具有改進堆疊中壓力分布的端板總成的燃料電池堆的製作方法
2023-10-20 01:29:22 1
具有改進堆疊中壓力分布的端板總成的燃料電池堆的製作方法
【專利摘要】燃料電池堆總成包括呈堆疊形式的多個燃料電池，所述堆疊限定兩個相對平行端面。端板總成被提供在所述堆疊的每個相對端面處。所述端板總成連接在一起，從而維持所述堆疊中的所述燃料電池受壓縮。所述端板總成中的至少一個包括：限定主壓縮面的主板，所述主壓縮面具有第一部分和第二部分；限定第一從壓縮面的第一從板；以及限定第二從壓縮面的第二從板。所述第一從壓縮面面向所述主壓縮面的所述第一部分，並且在組裝時與所述第一部分成壓縮關係，並且所述第二從壓縮面面向所述主壓縮面的所述第二部分，並且在組裝時也與所述第二部分成壓縮關係。
【專利說明】
具有改進堆疊中壓力分布的端板總成的燃料電池堆[0001 ] 本發明涉及適於組裝電化學燃料電池堆的方法和設備。
[0002]燃料電池堆包括逐層堆積成堆疊布置的一系列單個燃料電池。每個電池本身可包括各種層狀部件，如聚合物電解質膜、氣體擴散層、流體流動板和各種密封墊圈，以便維持流體密封性並且為膜的活性表面提供流體燃料和氧化劑的分配。在堆疊的每個端面處，通常使用通過連杆連接在一起的成對的壓力端板將堆疊保持在一起並且維持對堆疊中電池的壓縮。
[0003]最重要的是，通過端板施加至燃料電池堆的端部的壓力跨堆疊的表面足夠均勻，使得堆疊的所有單個部件彼此維持適當的壓縮關係中。尤其必須跨每個燃料電池的整個區域維持密封墊圈的適當壓縮，以確保流體流動路徑被適當地限定，使得燃料和/或氧化劑正確地運送至每個電池的活性表面並且不會洩露。
[0004]通常，通過提供能夠跨堆疊端部的整個表面維持足夠過量壓力的結實並且堅固的端板來維持均勻的壓力。這導致大而重的端板以確保它們足夠堅固，從而它們在所需壓力下不會顯著變形並且不會不均勻地施加壓縮力。使用大而重的端板導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構用於在施加壓縮力時減輕端板結構變形的影響。這種機構可為定位在端板與第一內堆疊部件之間中心的墊板。
[0005]US 2006/0194094中描述的一種方法使用一種端板，所述端板具有朝向堆疊和軸承板凸形彎曲的壓力罩，所述軸承板充當過渡元件以便將壓縮力傳送至燃料電池堆的平坦元件。這個文件可以說是對維持均勻壓力分布的重要性有了認識。
[0006]存在的問題是:如何維持通過燃料電池堆的均勻壓縮關係，同時還允許流體分配至堆疊中的燃料電池。此外，如上所述最小化端板的大小和重量對用於某些應用的更小燃料電池堆的併入是合乎需要的。
[0007]本發明的目標為提供確保跨燃料電池堆端面的良好壓力分布的改進方式，同時提供將所需流體供應至燃料電池的靈活性。
[0008]根據一方面，本發明提供一種燃料電池堆總成，所述燃料電池堆總成包括:呈堆疊形式的多個燃料電池，所述堆疊限定兩個相對平行端面；在所述堆疊的每個相對端面處的端板總成，所述端板總成連接在一起，從而維持所述堆疊中的燃料電池受壓縮；其中所述端板總成中的至少一個包括:
[0009]限定主壓縮面的主板，所述主壓縮面具有第一部分和第二部分；
[0010]限定第一從壓縮面的第一從板；
[0011 ] 限定第二從壓縮面的第二從板，
[0012]所述第一從壓縮面面向所述主壓縮面的第一部分，並且在組裝時與所述第一部分成壓縮關係，
[0013]所述第二從壓縮面面向所述主壓縮面的第二部分，並且在組裝時與所述第二部分成壓縮關係。
[0014]從板中的至少一個可在至少一側上從主板側向延伸從而限定側向延伸部分，所述側向延伸部分包括與流體分配廊道(gallery)連通的至少一個流體分配埠，所述流體分配廊道穿過堆疊中的多個燃料電池或沿著堆疊中的多個燃料電池。
[0015]第一從板和第二從板可在至少一側上從主板側向延伸,所述第一從板和第二從板中的每一個從而限定側向延伸部分，並且每個側向延伸部分包括與流體分配廊道連通的至少一個流體分配埠，所述流體分配廊道穿過堆疊中的多個燃料電池或沿著堆疊中的多個燃料電池。
[0016]至少一個流體分配埠可包括燃料分配埠、水分配埠、氧化劑分配埠和冷卻劑流體分配埠中的至少一個。第一從板和第二從板分別可包括不同構造的流體分配埠。第一從板可限定燃料分配埠和水分配埠中的至少一個來作為至少一個流體分配埠，並且第二從板可限定氧化劑分配埠和冷卻劑流體分配埠中的至少一個來作為至少一個流體分配埠。
[0017]主壓縮面的第一部分和第二部分可相對於彼此成第一角度，並且第一從壓縮面和第二從壓縮面可彼此成第二角度。第一角度可為優角並且第二角度可為鈍角，或第一角度可為鈍角並且第二角度可為優角。
[0018]第一角度和第二角度可被選擇來使得主壓縮面的第一部分和第二部分以及相應地第一從壓縮面和第二從壓縮面在施加負載至端板總成之前為非平行的，而在施加負載以便維持燃料電池受壓縮時，主板中的彎矩可引起主壓縮面的第一部分和第一從壓縮面通過主板的變形而彼此形成平行關係，並且引起主壓縮面的第二部分和第二從壓縮面通過主板的變形而彼此形成平行關係。
[0019]第一角度可大於180度，以使得主壓縮面限定凸形表面。凸形表面可被構造來使得在施加負載以便維持燃料電池受壓縮時，主板中的彎矩引起主壓縮面的第一部分和第一從壓縮面通過主板的變形而彼此形成平行關係，並且主壓縮面的第二部分和第二從壓縮面通過主板的變形而彼此形成平行關係。
[0020]第二角度可大於180度，以使得第一從壓縮面和第二從壓縮面一起限定凸形表面。凸形表面可被構造來使得在施加負載以便維持燃料電池受壓縮時，主板中的彎矩引起主壓縮面的第一部分與第一從壓縮面，以及主壓縮面的第二部分與第二從壓縮面通過主板的變形而彼此形成平行關係。
[0021]主壓縮面的第一部分和第二部分兩者可形成連續凸形表面的部分，並且第一從壓縮面和第二從壓縮面可為連續的，以便通過使第一從板和第二從板沿一個邊緣彼此抵接來形成凹形表面。
[0022]主板可由金屬材料形成。從板可由非金屬材料形成。
[0023]兩個端板總成都可包括主板以及第一從板和第二從板。
[0024]多個連杆可被布置來穿過燃料電池堆的相對端部處的第一從板和第二從板的側向延伸部分。連杆可被構造來將端板總成連接在一起，從而維持堆疊中的燃料電池受壓縮。多個連杆可從至少一個流體分配埠向內鄰近多個燃料電池定位，以便維持燃料電池堆受壓縮。
[0025]根據另一方面，本發明提供形成燃料電池堆總成的方法，所述方法包括:形成呈堆疊形式的多個燃料電池，所述堆疊限定兩個相對平行端面；將端板總成的第一從板和第二從板定位在所述堆疊的一個端面處，所述第一從板和第二從板各自具有面向所述堆疊外部的相應第一從壓縮面和第二從壓縮面；將限定主壓縮面的主板定位在所述堆疊的端面處，以使得所述主壓縮面鄰近所述第一從壓縮面和第二從壓縮面；將第二端板總成定位在所述堆疊的相對端面處；以及，將所述端板總成連接在一起，以便使第一從壓縮面和第二從壓縮面與所述主壓縮面成壓縮關係，並且維持所述堆疊受壓縮。
[0026]附圖簡述
[0027]現將藉助實例並且參照附圖來描述本發明的實施方案，在附圖中:
[0028]圖1示出主板和五對示例性第一從板和第二從板的透視分解圖，每對板具有不同的流體分配埠；
[0029]圖2示出主板以及第一從板和第二從板的透視截面圖，示出了在組裝的燃料電池堆中的三個元件的相對位置；
[0030]圖3a示出示例性燃料電池堆總成的前部透視圖；
[0031]圖3b示出圖3a的燃料電池堆總成的後部透視圖；
[0032]圖3c示出圖3a和3b的燃料電池堆總成的後視圖；
[0033]圖4a示出具有凸形主壓縮面和第一優角θ μ的主板，以及具有在第一從壓縮面與第二從壓縮面之間的鈍角Θ s的第一從板和第二從板的示意性橫截面圖；以及
[0034]圖4b不出具有凹形主壓縮面和第一鈍角θ μ的主板，以及具有在第一從壓縮面與第二從壓縮面之間的優角Θ s的第一從板和第二從板的示意性橫截面圖；以及
[0035]圖5示出適用於形成燃料電池堆總成的方法的流程圖。
[0036]燃料電池堆總成的基本原理為單極/雙極燃料電池板彼此的平行關係。跨電極維持的均勻接觸力有助於達到最佳電極性能。端板(其可為端板總成)為控制堆疊總成中的平行關係的重要部件，但是一旦負載被施加至端板，所述端板自身將很可能經受物理變形，以便維持燃料電池堆受壓縮，並且使燃料電池形成壓縮關係。優選地，端板的任何變形不應傳送至燃料電池的電極板。
[0037]端板的另一功能為允許流體向堆疊的電極板的傳送。優選地，這些流體應與金屬表面隔離，例如以便避免腐蝕或與金屬部件的反應，否則就需要更換受影響的部件。
[0038]取決於燃料電池堆總成的要求，以及如何將燃料電池堆總成整合到具體系統中而定，通常對端板部件存在定製和/或特定的要求。這些要求可包括具體的流體分配埠布置、對端板與燃料電池堆連接的提供(例如，通過使用連杆、夾子或用於維持堆疊受壓縮的帶子)，以及燃料電池堆總成的優選性質(例如，使堆疊儘可能的輕或小)。
[0039]圖1示出示例性主板I和五對示例性第一從板5和第二從板7。第一從板5和第二從板7為離散(即物理分離)兀件。主板I與一對第一從板5和第二從板7 —起構成端板總成30。主板I限定主壓縮表面2，在這個實施方案中，所述主壓縮面2包括第一部分3和第二部分4。第一從板5包括第一從壓縮面6，並且第二從板7包括第二從壓縮面8。包括主板I以及第一從板5和第二從板7的端板總成可取決於具體要求而位於燃料電池堆的一端或兩端處。
[0040]每個從板5、7包括被構造用於與燃料電池堆的端面接合的平坦背表面14。平坦背表面14可為均勻平坦的，或可包括一系列的壓力元件，所述壓力元件一起限定跨板區域分布的一系列共面壓力表面，所述共面壓力表面共同限定平坦後表面14。
[0041]例如，當組裝在一起以形成如圖3a中的端板總成30時，第一從壓縮面6面向主壓縮面2的第一部分3，並且第二從壓縮面8面向主壓縮面2的第二部分4。當組裝燃料電池堆時，第一從壓縮面6與主壓縮面2的第一部分3成壓縮關係。類似地，第二從壓縮面8與主壓縮面2的第二部分4成壓縮關係。圖2示出被組裝來形成端板總成30的主板I以及第一從板5和第二從板7。
[0042]如在圖3a中最佳可見，第一從板5和第二從板7兩者在圖1的主板I的兩側上從主板I的邊緣22側向延伸或延伸超出所述邊緣22，其中所有示出的從板5、7都具有側向延伸部分9，所述側向部分9延伸至第一從板5的頂部以及延伸至第二從板7的底部，延伸超出主板I的邊界邊緣22。在其它實施例中,取決於從板的所選總成,僅一個從板可在至少一側上側向延伸超過主板I的邊緣22。
[0043]在圖1中可見側向延伸部分9，其包括至少一個流體分配埠 10、11、12、13、17。這些流體分配埠 10、11、12、13、17可各自與流體分配廊道連通，所述流體分配廊道穿過堆疊中的多個燃料電池或沿著堆疊中的多個燃料電池。流體分配廊道需要用於以已知方式將燃料和/或氧化劑和/或水輸送至堆疊中的電池。側向延伸部分9還可包括其它特徵，如埠、凹口、凹槽或通道，例如以用於將空氣盒25附接至燃料電池總成20。
[0044]主板I可形成為具有空隙16和連接肢18的開孔(open cell)結構，以針對任何給定強度而實現重量較輕的構造。不需要在主板I中定位任何流體分配埠孔10、11、12、13、17。這些孔10、11、12、13、17可位於從板5、7的側向延伸部分9中。
[0045]與包括流體分配埠一樣，第一從板5和第二從板7包括供連杆35 (其端部在圖3a至圖3c中可見)通過的許多孔，所述連杆35用於組裝堆疊並用於維持堆疊受壓縮。
[0046]流體分配埠 10、11、12、13、17可包括燃料分配埠、水分配埠、氧化劑分配埠和冷卻劑流體分配埠的任何或全部中的一個或多個。例如，如圖1、圖2和圖3a至圖3c所示，用於空氣流入和流出的埠 10、13被包括在從板5、7中，所述埠 10、13可向燃料電池提供氧化劑(例如，空氣)冷卻和/或供應。還示出用於燃料(例如，氫)的供應和分配的流體分配埠 11、12。流體分配埠 11、12可為鑽孔，以便提供用於將管道連接器連接至相同分配廊道的不同位置選擇，例如以便為堆疊中的陽極板供應燃料。還示出用於將水供應並分配至堆疊中的燃料電池的水分配埠 17。水分配埠 17可通過注射至燃料電池陽極或陰極中來達到直接冷卻目的，或用於燃料電池陽極板/陰極板之間的單獨冷卻迴路。也可設想在側向延伸部分中的不同埠的其它可能的布置。一些流體分配埠(例如，由參考數字12指示的埠)可完全或部分地含在相應從板中位於由主板限定的佔用區內的一部分內，而不是完全含在側向延伸部分9中。
[0047]使用第一從板5和第二從板7的一個優點為用於構成端板總成的可能布置的靈活性。如圖1所示，一起使用的第一從板5和第二從板7可具有不同的流體分配埠。因此，有可能通過選擇具有不同埠布置的個別第一從板5和第二從板7來選擇用於燃料電池堆每一側的所需埠布置。
[0048]例如，可能需要使冷卻氣體/氧化劑流入和流出燃料電池總成的對角相對邊緣。因此，在那兩個相對邊緣上需要具體的冷卻劑流體(空氣流)埠要求。另舉一例，可能需要第一從板對(也就是，在燃料電池堆的一端上)來限定燃料分配埠和/或水分配埠，並且可能需要第二從板對(在燃料電池堆的另一端上)來限定氧化劑分配埠和/或冷卻劑流體分配埠。
[0049]通過具有兩個從板5、7而實現的端板總成的模塊化適應性允許在選擇燃料電池堆總成的埠布置方面的更大靈活性。對使用具有可能不同的流體分配埠布置的兩個從板來布置燃料電池堆的不同構造的選擇意味著:燃料電池堆可經過組裝而具有增強的適應性，例如以便匹配具體的系統布局而不需要包括定製的部件。
[0050]從板5、7的這種模塊性還提供需要由製造商/組裝者保持的較低端板存貨水平，以便實現具體的埠布置，並且降低部件成本、庫存成本和採購成本，同時改進構建響應和交貨周期。
[0051]在不同位置和/或以不同比例含有流體埠 10、11、12、13、17的第一從板5和第二從板7的各種構造可提供來適合具體的堆疊。然而，第一從板5和第二從板7可具有被設計來與主壓縮面2配合的相同第一從壓縮面6和第二從壓縮面8。從板可通過模製來製造。
[0052]圖3a至圖3c示出示例性燃料電池堆總成20的三個視圖，所述示例性燃料電池堆總成20包括主板I以及在多個燃料電池15的兩個端部上的第一從板5和第二從板7。連杆35 (其端部在圖中可見)被包括在燃料電池堆總成中，並且每個堆疊具有兩個被包括的空氣盒25。在圖3a至圖3c中的示例性燃料電池堆總成20具有不對稱的陰極遞送至排氣結構(delivery to exhuast),例如其中陰極空氣進入如圖3a所見的右側頂部處的埠10，並且退出圖3a的左側底部處的對應埠。
[0053]如在圖3a至圖3c所示，燃料電池堆總成30包括呈堆疊形式的多個燃料電池15，所述堆疊限定兩個相對平行端面。單個燃料電池並未單獨示出。所述堆疊具有的每個電池平行於第一從板5和第二從板7的平坦背表面14。從板5、7的平坦背表面14為從板5、7的與從壓縮面6、8相對側上的表面。電池堆因此限定兩個相對平行端面，所述平行端面中的每一個與相應的一對第一從板5和第二從板7接合。
[0054]例如，如上所述的端板總成30可如圖所示位於燃料電池堆的每個相對端面處。在圖3a至圖3c的實施例中，三件式端板總成30在燃料電池堆的兩個端部處使用。然而，應了解這種三件式端板總成30可僅在燃料電池堆的一端處使用，而另一端具有常規端板。端板總成可連接在一起以便維持堆疊中的燃料電池受壓縮。可使用任何適合的方法來實現連接，例如，通過使用夾子、帶子或連杆/拉杆來實現連接。多個連杆可如圖3a至圖3c所示被布置來在燃料電池堆的相對端部處穿過主板I以及第一從板5和第二從板7。連杆35可被構造來將端板總成30連接在一起，從而維持堆置中的燃料電池受壓縮。
[0055]堆疊固定點，如用於在燃料電池堆總成20中定位連杆35的埠沿主板的頂部邊緣和底部邊緣的軸定位(如圖3a至圖3c所見)，從而大致上容納主板I受壓縮的變形，以便圍繞與主板平行的軸而變形。
[0056]如圖3a至圖3c所示的多個連杆35優選從流體分配埠 10、11、12、13、17向內鄰近多個燃料電池15定位，以便維持燃料電池堆受壓縮。以這種方式將連杆更靠近於堆疊中的燃料電池定位使得從板5、7的壓縮集中至最需要所述壓縮的燃料電池堆的主體上，而不是通過側向延伸部分9集中至空氣盒25上。
[0057]由於燃料電池堆的壓縮而施加至板/電極總成20的施加力的大約95%可為(更中心的)電極區域所需要的，並且在這個集中區域外部(通常在流體分配埠 10、11、12、13可位於其中的歧管區域)，僅需要5%的總施加力。這種壓力分布可為最佳分布，以便跨堆疊中的燃料電池產生所需的均勻壓力負載。
[0058]如圖3a至圖3c所示，通過避免使主板I顯著地延伸超出燃料電池板15的佔用區，有可能減少施加至主板I的彎矩，因為端板I的總高度減少或最小化。相應地，如果主板的高度減少或最小化，那麼主板的厚度也可減少或最小化。從板5、7的側向延伸部分9可被構造用於將所需壓縮力的大約5%傳送至外歧管區域。
[0059]在以上實施例中，端板總成可具有由金屬形成的主板(例如，用於獲得強度、耐久性和/或製造便利性)，並且從板可由如塑料或韌化玻璃材料的非金屬材料形成，例如用於獲得被動性。
[0060]圖4a和圖4b示出用於主板I以及第一從板5和第二從板7的兩種可能外形的示意性橫截面圖。主壓縮面2的第一部分3和第二部分4相對於彼此成第一角度ΘΜ，第一從壓縮面6和第二從壓縮面8彼此成第二角度9S。
[0061]將優角θ M引入主板I增強主板I中的臨界區域(沿主板I的中心成角區域)。例如，如圖4a所示的這種布置還允許在端板總成30的外邊緣處的較大質量的從板5、7材料。
[0062]利用如圖4a和圖4b所示的第一從板5和第二從板7的側向延伸部分9的情況下，較大質量的非金屬或塑料材料可專用於提供從板5、7中的流體分配埠。從板5、7中具有的非金屬流體分配埠允許供應至燃料電池總成的流體與端板總成30中的金屬表面隔離。這可減少可能另外發生在暴露於流體流動的由可腐蝕金屬製成的端板總成部分中的腐蝕。這也限制或避免了在端板總成中使用昂貴的抗腐蝕金屬(例如，不鏽鋼)。
[0063]主板I上的第一角度θ μ以及由第一從板5和第二從板7形成的第二角度Θ s被優選選擇來使得當主板在壓縮下經歷變形時，第二角度es加上第一角度θμ(其可由於施加至堆疊的壓縮力而變化)將傾向於360度值。這個壓縮力和在主板中所得的變形也將傾向於使第一從壓縮面6和第二從壓縮面8與主壓縮面的對應部分3、4成為平行關係，而第一從板5和第二從板7的鄰近燃料電池板/電極總成的平坦背表面14保留平坦並且與堆疊中的燃料電池平行。
[0064]如圖4a所示，主壓縮面2的兩個部分3、4之間的第一角度ΘΜ優選為優角(大於180度)，並且第一從壓縮面6與第二從壓縮面8之間的第二角度9S優選為鈍角(在90度與180度之間)。在圖4b中，主壓縮面2的兩個部分3、4之間的第一角度θ M優選為鈍角(在90度與180度之間)，並且第一從壓縮面6與第二從壓縮面8之間的第二角度Θ s為優角(大於180度)。
[0065]第一角度θ M和第二角度0S被優選選擇來使得:主壓縮面2的第一部分3和第一從壓縮面6在將負載施加至端板總成之前是非平行的；類似地，主壓縮面2的第二部分4和第二從壓縮面8在將負載施加至端板總成之前是非平行的。也就是說，在將負載施加至端板總成以便壓縮燃料電池堆之前，主壓縮面2的部分3、4以及相應地第一從壓縮面6和第二從壓縮面8在主壓縮面2的中心角度部分處彼此會合(其中主壓縮面2的兩個部分3、4相遇)。然而，在施加負載以便維持燃料電池受壓縮時，主板I中的彎矩引起:主壓縮面2的第一部分3與第一從壓縮面6，以及主壓縮面2的第二部分4與第二從壓縮面8通過主板I的變形而彼此形成平行關係。
[0066]圖4a示出以下情況:第一角度θ μ大於180度以使得主壓縮面2限定凸形表面，所述凸形表面被構造以使得在施加負載以便維持燃料電池受壓縮時，主板I中的彎矩引起主壓縮面的第一部分3與第一從壓縮面6通過主板I的變形而彼此形成平行關係，並且引起主壓縮面的第二部分4與第二從壓縮面8通過主板I的變形而彼此形成平行關係。
[0067]圖4b示出以下情況:第二角度Θ s大於180度以使得第一從壓縮面6與第二從壓縮面8 —起限定凸形表面，所述凸形表面被構造以使得在施加負載以便維持燃料電池受壓縮時，主板I中的彎矩引起主壓縮面的第一部分3與第一從壓縮面6通過主板I的變形而彼此形成平行關係，並且引起主壓縮面的第二部分4與第二從壓縮面8通過主板I的變形而彼此形成平行關係。
[0068]角度Θ ?和Θ 3可被選擇來適合主板和從板的任何具體設計，這要考慮許多不同的因素，如主板的剛度、從板中用於所需流體埠和流體遞送管道的所需材料體積、端板總成的所需質量和/或體積以及使用的材料類型。
[0069]在圖4a和圖4b所示的那些角度的另一示例性構造中，主壓縮面2的第一部分3和第二部分4中的每一個無需為平坦的而可為彎曲表面。例如，第一部分3和第二部分4中的每一個可存在分別朝向第一從壓縮面6和第二從壓縮面8的凸形表面。表面3、4可為凹形而不是凸形。在其它實施例中，第一從壓縮面6和第二從壓縮面8也可或替代性地存在朝向主壓縮面2的相應部分的凹形(或凸形)表面。在另一實施例中，第一從壓縮面6和第二從壓縮面8可通過使第一從板5和第二從板7沿一個邊緣抵接在一起而為連續的。在一些實施例中，主壓縮面2也可為平坦表面。
[0070]主壓縮面2的第一部分3與第二部分4之間的過渡段未必需要為如圖4a和圖4b所示的銳角。過渡段可為在兩個部分3、4之間的平滑圓形過渡部分。例如，主壓縮面2中的圓形過渡部分可隨從圓柱形外形，其中平坦第一部分3和第二部分4處於圓柱形過渡部分的半徑的切向上。主壓縮面2的第一部分3和第二部分4都可形成連續凸形(或在其它實施例中凹形)表面的部分。
[0071]類似地，在第一從壓縮面6與第二從壓縮面8之間的過渡段未必需要為如圖4a和圖4b所示的銳角。過渡段可為在兩個面6、8之間的平滑圓形過渡部分。因此，第一從壓縮面6和第二從壓縮面8可通過使第一從板5與第二從板7沿一個邊緣彼此抵接來提供連續的凹形(或在其它實施例中凸形)表面。
[0072]如果主板I具有較複雜成形的主壓縮面2，那麼比起僅具有平坦主壓縮面和從壓縮面的情況，這可在堆疊壓縮下產生主壓縮面2與第一從壓縮面6和第二從壓縮面8的更精確的彼此平行關係。具有在兩個主壓縮面部分3、4之間的圓形過渡段的主壓縮面2的這種形狀可能夠在堆疊壓縮期間更精確地適應主板I中的變形，從而在操作中導致平坦壓縮面3、4被提供至對應從板壓縮面6、8。
[0073]此外，利用形成連續表面的第一從壓縮面6和第二從壓縮面8可用於更好地在壓縮下匹配主板I的變形面，所述連續表面具有例如在第一壓縮面6與第二壓縮面8之間的圓形過渡段(例如，第一從板和第二從板一起的掃掠(swept)輪廓外形)。
[0074]主壓縮面和(當第一從板5和第二從板7沿一個邊緣抵接時，由第一從壓縮面6和第二從壓縮面8—起形成的)從壓縮面的其它可能外形包括一個單一彎曲外形(其中所述彎曲可例如為球形、拋物線形或適用於在堆疊壓縮後實現對燃料電池堆的均勻壓力分布的另一形狀)，或大致上平坦並面向由第一從壓縮面6和第二從壓縮面8形成的彎曲從壓縮面的主壓縮面2。
[0075]主壓縮面2和/或第一從壓縮面6和第二從壓縮面8中的掃掠形狀或在這些面中包括圓形或彎曲部分可例如根據成本要求通過預成形(performing)、彎曲、鑄造或擠出來實現。
[0076]其它特徵可被包括在主板和從板中，所述其它特徵如從板可藉以與主板配準的機構或結構。示例性布置在圖1至圖3c中示出，其中榫部23或突起或一系列突起形成在主板I上，所述榫部23或突起或一系列突起與在從板5、7表面中的榫眼24或對應凹口或凹槽接合/接合於所述榫眼24或對應凹口或凹槽中。應了解，榫眼和榫部結構可在主板與從板之間反轉。
[0077]圖5示出適用於形成燃料電池堆總成的方法的流程圖，所述方法包括以下步驟:形成呈堆疊形式的多個燃料電池，所述堆疊限定兩個相對平行端面(步驟51);將端板總成的第一從板和第二從板定位在堆疊的一個端面處，所述第一從板和第二從板各自具有面向堆疊外部的相應第一從壓縮面和第二從壓縮面(步驟52);將限定主壓縮面的主板定位在堆疊的端面處，以使得主壓縮面鄰近第一從壓縮面和第二從壓縮面(步驟53);將第二端板總成定位在堆疊的相對端面處(步驟54);以及，將端板總成連接在一起，以便使第一從壓縮面和第二從壓縮面與主壓縮面成壓縮關係，並且維持堆疊受壓縮(步驟55)，並且圖5為不言自明的。
[0078]其它實施方案意欲在所附權利要求的範圍內。
【權利要求】
1.一種燃料電池堆總成，其包括: 呈堆疊形式的多個燃料電池，所述堆疊限定兩個相對平行端面； 在所述堆疊的每個相對端面處的端板總成，所述端板總成連接在一起從而維持所述堆疊中的所述燃料電池受壓縮； 其中所述端板總成中的至少一個包括: 限定主壓縮面的主板，所述主壓縮面具有第一部分和第二部分； 限定第一從壓縮面的第一從板； 限定第二從壓縮面的第二從板， 所述第一從壓縮面面向所述主壓縮面的所述第一部分，並且在組裝時與所述第一部分成壓縮關係， 所述第二從壓縮面面向所述主壓縮面的所述第二部分，並且在組裝時與所述第二部分成壓縮關係。
2.如權利要求1所述的燃料電池堆總成，其中所述從板中的至少一個在至少一例上從所述主板側向延伸從而限定側向延伸部分，所述側向延伸部分包括與流體分配廊道連通的至少一個流體分配埠，所述流體分配廊道穿過所述堆疊中的所述多個燃料電池或沿著所述堆疊中的所述多個燃料電池。
3.如權利要求1所述的燃料電池堆總成，其中所述第一從板和第二從板在至少一側上從所述主板側向延伸，所述第一從板和第二從板中的每一個從而限定側向延伸部分，並且每個側向延伸部分包括與流體分配廊道連通的至少一個流體分配埠，所述流體分配廊道穿過所述堆疊中的所述多個燃料電池或沿著所述堆疊中的所述多個燃料電池。
4.如權利要求2或權利要求3所述的燃料電池堆總成，其中所述至少一個流體分配埠包括燃料分配埠、水分配埠、氧化劑分配埠和冷卻劑流體分配埠中的至少一個。
5.如權利要求3所述的燃料電池堆總成，其中所述第一從板和第二從板分別包括不同構造的流體分配埠。
6.如權利要求3所述的燃料電池堆總成，其中 所述第一從板限定燃料分配埠和水分配埠中的至少一個來作為所述至少一個流體分配埠，並且； 所述第二從板限定氧化劑分配埠和冷卻劑分配埠中的至少一個來作為所述至少一個流體分配埠。
7.如權利要求1所述的燃料電池堆總成，其中: 所述主壓縮面的所述第一部分和第二部分相對於彼此成第一角度；並且 所述第一從壓縮面和第二從壓縮彼此成第二角度。
8.如權利要求7所述的燃料電池堆總成，其中所述第一角度為優角，並且所述第二角度為鈍角，或所述第一角度為鈍角並且所述第二角度為優角。
9.如權利要求7所述的燃料電池堆總成，其中所述第一角度和所述第二角度被選擇來使得所述主壓縮面的所述第一部分和第二部分以及相應地所述第一從壓縮面和第二從壓縮面在施加負載至所述端板總成之前為非平行的，而在施加所述負載以便維持所述燃料電池受壓縮時，所述主板中的彎矩引起所述主壓縮面的所述第一部分和所述第一從壓縮面通過所述主板的變形而彼此形成平行關係，並且引起所述主壓縮面的所述第二部分與所述第二從壓縮面通過所述主板的變形而彼此形成平行關係。
10.如權利要求8所述的燃料電池堆總成，其中所述第一角度大於180度，以使得所述主壓縮面限定凸形表面，所述凸形表面被構造來使得在施加所述負載以便維持所述燃料電池受壓縮時，所述主板中的所述彎矩引起所述主壓縮面的所述第一部分與所述第一從壓縮面通過所述主板的變形而彼此形成平行關係，並且引起所述主壓縮面的所述第二部分與所述第二從壓縮面通過所述主板的變形而彼此形成平行關係。
11.如權利要求8所述的燃料電池堆總成，其中所述第二角度大於180度，以使得所述第一從壓縮面和第二從壓縮面一起限定凸形表面，所述凸形表面被構造來使得在施加所述負載以便維持所述燃料電池受壓縮時，所述主板中的所述彎矩引起所述主壓縮面的所述第一部分與所述第一從壓縮面，以及所述主壓縮面的所述第二部分與所述第二從壓縮面通過所述主板的變形而彼此形成平行關係。
12.如權利要求1所述的燃料電池堆總成，其中所述主壓縮面的所述第一部分和第二部分兩者形成連續凸形表面的部分，並且所述第一從壓縮面和第二從壓縮面為連續的，以便通過使所述第一從板和第二從板沿一個邊緣彼此抵接來形成凹形表面。
13.如權利要求1所述的燃料電池堆總成，其中所述主板由金屬材料形成，並且所述從板由非金屬材料形成。
14.如權利要求1所述的燃料電池堆總成，其中兩個所述端板總成都包括如權利要求1所述的主板以及第一從板和第二從板。
15.如權利要求3所述的燃料電池堆總成，其中多個連杆被布置來穿過所述燃料電池堆的相對端部處的所述第一從板和第二從板的所述側向延伸部分，所述連杆被構造來將所述端板總成連接在一起，從而維持所述堆疊中的所述燃料電池受壓縮。
16.如權利要求15所述的燃料電池堆總成，其中所述多個連杆可從所述至少一個流體分配埠向內鄰近所述多個燃料電池定位，以便維持所述燃料電池堆受壓縮。
17.一種形成燃料電池堆總成的方法，所述方法包括: 形成呈堆疊形式的多個燃料電池，所述堆疊限定兩個相對平行端面； 將端板總成的第一從板和第二從板定位在所述堆疊的一個端面處，所述第一從板和第二從板各自具有面向所述堆疊外部的相應第一從壓縮面和第二從壓縮面； 將限定主壓縮面的主板定位在所述堆疊的所述端面處，以使得所述主壓縮面鄰近所述第一從壓縮面和第二從壓縮面； 將第二端板總成定位在所述堆疊的所述相對端面處；以及 將所述端板總成連接在一起，以便使所述第一從壓縮面和第二從壓縮面與所述主壓縮面成壓縮關係，並且維持所述堆疊受壓縮。
【文檔編號】H01M8/24GK104335406SQ201380023078
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年4月25日 優先權日:2012年5月1日
【發明者】彼得·戴維·胡德 申請人:智慧能量有限公司