用于燃料电池堆的壳体的制作方法

本发明涉及一种用于燃料电池堆的壳体。

背景技术：

WO 03/094275 A1公开了一种包括端板的燃料电池堆，在所述端板上焊接侧板。此外，EP 1597790 B1公开了一种用于燃料电池堆的端板，所述端板具有隆起的压盘。

技术实现要素：

在此公开的技术的优选任务在于，减少或消除已知解决方案的缺点。此外需要提供一种相对紧凑的壳体，该壳体在重量轻和体积小的同时可靠地夹紧燃料电池堆的各个燃料电池并且可靠地补偿可能的长度公差。此外需要提供一种具有良好或改进的热绝缘和/或电绝缘的壳体。另外也需要提供一种低成本的燃料电池系统。

本发明的任务通过权利要求1的技术方案得以解决。从属权利要求构成优选方案。

在此公开的技术涉及一种用于燃料电池堆的壳体。该壳体包括两个端板，所述端板设置在燃料电池堆的两个端部上。壳体还包括两个相对置的侧壁，它们将两个端板彼此连接。

尤其是，端板彼此这样连接，使得燃料电池堆的设置在端板之间的燃料电池被夹紧。在此公开的壳体还包括一个侧向连接壁，其至少在部分区域上将所述两个相对置的侧壁彼此连接。侧壁、连接壁和端板之间的连接优选液密地进行。

壳体可包括至少一个具有介质接口的介质交换元件。介质交换元件可集成在一个或两个端板中。替代或附加地，也可在端板和燃料电池堆之间设置单独的介质交换元件。

所述两个端板可分别构造为挤出的支承结构。支承结构是可包括多个在横截面中彼此成角度设置的壁或杆的支承架构，所述壁或杆将支承结构的相互间隔开距离的外轮廓连接。这种支承结构的强度高于仅由两个直接相互贴靠且不相互间隔开距离的外壁构成的构件的强度。

在此公开的端板可分别构造为挤出的支承结构。构造为挤出的元件可实现端板的低成本制造，所述端板因而通常较轻并且抗扭。

壳体尤其是可包括具有介质接口的介质交换元件，所述介质接口不被横向引导穿过端板的外轮廓或者说外表面。这表示，介质接口不穿过端板引出至可能的其它管路上，而是在壳体的侧向开口上引出。

尤为有利的是，介质接口在壳体的接口侧引出。壳体的接口侧优选与连接壁相对置设置。优选所有介质接口仅在接口侧引出。也有利的是，接口侧也可以通过板状壁封闭。因此公开了一种在所有侧被封闭的壳体，在该壳体中，介质接口仅在一侧上侧向引出。

在此公开的壳体较轻并且抗扭，并且同时可保护燃料电池不受机械影响。优选壳体相对液封。

优选地，相对置的各侧壁和/或侧向连接壁也具有支承结构。有利的是，各侧壁和/或侧向连接壁的支承结构的外壁相互间隔开的距离小于两个端板的外壁相互间隔开的距离。换言之，端板的支承结构比各侧壁和/或侧向连接壁的支承结构更加抗扭，由此可减轻侧壁和连接壁的重量。

当介质元件单独构造时，优选其构造为大致平坦的板，该板适合用于将由端板施加的平面压紧均匀传递到燃料电池堆或可能的其它元件上。

优选在各端板之间设置绝缘层和集电器。例如绝缘层可集成到介质接口元件或介质交换元件中，或者所述介质接口元件或介质交换元件可作为绝缘层起作用。此外优选的是，在各端板、相对置的各侧壁和/或侧向连接壁中的所述至少一个支承结构具有至少一个可从外部够到的凹口和/或至少一个可从外部够到的贯通部。所述凹口和/或贯通部可构造用于容纳燃料电池系统的至少一个系统元件。

系统元件例如是燃料电池系统运行所需的构件。这种系统元件例如是设置在燃料电池高压区域中的元件。这种系统元件例如包括辅助系统元件(BoP元件)。这类元件例如是循环泵H2或电池电压监测系统。

优选的是，各端板、相对置的各侧壁和/或侧向连接壁的支承结构包括至少一个介质通道。所述介质通道优选构造用于在燃料电池堆和至少一个附接在壳体上的流体管路之间建立流体连接。例如介质通道可确保为燃料电池供应燃料(如氢)和氧化介质(如空气中的氧)。此外，冷却液例如可通过介质通道流入和流出。介质通道可设置在不同端板或侧壁的不同支承结构中。

在挤出型材中集成这些系统元件和/或这些介质通道能实现具有相对刚性和轻的元件的紧凑系统结构，该系统结构还可以按相对低的成本制造。

所述至少一个端板可在横截面中具有凸起的或者说向外隆起的外轮廓。可这样确定该外轮廓的尺寸，使得该外轮廓在夹紧燃料电池堆期间变形。尤其是该外轮廓可在焊接过程期间已经这样变形，以致外轮廓至少在部分区域上面式贴靠在邻接的位于两个端板之间的构件上。邻接的构件例如是绝缘层或绝缘板、介质交换元件、燃料电池堆等。通过内部外轮廓的这种隆起或凸起、优选2D隆起的设计，夹紧燃料电池堆的夹紧力至少在部分区域上、优选在整个贴靠面上均匀地被施加。因此，特别优选通过端板的隆起向燃料电池堆施加近似均匀的压紧力。该压紧力可直接或间接地(如通过板状构造的介质交换元件)施加到燃料电池堆上。代替挤出型材也可想到以压铸法制造的端板。但这种板的制造不如挤出的端板那样经济。

优选的是，相对置的各侧壁和各端板彼此这样焊接，使得燃料电池堆的燃料电池被夹紧。优选侧向连接壁也与端板焊接。

优选的是，相对置的各侧壁和侧向连接壁一体构造和/或构造成U形的。这种预制的半成品例如可具有U形成形的金属板。这种半成品可进一步简化制造并且可实现更密封的壳体。优选的是，各端板、相对置的各侧壁和/或侧向连接壁的所述至少一个支承结构朝向连接区域结束地成形。这种结束的形状意味着：支承结构的各外壁可以朝向连接区域彼此相向延伸并且在连接区域中过渡到彼此之中。这种设计可特别好地焊接。

一种用于制造壳体的方法优选包括下述步骤：

－在压力机中制备燃料电池堆，

－在压力机中夹紧燃料电池堆，

－将至少两个相对置的侧壁与两个端板焊接，所述端板设置在燃料电池堆的头端和尾端，并且所述侧壁设置在燃料电池堆侧面。

换言之，用于制造具有燃料电池堆的壳体的方法包括下述步骤：

－制备：两个挤出的端板，这两个端板设置在燃料电池堆的两个端部上并且具有支承结构；两个相对置的侧壁，这两个侧壁在安装状态中将各端板彼此连接；和一个侧向连接壁，所述侧向连接壁将相对置的各侧壁彼此连接；和一个燃料电池堆；

－用所述端板(110)夹紧燃料电池堆；并且

－将所述两个相对置的侧壁与侧面的各端板焊接。

在焊接后，可减小压紧工具的压紧力并且取出壳体连同夹紧的燃料电池堆。优选的是，端板内侧的隆起的外轮廓在压紧力减小时变形为平坦地向燃料电池施加力。此外，本发明还包括以下步骤：在支承结构的至少一个可够到的凹口或可够到的贯通部中安装燃料电池系统的至少一个系统元件。

附图说明

现在参考附图详细说明在此公开的技术。附图仅用于说明目的并且不应当用于限制权利要求。附图如下：

图1为具有燃料电池堆200的燃料电池壳体100的示意性透视图；

图2和3为端板110的示意性横剖视图；

图4为介质交换元件140的透视图；

图5为绝缘板170的透视图；

图6至8为侧壁120和侧向连接壁130的透视图。

具体实施方式

图1示出在此公开的壳体100的透视图。端板110在此设置在燃料电池堆200头部前方、即设置在燃料电池堆200的端部210和220上。端板110在此夹紧包括以下元件的整体单元：燃料电池堆200、包括介质接口M的介质交换元件140和绝缘板170。在此仅可看到一个集电器180。但在接口侧160上从燃料电池堆200引出两个集电器180。这两个端板110分别与相对置的各侧壁120以及侧向连接壁130焊接。

在此可存在形锁合和力锁合。端板110在此构造为挤出型材。替代或附加地，也可使用压铸型材或如包括铝泡沫的多层板。这种多层盘例如是夹芯结构，在这些夹芯结构中，两个外层112、114也彼此间隔开。压铸方法伴随着相当高的制造成本，但在构件设计时提供了更高的设计自由度。

未更详细示出集成在端板中的运行构件300。端板110、相对置的各侧壁120和/或侧向连接壁130优选由铝制成。优选将塑料用作绝缘和/或密封材料。

端板110优选至少在内侧或者说下侧112上构造成隆起或凸起的(参见图2和3)。优选的是，端板110仅在横截面中具有拱起，而非在(挤出)纵向方向上。端板110的这种设计简化了通过挤出法的制造。由于夹紧力主要通过连接区域中的焊缝面式地在整个纵向侧上施加到端板110中，因而这种二维隆起也适合用于将夹紧力面式地传递到设置在各端板110之间的构件140、200、170上。通过边缘区域上的夹紧使端板110在压力负荷下弯曲。弯曲的量正好相应于所设置的隆起，从而端板110由此变得平坦并且可以将施加的压力均匀传递到邻接的构件上。邻接的构件例如是介质交换板140或绝缘板170。

代替介质交换板140，介质供应处M也可设置在端板110中。例如为此可横向于挤出方向钻出或铣出设置在挤出型材中的通道155。作为替代方案，可以将端板110以压铸法制出。

图2和3示出端板110的横剖视图。在此例如示出可够到的凹口或贯通部150，在其中可集成系统元件300。此外示出介质通道155，所述介质通道适合用于将流体从未示出的流体管路输送至燃料电池堆200的元件。在此例如可在流体和端板110之间设置附加密封装置、如塑料嵌件。外轮廓112和114至少在中间区域中通过支承结构彼此间隔开距离。外轮廓112、114朝向侧端部彼此汇聚。借助在此所示的端板110中间区域中的增大的距离提高构件110的强度。由于框架结构或者说支承或支撑结构在所述壁之间具有多个留空的区域150、155，因而端板110的重量相对轻。同时，所述结构空间150用于系统元件300、如BoP元件300。介质接口155不被横向引导穿过端板110。这表示，外轮廓114、即设置在背离燃料电池堆200一侧的轮廓不被介质接口155中断。换言之，隆起的外轮廓114不中断。这种构件110在重量相对轻的同时具有特别高的强度。图2未示出可能的铣削部，其将介质通道155与可能的燃料电池堆200的接口连接。

图4示出单独的介质交换元件140的板状设计。所有介质接口M朝向一侧引出。壳体100的这种设计简化了壳体100在车辆上的安装或拆卸。图5示出板状绝缘体170。

图6示出相对置的两个侧壁120以及一个侧向连接壁130。这三个元件120、130在此接合成U形半成品。优选的是，所述元件由铝或镁制成。在此所示的实施方式例如可由一个板材以弯曲法制成。作为替代方案也可接合三个单板。

图7也示出一种U形半成品，在其中，相对置的各侧壁120在前边缘上具有小的弯折或者说折边。这种弯折可附加地加固构件并且易于安装在车辆上。在其它方面U形半成品可以与图6中构造相同。

图8示出U形半成品的另一种方案，在其中，至少相对置的各侧壁120具有加固的几何形状。为了加固，在此在相对置的各侧壁120中分别设有一个支承结构。该加固用于减小作用于燃料电池堆200上的扭转负荷。为了固定壳体100，可面式地在端板110上或在相对置的各侧壁120上分散地设置锚固点。替代和/或附加地可在弯折区域(参见图7)中设置固定点。

对本发明的上述描述仅用于说明目的并且不用于限制本发明。在本发明的范围内可在不背离本发明范围及其等同方案的情况下实现各种改进和改型。