[发明专利]燃料电池单元

说明书

用于电化学地产生电能的燃料电池单元，包括：堆叠布置的燃料电池，燃料电池分别包括堆叠布置的层状部件，燃料电池的部件是质子交换膜、阳极、阴极、气体扩散层和双极板，使得堆叠的燃料电池形成燃料电池堆；包围燃料电池堆的壳体；用于固定燃料电池单元的支承板；布置在燃料电池堆的第一端部区域上的第一夹紧元件，用于将压力施加到燃料电池堆上并且用于以压力预加载燃料电池堆；布置在燃料电池堆的第二端部区域上的第二夹紧元件，用于将压力施加到燃料电池堆上并且用于以压力预加载燃料电池堆；与第一和第二夹紧元件间接或直接连接的连接装置，连接装置被加载拉力，用于利用第一和第二夹紧元件将压力施加到燃料电池堆上，连接装置由壳体形成。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池单元以及一种燃料电池系统。

背景技术

作为原电池的燃料电池单元通过在阳极和阴极处的氧化还原反应将连续供应的燃料和氧化剂转换成电能。燃料电池用于多种静止和移动应用中，例如没有连接到电网的住宅中，或机动车中、铁路交通中、航空中、太空中以及航行中。在燃料电池单元中，多个燃料电池相叠地布置在堆(Stack)中。

燃料电池单元由燃料电池堆和壳体构成，所述燃料电池堆具有堆叠的燃料电池。燃料电池堆由壳体和支承板包围。在燃料电池堆的端部区域上布置有夹紧板作为夹紧元件，并且夹紧板将压力施加到燃料电池堆上，用于预加载燃料电池堆。因此需要作为单独构件的两个夹紧板。最下的第二夹紧板放置在支承板上。夹紧板利用作为栓的连接装置彼此机械连接。螺栓被加载拉力。因此，以不利的方式需要栓，所述栓造成附加的成本并且需要由壳体和支承板限界的内部空间的大部分。因此，燃料电池单元需要大的安装空间并且这尤其在应用在机动车中时是不利的。在机动车中，机组应需要尽可能小的安装空间。

发明内容

根据本发明的用于电化学地产生电能的燃料电池单元包括：堆叠布置的燃料电池，并且燃料电池分别包括堆叠布置的层状部件，并且燃料电池的部件是质子交换膜、阳极、阴极、气体扩散层和双极板，从而堆叠的燃料电池形成燃料电池堆；包围燃料电池堆的壳体；用于固定燃料电池单元的支承板；布置在燃料电池堆的第一端部区域上的第一夹紧元件，用于将压力施加到燃料电池堆上并且用于以压力预加载燃料电池堆；布置在燃料电池堆的第二端部区域上的第二夹紧元件，于将压力施加到燃料电池堆上并且用于以压力预加载燃料电池堆；与第一和第二夹紧元件间接或直接连接的连接装置，该连接装置被加载拉力，用于利用第一和第二夹紧元件将压力施加到燃料电池堆上，其中，该连接装置由壳体形成。因此，以有利的方式不需要作为单独构件、例如栓的连接装置。因此，燃料电池单元在制造成本小的情况下紧凑地具有小的安装空间需求。

在另一构型中，支承板形成第二夹紧元件，因为拉力可以由连接装置引入到支承板中。因此不需要作为单独构件的第二夹紧元件，从而可以节省制造时的成本并且燃料电池单元具有小的安装空间需求。

在另一变型方案中，在壳体与支承板之间布置有壳体密封件，用于流体密封地密封由壳体限界的内部空间。由于固定元件，由弹性材料制成的壳体密封件以压力布置在壳体与支承板之间。此外，固定元件将壳体中的拉力传递到支承板上，该支承板附加地形成第二夹紧元件。

符合目的地，在壳体与第一夹紧元件之间布置中间元件，从而压力可以从第一夹紧元件间接地利用中间元件传递到壳体上，用于预加载燃料电池堆。

在一种补充的变型方案中，中间元件被加载压力。

在另一种构型中，中间元件构型为弹性的中间元件、尤其是弹簧，用于以基本恒定的压力预加载燃料电池堆。基本恒定的压力优选地意味着，在燃料电池单元的正常运行期间，压力的变化小于30％、20％或10％。由于中间元件的弹性特性，例如壳体的制造精度和由温度引起的长度变化基本上不影响燃料电池堆的预加载的大小。

符合目的地，层状的燃料电池展成假想平面，并且中间元件构造成在垂直于假想平面的方向上可弹性变形。