CN108216648A - 用于将燃料电池单元适配并集成到交通工具中的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于集成至少一个燃料电池单元以集成到交通工具的结构部件中的方法，该方法包括以下步骤：确定交通工具的内部结构部件中的可用容纳空间，其允许容纳燃料电池单元；提供可装配成封闭壳体的至少两个壳体部分；提供具有阳极、阴极以及电解质的至少一个燃料电池；装配壳体部分和至少一个燃料电池以形成燃料电池单元；将至少一个燃料电池单元插入到结构部件的容纳空间。壳体部分中的至少一者使用增材制造方法制造，使得燃料电池单元精确地配装到所确定的容纳空间中。壳体部分中的一者包括外部燃料入口和内部燃料分配器。壳体部分中的一者包括外部氧化剂入口和内部氧化剂分配器。

Description

用于将燃料电池单元适配并集成到交通工具中的方法
技术领域
本发明涉及一种用于将燃料电池单元集成到交通工具中的方法、一种用于集成到交通工具中的燃料电池系统以及一种包括这种燃料电池系统的飞行器。
背景技术
已知特别是在移动应用中的基于氢气和氧气的反应来提供电能的燃料电池有数十年了。其中存在将燃料电池集成到大型商用飞行器中的各种观念。也存在旨在通过燃料电池代替常规辅助电力单元的观念，这也包括在机身尾部的常规安装空间。例如，这可从EP1 817 231 B1中知晓。
还已知其它的观念，这些观念是基于在飞行器的不同地方安装相对较小的单个燃料电池单元以用于产生更局部的电能。例如，EP 3 012 189 A1示出了将燃料电池单元集成在安装在飞行器舱段中的厨房中。
在飞行器中安装用于产生电能的燃料电池系统需要专用的安装空间。鉴于增加飞行器内部空间的使用效率的趋势，同时为了进一步增加乘客舒适度，难以提供用于产生局部电力的燃料电池的专用安装空间。
发明内容
本发明的目的是满足对用于集成燃料电池的局部安装空间的需求，而同时不会妨碍在交通工具舱段等中的内部空间的使用效率。
该目的通过一种具有独立权利要求1的特征的用于将燃料电池单元集成到交通工具的结构部件中的方法来解决。有利的实施方式和其它的改进可以从从属权利要求和以下描述中获取。
提出了一种用于将燃料电池单元集成到交通工具的结构部件中的方法，该方法包括以下步骤：确定交通工具的内部结构部件中的可用容纳空间，其允许通过从结构部件外部插入容纳空间中来容纳燃料电池单元；提供可装配成封闭壳体的至少两个壳体部分；提供具有阳极、阴极和电解质的至少一个燃料电池；装配壳体部分和至少一个燃料电池以形成燃料电池单元；以及将燃料电池单元插入到结构部件的容纳空间中。壳体部分中的至少一者是使用增材制造方法来制造的，使得燃料电池单元精确地配装到所确定的容纳空间中。壳体部分中的一者包括外部燃料入口和内部燃料分配器，该内部燃料分配器用于将燃料从外部燃料入口引导至可与至少一个燃料电池中的每一者联接的至少一个燃料出口。壳体部分中的一者包括外部氧化剂入口和内部氧化剂分配器，该内部氧化剂分配器用于将氧化剂从外部氧化剂入口引导至可与至少一个燃料电池中的每一者联接的至少一个氧化剂出口。
因此，本发明的第一个核心方面在于提供一种紧凑的燃料电池单元，该燃料电池单元可集成到交通工具的已经存在的结构部件中，该结构部件具有用于容纳物体的通常未被使用的空间。交通工具通常包括适于容纳乘客的交通工具本体。交通工具本体通常包括环绕用于乘客的容纳空间的外部蒙皮或外壳。蒙皮或外壳通常附接至特定的加强结构或者包括特定的加强结构，其中，特定的加强结构允许交通工具本体在交通工具的整个操作过程中保持期望形状。这种加强结构的设计取决于尺寸、交通工具的用途、预期的行驶速度、期望的加速度以及其它参数。大型交通工具的通用设计原则是基于纵向加强元件与周向加强元件的结合。在飞行器的情况下，呈机身形式的交通工具本体可以包括沿着机身的纵向轴线彼此间隔地分布的一系列周向框架元件。此外，通常使用具有被布置成沿圆周方向彼此间隔并平行于纵向轴线的多个桁条的一系列纵向加强元件(“桁条”)。
框架元件通常包括由一组凸缘形成的横截面轮廓，该一组凸缘是弯曲的以在框架元件的安装位置处呈现机身的相应的局部周向形状，其中，凸缘通过彼此间隔的至少一个腹板来机械连接。作为示例，在不限制本发明的主旨的情况下，这种框架元件的横截面可以是I形或者双T形。
尽管一些框架元件特别是在飞行器的情况下可能包括缠绕它们的隔热材料，但是可能存在一些以普通的方式集成的框架元件。所有这些都可以包括包围成一定容积的特定部段，其中，不存在其它的装置。例如，可能存在完全空的由两个相对的凸缘包围的并由其间的腹板界定的一定容积。此种容积可以被认为是用于从结构部件外部集成设备的容纳空间，而无需其它的准备步骤。
通过制造具有适于相应容纳空间的尺寸的紧凑型燃料电池单元，使得可以在交通工具内部设置至少一个，但是优选多个局部电源。
因此，根据本发明的方法可以从确定交通工具的内部结构部件中的可用容纳空间的步骤开始。这可以包括测量或检索意图配备精确配装的燃料电池单元的相应结构部件的几何参数。在本文中应当指出的是，尺寸标准是指相应结构部件的无障碍开口轮廓，同时忽略只可从结构部件内部触及的内部凹部、底切或其它容积特征。应当清楚的是，容纳空间被认为是通过将燃料电池单元插过开口轮廓而可以进入的空间。
提供壳体部分可以包括也被称为生成制造方法的增材制造方法。这种制造方法可以包括随后将由所选材料形成的颗粒以精细层的形式局部堆积在预定区域中以及硬化或固化相应层。这种生成制造方法可以优选地以ALM或SLM方法的形式应用。所制造的产品的材料特性等于或优于铸件。特别地，激光适合作为用于硬化或固化的热源，并因此作为ALM方法的特殊形式，可以应用SLM方法(“选择性激光熔化”)。在根据本发明的方法中使用粉末钢、不锈钢、铝合金、钛合金或其它可熔性材料是有利的。对于某些应用领域，使用钴合金和镍合金也是有利的。对于交通工具中的应用，特别是在商用飞行器中，特别是粉末状的AlSilOMg或TiA16V4是合适的。此外，由于燃料电池单元不一定是承载部件，所以也可以使用塑料材料。在该方法中实现的层厚度可取决于若干因素，例如其中包括所用热源的输出、所需精度、材料特性和可再加工性。层段的最小可能基面积取决于热源的几何延伸。因此，利用特别精细的热源，例如激光束，可以制造特别精细的结构。通过匹配待被熔化的相应轮廓，可以重复该过程，直到完成期望的壳体部分。
增材制造的范围取决于相应结构部件的形状和尺寸以及所需功率输出，并因此取决于燃料电池单元的尺寸。如果存在相当复杂的容纳空间，增加增材制造的范围可能是值得的，使得燃料电池单元紧密地配装到容纳空间中，而不需要劳动密集的生产方法。
所有壳体部分必须是可以共同装配的，以构成具有所有必要端口的封闭外壳。装配壳体部分以及至少一个燃料电池会形成紧凑的燃料电池单元，该燃料电池单元然后可插入到结构部件的容纳空间中。
在制造相应的壳体部分期间，应该增加一个集成燃料分配器，特别是在将多个燃料电池安装到壳体中的情况下需要该集成燃料分配器。燃料分配器用于从燃料电池单元的外部接收燃料电池燃料并将燃料分配到全部单独的燃料电池中。
燃料分配器的更多细节和选择将在稍后解释。
类似地，壳体部分包括用于将氧化剂由氧化剂入口引导至至少一个燃料电池的集成氧化剂分配器。这对于集成到壳体中的多个燃料电池是特别需要的。同样，稍后将会解释更多细节。
总之，该方法允许将燃料电池集成在交通工具中的多个不同位置处，以产生局部电力，而不必在交通工具的舱段或其它区域中配给空间，而是使用结构部件中的先前未使用的空间。通过使用燃料电池单元占用的先前未使用的空间，增加了交通工具内的空间的使用效率。同时，由于局部发电燃料电池易于集成，所以可以减少交通工具内向用电装置提供电能的电缆量。
在一种有利的实施方式中，该方法还包括通过增材制造方法至少提供至少一个燃料电池的部件。用于集成燃料电池单元的单独的容纳空间取决于待配备燃料电池单元的交通工具中的区域。尽管有些区域可能会提供规则的几何结构，但有些可能会提供更复杂的形状的容纳空间。由于至少一个燃料电池单元的形状需要与容纳空间相一致，因此应该清楚的是，在至少一个燃料电池单元内还设置用于保持至少一个燃料电池的差不多复杂的安装空间。因此，至少一个燃料电池的阳极、阴极以及其它核心部件可以通过增材方法来制造，这种方法形成至少一个燃料电池的最佳适配。
在另一种有利的实施方式中，通过使用增材制造方法提供壳体部分中的至少一者包括将具有外部燃料输入和至少一个内部燃料输出的至少一个燃料管道集成在相应壳体部分的壁内。外部燃料输出可以通过在相应的壳体部分的外侧中设置开口来形成，合适的连接件可以被附接至开口中。外侧可以是在界定边缘之间的较大表面上的一侧，或者其可以直接设置在相应壳体部分的边缘表面中。
在又一种实施方式中，通过使用增材制造方法提供壳体部分中的至少一者包括通过具有外部氧化剂输入和至少一个内部氧化剂输出的至少一个氧化剂管线而将氧化剂分配器集成到相应壳体部分的壁中。根据集成到壳体中的燃料电池的数量，可以选择内部氧化剂出口的数量。
就此而言，将相应增材制造的壳体部分设置有一定的突起或边界是可行的，燃料入口和/或氧化剂入口集成在该突起或边界中。这允许将燃料入口和/或氧化剂入口安置成距燃料电池单元的接触表面的有一定的距离。
该方法还可以包括将至少第二燃料电池单元插入到结构部件的相应的至少一个第二容纳空间中。取决于可用的一个容纳空间或多个容纳空间，可能不能集成单独输送所需电力的较大的燃料电池单元，但是在相同的结构部件中提供多个单独的燃料电池单元是可行的。因此，可以使用多个独立的燃料电池单元来产生电力，并且可以通过适当的电气连接来增加多个燃料电池的组合的电压电平。
优选地，根据本发明的方法包括以串联方式电气连接燃料电池单元中的至少两者。这增加了由多个燃料电池单元输送的总电压。
在使用多个燃料电池单元的情况下，该方法还可以包括将燃料电池单元中的一者的外部燃料入口连接至燃料电池单元中的另一者的外部燃料出口，其中，燃料出口与的相应的一个燃料电池单元的燃料管道联接。
类似地，该方法还可以包括将燃料电池单元中的一者的外部氧化剂入口连接至燃料电池单元中的另一者的外部氧化剂出口，其中，氧化剂出口与相应的一个燃料电池单元的氧化剂管道联接。
如果使用相同或至少非常相似的多个燃料电池单元，则提供柱塞以封闭未使用的燃料出口和/或氧化剂出口可能是有利的。
此外，该方法可以包括将冷却剂给送管线和冷却剂返回管线提供给至少一个燃料电池单元的冷却剂入口和冷却剂出口。冷却剂可以通过具有冷却剂泵、贮存器以及至少一个用于散热的热交换器的冷却剂回路来提供。热交换器可以布置在交通工具的对热量具有恒定需求的区域中或者布置在可靠地吸收恒定热量流的区域中。作为有利的改进，冷却剂回路可以包括多个热交换器，这些热交换器通过一系列阀连接至旁路管线，使得每个热交换器可以选择性地处于与冷却剂回路流体连通或者可以选择性地停用。例如，如果将操作厨房中的热量消耗装置，则多个热交换器中的一者可以传递该热量。此外，在交通工具是飞行器的情况下，蒙皮热交换器可以在环境温度特别低的情况下在巡航高度上使用且适于将热量散发到飞行器的周围环境。为了传递在燃料电池单元中产生的热量，这些燃料电池单元可以在发热部件中和/或在至少一个壳体部分中配备有具有特定冷却剂导管的部件，其中，冷却剂导管将新鲜和冷的冷却剂导入相应的部件中，并且将热量传递到冷却剂中，然后冷却剂离开相应的燃料电池单元。
此外，该方法还可以包括将燃料电池单元的取水出口与取水管道联接。为此，取水管道可以安装在交通工具中并且与水容纳装置相联接。水容纳装置可以是简单地将水存储在交通工具内部或将水消散到飞行器周围的装置。作为替代方案，诸如厨房或洗手间的水消耗装置可以供有所提取的水。在后一种情况下，至少一个燃料电池单元的安装空间可以被选择为尽可能接近相应的水消耗装置。
本发明还涉及用于集成到交通工具的结构部件中的燃料电池系统，该系统具有至少一个燃料电池单元，该燃料电池单元包括具有阳极、阴极和电解质的至少一个燃料电池；具有至少两个壳体部分的封闭的燃料电池单元壳体；其中，壳体部分中的一者包括外部燃料入口和内部燃料分配器，内部燃料分配器用于将燃料由外部燃料入口引导至可与至少一个燃料电池中的每一者联接的至少一个燃料出口，并且其中，壳体部分中的一者包括外部氧化剂入口和内部氧化剂分配器，内部氧化剂分配器用于将氧化剂由外部氧化剂入口引导至可与至少一个燃料电池中的每一者联接的至少一个氧化剂出口，以及其中，壳体部分中的至少一者使用增材制造方法来制造，使得燃料电池单元精确地配装到交通工具的结构部件的容纳空间中。
在一种有利的实施方式中，该系统包括多个燃料电池单元，其中，该多个燃料电池单元的至少一个分组具有连接至相应燃料电池单元的燃料入口的燃料出口以及连接至相应燃料电池单元的氧化剂入口的氧化剂出口中的至少一者，其中，燃料出口和氧化剂出口中的至少一者连接至另一个燃料电池单元的燃料入口和氧化剂入口中的相应一者。
在又一种实施方式中，燃料电池单元的形状是弯曲的，从而安装到具有至少一个凸缘的弯曲的周向框架元件中，其中，凸缘优选但不排它地以直角的形式附接至腹板上。这种框架元件可以被集成为飞行器机身中的周向框架元件，其中，容纳空间可以具有C形横截面轮廓。
此外，燃料电池单元可以包括至少一个横向凹部或切口，该至少一个横向凹部或切口适于配装到与周向框架元件的外凸缘和腹板相交的纵向加强部分上。如上所述，示例性地，飞行器通常包括彼此共同相交的周向框架以及纵向桁条，使得框架元件的外凸缘和腹板包括开口，其中，纵向加强部分延伸穿过该开口。因此，燃料电池单元可以被设计成以便配装在位于由纵向加强元件界定的一侧处的可用容纳空间中，其中，至少一个凹部或切口紧密地配装在该纵向加强元件上。
附接至少一个燃料电池单元可以通过夹紧式连接进行。通过使用夹紧式连接，在发生故障的情况下或者电力需求改变时更换燃料电池单元是很简单的。交通工具的结构部件不需要被修改或配备有紧固件，使得它们可以保持完全不变。然而，这种夹紧式连接应该足够稳定，以在交通工具的任何可能的操作状态下始终确保维持燃料电池单元的位置。在燃料电池单元安装在飞行器中的情况下，必须考虑在顾及到规定的安全因素的情况下的着陆冲击、湍流的发生以及在所有空间方向上的预期加速度。
在替代实施方式中，可以通过使用螺钉或螺栓来实现附接。因此，可以产生燃料电池单元与相应结构部件之间的可靠和非常稳定的机械连接。然而，这需要对结构部件进行修改。作为副作用，这导致相应结构部件的至少一部分与燃料电池单元结合，以形成具有所需承载能力的整体部件。这意味着，一方面，燃料电池单元支承相应的结构部件，以吸收在交通工具的正常操作期间发生的某些载荷。另一方面，结构部件可以支持燃料电池壳体的机械性能。总之，可以减小壳体或容纳空间的区域中的相应结构部件的厚度。因此，这将由燃料电池单元引入的总重量减小至将低于布置在交通工具的另一个区域中的燃料电池装置的重量的值。
本发明还涉及一种飞行器，其包括具有彼此间隔地布置的一系列框架元件的机身以及根据以上描述的至少一个燃料电池系统。一系列框架中的至少一个框架元件包括第一凸缘和连接至第一凸缘的腹板，其中，至少一个燃料电池系统的至少一个燃料电池单元布置在由第一凸缘和腹板限定的轮廓空间中。
在另一种有利的实施方式中，至少一个框架元件包括连接至所述腹板的第二凸缘，其中，用于集成至少一个燃料电池的轮廓空间被限定在第一凸缘、第二凸缘以及腹板之间。
此外，多个燃料电池单元可以布置在一系列框架形成的至少一个框架元件中，其中，多个燃料电池单元以串联的方式彼此电气连接。
如上进一步所述，燃料电池单元中的一者的外部燃料入口也可以连接至燃料电池单元中的另一者的外部燃料出口，其中，燃料出口与燃料电池单元中的相应的一者的燃料管道联接。
类似地，燃料电池单元中的一者的外部氧化剂入口可以连接至燃料电池单元中的另一者的外部氧化剂出口，其中，氧化剂出口与燃料电池单元中的相应的一者的氧化剂管道联接。
附图说明
本发明的其它特征、优点和潜在应用将从以下对在附图中示出的示例性实施方式的描述得知。就此而言，所有描述的和/或图示的特征也单独地和以任意组合的形式构成本发明的对象，而不考虑它们在各个权利要求中的组成或它们对其它权利要求的引用。此外，附图中的相同或相似的对象由相同的附图标记来标识。
图1示出了具有集成燃料电池单元的飞行器的机身结构的一部分。
图2示出了燃料电池单元的原理设置。
图3示出了两个相邻的燃料电池单元的连接。
具体实施方式
图1示出了飞行器的机身结构2的一部分。示出了具有外凸缘6、内凸缘8以及在它们之间延伸的腹板10的周向框架元件4，其中，腹板10连接两个凸缘6和8以形成C形横截面轮廓。外凸缘6位于径向最外侧的位置，内凸缘8位于径向向内的位置。
桁条12的形式的纵向加强元件彼此间隔且平行地垂直于腹板10延伸。外凸缘6和桁条12的外凸缘14形成支承表面，蒙皮16安置在该支承表面上。这种布置是形成机身结构2的典型方式，例如，用于具有足够的机械稳定性的飞行器的圆柱形机身。
使用彼此间隔地布置并且通过腹板10连接的两个凸缘6和8的布置方式导致特别高的几何惯性矩。然而，在商用飞行器的普通装置中，外凸缘6和内凸缘8之间的容积基本上保持未被使用的状态。
本发明的核心在于将燃料电池单元18设置到可用的容纳空间20中。在该示例性实施方式中，将燃料电池单元18插入由两个相邻的桁条12与两个凸缘6与8之间的间隙所界定的容纳空间20中。因此，燃料电池单元18包括具有与桁条12的形状一致的两个横向切口22的环段的形状。燃料电池单元18的厚度示例性地限于小于从腹板10到内凸缘24的外边缘24的延伸范围d的尺寸。燃料电池单元18的高度适配于外凸缘6与内凸缘8之间的间隙尺寸h。
如以下所阐明的那样，燃料电池单元18的至少一些部分使用增材制造方法来制造。示例性地，燃料电池单元18包括第一轴向表面26，第一输出极28和第二输出极30被集成到该第一轴向表面26中，从而提供由相应的燃料电池单元18的产生的电能。此外，取水口32被布置在燃料电池单元18的底部区域，以用于提取在燃料电池工作期间积聚的水。例如，取水口32可连接至在蒙皮16的内侧上延伸并可通向集水装置(未示出)的取水管道34。
如图1中所示，多个燃料电池单元18可以分布在结构部件4的可用空间20中，使得可以基于该位置处的实际需求来选择所产生的电力。
图2以非常示意性的图例示出了燃料电池单元18的原理设置，以更好地理解其工作原理。此处，示出了使用增材制造方法制造的第一壳体部分36。第一壳体部分36配备有从第一侧面40延伸至第二侧面42的燃料管道38。在该过程中，安置多个分配支路44，其连接至燃料管线38并且包括多个开口46。燃料管道38、支路44以及开口46的布置构成燃料分配器48。在该示例中，燃料分配器48被布置在将靠近结构部件4的内凸缘8的第一壳体部分36的区域中。
在与前述部分大致成直角延伸的第一壳体部分36的区域中，氧化剂管线50从第一侧面40延伸至第二侧面42。多个支路管道52与氧化剂管道50联接并且包括多个开口54。氧化剂管道50、支路管道52以及开口54构成氧化剂分配器56。
第一壳体部分36能够容纳并排布置在第一壳体部分36中的多个单独的燃料电池58。
示例性地，每个燃料电池58包括阳极60、隔膜62以及阴极64。第一双极板66布置在阳极60的一侧并与燃料分配器48联接，即与支路管道44中的一者的开口46联接。例如含氢气体或纯氢气的燃料通过第一双极板66中的多个导管68到达阳极60，并为所产生的电能提供正极。
隔膜62可以实现为固体聚合物隔膜，其是在遇水饱和时质子可渗透的薄塑料膜。通过隔膜进行质子交换，而电子仅能通过附接至相应的燃料电池58的电路从阳极60传递到阴极64。
在阴极64的一侧布置第二双极板70，第二双极板70与氧化剂分配器56联接并且包括用于将氧化剂引导至阴极64的一系列导管72。此外，在燃料电池工作期间产生的水积聚在阴极64处并到达导管72，水需要在导管72处被提取。如图1中所示，可以在燃料电池单元18上设置取出口32。
单个燃料电池58被实现成具有适于第一壳体部分36内的可用空间的紧凑的形状。因此，通过增材制造方法来生产燃料电池58的至少金属部分也是可行的。
如果燃料电池单元18内的可用安装空间允许并且在满载时需要明显超过0.6V至0.7V的典型PEM电压的特定电压的情况下，则多个附加燃料电池58将被布置在燃料电池单元18中。图2中的图例仅仅是示意性的并且示出了块型燃料电池58。然而，可以在单个燃料电池单元18中设置相当多数量的燃料电池58以达到所需的电压电平。此外，周期性地改变单个燃料电池58的取向是有利的，使得单个第二双极板70可以被两个相邻的燃料电池58使用。在与第一双极板66相对的侧向端部处，可以布置第三双极板74，第三双极板74可以类似于第一双极板66，但是接触阴极64。
在燃料电池单元操作期间，燃料可以进入燃料管道38，例如，在第一侧面40处进入并且流向第二侧面42。在这个过程中，取决于燃料电池单元18内部的顺序，燃料通过支路管道44的开口46分配到多个双极板66或72中。如果燃料电池单元18在期望的安装空间处是单个燃料电池单元18，则在第二侧面42处将柱塞或止挡器放入燃料管道38中是可行的。然而，如果将其它的燃料电池单元18安置在相邻的位置中，则其燃料管道38可以连接至相邻的燃料电池单元18的燃料管道38。这同样适用于可以简单地从第一侧面40行进至第二侧面42的氧化剂管线50。此处，氧化剂管线50可以连接至相邻的燃料电池单元18的另一个氧化剂管线50，或者可以布置柱塞或止挡器以封闭氧化剂线路50。
为了提高燃料电池单元18的可利用空间的使用效率，利用增材制造方法来制造至少第一壳体部分36是可行的。因此，燃料管道38、支路管道44、氧化剂管道50以及支路管道52被集成到第一壳体部分36中，并且这些管道的路线可以更加复杂和紧凑。
为了封闭第一壳体部分36以形成密闭壳体，设置有可附接至第一壳体部分36的第二壳体部分76。
为了提供图1中所示的切口22，可以使整个燃料电池单元18适配于这种可用的安装空间，或者其它的壳体或凸缘可以包围第一和第二壳体部分36和76或者附接至其上。如上所述，图2仅仅是示意图并且为了简化而省略了切口22。
图3示出了通过连接件78和80将两个相邻燃料电池单元18互连的基本原理，其中，连接件78和80牢固地连接两个相邻燃料电池单元18的燃料管道38以及氧化剂管道50。在一连串燃料电池单元18的端部处，将通过柱塞82和84来封闭相应的燃料管道38和氧化剂管道50。虽然每个燃料电池单元18可以包括两个输出极28和30，但是这些输出极可以通过串联连接(未示出)。为了提高可靠性，将每个燃料电池单元18的电气线路连接至特定电力电子单元也是可行的，这可以容许单独的燃料电池单元18发生故障而不会有总电压故障。
另外，应该指出的是，“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除复数。此外，应该指出的是，参照上述示例性实施方式之一描述的特征或步骤也可以与上述其它示例性实施方式的其它特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应被解释为限制。

Claims (15)

1.一种用于集成至少一个燃料电池单元(18)的方法，以将所述至少一个燃料电池单元(18)集成到交通工具的结构部件中，所述方法包括以下步骤：
-确定所述交通工具内部的结构部件(4)中的能够利用的容纳空间(20)，所述容纳空间(20)允许通过由所述结构部件(4)的外部插入到所述容纳空间(20)中来容纳燃料电池单元(18)，
-提供能够装配成封闭壳体的至少两个壳体部分(36、76)，
-提供具有阳极(60)、阴极(64)和电解质的至少一个燃料电池(58)，
-装配所述壳体部分(36、76)和所述至少一个燃料电池(58)以形成所述燃料电池单元(18)，以及
-将所述至少一个燃料电池单元(18)插入到所述结构部件的所述容纳空间(20)中，
其中，所述壳体部分(36、76)中的至少一者使用增材制造方法制造，使得所述燃料电池单元(18)精确地配装到所确定的所述容纳空间(20)中，
其中，所述壳体部分(36、76)中的一者包括外部燃料入口和内部燃料分配器(48)，所述内部燃料分配器(48)用于将燃料由所述外部燃料入口引导至能够与所述至少一个燃料电池(58)中的每一者联接的至少一个燃料出口，以及
其中，所述壳体部分(36、76)中的一者包括外部氧化剂入口和内部氧化剂分配器，所述内部氧化剂分配器用于将氧化剂由所述外部氧化剂入口引导至能够与所述至少一个燃料电池(58)中的每一者联接的至少一个氧化剂出口。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括通过增材制造方法至少提供所述至少一个燃料电池(58)的部件。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过使用增材制造方法制造而提供所述壳体部分(36、76)中的至少一者包括将具有外部燃料输入和至少一个内部燃料输出的至少一个燃料管道(38)集成到相应的所述壳体部分(36、76)的壁内侧。
4.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，通过使用增材制造方法制造而提供所述壳体部分(36、76)中的至少一者包括将具有外部氧化剂输入和至少一个内部氧化剂输出的至少一个氧化剂管道(50)集成到相应的所述壳体部分(36、76)的壁内侧。
5.根据前述任一权利要求所述的方法，还包括将至少第二燃料电池单元(18)插入到所述结构部件的相应的至少一个第二容纳空间(4)中。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括以串联的方式电气连接所述燃料电池单元(18)中的至少两者。
7.根据权利要求5或6所述的方法，还包括将所述燃料电池单元(18)中的一者的所述外部燃料入口连接至所述燃料电池单元(18)中的另一者的外部燃料出口，其中，燃料出口与所述燃料电池单元(18)中的相应的一者的所述燃料管道(38)联接。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，还包括将所述燃料电池单元(18)中的一者的所述外部氧化剂入口连接至所述燃料电池单元(18)中的另一者的外部氧化剂出口，其中，氧化剂出口与所述燃料电池单元(18)中的相应的一者的所述氧化剂管道(50)联接。
9.一种用于集成到交通工具的结构部件中的燃料电池系统，所述燃料电池系统具有至少一个燃料电池单元(18)，所述燃料电池系统包括：
-具有阳极(60)、阴极(64)以及电解质的至少一个燃料电池(58)，
-具有至少两个壳体部分(36、76)的封闭燃料电池单元(18)壳体，其中，所述壳体部分(36、76)中的一者包括外部燃料入口和内部燃料分配器(48)，所述内部燃料分配器(48)用于将燃料由所述外部燃料入口引导至能够与所述至少一个燃料电池中的每一者联接的至少一个燃料出口，并且其中，所述壳体部分(36、76)中的一者包括外部氧化剂入口和内部氧化剂分配器，所述内部氧化剂分配器用于将氧化剂由所述外部氧化剂入口引导至能够与所述至少一个燃料电池(58)中的每一者联接的至少一个氧化剂出口，
其中，所述壳体部分(36、76)中的至少一者使用增材制造方法制造，使得所述燃料电池单元(18)精确地配装到交通工具的结构部件的容纳空间(4)中。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括多个燃料电池单元(18)，其中，所述多个燃料电池单元(18)中的至少一个分组具有连接至相应的所述燃料电池单元(18)的所述燃料入口的燃料出口和连接至相应的所述燃料电池单元(18)的所述氧化剂入口的氧化剂出口中的至少一者，其中，所述燃料出口和所述氧化剂出口中的所述至少一者连接至另一个燃料电池单元(18)的燃料入口和氧化剂入口中的相应的一者。
11.根据权利要求9或10所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个燃料电池单元(18)的形状是弯曲的，以便配装到具有至少一个凸缘(6、8)的弯曲的周向框架元件中，其中，所述至少一个凸缘(6、8)附接至腹板(10)。
12.根据权利要求11所述的燃料电池系统，其中，所述燃料电池单元(18)包括至少一个横向凹部或切口，所述至少一个横向凹部或切口适于配装到与所述周向框架元件的外凸缘(6)和所述腹板(10)相交的纵向加强部分上。
13.一种飞行器，所述飞行器包括：
-机身，所述机身具有彼此间隔地布置的一系列框架，
-根据权利要求1至12所述的至少一个燃料电池系统，
其中，所述一系列框架中的至少一个框架包括第一凸缘(6、8)和连接至所述第一凸缘(6、8)的腹板(10)，
其中，所述至少一个燃料电池系统的至少一个燃料电池单元(18)布置在由所述第一凸缘(6、8)和所述腹板(10)限定的轮廓空间中。
14.根据权利要求13所述的飞行器，其中，所述至少一个框架包括连接至所述腹板(10)的第二凸缘(6、8)，其中，用于集成所述至少一个燃料电池(58)的所述轮廓空间被限定在所述第一凸缘(6、8)、所述第二凸缘(6、8)以及所述腹板(10)之间。
15.根据权利要求13或14所述的飞行器，其中，多个燃料电池单元(18)被布置在所述一系列框架中的至少一个框架中，其中，所述多个燃料电池单元(18)彼此以串联的方式电气连接。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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