用于提供均匀的燃料电池堆栈结构的方法和装置制造方法及图纸

一种按照叠置结构形式布置以形成燃料电池组件（２４）的电化学燃料电池堆栈（２０）。该组件插在至少一个隔板（５２）与第一（４５）和第二（５８）端板之间。所述端板保持固定间隔关系，以便让这些端板向燃料电池组件施加压缩力。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提供均匀的燃料电池堆栈结构的方法和装置专利
本专利技术涉及燃料电池，具体涉及按堆栈方式布置、并保持压缩形式的燃料电池。专利技术背景燃料电池堆栈一般包括多个燃料电池，它们一个叠在另一个上，相互间保持压缩形式。这多个叠置的燃料电池形成了被压缩成让多个燃料电池保持压缩关系的燃料电池组件。一般而言，每个燃料电池都包括阳极层、阴极层、以及夹在所述阳极层和所述阴极层之间的电解质。该燃料电池组件需要相当大的压缩力将该堆栈的燃料电池压在一起。需要压缩力是因为燃料电池内存在的反应物的内部气体产生压力以及对保持电池的内部部件之间良好电接触的需要。概括而言，每个面积单位的力总共约为195-205psi，这个力均匀地分布在电池的整个有效区域(对于车用大小的堆栈来说，一般是77-155平方英寸)上。于是，对于面积约80平方英寸的燃料电池来说，该尺寸堆栈的总压缩力一般约为15500到16500磅。现有技术的典型燃料电池堆栈结构聚焦于采用刚性端板和连杆向燃料电池组件施加并保持压缩力。将要被压缩的燃料电池组件夹在一对刚性端板之间。然后用穿过这些端板延伸的连杆将端板压在一起，并向端板施加压缩力。为了实现对燃料电池组件的理想压缩，一般都采用该种结构和其它类似结构来改变燃料电池堆栈结构的长度。另外，已在燃料电池中采用的电解质薄膜约0.007英寸厚，它会随着时间过去而滑动或应力松弛，因此需要进一步压缩燃料电池堆栈结构，以保持燃料电池组件上的理想压缩力。当今的燃料电池组件利用0.018微米厚、经过加强的薄膜。结果，滑动或应力松弛要低得多，所以不再象现有技术的燃料电池组件中那样成为一个大问题。于是，采用了新型、较薄、经过加强的薄膜的燃料电池组件在一段时间以后不再要求因薄膜的松弛或应力释放而进一步被压缩。燃料电池堆栈结构可用于多种用途。因为使用燃料电池堆栈结构-->的空间的体积一般是固定的，例如汽车或公共汽车中，因此如果燃料电池堆栈结构的尺寸均匀、进而能更换不同的燃料电池堆栈结构是很理想的。于是，理想的是提供长度均匀的燃料电池堆栈结构。另外，理想的是构造并提供一种燃料电池堆栈结构，不管燃料电池组件所包含的燃料电池数目如何，该燃料电池堆栈的长度都是均匀的，而且还向燃料电池组件的有效区域施加了理想的压缩荷载。因为当前的燃料电池堆栈结构利用薄而又经过增强的薄膜，该薄膜基本上没有空间滑动和应力松弛，因此现在对于燃料电池堆栈结构来说，其它压缩荷载方式也是可行的。这些压缩荷载技术能让燃料电池堆栈结构的尺寸均匀。另外，因为燃料电池组件和加强薄膜的性能很好了解，因此对燃料电池组件进行压缩、以在燃料电池组件的有效区域上获得给定压缩荷载的距离能通过燃料电池组件所包含的燃料电池数目来确定。与现有技术中对燃料电池堆栈结构进行压缩、直到向有效区域施加了预定压缩荷载的方式不同的是，这能在组装燃料电池堆栈结构时使用固定压缩距离。专利技术概述本专利技术涉及用于提供均匀的燃料电池堆栈结构的装置和方法。另外，本专利技术涉及可与固定负荷相比的将燃料电池组件压缩固定距离的方法。本专利技术的电化学燃料电池堆栈包括多个以叠置结构方式布置以形成燃料电池组件的燃料电池。该燃料电池组件具有相对的第一和第二端，这两端之间具有长度。第一和第二端板布置在与燃料电池组件的对应第一和第二端相邻的位置。第一和第二端板保持预定距离的固定间隔关系，由此第一和第二端板沿长度方向向燃料电池组件施加压缩力。在第一端板和燃料电池组件的第一端之间夹有至少一个隔板。该至少一个隔板的大小被构造成让第一和第二端板施加在燃料电池组件上的压缩力具有预定大小。制造本专利技术的预定长度的电化学燃料电池堆栈的方法包括以下步骤：1)为具有燃料电池组件的燃料电池堆栈选择预定长度；2)用预定压缩荷载压缩燃料电池组件；3)确定被压缩的燃料电池组件的压缩长度；4)计算燃料电池堆栈中可用于被压缩的燃料电池组件的空间长-->度与被压缩的燃料电池组件的压缩长度之差；5)除去燃料电池组件的预定压缩荷载；6)将厚度基本上等于计算差值的至少一个隔板设置在燃料电池堆栈中；7)向燃料电池堆栈施加压缩荷载，以便将燃料电池堆栈压缩到预定长度；8)以固定间隔关系固定燃料电池堆栈的第一和第二端板，以将燃料电池堆栈基本上保持在预定长度，由此在除去燃料电池堆栈上所施加的压缩荷载后，在燃料电池组件上仍施加有压缩力；以及9)从燃料电池堆栈上除去所施加的压缩荷载。上述方法在提供预定固定长度的燃料电池堆栈的同时，保持了燃料电池组件的有效面积上的理想压缩荷载。在本专利技术的另一方面中，上述方法的步骤2、3和4可以修改，从而提供了制造预定长度的电化学燃料电池堆栈的不同的方法。将上述步骤改为包括以下步骤：2)用预定的压缩荷载压缩燃料电池堆栈；3)确定被压缩的燃料电池堆栈的长度；以及4)计算被压缩的燃料电池堆栈的预定长度与确定长度之间的差值。本专利技术的原理还提供了一种通过将燃料电池组件和/或燃料电池堆栈压缩预定距离来制造电化学燃料电池堆栈的方法。该方法包括以下步骤：1)确定对具有燃料电池组件的燃料电池堆栈进行压缩的预定距离；2)向燃料电池堆栈施加压缩荷载，以便将燃料电池堆栈压缩预定距离；3)以固定的间隔关系固定燃料电池堆栈的第一和第二端板，从而让第一和第二端板保持被压缩到预定距离的燃料电池堆栈，由此在除去压缩荷载以后，燃料电池组件上仍施加有压缩力；以及4)除去燃料电池堆栈的压缩荷载。在本专利技术的另一方面中，公开了一种制造预定长度的电化学燃料电池堆栈的方法。该方法包括以下步骤：1)为具有燃料电池组件的燃料电池堆栈选择预定长度；2)确定对具有燃料电池组件的燃料电池堆栈进行压缩、以便向燃料电池组件施加预定大小的压缩力的预定距离；3)计算作为所述预定长度和所述预定距离的函数的隔板厚度；4)将具有所述隔板厚度的至少一个隔板设置在燃料电池堆栈中；5)向燃料电池堆栈施加压缩荷载，从而将燃料电池堆栈基本上压缩到预定长度；6)以固定间隔关系固定燃料电池堆栈的第一和第二端板，于是第一和第二端板保持被压缩到预定长度的燃料电池堆栈，由此在除去压缩荷载后，燃料电池组件上还施加有基本已知大小的压缩力；以及7)-->从燃料电池堆栈上除去压缩荷载。通过下面提供的详细描述将使本专利技术的其它应用范围变得明显。应当理解的是，详细描述和具体例子虽然都表示本专利技术的优选实施例，但认为它们仅用于说明目的，而不是对本专利技术范围的限制。附图的简要说明通过详细描述和附图，将使本专利技术变得更容易充分理解，附图中：图1是本专利技术的电化学燃料电池堆栈的透视图；图2是沿图1中电化学燃料电池堆栈的剖面线2-2剖开的简化剖视图；图3是图1电化学燃料电池堆栈的部分分解透视图，它表示侧板与该电化学燃料电池堆栈的结合；图4是表示燃料电池细节的简化不完全视图；图5A-5G是本专利技术的电化学燃料电池堆栈的端板和隔板的各种结构的剖视图；图6A是依照本专利技术原理的端板的成型内表面的平面图；图6B是沿图6A的端板的剖面线B-B剖开的剖视图；图6C是沿图6A的端板的剖面线C-C剖开的剖视图；图7A-7B是本专利技术的电化学燃料电池堆栈的端部组件的不完全剖视图，它表示结合这些端板组件的部件的各种方式；图8是本专利技术的电化学燃料电池堆栈中采用的隔板的透视图，它表示利用孔来减轻隔板重量；图9A-9B是图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学燃料电池堆栈，该堆栈包括：多个以叠置结构方式布置以形成燃料电池组件的燃料电池，所述燃料电池组件具有相对的第一和第二端，这两端之间具有长度；第一和第二端板，所述第一和第二端板分别布置在与所述燃料电池组件的所述第一和第 二端相邻的位置，所述第一和第二端板以预定距离的固定间隔关系被保持，由此所述第一和第二端板沿所述长度方向向所述燃料电池组件施加压缩力；以及插在所述第一端板和所述燃料电池组件的第一端之间的至少一个隔板，所述至少一个端板的尺寸被构造成能让 所述第一和第二端板向所述燃料电池组件施加的所述压缩力具有预定大小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-4-30 10/136,975;US 2002-4-30 10/136,781;US1.一种电化学燃料电池堆栈，该堆栈包括：多个以叠置结构方式布置以形成燃料电池组件的燃料电池，所述燃料电池组件具有相对的第一和第二端，这两端之间具有长度；第一和第二端板，所述第一和第二端板分别布置在与所述燃料电池组件的所述第一和第二端相邻的位置，所述第一和第二端板以预定距离的固定间隔关系被保持，由此所述第一和第二端板沿所述长度方向向所述燃料电池组件施加压缩力；以及插在所述第一端板和所述燃料电池组件的第一端之间的至少一个隔板，所述至少一个端板的尺寸被构造成能让所述第一和第二端板向所述燃料电池组件施加的所述压缩力具有预定大小。2.根据权利要求1所述的堆栈，其中所述至少一个隔板具有多个开口，从而使得所述至少一个隔板具有减轻的重量。3.根据权利要求1所述的堆栈，其中所述至少一个隔板是不导电的。4.根据权利要求3所述的堆栈，它还包括插在所述至少一个隔板和所述燃料电池组件的所述第一端之间的端接板，所述至少一个隔板将所述端接板与所述第一端板隔开，从而将所述端接板与所述第一端板电绝缘。5.根据权利要求1所述的堆栈，其中所述燃料电池组件的所述第一端是所述燃料电池组件的干端。6.根据权利要求1所述的堆栈，它还包括多块隔板，所述多个隔板中的每块隔板都设置在所述第一和第二端板中的至少一个端板与所述燃料电池组件之间。7.根据权利要求1所述的堆栈，其中所述至少一个隔板是塑料。8.一种制造预定长度的电化学燃料电池堆栈的方法，该方法包括以下步骤：为具有燃料电池组件的燃料电池堆栈选择预定长度；利用预定载荷压缩所述燃料电池组件；确定所述被压缩的燃料电池组件的压缩长度；计算所述燃料电池堆栈中可用于所述被压缩的燃料电池组件的空间长度与所述被压缩的燃料电池组件的所述被压缩长度之差；-->从所述燃料电池组件上除去所述预定压缩载荷；将厚度基本上等于所述计算差值的至少一个隔板设置在所述燃料电池堆栈中；向所述燃料电池堆栈施加压缩载荷，以便将所述燃料电池堆栈压缩到所述预定长度；将所述燃料电池堆栈的第一和第二端板以固定的间隔关系固定，以将燃料电池堆栈保持在所述预定长度，由此在除去了所述施加在所述燃料电池堆栈上的压缩载荷后，在所述燃料电池组件上施加压缩力；以及从所述燃料电池堆栈上除去所述施加的压缩载荷。9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述被压缩的燃料电池组件的压缩长度的步骤包括测量所述被压缩的燃料电池组件的所述压缩长度。10.根据权利要求8所述的方法，其中压缩所述燃料电池组件的步骤包括利用所述预定的压缩载荷压缩所述燃料电池堆栈。11.根据权利要求10所述的方法，其中确定所述被压缩的燃料电池组件的压缩长度的步骤包括测量所述被压缩的燃料电池组件的所述压缩长度。12.根据权利要求10所述的方法，其中确定所述被压缩的燃料电池组件的压缩长度的步骤包括：测量所述被压缩的燃料电池堆栈的长度，并计算所述燃料电池组件的所述压缩长度。13.根据权利要求8所述的方法，其中设置至少一个隔板的步骤包括将所述至少一个隔板设置在所述燃料电池组件的干端和与所述燃料电池组件的干端相邻的端板之间。14.根据权利要求8所述的方法，其中设置至少一个隔板的步骤包括将所述至少一个隔板设置在与第一和第二端板中的至少一个相邻的端接板和所述燃料电池组件之间。15.根据权利要求8所述的方法，其中将所述燃料电池堆栈的第一和第二端板以固定的间隔关系固定的步骤包括让至少一个侧板与所述燃料电池堆栈的所述第一和第二端板相连。16.一种制造预定长度的电化学燃料电池堆栈的方法，该方法包括以下步骤：-->为具有燃料电池组件的燃料电池堆栈选择预定长度；利用预定压缩载荷压缩所述燃料电池堆栈；确定所述被压缩的燃料电池堆栈的压缩长度；计算所述被压缩的燃料电池堆栈的所述预定长度与所述压缩长度之差；从所述燃料电池堆栈上除去所述预定压缩载荷；将厚度基本上等于所述计算差值的至少一个隔板设置在所述燃料电池堆栈中；向所述燃料电池堆栈施加压缩载荷，以便将所述燃料电池堆栈压缩到所述预定长度；将所述燃料电池堆栈的第一和第二端板以固定的间隔关系固定，以将燃料电池堆栈保持在所述预定长度，由此在除去了所述施加在所述燃料电池堆栈上的压缩荷载后，在所述燃料电池组件上施加压缩力；以及从所述燃料电池堆栈上除去所述施加的压缩载荷。17.根据权利要求16所述的方法，其中设置至少一个隔板的步骤包括将所述至少一个隔板设置在所述燃料电池组件的干端和与所述燃料电池组件的所述干端相邻的端板之间。18.根据权利要求16所述的方法，其中设置至少一个隔板的步骤包括将所述至少一个隔板设置在与所述第一和第二端板中的至少一个相邻的端接板与所述燃料电池组件之间。19.根据权利要求16所述的方法，其中将所述燃料电池堆栈的第一和第二端以固定的间隔关系固定的步骤包括将至少一个侧板与所述燃料电池堆栈的所述第一和第二端板连接起来。20.一种制造在燃料电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA罗克，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]