CN112913062A - 燃料电池系统和用于燃料电池模块的集成背板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池系统(100)和用于保持至少一对燃料电池模块(110)和至少一个空气模块(120)的一种集成背板(10)，所述集成背板(10)具有为一对燃料电池模块(110)和空气模块(120)提供的一个定位装置(12)，使得空气模块(120)可被布置在一个对称位置，尤其是位于一对燃料电池模块(110)中的燃料电池模块(110)之间，并且所述集成背板(10)还具有一个介质和电接口(20)，其中介质和电接口(20)包括用于连接至燃料电池模块(110)和空气模块(120)的模块连接端口(22)。根据本发明，介质和电接口(20)包括用于将空气引导至空气模块(120)的第一气道，用于将压缩空气从空气模块(120)引导至燃料电池模块(110)的模块连接气道，和用于将贫化空气从燃料电池模块(110)排出的排气道。

Description

燃料电池系统和用于燃料电池模块的集成背板
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池模块的集成背板和一种燃料电池系统。本发明尤其涉及一种用于保持至少一对燃料电池模块和至少一个空气模块的集成背板。
背景技术
模块化燃料电池系统在现有技术中是已知的。在DE 10 2010 028 961 A1中公开了一种具有连接至共同的集成背板的多个燃料电池单元的模块化燃料电池系统。该集成背板包括用于供给和排放工艺气体的介质通道系统以及冷却介质。独立的燃料电池模块可通过例如卡扣连接的快速连接的方式附加于集成背板上。DE 10 2010 028 961 A1中给出的模块化系统存在的缺点是，所有的辅助设备部件分布在模块化燃料电池系统周围的空间中。在空气系统中，这导致了在整个系统中的压力下降不均匀。
WO 2012/150174 A1示出了一种用于模块化燃料电池设备的装备，其针对不同系统部件具有相同的模块外壳。尤其将供氧模块和燃料电池模块以相同的尺寸进行设计，以使得它们可以被布置在容纳这些模块的系统(例如车辆)中的不同位置处。WO 2012/150174A1公开的装备的缺点是，每个单独的模块需要具有相应的构建开销的其自身独立的布线以及其自身独立的介质供给和排放导管。
为提供一种能够适配功率级从低至1kW或2.5kW或直到10kW，并且到可能高达超过600kW的模块化、可扩展低成本的燃料电池系统，需要一个简化的模块化连接系统。
发明内容
根据本发明，提出了一种用于保持至少一对燃料电池模块和至少一个空气模块的集成背板。该集成背板具有用于一对燃料电池模块和用于空气模块的定位装置，使得空气模块可布置在相对于一对燃料电池模块中燃料电池模块的对称位置。尤其是在一些实施例中，空气模块可布置在一对燃料电池模块中的燃料电池模块之间。集成背板还具有一个介质和电接口(Media and Electrical Interface)，在后文中也可由MEI指代。介质和电接口包括用于连接至燃料电池模块和空气模块的模块连接端口。此外，介质和电接口包括用于引导(route)空气的第一气道(通常是将外部空气引导至空气模块)，用以将压缩空气从空气模块引导至燃料电池模块的模块连接气道，和用于将贫化空气(depleted air)从燃料电池模块排出的排气道。
该集成背板结合了介质供给的解决方案，模块的支持并且同时还可能容纳独立的辅助设备(balance-of-plant)部件。
该空气模块并不一定具有与燃料电池模块相同的尺寸。本发明的关注点在于气流的优化。通过本发明的措施，实现了空气模块的压缩机与燃料电池模块的燃料电池堆间的低降压。
空气模块相对于燃料电池模块的对称位置的优势是，无需为了弥补不对称管路以及因此造成的压力不均而提供平衡装置。燃料电池模块之间的位置允许更少的管路和压缩机与燃料电池堆之间的低压力损失。
将空气模块设计为可连接模块允许其在非服务状态下进行更换。空气模块可被容易地拆卸和清洁，例如为了服务和维护目的。同样地，每个燃料电池模块在出现出错信息时可被轻易地更换。
介质和电接口可包括辅助设备(Balance-of-plant，BOP)部件。位于介质和电接口中的每个辅助设备部件有利地是EMC屏蔽的并被保护以防止尘埃和进水。介质和电接口可以，例如，依照IP67或IP6K6K防护等级制造。IP67防护等级被理解为基于DIN EN 60529(VDE0470-1):2014-09。IP6K防护等级被理解为基于ISO 20653:2013。在MEI中的配套设施部件的外壳具额外的优势，可以节省用于相应的BOP部件的额外的外壳或壳体的开支。
安装在介质和电接口内的配套设施部件尤其可以是：加湿器、空气过滤器、中间冷却器和来自阴极子系统的阀门、热交换器、冷却泵、过滤器、阀门和来自冷却循环子系统的离子互换器、以及水分离器、压缩机、热交换机，阀门，诸如特别是来自阳极子系统的清洗阀门和注射阀门。
在一个实施例中，介质和电接口为至少一个加湿器提供外壳。模块连接气道包括用于将压缩空气从空气模块引导至加湿器的第二气道和用于将加湿压缩空气引导至燃料电池模块的第三气道。
在一些实施例中，排气道包括用于将贫化湿空气从燃料电池模块引导至加湿器的第四气道以及将过量空气从加湿器排出的第五气道。
因此，该加湿器并不必须位于空气模本身中。所谓的阴极路径或空气道、或空气循环各自被分为空气模块中的一部分和集成背板中的第二部分。因为加湿器位于集成背板内，诸如压缩机和中间冷却器的部件被布置在空气模块中。可替代地，中间冷却器也可位于集成背板中。
加湿器从燃料电池模块的空气出口抽取贫化空气和湿润的空气中的水分，并且将其加入来自外部抽取的新鲜空气的水分。加湿器的示例对本领域具有公知常识的技术人员是公知的。
在一些实施例中，加湿器被布置在燃料电池模块的位置之间并且朝向空气模块的位置。将加湿器定位在空气模块的对面被认为是有利的。该布置导致在压缩机和燃料电池堆间更少的压力损失。
在一些实施例中，至少第二气道、第三气道、第四气道和第五气道相对于燃料电池模块的位置是呈对称的。
在一些实施例中，第一气道相对于燃料电池模块的位置是呈对称的。
在一些实施例中，第六气道相对于燃料电池模块的位置是呈对称的。
将气道限定为对称的布置也导致压缩机和燃料电池堆之间更少的压力损失。
在一些实施例中，至少介质和电接口的气道中的至少一个气道具有提供消音功能的形状。特别是，气道可以配有弯曲分段以抵消直线分段部分中驻波的形成。此处的优势是降低噪音产生。这意味着空气路径尽可能小并且气道被设计成形成更少的驻波或具有更小振幅的驻波，并因此产生更少的共振和噪音。
在一些实施例中，介质和电接口包括外部介质连接端口。外部介质连接端口可以包括冷却剂进口、冷却剂出口、空气进口、空气出口和燃料进口。介质和电接口中的外部介质连接端口的布置允许集成背板的适应性扩展，尤其可拓展成相似的、相同设计的集成背板，并因此系统的可扩展性可从2个扩展到4个扩展到6个，并且理论上可将燃料电池模块扩展至任何数量。
在一些实施例中，介质和电接口包括用于燃料电池模块的电流集取的连接装置。连接装置可以布置在模块连接端口的同一侧或不同侧。
集成背板可以具有包括动力电子设备的底座。动力电子设备可以适合用于一个或多个压缩机的运行。尤其是，电力可能用以供空气模块的压缩机运行。
底座可以包括功率转换设备，比如DC/AC或DC/DC转换器或逆变器，转换设备可以单独地或通过共轨与燃料电池模块的电流集取装置连接。
底座可以包括至少一个用于监控燃料电池模块的至少一个运行参数的燃料电池控制单元。这些运行参数可以包括电池电压、电池电流、电池温度、电池电阻、模块电压、模块电流、模块温度或模块电阻等。在可替代的实施例中，燃料电池模块可以包括用于监控运行参数的燃料电池控制单元。
底座可以布置在模块对面。这使得能够以最低电压损失将DC/AC或DC/DC转换器或逆变器和/或燃料电池控制单元连接至电池模块。
在一些实施例中，介质和电接口包括用以将冷却剂导向和导出燃料电池模块的冷却剂歧管。
介质和电接口可以包括将诸如氢气的燃料引导至燃料电池模块的燃料管。可选择地，介质和电接口还可以包括与诸如氢气箱出口阀门的燃料箱出口阀门耦合的接口。可替代地，燃料管可能从MEI外部引导至燃料电池模块。
在一个实施例中，介质和电接口为系统旁通阀提供外壳，系统旁通阀可被控制从而可将每个燃料电池模块可选择地启用或停用，或是可将一对燃料电池模块停用。在某些实施例中，系统旁通阀可以包括流体旁通，以在模块停用时将模块内的流体转移，从而最大化每个模块的整体性能和耐久性。在介质和电接口中进一步集成的控制器可在模块中实现负载平衡。
根据本发明，提出了具有上文描述的集成背板的燃料电池系统。该燃料电池系统具有布置在定位装置上并且连接至介质和电接口的至少两个燃料电池模块和至少一个空气模块。
在一些实施例中，燃料电池系统具有正好两个燃料电池模块和正好一个空气模块，两个燃料电池模块和一个空气模块被布置在定位装置上并且连接至介质和电接口。
通过以下方式提供模块连接：例如，通过用于组件的机械连接、气体连接、电气连接和数据通信连接。所有的连接可以使得即使对于非专业人员而言模块也是可互换的。尤其可以提供快速锁止和快速拆卸系统。
介质和电接口的模块连接例如可以被制造为使得包括集成背板和连接模块的燃料电池系统符合IP67或IP6K6K防护等级。
尤其是，所有的连接可以包括密封或在表面、边缘或周边的密封装置以允许入侵防护，例如抵御尘埃、风、水等。
机械连接尤其可以包括，卡口式联结、插入卡扣式联结或类似的连接。尤其可以提供螺丝，用于将模块连接至介质和电接口，螺丝从模块背面插入并且贯穿整个模块并被拧入介质和电接口中。
针对气体连接，提供优选的适形的连接方式，尤其是自密封连接。电连接优选地为插头连接。所有的气体和电连接可以包括密封或密封装置用于入侵防护和渗漏密封，尤其该密封可以包括表面、边缘和/或周边的密封。
在一些实施例中，空气模块包括至少一个压缩机。通常但非限制地：风扇、螺杆式压缩机、涡轮式压缩式、罗茨压缩机或离心式压缩机皆可能被用作压缩机。
在一些实施例中，空气模块包括中间冷却器。中间冷却器将由从压缩机至燃料电池堆工作状态的压缩而加热的空气冷却下来。
该介质和电接口或定位装置可以包括用于集成到汽车底盘中的安装点。
在某些实施例中，该燃料电池模块具有餐盒状样式并有相同的外形尺寸。
在本发明的背景下，具有带有渐进式锁定系统的壳体的燃料电池模块还可以被称作“餐盒状”壳体。
这样的燃料电池模块可以具有形成燃料电池堆的多个燃料电池。燃料电池模块可以包括了围绕着燃料电池堆的壳体。壳体可以包括底部组件和顶盖组件。底部组件和顶盖组件可以具有渐进式锁定系统以对燃料电池模块提供一定范围的压缩压力。
底部组件可以包括夹套，夹套至少部分地与堆形架构适形连接以提供内部对准功能，并包括与燃料电池堆压力接触的下托板。
顶盖组件可以包括与燃料电池堆压力接触的加压板。顶盖组件可以包括介质引导元件。
本发明的进一步的方面
第一方面的介绍
在燃料电池堆和燃料电池系统的现有技术的开展中，包装和集成是关键挑战之一。传统或现有技术的堆栈技术采用如下配置：该配置包括被夹于一对双极流场板的MEA；对于本领域技术人员而言这普遍被称为电池单元。MEA可以包括了一层或多层，其中包括第一气体扩散层(GDL)、阳极、阳极催化剂、聚合物膜(PM)、阴极催化剂、阴极和第二气体扩散层(GDL)。通常地，MEA将包括所有这些层，然而这并不限制本发明。电池单元因此被以串联的方式堆叠在一起构成电池单元部件。电池单元的组件因此被夹于一套压缩硬件与介质平板(或在某些情况下具有集成介质平板的压缩硬件)之间，以形成燃料电池堆。由于单独零件的对准和在固定介质平板和压缩硬件时保持对准的能力，在高产量下该单元的装配会带来挑战，这样的挑战取决于针对最终堆栈配置所确定的电池单元的数量。
第一方面的公开
为将整体堆栈组件简化并降低成本，本发明提出一款新颖的壳体。在优选实施例中，壳体包括与堆栈结构形状适配的底部成型组件，以提供内部对准功能。在装配过程中，中心安装板供应了动力使得壳体的外部夹套在堆栈装配时提供对准，并且在装配过程中堆栈高度增加时该夹套也随之升高。在升至最高处时，底部平板与对准的外部夹套在固定点相接并且就位锁止。
该壳体的第二个元件是顶盖系统。顶盖系统具有凸起的集成加压板，并且在一些实施例中具有一个局部夹套。在一些实施例中的加压板和替代实施例中的夹套包括锁定系统，该锁定系统会使底部壳体夹套锁入顶部的顶盖系统。顶盖系统将跟随外部夹套的对准参考线并且在接合时其自身还可能提供额外的对准参考线。
在接合时，顶盖系统会通过锁定系统，插入底部夹套或与底部夹套结合以施加少量的预加压力将整个堆叠的组件固定到位；该压力将不会是燃料电池的最终压力而仅是保持稳定的夹持力，该夹持力用于(为了预装配和保存已装配的壳体直至需使用时的目的)保持对准并且保持堆栈稳定性。
如一个实施例中所示，该组件的固定可通过渐进式锁定系统实现，该锁定系统中的锁定步骤被选择以提供一定范围的压缩压力。在内部，在一个实施例中，下方固定板可以适配位移以允许当堆栈部件基于多种物理现象膨胀和收缩时保持该堆栈的压缩压力一致，这些物理现象对本领域具有公知常识的技术人员是熟知的。
这些实施例的变体由图1和图2示出。图1描绘的餐盒状壳体具有一套用于外部棘齿、进排口以及外部电子连接的可能的实施例。
图2描绘了餐盒状壳体的横截面，其示出了一个可能的实施例，用于内部压缩和进排口接头、堆栈组件的对准功能、以及用于U型流布置的端口配置。
在内部；底部安装板或顶部顶盖(或二者皆有)，包括了从壳体的外部介质接口至内部的电池单元集的介质通路以连接氢气、空气和冷却液体。其中的介质端口和接口在一个实施例中可能被设计成为了最小化在堆栈部件时产生的对准公差问题提供定位重叠。该外部介质接口将会集中在电池壳体处或围绕电池壳体分布。在一个实施例中，外部介质接口实现集中化使得已装配的“餐盒”壳体可连接至集成介质背板，从而允许将多个“餐盒”壳体连接成一组共有的歧管装置，用于氢气、空气和冷却，固定的安装位置以及共有电源集取(在一个实施例中通过公共总线实现，而在另一个实施例中则通过将一系列分离总线连接至一个功率转换装置而实现，该功率转换装置集成到背板中或单独安装至背板上)。
在一个可替代的实施例中，壳体的介质接口被设计成将壳体如乐高积木块般拼接在一起的方式，并且他们的连接形成集成介质背板。每个壳体可以包括集成被动加湿、循环冷却流的外夹套、集成了适配于壳体中单独堆栈中单独电源的功率级别的功率转换装置，和能应对多个单元的独立燃料电池控制器。当壳体与壳体间形成连接时，壳体内的介质路径可被配置为级联格式或可替代地为歧管，该歧管平行连接至单独的壳体单元内包围的每个堆栈。
所提出的解决方案为管路和接口的最少化创造了条件，改善了系统的可保养性，为堆栈提供了更紧凑并简化的包装方式，并为堆栈(在运转前实现的最终全压力之前)的稳定的预加压力创造了条件。
第二方面的介绍
为提供一种能够适配功率级从低至1kW或2.5kW或直到10kW，并且到可能高达超过600kW的模块化、可扩展低成本的燃料电池系统，需要简化的模块化连接系统。
第二方面的公开
基于上述“餐盒状”燃料电池模块概念，提出了一种集成背板。
该集成背板提供了插入式概念，其中“餐盒状”壳体插入集成背板的介质耦合。该集成背板包括集成的空气和冷却通路；并在一些实施例中包括集成的氢气通路。
堆栈布置的一个实施例于图3和图4中示出。图3和图4示出了如用于集成背板的堆叠和插入概念的餐盒状布置和进排口的前视图和后视图。
该背板可以是一个整体单元或其自身可为模块的形式装配以测算可能的模块连接的数目。背板应提供进入的空气和冷却剂流体以及将用过的流体收集并提取至离开背板的接口，该接口连接至周边环境或连接至燃料电池系统必须被连接至的其他子系统，诸如车辆散热器。
在一个实施例中，当进入和离开的空气流被容纳于集成背板中时，该背板可以包括集成加湿器或一系列的集成加湿器。这(多)个集成的加湿器会根据其物理原理工作并被集成为一体以确保这些(已被本领域具有公知常识的技术人员熟知的)功能已被满足.
该背板将包括用以集成进汽车底盘的安装点，并且在一些实施例中该背板将包括一个耦合接口，在该耦合接口处可被连接上压缩机、冷却泵/散热器出口和/或氢气箱出口/低压调节阀门。
在一些实施例中，压缩机输入口可直接位于后方最接近的模块，在一些实施例中该压缩机可直接集成于背板上。在所有的实施例中，空气供应的数量(包括压缩机的空气供应)可少至一个或多达集成模块总数的两倍。
氢气供应连接可通过中心歧管实现，该中心歧管与模块通过固定端口连接，并且还在一些实施例中，中心歧管与模块通过硬管或软管连接实现。
该集成背板可以包括集成总线系统，该集成总线系统用以将所有单独的模块连接在一起，并且在替代的实施例中，可能将功率转换装置直接集成到背板之中使得功率转换设备获得来自每个模块的输入并在这些模块之间进行功率平衡。
背板中的每个模块可具有中央控制器单元，或在一些实施例中，可将单个的控制器单元集成到背板之中并将子控制器集成到子模块中，当引入新模块时可提供拓展性和适配性功能。
该集成背板可呈平面布局的形式展开，其背面可被置于任何方向。
在所有的实施例中，堆栈的方向可被调整以使得单独模块的方向可被调整以实现首选方向为重力方向。
在所有的实施例中，各个模块与背板为固定的连接以最小化管道和/或直接连接的长度，从而最小化总系统中的压力损失。
模块控制器(以及一些实施例中背板内的集成控制器)既可被配置成在模块中实现负载平衡，又可被配置成可选择地启用或停用特定的模块，并将后者配置中的方法结合到一些具有流体旁通的实施例中，以在停用时将模块内的流体转移，从而最大化每个模块的整体性能和耐久性。
第三方面的介绍
在燃料电池系统的现有技术中，传统控制架构依赖于使用位于空气、氢气、加湿、和冷却循环中的一系列传感器。还包括了更多的传感器用以监控堆栈，并且这些传感器既可集成在堆栈中又可位于堆栈部件的外部。所有的这些传感器与控制电脑结合使用，该控制电脑从传感器获得输入值，既使用经验模型，又使用半经验模型，又或是使用一系列预加载的查询表，以判断出对应燃料电池系统中控制器合适的输入响应值(用以调节输入流中的氢气、空气、冷却液或加湿量)。
一般来说，由于系统中大量的传感器，现有技术的燃料电池控制架构是昂贵的，并且由于其在处理程序预定范围之外的运行状态时缺乏适应性，现有技术还非常死板。此外，为了在(燃料电池系统可能遭遇的)最广范围的潜在运行场景下表现出该堆栈运行的范围，该传统类型架构的系统存在开发成本负担，因为它们需要大量的努力、时间、和试验样品。
第三方面的公开
为了解决燃料电池系统控制架构现有技术解决方式的短板，同时还降低燃料电池总体成本——提出了一种自我学习，基于人工智能的燃料电池控制系统。该系统淘汰了绝大多数的传感器因此降低了成本并且引进了使用一种自我学习，人工智能的算法以提供高度适应性和优化，其直接基于燃料电池系统受到的操作环境和所需工作周期。
仍然需要控制系统并提供对空气、氢气和冷却循环调节控制器的输入的能力。为了提供控制功能，低成本的电压监控被应用于该堆栈中。
在一个实施例中，集成电压监控是通过使用被集成到板面槽位的低成本金属销钉接头实现的，而在另一个实施例中是通过集成无线传感器或将无线射频识别(RFID)标签集成到流场板而实现的，并且，在另外的方法中，是通过使用被粘接剂固定在堆栈外部边缘的RO(roll-on)电压传感器实现的，该电压传感既可通过测量外界场实现又可通过直接接触传导材料实现。
为进一步赋予控制架构自我学习和人工智能的能力；一种具有高频测量能力的装置可能被集成到系统的控制板或DC/AC或DC-DC转换器或逆变器上。该具有高频测量能力的装置为对涉及堆栈内材料水化过程的频率反应谱进行原位采样创造了条件。
对于燃料电池的运行，理解输入和响应行为至关重要，并且在现有技术中，这是通过使用许多传感器和一系列的底层模型和/或查询表实现的。然而，其中堆栈及单独电池状态的最直接响应事实上是堆栈和电池各自的压力。堆栈和电池压力对燃料电池堆运行时的原位运行状态或占空比提供了直接的一对一响应；然而，基于基础物理机制的复杂性，解读响应的能力尤其复杂且无法被轻易的解卷积。
为实现减少或淘汰系统中的传感器并使自我学习、人工智能的控制系统成为可能，需要了解电池压力、总堆栈压力和堆栈水化过程的当前状态。使用以上概述的用于收集基于电池的压力和高频电阻的实施例，提出了一种用于自我学习、人工智能的控制架构。
具体地，在控制侧的的不同波形的使用可以用来对用于空气、氢气、冷却、和加湿(如有包括)循环的各个控制器的输入信号进行干扰。该干扰可在相应的循环上单独实现或通过使用不同干扰频率同时在所有的循环中实现。在对循环的控制干扰中，将收集电池压力、堆栈压力、和高频响应。电池电压和堆栈电压的响应然后被用来确定该响应在提升性能方面是否是正面的或对降低性能是否是负面的。
采集高频电阻是用来判断与固定运行位置连接的水化过程状态以使系统水化过程可被控制从而避免干涸和溢流。此外，在譬如零度下运行的状态中的启动和关闭时，水化过程状态可与电池压力结合使用以调整运行状态。
基于单独改善或总体改善，得到最佳的干扰方向，并且重复冲程以便系统稳定于对于该一系列运行需求和条件而言最优的配置点。
进一步地，在其他实施例中，可应用本领域具有公知常识的技术人员常见的多种形式的整体优化和局部优化算法以实现同样基于干扰的优化。当优化过程完成，人工智能系统跟踪并监控运行位置、预设条件、以及最终的优化性能。该跟踪包括在燃料电池控制单元内本地存储，以及在其他实施例中，为使燃料电池控制器(但同样包括其他全球或区域地燃料电池控制器单元)引用访问，该数据被上传至中央数据库或是本地化数据库。
通过使用存储的数据，人工智能系统可学习并且应用该数据，随着时间的推移强化优化，随着老化的过程跟踪并控制堆栈反应以调整系统循环输入行为，从而最大化堆栈寿命，并且最小化围绕中心运行位置(而非边缘边界位置)必须的干扰，以此为实现更轻负荷监控和干扰创造了条件。
通过利用单元间的连接，无论是直接的或通过云端或是通过中心化数据库；单独的单元能够通过使用由其他单元的人工智能控制器学习到的控制算法反应被优化，因此无论是在本地、区域、或是全球皆建立集体或蜂群优化。
使用自我学习，人工智能控制系统还提供了淘汰或最小化了本领域必须的工厂验收测试和/或堆栈调整，因为干扰和学习算法本质上就是动态的人工智能优化控制单元。这为系统在最初堆栈磨合或调整期间基于逐步变化的电池反应进行现场调整和控制行为创造了条件。在将燃料电池堆部署到期望的应用之前，淘汰或最小化堆栈工厂验收测试和/或堆栈调整导致燃料电池系统总成本极大的降低。
在实施例的变体中，自我学习的人工智能算法可被用于优化性能或最小化性能降级速率；或在混合模式下，优化和平衡基于混合值的优化。
因此该学习算法也可通过选择运行状态来负责生命周期优化，该运行状态基于电池和/或基于堆栈最小化单位时间下的性能降级速率。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例示出的餐盒状壳体的透视图；
图2为根据本发明的一个实施例示出的餐盒状壳体的横截面；
图3和图4提供了具有集成背板的系统以及布置于其上的餐盒的透视图；
图5为根据本发明的一个实施例示出的燃料电池系统的透视图；
图6为图5所示燃料电池系统的另一个透视图；
图7为图5所示的燃料电池系统的后侧视图；
图8为图5所示的燃料电池系统的侧视图；
图9为图5所示的燃料电池系统的另一个侧视图；
图10为图5所示的燃料电池系统的正视图，不包括燃料电池模块；
图11为图5所示的集成背板的透视图，不包括燃料电池模块且不包括空气模块；
图12为图5所示的燃料电池系统的MEI内部的透视图；
图13为图5所示的燃料电池系统的MEI内部的另一个透视图；
图14为图5所示的集成背板的空气模块的透视图；
图15为图14所示的空气模块打开外壳的侧视图；
图16为图14所示的空气模块打开外壳的透视图。
具体实施方式
在下文中，本发明的实施例根据附图进行更具体的描述。这些实施例不是用来理解成限制本发明的主旨。未在附图中示出的许多改进和结合对于本领域具有公知常识的技术人员基于其技术知识看来是显而易见的。
在附图中，同样的参考标记被用来识别相同元件或具有相似功能的元件。如果可能，重复性的语句被避免。
图1描绘的餐盒状壳体具有一套用于外部棘齿、进排口以及外部电子连接的可能的实施例。
图2描绘了餐盒状壳体的横截面，示出了一个可能的实施例，该实施例用于内部压缩和进排口接头、堆叠部件的对准功能、以及用于U型流布置的端口配置。
该堆叠布置的一个实施例于图3和图4中示出。图3和图4示出了如集成背板堆叠和插入概念下的餐盒布置和进排口的前视图和后视图
图5至图9示出了燃料电池系统100的不同视角。图10和图11示出了燃料电池模块110和空气模块120是如何被连接到集成背板10的。图12和图13示出了介质和电接口(MEI)20的内部，为易于理解，该MEI 20的外壳已被省略。图14至图16示出了空气模块120。
更详细地，图5根据本发明的实施例示出了燃料电池系统100的透视图。燃料电池100包括集成背板10，该集成背板具有定位装置12和MEI 20，两者相对于彼此大约呈L型布置。若将定位装置12与MEI 20一起被制造成一个整体是有利的，例如通过造模、铸造、3D打印或诸如此类的整体成型。
两个燃料电池模块110，例如一对燃料电池模块，以及一个空气模块120，被布置在定位装置12上。空气模块120被布置在邻近每个单独的燃料电池模块110处。在示出的实施例中，空气模块120位于中间，即位于多个燃料电池模块110中间，但这不是对本发明的限制。
虽然所展示的实施例范例明确地示出了两个燃料电池模块110和一个布置在两个燃料电池模块间的空气模块120，本发明不被此限制。当然，根据该发明的MEI 20可被设计成适配呈彼此相邻布置的大量成对的燃料电池模块110和空气模块120。
已被示出，通过相当相似的外形尺寸的空气模块120和燃料电池模块110，可实现对堆栈供应充分的压缩冷却空气。
图5示出了具有外部介质连接端口24的MEI 20，通过透视可视得冷却剂进口40、冷却剂出口42、空气进口44和燃料进口48。
在燃料电池模块110和空气模块120的反侧(有时在下文中也会被称作“模块110、120”)，底座30被附加于MEI 20上。底座30通常包括电子组件，特别是DC/AC或DC/DC转换器或逆变器，功率电子器件和燃料电池控制器。从燃料电池模块110到底座30的电力线路和数据线路可能贯穿MEI 20。在MEI 20和底座30中可能提供了相应的线路开口(未示出)。
MEI 20因此位于底座30和模块110、120之间。在示出的实施例中，但并不限制本发明，底座30与MEI 20在d1和d3方向上具有本质上相同的外形尺寸，这最合适在图6中视得。基本上呈方形的外轮廓使燃料电池系统100的尺寸非常紧凑并且特别适合集成进可移动系统中，譬如车辆。
底座30被由多个固定装置32所固定，该固定装置32被布置在底座30的侧壁凹进34上。底座30固定到MEI 20的方式可以通过多种方式实现，例如通过螺栓连接、焊接、铆接等等。固定装置32优选地从垂直于底座30的主要尺寸的方向接入，例如d2。图示的底座30允许底座30从燃料电池系统100的位置被移开，以使被包括在底座30中的电子配装在损坏的情况下可被更换。
在底座30上，控制总线连接端口36和AV接头38位于与一些外部介质连接端口24相同的一侧。在控制总线连接端口36的一侧，例如如图6所视得，存在空气进口44和空气出口46(还作为外部介质连接端口24)。
图5进一步示出了燃料进口48，在MEI 20具有燃料通道。在外部介质连接端口24的一侧，存在接入窗口25，通过该窗口，由燃料管72(在图13中描绘)到燃料电池模块110的连接可被建立、拆卸和监控。另一个接入窗口25大概位于底座30的中间，但略有偏移，以将氢气管道连接至第二燃料电池模块110。多个接入窗口25对于MEI 20并不是对称的，但这并不限制本发明。
燃料管72通常由金属制成。燃料供应代表了系统安全相关的方面。为了确保防泄露供应并检查泄露，通过接入窗口25直接访问燃料进口48因此是优选的。连接到燃料电池模块110可通过配件49实现(由图9中描绘)。
图6从相反方向示出图5中的燃料电池系统100的透视图。
在图6中，燃料电池模块110和空气模块120可从后侧视得，这在组装时对应于它们的底侧。燃料电池模块110和空气模块120被布置呈并排在定位装置12上(参考图5中所示)。定位装置12适配模块110、120的尺寸并且末端与它们齐平。
燃料电池模块110被设计成所谓的餐盒状模块在示例性实施例中示出，然而这并非限制本发明。餐盒状模块包括被嵌套于顶盖组件112中的底部组件114。在底部组件114和顶盖组件112间有挖槽116，该挖槽被布置在堆栈底座上的两条长边的每条边处，在此处可安置一个渐进式固定系统。该渐进式固定系统对位于燃料电池模块110中的燃料电池堆提供了可变范围的压缩压力。
本发明并不限制于燃料电池堆的多种实施例。燃料电池堆可以包括一系列的双极板，MEA以及GDL，其被上顶板和下顶板限制以收集电流。可替代地，可使用单极板。
在图6所示的餐盒状燃料电池模块中，所谓的堆栈方向对应于d2方向。相应地，各个双极板被垂直布置在绘图平面并且基本上沿平行于MEI 20的主尺寸d3和d1方向延伸。例如当安装在车辆上时，该布置有利地利用了施加在参与化学反应的分子上的引力效应，例如通过双极板的流体通道的水滴。水滴将会趋向于掉落到其出口，该出口在大部分实施例中为空气出口46。
安装点54位于燃料电池模块110的底部组件114所在的区域，本处示例中每一个燃料电池模块110具有四个安装点54，但这不作为对本发明的限制。有两个安装点54位于底部组件114的角落，并且另外两个安装点54位于例如燃料电池模块110的挖槽116所在的区域。当然，此处可以有多种其他布置，尤其是包括多于或少于四个安装点54的布置。
图7示出了底座30处于最前方的集成背板10的顶视图。在底座30下方区域接入窗口25到燃料进口48处有一大号凹进34。在底侧被布置了沿定位装置12延伸的加强肋14。
加强肋14被设计成吸收冲击和震动。它们用来加强集成背板10并保护燃料电池模块110免受机械冲击。
在图8中，燃料电池系统100的侧视图示出了加强肋14在跨定位装置12的总长度1下的凸出并不均匀，但该加强肋可被塑造成具有类似楔形跟18的形状。
楔形跟18仅代表集成背板10的底侧面布局的一种可能的实施例。所示实施例只是具有让燃料电池模块110以略倾斜位置被操作的优势，这样略倾斜的位置可能会改善介质(譬如空气和燃料)通过燃料电池堆时的流通。在其他实施例中，加强肋14可能均匀的延伸。在实施例中，未提供楔形跟18，燃料电池模块110可基本上水平地操作，并且燃料堆栈可以在双极板的垂直对准的情况下运行。因此，通过调整楔形跟18的尺寸，堆栈的定向可被调整以使单独的燃料电池模块110的定向可被调整以实现具有重力方向的最期望的定向。
图8还示出了MEI 20与模块110、120具有大致相同的高度，因此在忽略楔形跟18时，燃料电池系统100实现了大致为长方体形状的整体外部轮廓。
根据图10和图11，将对一些模块连接端口22以及连接装置52做出解释。
图10示出了根据前述图示所描述的燃料电池100的正视图。未示出两个燃料电池模块110，仅示出安置在定位装置12上的空气模块120。
每个燃料电池模块110的模块连接端口22是相同的。因此，它们使得相同燃料电池模块110被连接。
模块110、120中的一个模块的模块连接端口22的区域由参考标记23所表示。该连接端口22的具体位置并不限制本发明。
模块连接端口22包括冷却剂进口40和冷却剂出口42，它们被提供在模块连接区域23相应地区的截然相反的角落。模块连接端口22还包括空气进口44和空气出口46，它们也位于模块连接区域23所在地区的相反位置。位于模块连接区域23的中心，具有连接装置52以连接到相应的电流收集器(被提供于燃料电池模块110处)。在一些实施例中，连接装置52还可以用以操作或控制可能存在于模块110、120中的传感器。模块连接端口22还包括燃料出口50。
为数据线路和传感器线路提供了控制总线连接端口36。通过控制总线连接端口36，来自模块110、120的数据和传感器信号可以传输至对应的控制总线或底座30中的控制设备。
为每个燃料电池模块110提供了两个安装点54，安装点被布置在相对于彼此截然相反的位置，使得燃料电池模块110可以快速且轻易的安装至MEI 20上。
在图11中，对照图10，空气模块120也被移除使得空气模块120的模块连接端口22可被视得。该空气模块120的模块连接端口22包括空气出口46和空气进口44，它们位于距燃料电池模块110的覆盖区域1相同距离的位置。
在一些实施例中，在空气模块120中提供了中间冷却器126(参见图16至图18)。相应地，空气模块120的模块连接端口22包括了冷却剂进口40和冷却剂出口42，该冷却剂进口和冷却剂出口被连接至空气模块120的中间冷却器126。
参见图16至图18，连接装置52为空气模块120中压缩机124的运行提供电源供应。连接装置52还可被用来操作或控制可能存在于空气模块120中的传感器。
在图11中，因为未示出模块110、120，所以定位装置12也更清晰可见。定位装置12包括模块110、120的覆盖(footprint)区域13，该覆盖区域13被导向轨道16限制。导向轨道为模块连接端口22提供定位辅助。在后方区域，覆盖区域13被MEI 20直接限制。在前方区域，覆盖区域13是无缝的。以这样的方式，模块110、120可单独地被轻易地连接至集成背板10或从集成背板10分离。
图12示出了MEI 20的内部，尤其用以指示一些与本发明相连接的介质歧管通道27。该介质歧管通道27包括冷却剂歧管70和空气歧管80。
在图12中，第一冷却剂歧管70装备于MEI 20的上部并且第二冷却剂歧管70被装备于MEI 20的下部。在MEI 20的侧方，冷却剂歧管70具有冷却剂进口40和冷却剂出口42(已根据前述附图被描述)。在模块连接端口22的区域，单独的燃料电池模块110的冷却剂出口42和冷却剂进口40从冷却剂歧管70分支出来。
未被示出但被包括在一些实施例当中，另一个冷却剂进口40和另一个冷却剂出口42可被置于MEI 20的中间，为空气模块120内的中间冷却器126提供冷却剂。
空气歧管80位于冷却剂歧管70之间。空气歧管80包括已根据前述附图被描述的空气进口44和空气出口46。
在所示实施例中，空气歧管80包括了在MEI 20两侧的两个空气进口44。这样降低了噪声等级并且使得空气歧管80可使用更小的直径。空气歧管大致上呈T型，具有低于两个空气进口44的空气出口46，这在有些时候被称作通路。两个空气进口44具有相同的高度。这样具体的空气路径选择避免了空气歧管80内驻波的累积并且避免了或至少降低了噪声。
从空气歧管80开始并且在使用时跟随空气流动，因此空气出口46被装备于MEI 20的中心区域以连接至空气模块120，并且装备空气进口44以对加湿器26供应由空气模块120提供的压缩空气。
从图13中可更清晰的见到，加湿器26位于MEI 20的中间，燃料电池模块110的位置之间并且与空气模块120的位置相反。从加湿器26，湿润的压缩空气被引导至燃料电池模块110。
对应于燃料电池模块110的模块连接区域23的空气进口44和空气出口46，MEI 20的顶侧和底侧有空气出口46和空气进口44，它们相对于彼此对称布置，尤其是相对于穿过MEI 20的纵向轴线镜像对称，该纵向轴线于图6中以d1轴线示出。
更详细地，图12和图13示出了穿过MEI 20的气道60、62、64、66、68。
第一气道60从空气歧管80的空气进口44延伸至空气出口46以连接至空气模块120。来自空气模块120的压缩空气经第二气道62穿过空气进口44被引导至加湿器26，这在图13中可被看得特别清楚。
经由加湿器26通过并加湿后，压缩的湿润空气通过第三气道64导至空气出口46以连接至燃料电池模块110。如图13所示，在第三气道64处，气流被气流分隔器82所分开。
来自燃料电池模块110的贫化湿空气经第四气道66回到加湿器26，在此其与外界空气相遇并可被进一步加湿。
在第五气道68中，来自加湿器26过量空气在另一个空气出口46处被从MEI 20排出。在所示实施例中，过量空气的返回仅在一个横向方向产生，然而这并非限制本发明。当然，可以具有对称的空气排放。
将空气模块120置于一对燃料电池模块110之间是有利的。因为空气模块120位于两个燃料电池模块110之间，气道60、62、64、66、68的管道长度理想情况下是短小的。这使得空气模块120的压缩机124产生的空气遍及MEI 20和集成背板10中具有非常低的压力下降。
尤其如图5中可被视得，空气模块120比起燃料电池模块110的宽度更窄。该宽度在模块尺寸中因此明确地有所不同，以使得燃料电池模块110和空气模块120不可互换。这些尺寸可能被技术人员优化从而为气道60、62、64、66、68得到可能为最短的管道长度。
进一步地，因为加湿器26同样被布置在两个燃料电池模块110之间并且面朝空气模块120，气道60、62、64、66、68的管道长度理想情况下是短小的。这同样有助于使空气模块120的压缩机124产生的空气遍及MEI 20或集成背板10中具有非常低的压力下降。
在图13中，还可视得第四气道66包括第一弯曲分段84，随后为流体横截面改变分段88，并随后为第二弯曲分段86，第四气道66用于从燃料电池模块110将贫化空气排放至加湿器26。第一弯曲分段84大致上呈L型并且将燃料电池模块110的贫化空气偏转90度。在第二弯曲分段86，气流朝向位于MEI 20中间处的加湿器26被进一步偏转90度。
在第一弯曲分段84与第二弯曲分段86之间，具有矩形横截面的气流被转化成具有圆形横截面的气流。为此目的提供了一个锥形的元件，该锥形元件并不被限制性地称为流体横截面改变分段88。
对应地，所有的气道60、62、64、66、68中都可以提供弯曲或直通从而不采用直流无遮蔽的气流路径。这减少了驻波的形成以及相关的干扰噪声。
图13示出了作为来自辅助设备的另一元件的系统旁通阀28。可替代地或附加地，可以提供来自阳极路径、来自阴极路径和来自冷却循环的其它辅助设备部件。
图14以透视的视角示出了空气模块120的示例性实施例。空气模块120的外壳122相应地为立方形的。空气模块120因此可以被本发明提供的定位装置12适当地容纳在集成背板10中。空气模块120的模块连接端口22与MEI 20相应的模块连接端口22兼容。
对比根据图11中所描述的空气模块120的模块连接端口22，在图14至图16中示出的实施例规定，冷却剂进口40和冷却剂出口42要被分割以用于空气模块120中独立的元件。因此，如本领域技术人员将容易理解的，图14和图11涉及不同的实施例。然而，本发明并不限制限于这些实施例。
图15和图16示出空气模块120包括压缩机124、中间冷却器126和动力电子设备组件128。对于压缩机124和动力电子设备组件128，提供了第一冷却剂进口40和第一冷却剂出口42，它们位于图14中空气模块120正面的中间区域。对于中间冷却器126，在空气模块120的角落区域提供了第二冷却剂进口40和第二冷却剂出口42。如图15所示，冷却剂通过外壳122内的冷却剂道130供应给中间冷却器126并且通过另外的冷却剂道130供应到冷却剂出口42。
附图标记说明：
10：集成背板
12：定位装置
13：覆盖区域
14：加强肋
16：导向轨道
18：楔形跟
20：介质和电接口(MEI)
22：模块连接端口
23：模块连接区域
24：外部介质连接端口
25：接入窗口
26：加湿器
27：介质歧管
28：系统旁通阀
30：底座
32：固定装置
34：侧壁凹进
36：控制总线连接端口
38：HV接头
40：冷却剂进口
42：冷却剂出口
44：空气进口
46：空气出口
48：燃料进口
49：配件
50：燃料出口
52：连接装置
54：安装点
60-68：气道
70：冷却剂歧管
72：燃料管
80：空气歧管
82：气流分隔器
84,86：弯曲分段
88：流体横截面改变分段
100：燃料电池系统
110：燃料电池模块
112：顶盖组件
114：底部组件
116：挖槽
120：空气模块
122：外壳
124：压缩机
126：中间冷却器
128：动力电子设备组件
130：冷却剂道
132,134：气道

Claims (15)

1.一种集成背板(10)，用于保持至少一对燃料电池模块(110)和至少一个空气模块(120)，
所述集成背板(10)具有用于所述一对燃料电池模块(110)和用于空气模块(120)的定位装置(12)，使得空气模块(120)可被布置在相对于所述一对燃料电池模块(110)中的燃料电池模块(110)的对称位置，例如在所述一对燃料电池模块(110)中的燃料电池模块(110)之间的对称位置，并且
所述集成背板(10)还具有介质和电接口(20)，
其中介质和电接口(20)包括用于连接至燃料电池模块(110)和空气模块(120)的模块连接端口(22)，并且
其中介质和电接口(20)包括用于将空气引导至空气模块(120)的第一气道(60)，用于将压缩空气从空气模块(120)引导至燃料电池模块(110)的模块连接气道(62，64)，和用于将贫化空气从燃料电池模块(110)排出的排气道(66，68)。
2.根据权利要求1所述的集成背板(10)，其特征在于，介质和电接口(20)为至少一个加湿器(26)提供了外壳，并且
其中模块连接气道(62，64)包括用于将压缩空气从空气模块(120)引导至加湿器(26)的第二气道(62)以及用于将经过加湿的压缩空气引导至燃料电池模块(110)的第三气道(64)。
3.根据权利要求2所述的集成背板(10)，其特征在于，排气道(66，68)包括用于将贫化湿空气从燃料电池模块(110)引导至加湿器(26)的第四气道(66)以及将过量空气从加湿器(26)排出的第五气道(68)。
4.根据权利要求3所述的集成背板(10)，其特征在于，第二气道(62)、第三气道(64)、第四气道(66)和第五气道(68)关于燃料电池模块(110)的位置对称。
5.根据权利要求2、3或4中任意一项所述的集成背板(10)，其特征在于，加湿器(26)被布置在燃料电池模块(110)的位置之间并且朝向空气模块(120)的位置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的集成背板(10)，其特征在于，介质和电接口(20)的气道(60，62，64，66，68)中的至少一个气道具有提供消音功能的形状。
7.根据前述权利要求中任一项所述的集成背板(10)，其特征在于，介质和电接口(20)包括了外部介质连接端口(24)，所述外部介质连接端口(24)包括冷却剂进口(40)、冷却剂出口(42)、空气进口(44)、空气出口(46)和燃料进口(48)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的集成背板(10)，其特征在于，介质和电接口(20)包括用于燃料电池模块(110)的电流集取的连接装置(52)，所述连接装置(52)可选择地被布置在模块连接端口(22)的同一侧。
9.根据前述权利要求中任一项所述的集成背板(10)，其特征在于，集成背板(10)具有一个底座(30)，
其中，底座(30)包括动力电子设备，例如用于一个或多个压缩机(124)的运行，比如用于空气模块(120)的压缩机(124)的运行，和/或
其中，底座(30)包括功率转换设备，比如DC/AC或DC/DC转换器，转换设备可单独地或可通过共轨与燃料电池模块(110)的电流集取装置连接，和/或
其中底座(30)包括至少一个用于监控燃料电池模块(110)的至少一个运行参数的燃料电池控制单元。
10.根据前述权利要求中任一项所述的集成背板(10)，其特征在于，介质和电接口(20)包括用于将冷却剂导向和导出燃料电池模块(110)的冷却剂歧管(70)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的集成背板(10)，其特征在于，介质和电接口(20)包括用于将诸如氢气的燃料引导至燃料电池模块(110)的燃料管(72)，并且可选择地包括用于与诸如氢气箱出口阀门的燃料箱出口阀门耦合的接口。
12.根据前述权利要求中任一项所述的集成背板(10)，其特征在于，介质和电接口(20)为系统旁通阀(28)提供外壳，系统旁通阀可被控制从而可将每个燃料电池模块(110)单独地停用或将所述一对燃料电池模块(110)停用。
13.一种燃料电池系统(100)，其具有根据前述权利要求中任一项所述的集成背板(10)，其特征在于，并且具有布置在定位装置(12)上并且连接至介质和电接口(20)的至少两个燃料电池模块(110)和至少一个空气模块(120)。
14.根据权利要求13所述的燃料电池系统(100)，其特征在于，空气模块(120)包括压缩机(124)并且可选择地包括中间冷却器(126)。
15.根据权利要求13或14所述的燃料电池系统(100)，其特征在于，燃料电池模块(110)具有餐盒状样式并有相同的外形尺寸。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023036573A1 (de) 2021-09-07 2023-03-16 FutureE GmbH Ein an brennstoffzellensystemleistungen adaptierbarer stackanschlussblock sowie ein dazugehöriges brennstoffzellensystem und ein entsprechendes verfahren

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220033785A (ko) * 2020-09-10 2022-03-17 현대자동차주식회사 연료 전지

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002050391A (ja) * 2000-08-02 2002-02-15 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN101425589A (zh) * 2007-10-30 2009-05-06 上海神力科技有限公司 一种集成式的内增湿燃料电池
CN206322789U (zh) * 2016-12-09 2017-07-11 新源动力股份有限公司 一种燃料电池系统用连接件
US20180331385A1 (en) * 2017-05-09 2018-11-15 General Electric Company Integrated fuel cell systems

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3843914A (en) * 1972-10-30 1974-10-22 Detection Sciences Digital speed control system
JP3487606B2 (ja) * 1993-01-08 2004-01-19 株式会社フジクラ 固体電解質型燃料電池式発電炉
GB2387959B (en) * 2002-03-28 2005-02-09 Intelligent Energy Ltd Fuel cell compression assembly
US6844100B2 (en) * 2002-08-27 2005-01-18 General Electric Company Fuel cell stack and fuel cell module
JP5503917B2 (ja) * 2008-08-08 2014-05-28 ヤマハ発動機株式会社 燃料電池システム
DE102009055662B3 (de) * 2009-11-25 2011-01-05 Mtu Onsite Energy Gmbh Brennstoffzellenanordnung
US20110244355A1 (en) * 2010-04-01 2011-10-06 Gm Global Technology Operations, Inc. Fuel cell stack compression enclosure apparatus
DE102010028961A1 (de) 2010-05-12 2011-11-17 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Modulares Brennstoffzellensystem
DE102010051753A1 (de) * 2010-11-17 2012-05-24 Mtu Onsite Energy Gmbh Brennstoffzellenanordnung mit einem im Betrieb verformbaren Brennstoffzellenstapel
TWI419403B (zh) * 2011-04-29 2013-12-11 Iner Aec Executive Yuan 固態氧化物燃料電池堆模組結構
DE102011050033B4 (de) 2011-05-02 2013-02-21 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Bausatz für eine Brennstoffzellenvorrichtung, Brennstoffzellenvorrichtung und Fahrzeug
JP5908746B2 (ja) * 2012-02-28 2016-04-26 大阪瓦斯株式会社 燃料電池システム
US9029040B2 (en) * 2012-04-17 2015-05-12 Intelligent Energy Limited Fuel cell stack and compression system therefor
KR101403173B1 (ko) * 2012-07-25 2014-06-11 주식회사 효성 연료전지 공용분배기
JP6146395B2 (ja) * 2014-11-13 2017-06-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池モジュール
JP6429019B2 (ja) * 2015-01-28 2018-11-28 Toto株式会社 固体酸化物形燃料電池装置
US9627705B2 (en) * 2015-03-27 2017-04-18 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell stack assembly—datum design for fuel cell stacking and collision protection
US10270120B2 (en) * 2016-01-19 2019-04-23 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell stack assembly-compression system
SE540633C2 (en) * 2016-01-27 2018-10-09 Powercell Sweden Ab Fuel cell stack housing
JP2017188376A (ja) * 2016-04-08 2017-10-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池ユニット
US10862141B2 (en) * 2016-08-11 2020-12-08 Cummins Enterprise Llc Multi-stack fuel cell systems and heat exchanger assemblies
WO2018079751A1 (ja) * 2016-10-31 2018-05-03 京セラ株式会社 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP6951676B2 (ja) * 2017-04-26 2021-10-20 株式会社村田製作所 燃料電池ユニット

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002050391A (ja) * 2000-08-02 2002-02-15 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN101425589A (zh) * 2007-10-30 2009-05-06 上海神力科技有限公司 一种集成式的内增湿燃料电池
CN206322789U (zh) * 2016-12-09 2017-07-11 新源动力股份有限公司 一种燃料电池系统用连接件
US20180331385A1 (en) * 2017-05-09 2018-11-15 General Electric Company Integrated fuel cell systems

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023036573A1 (de) 2021-09-07 2023-03-16 FutureE GmbH Ein an brennstoffzellensystemleistungen adaptierbarer stackanschlussblock sowie ein dazugehöriges brennstoffzellensystem und ein entsprechendes verfahren

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