用于燃料电池组的压紧设备制造技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池组件，包括：第一端板；第二端板；多个插入所述第一端板和所述第二端板之间的燃料电池；弹性杆（４４０）；插入所述第一端板和所述弹性杆（４４０）之间的、具有内径和外径的碟形弹簧（４５０），其中，所述弹性杆（４４０）在所述碟形弹簧（４５０）的内径处加载该碟形弹簧（４５０）；以及限制所述第一端板、所述第二端板、所述多个燃料电池和所述弹性杆（４４０）的范围的压紧带，朝向所述第一端板和所述第二端板推动弹性杆（４４０），从而向多个燃料电池施加压紧力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种燃料电池组组件，在所述燃料电池组组件中用于将燃料电池组固 定在压紧、组装的状态下的机构包括在一碟形弹簧的内径处对该碟形弹簧加载的弹性杆以 及限定燃料电池组组件范围的压紧带。
技术介绍
燃料电池将燃料和氧化剂转化为电和反应产物。固体聚合物电化学燃料电池一 般采用膜电极组件(“MEA”)，该膜电极组件包括布置在两个电极之间的聚合物电解质膜 (“PEM”)(或离子交换膜)和布置在各膜/电极层交界面处以引起期望的电化学反应的电 催化剂，该电极包括多孔、导电的板材。在通常的燃料电池中，MEA布置在两个导电隔板或流体流场板之间。流体流场板 中形成有至少一个流动通路以将燃料和氧化剂导引至各自的电极，即在燃料侧的阳极和在 氧化剂侧的阴极。在电池单体结构中，在阳极侧和阴极侧各自设置流体流场板。所述板还 用作集电器并为电极提供机械支承。可将两个或多个燃料电池串联形成燃料电池组以增加组件的总电压。在燃料电池 组中，给定板件的一侧用作一个电池的阳极板，而该板件的另一侧可用作相邻电池的阴极 板。燃料电池组通常还包括将燃料和氧化剂分别导引至阳极和阴极流场通路入口和 集管。燃料电池组还常常包括用于将冷却剂流体——通常为水——导引至燃料电池组内的 内部通路以吸收由燃料电池内的放热反应产生的热量入口和集管。燃料电池组一般还包括 用于排出未反应的燃料和氧化剂气体的出口和排放集管以及用于冷却剂流离开燃料电池 组的出口和排放集管。在常规的燃料电池组组件的设计中，例如，在US 3，134,697、US3，297，490、US 4，057，479、US 4,214, 969和US 4，478，917中描述和图示的，组成各常规的燃料电池组件 的板件由拉杆/系杆压紧并保持在组装状态下。拉杆穿过形成在电池组的端板的周向边缘 部分中的孔延伸，并具有相应的螺母或其它紧固结构，该螺母或其它紧固结构将拉杆组装 到电池组组件并将燃料电池组组件的端板向彼此压紧。拉杆通常是外部的，即，所述拉杆不 穿过燃料电池隔板或流场板。在常规设计中将拉杆用在周向边缘位置的一个原因是为了避 免在燃料电池的中心的、电化学活性部分中引入开孔。但是，在常规的燃料电池设计中，拉杆的周向边缘位置具有固有的缺点。要求端板 具有明显的厚度以在端板的整个面积上均勻地传递压紧力。而且，如果端板不够厚，则拉杆 的周向位置会随着时间的推移引起端板的变形/倾斜。不充分的压紧力会危及与在内板件 的中心区域的集管和流场相关的密封，而且还会危及为了在组成电池组的各燃料电池之间 提供串联电连接而在MEA和板件表面上所需的电接触。但是，具有明显厚度的端板显著地 增加了燃料电池组的总重量和总体积，这在移动式燃料电池应用中是特别不期望的。而且， 当采用外拉杆时，各端板的面积必需大于堆叠的燃料电池组件的面积。端板伸出燃料电池组件的量取决于拉杆的厚度，更重要地取决于旋在拉杆端部上的垫片、螺母和任何弹簧的 直径，因为这些部件优选地不应伸出端板的边缘。因此，外拉杆的使用可显著地增加电池组 的体积。US 5，484，666公开了结合内拉杆与膜电极组件的、紧凑的燃料电池组设计，该内 拉杆穿过燃料电池板件中的开口在各端板之间延伸，但是，这样的设计增加了在MEA中所 需的密封结构的数量，增加了复杂性、制造成本以及可能出现故障的机构。为了减小端板的厚度和重量、以及更均勻地分配压紧力，(目前)采用各种各样的 如下设计其中跨越每个端板延伸延伸有一个或多个刚性压紧杆，并(通常通过外拉杆和 紧固件)将所述(压紧)杆与在相对端板处的相应(压紧)杆相连接。US 5，486，430描述 和图示了这种设计。上述燃料电池组压紧机构通常使用与一般是基本上刚性的拉杆和端板相配合的 弹簧、液压或气动活塞、压力垫或其它弹性压紧装置，以朝向彼此推动两个端板从而压紧燃 料电池组。这些压紧机构不希望地增加了燃料电池组的重量和/或体积以及复杂性。拉杆通常显著增加电池组的重量，并且很难在不增加电池组体积的情况容装所述 拉杆。相关的紧固件增加了组装燃料电池组所需的不同零件的数量。US 5，993，987公开了一种包括具有压紧带的端板组件的燃料电池组，所述压紧带 紧密地围绕端板组件延伸，该端板组件将燃料电池组保持和固定在组装状态中。端板组件 还包括一对分层板，该一对分层板之间设置有碟形弹簧组。端板组件优选地具有倒圆角的 边缘以减小压紧带上的应力。碟形弹簧在负载下常规地在其内径上进行接触。例如，“National DiscSprings catalogue and manual of the Rolex Company National Disc SpringDivision of 385 Hillside Avenue,Hillside N. J. ”(新泽西的 Hillside 的 Hillside 大街 385 号的劳力士 公司国家碟形弹簧部门的国家碟形弹簧目录和手册)教导这种碟形弹簧应以碟形弹簧的 外径接触负载作用面。但是，通过外径加载碟形弹簧需要更大量的材料来对外径进行加载， 尤其在汽车应用中，其导致重量和体积变大、材料成本增加以及能量密度和效率下降。期望得到一种重量和体积减小从而使能量密度和效率增加、成本缩减的燃料电池 组。本专利技术针对该技术问题以及与此相关的优点。
技术实现思路
(本专利技术的)一种实施形式可被概括为一种燃料电池组组件，包括第一端板；第 二端板；多个插入第一端板和第二端板之间的燃料电池；弹性杆；具有内径和外径的碟形 弹簧，该碟形弹簧插入第一端板和弹性杆之间，其中，弹性杆在碟形弹簧的内径处加载该碟 形弹簧；以及压紧带，该压紧带限定第一端板、第二端板、所述多个燃料电池和弹性杆的范 围，所述压紧带朝向第一端板和第二端板推动弹性杆，从而向所述多个燃料电池施加压紧 力。(本专利技术的)另一种实施形式可被概括为一种燃料电池组组件，包括第一端板； 第二端板；多个插入第一端板和第二端板之间的燃料电池；第一弹性杆；第二弹性杆；具有 内径和外径的第一碟形弹簧，该第一碟形弹簧插入第一端板和第一弹性杆之间，其中，第一 弹性杆在第一弹性杆的内径处加载第一碟形弹簧；具有内径和外径的第二碟形弹簧，该第二碟形弹簧插入第二端板和第二弹性杆之间，其中，第二弹性杆在第二弹性杆的内径处加 载第二碟形弹簧；以及压紧带，该压紧带限定第一弹性杆、第二弹性杆、所述多个燃料电池、 第一端板和第二端板的范围，所述压紧带朝向第二弹性杆推动第一弹性杆，从而向所述多 个燃料电池施加压紧力。(本专利技术的)另一种实施形式可被概括为一种燃料电池组组件，包括第一端板； 第二端板；多个插入第一端板和第二端板之间的燃料电池；弹性杆；具有内径和外径的碟 形弹簧，该碟形弹簧插入第一端板和弹性杆之间，其中，弹性杆在碟形弹簧的内径处加载碟 形弹簧；以及压紧装置，该压紧装置朝向第一端板和第二端板推动弹性杆，从而向所述多个 燃料电池施加压紧力。弹性杆的宽度可小于碟形弹簧的外径，弹性杆可由诸如铝、钢、塑料和基于复合纤 维的材料的弹性材料构成。弹性杆可被适配成在碟形弹簧的内径处与碟形弹簧接合，并可 以被适配成接纳压紧带。端板可被适配成接纳碟形弹簧。附图说明图1是现有技术的燃料电池组的局部分解的透视图。图2是现有技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池组组件，包括：第一端板；第二端板；多个插入所述第一端板和所述第二端板之间的燃料电池；弹性杆；具有内径和外径的碟形弹簧，该碟形弹簧插入所述第一端板和所述弹性杆之间，其中，所述弹性杆在所述碟形弹簧的内径处加载该碟形弹簧；和压紧带，该压紧带限定所述第一端板、所述第二端板、所述多个燃料电池和所述弹性杆的范围，所述压紧带朝向所述第一端板和所述第二端板推动所述弹性杆，从而向所述多个燃料电池施加压紧力。

【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：K奥兹古尔，
申请(专利权)人：戴姆勒股份公司，
类型：发明
国别省市：DE