h被装配在形成供给氢气给电池的所述进给管P2h的通孔之上(也见图7C—结构块B1的俯视图—以确定不同穿孔，包括进给管P2h)。进给管P2h与形成通向净化开口的辅助管P3h的另一穿孔连接、并至少通过压力安全阀E1h(图5)与后者连接，所述辅助管基本上平行于进给管。辅助管P3h此后经接头C2h(图5、图6)与车辆外部连接。净化浸渍管E27(图11)被装配在水容器E7h中并与净化电磁阀E10h连接(图5和图6)，净化电磁阀E10h经垂直于辅助管P3h的净化穿孔P8h与辅助管P3h连通。
进给管P2h经垂直于进给管P2形成的通路P4h(见图7C)终止在室P1h的壁P10h处(图13)。再循环本体E6h(图11)位于在室P1h内，密封地在壁P10h上且位于通路P4h的层面。本体E6h将室P1h分隔为末端在开口P7h的气体进给部分P12h和末端在开口P5h的气体再循环部分P11h。
为更好理解再循环本体E6的结构，读者可参考图13，其中以通过与图11平面垂直的平面的剖视图显示用于氧气通路的室P1o的再循环本体E6o。本体E6h和E6o以及它们包含的设备和装置是相同的。每个再循环本体E6包括第一腔体E61、第二腔体E62和第三腔体E63。第二腔体E62一方面与通路P4(见图13中P4o，氢气通路P4h在图11中不可见)连通，同时与通孔E64(见图13中E64o，氢气通路的等同物在图11中不可见)连通，所述通孔E64与压力调节电磁阀E2h(图5、图10和图11)连通。图7C显示通路P4h和P4o，而未显示同一类型的其它结构细节以免使图散乱。
单向阀E5被装配在室P1的部分P11(再循环)和第一腔体E61之间的再循环本体E6上。穿孔P6提供第一腔体E61和第三腔体E63之间的连通。此外，再循环泵E8h(图5和图10)被装配在结构块B1上，其吸入侧与室P1h的部分P11连通，其排出侧与第一腔体E61连通。谨为说明目的，膜泵可用于氧气侧和氢气侧上。有利地，两个膜泵E8h和E8o被单个电机E14同时驱动。
电磁阀E2与在形成文丘里管装置V的汇合—分叉部分的空隙连通(朝向图11和图13顶部，即相对于气体循环的下游)。腔体E63与汇合区之外的区域连通。
氢气经接头C1h进入并通过氢气电池的进给管P2h，在该处通过与保持在燃料电池运行温度的端板接触而被加热。气体由进给管P2h发送至再循环本体E6h。气体(以阀E2h所调节的压力)到达室P12h内。对于室P1h的顶部部分P12h的压力设定点是固定的。这正是多个单体电池的堆A的入口所需的压力。
再循环气体由通过开口P5h(图11)离开电池的多余未消耗气体组成。一旦到达室P1h的部分P11h，气体中存在的任何液态水在重力作用落入容器E7h。例如每隔一定时间，通过启动电磁阀E10h排出系统中的任何水残留。再循环气体通过单向阀E5h进入腔体E61，从该处可自由通过进入腔体E63。文丘里管装置V形成腔体E62中存在的新气体与腔体E63中存在的再循环气体在该处被混合的装置，此后混合物进入室P1h的部分P12h并此后进入开口P7h。
在低功率下，文丘里效应所产生的气体再循环不足，再循环泵E8h被启动。其吸收室P1h的部分P11h中的气体，并将其排入室P1h的腔体E61中。在此条件下，单向阀E5h被关闭。
如此，从底部到顶部工作，在室P1h中可分为几个阶段：开口P5h之下的第一阶段、开口P5h与再循环本体之间的第二阶段、与第二腔体E62对应的第三阶段、与第三腔体E63对应的第四阶段、和再循环本体与开口P7h之间的第五阶段。压力传感器E3h(图5)被装配在结构块上以记录在该第五阶段的主要压力。
已说明用于给燃料电池进给氢气的管理系统如何被集成在端板中。优选地，端板B包括可采用与第一室P1h类似布置的第二室P1、与一个室(P1h)相关的气体通路作为氢气通路、以及与第二室P1o相关的气体通路作为氧气通路(此时为纯氧气)。
氧气通路(主要见图12和图13)
氧系统与氢系统一样，其不同之处在于：
a.净化物通过电磁阀E10o(图5)被直接发送到大气。为此，穿孔P3o的顶部设有过滤器E20，以使氧气自由溢出。闭合件E15将穿孔P3o的顶部和底部隔离。穿孔P3o的底部被用于排出容器E7o中的水。
b.在阴极(氧气)一侧有相当多液体形式的水生成。离开电池的水在重力作用落入容器E7o的底部。浮体E17控制浸渍管E19的入口的开口E18。该浸渍管E19与穿孔P9o连接然后到穿孔P3o。由此，水通过接头C2o被发送排出系统。
电气部分区(主要见图5)
系统功能由电控制。由此，有利地可能在靠近根据本发明端板或在其上安装用于管理燃料电池的电子模块E25。优选地，根据本发明的端板也支承用于外部连接电子管理模块E25的多针接头C4。控制单元E25被放置在结构块B1的顶部。所述控制单元从不同传感器(非详尽列表：压力传感器E3h和E3o、电流测量传感器E21、氢气速度检测器E26等)接收信息。控制单元收集信息且对不同单元(压力调节线圈E2h和E2o、净化电磁阀E10h和E10o、泵电机E14、安全接触器E22)起作用。优选地，根据本发明的端板也包括为燃料电池所传送的电流设计的两个电能接头C3。最终，根据优选实施例，所有电连接器和气体或冷却剂进给连接器被布置为使得它们可通过所述板与设计为接收所述板的支承件S(见图5)之间的单一线性相对接近运动被相互连接在一起。
图14显示本发明一个实施例变体，其中端板B’和端板b’均包括电池所使用流体的管理元件。例如，冷却剂管理被集成在一个端板中，而气体管理被集成在另一端板中。如图15和图16所示，这可便于安装恒温器E29w和用于冷却剂的循环泵E30w。图15示意说明当电池须被冷却时恒温器E29w的结构。已通过堆A的冷却剂由外部返回散热器。图16说明当电池冷却时恒温器E29w的结构。已通过堆的冷却剂被泵直接收集以仅在堆内的闭合通路中循环，以使其逐渐加热均匀。
总之，我们强调本发明优点特别在于消除了许多连接器、连接、密封或焊缝，而所有这些均为不可靠性乃至工业制造成本的来源。用于流体或多种流体的管理系统或多个管理系统的布局不是本发明目的。根据申请人，此处所释制造紧凑系统板的原理似乎与许多(如果不是全部)流体管理系统方案一致，即使这意指一些元件未集成在这种端板中或安装在端板上。例如通过能够产生堆与端板之间足够接触压力的例如弯肘杆系统等的快装系统提供连接，本发明也便于更换电化学电池的堆且可重复利用端板或板。根据本发明的系统板也可适用于被连接并被插入单体电池的两个堆之间。

Claims (20)

1.一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)并包括进给管(P2)，所述进给管(P2)经垂直于所述进给管(P2)形成的通路(P4)终止于所述第一室(P1)的壁，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，所述第一室是平行于内端面(B10)的细长形，所述第一室(P1)通向外周端面(B12)，所述第一室(P1)被安装在所述外周端面(B12)上的至少一个闭合件(E12)界定；
●再循环本体(E6)被装配在所述第一室(P1)内，位于通路(P4)的层面，再循环本体(E6)被密封地安装在所述第一室的壁上以将所述第一室(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)。
2.如权利要求1所述的端板，其特征在于，所述第一室(P1)通过整个结构块(B1)并通向两个相反的外周端面(B12)，所述第一室(P1)被两个闭合件所界定，所述两个闭合件分别安装在两个相反的外周端面(B12)中的一个上。
3.如权利要求1或2所述的端板，其特征在于，所有进给和排放管(P2、P3)设置在内端面(B10)和外端面(B11)之间，并是平行于内端面(B10)的细长形，且与所述第一室(P1)通向相同的外周端面(B12)。
4.如权利要求1或2所述的端板，其特征在于，第一室(P1)在与再循环本体(E6)相对的端部由水收集容器(E7h)界定，所述第一室包括装配在水收集容器(E7h)内并与净化电磁阀(E10h)连接的净化浸渍管(E27)。
5.如权利要求1或2所述的端板，其特征在于，第一室(P1)在与再循环本体相对的一端由水收集容器(E7o)界定，所述第一室包括排出所产生水的浸渍管(E19)，浸渍管的开口由浮体(E17)控制。
6.如权利要求1或2所述的端板，其特征在于，还包括通向净化开口的辅助管(P3)，所述辅助管被布置为平行于进给管(P2)且至少通过压力安全阀(E1)与进给管(P2)连接。
7.如权利要求1或2所述的端板，其特征在于，还包括采用与第一室布置相同布置的第二室，与第一室和第二室中的一个室相关的气体通路作为氢气通路、以及与第一室和第二室中的另一室相关的气体通路作为空气或氧气通路。
8.一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)，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(P5w，P7w)，其特征在于，所述结构块(B1)包括形成冷却剂进给器的室(P1w)，采用以下布置：
●形成进给器的室由所述结构块(B1)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；
●嵌件(E11w)被定位并装配在形成进给器的室的底端部，并包括使冷却剂选择性地循环到所述开口的装置。
9.如权利要求8所述的端板，其特征在于，室(P1w)由装配在外周端面(B12)上的至少一个闭合件(E12w)界定。
10.如权利要求8或9所述的端板，其特征在于，嵌件(E11w)形成在所述室(P1w)一端阻塞所述室的闭合件。
11.如权利要求8或9所述的端板，其特征在于，嵌件(E11w)包括与开口(P5w)和接头(C2w)连通的内室(P60w)。
12.如权利要求8所述的端板，其特征在于，其壁包括多个开口的管道(E61w)被装配在嵌件(E11w)上、并沿所述形成进给器的室的全长延伸。
13.根据权利要求8或9所述的端板，其特征在于，除形成冷却剂进给器的室(P1w)外，还包括采用权利要求7所述布置的第一室(P1h)和第二室(P1o)。
14.根据权利要求1至2以及8至9中一项权利要求所述的端板，其特征在于，还包括为燃料电池所传送电流设计的两个电能连接器(C3)。
15.如权利要求所述1至2以及8至9中一项权利要求所述的端板，其特征在于，所有电能连接器和气体或冷却剂进给接头被布置成使它们可简单通过所述板与设计用于接收所述板的支承件之间的线性相对接近运动相互连接。
16.一种燃料电池(FC)，包括交替布置的双极板和离子交换膜的堆
(A)，所述堆(A)被夹紧在两个端板(B，C)之间，其中一个端板采用如权利要求1至15任一所述的端板。
17.如权利要求16所述的燃料电池，其特征在于，用于控制运行参数的元件被装配在一个端板上或集成在一个端板中。
18.如权利要求17所述的燃料电池，其特征在于，用于再循环电池未消耗气体的元件被装配在一个端板上或集成在一个端板中。
19.如权利要求18所述的燃料电池，其特征在于，用于排除电池所产生的水的元件被装配在一个端板上或集成在一个端板中。
20.如权利要求16所述的燃料电池，其特征在于，用于分配冷却剂的元件被装配在一个端板上或集成在一个端板中。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5297069B2 (ja) * 2008-03-31 2013-09-25 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP5390783B2 (ja) * 2008-03-31 2014-01-15 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
US20100009223A1 (en) * 2008-06-23 2010-01-14 Nuvera Fuel Cells, Inc. Fuel cell stack with integrated process endplates
FR2933239B1 (fr) * 2008-06-27 2011-01-21 Peugeot Citroen Automobiles Sa Culasse de distribution d'une pile a combustible
WO2010022950A1 (en) * 2008-08-30 2010-03-04 Daimler Ag Apparatus for supplying a fuel cell in a fuel cell system with fuel gas
JP5532197B2 (ja) * 2008-09-08 2014-06-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
FR2950740A1 (fr) 2009-09-25 2011-04-01 Michelin Soc Tech Reacteur electrochimique, tel qu'une pile a combustible ou un electrolyseur, equipe d'un dispositif de mesure de la concentration en un gaz de l'un des gaz specifiques de l'operation dudit reacteur
JP5736871B2 (ja) * 2011-03-17 2015-06-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
DE102012007055A1 (de) * 2012-04-05 2013-10-10 Daimler Ag Brennstoffzellenmodul für ein Fahrzeug
KR101417269B1 (ko) * 2012-05-07 2014-07-08 기아자동차주식회사 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템
FR2991814B1 (fr) * 2012-06-08 2014-06-06 Michelin & Cie Circuit de refroidissement pour pile a combustible
RU2532087C1 (ru) * 2013-03-21 2014-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" Способ активации топливной батареи
CN103855418A (zh) * 2014-03-04 2014-06-11 南通百应能源有限公司 一种新型氢氧堆系统
CN106929636B (zh) * 2017-04-05 2019-08-20 山东钢铁股份有限公司 一种加热钢水的rh精炼炉用浸渍管及加热钢水方法
CN107742736A (zh) * 2017-10-20 2018-02-27 苏州中氢能源科技有限公司 一种燃料电池堆端板结构
JP7003721B2 (ja) * 2018-02-20 2022-01-21 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
JP6979006B2 (ja) * 2018-12-11 2021-12-08 本田技研工業株式会社 燃料電池システム

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3982961A (en) 1975-05-02 1976-09-28 United Technologies Corporation Fuel cell stack with an integral ejector for reactant gas recirculation
JPH0828234B2 (ja) * 1986-02-27 1996-03-21 三菱電機株式会社 燃料電池
EP0398111A1 (de) * 1989-05-18 1990-11-22 Asea Brown Boveri Ag Vorrichtung zur Umwandlung chemischer Energie von Kohlenwasserstoffen in elektrische Energie mittels eines elektrochemischen Hochtemperaturprozesses
JP3369350B2 (ja) * 1995-02-17 2003-01-20 田中貴金属工業株式会社 燃料電池用ガス供給プレートの不要穴のガス封止方法
JP3477926B2 (ja) * 1995-07-06 2003-12-10 富士電機ホールディングス株式会社 固体高分子電解質型燃料電池
US6030718A (en) * 1997-11-20 2000-02-29 Avista Corporation Proton exchange membrane fuel cell power system
JP4062798B2 (ja) * 1998-11-24 2008-03-19 アイシン精機株式会社 燃料電池及び燃料電池集合体
US6159629A (en) * 1998-12-17 2000-12-12 Ballard Power Systems Inc. Volume effecient layered manifold assembly for electrochemical fuel cell stacks
JP4325016B2 (ja) * 1999-05-17 2009-09-02 株式会社豊田中央研究所 噴射ノズル式ミスト発生器および燃料電池用ミスト発生器取付装置
US7226688B2 (en) * 1999-09-10 2007-06-05 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell
JP4292656B2 (ja) 1999-11-12 2009-07-08 いすゞ自動車株式会社 燃料電池組立体
JP2002367641A (ja) * 2001-06-08 2002-12-20 Honda Motor Co Ltd 燃料電池およびその運転方法
CA2461745A1 (en) * 2001-09-27 2003-04-10 Siemens Aktiengesellschaft Fuel cell block
DE10158771C2 (de) 2001-11-23 2003-09-18 Reinz Dichtungs Gmbh & Co Kg Brennstoffzellensystem
JP4700886B2 (ja) * 2002-01-28 2011-06-15 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP3589221B2 (ja) * 2001-12-12 2004-11-17 日産自動車株式会社 燃料電池システム
US20030180603A1 (en) * 2002-03-22 2003-09-25 Richards William R. Power generation system having fuel cell modules
JP4064135B2 (ja) * 2002-03-26 2008-03-19 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
JP2003331886A (ja) * 2002-05-09 2003-11-21 Denso Corp 燃料電池システム
DE10223353A1 (de) * 2002-05-25 2003-12-11 Ballard Germany Gmbh Wasserdosierung einer Brennstoffzelle
US6974646B2 (en) * 2002-06-24 2005-12-13 Delphi Technologies, Inc. Solid-oxide fuel cell assembly having an electronic control unit within a structural enclosure
FR2843236B1 (fr) * 2002-08-02 2005-12-02 Air Liquide Bloc pile a combustible et ensemble de production d'energie comprenant un tel bloc de pile
JP4015507B2 (ja) * 2002-08-29 2007-11-28 アイシン精機株式会社 燃料電池装置
EP1469542A1 (en) * 2003-04-09 2004-10-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
JP2005071709A (ja) * 2003-08-21 2005-03-17 Toyo Roki Mfg Co Ltd 燃料電池用イオン除去フィルタ
US20050079397A1 (en) * 2003-10-08 2005-04-14 Holger Winkelmann Metal hydride heating element
JP4102744B2 (ja) * 2003-11-28 2008-06-18 東洋▲ろ▼機製造株式会社 イオン交換フィルタ

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Publication number Publication date
US20100178576A1 (en) 2010-07-15
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JP5335429B2 (ja) 2013-11-06
KR20080056309A (ko) 2008-06-20
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