[发明专利]具有集成流体管理的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池。更具体地，本发明涉及燃料电池的气体和冷却剂进给通路。

背景技术

已知燃料电池须被进给氢气和空气或纯氧。通常，在所要求特定能量密度下其必须被冷却；为此，优选地，电池始终由例如水的冷却剂通过。此外，必须控制例如气压、气温、气体湿度、气体再循环率等特定重要气体管理参数。这要求相当复杂和庞大的气体管理系统，通常具有电池本身同样大的体积。

燃料电池包括由交替布置的双极板和离子交换膜构成的堆。所述堆被夹紧在两端板之间。流体进给和返回管通常被布置为与堆叠方向平行且在两端板或其中一个端板处终止，在该处流体进给和返回管与将堆与所述气体管理系统连接的管相关结。

美国专利申请2004/0247984也已知将用于管理电池所使用流体的系统元件集成在所谓的端板中。但是，根据所述技术，用于管理电池所使用流体的元件在堆叠方向上布置的多个板之间被分隔，这将使得在堆叠方向电池体积大幅增大。

本发明目的是减小所述流体管理系统体积，以便于在例如车辆中的安装。

本发明另一目的是设计简单的流体管理系统，其它优点中还包括其工业生产有助于实现良好自动化，以降低工业生产成本。

为使燃料电池完全防漏且在其上实现均匀分布的电传导，所述堆被平行于堆叠方向的拉杆压缩并被固定在端板任一侧。因此端板必须坚固并在双极板和离子交换膜的整个截面上施加足够且优选为均匀的压力。端板也必须承受系统中存在的气体的压力。

发明内容

本发明提出一种用于燃料电池的端板，所述端板包括结构块，所述结构块具有设计用于紧靠多个单体电池的堆的内端面、与所述内端面相反的外端面、以及一个或多个外周端面，所述内端面具有设计用于给位于电池内的气体通路进给的至少两个开口，所述结构块包括第一室并包括终止于室的壁的进给管，其特征在于：

●第一室设置在内端面与外端面之间、并在内端面一侧和外端面一侧由结构块的壁界定，所述室是大致平行于内端面的细长形，所述室通向外周端面，所述室被安装在所述外周端面上的至少一个塞子界定；

●再循环本体被装配在所述室内，位于进给管终止的点，再循环本体被密封地安装在所述室的壁上以将所述室分隔为在一个开口处终止的气体再循环部分和在另一开口处终止的进给部分，所述再循环本体包括混合元件，所述混合元件用于使来自进给管的新气体和来自再循环部分的气体混合、并使混合物被导向另一开口。

由于本发明，通过容纳流体管理所需的一些元件，优选为所有流体管理涉及的所有元件，可在所述端板，优选地在两端板中的一个中集成流体管理功能。这是通过增加这种端板的厚度实现的，这可不利于端板或各板的机械功能，但可使端板加工简单并可在后者内使不同元件简单并坚固地装配。

该方案在体积、减轻重量、可靠性乃至制造成本方面提供显著优点。此外，使用用于流体的自密封接头和插入电连接器，可易于在燃料电池与所安装车辆之间创建接口，将燃料电池安装在所述车辆上。有利地，电连接器与接头可被布置成使得集成流体管理系统的电池可易于被装入车辆并从中取出，以便于燃料电池的维护、维修或更换。

特别地由于形成细长室并且再循环本体在室的壁上密封地装配在所述室内，所述室可被分隔为在其中一个开口处终止的气体进给部分和在另一开口处终止的气体再循环部分。如此，在端板中可并入多个元件，例如用于控制某些运行参数的元件。这些元件可以是例如用以调节气体压力的泵或电磁阀。这些元件也可被装配在系列生产线上，外部管道的数量可减至最小。

将用于再循环电池未消耗气体的元件装配在一个端板中或集成在其上是特别有利的。例如，文丘里效应装置利用新气流可吸收离开电池的气体并在电池中再循环。优选地，用于排除电池所产生水的元件被装配在一个端板上或集成在一个端板中。

以上所述元件形成管理一种气体的系统的一部分。可将用于管理一种气体的各元件与一个端板相关，并将用于管理另一气体的元件与另一端板相关，或如本发明所示实例及以下所述，可将所有这些元件仅与一个端板相关。甚至可以不仅将气体管理元件，非常有利地也将用于管理冷却剂的元件与同一个端板相关。当然，流体管理元件在两端板之间可被分隔。气体管理元件和冷却剂管理元件有可在两端板之间被分隔。

如以下实例所示，用于气体和冷却剂的所有流体的管理系统的所有元件可被安装在两端板或甚至仅在一个端板上，或集成在其中。当然，将流体管理系统的仅一些或优选地多数元件集成在一个或两端板中或安装在其上，这已是非常有利的。