燃料电池堆栈结构的端板制造技术

一种电化学燃料电池堆栈（２０），它具有夹在上、下端接板（５６）之间的燃料电池组件（２４），而所述端接板布置在上、下端板（４５，５８）之间。任选的是，在端板（４５、５８）和端接板（５６）之间插有隔板（５２）。端板（４５、５８）和／或隔板（５２）具有可向燃料电池组件（２４）施加基本上均匀的压缩载荷的造型表面。端接板（５６）、隔板（５２）和端板（４５、５８）可连接在一起，形成可向燃料电池组件（２４）施压的刚性端部组件（３２、３４）。（*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】燃料电池堆栈结构的端板专利
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能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。需要压缩力是由于燃料电池内存在的反应物的内部气体产生压力以及保持电池的内部部件之间良好电接触的需要。一般而言，每个面积单位的力总体约为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向燃料电池组件施加并保持压缩力。要压缩的燃料电池组件夹在一对刚性端板之间。然后将端板压在一起，使其以间隔关系保持以保持压缩力。可通过多种方式以间隔关系保持端板。例如，可利用穿过端板延伸的连杆向端板施加压缩力，并保持端板的间隔关系。连杆一般在燃料电池组件外部，它沿着端板的外缘布置。还可利用沿着燃料电池组件的长度方向延伸并与端板连接的侧板以间隔关系保持端板，以保持燃料电池组件上的压缩力。由于必需向燃料电池组件施加的压缩力很大和燃料电池组件上必需施加压缩力的有效区域的尺寸很大，因此沿着刚性端板外缘通过各种方式以间隔关系保持的刚性端板有挠曲倾向，由此就不能向燃料电池组件的整个有效区域施加基本上均匀的压缩力。即，刚性端板的中央部分发生挠曲，施加到位于刚性端板中央部分下方的有效区域上的力也不是和施加到刚性端板外缘处有效区域上的力一样大。-->试图在有效区域上提供基本上均匀的压缩分布的现有技术包括带有外部连杆的非常厚的刚性端板、带有穿过燃料电池组件的内部连杆的刚性端板、带有气囊空腔的半刚性端板、以及采用位于端板中央部分上方的一定力(discreet force)施加部件如螺钉，所述一定力施加部件能相对端板选择性移动，以便沿端板的中央部分施加压缩力。在带有外部连杆的刚性端板中，螺纹连杆沿着燃料电池组件外部从上端板边缘延伸到下端板边缘，这样就由连杆来承载整个压缩力。端板必需足够厚，以便让总挠曲很小(每个电池大约小于1mil)。该系统的缺点在于，与所有的其它选项相比，因为整个端板跨度最大，没有其它方法能在整个有效区域上产生均匀的力，因此端板必须非常厚。在带有穿过燃料电池组件的内部连杆的刚性端板中，连杆穿过燃料电池中心，以便让连杆的位置靠近端板的中央部分。于是弯曲力的总跨度不在上端板的整个宽度上延伸，而是获得了较短跨度。该方案具有能缩短端板跨度长度的优点，因此能够利用较薄的端板，但是它也有缺点，即，需要复杂的双极板密封结构以便让连杆穿过燃料电池组件。在带有气囊空腔的半刚性端板中，上端板的下表面被挖空，在该端板空腔中设置了一个气囊，向该气囊施压，以提供理想的堆栈压缩载荷。于是，在气囊于整个有效区域上保持均匀力分布的同时，可以允许上端板本身发生些许弯曲。由于能允许上端板显著地弯曲，因此该方案具有能将上端板部件做得较薄的优点，但它也有缺点，即，它要求端板内有空腔，所以端板的总体厚度也要显著增加。在利用一定力施加部件时，该一定力施加部件位于端板的中央部分上方，它可相对端板选择性移动，以便沿着端板的中央部分施加压缩力。该方案具有可以微调施加到一定力施加部件上方的端板的各个位置上的压缩力的优点，但它的缺点在于，它需要额外机构来保持一定力施加部件，并需要紧固各个一定力施加部件、以便在燃料电池组件的有效区域上获得基本上均匀的力分布的重复过程。于是，所需要的是这样一种燃料电池堆栈结构，它具有能在无需过厚端板的情况下，或者在不需要采用额外装置向端板的中央部分施-->加压缩力的情况下，沿着燃料电池组件的有效区域施加基本上均匀的压缩力的端板。专利技术概述本专利技术涉及一种提供能压缩燃料电池组件、并能在燃料电池组件的有效区域上施加基本上均匀的压缩力的燃料电池堆栈结构。具体而言，本专利技术涉及对端板设计的改进，它改善了燃料电池组件有效区域上的压缩力分布。本专利技术的电化学燃料电池堆栈包括多个按照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对置的第一和第二端。分别在与燃料电池组件的第一和第二端相邻的位置布置了具有相对内外表面的第一和第二端。端板的内表面面向燃料电池组件的端部。第一和第二端板以间隔关系被保持，以便使第一和第二端板向燃料电池组件施加压缩力。第一和第二端板中至少一个端板的内表面的轮廓被构造成能向燃料电池组件施加基本上均匀的压缩力。该造型内表面的轮廓可被构造成能让该内表面从至少一个端板朝燃料电池组件的端板延伸。优选的是，具有造型内表面的端板的轮廓构造成能让端板的厚度从端板边缘向端板中心增大，这样端板中心的厚度最大。任选的是，第一和第二端板的内表面轮廓都可被构造成分别从第一和第二端板朝着燃料电池组件的第一和第二端延伸，这样就可向燃料电池组件施加基本上均匀的压缩载荷。在本专利技术的可选择实施例中，电化学燃料电池堆栈包括多个按照叠置结构形式布置成燃料电池组件的燃料电池。该燃料电池组件具有对置的第一和第二端。在分别与燃料电池组件的第一和第二端相邻的位置上布置了具有对置内外表面的第一和第二隔板。隔板的内表面面向燃料电池组件的端部。在分别与第一和第二隔板相邻的位置布置了具有相对的内外表面的第一和第二端板，并让隔板位于端板和燃料电池组件的端部之间。端板的内表面面向隔板的外表面。第一和第二端板以间隔关系被保持，以便使第一和第二端板向隔板和燃料电池组件施加压缩力。隔板或端板中的至少一个的至少一个表面的轮廓被构造成能向燃料电池组件施加基本上均匀的压缩力。在本专利技术的不同的可选择实施例中，电化学燃料电池堆栈包括按照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-->组件具有对置的第一和第二端。在与燃料电池组件的对应第一和第二端相邻的位置布置第一和第二端接板。在分别与第一和第二端接板相邻的位置布置第一和第二端板，让端接板位于端板和燃料电池组件的端部之间。第一和第二端接板中至少有一块端接板与第一或第二端板之一相连，这样该至少一个端接板的刚度将有助于被连接的端板的刚度。第一和第二端板以间隔关系被保持，以便使第一和第二端板向燃料电池组件施加压缩力。任选的是，燃料电池堆栈还可包括至少一个隔板。该至少一个隔板夹在与第一或第二端板之一相连的至少一个端接板之间。该至少一个隔板与至少一个端接板和第一或第二端板之一相连，这样该至少一个隔板的刚度有助于所连接的端板的刚度。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显明。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，但试图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对置的第一和第二端；具有相对的内外表面的第一和第二端板，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，并使所述内表面面向所述燃料电池组件，所述第一和第二端板以固定的间隔关系被保持，以便向所述燃料电池组件施加压缩力；和在所述第一和第二端板中至少一个端板的所述内表面上形成的至少一个造型表面，由此可向所述燃料电池组件施加基 本上均匀的压缩力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-4-30 10/137,062;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对置的第一和第二端；具有相对的内外表面的第一和第二端板，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，并使所述内表面面向所述燃料电池组件，所述第一和第二端板以固定的间隔关系被保持，以便向所述燃料电池组件施加压缩力；和在所述第一和第二端板中至少一个端板的所述内表面上形成的至少一个造型表面，由此可向所述燃料电池组件施加基本上均匀的压缩力。2.根据权利要求1所述的堆栈，其中：所述至少一个造型表面从所述至少一个端板朝所述燃料电池组件延伸。3.根据权利要求2所述的堆栈，其中：所述至少一个造型表面的轮廓是中凸的，这样所述至少一个端板的厚度从所述端板的外缘向所述端板的中心增大，在所述端板的所述中心处厚度达到最大。4.根据权利要求1所述的堆栈，其中：所述至少一个造型表面形成于所述第一和第二端板的每个所述内表面上，并由此朝所述燃料电池组件延伸。5.一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具有对置的第一和第二端的燃料电池组件的燃料电池；具有相对的内外表面的第一和第二隔板，所述第一和第二隔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，并使所述第一和第二隔板的所述内表面分别面向所述燃料电池组件的第一和第二端；具有相对的内外表面的第一和第二端板，所述第一和第二端板分别布置在与所述第一和第二隔板相邻的位置，并让所述第一和第二端板的所述内表面分别面向所述第一和第二隔板的所述外表面，而所述第一和第二端板以固定的间隔关系被保持，以便使所述第一和第二端-->板向所述第一和第二隔板以及所述燃料电池组件施加压缩力；以及在所述第一端板、所述第二端板、所述第一隔板和所述第二隔板中的至少一个板上形成的至少一个造型表面，由此可在所述燃料电池组件上施加基本上均匀的压缩力。6.根据权利要求5所述的堆栈，其中：所述至少一个造型表面形成于所述第一和第二隔板中的至少一个隔板的所述外表面上，并由此朝所述相邻端板延伸。7.根据权利要求6所述的堆栈，其中：所述至少一个造型表面形成于所述第一和第二隔板的每个所述外表面上，并由此朝对应的第一和第二端板延伸。8.根据权利要求5所述的堆栈，其中：所述至少一个造型表面形成于所述第一和第二隔板中的至少一个隔板的所述内表面上，并由此朝所述燃料电池组件延伸。9.根据权利要求8所述的堆栈，其中：所述至少一个造型表面形成于所述第一和第二隔板的每个所述内表面上，并由此朝所述燃料电池组件延伸。10.根据权利要求5所述的堆栈，其中：所述至少一个造型表面形成于所述第一和第二隔板中的至少一个隔板的所述外表面上，并由...

【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]