CN110495031A - 具有堆叠的辅助装置的燃料电池单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于燃料电池系统(1100)的燃料电池单元(100a；100b；100c；100d；100e；100f；100g；100h)，具有至少一个第一燃料电池叠堆(3.1，3.2)、至少一个第二燃料电池叠堆(4.1，4.2)、阳极气体供应管线(6)、阳极废气管线(7)、阴极气体供应管线(8)、阴极废气管线(9)和用于保证燃料电池系统(1100)的功能的至少一个BOP装置(1，2)，其中阳极气体供应管线(6)、阳极废气管线(7)、阴极气体供应管线(8)和/或阴极废气管线(9)在局部在至少一个叠堆部(A，B)中以夹层形式布置在至少一个第一燃料电池叠堆(3.1，3.2)与至少一个第二燃料电池叠堆(4.1，4.2)之间，其中，至少一个BOP装置(1，2)在至少一个叠堆部(A，B)内布置在阳极气体供应管线(6)、阳极废气管线(7)、阴极气体供应管线(8)和/或阴极废气管线(9)中。本发明还涉及具有根据本发明的燃料电池单元(100a；100b；100c；100d；100e；100f；100g；100h)的机动车(1000)。

Description

具有堆叠的辅助装置的燃料电池单元
技术领域
本发明涉及用于燃料电池系统、尤其是SOFC系统的燃料电池单元。本发明还涉及具有燃料电池系统的机动车。
背景技术
在现有技术中知道了SOFC系统，其具有用于将化学能转化为电能的燃料电池叠堆。这样的SOFC系统一般具有用于将阳极气体供应至燃料电池叠堆的阳极气体供应管线以及用于从燃料电池叠堆排放阳极废气的阳极废气管线。该SOFC系统还具有用于供应阴极气体至燃料电池叠堆的阴极气体供应管线以及用于从燃料电池叠堆排放阴极废气的阴极废气管线。另外，在SOFC系统中知道了所谓的BOP装置(BOP：balance of plant，辅助设施)。BOP装置是指燃料电池系统内的所有如下辅助装置，其有助于保证燃料电池系统的功能。在SOFC系统中，BOP装置可以是换热器、阀、流体储蓄器、重整器、废气燃烧器、起动燃烧器、蒸发器、燃料泵、鼓风机等。
各BOP装置在燃料电池系统中占据可供使用的结构空间的主要部分。尤其是在移动应用中，应当总是保持小或尽量充分利用。
发明内容
本发明的任务是至少部分考虑前述的问题。本发明的任务尤其是提供燃料电池单元以及具有燃料电池单元的机动车，在此所述BOP装置尽量节省空间地布置。
前述任务通过权利要求书来完成。尤其是，前述任务通过根据权利要求1的燃料电池单元以及根据权利要求12的机动车来完成。本发明的其它优点来自从属权利要求、说明书和附图。在此，关于燃料电池单元所描述的特征和细节显然也与本发明的机动车相关地是适用的，反之亦然，因此关于对一些发明方面的公开内容总是相互参照或可相互参照。
根据本发明的第一方面，提供一种用于燃料电池系统的燃料电池单元。燃料电池单元具有至少一个第一燃料电池叠堆、至少一个第二燃料电池叠堆、用于供应阳极气体到至少一个第一燃料电池叠堆和至少一个第二燃料电池叠堆的阳极气体供应管线、用于从至少一个第一燃料电池叠堆和从至少一个第二燃料电池叠堆排放阳极废气的阳极废气管线、用于供应阴极气体到至少一个第一燃料电池叠堆和至少一个第二燃料电池叠堆的阴极气体供应管线、用于从至少一个第一燃料电池叠堆和从至少一个第二燃料电池叠堆排放阴极废气的阴极废气管线、用于保证燃料电池系统的功能的至少一个BOP装置。所述阳极气体供应管线、阳极废气管线、阴极气体供应管线和/或阴极废气管线是局部在至少一个叠堆部内以夹层方式布置在至少一个第一燃料电池叠堆与至少一个第二燃料电池叠堆之间的。此外，所述至少一个BOP装置在至少一个叠堆部内布置在所述阳极气体供应管线、阳极废气管线、阴极气体供应管线和/或阴极废气管线之中。
在本发明范围内的试验中已经出乎意料地证明了，可以通过有利的方式将BOP装置相应节约空间地安置在燃料电池叠堆之内或者在多个燃料电池叠堆之间。在相应布置各构件时，可以将在燃料电池叠堆之间的迄今未用的结构空间用于BOP装置的布置。此时证明了，BOP装置布置在燃料电池叠堆之间没有或几乎没有导致在BOP装置和燃料电池叠堆之间的不利的相互作用，而是导致有利的相互作用。
通过根据本发明将至少一个BOP装置在叠堆部之内紧凑地布置在燃料电池叠堆之间，在BOP装置与燃料电池叠堆之间的管线路径可被缩短。这又导致了少量材料耗用和相应低的成本。另外，由此可实现重量优化，其尤其适于在燃料电池系统的移动使用中达成。
管线在此尤其是指：具有多个管线段的管线系统。阳极气体供应管线例如可以具有在BOP装置上游以及在BOP装置下游的阳极气体供应管线段。另外，该BOP装置可以被视为位于阳极气体供应管线之内，即在BOP装置上游的阳极气体供应管线段与在BOP装置下游的阳极气体供应管线段之间。
供应管线和废气管线不仅是指：至燃料电池叠堆的管线段，也尤其是指：在燃料电池叠堆之间和之内的管线段。例如阳极气体入口肘管、阴极气体入口肘管、阳极废气肘管以及阴极废气肘管分别是指相应的管线段。原则上，供应管线和废气管线是指：直至各电极的所有管线段。
如前所述，BOP装置是指：在燃料电池系统中的所有下述辅助装置，其有助于保证燃料电池系统的功能。在SOFC系统中，这样的BOP装置可以是例如换热器、阀、流体储蓄器、重整器、废气燃烧器、起动燃烧器、蒸发器、燃料泵和鼓风机。BOP装置可以是指用于在燃料电池叠堆上的电化学反应的气体准备装置。另外，BOP装置可以是指用于燃料电池叠堆废气的废气再处理的废气再处理装置。废气再处理尤其是指机械的、催化的和/或化学的废气再处理。
至少一个第一燃料电池叠堆和至少一个第二燃料电池叠堆分别具有一个阳极部和一个阴极部用于电化学电流产生和/或在再生运行中用于电化学燃气发生。燃料电池单元优选设计成用在SOFC系统和/或SOEC系统中。
根据本发明的一个改进方案而可行的是，在燃料电池单元中，所述至少一个BOP装置具有重整器，其在叠堆部中设置在阳极气体供应管线之内。由此，该重整器可以关于设有燃料电池单元的燃料电池系统很节约空间地构成。另外，因为重整器布置在燃料电池叠堆之间，阳极气体供应管线段可以保持很短。由此，该重整器可以高效地运行。另外，短的管线段意味着重量轻以及与燃料电池系统结构相关的低复杂程度。根据本发明的重整器布置的另一优点是关于燃气在重整器内重整时发生的吸热反应来得到证明的。通过重整器的有目的的操作而可行的是，冷却该燃料电池叠堆或重整器的环境。这尤其可以在燃料电池单元或带有燃料电池单元的燃料电池系统的关断过程中和/或在即将来临的燃料电池单元过热情况下是有利的。
还可行的是，在本发明的燃料电池单元中，该重整器具有重整催化器，或者至少基本设计成这种重整催化器。重整催化器可具有很节约空间的结构。在此情况下根本不需要或几乎不需要辅助装置(其可能会需要其它的管线段、缆线等)。该重整催化器可以设计成燃尽催化器例如氧化催化器。由此，阳极气体可燃尽并且相应加热的流体可被用来加热燃料电池叠堆。通过将重整器直接布置在燃料电池叠堆之间，它可通过很高效且有效的方式实现。被加热的流体可以被直接送至燃料电池叠堆的电极。由此，所述电极可被很高效地加热。替代地或附加地，被加热的流体也可被用于从外面加热燃料电池叠堆。由此可以避免在被加热的流体与电极之间的可能的、不利的化学和/或热相互作用。
此外，在本发明的燃料电池单元中可行的是，废气管线布置用于将含有阳极废气和阴极废气的气体混合物从阳极废气管线和阴极废气管线排放到燃料电池单元的环境中，其中，该废气管线是部分地在至少一个叠堆部内以夹层形式布置在至少一个第一燃料电池叠堆和至少一个第二燃料电池叠堆之间的，并且其中，至少一个BOP装置具有废气燃烧器，其在叠堆部内设置在废气管线之内。如已经关于重整器所述地，也可以通过这种方式以很节约空间的方式将废气燃烧器安置在燃料电池系统中。由此，废气燃烧器所需要的管线段也可以相应短暂且进而节省成本和减轻重量地构成。也可以由此降低燃料电池单元的复杂程度。根据本发明的废气燃烧器布置的另一优点就阳极和阴极废气在废气燃烧器中燃尽时发生的放热反应而言已得到证明。通过废气燃烧器的有目的的操作而可行的是，加热燃料电池叠堆或废气燃烧器的环境。这可以尤其在燃料电池单元的或带有燃料电池单元的燃料电池系统的起动过程中是有利的。
此外可能有利的是，在本发明的燃料电池单元中，该废气燃烧器具有氧化催化器，或者至少基本上设计成这样的氧化催化器。氧化催化器或概括地讲催化器可以具有很节约空间的结构。
在本发明的范围内还证明了，在燃料电池单元中有利的是，该重整器和该废气燃烧器至少在横截面中看以夹层形式布置。由此可提高燃料电池单元的结构紧凑程度，相应优化结构地提供对应的燃料电池系统。夹层布置优选是指如下布置，在此，第一重整器部正好或基本正好安置在废气燃烧器上方，第二重整器部正好或基本正好安置在废气燃烧器下方。此外，夹层布置优选是这样的布置，在此，第一废气燃烧器部正好或基本正好安置在重整器上方，第二废气燃烧器部正好或基本正好安置在重整器下方。
在本发明的燃料电池单元中可行的是，废气燃烧器至少局部环绕重整器布置。即，废气燃烧器的至少一部分环绕该重整器的至少一部分布置。这样的环形在本发明范围内的试验中被证明很节约空间且良好地可装入燃料电池单元中。另外，在该实施方式中可行的是，该燃料电池单元通过发生在废气燃烧器中的放热反应来有效加热，例如在燃料电池单元的起动过程中。
在本发明的、废气燃烧器至少局部以夹层形式在重整器中构成的一个实施方式中可行的是，该重整器至少局部环绕废气燃烧器布置。这也是本发明的一个特别节约空间的设计变型。此外，在此实施方式可行的是，通过在重整器发生的吸热反应来有效冷却该燃料电池单元，例如在燃料电池单元关断过程中。
此外，在本发明的燃料电池单元中可行的是，阴极气体供应管线具有调温流体管线段，其在叠堆部内至少在局部邻接废气燃烧器。由此可行的是，阴极气体供应管线在叠堆部之内通过简单有效的方式被调温，因而有助于燃料电池单元或相应的燃料电池系统的高效工作方式。在本发明范围内的试验表明，当废气燃烧器就横截面而言以夹层形式被两个调温流体管线段或者一个环绕废气燃烧器构成的调温流体管线段围绕时，燃料电池单元在重整器就横截面看以夹层形式布置在废气燃烧器内的一个实施方式中以简单有效的方式可被调温。在本发明的、废气燃烧器至少在横截面中并且至少局部以夹层形式容纳在重整器和/或被其环形包围的一个实施方式中，已经关于废气燃烧器的简单有效调温被证明有利的是，该调温流体管线段以夹层形式布置在废气燃烧器中和/或被其环形包围。用于冷却燃料电池单元的阴极气体例如空气可被引导经过调温流体管线段。附加地或替代地，也可以引导用于加热或冷却燃料电池单元的其它热流体或冷流体经过调温流体管线段。
根据本发明的另一个设计变型而可行的是，在一种燃料电池单元中，所述至少一个BOP装置具有用于加热废气燃烧器的起动燃烧器。在本发明范围内的试验中已经出乎意料地证明了，也可以通过有利的方式在叠堆部之内设置用于加热再燃烧器的起动燃烧器。除了节约空间地布置废气燃烧器外，还可以将由起动燃烧器产生的热用于废气燃烧器，以相对直接且相应有效且高效地加热该燃料电池叠堆。
还可行的是，在根据本发明的燃料电池单元中，在至少一个叠堆部中设置尤其呈固体形式的热传输部，用于将热从至少一个BOP装置传输到至少一个第一燃料电池叠堆和/或至少一个第二燃料电池叠堆。该热传输部可以设计成在至少一个BOP装置和燃料电池单元的其中一个电极之间的分隔壁。通过热传输部，可以实现热从加热或冷却的BOP装置直接传输至该燃料电池单元的至少其中一个电极。
根据本发明的另一方面，提供一种机动车且尤其是电动车或混合电动车，其具有用于机动车的至少一个驱动单元的供电的燃料电池系统，其中，该燃料电池系统具有如前详述的燃料电池单元。为此，本发明的机动车带来了与关于本发明的燃料电池单元所明确描述的一样的优点。
附图说明
从以下对如图示意性所示的本发明各不同实施例的说明中得到其它的改进本发明的措施。所有由权利要求书、说明书或附图中得到的特征和/或优点包含结构细节和空间布置在内地不仅可以单独地、也可以按照各种不同的组合方式对于本发明的是重要的。
附图分别示出了：
图1示出根据本发明的第一实施方式的燃料电池单元，
图2示出根据本发明的第二实施方式的燃料电池单元，
图3示出根据本发明的第三实施方式的燃料电池单元，
图4示出根据本发明的第四实施方式的燃料电池单元，
图5示出根据本发明的第五实施方式的燃料电池单元，
图6示出根据本发明的第六实施方式的燃料电池单元，
图7示出根据本发明的第七实施方式的燃料电池单元，
图8示出根据本发明的第八实施方式的燃料电池单元，和
图9示出具有根据本发明的一个实施方式的燃料电池单元的机动车。
具体实施方式
具有相同功能和工作方式的零部件在图1-9中分别带有相同的附图标记。
在图1中示意性示出了用于燃料电池系统1100的燃料电池单元100a。如图1所示的燃料电池单元100a具有第一燃料电池叠堆3.1和第二燃料电池叠堆4.1。燃料电池单元100a还具有呈重整器1形式的BOP装置以及呈废气燃烧器2形式的BOP装置。重整器1设置在阳极气体供应管线6(随后详述)内，而废气燃烧器设置在废气管线10或阳极废气管线7与阴极废气管线9(随后详述)的合并管线内。重整器1和废气燃烧器2是局部在叠堆部A(虚线之间区域)中在阳极气体供应管线6或废气管线10之内夹设在第一燃料电池叠堆3.1和第二燃料电池叠堆4.1之间。重整器1和废气燃烧器2也可以完全布置在叠堆部A之内。
重整器1具有重整器催化器。废气燃烧器2具有氧化催化器。如图1所示，重整器1和废气燃烧器2就横截面来看相互成夹层状布置。确切说，废气燃烧器2环绕重整器1布置。
在图2中示出了根据第二实施方式的燃料电池单元100b。根据第二实施方式，重整器1环绕废气燃烧器2布置。在其它方面，第二实施方式基本上对应于第一实施方式。
在图3中示出了根据第三实施方式的燃料电池单元100c。根据第三实施方式，阴极气体供应管线8具有调温流体管线段5，其在叠堆部A中为了在废气燃烧器2和调温流体管线段5之间的温度传输尤其是直接温度传输而邻接废气燃烧器2。确切说，调温流体管线段5就横截面看呈夹层状容纳废气燃烧器。在该具体实施方式中，调温流体管线段5环绕废气燃烧器2构成。在其它方面，第三实施方式基本上对应于第一实施方式。
在图4中示出了根据第四实施方式的燃料电池单元100d。根据第四实施方式，阴极气体供应管线8具有调温流体管线段5，其在叠堆部A内为了在废气燃烧器2和调温流体管线段5之间的温度传输且尤其是直接温度传输而邻接废气燃烧器2。确切说，废气燃烧器2就横截面看以夹层形式容纳调温流体管线段5。在该具体实施方式中，废气燃烧器2环绕调温流体管线段5构成。在其它方面，第四实施方式基本上对应于第二实施方式。
在重整器1、起动燃烧器、流体管线段5、6、7、8、9、10和燃料电池叠堆3.1、3.2、4.1、4.2之间的例如呈分隔壁形式的过渡部分别设计成用于在各部件之间传输热的热传输部。
在图5中示出了根据第五实施方式的燃料电池单元100e。在此实施方式中，燃料电池单元100e在俯视图中被示出并且是BOP单元，其具有重整器1和环绕重整器布置的废气燃烧器2，相比于前四个实施方式转过90°地布置。基于作为俯视图的视图，图5还示出了用于供应阳极气体到第一燃料电池叠堆3.1和第二燃料电池叠堆4.1的阳极气体供应管线6、用于从第一燃料电池叠堆3.1和第二燃料电池叠堆4.1排走阳极废气的阳极废气管线7、用于供应阴极气体至第一燃料电池叠堆3.1和第二燃料电池叠堆4.1的阴极气体供应管线8以及用于从第一燃料电池叠堆3.1和第二燃料电池叠堆4.1排走阴极废气的阴极废气管线9。在其它方面，第五实施方式基本上对应于第一实施方式。
在图6中以俯视图示出了根据第六实施方式的燃料电池单元100f。第六实施方式基本上对应于第四实施方式，其中该BOP单元具有所述重整器1和其中设有调温流体管线段的废气燃烧器2，该BOP单元转过了90°地布置。
在图7中示出了根据第七实施方式的燃料电池单元100g。根据第七实施方式的燃料电池单元100g相比于前六个实施方式不是对称设计的。为了说明BOP装置布置在燃料电池单元的流体通道内，根据第七实施方式的燃料电池单元100g比前六个燃料电池单元更具体地被示出。尤其可从如图7所示的实施方式中清楚看到重整器1布置在阳极气体供应管线6之内，废气燃烧器2布置在废气管线10之内，它是阳极废气管线7和阴极废气管线9的合并管线。如图7所示，废气管线10设计和布置用于将含有阳极废气和阴极废气的气体混合物从阳极废气管线7和阴极废气管线9排放至燃料电池单元100g的环境。废气管线10在叠堆部A内以夹层形式布置在第一燃料电池叠堆3.1和第二燃料电池叠堆4.1之间(在图7中未直接示出)。为了加热废气燃烧器2，还可以在废气管线10之内设置起动燃烧器。
在图8中以立体图示出了根据第八实施方式的燃料电池单元100h。根据第八实施方式的燃料电池单元100h基本上对应于根据第七实施方式的燃料电池单元100g。根据第八实施方式的燃料电池单元100h具有两个第一燃料电池叠堆3.1、3.2和两个第二燃料电池叠堆4.1、4.2，其中，在燃料电池叠堆3.1和燃料电池叠堆4.1之间形成第一叠堆部A，在燃料电池叠堆3.2和燃料电池叠堆4.2之间形成第二叠堆部B。燃料电池叠堆的数量不局限于如图所示的实施方式。
在图9中示出了呈电动车形式的机动车1000，其具有用于机动车1000的电动机(驱动单元)1200的供电的燃料电池系统1100，其中燃料电池系统1100具有如前所详述的燃料电池单元100a。
附图标记列表
1 重整器(BOP装置)
2 废气燃烧器(BOP装置)
3.1 燃料电池叠堆
3.2 燃料电池叠堆
4.1 燃料电池叠堆
4.2 燃料电池叠堆
5 调温流体管线段
6 阳极气体供应管线
7 阳极废气管线
8 阴极气体供应管线
9 阴极废气管线
10 废气管线
100a-100h 燃料电池单元
1000 机动车
1100 燃料电池系统
1200 电动机(驱动单元)
A 叠堆部
B 叠堆部

Claims (10)

1.一种用于燃料电池系统(1100)的燃料电池单元(100a；100b；100c；100d；100e；100f；100g；100h)，其具有：至少一个第一燃料电池叠堆(3.1，3.2)、至少一个第二燃料电池叠堆(4.1，4.2)、用于供应阳极气体到至少一个第一燃料电池叠堆(3.1，3.2)和至少一个第二燃料电池叠堆(4.1，4.2)的阳极气体供应管线(6)、用于从至少一个第一燃料电池叠堆(3.1，3.2)和至少一个第二燃料电池叠堆(4.1，4.2)排走阳极废气的阳极废气管线(7)、用于供应阴极气体到至少一个第一燃料电池叠堆(3.1，3.2)和至少一个第二燃料电池叠堆(4.1，4.2)的阴极气体供应管线(8)、用于从至少一个第一燃料电池叠堆(3.1，3.2)和至少一个第二燃料电池叠堆(4.1，4.2)排走阴极废气的阴极废气管线(9)以及用于保证该燃料电池系统(1100)的功能的至少一个BOP装置(1，2)，
其特征是，
该阳极气体供应管线(6)、该阳极废气管线(7)、该阴极气体供应管线(8)和/或该阴极废气管线(9)是局部地在至少一个叠堆部(A，B)内以夹层形式布置在所述至少一个第一燃料电池叠堆(3.1，3.2)和所述至少一个第二燃料电池叠堆(4.1，4.2)之间的，其中，所述至少一个BOP装置(1，2)在所述至少一个叠堆部(A，B)中设置在所述阳极供应管线(6)、所述阳极废气管线(7)、所述阴极气体供应管线(8)和/或所述阴极废气管线(9)之内。
2.根据权利要求1所述的燃料电池单元(100a；100b；100c；100d；100e；100f；100g；100h)，其特征是，所述至少一个BOP装置具有重整器(1)，其在该叠堆部(A，B)中设置在该阳极气体供应管线(6)之内，其中，该重整器(1)优选具有重整催化器或者至少基本上设计成重整催化器。
3.根据前述权利要求之一所述的燃料电池单元(100a；100b；100c；100d；100e；100f；100g；100h)，其特征是，设有废气管线(10)，其用于将含有阳极废气和阴极废气的气体混合物从所述阳极废气管线(7)和所述阴极废气管线(9)排放至所述燃料电池单元(100a；100b；100c；100d；100e；100f；100g；100h)的环境，其中，该废气管线(10)是局部在所述至少一个叠堆部(A，B)中以夹层形式布置在所述至少一个第一燃料电池叠堆(3.1，3.2)和所述至少一个第二燃料电池叠堆(4.1，4.2)之间的，并且其中，所述至少一个BOP装置(1，2)具有在叠堆部(A，B)中设置在该废气管线(10)之内的废气燃烧器(20)。
4.根据权利要求3所述的燃料电池单元(100a；100b；100c；100d；100e；100f；100g；100h)，其特征是，该废气燃烧器(2)具有氧化催化器或者至少基本设计成氧化催化器。
5.根据权利要求3或4所述的燃料电池单元(100a；100b；100c；100d；100e；100f)，其特征是，该重整器(1)和该废气燃烧器(2)至少就横截面看是夹层布置的。
6.根据权利要求3至5之一所述的燃料电池单元(100a；100c；100e)，其特征是，该废气燃烧器(2)至少局部环绕该重整器(1)布置，或者该重整器(1)至少局部环绕该废气燃烧器(2)布置。
7.根据权利要求3至6之一所述的燃料电池单元(100a；100b；100c；100d；100e；100f)，其特征是，该阴极气体供应管线(8)具有在叠堆部(A，B)中至少在局部邻接废气燃烧器(2)的调温流体管线段(5)。
8.根据权利要求3至7之一所述的燃料电池单元(100a；100b；100c；100d；100e；100f；100g；100h)，其特征是，所述至少一个BOP装置具有用于加热废气燃烧器(2)的起动燃烧器。
9.根据前述权利要求之一所述的燃料电池单元(100a；100b；100c；100d；100e；100f；100g；100h)，其特征是，在所述至少一个叠堆部(A，B)中设有尤其呈固体形式的热传输部，用于将热从至少一个BOP装置(1，2)传输到至少一个第一燃料电池叠堆(3.1，3.2)和/或至少一个第二燃料电池叠堆(4.1，4.2)。
10.一种机动车(1000)，具有用于该机动车(1000)的至少一个驱动单元(1200)的供电的燃料电池系统(1100)，其中，该燃料电池系统(1100)具有根据前述权利要求之一所述的燃料电池单元(100a；100b；100c；100d；100e；100f；100g；100h)。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7483598B2 (ja) 2020-12-10 2024-05-15 日産自動車株式会社 燃料電池システム
EP4261959A1 (en) * 2020-12-10 2023-10-18 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1308776C (en) * 1988-11-25 1992-10-13 Shoji Shiozawa Fuel cell and method of ameliorating temperature distribution thereof
US20050164051A1 (en) * 2004-01-22 2005-07-28 Ion America Corporation High temperature fuel cell system and method of operating same
US20070122669A1 (en) * 2003-10-03 2007-05-31 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system and fuel cell automotive vehicle
US20070196704A1 (en) * 2006-01-23 2007-08-23 Bloom Energy Corporation Intergrated solid oxide fuel cell and fuel processor
CN102509808A (zh) * 2006-11-01 2012-06-20 塞瑞斯知识产权有限公司 燃料电池热交换系统和方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6692859B2 (en) * 2001-05-09 2004-02-17 Delphi Technologies, Inc. Fuel and air supply base manifold for modular solid oxide fuel cells
US7659022B2 (en) * 2006-08-14 2010-02-09 Modine Manufacturing Company Integrated solid oxide fuel cell and fuel processor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1308776C (en) * 1988-11-25 1992-10-13 Shoji Shiozawa Fuel cell and method of ameliorating temperature distribution thereof
US20070122669A1 (en) * 2003-10-03 2007-05-31 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system and fuel cell automotive vehicle
US20050164051A1 (en) * 2004-01-22 2005-07-28 Ion America Corporation High temperature fuel cell system and method of operating same
US20070196704A1 (en) * 2006-01-23 2007-08-23 Bloom Energy Corporation Intergrated solid oxide fuel cell and fuel processor
CN102509808A (zh) * 2006-11-01 2012-06-20 塞瑞斯知识产权有限公司 燃料电池热交换系统和方法

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