具有改善的加湿的燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池系统，具有至少一个燃料电池，该燃料电池包括阳极、阴极、布置在阳极和阴极之间的隔膜、阴极入口、阴极出口、阳极入口和阳极出口。根据本发明专利技术，燃料电池系统的特点在于，该燃料电池系统构造为用于将在阳极出口上聚积的水至少部分地引导到与阴极入口连接的氧化剂管路中的至少一个加湿接头上，使得流向阴极入口的氧化剂流被加湿。使得流向阴极入口的氧化剂流被加湿。使得流向阴极入口的氧化剂流被加湿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改善的加湿的燃料电池系统


[0001]本专利技术涉及具有至少一个燃料电池的燃料电池系统。

技术介绍

[0002]已知通过驱动马达驱动的车辆，在该车辆中，通过燃料电池系统提供电功率。在此，氢气与氧化剂、一般是来自环境空气中的氧气催化结合成水，从而提供电功率。环境空气能够借助空气输送系统或空气压缩系统供应给燃料电池系统。氢气一般储存在高压箱中并且通过管路和阀供应给燃料电池系统。此外，氢气可以在阳极回路或阳极路径中再循环。
[0003]基于PEM燃料电池的燃料电池系统要求足够湿润的隔膜，以便能够传导质子。因此，在燃料电池系统中、尤其在阴极路径和隔膜中的充分的水管理对于燃料电池系统的运行至关重要。脱水的风险尤其在阴极入口区域中是显著高的。已知以隔膜加湿器运行燃料电池系统和/或设置更高的系统压力用于空气的较小的吸水能力。通过在单个燃料电池内部中的流动通道进行内部加湿还要求相当高的系统压力和相对较薄的隔膜。这导致，燃料电池系统不能在一些运行区域中运行或仅能够以功率减小运行，例如在高环境温度下、在上坡行驶时、在燃料电池老化的情况下等。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的任务是提出一种燃料电池或燃料电池系统，在所述燃料电池或燃料电池系统中实现了改善的加湿，以便扩展可实现的运行极限，其中，燃料电池系统的复杂性和成本为此应尽可能不增加或不显著增加。
[0005]该任务通过具有独立权利要求1特征的燃料电池系统来解决。有利的实施方式和扩展方案可以由从属权利要求和下面的说明得出。
[0006]提出一种燃料电池系统，具有至少一个燃料电池，该燃料电池包括阳极、阴极、布置在阳极和阴极之间的隔膜、阴极入口、阴极出口、阳极入口和阳极出口。根据本专利技术，燃料电池系统的特点在于，该燃料电池系统构造为用于将在阳极出口上聚积的水至少部分地引导到与阴极入口连接的氧化剂管路中的至少一个加湿接头上，使得流向阴极入口的氧化剂流被加湿。
[0007]因此，所述至少一个燃料电池是聚合物电解质膜(PEM)燃料电池。该燃料电池在阳极侧被供给以氢气或具有氢的气体并且在阴极侧被供给以氧气或具有氧的气体。在运行时，根据本专利技术所使用的水也聚积在阳极上，用于对氧化剂流加湿。
[0008]氧化剂流可以以空气或氧气的形式实现。在地面上或空中运行的车辆中，空气可能特别适合作为氧化剂，因为空气以足够的量可供使用并且在必要时可以通过压缩机加载压力。
[0009]至少一个加湿接头可以具有单个加湿接头，但也可以具有多个加湿接头。这些加湿接头可以设置在氧化剂管路的不同部位上。可以考虑，第一加湿接头直接布置在阴极入口的上游。这也可以直接位于第一配量阀的上游，该第一配量阀与阴极入口连接并且选择
性地从阳极出口释放水。第二加湿接头可以连接在中冷器之后，第三加湿接头可以连接在中冷器之前。第四加湿接头可以连接在压缩机之前，该压缩机将氧化剂流压力加载地输送到氧化剂管路中。此外，第五加湿接头也可以布置在空气过滤器之前。当然，可以考虑另外的加湿接头并且可以考虑，也同时使用多个加湿接头。
[0010]在本公开中所使用的序数“第一”、“第二”、“第三”、“第四”和“第五”不应理解为顺序，而仅用于同类元件的辨识，然而，这些元件可以设置在不同部位上，用于不同目的或在不同实施方式中。
[0011]在已实现的燃料电池系统中，可以选择适用于阳极出口上的预期压力的合适的加湿接头。例如，如果该压力相对较低，则在压缩机上游的加湿接头可能比在压缩机下游的加湿接头更合适。
[0012]与阴极相比，阳极通常被供给以至少略微更高的压力。因此，在阳极出口和直接在阴极入口上游的氧化剂管路之间存在正压差、即过压。根据本专利技术，该过压可以被用于将在阳极上聚积的水无需特别措施地混合于氧化剂流。由此可以显著地节省安装空间和附加需要的外围设备。这可以使根据本专利技术的燃料电池系统相对于已知的燃料电池系统明显简化并且允许成本更低的制造。此外，通过对氧化剂流的加湿不会在供应空气路径中导致显著的压力损失。此外，不需要隔膜加湿器，使得可以节省安装空间。燃料电池系统的运行区域可以在运行极限上被扩展或者说可以明显延迟由于运行区域而预期的功率降低。可以降低对燃料电池系统内的压缩机提出的功率要求和/或改进至少一个燃料电池在满负载点处的设计，因为通过降低压力要求并且在很大程度上消除空气压缩系统的寄生功率来降低总体所需的功率。因此，根据本专利技术的燃料电池系统在运行区域和运行极限和从而氢消耗方面进行了优化，而为此不显著地增加系统成本。
[0013]有利的是，在至少一个加湿接头之后布置有用于使氧化剂
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水混合物均匀化的混合单元。该混合单元允许使氧化剂
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水混合物均匀化，以便因此避免水滴进入到至少一个燃料电池中。此外，混合单元可以促进蒸发/汽化。在多个实施方式中，混合单元的安装位置可以彼此不同。例如可以将混合单元直接布置在阴极入口的上游或直接布置在截止阀的上游。如果使用下面进一步提及的阴极旁路，则混合单元可以布置在阴极旁路的引入部位的上游。
[0014]此外，有利的是，在至少一个加湿接头之后布置有被氧化剂流流过的多孔加湿体，用于促进水的蒸发或汽化。在阳极出口和相关的加湿接头之间的压差可能太小而无法防止将水喷雾/雾化到氧化剂管路中。通过使用例如海绵状实施的多孔加湿体，水润湿了非常大的表面，这简化了通过氧化剂流的蒸发或汽化。在一个优选的实施方式中，加湿体可以局部地完全填充氧化剂管路的横截面，使得氧化剂流必须流过加湿体。
[0015]在另一有利的实施方式中，配量单元布置在至少一个加湿接头之前，并且构造为用于将水配量并压力加载地释放到至少一个加湿接头中。配量单元可以通过提高压力实现水的精细雾化。压力提高可以以多种方式实现。配量单元例如可以具有一个泵
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喷嘴单元或类似装置。可以考虑例如具有压电促动器的、提高压力的喷射器。同样可以考虑小型泵或容积输送的隔膜泵。后一种变型具有特别的优点：泵行程是精确限定的并且可以精确测定配量的水的量。对于在车辆中的应用，在市场上已经提供具有限定的输送体积或配量体积的成本低且尤其耐冰压的隔膜泵。配量单元可以与配量阀结合或代替配量阀使用。成本尤其
在使用上述隔膜泵时是可控的。与之前所述的混合器相比，这些具有雾化可能性的压力增加的变型的优点是不导致压力损失。
[0016]此外，配量单元和/或至少一个加湿接头可以具有用于喷洒或雾化水的喷洒或雾化装置。这辅助氧化剂
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水混合物的均匀化。喷洒或雾化装置可以以喷射器的形式实施。
[0017]在另一有利的实施方式中，配量单元可以与至少暂时收集水的缓冲储存器连接。这可以是一个单独的容器，该容器始终充注以来自阳极出口的水。当然，与阳极出口连接的排放管路也可以如此实施，使得在那里存在用于水的足够的缓冲可能性。然后，配量单元可以优选地连续运行，因为该配量单元连续地从缓冲储存器被供给以在那里收集的水。
[0018]特别有利地，控制单元可以与至少一个配量阀或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池系统(2)，包括至少一个燃料电池(4)，所述燃料电池具有阳极(6)、阴极(8)、布置在所述阳极(6)和所述阴极(8)之间的隔膜(12)、阴极入口(42)、阴极出口(44)、阳极入口(14)和阳极出口(16)，其特征在于，所述燃料电池系统(2)构造为用于将在所述阳极出口(16)上聚积的水至少部分地引导到与所述阴极入口(42)连接的氧化剂管路(34)中的至少一个加湿接头(58、60、62、64、66)上，使得流向所述阴极入口(42)的氧化剂流被加湿。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统(2)，其特征在于，在所述至少一个加湿接头(58、60、62、64、66)之后布置有混合单元(38)，用于使氧化剂
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水混合物均匀化。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统(2)，其特征在于，在所述至少一个加湿接头(58、60、62、64、66)之后布置有多孔的加湿体(82)，用于促进水的蒸发或汽化，所述加湿体被所述氧化剂流流过。4.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统(2)，其特征在于，配量单元(56)布置在所述至少一个加湿接头(58、60、62、64、66)之前，并且构造为用于将水配量地并压力加载地释放到所述至少一个加湿接头(58、60、62、64、66)中。5.根据权利要求4所述的燃料电池系统(2)，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：