专利名称：用于驱动汽车的燃料电池设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种为汽车的驱动单元提供能量的燃料电池设备。此外，本发明涉及这种燃料电池设备的应用。
美国专利说明书US 5 193 635 A公开了一种带有燃料电池驱动装置的汽车(KFZ)，其中，燃料电池堆受到尽可能的保护，例如将其设置在座位下方和/或乘员舱室下方的车底板中央。在车底盘上还附加地安设一些支撑加固件，以便能予以保护地将燃料电池堆安设在这些支撑加固件(“引擎车架”)中。欧洲专利说明书EP 0 677 412 B1公开了类似的设置，其中，汽车底盘为一个由两个间隔设置的车架纵梁形成的支承构架，燃料电池设备则设置在这两个车架纵梁之间。
后一种结构的缺点是，附加的构件使汽车的底盘或底架更沉，费用也随之增大。
因此，本发明所要解决的技术问题在于，将包括一个或多个燃料电池堆的一个燃料电池设备组装在车底盘中，而无需附加的其它构件。
按照本发明，上述技术问题通过权利要求1所述技术特征来解决。其进一步的改进技术方案由从属权利要求给出。
本发明所要保护的客体是作为车辆驱动单元能量载体的燃料电池设备，它具有至少一个燃料电池堆，该燃料电池堆带有至少两个燃料电池单元和一些输送管道以及一壳体和/或至少一端板和/或至少一位于最外面的极板，其中，至少一个燃料电池堆是车底盘的组成部件。
利用本发明显著地节约了成本。尤其是对于迄今在燃料电池设备中所必需的同时也是很昂贵的燃料电池设备的承力构件来说，现在则可直接利用汽车的支承构件，尤其是利用车底盘框架来作承力构件。
同样，按照本发明优选让燃料电池堆的壳体和/或至少一块端板和/或最外面的极板在车底盘上起支承作用。按照一实施方式，例如所述壳体和/或至少一块端板和/或最外面的极板可替代在车辆底板上的一个车架纵梁，在那里起支承作用。
所述燃料电池堆优选不高于200mm。该燃料电池堆的高度例如是最外面的极板之间或端板之间的长度或所述壳体的一侧边长。
所述燃料电池堆优选为一车底盘的支承构件，例如它可用螺栓固定在两个支承之间作为承力支承件(Verstrebung)。
下面借助附图所述实施方式对本发明的其它细节和优点予以详细说明，附图中
图1是带有一驱动用电动机和一个给该电动机供电的燃料电池设备的汽车的示意视图；图2是图1所示汽车的车底盘的俯视图，其中，燃料电池设备以力传递方式(kraftschluessig)整体组装在该车底盘中。
在图1中，附图标记1表示汽车(KFZ)，它具有例如一电动机3作为驱动装置以及一个用于给该电动机供电的燃料电池设备10。燃料电池设备10可以优选为一个所谓的PEM(Proton Exchange Membrane质子交换膜)燃料电池，尤其是一个可在比常温高的100至300℃温度范围内工作的HT(高温)燃料电池。PEM燃料电池利用氢气或者通过重整醇(例如甲醇)或重整汽油得到的富含氢气的气体，以及作为氧化剂的氧气尤其是大气中所含氧气来运行。
为视图完整起见，图1中示出了一排气管8，在利用纯氢气来运行时，排气管8中排出的是反应生成的水。但在利用富含氢气的气体来运行时，则还有废气排出。
由一个或多个分系统组成的整个燃料电池系统称为燃料电池设备。每个分系统具有至少一个燃料电池单元，相应的一些输送管道(亦即过程气体输入和输出管道)，端板和/或一壳体和/或一最外面的极板以及一带有冷却介质和冷却管的冷却系统。此外，还有一些“燃料电池堆外围装置”，例如一重整器、压缩机、风扇和/或用于预热过程气体的加热器以及其它组件。
至少一个燃料电池单元连同相关管线和至少一部分冷却系统称为燃料电池堆，简称为“堆(Stack)”。燃料电池堆的高度需小于/等于200mm，以便可结合安装到汽车的底盘中。一个燃料电池堆优选具有两个或多个串联的燃料电池单元11，11′，…。一个燃料电池堆可通过两块端板结合在一起，为此例如可采用压滤机技术，并且可设置在一个壳体中，在此，所述壳体设计成能耐压(druckfuehrend)和/或绝缘。最后，也可这样来结合所述燃料电池单元，即，使所述燃料电池堆既不需要壳体也不需要端板就能构成。这样一种燃料电池堆的最外界面由燃料电池堆中最后一个和第一个燃料电池单元的最外面的极板或双极板来构成。
一带有两块电流输入用极板的膜片电极单元(MEA＝Membrane ElectrodeAssembly膜片电极组件)称为燃料电池单元。MEA按公知的方式由一个两侧带有电极(一阴极和一阳极)的膜片构成。两块(必要时可设计成双极板的)极板围绕膜片电极单元并由此构成一完整的燃料电池单元。
从图2中可看到，汽车1具有一底盘20，该底盘基本上由图中未进一步示出的底板和两个车架纵梁21，21′以及横梁组成。这意味着在两个车架纵梁21和21′之间必需要有至少一种横向连接。
在图2中，所述横向连接由一个燃料电池堆10来完成。例如燃料电池堆10中的两端板16或16′中的一块是车架纵梁21或21′的组成部件，在预安装燃料电池堆时利用这两块端板16，16′可保证结构稳定性。由此，相对于现有技术可获得一个重要的新功能。例如在欧洲专利说明书EP 0 677 412B1中，车架纵梁21，21′用于对燃料电池单元作机械保护，而现在按照本发明，燃料电池堆10的端板16或16′直接就是车架纵梁21或21′的组成部件。
因此，可以将端板16或16′设计得如此之薄，以致它们在正常情况下无需借助拉锚来满足承力的要求，而可通过车架纵梁或汽车车架上的其它部件来承力。
当仅仅有一个车架纵梁21或21′与燃料电池堆刚性连接时，便足以满足承力要求。此外，在附图中未示出的但在正常情况下也存在的燃料电池设备10的单独壳体也可以构成车底盘的组成部件。但也可以将燃料电池堆的最外面极板固定在车底盘上一个合适的电绝缘中间层的下方。在这种情况下，汽车车底盘的车架纵梁直接构成带拉锚的端板。
在所述实施方式中，燃料电池设备被这样组装在汽车的车底盘中，即省去了在那里的相应安装构件。燃料电池设备因此是车底盘的直接承力部件。另一方面，燃料电池中通常为承力所必需的构件，例如尤其是端板，从其功能来看显得多余，因为汽车的车底盘本身可用于承力。
通过所述构件的双重功能，一辆用燃料电池来提供动力的汽车相对于现有技术来说大大节约了成本。
权利要求
1.一种作为汽车驱动单元能量载体的燃料电池设备，它具有至少一个燃料电池堆，该燃料电池堆包括至少两个燃料电池单元和输送管道以及一壳体和/或至少一端板(16，16′)和/或一位于最外面的极板，其中，至少一个燃料电池堆(11，11′，…)是车底盘(20)的组成部件。
2.如权利要求1所述的燃料电池设备，其特征在于，所述车底盘(20)的组成部件是车底盘(20)上的一承力构件(21，21′)。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池设备，其特征在于，至少一个燃料电池堆(11，11′)的高度小于/等于200mm。
4.如上述任一项权利要求所述的燃料电池设备，其特征在于，所述承力构件由车底盘(20)上的至少一个车架纵梁(21，21′)构成。
5.如权利要求4所述的燃料电池设备，其特征在于，所述端板(16，16′)中的至少一个由车底盘(20)的车架纵梁(21，21′)来替代。
6.如权利要求5所述的燃料电池设备，其特征在于，所述最外面的极板电绝缘地固定在所述车架纵梁(21，21′)上。
7.如权利要求1所述的燃料电池设备，其特征在于，所述壳体以力传递方式与车底盘联结。
8.一种作为如上述任一项权利要求所述燃料电池设备的部件的燃料电池堆被用作为汽车(1)底盘(20)上的构件。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述构件是所述车底盘上的一支承构件(21，21′)。
全文摘要
本发明涉及一种为汽车的驱动单元提供电能的燃料电池设备。该燃料电池设备被这样组装到车底盘中，从而可省去在那里的相应构件，且/或其直接成为车底盘上支承部件。
文档编号H01M8/00GK1433361SQ0081867
公开日2003年7月30日 申请日期2000年12月22日 优先权日1999年12月23日
发明者罗尔夫·布鲁克, 里特马·冯赫尔莫尔特, 乌尔里克·格布哈特, 米克·莱齐格, 乔基姆·格罗斯, 乔尔格－罗曼·科尼兹尼, 阿诺·马特贾特 申请人:西门子公司, 伊密泰克放射技术有限责任公司