专利名称：作为车上供电装置部件的燃料电池模块的冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有一个内燃发动机和一个车上供电的汽车，至少一个燃料电池模块用于车上供电。
对于汽车，燃料电池装置应当大部分用于向现有电动机的运行提供能量。DE 19902051A1建议，对于具有内燃发动机的汽车只通过燃料电池装置进行车上供电或部分车上供电。这可以作为普遍具有的照明发动机的另一种选择或补充。
为了运行燃料电池，一方面需要供应燃料、例如一种燃气，另一方面需要供应氧化剂。作为氧化剂，可采用环境空气中的氧气，这尤其是在汽车运输中通过行驶风进行。此外，也通常需要冷却剂。
本发明要解决的技术问题在于，特别是对于具有内燃发动机的汽车，在采用燃料电池装置的条件下提供改进的车上供电。
本发明的技术问题是通过权利要求1的技术特征解决的。进一步的结构在从属权利要求中给出。
在本发明中，供应空气和/或冷却燃料电池模块优选通过鼓风机进行。鼓风机可以两级可调，但也可以是无级可调。优选地，鼓风机本身由燃料电池模块提供电能。由此，在最佳方式中，燃料电池装置用于车上供电。在这种情况下，驱动汽车的是一个内燃发动机，其中，该发动机可以是柴油、奥托或氢内燃发动机。
为了该目的，燃料电池装置由PEM燃料电池组成，并可以优选由在较高温度下运行的燃料电池构成，也就是由所谓的HT-PEM燃料电池构成。
下面，借助图和权利要求，通过以附图描述实施方式给出本发明的其它优点和细节。图中
图1表示用燃料电池装置进行车上供电的汽车；图2表示对根据图1的汽车实现车上供电；图3表示燃料电池模块和汽车冷却器的优选设置。
在图1中1表示汽车(KFZ)，其具有内燃发动机3。该内燃发动机3可以是柴油、奥托或尤其是用氢气驱动的内燃发动机。为该内燃发动机3设置了车上供电装置，对于汽车1，该供电装置至今一般由蓄电池组成，该蓄电池尤其是可以通过在KFZ1中现有的照明电动机充电。
在图1中，在汽车1的合适位置上设置了一个具有至少一个燃料电池模块10的燃料电池装置。示出的例如是一个单独的、没有辅助设备的燃料电池模块10，其中，燃料电池模块10应当单独用于车上供电。燃料电池模块10设置在汽车1的地板2之下，或在由中间地板2′构成的自由空间中。此外还绘出了排气管8，从该排气管中可以最后排出在用纯净的氢气和氧气或空气运行燃料电池模块10时，即运行具有附加成分的饱含氢气的气体运行辅助部件时产生的反应水。
作为燃料电池模块10，尤其是选择用质子传导的隔板工作的PEM燃料电池(Polymer Electrolyte Membrane聚合物电解隔板，Proton ExchangeMembrane质子交换隔板)。这种PEM电池用氢、汽油、甲醇或其它燃料工作，从中借助重整器获得饱含氢的燃气。氢在燃料电池中与从环境空气中获得的氧反应。在此，特别是将在较高温度下运行的HT-PEM燃料电池选为燃料电池装置。这样的HT-PEM燃料电池高于PEM燃料电池的一般工作温度60℃，并且在80℃至约300℃之间。合适的工作温度大约在120℃和200℃之间。
如上所述，为了运行尤其是HT-PEM燃料电池，需要提供氧气作为氧化剂，氧气优选从环境空气中获得。此外，燃料电池应当在升高工作温度时保持在恒定的温度上。也就是，必须冷却燃料电池。因此，同样需要对燃料电池模块10提供空气和进行冷却。
为了用一个或多个燃料电池模块过程驱动燃料电池装置，需要液态传导系统一方面用于反应气体供应而另一方面用于冷却。作为尤其是对于HT-PEM燃料电池的冷却剂，一般采用一种油。由于运行温度在120℃和200℃之间，水不能用于冷却HT-PEM燃料电池。
图2中，燃料电池模块10的液态传导包括恒温阀15用于设定和定义燃料电池装置中的运行温度。此外还具有热交换器55，其与图1的内燃发动机3热耦合。最后的热交换器55是这样双循环设置的，即，其由用于冷却内燃发动机3的、具有鼓风机6和另一个恒温阀9的汽车冷却器7控制，用于确定发动机冷却循环。汽车冷却器7以公知方式包括未详细示出的冷却剂泵，利用它在密闭系统中向发动机3提供冷却剂。
通过图2所示的具有两个部分循环的整个系统，达到了内燃发动机3和燃料电池模块10之间的温度平衡。其中，一般通过车上供电驱动的鼓风机6也可以具有向燃料电池模块10提供空气以及冷却的功能。
最后借助图3示出了在图3中，冷却器7和燃料电池10是这样对应鼓风机6的，即同样地向它们提供由鼓风机6产生的空气流。在此，还可以将由KFZ冷却器7放出的空气流用于对燃料电池空气预热，该空气流根据所进行的热交换具有大于环境温度的温度。在实际中这意味着，图1的KFZ1中被油冷却的燃料电池模块10设置在鼓风机6的附近。
相反，在另一个实施方式中，由鼓风机6产生的空气流和燃气流首先通过热交换器、尤其是图2的热交换器55引导。由此，同样达到了对燃气和氧化剂的反应气体预热，这对HT-PEM燃料电池特别有利。
在所述装置中，给出了尤其是HT-PEM燃料电池在具有内燃发动机以及燃料电池仅用于车上供电的汽车中的最佳运行。因此，使用HT-PEM燃料电池特别有利，因为该燃料电池的运行温度在120℃到200℃，在任何情况下都大于内燃发动机最大为120℃的冷却剂温度，这获得了相对于大气压的更高压力。由此，总是确定了合适的温度差用于冷却燃料电池模块。同样地，可以提供在该温度预热的空气作为氧化剂。
权利要求
1.一种具有一个内燃发动机和一个车上供电的汽车，至少具有一个燃料电池用于该车上供电，其特征在于，为了提供空气和/或冷却燃料电池模块(10)而具有一个鼓风机(6)。
2.根据权利要求1所述的汽车，其特征在于，所述鼓风机(6)由燃料电池模块(10)供电。
3.根据权利要求1或2所述的汽车，其特征在于，所述通过燃料电池模块(10)供电的鼓风机(6)两级可调。
4.根据权利要求1或2所述的汽车，其特征在于，所述通过燃料电池模块(10)供电的鼓风机(6)无级可调。
5.根据上述权利要求中任一项所述的汽车，其特征在于，所述发动机(3)是内燃发动机，尤其是柴油发动机、奥托发动机或氢内燃发动机。
6.根据上述权利要求中任一项所述的汽车，其特征在于，所述用于冷却发动机的鼓风机(6)同样地为所述燃料电池模块(10)提供供应空气和/或冷却空气。
7.根据上述权利要求中任一项所述的汽车，其特征在于，所述燃料电池模块(10)的空气循环和/或冷却循环通过热一个交换器(55)与所述发动机(3)的冷却循环耦合。
8.根据权利要求7所述的汽车，其特征在于，一方面所述燃料电池模块(10)的空气循环和/或冷却循环，另一方面所述发动机(3)的冷却循环分别具有恒温阀(9，15)，用于定义和设定预定温度。
9.根据权利要求8所述的汽车，其特征在于，所述恒温阀(9，15)影响冷却循环中的旁路传导。
10.根据上述权利要求中任一项所述的汽车，其特征在于，所述燃料电池模块(10)包括HT-PEM燃料电池。
11.根据权利要求10所述的汽车，其特征在于，所述具有HT-PEM燃料电池的燃料电池模块(10)由通过所述发动机(3)的冷却循环通过热交换器(55)调节温度的冷却剂进行冷却。
全文摘要
已建议，对于具有内燃发动机的汽车只将燃料电池装置用于车上供电。根据本发明，为燃料电池装置的燃料电池模块(10)设置了鼓风机(6)用于向该燃料电池模块提供空气和/或冷却。
文档编号H01M8/04GK1489535SQ01822510
公开日2004年4月14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, 赖齐格, 迈克·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