(57)【要約】少なくとも一つの燃料電池モジュールおよび燃料電池積層体の少なくとも一方を備えた車両用、特に自動車の燃料電池設備において、本発明により、燃料電池積層体（１０）および燃料電池モジュール（１０）の少なくとも一方が自動車（１）に機械的に減結合手段を経て取付けられる。燃料電池モジュール（１０）として好ましくはＰＥＭ電池又は特にＨＴ−ＰＥＭ電池を有する平型スタックが用いられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの燃料電池モジュールおよび燃料電池積層体の少なくとも一方を備えた車両用、特に自動車用の燃料電池設備において、前記燃料電池積層体（１０）および燃料電池モジュール（１０）の少なくとも一方が車両（１）に機械的に減結合手段を経て取付けられたことを特徴とする設備。
【請求項２】
前記燃料電池モジュール（１０）は機械的減結合のために前記車両（１）の床板（２）と下部床板（２’）の間に制動部材（１１〜１４）を経て取付けられたことを特徴とする請求項１記載の設備。
【請求項３】
前記制動部材（１１〜１４）は車両（１）下部の、前記下部床板を形成する基板（２’）上に取付けられ、前記燃料電池モジュール（１０）は前記制動部材（１１〜１４）上に載置されたことを特徴とする請求項２記載の設備。
【請求項４】
前記制動部材（１１〜１４）は前記車両（１）の床板（２）の下面に取付けられ、前記燃料電池モジュール（１０）は前記制動部材（１１〜１４）に吊されていることを特徴とする請求項２記載の設備。
【請求項５】
前記制動部材（１１〜１４）はばね、ゴム緩衝材又は同等の緩衝材からなることを特徴とする請求項２記載の設備。
【請求項６】
前記燃料電池モジュール（１０）は、燃料電池スタックとして燃料電池積層体を含むことを特徴とする請求項１から５の１項に記載の設備。
【請求項７】
前記燃料電池スタックは平型スタック（１０）であることを特徴とする請求項６記載の設備。
【請求項８】
前記平型スタック（１０）は高さに対する平面の長手方向の長さの比率が少なくとも３：１、好ましくは５：１〜２０：１であることを特徴とする請求項７記載の設備。
【請求項９】
前記平型スタックを有する燃料電池モジュール（１０）は車両（１）、特にシャシに、車両（１）のｃｗ値が阻害されないよう配置されたことを特徴とする請求項１から８の１項に記載の設備。
【請求項１０】
前記燃料電池モジュール（１０）はポリマ電解質膜燃料電池を含むことを特徴とする請求項１から９の１項に記載の車両用の設備。
【請求項１１】
前記燃料電池モジュール（１０）は高温ポリマ電解質膜燃料電池を含んでいることを特徴とする請求項１から１０の１項に記載の設備。
【請求項１２】
前記高温ポリマ電解質膜燃料電池は自己解離型および自動陽子移行型の少なくとも一方の電解質を有する膜−電極ユニットを含むことを特徴とする請求項１１記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、燃料電池モジュールと同積層体の少なくとも一方を少なくとも一つ備えた車両、特に自動車用の燃料電池設備に関する。燃料電池積層体は、当業者では燃料電池スタック又は単に「スタック」とも称されている。
【０００２】
燃料電池設備は静止型、即ち固定配置型又は可搬型、即ちモバイル型又はその両者の各用途において公知である。例えば欧州特許第０６７７４１２号明細書には自動車に用途を特化した燃料電池設備が記載されている。ここでは、燃料電池モジュール自体は自動車の車内又は床下の分離型搬送構造体内に配置され、燃料電池モジュールの全ての集合体は補助的な集合体と共に搬送構造体内で保護される。しかし、それにも係らず外部から接近可能でなければならない。
【０００３】
燃料電池設備を搬送構造体内に配置するのは、従来技術では第一に燃料電池モジュール又は個々のスタックを突発的な外部作用を受けた時、特に事故発生時に機械的に保護するためである。しかし、これとは別に、燃料電池設備を装備した自動車の日常運転中、車内に存在する燃料電池積層体は種々の作用により車両から応力を受ける。しかし、車両運転に伴い電動機の無負荷運転時にも、既に燃料電池積層体はかなりの機械的な交番応力に曝されている。
【０００４】
従って本発明の課題は、燃料電池の機械的な応力を低減し得る適切な手段を提供することである。
【０００５】
この課題は、本発明によれば請求項１の特徴部に記載の構成によって解決される。他の実施の形態は従属請求項に記載してある。
【０００６】
本発明によれば、燃料電池積層体又は燃料電池モジュール又は両者を、車両に機械的に減結合手段を経て取付ける。その際、燃料電池設備全体を車両床板の下面の適当な個所又は車両シャシの適当な個所に位置決めする。好ましくは、燃料電池モジュールを平型スタックとして構成し、緩衝部材を経て車両の下部又は中間床板上に機械的に減結合手段を経て載置する。変形例として、平型スタックを車両床板に吊してもよい。こうすると、車両への機械的減結合を達成できる。
【０００７】
燃料電池モジュールないし積層体は、大きな空気力学的な変化を生じないように車両シャシの適切な個所に配置する。特に車両のｃｗ値の不所望の変化を避けるようにしつつ、車両走行時の走行風が平型スタックに達するようにできる。
【０００８】
本発明により、外部からの機械的影響、特に車両の振動が繊細な燃料電池積層体に伝わらないようにできる。このことはポリマ電解質膜（ＰＥＭ）および高温ポリマ電解質膜（ＨＴ−ＰＥＭ）燃料電池で動作する燃料電池モジュールを用いる際に特に重要である。特にＨＴ−ＰＥＭ燃料電池で必要な特別な膜のため、機械的交番負荷に対し長時間保護するための、特に高度な要求が存在する。
【０００９】
既述のように、本発明は特に平型構造素子、即ちＨＴ−ＰＥＭ燃料電池を有する所謂平型スタックとして構成された燃料電池モジュールにより実現される。その場合、完全な燃料電池設備は空間形状的に、ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池を有する平型スタックのみが車体の適当な個所に配置され、それにもかかわらず平型スタックおよび走行風の導入が車両設計によって達せられる自動車の特別なｃｗ値がほぼ保持されるように構成できる。
【００１０】
本発明の他の利点と詳細を、図示の実施の形態につき、各請求項と関連して説明する。
【００１１】
図１は符号１で自動車を示す。自動車１は駆動源として例えば電動機３を備えると共に、電動機３に給電するために燃料電池設備１０を備える。
【００１２】
燃料電池モジュールを自動車１内、又はその床板２の下部の特別な搬送構造体内に配置することは従来から提案されている。未開示の他の提案によれば、他の基板を下部床板２’として設けることもできる。その結果、燃料電池設備１又は少なくとも繊細な燃料電池モジュールを、床板２、２’間の中間室内に配置できる。燃料電池モジュールを、符号１０で概略的に示す。燃料電池モジュール１０は、電動機３に電気的に接続されている。自動車１は排気口８を有し、この排気口８に燃料電池モジュール１０から排気管が連通している。
【００１３】
床板２と下部床板２’との間の空間内での位置決めのため、燃料電池モジュール１０として特に平型に構成した燃料電池スタックが適する。このような平型燃料電池スタックの寸法は、平面の長手方向長さと高さとの比率を、例えば略５：１〜２０：１とするのがよいとされている。この比率が少なくとも３：１なら、本発明で言う、所謂「平型スタック」に相当するものとする。高さが低いと、燃料電池設備の当該部分を車両のｃｗ値に悪影響を与えないように位置決めできる点で特に有効である。それにも係らず、車両走行時の走行風は燃料電池モジュール１０に達し、そのため適当な空気流が存在する。
【００１４】
このことは、図とは異なり燃料電池設備を車両の屋根に配置する場合に特に意義がある。これは、そのような設計が行われる限り、例えば荷物運搬車やキャンピングカーにとって有利なことである。
【００１５】
図２との関連で図１から明らかなように、燃料電池モジュール１０は平型スタックの四隅に位置する４つの制動部材１１〜１４で自動車１の下部床板２’上に載置されている。好ましくは、個々の制動部材１１〜１４は載置した平型スタック１０が制動されるように床板２と平型スタック１０との間に配置され、それにより多くの場合、燃料電池モジュール１０全体の自動車１のシャシからの十分な機械的減結合を達成できる。
【００１６】
図２は平型スタックを下から見た図である。図３は、図１と異なり平型スタックを車両床板１に吊した状態を示す。
【００１７】
制動部材１１〜１４として、従来技術に従い通常のばねやゴム緩衝材等の緩衝手段を使用できる。
【００１８】
実用向けの用途のため、制動部材１１〜１４は個々に、一方では自動車１の車両構造体の共振特性に、他方では燃料電池設備１０のそれに調和される。さらに自動車１の走行特性、特に電動機３の無負荷特性も考慮される。
【００１９】
以上のようにして簡単な手段によって構造ユニットの良好な機械的減結合が達せられ、それによって特に燃料電池スタックの繊細な部分、特にポリマー膜が燃料電池から電極を含む、所謂膜−電極ユニット（ＭＥＡ）への振動の悪影響を排除することができる。
【００２０】
ＭＥＡは燃料電池モジュールがＰＥＭ燃料電池を含む場合常に意義のあることである。ＰＥＭ燃料電池によって、ポリマー−電極−膜によって膜内のプロトン交換（ＰＥＭ）の原理に従って動作する燃料電池が示される。通常のＰＥＭ燃料電池の動作温度は例えば６０℃であり、いずれにしても１００℃を下回る。というのは、そのような動作温度を超える高温では通常圧力のもとで燃料電池の水分保有のために必要な水分が蒸発してしまうからである。
【００２１】
一方、改善された応用特性を期待し得る、所謂ＨＴ（高温）ＰＥＭ燃料電池も期待される。特別なＨＴ−ＰＥＭ燃料電池は６０℃〜３００℃の間、特に常圧のもとで１２０℃〜２００℃の間の温度で動作する。この温度範囲で必要な特別なＭＥＡのために、即ちプロトン導入のためにポリマー膜内に自己解離型および自動陽子移行（ａｕｔｏｐｒｏｔｏｌｙｔｉｓｃｈ）型の少なくとも一方の電解質を有するＭＥＡのために、ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池はもちろんあらゆる機械的応力に関して特に繊細である。振動を最小にすることにより、ＭＥＡは結果的に望外の長期動作をもたらすことができる。
【００２２】
要するに、自動車にＨＴ−ＰＥＭ燃料電池を有する燃料電池モジュールを用いることにより、車両の繊細な燃料電池からＭＥＡの機械的減結合は特別な意義を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
車両の下部床板に機械的に減結合手段を経て取付けられた燃料電池モジュールを示す図。
【図２】
燃料電池モジュールを下から見た図。
【図３】
図１に対する変形例の配置を示す図。
【符号の説明】
１　自動車、２　床板、２’　下部床板、３　電動機、８　排気口、
１０　燃料電池モジュール、１１　緩衝部材、１２〜１４　緩衝部材
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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