制造燃料电池堆的方法技术

一种用于组装车辆用燃料电池堆的方法，其中，该方法包括如下步骤：(1)提供成批燃料电池，该成批燃料电池在每个燃料电池中具有改变的有效区域厚度；(2)针对成批燃料电池中的每个燃料电池测量有效区域厚度，并且基于针对每个燃料电池的有效区域厚度将成批燃料电池中的每个燃料电池分类为第一组、第二组和第三组中的一个；(3)从第一、第二和第三组的至少一个中将目标数量的燃料电池在第一端板上组装至目标高度；以及(4)将第二端板附接于目标数量的燃料电池和第一端板，由此产生燃料电池堆。

【技术实现步骤摘要】
制造燃料电池堆的方法
本专利技术涉及用在车辆中的燃料电池堆，并且更确切地说，涉及组装燃料电池堆的方法，该方法提供改进的效率。
技术介绍
参照质子交换隔膜(PEM)燃料电池堆提供以下的本文公开。制造方法也可用于其它类型的燃料电池堆，例如SOFC燃料电池堆、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)或直接甲醇燃料电池(DMFC)。此外，本专利技术也能用于诸如固体氧化物电解电池的电解电池和此类电池组。燃料电池或电解电池的电化学反应和功能并非是本专利技术的本质，因此这不会进行详细地解释，而是被认为对于本领域技术人员是众所周知的。在传统的燃料电池堆114(如图1A中所示)中，组装多个燃料电池单元112和传统的平坦端板110以形成堆114。应理解的是，UEA116可设置到双极板上由此形成燃料电池118，其它类似构造的燃料电池118中的附加燃料电池由虚线115示意地表示。UEA116可包括扩散介质(也称为气体扩散层)，这些扩散介质邻近于隔膜电解质组件(MEA)的阳极面和阴极面设置。MEA包括薄质子传导聚合物膜电解质，其具有形成在其一个面上的阳极电极膜和形成在其相对面上的阴极电极膜。通常，此种隔膜电解质由离子交换树脂制成，且通常包括诸如从杜邦公司获得的NAFIONTM的全氟氟代磺酸聚合物。另一方面，阳极和阴极膜通常包括：(1)细化分裂的碳微粒，附着在碳微粒的内外表面上的非常细化分裂的催化剂微粒，和与催化剂和碳颗粒混合的质子传导材料(例如，NAFIONTM)，或者(2)催化剂颗粒(无碳)，其散布在整个聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂上。燃料电池堆114的有效性取决于各个UEA116和双极板之间的小接触电阻。压缩力132须足够大并且均匀地分布在燃料电池堆114的整个长度130上，以确保每个燃料电池118之间的电气接触，但并非如此限制以至过大的压缩力132损坏电解质、电极、电气互连或阻碍有效区域116之上的气流。燃料电池堆114的压缩对于堆的各层之间的密封以保持堆气密也是重要的。然而，相当普遍的是，沿着燃料电池堆130的长度130发现改变的压缩力132，从而导致抵消的燃料电池堆114的操作。在此种情况下，在堆114内的某些区域处会产生过高的压缩力132，同时在同一堆内的其它区域处会产生不足的压缩力132。例如所示出的是，横贯堆的不均匀性会导致损坏或减小燃料电池堆的性能。因此，需要提供一种制造牢固燃料电池堆的方法，其将负载(压缩力132)沿着燃料电池堆的长度从一个端板均匀地分布至另一端板。本
技术介绍
部段中公开的上述信息仅仅是为了增强对本专利技术
技术介绍
的理解，且因此，其可含有并不构成这个国家的本领域技术人员已经知晓的现有技术的信息。因此，需要一种用于燃料电池堆的改进端板单元，其将压缩负载更佳地分布在燃料电池堆上。
技术实现思路
本专利技术提供一种制造燃料电池堆的方法，该燃料电池堆在燃料电池堆中的各个燃料电池之间具有基本上均匀的压缩负载。第一实施例方法包括如下步骤：(1)提供成批燃料电池，该成批燃料电池中的每个燃料电池具有有效区域厚度和针对有效区域厚度的公差；(2)针对成批燃料电池中的每个燃料电池测量有效区域厚度，并且基于针对每个燃料电池的有效区域厚度，将成批燃料电池中的每个燃料电池分类为第一组、第二组和第三组中的一个；(3)从第一、第二和第三组的至少一个中将目标数量的燃料电池在第一端板上组装至目标高度；以及(4)将第二端板附接于目标数量的燃料电池和第一端板，由此产生燃料电池堆。在第一实施例中，测量和分类的步骤包括如下步骤：将标称燃料电池引导至第一组，将薄燃料电池引导至第二组，以及将厚燃料电池引导至第三组。应理解的是，组装目标数量的燃料电池的步骤可以但并不必须地包括如下步骤：将厚和薄燃料电池交替到第一端板上。替代地，组装目标数量的燃料电池的步骤可包括如下步骤：以重复连续的型式将厚、标称以及薄的燃料电池设置到第一端板上。以又一替代的方式，组装目标数量的燃料电池的步骤可包括如下步骤：将多个标称燃料电池彼此邻近地设置到第一端板上。本专利技术的第二实施例方法包括如下步骤：(1)提供成批燃料电池，该成批燃料电池中的每个燃料电池具有有效区域厚度和针对有效区域厚度的公差；(2)针对成批燃料电池中的每个燃料电池测量有效区域厚度，并且将每个燃料电池分类为第一组、第二组和第三组中的一个；(3)将来自第一、第二和第三组的任一个的第一多个燃料电池组装到第一端板上，直到第一、第二和第三组的至少一个耗尽为止；(4)将第二多个燃料电池组装至第一多个燃料电池，直到实现燃料电池的目标数量为止，第二多个燃料电池由燃料电池的第一、第二和第三组的任一个形成；以及(5)将第二端板附接于第一多个燃料电池和第一端板，由此产生燃料电池堆。在该第二实施例中，第二多个燃料电池可由交替的薄和厚燃料电池形成，且第二多个燃料电池由标称燃料电池组成。替代地，在该第二实施例中，第一多个燃料电池可仅仅由多个标称燃料电池形成，且第二多个燃料电池可由薄燃料电池和厚燃料电池的至少一个形成。在薄和厚燃料电池实施在第二多个燃料电池中的情形下，薄和厚燃料电池能以重复连续的型式设置，其中，薄和厚燃料电池以交替的方式设置。本专利技术的第三实施例方法包括如下步骤：(1)提供成批燃料电池，该成批燃料电池中的每个燃料电池具有有效区域厚度和针对有效区域厚度的公差；(2)针对成批燃料电池中的每个燃料电池测量有效区域厚度，并且将每个燃料电池分类为第一组、第二组和第三组中的一个；(3)将来自第一、第二和第三组的任一个或多个的第一多个燃料电池随机地组装到第一端板上，直到实现至少50％的目标燃料电池数量为止；(4)将第二多个燃料电池选择性地组装至第一多个燃料电池，直到实现燃料电池的100％目标数量且实现目标高度为止，第二多个燃料电池由燃料电池的各个第一、第二和第三组的一个或多个燃料电池形成；以及(5)将第二端板附接于第一多个燃料电池和第一端板，由此产生燃料电池堆。从参照附图考虑的以下详细描述中，本专利技术及其特定特征和优点会变得更显而易见。附图说明从以下详细描述、最佳模式、权利要求以及附图中，本专利技术的这些和其它特征以及优点会显而易见，附图中：图1A是典型的PEM燃料电池堆的放大视图。图1B是根据本专利技术的各个实施例的燃料电池的示意剖视图。图1C是根据本专利技术的示例非限制PEM燃料电池堆的放大视图。图2是说明根据本专利技术的制造燃料电池堆的第一实施例方法的流程图。图3是说明根据本专利技术的制造燃料电池堆的第二实施例方法的流程图。图4是说明根据本专利技术的制造燃料电池堆的第三实施例方法的流程图。图5是说明根据本专利技术的制造燃料电池堆的第四实施例方法的流程图。图6是说明在第一实施例方法下组装的示例燃料电池堆和燃料电池的示意图。图7是说明在第二实施例方法下组装的示例燃料电池堆和燃料电池的示意图。图8是说明在第三实施例方法下组装的示例燃料电池堆和燃料电池的示意图。图9是说明在第四实施例制造方法下组装的示例燃料电池堆和燃料电池的示意图。在附图的若干视图的所有描述中，类似的附图标记指代类似的部件。具体实施方式现将详细地参照本专利技术的目前较佳组合、实施例以及方法，其构成专利技术人目前已知的实践本专利技术的最佳模式。附图并非必须按比例绘制。然而，应理解地是，所公开的实施例仅仅是本专利技术的示例，且本专利技术能以各本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于组装燃料电池堆的方法，所述方法包括如下步骤：提供成批燃料电池，所述成批燃料电池中的每个燃料电池具有有效区域厚度和针对所述有效区域厚度的公差；针对所述成批燃料电池中的每个燃料电池测量有效区域厚度，并且基于针对每个燃料电池的所述有效区域厚度将所述成批燃料电池中的每个燃料电池分类为第一组、第二组和第三组中的一个；从所述第一、第二和第三组的至少一个中将目标数量的燃料电池在第一端板上组装至目标高度；以及将第二端板附接于所述目标数量的燃料电池和所述第一端板，由此产生燃料电池堆。

【技术特征摘要】
2017.05.04 US 15/5865141.一种用于组装燃料电池堆的方法，所述方法包括如下步骤：提供成批燃料电池，所述成批燃料电池中的每个燃料电池具有有效区域厚度和针对所述有效区域厚度的公差；针对所述成批燃料电池中的每个燃料电池测量有效区域厚度，并且基于针对每个燃料电池的所述有效区域厚度将所述成批燃料电池中的每个燃料电池分类为第一组、第二组和第三组中的一个；从所述第一、第二和第三组的至少一个中将目标数量的燃料电池在第一端板上组装至目标高度；以及将第二端板附接于所述目标数量的燃料电池和所述第一端板，由此产生燃料电池堆。2.根据权利要求1所述的方法，其中，测量和分类的步骤包括如下步骤：将标称燃料电池引导至所述第一组，将薄燃料电池引导至所述第二组，以及将厚燃料电池引导至所述第三组。3.根据权利要求2所述的方法，其中，组装所述目标数量的燃料电池的步骤包括如下步骤：将所述厚和薄燃料电池交替到所述第一端板上。4.根据权利要求2所述的方法，其中，组装所述目标数量的燃料电池的步骤包括如下步骤：以重复连续的型式将所述厚、标称和薄燃料电池设置到所述第一端板上。5.根据权利要求2所述的方法，其中，组装所述目标数量的燃料电池的步骤包括如下步骤：将多个标称燃料电池邻近于彼此地设置到所述第一端板上。6.根据权利要求3所述的方法，其中，针对每个标称燃料电池的所述有效区域厚度的公差落在约-10μm至约10μm的范围内，针对每个薄燃料电池的所述有效区域厚度的公差落在约-25μm至约-10μm的范围内，且针对每个厚燃料电池的所述有效区域厚度的公差...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·罗克，杨曦，席亮，S·徐，赖业宏，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US