专利名称：用于汽车的燃料电池装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车的燃料电池装置，其具有至少一个燃料电池模块。
背景技术：
按照汽车技术中新的驱动概念，将燃料电池装置用于提供能量是公知的。例如在EP 0677412 B1中具体描述了，应将用于驱动装置中的燃料电池安装在汽车地板下的适当位置，以使得敏感的燃料电池模块最好地被保护免受机械的影响。其它燃料电池装置的安装例如也可以在车顶，特别是对客车或货车来说。
DE 19629084 A1中公开了另外一种电动车，其驱动电池包括一个具有冷却系统(必要时为辅助的)的燃料电池装置，在冷却系统中流通气体形式的冷却剂，其中，燃料电池装置是这样安装的，即(必要时辅助地)将冷却剂完全或部分地通过行驶气流的动压头输入到冷却系统。这里，燃料电池装置应该这样的安装在车上，使得单个燃料电池的有效平面的平面法线与行驶方向垂直。
氢气的存储和氢气的加注公知地存在问题。PEM燃料电池装置，尤其是具有HT-PEM燃料电池的装置使用氢气作为燃料，它通常由汽油、甲醇或其它高碳氢化合物在车上的一个重整器中产生。作为氧化剂这里是空气中的氧气，因此在行驶的车辆中将环境空气、特别是行驶气流引入到燃料电池中。为此，必须具备相应的装置，其中，在现有技术中将空气强制引入。
发明内容
因此，本发明的目的在于，给出一种用于汽车的燃料电池装置，其对上述装置进行了简化。
按照本发明，上述目的是通过权利要求1的特征解决的。本发明的进一步的扩展由各从属权利要求给出。
按照本发明，通过在车内或车上适当地安装燃料电池装置实现了使燃料电池尽可能自主换气地工作。这里“自主换气”理解为，在燃料电池装置中总是有充足的环境空气中的氧气作为氧化剂可供使用，使得燃料电池的反应得以实现。这样，就不必对燃料电池阴极强行引导换气用空气。
因此，在本发明中燃料电池模块尽可能地通过行驶气流的能量供气。优选地，在使用燃料电池的情况下对于低车速和/或高负载的情况可以配备一个辅助风扇。但是，这里重要的是，对于空气供气，即为燃料电池提供氧化剂不需要强制引导。
如果在汽车中将整个燃料电池装置或至少单个燃料电池模块安装在车地板的下面，则优选地设置偏转板和/或喷嘴装置来引导行驶气流。对这些装置的设置、控制和/或调节也可以由电可控阀担当。
只要对应于DE 19629084 A1还将行驶气流和/或风扇空气用于冷却燃料电池，则一方面为提供空气提供了交叉气流运行，另一方面提供了冷却空气。
在本发明中，燃料电池装置按照所谓的PEM燃料电池工作，特别是在高温下，即优选地有HT-PEM燃料电池。通过适当地采用机械装置，即通过偏转板和/或喷嘴装置可以这样利用行驶气流，使得能够保证燃料电池的优化使用。这里，燃料电池模块可以平坦地构成且其高度受限制。特别是还保证，汽车的空气动力学特性，如cw值等不受影响。
本发明的其它细节和优点通过以下结合权利要求对附图所示实施方式的附图描述给出。附图中图1示出了具有一体化燃料电池装置的汽车，图2示出了自主换气运行的燃料电池模块，和图3和图4以截面图示出了与图2不同的安装。
具体实施例方式
在图1中用1表示一辆汽车(KFZ)，它的在图中没有详细示出的电机驱动3由一个燃料电池装置供电。该燃料电池装置主要由燃料电池模块10和在图1中没有详细示出的相应的附件组成。燃料电池模块10至少这样定位在KFZ 1中或其上，使得可以适当的方式为它提供空气。具体地说，就是燃料电池模块10的纵轴沿车的纵轴5延伸。一个喷嘴类的机械装置从KFZ 1的车头开孔将行驶气流这样引到燃料电池模块10，即经过转向空气从上面流入。作为补充一个风扇在需要时提供附加的环境空气。
对于所述燃料电池装置使用了以固定电解质工作并被称为聚合物电解质隔板(Polymer Elektrolyte Membrane)燃料电池的燃料电池。这种燃料电池的工作温度在现有技术中公知为大约60℃，其中，对于移动应用这种燃料电池优选地运行在比迄今描述的更高的温度下。对于HT-PEM燃料电池采用介于80℃至300℃之间、但尤其是120℃至200℃之间的工作温度。
具有HT-PEM燃料电池11、11′，...的燃料电池模块10可以平坦地构成。具体地说，是将多个PEM燃料电池堆放，所以在这种情况下被称为平坦堆栈。这种平坦堆栈优选地放置在汽车地板下，或者如果不是轿车的话，也可放置在汽车的顶上。由此保证了，行驶气流以适当的方式借助于机械装置20到达燃料电池。
在图2中示出了这样的燃料电池模块10，其由单个HT-PEM燃料电池11，11′，...组成。通过机械装置20的部件，例如通过一个倾斜设置的铁片21或者空气偏转板实现了以喷嘴方式引入并偏转行驶气流，使其直接到达HT-PEM燃料电池模块10的单个电池11，11′，...。为此，在车内燃料电池模块10的前面设置了一个具有旋转风挡40和40′的喷嘴22，通过该喷嘴流入的空气有目的地到达燃料电池。也可以采用具有所属控制装置的电气操纵的阀门。
如果由于速度过低不能产生足够的行驶气流或者由于很高的负载对空气有更多的需要，则辅助风扇6投入使用。通过由旋转风挡40和40’组成的可以电气操纵的阀门装置，可以通过一种适当的、未示出的控制装置将对行驶气流和/或风扇空气的空气导引与不同的需要匹配。
为了避免由于进入的冷空气对燃料电池的损害，必须在空气进入燃料电池11，11′，...之前将其进行预热。在图2中示出的对燃料电池模块10空气提供可以以理想的方式与空气预热结合起来。
在图3中示意性示出了如何通过风扇6和热交换器30将空气引入并经过转向到达燃料电池模块10的燃料电池11，11′，...。相应地在图4中实现了更紧凑的形式。在两种情况下都将一种流体介质，例如油，作为冷却剂由燃料电池11，11′，...带到热交换器30。燃料电池11，11′，...的长度和高度与热交换器30的长度和高度相互匹配，从而实现了所希望的、尽可能紧凑的结构形式。
利用按照图2所示安装在汽车上的燃料电池模块使得可以简便地用交叉气流工作。也就是说，在这种情况下，燃料电池11，11′，...运行所必需的空气按垂直线通过燃料电池模块10到达，与此同时冷的空气在转向后分别以与之垂直的方向流入燃料电池模块10。通过这种设置可以特别地这样限定空气量，使得可以预先给定一个适当的λ值。实践表明应该保持一个至少为2的λ值。
按照图2尤其可以表明，在所示的设置中实现了一种空气引导的双重功能。一方面将空气中的氧气作为氧化剂使用，而另一方面将空气用于冷却。这里，可以实现根据燃料电池模块10的温度调节氧化剂或者空气的流量。
已经表明，特别是对于应用HT-PEM燃料电池，可以将运行温度保持在80℃至200℃之间。其中，理想运行温度位于大约160℃。在这种情况下，在汽车中引入燃料电池装置的空气不仅用于提供氧化剂，还用于冷却燃料电池模块。
权利要求
1.一种用于汽车的燃料电池装置，其具有至少一个燃料电池模块，其特征在于，所述燃料电池模块(10)这样安装在汽车(1)上，使得在车辆运动时该燃料电池模块(10)尽可能自主换气地工作。
2.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，为使所述燃料电池模块(10)自主换气，尽可能利用汽车(1)的行驶气流能量为该燃料电池模块(10)提供空气。
3.根据权利要求2所述的燃料电池装置，其特征在于，其具有一个在低车速和/或高负载情况下使用的辅助风扇(6)。
4.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，所述燃料电池模块(10)包含PEM燃料电池。
5.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，所述燃料电池模块(10)包含HT-PEM燃料电池。
6.根据权利要求3所述的燃料电池装置，其特征在于，其具有用于将行驶气流引入所述燃料电池模块(10)的偏转板(21)和/或喷嘴装置(22)。
7.根据权利要求3所述的燃料电池装置，其特征在于，其具有用于控制和调节空气引入的、可以电操纵的阀门(30)。
8.根据权利要求3所述的燃料电池装置，其特征在于，所述风扇(6)用于控制和调节空气量。
9.根据权利要求3所述的燃料电池装置，其特征在于，所述燃料电池模块(10)平坦地构成，其高度最大为200mm，优选为约100mm。
10.根据上述权利要求中任一项所述的燃料电池装置，其特征在于，这样限定空气量，使其保持至少为2的λ值。
11.根据上述权利要求中任一项所述的燃料电池装置，其特征在于，所述空气还用于冷却。
12.根据上述权利要求中任一项所述的燃料电池装置，其特征在于，交叉气流中的冷空气用于交换空气。
13.根据上述权利要求中任一项所述的燃料电池装置，其特征在于，根据燃料电池模块(10)的温度来调节氧化剂/空气的流量，使得在PEM燃料电池中运行温度介于60℃至300℃之间，并优选地介于60℃至80℃之间，而在HT-PEM燃料电池中介于120℃至200℃之间。
全文摘要
本发明涉及一种用于汽车的燃料电池装置，它具有至少一个安装在车辆上的燃料电池模块。按照本发明，该燃料电池模块这样安装在汽车上或汽车内，使得在车辆运动时该燃料电池模块尽可能自主换气地工作。这意味着，行驶气流的空气足以为燃料电池供氧。
文档编号B60K11/08GK1484587SQ01821642
公开日2004年3月24日 申请日期2001年12月21日 优先权日2000年12月29日
发明者曼弗雷德·波平格, 曼弗雷德 波平格, 格罗斯, 乔基姆·格罗斯, 布鲁克, 罗尔夫·布鲁克, 米克·赖齐格, 赖齐格 申请人:西门子公司, 伊密泰克放射技术有限责任公司