燃料電池堆總成的制作方法
【專利摘要】燃料電池堆總成包括呈堆疊形式的多個(gè)燃料電池，所述堆疊限定兩個(gè)相對(duì)的平行端面。端板被設(shè)置在所述堆疊的每個(gè)相對(duì)的端面上。每個(gè)端板限定一個(gè)壓縮表面，所述壓縮表面鄰近所述兩個(gè)相對(duì)的平行端面中相應(yīng)的一個(gè)并且與其具有壓縮關(guān)系。連接機(jī)構(gòu)附接到所述端板，由此維持所述堆疊中的燃料電池處在壓縮下。所述端板中的至少一個(gè)，優(yōu)選兩個(gè)包括限定所述壓縮表面的預(yù)成形元件，所述預(yù)成形元件被配置成具有預(yù)定曲率，以使得當(dāng)所述預(yù)成形元件不在負(fù)載下時(shí)，所述壓縮表面為凸形表面，而在施加負(fù)載以維持所述燃料電池處于壓縮下時(shí)，所述連接機(jī)構(gòu)的元件之間的所述預(yù)成形元件的撓曲導(dǎo)致所述壓縮表面變?yōu)榛旧掀教沟谋砻?。這使用了更少且更輕的部件在所述燃料電池堆的所述端面上提供了均勻的壓力分布。
【專利說(shuō)明】
燃料電池堆總成[0001 ] 本發(fā)明涉及適于裝配電化學(xué)燃料電池堆的方法和設(shè)備。
[0002]燃料電池堆包括逐層堆積成堆疊結(jié)構(gòu)的一系列單個(gè)燃料電池。每個(gè)電池本身可包括各種層狀部件，如聚合物電解質(zhì)膜、氣體擴(kuò)散層、流體流動(dòng)板和各種密封墊圈，以便保持流體密封性并且為膜的活性表面提供流體燃料和氧化劑的分配。在堆疊的每個(gè)端面，通常使用通過(guò)拉桿連接在一起的成對(duì)的壓力端板將堆疊保持在一起并且維持堆疊中電池上的壓縮。
[0003]最重要的是，通過(guò)端板施加至燃料電池堆的端部的壓力在堆疊的表面足夠均勻，使得堆疊的所有的單個(gè)部件相互之間被維持在適當(dāng)?shù)膲嚎s關(guān)系中。特別是密封墊圈，其在每個(gè)燃料電池的整個(gè)區(qū)域上必須被維持在適當(dāng)?shù)膲嚎s中以確保流體流動(dòng)路徑被適當(dāng)?shù)叵薅?，使得燃料?或氧化劑被正確地傳送至每個(gè)電池的活性表面并且不會(huì)泄露。
[0004]通常，通過(guò)提供能夠在堆疊端部的整個(gè)表面上維持足夠的超壓的結(jié)實(shí)并且堅(jiān)固的端板來(lái)維持均勻的壓力。這導(dǎo)致大而且重的端板以確保它們足夠堅(jiān)固，從而它們?cè)谒璧膲毫ο虏粫?huì)顯著變形并且不會(huì)不均勻地施加壓縮力。使用大而且重的端板導(dǎo)致燃料電池堆比理想的更重更大。替代方法是使用重量較輕的端板，但是需提供另外的機(jī)構(gòu)用于在施加壓縮力時(shí)減輕端板結(jié)構(gòu)變形的影響。
[0005]US 6040072中描述的方法是使用帶子或條帶圍繞著燃料電池堆，以便通過(guò)端板和控制壓縮負(fù)載分布的可調(diào)節(jié)元件陣列來(lái)傳輸負(fù)載，由此將夾緊機(jī)構(gòu)的尺寸和重量減到最小。
[0006]另一種方法描述于US 2006/0194094中，其使用了一種端板,所述端板具有朝向堆疊凸形地彎曲的壓力屏蔽罩和朝向壓力屏蔽罩凹形地彎曲的支撐板。支撐板充當(dāng)從凸形地彎曲的壓力屏蔽罩至燃料電池堆的下一個(gè)平坦元件的過(guò)渡元件，以便僅將所需的壓縮力傳輸至燃料電池堆的平坦元件。
[0007]這兩份文件都認(rèn)同了維持均勻壓力分布的重要性。然而，這兩份文件都提出了解決方案，所述解決方案涉及將另外的元件引入端板總成，以補(bǔ)償燃料電池堆總成被置于壓縮下時(shí)，端板的撓曲。
[0008]本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種使用重量較輕的端板，在燃料電池堆的端面上確保均勻的壓力分布的改進(jìn)的方法。本發(fā)明另一目標(biāo)是提供具有簡(jiǎn)化的構(gòu)造和降低的部件數(shù)量的燃料電池堆總成?？赏ㄟ^(guò)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)中的一些或全部。
[0009]根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種燃料電池堆總成，其包括:
[0010]呈堆疊形式的多個(gè)燃料電池，所述堆疊限定了兩個(gè)相對(duì)的平行端面；
[0011]在堆疊的每個(gè)相對(duì)的端面上的端板，每個(gè)端板限定了一個(gè)壓縮表面，所述壓縮表面鄰近兩個(gè)相對(duì)的平行端面中相應(yīng)的一個(gè)并且與其具有壓縮關(guān)系；
[0012]附接到端板由此維持堆疊中的燃料電池處于壓縮下的連接機(jī)構(gòu)；
[0013]其中，端板中的至少一個(gè)包括限定壓縮表面的預(yù)成形元件，所述預(yù)成形元件被配置成具有預(yù)定曲率，以使得當(dāng)預(yù)成形元件不處在負(fù)載下時(shí)，壓縮表面為凸形表面，而在施加負(fù)載以維持燃料電池處于壓縮下時(shí)，連接機(jī)構(gòu)的元件之間的預(yù)成形元件的撓曲使壓縮表面變成基本上平坦的表面。
[0014]連接機(jī)構(gòu)可包括成對(duì)的夾子，一個(gè)或每個(gè)夾子包括接合構(gòu)件，所述接合構(gòu)件被配置成與預(yù)成形元件中成對(duì)的對(duì)邊中的一個(gè)接合，一個(gè)或每個(gè)夾子被配置成沿著預(yù)成形元件中相應(yīng)的邊延伸。一個(gè)或每個(gè)夾子可沿著預(yù)成形元件的相應(yīng)的邊的大部分延伸。預(yù)成形元件可在鄰近成對(duì)的每個(gè)對(duì)邊的表面上具有凹部，用于接合和保留所述夾子中相應(yīng)的一個(gè)。一個(gè)或每個(gè)夾子可包括C形夾。預(yù)成形元件的壓縮表面沿著在所述成對(duì)的對(duì)邊之間延伸的線可為凸形的，并且沿著與所述成對(duì)的對(duì)邊平行延伸的線可為平坦的。一個(gè)或每個(gè)夾子可表現(xiàn)出足以使夾子能夠搭扣配合在預(yù)成形元件的相應(yīng)的凹形邊上的彈性特性。一個(gè)或每個(gè)夾子可在與堆疊的平行端面正交的平面中延伸，并且一個(gè)或每個(gè)夾子可被配置成表現(xiàn)出所述彈性特性，以在所述平面外撓曲。一個(gè)或每個(gè)夾子可沿著由堆疊的平行端面限定的平面之間的縱向軸線延伸，并且一個(gè)或每個(gè)夾子可被配置成表現(xiàn)出所述彈性特性，以沿著縱向軸線伸展。一個(gè)或每個(gè)夾子可包括沿著縱向軸線被配置成沿著縱向軸線提供彈性的曲折結(jié)構(gòu)。兩個(gè)所述端板都可包括如上述實(shí)例中的任何一個(gè)定義的預(yù)成形元件。
[0015]根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明提供裝配燃料電池堆總成的方法，所述方法包括:
[0016]以堆疊形式對(duì)多個(gè)燃料電池進(jìn)行分層，所述堆疊限定了兩個(gè)相對(duì)的平行端面；
[0017]在堆疊的每個(gè)相對(duì)的端面處安置端板，每個(gè)端板限定了鄰近兩個(gè)相對(duì)的平行端面中相應(yīng)的一個(gè)的壓縮表面，其中端板中的至少一個(gè)為具有預(yù)定曲率的預(yù)成形元件，以使得所述預(yù)成形元件未處在負(fù)載下時(shí)，壓縮表面為凸形表面；
[0018]將連接機(jī)構(gòu)附接到端板上，由此使端板壓縮表面與堆疊的相對(duì)的平行端面成壓縮關(guān)系，并且由此在維持堆疊中的燃料電池處于壓縮下，負(fù)載的施加引起至少一個(gè)預(yù)成形元件的撓曲，導(dǎo)致在裝配的電池堆總成的負(fù)載下，壓縮表面變成基本上平坦的表面。
[0019]根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明提供燃料電池堆總成，其包括:
[0020]呈堆疊形式的多個(gè)燃料電池，所述堆疊限定了兩個(gè)相對(duì)的平行端面；
[0021]在電池堆每個(gè)相對(duì)的端面上的端板，每個(gè)端板總成限定了一個(gè)壓縮表面，所述壓縮表面鄰近兩個(gè)相對(duì)的平行端面中對(duì)應(yīng)的一個(gè)并且與其具有壓縮關(guān)系；
[0022]連接機(jī)構(gòu)，所述連接機(jī)構(gòu)附接到端板，由此維持堆疊中的燃料電池處于壓縮下，其中連接機(jī)構(gòu)包括沿著由堆疊的平行端面限定的平面之間的縱向軸線延伸的夾子，并且每個(gè)夾子被配置成表現(xiàn)出所述彈性特性，以沿著所述縱向軸線伸展。
[0023]每個(gè)夾子可包括沿著縱向軸線被配置成沿著縱向軸線提供彈性的曲折結(jié)構(gòu)。
[0024]現(xiàn)將通過(guò)實(shí)例并且參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施方案，其中:
[0025]圖1示出了用于燃料電池堆的預(yù)成形端板的透視圖；
[0026]圖2示出了布置預(yù)成形端板和C形夾連接機(jī)構(gòu)的側(cè)開風(fēng)冷式燃料電池堆的透視圖；
[0027]圖3示出了圖2的側(cè)開風(fēng)冷式燃料電池堆的透視圖；以及
[0028]圖4示出了布置預(yù)成形端板和允許尺寸配合的可彎曲夾子的側(cè)開風(fēng)冷式燃料電池堆的透視圖；以及
[0029]圖5示出了用于允許尺寸配合的端板和夾子總成的透視圖。
[0030]雖然不排除其它，但是本公開中描述的燃料電池堆特別適合于電子消費(fèi)者產(chǎn)品中的燃料電池，在所述產(chǎn)品中，希望采用適于大量生產(chǎn)、減輕重量、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)并且減低成本的設(shè)計(jì)。此外，雖然不排除其它，但是本文中描述的總成特別適合于風(fēng)冷式或開放式陰極的燃料電池堆，所述燃料電池堆需要陰極總成的開放式連續(xù)入口以促進(jìn)陰極電極上的均勻?qū)恿鳉饬骱涂諝夥植肌？缭饺剂想姵囟阎嘘帢O總成的常規(guī)固定件，如拉桿或連接桿，可對(duì)氣流造成中斷。本文描述的燃料電池堆端板確保施加在燃料電池電極的表面區(qū)域上的均勻施加的壓緊壓力。
[0031]無(wú)需大型機(jī)械端板總成即可實(shí)現(xiàn)抵抗由電極上所需的均勻壓緊力產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)的這些益處。本文描述的結(jié)構(gòu)特別有利于小型化電子產(chǎn)品中所需的較小的堆疊總成，其中與燃料電池堆部分相比，端板總成可能變得大得不成比例。
[0032]在減少端板部件數(shù)量、從而需要最少制造加工并且使用相對(duì)較低科技材料的情況下，實(shí)現(xiàn)本文描述的燃料電池堆的設(shè)計(jì)。制造過(guò)程可為低成本機(jī)械化裝配過(guò)程，從而促進(jìn)可重復(fù)性。
[0033]本文描述的端板總成也提供了熱膨脹和收縮裕度。
[0034]參照?qǐng)D1，燃料電池堆的端板I各自包括彈性材料(如彈簧鋼)的單一預(yù)成形片材。圖1示出了燃料電池堆10、40的頂部端板1，如圖2至圖4中每一個(gè)圖所示。每個(gè)端板I包括承靠在燃料電池堆10的端面的壓縮面2，和背離燃料電池堆10的主體的外部面3(在圖1中示出的端板I的頂面)。每個(gè)端板I被制造成接近平坦的片材，但是其具有預(yù)成形曲率以使得當(dāng)端板無(wú)負(fù)載/未加偏壓時(shí)，壓縮面2(圖1中朝下的面)略微凸出。對(duì)于主要表面區(qū)域的厚度大體均勻的片材，外部(頂)面3將為凹形的。然而，如果端板I片材的厚度不均勻，那么外部(頂)面3將為平坦或凸形表面，雖然壓縮面2是凸形的。端板I也包括在兩個(gè)對(duì)邊中每一個(gè)上的接合面4，這將在下文中進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0035]圖2示出了穿過(guò)裝配的燃料電池堆10的截面圖，并且圖3示出了完整的燃料電池堆。成對(duì)的預(yù)成形端板I被示出在提供用于維持堆疊中的多個(gè)燃料電池板5彼此成壓縮平行關(guān)系的壓縮機(jī)構(gòu)的位置上。呈兩個(gè)C形夾6的形式的連接機(jī)構(gòu)維持端板處于正確位置。如圖3中可見(jiàn)，堆疊包括開放氣流面15 (前)和開放氣流面16 (后)。這些面提供開放陰極燃料電池堆的空氣入口面和空氣出口面。
[0036]特別的特征在于每個(gè)端板I是由足夠堅(jiān)硬但又有彈性的材料制成，以使得在組裝過(guò)程中，在燃料電池板5的所需壓縮負(fù)載下，使每個(gè)未加負(fù)載的凸形壓縮面2變成基本上平坦的布置。連接機(jī)構(gòu)(例如C形夾6)的施加導(dǎo)致每個(gè)端板I的撓曲，由此使得壓縮面2變得既是平坦的，又與彼此相對(duì)平行，由此在燃料電池堆的兩個(gè)端面7上施加正確的均勻壓力。每個(gè)預(yù)成形端板I平面外的厚度、硬度和彈性變形性經(jīng)過(guò)選擇以確保對(duì)堆疊10施加平坦并且均勻的壓力?？傊?，詞語(yǔ)“預(yù)成形”端板I旨在指示在無(wú)負(fù)載下，對(duì)端板給予預(yù)定曲率，以使得在所需的燃料電池堆總成壓緊壓力下，它們將呈現(xiàn)與彼此為平坦的且平行的關(guān)系。無(wú)負(fù)載下的預(yù)定曲率可經(jīng)過(guò)選擇以使得在裝配和試運(yùn)行期間，允許堆疊總成的首次磨合和穩(wěn)定。在燃料電池堆總成中，在試運(yùn)行之前或在試運(yùn)行期間，可能存在一段短的時(shí)間，在這段時(shí)間中堆疊例如由于每個(gè)層(如擴(kuò)散層或或各種墊圈)發(fā)生塑性變形而輕微壓縮。無(wú)負(fù)載下端板的預(yù)定曲率可被配置成與此相適應(yīng)，以使得在燃料電池堆試運(yùn)行后，它們呈現(xiàn)出與彼此平坦且平行的關(guān)系。
[0037]在裝配期間，在需要的總成尺寸下，將C形夾6施加到燃料電池堆的每條邊和每個(gè)端部上，由此有效地將端板I彼此錨定。一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)端板I包括用于與用于維持燃料電池堆處于壓縮下的連接機(jī)構(gòu)相接合的連接特征。在圖2至圖4中示出的結(jié)構(gòu)中，連接機(jī)構(gòu)包括C形夾6。每個(gè)端板I包括表面3的凹形的部分8，所述部分8沿著C形夾所要附接的兩個(gè)對(duì)邊13延伸。在示出的結(jié)構(gòu)中，凹形部分8在外部表面3中為“反向斜面”的形式。
[0038]C形夾6在每個(gè)彎曲端部11中具有與反向斜面角度一致的反向配準(zhǔn)角度，由此限定與端板I的凹形部分8相匹配的成角度的面12。這個(gè)角度為將C形夾接合到板上提供了搭扣配合，并且也對(duì)夾子6提供了抗污垢性，以便阻止夾子6從端板I意外脫離。
[0039]在圖2和圖3中可看到，C形夾6各自沿著預(yù)成形端板的對(duì)邊13，優(yōu)選沿著對(duì)邊13的大部分延伸，由此沿著對(duì)邊13的主要部分提供壓縮力。這確保了沿著對(duì)邊的均勻的壓縮力。然而，C形夾使氣流面15和氣流面16的全部表面區(qū)域暴露。C形夾可沿著對(duì)邊13延伸，使拐角部分14暴露，所述拐角部分14可用于允許電池電壓監(jiān)控薄片17從堆疊中的一個(gè)或多個(gè)電池5伸出來(lái)。這在仍維持氣流面15、氣流面16沒(méi)有阻礙的同時(shí)實(shí)現(xiàn)。在其它結(jié)構(gòu)中，C形夾無(wú)需沿著對(duì)邊13完全連續(xù)，而是可間斷，只要端板I上有足夠程度的保留作用以確保在端板上的裝配壓縮負(fù)載下，端板可維持在在平坦條件下即可。
[0040]在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，端板I中的預(yù)成形曲率在一個(gè)維度上沿著在具有接合面4的成對(duì)的對(duì)邊13之間延伸的線為凸形的，例如在X方向上，如圖2所示。相比之下，沿著與成對(duì)的對(duì)邊13平行延伸的線(例如在I方向上，如圖2所示)，在未加偏壓或加偏壓兩種狀態(tài)下，端板I為平坦的。因此夾子6僅需要使端板在兩端之間(沿著X方向)撓曲以賦予端板的平坦性。但是，在其它結(jié)構(gòu)中，凸度可以是在兩個(gè)維度上，例如沿著X和y兩個(gè)方向。
[0041 ] 雖然用于C形夾6接合至端板的接合機(jī)構(gòu)展示為端板I外部面3中的凹部8，但是所述配置可以逆轉(zhuǎn)以在端板I的外部面3中提供直立部分并且在C形夾彎曲端部11中提供相應(yīng)的凹部，或在C形夾6的端部提供鎖定凸耳用于與經(jīng)過(guò)的直立部分產(chǎn)生摩擦。技術(shù)人員能容易地實(shí)施提供保持力或適合的止動(dòng)器來(lái)保持C形夾在應(yīng)有的位置上的各種可能的結(jié)構(gòu)。
[0042]每個(gè)夾子6被配置成表現(xiàn)出足以使夾子6能夠搭扣配合在預(yù)成形端板的相應(yīng)的凹形邊上的彈性特性。這種彈性特性優(yōu)選地包括夾子在堆疊10的對(duì)邊13之間延伸的縱向平面之外撓曲。這種撓曲有效地打開了由彎曲端部11界定的C形夾的“夾爪”。因此，一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)C形夾6在與堆疊10的平行端面7正交的平面中延伸，并且每個(gè)C形夾6被配置成表現(xiàn)出彈性特性以在所述平面外撓曲。
[0043]圖2和圖3展示了僅以四個(gè)部件就可提供整個(gè)燃料電池端板總成和連接機(jī)構(gòu)，所述部件經(jīng)過(guò)特別制造，以使得在正確的壓縮負(fù)載下，可在堆疊的平行端面的整個(gè)表面區(qū)域上施加均勻的壓力。這代表了相當(dāng)大的成本節(jié)約，并且使得制造和裝配變得簡(jiǎn)單，而在以上提及的現(xiàn)有技術(shù)的描述中，端板總成是復(fù)雜和多部件的。
[0044]在運(yùn)行燃料電池堆時(shí)，隨著電池的電負(fù)載，電池出現(xiàn)發(fā)熱。在正常運(yùn)行期間，這引起燃料電池堆的熱膨脹和收縮。通過(guò)使端板I部件處于緩沖懸掛狀態(tài)下來(lái)適應(yīng)燃料電池堆的熱膨脹和收縮。在圖2和圖3的設(shè)計(jì)中，C形夾固定端部可能在尺寸上更受約束，但是這是在燃料電池板的歧管區(qū)域上的并且因此具有非常有限的效果。然而，可制作更先進(jìn)的C形夾設(shè)計(jì)以適應(yīng)更大的燃料電池堆的熱膨脹裕度和收縮裕度。這類設(shè)計(jì)在圖4中示出。
[0045]圖4示出了燃料電池堆40，其中每個(gè)C形夾41被制成包括一系列狹縫42和彎曲43的曲折結(jié)構(gòu)以允許C形夾41的縱向彈性膨脹和收縮。應(yīng)這樣設(shè)計(jì)曲折結(jié)構(gòu)，以使其能提供適當(dāng)程度的膨脹和收縮，理想地匹配在正常熱循環(huán)下燃料電池堆所需的程度，同時(shí)維持對(duì)預(yù)成形端板I的最優(yōu)或接近最優(yōu)的壓縮力，以使得它們與燃料電池堆的相應(yīng)端面7維持基本上平面的平行關(guān)系。在其它方面，C形夾41的設(shè)計(jì)選擇和替換方案可跟與結(jié)合圖2和圖3中的C形夾6描述的那些相似。
[0046]—般來(lái)說(shuō)，每個(gè)C形夾41沿著由堆疊40的平行端面7限定的平面之間的縱向軸線延伸，并且每個(gè)C形夾41被配置成表現(xiàn)出彈性特性以沿著縱向軸線撓曲(即伸展)。
[0047]可通過(guò)圖4中示出的曲折結(jié)構(gòu)的替代方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這種一般性方面。例如，C形夾可被實(shí)施為在平面外具有孔或輪廓而不是狹縫的結(jié)構(gòu)，從而在燃料電池堆熱循環(huán)下允許縱向膨脹和收縮。
[0048]接合夾子與預(yù)成形端板I的替代方法可包括點(diǎn)焊、螺紋固定件、鉚釘?shù)取?br> [0049]提供附接到預(yù)成形端板上以維持堆疊中的燃料電池處于壓縮下的連接機(jī)構(gòu)的替代方法包括點(diǎn)焊條或桿、螺紋固定件、鉚釘或條帶/帶子。
[0050]在其它情況下，可使用以下一般性方面，其中每個(gè)C形夾41沿著由燃料電池堆40的平行端面限定的平面之間的縱向軸線延伸，并且每個(gè)C形夾被配置成表現(xiàn)出彈性特性以沿著縱向軸線撓曲(即伸展)。例如，參照?qǐng)D5，并且示出端板和壓縮總成50，其中C形夾51包括多于一個(gè)的曲折結(jié)構(gòu)52,所述曲折結(jié)構(gòu)52包括一系列狹縫53和彎曲54,從而允許C形夾51的縱向彈性膨脹和收縮。與圖4中的實(shí)施例相同，應(yīng)這樣設(shè)計(jì)曲折結(jié)構(gòu)52，以使其能提供適當(dāng)程度的膨脹和收縮，理想地匹配在正常熱循環(huán)下燃料電池堆需要的程度，同時(shí)在端板55上維持最優(yōu)或接近最優(yōu)的壓縮力，以使得它們與燃料電池(未在圖5中示出)的相應(yīng)端面維持基本上平面的平行關(guān)系。
[0051]在其它情況下還可使用以下一般性方面作為替代端板結(jié)構(gòu)(如在圖5中示出者)，其中每個(gè)C形夾41沿著由燃料電池堆的平行端面40限定的平面之間的縱向軸線延伸，并且每個(gè)C形夾被配置成表現(xiàn)出彈性特性，以沿著縱向軸線撓曲(即伸展)。端板55可包括多部件端板，所述多部件端板包括主板56和在壓縮下緊靠主板的從板57。
[0052]本文描述的預(yù)成形端板的另一個(gè)益處在于，端板的質(zhì)量與常規(guī)的重型端板相比較輕避免了在堆疊的每個(gè)端部具有大的熱質(zhì)量。堆疊每個(gè)端部的大的熱質(zhì)量可導(dǎo)致在加熱和冷卻堆疊中一個(gè)或多個(gè)鄰近端板的電池時(shí)出現(xiàn)熱滯后。這可能對(duì)滯后電池的性能產(chǎn)生不良影響。本文所述的預(yù)成形的、輕重量的端板可被配置成對(duì)堆疊中最端部的電池幾乎不具有熱效應(yīng)，由此使堆疊中的電極的動(dòng)態(tài)熱響應(yīng)連成一體，并且防止其中的熱滯后。進(jìn)一步的結(jié)果就是可能不需要隔熱層。作為另一個(gè)替代方案，可對(duì)預(yù)成形端板進(jìn)行熱控制，由此也使與更大型端板相關(guān)聯(lián)的熱滯后減少。
[0053]其它實(shí)施方案意欲在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池堆總成，其包括: 呈堆疊形式的多個(gè)燃料電池，所述堆疊限定了兩個(gè)相對(duì)的平行端面； 在堆疊的每個(gè)相對(duì)的端面處的端板，每個(gè)端板限定了壓縮表面，所述壓縮表面鄰近所述兩個(gè)相對(duì)的平行端面中相應(yīng)的一個(gè)并且與其具有壓縮關(guān)系； 連接機(jī)構(gòu)，所述連接機(jī)構(gòu)附接到所述端板，由此維持所述堆疊中的所述燃料電池處于壓縮下； 其中所述端板中的至少一個(gè)包括限定所述壓縮表面的預(yù)成形元件，所述預(yù)成形元件被配置成具有預(yù)定曲率，以使得當(dāng)所述預(yù)成形元件不在負(fù)載下時(shí)，所述壓縮表面為凸形表面，而在施加負(fù)載以維持所述燃料電池處于壓縮下時(shí)，所述連接機(jī)構(gòu)的元件之間的所述預(yù)成形元件的撓曲使所述壓縮表面變成基本上平坦的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆總成，其中所述連接機(jī)構(gòu)包括成對(duì)的夾子，每個(gè)夾子包括接合構(gòu)件，所述接合構(gòu)件被配置成與所述預(yù)成形元件中成對(duì)的對(duì)邊中的一個(gè)接合，每個(gè)夾子被配置成沿著所述預(yù)成形元件的相應(yīng)的邊延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池堆總成，其中每個(gè)夾子沿著所述預(yù)成形元件的相應(yīng)的邊的大部分延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池堆總成，其中所述預(yù)成形元件在鄰近所述成對(duì)的對(duì)邊中的每一個(gè)的表面上具有凹部，用于接合和保留所述夾子中相應(yīng)的一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池堆總成，其中每個(gè)夾子包括C形夾。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池堆總成，其中所述預(yù)成形元件的所述壓縮表面沿著所述成對(duì)的對(duì)邊之間延伸的線為凸形的，并且所述壓縮表面沿著與所述成對(duì)的對(duì)邊平行延伸的線為平坦的。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池堆總成，其中每個(gè)夾子表現(xiàn)出足以使所述夾子能夠搭扣配合在所述預(yù)成形元件的相應(yīng)的凹形邊上的彈性特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池堆總成，其中每個(gè)夾子在與所述堆疊的所述平行端面正交的平面中延伸，并且每個(gè)夾子被配置成表現(xiàn)出所述彈性特性以在所述平面外撓曲。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池堆總成，其中每個(gè)夾子沿著由所述堆疊的所述平行端面限定的平面之間的縱向軸線延伸，并且每個(gè)夾子被配置成表現(xiàn)出所述彈性特性以沿著所述縱向軸線伸展。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料電池堆總成，其中每個(gè)夾子包括沿著所述縱向軸線被配置成沿著所述縱向軸線提供彈性的曲折結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆總成，其中所述端板兩者都包括如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的預(yù)成形元件。
12.—種裝配燃料電池堆總成的方法，所述方法包括: 以堆疊形式對(duì)多個(gè)燃料電池進(jìn)行分層，所述堆疊限定了兩個(gè)相對(duì)的平行端面； 在所述堆疊的每個(gè)相對(duì)的端面處安置端板，每個(gè)端板限定了鄰近所述兩個(gè)相對(duì)的平行端面中相應(yīng)的一個(gè)的壓縮表面，其中所述端板中的至少一個(gè)為具有預(yù)定曲率的預(yù)成形元件，以使得所述預(yù)成形元件未處在負(fù)載下時(shí)，所述壓縮表面為凸形表面； 將連接機(jī)構(gòu)附接到所述端板上，由此使所述端板壓縮表面與所述堆疊的所述相對(duì)的平行端面成壓縮關(guān)系，并且由此維持所述堆疊中的所述燃料電池處于壓縮下，所述負(fù)載的施加引起至少一個(gè)預(yù)成形元件的撓曲，導(dǎo)致在裝配的電池堆總成的所述負(fù)載下，所述壓縮表面變成基本上平坦的表面。
13.—種燃料電池堆總成,其包括: 呈堆疊形式的多個(gè)燃料電池，所述堆疊限定了兩個(gè)相對(duì)的平行端面； 在所述電池堆的每個(gè)相對(duì)的端面上的端板，每個(gè)端板總成限定了一個(gè)壓縮表面，所述壓縮表面鄰近所述兩個(gè)相對(duì)的平行端面中對(duì)應(yīng)的一個(gè)并且與其具有壓縮關(guān)系； 連接機(jī)構(gòu)，所述連接機(jī)構(gòu)附接到所述端板，由此維持所述堆疊中的所述燃料電池處于壓縮下，其中所述連接機(jī)構(gòu)包括沿著由所述堆疊的所述平行端面限定的平面之間的縱向軸線延伸的夾子，并且每個(gè)夾子被配置成表現(xiàn)出所述彈性特性以沿著所述縱向軸線伸展。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料電池堆總成，其中每個(gè)夾子包括沿著所述縱向軸線被配置成沿著所述縱向軸線提供彈性的曲折結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01M8/10GK104350639SQ201380023099
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月1日
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