用于燃料电池堆的壳体的制作方法

本开发方案涉及一种用于燃料电池堆的壳体以及一种配备有这样的壳体和燃料电池堆的燃料电池单元。在另一方面中，本开发方案涉及一种配备有这样的燃料电池单元的机动车。

背景技术：

1、燃料电池技术对于移动应用、尤其是在机动车领域中的移动应用越来越有吸引力。典型地，在实践中，多个燃料电池被组合成为燃料电池堆，以产生所期望的电功率。典型地，燃料电池堆具有一定数量的双极板与布置在它们之间的膜电极组件。最后，导电的汇流条与所述燃料电池堆连接，以将由燃料电池堆产生的电功率向相应的消耗器导出。

2、除了燃料电池堆之外，燃料电池单元典型地也具有不同的电气的或者电子的部件、例如电气的安全或者调节部件。从de 10 2009 036 662 a1已知一种燃料电池系统，所述燃料电池系统具有不但用于燃料电池堆而且用于电子器件以及部件的单个的壳体。

技术实现思路

1、与之相对地，本开发方案以基于下述任务：提供一种用于燃料电池堆、因此用于完整的燃料电池单元的改进的壳体，所述壳体具有尽可能紧凑的构造型式和相对高的机械稳定性程度。在此，在壳体内部的死区体积，也就是说，在壳体内部未被使用的安装空间应被减小到最小。此外，该壳体应实现燃料电池单元和所属的部件在壳体内部尽可能简单地和有效率地装配，以及实现壳体在机动车中尽可能简单地和稳定地装配。

2、根据第一方面，设置一种用于燃料电池堆的壳体。所述壳体具有壳体本体，该壳体本体具有第一端侧和第二端侧。此外，壳体本体具有使两个端侧互相连接的侧壁结构。有利地，壳体本体能够具有立方形的基本几何结构。第一端侧设置在与第二端侧对置的端部上；并且反之亦然。侧壁结构能够在横截面内矩形地构型。

3、壳体、因此壳体本体包围接收井道或者构成用于燃料电池堆的接收井道。所述接收井道邻接到壳体本体的第一端侧上。在第二端侧的区域中或者在侧壁结构的区域中构造有至少一个穿过壳体本体的开口，用于装配或者维护可布置在壳体中的燃料电池部件。

4、典型地，燃料电池堆可通过第一端侧导入到为此设置的接收井道中。在这里，燃料电池堆的导入沿着从第一端侧延伸至第二端侧的装配方向进行。

5、提供构造在第二端侧的区域中或者侧壁结构的区域中的开口实现：在将燃料电池堆装配在接收井道中之后将另外的燃料电池部件装配在壳体中或者壳体上。在此，另外的燃料电池部件能够例如直接地与燃料电池堆连接或者耦合。首先能够通过在侧壁结构的区域中和/或在第二端侧的区域中的至少一个穿过壳体本体的开口将燃料电池堆插入或者导入到壳体中。然后，能够进行另外的燃料电池组件、例如印刷电路板、电导体、功率分配组件(如高压监测单元)、用于电气绝缘的组件、高压监控回路(hvil来自于英语“high voltageinterlock loop，高压互锁回路”)以及电压探测器、电流探测器或者传感器(例如气体传感器)在壳体中或者壳体上的装配。

6、因此，实现壳体本体和完整的壳体的一种特别紧凑的构造型式。接收井道的内部几何结构、尤其是其内部横截面能够配合准确地与燃料电池堆的外部几何结构相匹配。以此方式能够减少在壳体本体内部的不可利用的死区体积比例。从安全方面看，在壳体的内部的死区体积、也就是说未被燃料电池单元的部件使用的安装空间的减小也被证明是有利的。在死区体积相对小的情况下，也仅提供与之相应地较小的体积用于接收反应气体，例如在燃料电池堆泄漏的情况下。

7、提供一个或者多个穿过壳体的开口(所述开口在装配之后借助于合适的盖封闭)简化了装配并且尤其是简化对在壳体内部的相应装配区域的可接触性。由此能够简化用于壳体或者用于燃料电池单元的装配和生产过程。

8、根据另一构型，燃料电池堆在第一纵向端部上具有连接板。连接板在侧向上从燃料电池堆突出。在达到燃料电池堆在接收井道中的最终装配位置时，所述连接板贴靠在接收井道的位于第一端侧的区域中的边缘上。在侧向上从燃料电池堆突出的连接板尤其能够气密地贴靠在第一端侧的边缘上并且在那里与边缘连接、例如气密地旋紧。

9、就这点而言，在燃料电池堆进行装配之后，燃料电池堆能够以其连接板封闭壳体本体的至少一个开口、即接收井道的开口。在这里，燃料电池堆的连接板满足双重功能。一方面，它作为用于燃料电池堆的、进行介质导向的连接部起作用。此外，连接板在一定程度上也能够作为用于燃料电池堆的装配板起作用。连接板和燃料电池堆能够构成预制的组件，所述预制的组件能够在燃料电池单元外部并且独立于所述燃料电池单元地进行预装配。

10、此外，通过连接板能够使完整的燃料电池堆在最终装配期间被保持并且配合准确地导入接收井道中。就这点而言，连接板也能够作为用于将燃料电池堆装配在壳体内部的手柄。此外，连接板能够作为封闭壳体或者壳体开口的元件起作用并且就这点而言构成盖或者封闭部，所述盖或者封闭部封闭在第一端侧的区域中的接收井道。就这点而言能够省去在第一端侧的区域中的分开的壳体盖。因而能够降低装配成本和生产成本。

11、根据另一构型，连接板具有至少一个用于反应介质或者气体的连接部。通过连接板能够将例如反应介质(例如氢气、氧气或者还有另外的气体或者液体)供入燃料电池堆或者从燃料电池堆中导出。在此，连接板也能够例如作为所谓的湿的端部板起作用。相应的连接件能够穿过连接板并且能够面向燃料电池堆地通向燃料电池堆的相应的进行介质导向的通道中。

12、根据另一构型，壳体的第二端侧具有一开口，通过该开口可接触到燃料电池堆的在接收井道中的装配位置中的第二纵向端部。有利地，在达到在接收井道中的装配位置时，燃料电池堆的第二纵向端部能够从外部通过在第二端侧中的开口至少局部地或者区段式地接触到。尤其是，通过在第二端侧侧中的那个开口能够使燃料电池堆的例如背离连接板的第二纵向端部分开地与壳体连接或者机械式地固定在其上。这里，在第二端侧中的开口实现对于相应的装配和紧固元件的不受阻碍的可接触性。因此，燃料电池堆能够以其第二纵向端部直接地机械地连接在壳体上或者与壳体连接。

13、根据另一构型，燃料电池堆在其第二纵向端部上具有夹持件，所述夹持件可紧固在侧壁结构的内侧上。那个夹持件尤其能够靠近第二端侧的开口而置，从而能够不受阻碍地从外部通过在第二端侧中的开口接触到它。

14、夹持件能够具有例如装配角，该装配角以一腿例如布置和紧固在燃料电池堆的第二纵向端部上，并且所述装配角以第二腿能够紧固或者被紧固在例如壳体的侧壁结构的内侧上。夹持件或者装配角的第一腿和第二腿能够以预先给定的角度(例如彼此垂直地)定位。

15、此外，装配角实现在燃料电池堆的纵方向上的一定程度的公差补偿。这尤其是在燃料电池单元的使用寿命和运行持续时间上是有利的，尤其是在燃料电池堆例如由使用决定地要在纵方向上经受膨胀或者收缩的情况下。

16、此外，燃料电池堆的第二纵向端部在侧壁结构上的紧固实现在燃料电池堆的第二纵向端部与封闭壳体的第二端侧的盖之间形成自由空间。以此方式，在燃料电池运行时也能够无困难地提供燃料电池堆在纵方向上的纵向膨胀或者收缩。

17、根据另一构型，侧壁结构邻接到第二端侧上地具有穿过侧壁结构的检查开口。检查开口能够例如用封闭部、例如用螺旋封闭部来封闭。检查开口尤其应实现对燃料电池单元的内部空间的视觉检查。尤其是，通过检查开口应能够确定在燃料电池堆的第二纵向端部和壳体本体的第二端侧之间的间隙尺寸。那个间隙尺寸能够提供关于燃料电池单元的运行状态或者其使用寿命、尤其是关于其例如由老化决定的膨胀的情况。

18、根据另一构型，侧壁结构具有底板和对置的顶。在底板和顶板之间的净距离相当于燃料电池堆的相应的外部尺寸。这意味着，在壳体的侧壁结构的底板和顶之间的净宽度基本上相当于在燃料电池堆的面向顶的外侧和上侧与燃料电池堆的面向壳体的底板的下侧的外侧之间的外部距离。

19、接收井道至少在底板和顶上配合准确地与燃料电池堆的外部尺寸相匹配。同样地，这也能够适合用于接收井道的下述第一和/或第二侧壁，所述第一和/或第二侧壁面向燃料电池堆的相应外壁。

20、就这点而言，能够使接收井道的内部几何结构、尤其是其内部横截面配合准确地与燃料电池堆的外部横截面相匹配。在这里，该横截面基本上垂直于燃料电池堆的堆叠方向伸展。

21、根据另一构型，在侧壁结构中、例如在侧壁结构的顶中或者其底板中构造有一开口，至少一个汇流条能够穿过该开口地被导向并且能够从外部与位于壳体内部的燃料电池堆连接。有利地，对所述开口如下定尺寸，使得两个待与燃料电池堆连接的汇流条能够从外部穿过开口并且从外部与燃料电池堆连接。在装配之后，汇流条能够保留在所述开口内部或者所述开口的区域中。汇流条能够在一定程度上位于侧壁结构中。

22、在装配了至少一个汇流条或者两个汇流条之后，能够借助于分开的盖从外部封闭开口。汇流条在壳体的外侧上的随后的布置实现：使接收井道、尤其是其内部几何结构配合准确地与燃料电池堆的外部几何结构相匹配。如果在燃料电池堆导入到接收井道中之前汇流条已经与燃料电池堆连接，则它们会防碍或者甚至阻止其到井道中的导入运动。

23、根据另一构型，侧壁结构具有第一侧壁和对置的第二侧壁。有利地，第一和第二侧壁通过顶和底板相互连接。包括顶、第一侧壁、底板和第二侧壁的侧壁结构尤其能够一体地构型。在第一侧壁或者第二侧壁的区域中或者也在两个侧壁的区域中构造有至少一个可从外部接触到的开口，以装配电气部件、例如电气调节和/或监控部件或者检查部件。这实现这样的部件随后的装配以及它们与燃料电池堆的连接，尤其是在燃料电池堆被放置和布置在接收井道中之后。

24、电子部件、监测部件或者检查部件能够例如涉及电气的中断开启开关、电池电压监测单元、用于燃料电池堆的电子控制或者检查单元或者传感器部件(例如氢气传感器)。

25、在这些部件在壳体中进行装配之后，构造在第一和/或第二侧壁中的、用于装配或者配置这样的电气的部件、监测部件或者检查部件的开口同样能够用分开的盖封闭。

26、提供这样的可从外部接触到的开口实现：不仅将燃料电池堆而且也将所属的电子部件安装在燃料电池单元的一个且相同的壳体中。以此方式能够实现更高程度的系统集成。此外，由此实现完整的燃料电池单元、例如在机动车中的完整的燃料电池单元的特别简单的手操纵和装配。

27、根据另一实施例，至少一个穿过壳体本体的开口能够用盖气密地封闭。如果在壳体本体中、例如在底板中、在第二端侧的区域中或者在第一和第二侧壁之一的区域中设置有多个开口，则为这些开口中的每个设置分开的盖。所述盖能够具有连接边缘，所述连接边缘与相关的开口相对应地或者互补地构型。在开口上和在盖上能够构型有相互相对应的紧固元件、例如呈螺钉孔和螺纹钻孔形式的紧固元件。以此方式，能够借助于合适的紧固元件、例如借助于螺钉将相关的盖布置或者气密地紧固在相应的开口上。此外可设想，在盖上和/或在壳体的相关开口的边缘上设置或者布置有密封部。

28、可封闭相关开口的盖例如也能够可取下地、可封闭地布置在壳体上。可松脱地布置在壳体上的盖能够例如对于维修目的也是有利的，例如当必须更换在燃料电池壳体内部的单个的电子部件或者监测部件或者还有功率分配的部件时。

29、根据另一构型，封闭至少一个开口的盖具有比侧壁结构、第一端侧或者第二端侧更小的材料厚度。尤其是，能够布置在至少一个开口的区域中的分开的盖具有准设定断裂点。如果例如在壳体内部的压力超过允许的最高值，则盖能够提供设定断裂点，以避免壳体的爆裂。盖能够例如由金属板生产。壳体本体能够由金属铸件材料生产。

30、根据另一构型，待布置在穿过壳体本体的开口的区域中或者布置在其上的盖能够具有比壳体本体的与其邻接的区域更低程度的机械强度、稳定性或者压力稳定性。

31、根据另一构型，壳体本体由金属铸件一件式地生产。因此涉及金属铸件壳体。这样的壳体能够为燃料电池堆和为燃料电池单元的另外的部件、例如为电子部件或者监测部件提供一种特别稳定的和耐久的包封罩。

32、根据壳体的另一构型，壳体本体在一侧壁上具有至少一个向外伸出并且与壳体本体的底板或者与其顶对准地伸展的装配法兰。在相关侧壁上也能够构型有多个、例如在纵方向上相互间隔开的装配法兰。

33、同样可设想，在壳体本体的底板上或者在其顶上设置有至少一个向外伸出并且与邻接的侧壁对准地伸展的装配法兰。这里，也能够设置多个例如在壳体的纵方向上彼此错开地布置的装配法兰。

34、根据另一构型，例如在第一侧壁和底板之间的过渡区域中能够布置有一个或者多个装配法兰。与之对置地或者成对角地，在此在顶和第二侧壁之间的过渡区域中同样地布置有一个或者多个装配法兰。这实现例如在机动车中的壳体的特别有效的和简单的装配。

35、根据另一方面，本开发方案涉及一种燃料电池单元，所述燃料电池单元具有先前所说明的壳体和布置在壳体中的燃料电池堆。

36、有利地并且根据另一实施方式，除了燃料电池堆之外，燃料电池单元在壳体内部还具有另外的部件、例如电子部件、监测部件或者检查部件，所述另外的部件对于燃料电池单元的按规定的运行是绝对必要的。

37、根据另一方面，本开发方案最后涉及一种机动车，其具有先前所说明的燃料电池单元或者具有先前所说明的、用于这样的燃料电池单元或者用于燃料电池堆的壳体。

38、根据另一方面，本开发方案还涉及一种用于装配燃料电池单元的方法。该方法的特征在于提供先前所说明的壳体和至少一个燃料电池堆的步骤。在此，首先将燃料电池堆通过壳体的第一端侧推入到邻接到那里的接收井道中。然后，通过至少一个穿过壳体的开口进行布置在壳体中的燃料电池部件的装配或者维护，或者进行另外的、属于燃料电池单元的部件、例如电子部件、监测部件或者检查部件的布置或者装配。

39、根据另一实施例，在对可布置在壳体中的燃料电池部件进行了装配或者维护之后，借助于盖封闭相关开口。