CN104067430A - 燃料电池堆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池堆(1)，所述燃料电池堆包括多个堆叠的燃料电池单元(2)和至少一个电池堆封闭元件(3)，其中所述堆叠的燃料电池单元(2)和所述电池堆封闭元件(3)借助于夹紧装置(4)可夹紧，并且其中至少所述夹紧的燃料电池单元(2)由壳体(7)包围。在此设定，在所述壳体(7)与所述至少一个电池堆封闭元件(3)之间设置环绕的密封件(6)、特别是唇形密封件(6.1)，所述唇形密封件具有用于容纳夹紧装置(4)的缺口(6.2)，其中所述夹紧装置(4)至少在所述缺口(6.2)的区域中是电绝缘的。

Description

燃料电池堆
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的燃料电池堆。
背景技术
在专利文献US2003/0104260A1中描述了一种具有壳体的燃料电池系统，该壳体包围至少一个第一燃料电池堆和在第一燃料电池堆外围设置的第二燃料电池堆并且将它们相互压紧。为此，燃料电池系统包括箍紧带，所述箍紧带完全围绕壳体延伸。此外该壳体具有盖元件，该盖元件相对于壳体密封。
此外，在文献US2003/0104260A1中描述了一种在由多个燃料电池堆制造燃料电池装置时用于容纳和支承燃料电池堆的壳体，该壳体包括封闭元件、柔性的侧壁以及连接件，其中该壳体由箍紧带束紧在一起。除此之外，描述了用于制造燃料电池装置的方法，该方法包括在容器中堆叠燃料电池、压紧燃料电池，以及设置连接件，以便在堆叠的配置结构中固定燃料电池堆，和/或以便至少部分地压紧燃料电池堆。
发明内容
本发明的目的是，提供一种相对于现有技术改进的燃料电池堆。
该任务按照本发明通过一种燃料电池堆解决，该燃料电池堆具有在权利要求1中给出的特征。
本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。
燃料电池堆包括多个堆叠的燃料电池单元和至少一个电池堆封闭元件。所述堆叠的燃料电池单元和所述电池堆封闭元件借助于至少一个夹紧装置可夹紧，并且其中，所述夹紧的燃料电池单元借助于壳体包围。按照本发明，在所述壳体与所述至少一个电池堆封闭元件之间设置环绕的密封件、特别是唇形密封件，所述密封件具有用于容纳夹紧装置的缺口，其中所述夹紧装置至少在所述缺口的区域中是电绝缘的。
例如构成为唇形密封件的密封件和电绝缘的夹紧装置以有利的方式和方法密封地相互作用，并且由此防止湿气进入到在燃料电池堆与壳体之间的区域中。用于夹紧燃料电池堆的夹紧装置和电池堆封闭元件相对于壳体的密封件的组合还实现了用于燃料电池堆的密封系统的简单和低成本的制造并且节省结构空间。
为了实现夹紧装置的电绝缘性，在此将绝缘件成型、优选例如借助于注塑成型方法喷注到夹紧装置上。该绝缘件在此特别优选地在壳体的区域中成型到夹紧装置上，从而改善了相邻的燃料电池单元的电绝缘性。
为了形锁合地容纳夹紧装置，缺口的相应形状和/或尺寸与成型到夹紧装置上的绝缘件的形状和/或外部尺寸一致，从而以简单的方式和方法实现了燃料电池堆的装配并且确保了在燃料电池堆的运行期间的密封效果。
优选地，夹紧装置的绝缘件在缺口的区域中如此构成，使得在夹紧装置的绝缘件与电池堆封闭元件的、特别是构成为唇形密封件的密封件之间建立形锁合和/或力锁合的连接，并由此特别优选地建立预紧，该预紧导致相对唇形密封件并由此相对壳体的密封作用。为了加强预紧，夹紧装置的绝缘件局部地、特别是在缺口的区域中具有加厚部。
为了优化夹紧装置的绝缘件和密封件的密封作用，该绝缘件和密封件由橡胶、泡沫材料、聚氯乙烯、热塑性的聚氨酯和/或热塑性的聚合物形成。这些电绝缘的材料的特点在于高的化学稳定性、热稳定性和好的耐腐蚀性能。
夹紧装置在此包括至少一个环绕着堆叠的燃料电池单元和电池堆封闭元件的条形或带形的箍紧带。这样的箍紧带具有仅仅小的重量和小的结构空间需求，并且除此之外在制造以及装配中是简单和低成本的。特别优选地，夹紧装置包括多个箍紧带，由此以有利的方式和方法优化燃料电池堆的压紧，并且提高在燃料电池堆与壳体之间的密封作用。
在本发明的一个特别优选的设计方案中，所述箍紧带由玻璃纤维或不锈钢形成。玻璃纤维和不锈钢材料是抗腐蚀和化学稳定的，特别是玻璃纤维材料还具有高的弹性系数。
特别优选地，燃料电池堆的电池堆封闭元件形成壳体的盖，该壳体特别是构成为单侧打开的壳体。由此优化了燃料电池堆的结构空间需求和构件需求。电池堆封闭元件由此满足了多个功能，其中该电池堆封闭元件不仅在端侧限定了堆叠的燃料电池单元，而且也用作燃料电池堆的盖元件。
备选或附加地，该壳体构成为两侧打开的壳体，并且燃料电池堆包括两个电池堆封闭元件，其中所述电池堆封闭元件中的一个形成所述盖，而所述电池堆封闭元件中的另一个形成所述燃料电池堆的底部。
附图说明
在下文中根据附图进一步阐明本发明的各实施例。其中：
图1示意地示出了燃料电池堆的一局部的透视图，该燃料电池堆包括
壳体、电池堆封闭元件和具有成型的绝缘件的夹紧装置；
图2示意地示出了按照图1的、没有夹紧装置的局部的透视图；
图3示意示出了按照图1的、没有夹紧装置和绝缘件的局部的透视图；
图4示意示出了具有成型的绝缘件的夹紧装置的透视图；
图5示意示出了在装配状态下的燃料电池堆的透视图；以及
图6示意示出了按照图5的燃料电池堆的透视图，其中,燃料电池堆配
设有壳体。
相互相应的部件在所有的附图中设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1至3中示出了燃料电池堆1的透视的局部图，该燃料电池堆具有多个堆叠的燃料电池单元2、两个电池堆封闭元件3和夹紧装置4，该夹紧装置具有局部环绕该夹紧装置的绝缘件5，其中图2示出了仅仅具有绝缘件5而没有夹紧装置4的燃料电池堆1，图3示出了没有夹紧装置4和绝缘件5的燃料电池堆1。图4透视地示出了单个夹紧装置4，图5示出了在装配的状态下的燃料电池堆1，而图6示出了按照图5的燃料电池堆1，该燃料电池堆配设有壳体7，其中借助于箭头示出壳体7的装配。
燃料电池堆1包括多个堆叠的燃料电池单元2，所述燃料电池单元构成为高温-燃料电池单元，例如固体氧化物燃料电池或者低温-燃料电池单元，例如聚合物电解质燃料电池，其中优选聚合物电解质燃料电池(PEMFC)。
堆叠的燃料电池单元2和电池堆封闭元件3借助于夹紧装置4相互夹紧。如图5所示，夹紧装置4为此具有多个，特别是三个带形或条形的夹紧件，在下文中称为箍紧带4.1，该箍紧带分别环绕燃料电池单元2和电池堆封闭元件3，并且将它们相对彼此夹紧并且沿横向于堆叠方向s延伸的方向相互间隔。这样构成的箍紧带4.1仅具有小的重量和小的结构空间需求，并且除此之外在制造中以及在装配中是简单和低成本的。除此之外，夹紧装置4的这样的设计和配置使得能够最佳地将力导入到燃料电池堆1中。
如图4所示，箍紧带4.1围绕电池堆封闭元件3中之一特别是下端板3.2延伸。箍紧带4.1的端部或端部区域4.1.1构成为环形或钩形的或者设有挂环或挂钩。与下端板3.2相对置的上端板3.1具有连接件3.1.1，该连接件与箍紧带4.1的环形或钩形的端部区域4.1.1相应地构成，使得它们形成相互形锁合和/或力锁合的连接。
连接件3.1.1在一个可能的实施形式中单独地构成，并且形锁合、材料锁合和/或力锁合地与电池堆封闭元件3连接、特别是螺纹连接。备选地，连接件3.1.1可以集成在电池堆封闭元件3中，例如成型在电池堆封闭元件中。特别是连接件3.1.1和电池堆封闭元件3可以形成集成的构件，例如成型件。例如连接件3.1.1成型为突伸到电池堆封闭元件3的开口中的环或突伸到开口中的钩。
通过将箍紧带4.1的端部区域4.1.1构成为钩或环，可以通过简单的方式和方法将箍紧带4.1从电池堆封闭元件3的相应地构成的连接件3.1.1松脱。
借助于箍紧带4.1将燃料电池单元2和电池堆封闭元件3在燃料电池堆1的装配状态下相互夹紧，因为箍紧带4.1将用于夹紧燃料电池堆1的拉力通过燃料电池堆传递到堆叠的燃料电池单元2和电池堆封闭元件3上。
堆叠的燃料电池单元2在此优选由在图6中示出的壳体7至少部分包围。优选所有在燃料电池堆1中堆叠的燃料电池单元2由壳体7包围(未示出)。壳体7构成为两侧开口的壳体7，并且在装配的状态下(壳体7的装配在图6中借助于箭头示出)以其开口的端部连接到电池堆封闭元件3的分别一端或一个表面侧上，其中，电池堆封闭元件3中的一个以上端板3.1的形式限定燃料电池堆1的上端侧，并且电池堆封闭元件3中的另一个以下端板3.2的形式限定燃料电池堆1的下端侧。
特别优选地，上端板3.1形成盖而下端板3.2形成壳体7的底部。备选地，壳体7也可以构成为单侧开口的壳体7，其中该开口的端部通过电池堆封闭元件3中的一个限定。
优选至少电池堆封闭元件3中的一个在塑料注塑方法中一体地制造为金属塑料混合构件。
将电池堆封闭元件3构成为金属-塑料混合构件，实现了两种不同材料的有利特性的组合。借助于金属件，在此夹紧力可大面积地传递到燃料电池单元中，并且可实现与支承结构例如车身的连接点。此外，金属件的形状稳定性和热稳定性是非常好的。在此金属合金，例如钢也适合作为金属材料。
借助于成型在金属件上的加强件，可实现燃料电池堆1相对于环境的电绝缘。此外，借助于加强件，可实现到燃料电池堆1的壳体7的接口、气态或流体态的介质从燃料电池堆1的排出和输入到燃料电池堆1中，并且在电气方面和抗腐蚀方面实现介质的隔离。加强件因此优化了金属件。特别是热塑性材料适合作为塑料或有机聚合物。
在壳体7与上端板3.1之间设置，特别是注塑成型有环绕的密封件6。在一个可能的、示出的实施形式中，该环绕的密封件6设计为唇形密封件6.1。备选地，该密封件可以构成为环形密封件。
因此上端板3.1以优选的方式和方法相对于壳体7密封。特别优选地，在下端板3.2与壳体2之间设有另一唇形密封件6.1，使得下端板3.2相对于壳体7密封。
唇形密封件6.1优选由电绝缘的材料、特别是由合成橡胶、如三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈-橡胶、硅-橡胶、氟-橡胶、丙烯酸酯橡胶、全氟橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、聚酯型聚氨酯橡胶、丁基-橡胶或天热橡胶或泡沫橡胶、泡沫材料、聚氯乙烯、热塑性弹性体或热塑性的聚氨酯形成。这些电绝缘的材料的特点在于高化学稳定性、热稳定性和好的耐腐蚀特性。
唇形密封件6.1在本实施例中包括用于容纳箍紧带4.1的缺口6.2，该缺口在燃料电池单元2的区域中由壳体7包围，并且在唇形密封件6.1的区域中在外部设置。
箍紧带4.1为此至少分别在唇形密封件6.1的缺口6.2的区域中具有成型的绝缘件5。如在图4和5中所示，绝缘件5优选在箍紧带4.1的、抵靠在燃料电池单元2上的区域上延伸，因此改善了相邻的燃料电池单元2的电绝缘性。
缺口6.2优选具有与绝缘件5的形状和/或外部尺寸相应的形状和外部尺寸，因此绝缘件5形锁合和/或力锁合地在缺口6.2中设置，因此特别优选地建立预紧并进而建立与唇形密封件6.1和与壳体7的密封作用。为了加强预紧，绝缘件5在缺口6.2的区域中具有加厚部5.1，该加厚部在图1、2、4、5和6中示出。
绝缘件5优选由与唇形密封件6.1相同的材料或其它已经述及的用于唇形密封件6.1的材料形成。绝缘件5优选借助于注塑成型方法设置在箍紧带4.1上。在本实施例中，绝缘件5在预定的区域中完全包围箍紧带4.1。
此外，分别为箍紧带4.1设置有两个相对置的缺口6.2，因为箍紧带4.1至少在沿堆叠方向s延伸的方向环绕壳体2和唇形密封件6.1设置。在一个备选或附加的设计方案中，在壳体2与电池堆封闭元件3中的另一个，例如下端板3.2之间设置的唇形密封件6.1具有用于容纳箍紧带4.1的相应的缺口6.2。
绝缘件5和唇形密封件6.1以有利的方式和方法密封地相互作用，并且因此防止湿气进入到电池堆封闭元件3与壳体7之间的区域。此外，用于夹紧燃料电池堆1的夹紧装置4与密封件的组合使得能够简单并且低成本地制造用于燃料电池堆1的密封系统，因为不需要连接过程并且还节省了结构空间。
除此之外，可以与燃料电池堆1的堆高度无关地使用密封系统。
附图标记清单
1 燃料电池堆
2 燃料电池单元
3 电池堆封闭元件
3.1 上端板
3.1.1 连接件
3.2 下端板
4 夹紧装置
4.1 张紧带
4.1.1 端部区域
5 绝缘件
5.1 加厚部
6 密封件
6.1 唇形密封件
6.2 缺口
7 壳体
s 堆叠方向

Claims (10)

1.一种燃料电池堆(1)，所述燃料电池堆包括多个堆叠的燃料电池单元(2)和至少一个电池堆封闭元件(3)，其中，所述堆叠的燃料电池单元(2)和所述电池堆封闭元件(3)借助于夹紧装置(4)能夹紧，并且其中，至少所述夹紧的燃料电池单元(2)由壳体(7)包围，其特征在于，在所述壳体(7)和所述至少一个电池堆封闭元件(3)之间设置有环绕的密封件(6)、特别是唇形密封件(6.1)，所述密封件具有用于容纳夹紧装置(4)的缺口(6.2)，其中所述夹紧装置(4)至少在所述缺口(6.2)的区域中是电绝缘的。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆(1)，其特征在于，在所述夹紧装置(4)上至少局部地形成有绝缘件(5)。
3.根据权利要求2所述的燃料电池堆(1)，其特征在于，所述绝缘件(5)在缺口(6.2)的区域中如此构成，使得在所述绝缘件(5)与密封件(6)之间建立形锁合和/或力锁合的连接。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池堆(1)，其特征在于，所述绝缘件(5)局部地、特别是在缺口(6.2)的区域中具有加厚部(5.1)。
5.根据权利要求2至4之一所述的燃料电池堆(1)，其特征在于，所述绝缘件(5)由橡胶、泡沫材料、聚氯乙烯、热塑性的聚氨酯和/或热塑性的聚合物形成。
6.根据权利要求1至5之一所述的燃料电池堆(1)，其特征在于，所述密封件(6)由橡胶、泡沫材料、聚氯乙烯、热塑性的聚氨酯和/或热塑性的聚合物形成。
7.根据上述权利要求之一所述的燃料电池堆(1)，其特征在于，所述夹紧装置(4)包括至少一个环绕着堆叠的燃料电池单元(2)和电池堆封闭元件(3)的箍紧带(4.1)。
8.根据权利要求7所述的燃料电池堆(1)，其特征在于，所述箍紧带(4.1)由玻璃纤维或不锈钢形成。
9.根据上述权利要求之一所述的燃料电池堆(1)，其特征在于，所述至少一个电池堆封闭元件(3)形成所述壳体(7)的盖。
10.根据权利要求9所述的燃料电池堆(1)，其特征在于两个电池堆封闭元件(3)，其中，所述电池堆封闭元件(3)中的一个形成所述壳体(7)的盖，而所述电池堆封闭元件(3)中的另一个形成所述壳体(7)的底部。
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