紧凑的燃料电池堆栈结构制造技术

一种电化学燃料电池堆栈具有多个以叠置结构方式布置成燃料电池组件的燃料电池。燃料电池组件具有相对的第一和第二端部、这两端部之间的长度。第一和第二端板各自布置在燃料电池组件的第一和第二端部上。堆栈具有至少一个侧板，其具有各自连接到第一和第二端板上的相对第一和第二端部。侧板以间隔关系保持第一和第二端板，使得第一和第二端板在燃料电池组件上施加压缩力。侧板还在第一和第二端板之间包围燃料电池组件，并提供用于燃料电池组件的保护罩。（*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】
本专利技术涉及燃料电池，尤其涉及按堆栈方式布置并保持压缩形式的燃料电池。
技术介绍
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反应物的内部气体以及产生了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。传统燃料电池堆栈结构致力于采用刚性端板和连杆在燃料电池组件上施加并保持压缩力。将要被压缩的多个燃料电池或燃料电池组件夹在一对刚性端板之间。然后用穿过或围绕这些端板延伸的连杆将端板压在一起，并在端板上施加压缩力。另外，连杆通常延伸超过端板的表面，由此增加堆栈结构的体积。当堆栈结构采用围绕端板的周边分布的连杆在燃料电池组件上施加压缩力时，适当紧固连杆以便施加所需压缩力是困难的。即，连杆在一次努力中以预定形式紧固以便在燃料电池组件上施加均匀分布的压缩负载。但是，当每个连杆紧固时，端板施加的压缩负载变化，使得每个连杆必须在反复的过程中重新紧固多次，以便在燃料电池组件上实现大致均匀的压缩力。另外，连杆通常延伸超过端板的表面，由此增加堆栈结构的体积。其中使用燃料电池的典型应用需要将燃料电池组件包围在保护罩中。典型的保护罩施加在现有堆栈结构上并增加总体堆栈结构的体积。保护罩由此增加堆栈结构的尺寸，除了提供保护作用而使得尺寸增加之外，没有获得实用性。由于燃料电池通常用于空间很宝贵的场合，希望提供一种容纳在具有最小体积的保护罩内的燃料电池。由此，有利的是提供一种更加方便地在燃料电池组件上施加压缩力的堆栈结构，并且更有利的是压缩力施加装置仅将最小的体积添加到堆栈结构上。另外，有利的是提供一种用于将最小体积添加到堆栈结构上的燃料电池组件的保护罩，并且更有利的是除了保护燃料电池组件之外，保护罩对于堆栈结构来说提供多种优点。
技术实现思路
本专利技术涉及用于提供压缩电池燃料组件的紧凑燃料电池结构的设备和方法。除了压缩燃料电池组件之外，该设备还设置用于燃料电池组件的保护罩。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部以及它们之间的长度。第一和第二端板布置在燃料电池组件的各自第一和第二端部上。具有相对第一和第二端部的侧壁各自连接到第一和第二端板上。侧壁以间隔关系保持第一和第二端板，使得第一和第二端板在燃料电池组件上施加压缩力。侧壁的第一和第二端部可各自连接到第一和第二端板上，使得通过第一和第二端板在燃料电池组件上施加的压缩力具有预定大小。另外，侧壁的第一和第二端部可各自连接到第一和第二端板上，使得燃料电池组件的长度压缩预定距离。最好是，第一和第二端板各自具有限定端板周边的周边侧壁，并大致平行于燃料电池组件的长度。侧壁的第一和第二端部各自连接到第一和第二端板上的周边侧壁上。在第一优选实施例中，第一和第二端板是大致矩形端板，其具有限定每个端板周边的第一和第二对相对的侧壁。侧壁是多个侧板之一，并且多个侧板的至少一个侧板连接到第一对相对侧壁的一个侧壁上，并且多个侧板的不同的至少一个侧板连接到第一对相对侧壁的不同的一个侧壁上。最好是，侧壁的第一和第二端部通过机械紧固件固定到第一和第二端板上。更优选的是，侧壁包括接收机械紧固件的细槽。在第二优选实施例中，电化学燃料电池包括多个以叠置结构方式布置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部以及它们之间的长度。第一和第二端板布置在燃料电池组件的各自第一和第二端部上并在燃料电池组件上施加压缩力。具有相对第一和第二端部的侧壁各自连接到第一和第二端板上。侧壁在第一和第二端板之间包围燃料电池组件的一部分，并提供燃料电池组件的保护罩。最好是，侧壁连接到端板上，使得端板以间隔关系保持，以便在燃料电池组件上施加压缩力。最好是，侧壁为燃料电池组件提供抵抗电磁干扰的屏蔽。更优选的是，一个侧壁电接地。任选，但优选的是，侧壁是多个侧板。多个侧板的每个侧板在第一和第二端板之间包围燃料电池组件的不同侧面，使得在第一和第二端板之间的整个燃料电池组件被多个侧板包围。制造本专利技术的电化学燃料电池堆栈的方法包括以下步骤1)在第一和第二端板之间定位燃料电池组件，其中燃料电池组件的第一端部靠近第一端板，并且燃料电池组件的第二端部靠近第二端板；2)将外部压缩力施加到至少一个端板上，使得燃料电池组件压缩；3)将侧壁连接到端板上，其中侧壁的第一和第二端部各自连接到的第一和第二端板上，使得第一和第二端板以固定间隔关系保持，从而第一和第二端板以固定间隔关系保持，以便提供内部压缩；以及4)除去施加在端板上的外部压缩力。任选，但优选的是，施加外部压缩力的步骤包括施加预定大小的外部压缩力，并且连接侧壁的步骤包括将侧壁的第一和第二端部各自连接到第一和第二端板上，使得当压缩力除去时，第一和第二端板以固定间隔关系保持，并将预定大小的内部压缩力施加到燃料电池组件上。另外，施加外部压缩力的步骤包括将压缩力施加在端板上，使得燃料电池组件沿着该长度压缩预定距离，并且连接侧壁的步骤包括将侧壁的第一和第二端部各自连接到第一和第二端板上，使得当外部压缩力除去时，第一和第二端板以固定间隔关系保持在预定距离上。任选，但优选的是，侧壁在第一和第二端板之间包围燃料电池组件的长度，使得侧壁提供用于燃料电池组件的保护罩。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1的电化学燃料电池堆栈的简易剖视图，它表示利用预定大小F的压缩力对燃料电池组件和燃料电池堆栈进行压缩；图10A-B是图1的电化学燃料电池堆栈的简易剖视图，它表示将燃料电池组件和燃料电池堆栈压缩了预定距离D；图11是表示依照本专利技术的原理制造燃料电池堆栈的预定力压缩方法的步骤的流程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部、这两端部之间的长度；第一和第二端板，所述第一和第二端板各自布置在所述燃料电池组件的所述第一和第二端 部上；以及至少一个侧板，其具有各自连接到所述第一和第二端板上的相对第一和第二端部，所述至少一个侧板以间隔关系保持所述第一和第二端板，使得所述第一和第二端板在所述燃料电池组件上施加压缩力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【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]