燃料电池堆的整体式端部单元的低成本绝热制造技术

本发明专利技术涉及燃料电池堆的整体式端部单元的低成本绝热。提供一种用于燃料电池堆的端部单元。所述端部单元包括具有腔的主体和设置在其上的大致非渗透性挡板，以防止端部单元内的热传递并使得端部单元绝热的成本最小化。也提供了一种燃料电池系统和一种制作用于燃料电池系统的端部单元的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池，且更具体地涉及用于将燃料电池堆的整体式端部单元绝热的薄挡板。
技术介绍
燃料电池已经作为一种用于电动车辆和各种其它应用的清洁、有效和环保的电源 而被提出。分立燃料电池可串联地堆叠在一起以形成燃料电池堆。燃料电池堆能够提供足 以给车辆提供动力的电力。具体地，燃料电池堆已经当作用于现代机动车中的常规内燃机 的可能替代物。 —种燃料电池是聚合物电解质膜(PEM)燃料电池。PEM燃料电池包括三个基本部 件包括阴极和阳极的一对电极；和电解质膜。电解质膜夹在所述电极之间以形成膜电极 组件(MEA)。 MEA通常设置在多孔扩散介质(如，碳纤维纸)之间，所述扩散介质利于反应 物的输送，例如将氢气输送到阳极和将氧气输送到阴极。在燃料电池的电化学反应中，氢气 在阳极催化氧化，以产生自由质子和电子。质子穿过电解质到达阴极。来自于阳极的电子 不能穿过电解质膜，且相反通过电负载(例如电动马达)被引导到阴极。质子与阴极中的 氧和电子反应，从而产生水。 包括多个分立燃料电池的燃料电池堆可靠近端部单元设置。端部单元可包括通过 使用任何常规方法(例如紧固或粘附)固定在一起的多个主体。替代地，端部单元可包括 单个主体。主体可容纳有助于燃料电池堆的预先调节和操作的燃料电池子系统和相关装 置。作为非限制性示例，容纳在主体中的燃料电池子系统和相关装置可包括端板、流体通道 (例如，氢燃料和氧化剂(02/空气)通道)、冷却剂泵、再循环泵、排出阀、风扇、压縮机、阀、 电连接件、重整装置、加湿器、水蒸汽传输单元、热交换器和相关设施。应当认识到，用于支 持燃料电池系统的附加燃料电池子系统和相关装置也可容纳在主体中。 容纳在主体中的燃料电池子系统和相关装置可包括在燃料电池子系统和相关装 置中的多个腔。所述腔可能是燃料电池子系统和装置的制造过程、重量减轻或者期望设置 的结果。虽然腔极大地减少了端部单元的热质量，但是腔显著地增加了端部单元的内表面 面积，从而促进端部单元内的燃料电池子系统和相关装置周围和之间的过多热传递。也可 能发生到端部单元的操作环境的过多热传递。当端部单元的外表面区域处于比操作环境更 高的温度时发生过多热传递。车舱是操作环境的非限制性示例。热传递可能导致从端部单 元的大量热能的损失。当端部单元处于比燃料电池堆的最佳启动温度低的温度时，端部单 元的热质量的热能损失可增加燃料电池堆达到全部操作潜能所需要的时间。 已知使得燃料电池堆的端部单元绝热是减少能量损失的方法。绝热罩已经被用于 使得燃料电池堆的端部单元绝热。虽然在减轻过多热能损失方面有效，但是绝热罩不是没 有缺陷。 添加到燃料电池堆的端部单元的绝热罩增加了端部单元的总体尺寸。具有紧凑尺 寸的燃料电池堆是一种期望质量，且在车辆应用中，空间非常珍贵。在不增加端部单元的总体尺寸的情况下使得燃料电池堆的端部单元绝热的方法对于车辆制造商来说可能是非常 希望的。 燃料电池堆可能需要维护重复使用。为了进行维护，燃料电池堆可能需要被拆装， 以提供到分立燃料电池或燃料电池子系统和相关装置的通路。在端部单元拆卸之前，绝热 罩可能需要被拆卸。绝热罩可能是易碎的且易受过多磨损，因而在重复拆卸和应用时可能 破裂。不需要被拆卸的燃料电池堆端部单元的绝热件为燃料电池堆提供了较快和成本更低 的修理。 添加到燃料电池堆的端部单元的绝热罩并没有减少端部单元内的热传递。腔的第 一部分可位于主体的第一匹配表面上。主体可抵靠多个主体中的另一个的第二匹配表面设 置，所述第二匹配表面具有腔的第二部分。在主体靠近彼此设置时，腔的第一部分和第二部 分可叠置。腔的叠置允许从一个主体到另一个主体的热传递。在燃料电池堆的操作、启动 和再次启动之一期间的热传递可能导致燃料电池堆效率降低或者燃料电池堆达到全部操 作潜能所需要的时间增加。减少端部单元内的热传递的燃料电池堆的绝热件可能是期望的 以增加燃料电池堆的效率并减少启动时间。 添加到燃料电池堆的端部单元的绝热罩增加了燃料电池堆和包含燃料电池堆的 车辆的制造成本。绝热罩消耗了车辆应用中的宝贵空间。此外，与绝热罩提供的益处相比， 制造和运输绝热罩的成本高。成本有效的绝热件可提供对制造和包含绝热罩的过多成本的 期望解决方案。 持续需要一种紧凑的且对于燃料电池堆修理不需要被拆卸的燃料电池堆端部单 元的绝热件。期望地，燃料电池堆端部单元的绝热件也可以减少端部单元内的热传递并降 低使得燃料电池堆的端部单元绝热的成本。
技术实现思路
根据本专利技术，令人惊奇地发现了一种燃料电池堆端部单元的绝热件，所述绝热件 是紧凑的，对于燃料电池堆修理不需要被拆卸，减少端部单元内的热传递并降低使得端部 单元绝热的成本。 在第一个实施例中，一种用于燃料电池堆的端部单元，包括靠近燃料电池堆设置 的至少一个主体，所述主体具有匹配表面和在其中形成的腔；和靠近所述匹配表面设置的大致非渗透性挡板，以与所述腔协作形成绝热外壳。 在另一个实施例中，一种燃料电池系统包括具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆包括用于燃料电池堆的端部单元，所述端部单元包括靠近燃料电池堆设置 的至少一个主体，所述主体具有匹配表面和在其中形成的腔；和靠近所述匹配表面设置的大致非渗透性挡板，以与所述腔协作形成绝热外壳。 在其它实施例中，一种制作用于燃料电池系统的端部单元的方法，包括步骤提供 主体，所述主体具有匹配表面，所述匹配表面中形成有腔；提供大致非渗透性挡板；将所述 大致非渗透性挡板靠近主体的匹配表面设置；和将大致非渗透性挡板附连到匹配表面以形 成绝热外壳。附图说明 本专利技术的上述益处以及其它益处从以下详细说明尤其是在结合本文所述的附图 考虑时对于本领域技术人员来说显而易见。 图1是本领域已知的说明性燃料电池堆的透视图，示出了从燃料电池堆拆卸的泡 沫罩； 图2是根据本专利技术的主体的透视图； 图3是图2所示的主体的分解透视图，包括一对挡板；禾口 图4是图2所示的主体的透视图，包括根据本专利技术的另一个实施例的一对挡板。 具体实施例方式以下详细说明和附图描述和图示了本专利技术的示例性实施例。所述说明和附图用于 使得本领域技术人员能够制造和使用本专利技术，且不旨在以任何方式限制本专利技术的范围。关 于所公开的方法，所述步骤的顺序在本质上是示例性的，因而不是必要的或者关键的。 图1示出了具有一对端部单元12的PEM燃料电池堆IO，端部单元12由多个导电 双极板14和膜电极组件(MEA)16彼此隔开。为了清楚起见，已经移开了用于将燃料电池 堆10保持在一起的保持系统。图1所示的说明性燃料电池堆10具有两个端部单元12，端 部单元12可以是上部和下部端部单元之一。此外，绝热罩17已经从燃料电池堆IO线性地 移开，以暴露下部端部单元。技术人员将理解，根据本专利技术可以采用其它燃料电池设计和类 型，例如磷酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池和碱性燃料电池。 端部单元12可包括多个主体18。在图1中总体上示出的主体18可容纳有助于燃 料电池堆10的预先调节和操作的燃料电池子系统和相关装置。作为非限制性示例，图1示 出了由紧固件20固定在一起以形成端部单元12的5个主体18。主体18可通过使用任何 常规方法(例如，紧固或粘附)而固定在一起。至少一个绝热罩17可围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池堆的端部单元，包括：靠近燃料电池堆设置的至少一个主体，所述主体具有匹配表面和在其中形成的腔；和靠近所述匹配表面设置的大致非渗透性挡板，以与所述腔协作形成绝热外壳。

【技术特征摘要】
US 2008-10-21 12/254880一种用于燃料电池堆的端部单元，包括靠近燃料电池堆设置的至少一个主体，所述主体具有匹配表面和在其中形成的腔；和靠近所述匹配表面设置的大致非渗透性挡板，以与所述腔协作形成绝热外壳。2. 根据权利要求1所述的用于燃料电池堆的端部单元，其中，粘合剂设置在所述大致非渗透性挡板的第一侧与所述匹配表面之间，从而将所述大致非渗透性挡板的第一侧固定到所述匹配表面。3. 根据权利要求2所述的用于燃料电池堆的端部单元，其中，在将所述大致非渗透性挡板的第一侧设置成靠近所述匹配表面之前，将所述粘合剂设置在所述匹配表面和所述大致非渗透性挡板的第一侧中的一个上。4 根据权利要求2所述的用于燃料电池堆的端部单元，其中，所述粘合剂是热塑性粘合剂、热固性粘合剂、接触粘合剂、反应粘合剂和压敏粘合剂之一 。5. 根据权利要求2所述的用于燃料电池堆的端部单元，其中，所述粘合剂包括多种反应物，所述反应物独立地涂覆到所述大致非渗透性挡板的第一侧和所述匹配表面。6 根据权利要求1所述的用于燃料电池堆的端部单元，其中，所述大致非渗透性挡板通过至少一个焊接件固定到所述匹配表面。7. 根据权利要求1所述的用于燃料电池堆的端部单元，其中，所述主体和所述大致非渗透性挡板由相同的材料形成。8. 根据权利要求1所述的用于燃料电池堆的端部单元，其中，金属、金属合金、塑料和塑料复合物中的一种用于形成所述主体和所述大致非渗透性挡板之一。9. 根据权利要求1所述的用于燃料电池堆的端部单元，其中，所述匹配表面包括肋，从而将所述匹配表面分成多个腔。10. 根据权利要求1所述的用于燃料电池堆的端部单元，其中，所述主体的腔包括设置在其中的绝热固...

【专利技术属性】
技术研发人员：B安德里斯肖特，LC怀特赫德，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]