专利名称：用于车辆、特别是汽车的燃料电池设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于车辆、特别是汽车的燃料电池设备，该装置具有至少一个燃料电池组件和/或一个燃料电池堆叠。该燃料电池堆叠在本领域中也被称作燃料电池堆或者简称为“堆”。
燃料电池设备应用在固定和/或移动设备中早就是已知的。例如在欧洲专利EP 0 677 412 B1中描述了这种专门在汽车(KFZ)中使用的装置，其中燃料电池组件本身安装在该车辆底部中或其下方的一个单独的梁结构中，在此，该燃料电池设备中的所有装置以及辅助装置均保护在该梁结构中，但尽管如此从外部也都仍能接触到这些装置。
现有技术中，将燃料电池设备安装在该梁结构中的作用主要是在突然的外部作用下，特别是在交通事故中对该燃料电池组件或单个堆形成机械保护。除此以外，在装有燃料电池设备的汽车的日常行驶期间，位于车辆中的燃料电池堆会由于受到来自该车辆的各种不同影响而被加载。本身由于车辆的行驶运行(但也包括电动机空转运行时)，燃料电池堆就会承受显著的机械交变负荷。
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一些降低燃料电池机械负荷的适宜措施。
上述技术问题根据本发明通过权利要求1所述特征来解决。该技术解决方案进一步的改进设计由从属权利要求给出。
本发明建议，将燃料电池堆和/或燃料电池组件机械脱耦地安装在车辆上。为此将整个燃料电池设备布置在汽车底部下方适当的位置上或者也可以设置在车辆底盘中。比较有利地是将该燃料电池组件制成借助于减震部件可机械脱耦地平放在车辆的一下底部或隔板上的平面堆(Flaechenstack)。或者该平面堆也可以悬挂在车辆底部，由此同样也可以与车辆机械脱耦。
比较有利地是将燃料电池组件或燃料电池堆布置在车辆车身的适当位置上，即不会产生值得注意的气体动力学上的变化。特别是可以避免所不希望的车辆的cw-值的改变。但尽管如此，在车辆行驶时迎面风仍能吹到该平面堆上。
按照本发明，可以简单的方式防止敏感的燃料电池堆受到外部的机械影响、特别是车辆振动的影响。这一点尤其在使用这种以PEM-燃料电池或者HT-PEM-燃料电池来工作的燃料电池组件时是特别重要的。尤其是对于在后一种情况下所必需的专用薄膜来说，在长期承受机械交变负荷方面具有特别高的保护要求。
如已经提及的那样，可尤其借助于这种设计为平坦结构(即所谓的具有HT-PEM-燃料电池的平面堆)的燃料电池组件实现本发明。因此可以将复杂的燃料电池设备在空间形状上这样进行设计，使得其中仅仅这个具有HT-PEM-燃料电池的平面堆可机械脱耦地布置在汽车车身的适当位置上。由此，尽管有该平面堆和迎面风吹入，但仍能基本上保持规定的、由车辆设计所达到的汽车的cw-值。
下面借助于附图所示实施方式并结合权利要求书对本发明的其它优点和细节予以详细说明，附图中
图1示出一辆具有一个可机械脱耦地安装在车辆的下底部上的燃料电池组件的汽车；图2是从下方对于图1所示燃料电池组件的底视图；图3是图1所示燃料电池组件布置方式的替代性布置方式。
在图1中，1表示汽车(KFZ)，其例如具有作为驱动装置的一个电动机3和一个用于供电的燃料电池设备10。
在现有技术中已经提出可将燃料电池组件安装在汽车的底部2中或其下方并在一特殊的梁结构中。根据另一未提前公开的建议，作为底板还可以存在另一底板2’作为下底部2’，这样燃料电池设备或者至少敏感的燃料电池组件可以布置在底部2和2’之间的中间区域中。在图1中，仅示意性表示的燃料电池组件用10表示。它与所述电动机3电连接。汽车1还具有一根排放管8，一根液体管道从燃料电池组件10通向该排放管8。
这种平坦结构的燃料电池堆特别适合于作为布置在底部2和下底部2’之间的空间中的燃料电池组件10。例如已知这种平坦结构的燃料电池堆的边长与高度的关系约为5∶1至最高达约20∶1。当该比例至少是3∶1时，人们可将该燃料电池组件称作所谓的“平面堆”。这样的低高度尤其适用于燃料电池设备这一部分的定位，使之不会对车辆的cw-值造成不利影响。尽管如此，在车辆行驶时迎面风仍能吹到燃料电池组件10上，为此设有适合的通风措施。
这一点尤其在不同于附图中的描述将所述燃料电池设备安装在车辆的顶盖上时，显得特别重要。这例如对于载重汽车或者旅宿汽车来说是有利的，只要它们是这样设计的。
由附图1及图2可以看出，所述燃料电池组件10借助于四个减震部件11至14(安装在平面堆的每个角上)固定在汽车1的下底部2’上。但更加有利地是将单个减震部件11至14安装在底部2和平面堆10之间，这样可使平放的平面堆减震，由此在许多情况下已足以使整个燃料电池组件10与汽车1的底盘机械脱耦。
前述第一种布置方案从图2对于平面堆的底视图中可清楚看出。图3示出图1所示方案的另一替代方案，即，将平面堆悬挂在车辆底部2上。
减震部件11至14可以是现有技术中的常规部件，例如尤其可以是避震簧，但也可以是橡皮缓冲器等。
对于实际应用来说，减震部件11至14一方面分别与汽车1的车身结构的共振性能相调谐，另一方面与燃料电池设备10的共振性能相调谐。此外应当考虑到汽车1的运转性能，特别是发动机3的空转性能。
因此，可以借助简单的手段实现结构单元有效的机械脱耦，为此尤其可以避免振动对燃料电池堆的敏感部件、特别是对于燃料电池中(作为核芯部件)的聚合物薄膜或(包括电极在内的)所谓的薄膜-电极单元-MEA造成的不利影响。
这一点在燃料电池组件包含PEM-燃料电池时始终具有重要意义。PEM-燃料电池是根据在薄膜(质子交换薄膜)中的质子交换原则利用聚合物-电解质-薄膜来工作的燃料电池。常规PEM-燃料电池的工作温度例如是60℃，但在任何情况下都应低于100℃工作，因为在100℃时且在常压下为保持燃料电池中的水量平衡所必需的水会蒸发。
在此期间也建议可望应用性能得到改善的所谓的HT(高温)-PEM-燃料电池。专门的HT-PEM-燃料电池可在60至300℃下工作，特别是在常压下在120至200℃下工作。然而在该温度范围中所必需的特殊的MEA(其为了在聚合物薄膜中传导质子而包含一种自离解的和/或质子自递化的电解质)对于所有机械负荷均特别敏感。即便最小的振动也会对MEA产生所不希望的长时间影响。
总之，对于在汽车中使用具有HT-PEM-燃料电池的燃料电池组件而言，使敏感的燃料电池或MEA与车辆机械脱耦显得十分重要。
权利要求
1.一种用于车辆、特别是汽车的燃料电池设备，它具有至少一个燃料电池组件和/或燃料电池堆，其特征在于，该燃料电池堆(10)和/或燃料电池组件(10)可机械脱耦地安装在该车辆(1)上。
2.如权利要求1所述的燃料电池设备，其特征在于，为了机械脱耦，该燃料电池组件(10)借助减震部件(11至14)安装在车辆(1)的底部(2)和一个下底部(2)之间。
3.如权利要求2所述的燃料电池设备，其特征在于，所述减震部件(11至14)安装在车辆(1)下方的一个构成下底部的底板(2’)上，其中，该燃料电池组件(10)平放在减震部件(11至14)上。
4.如权利要求2所述的燃料电池设备，其特征在于，所述减震部件(11至14)安装在车辆底部(2)的下侧，此时所述燃料电池组件悬挂在减震部件(11至14)上。
5.如权利要求2所述的燃料电池设备，其特征在于，所述减震部件(11至14)是避震簧、橡皮缓冲垫等。
6.如上述任一项权利要求所述的燃料电池设备，其特征在于，所述燃料电池组件(10)包括一堆燃料电池作为所谓的燃料电池堆。
7.如权利要求6所述的燃料电池设备，其特征在于，所述燃料电池堆是一个平面堆(10)。
8.如权利要求7所述的燃料电池设备，其特征在于，所述平面堆(10)的长度与高度的比例至少是3∶1，优选在5∶1至20∶1之间。
9.如上述任一项权利要求所述的燃料电池设备，其特征在于，所述具有平面堆的燃料电池组件(10)这样地安装在车辆(1)上、尤其是车底盘上，即不影响车辆(1)的cw-值。
10.如上述任一项权利要求所述的燃料电池设备，其特征在于，所述燃料电池组件包括PEM-燃料电池。
11.如上述任一项权利要求所述的燃料电池设备，其特征在于，所述燃料电池组件包括HT-PEM-燃料电池。
12.如权利要求11所述的燃料电池设备，其特征在于，所述HT-PEM-燃料电池包括一些具有一种自离解的和/或质子自递化的电解质的薄膜-电极-单元(MEA)。
全文摘要
本发明涉及一种用于车辆、特别是汽车的具有至少一个燃料电池组件和/或燃料电池堆的燃料电池设备，根据本发明，所述燃料电池堆(10)和/或燃料电池组件(10)可机械脱耦地安装在该车辆(1)上。作为所述燃料电池组件(10)比较有利地是采用具有PEM－燃料电池或者特别是HT－PEM－燃料电池的平面堆。
文档编号H01M8/10GK1482971SQ01821292
公开日2004年3月17日 申请日期2001年10月30日 优先权日2000年10月30日
发明者乔基姆·格罗斯, 曼弗雷德·波平格, 罗尔夫·布鲁克, 米克·赖齐格, 布鲁克, 乔基姆 格罗斯, 德 波平格, 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