专利名称：包括抗弯板的燃料电池用端板的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括抗弯板的燃料电池用端板。更具体地，涉及一种包括抗弯板的燃料电池用端板，其中抗弯板与具有类夹层结构的嵌件组装，且对嵌件注塑成型，从而容易地防止嵌件因注塑成型压力而弯曲。
背景技术：
参考图10，在安装于燃料电池车辆上的燃料电池组的单元电池中，膜电极组件(MEA)位于燃料电池组的单元电池的最内侧。MEA包括质子所穿过的固体聚合物电解质膜10，以及涂敷于固体聚合物电解质膜10的相反表面上使得氢能够与氧反应的催化剂电极层，即阴极12和阳极14。气体扩散层(OTL) 16和衬垫18顺序地堆叠在阴极12和阳极14 的外侧，并且隔板20位于GDL 16的外侧，其中隔板20包括用于供应燃料和排放反应产生的水的流场。在堆叠数百个单元电池后，在燃料电池组的最外侧组装用于供应和固定各单元电池的端板30。在这种情况下，在端板30内安装集流板，该集流板用于收集燃料电池组中产生的电，并将所收集的电输送到燃料电池组的外部。在燃料电池组的阳极14发生氢氧化反应，并通过该反应产生质子和电子。此时，所产生的质子和电子分别经过固体聚合物电解质膜10和隔板20流动到阴极12，使得通过来自阳极14的质子和电子与空气中的氧的电化学反应而在阴极12产生水，并且最终通过电子的流动所产生的电能经过端板30的集流板被供应到需要电能的负载。燃料电池组的端板30用于紧固多个堆叠的隔板、MEA和⑶L，并且同时用于从燃料电池组的两侧分别向各单元电池提供均匀的表面压力。如图9中可见，端板30由金属嵌件31、塑料注塑成型体32和集流板33形成，为了减轻重量和电绝缘，这些部件整体形成。也就是，将金属嵌件31设置在注塑模具内，然后将塑料注塑材料填充在注塑模具中，从而实现包括由塑料注塑成型体32围绕的金属嵌件31的端板30。同时，集流板33与金属嵌件31 —起设置在注塑模具内并且与塑料注塑成型体32一起注塑成型，或者随后个别组装在塑料注塑成型体32内。端板的金属嵌件要求具有高强度以抵抗内表面压力。因此，金属嵌件通常经过机械加工金属材料而制造，并且还制造成复杂的形状以收集燃料电池组内的反应所产生的电，以及将燃料电池组可靠地紧固在一起。然而，常规的端板金属嵌件被制造成整体形状，使得其具有以下劣势第一，在为了减轻金属嵌件的重量而机械加工材料减少结构时，难以对金属嵌件执行注塑成型。也就是，在端板注塑成型后，为了确保与衬垫连续接触以防止燃料泄漏，不应在树脂表面上产生凹陷或不平坦部分。然而，在将材料减少结构应用于金属嵌件时，若塑料注塑成型体的树脂材料的厚度不均匀，则会由于树脂的收缩而在树脂表面不利地产生凹陷或不平坦部分。特别地，如果执行袋处理(pocketprocessing)以将材料减少结构应用于整体金属嵌件以便减轻重量，则难以均匀地保持注塑材料的厚度。第二，整体金属嵌件是通过经机械加工来切割金属板或非金属板而制造的，所以制造一个整体金属嵌件要花费很长时间，从而使得难以批量生产并相应地降低成本。第三，整体金属嵌件应当由单一材料制成。因此，也难以为了减轻重量和提高强度而应用不同材料。在这方面，与常规的整体金属嵌件相反，已制造出堆叠各自具有特定形状的两块或更多块板的夹层嵌件，以保持强度同时促进重量的减轻。然而，由于夹层嵌件采用夹层嵌件的数块板当中的具有材料减少空间的中心设置的板，因此在用塑料注塑成型体围绕夹层嵌件的注塑成型处理中，夹层嵌件的中心部分经常由于树脂压力而弯曲
发明内容
本发明提供了一种包括抗弯板的燃料电池用端板，其中结合有包括各自具有特定形状的两块或更多块堆叠板的夹层嵌件，并且抗弯板接合于夹层嵌件，然后进行注塑成型，从而与常规的整体金属嵌件相反，容易地防止夹层嵌件由于注塑成型处理中的树脂压力而弯曲。一方面，本发明提供了一种包括抗弯板的燃料电池用端板，该端板包括夹层嵌件，其中在两端具有歧管形成部的多块板通过结合装置结合，其中与注塑模具的表面紧密接触的抗弯板接合于夹层嵌件的与注塑成型中直接施加树脂压力的位置相反的表面，并且注塑成型塑料注塑成型体，使得在注塑模具内会被施加树脂压力的夹层嵌件被抗弯板支撑。在第一示例性实施例中，抗弯板具有第一大直径部和与其具有相同厚度且整体形成的第二较小直径部。大直径部的下表面与位于夹层嵌件的最外侧的最外侧板的外表面紧密接触以便注塑成型，并且处于大直径部与小直径部之间的台阶部被塑料注塑成型体注塑成型，以便被塑料注塑成型体锁定。在第二示例性实施例中，抗弯板具有整体形成的大直径部和小直径部，大直径部比小直径部厚，大直径部的下端插入位于夹层嵌件的最外侧的最外侧板的外表面上形成的接合凹槽中，并且处于大直径部与小直径部之间的台阶部被塑料注塑成型体注塑成型，以便被塑料注塑成型体锁定。在第三示例性实施例中，抗弯板具有整体形成的大直径部和比大直径部厚的小直径部，大直径部插入位于夹层嵌件的最外侧的最外侧板的外表面上形成的接合凹槽中，并且处于大直径部与小直径部之间的台阶部被塑料注塑成型体注塑成型，以便被塑料注塑成型体锁定。在第四示例性实施例中，抗弯板具有整体形成的大直径部和比大直径部厚的小直径部，大直径部的下端放置在紧邻夹层嵌件的最外侧板定位的第二板中形成的定位凹槽内，同时小直径部穿过最外侧板中形成的末端插入凹槽突出，并且处于大直径部与小直径部之间的台阶部被塑料注塑成型体注塑成型以被锁定。因此，本发明提供如下结果根据本发明，采用包括数块堆叠板的夹层嵌件作为端板的嵌件，并且抗弯板接合于夹层嵌件，使得抗弯板用于在注塑模具内支撑夹层嵌件，从而防止由于在注塑成型处理中施加于夹层嵌件的树脂压力而使夹层嵌件弯曲。
现在将参照附图中示出的某些示例性实施例详细说明本发明的上述和其他特征，附图在下文中仅以例示的方式给出，因此不限制本发明，并且其中图I是示出根据本发明的第一示例性实施例的燃料电池用端板的金属嵌件和接合于金属嵌件的抗弯板的分解透视图；图2是示出根据本发明的第一示例性实施例的燃料电池用端板的金属嵌件与抗弯板组装并进行注塑成型的状态的剖视图；图3是示出根据本发明的第二示例性实施例的燃料电池用端板的金属嵌件和接 合于金属嵌件的抗弯板的分解透视图；图4是示出根据本发明的第二示例性实施例的燃料电池用端板的金属嵌件与抗弯板组装并进行注塑成型的状态的剖视图；图5是示出根据本发明的第三示例性实施例的燃料电池用端板的金属嵌件和接合于金属嵌件的抗弯板的分解透视图；图6是示出根据本发明的第三示例性实施例的燃料电池用端板的金属嵌件与抗弯板组装并进行注塑成型的状态的剖视图；图7是示出根据本发明的第四示例性实施例的燃料电池用端板的金属嵌件和接合于金属嵌件的抗弯板的分解透视图；图8是示出根据本发明的第四示例性实施例的燃料电池用端板的金属嵌件与抗弯板组装并进行注塑成型的状态的剖视图；图9是示出常规端板的透视图；并且图10是示意性地示出燃料电池组的视图。
具体实施例方式以下将详细参考本发明的不同实施例，其实例在附图中示出并在以下予以说明。应该理解的是，本文所使用的术语燃料电池“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语包括通常的所有类型的燃料电池汽车，例如包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客运车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及飞行器，等等，并且包括混合动力燃料电池车辆、电动机动力燃料电池车辆、辅助插电式燃料电池混合电动车辆、氢动力燃料电池车辆和其他替代性燃料电池车辆(例如，从石油之外的资源取得的燃料)。本发明提供了一种包括具有夹层结构的嵌件100的燃料电池用端板，其中在夹层结构的两端形成用于使氢、空气和冷却水流动的歧管形成部，并且在用塑料注塑材料围绕夹层嵌件100后，注塑成型塑料注塑成型体300。本发明的燃料电池用端板具有的特征在于，抗弯板200与夹层嵌件100组装，以防止在用塑料注塑成型体300围绕夹层嵌件100的注塑成型处理中，夹层嵌件100因注塑成型树脂压力而弯曲。如图I、图3、图5和图7中所示，在夹层嵌件100中，最外侧板110为在两端具有歧管形成部102的第一板，并且第二板120、第三板130和第四板140顺序堆叠，且通过结合装置结合。第二板120具有用于减轻重量的第一材料减少空间122。
将具有上述结构的夹层嵌件100设置在注塑模具400内，同时保持为浮动状态，然后将塑料树脂注入注塑模具400的内表面与夹层嵌件100的外表面之间的空间内，使得夹层嵌件100的外表面被注塑成型的塑料注塑成型体300围绕。在这种情况下，将销(未示出)插入设置在注塑模具400内的夹层嵌件100的四个角上形成的销孔中，并且销的两端同时与注塑模具的上表面和下表面紧密接触并由其支撑，使得夹层嵌件100在注塑模具400的中心部分保持浮动状态。然而，因为当从注塑模具400的下部将塑料树脂注入注塑模具400中时，树脂压力施加于夹层的中心部分，所以夹层嵌件100的中心部分通常轻微地弯曲。因此，本发明提供一种接合于夹层嵌件100以防止夹层嵌件100弯曲的抗弯板200。以下，将说明根据本发明的接合于燃料电池用端板的夹层嵌件的抗弯板的示例性实施例。 第一实施例如图I中所示，根据本发明的第一实施例的抗弯板200包括较大直径部202和相比而言的较小直径部204，两者具有相同厚度且整体形成。处于抗弯板200下侧的较大直径部202和处于抗弯板200上侧的较小直径部204形成帽状形状。抗弯板200与夹层嵌件100 —起设置在注塑模具内，同时与夹层嵌件100紧密接触。更具体地，如图2中可见，当夹层嵌件100以浮动状态设置在注塑模具400内时，抗弯板200的较大直径部202的下表面与位于夹层嵌件100的最外侧的最外侧板110紧密接触，同时较小直径部204的上表面与注塑模具400的上表面紧密接触。随后，通过将塑料树脂注入注塑模具400的内表面与夹层嵌件100的外表面之间的空间内，夹层嵌件100的外表面被塑料注塑成型体300围绕，使得由此对夹层嵌件注塑成型。此时，虽然在注塑成型中树脂压力直接施加于夹层嵌件100的底面，但是对应于夹层嵌件100的另一面的夹层嵌件100的最外侧板110被抗弯板200保持和支撑。因此能够容易地防止夹层嵌件100因树脂压力而弯曲。当从完全注塑成型的端板上移除注塑模具400时，抗弯板200的较小直径部204的上表面露出于外部，同时形成与塑料注塑成型体300相同的平面。特别地，由于处在抗弯板200的较大直径部202与较小直径部204之间的台阶部206被塑料注塑成型体300围绕的同时对夹层嵌件100注塑成型，因此即使在完成注塑成型处理后，抗弯板200也不会从夹层嵌件100中移走，并且保持为固定状态。此外，用于收集燃料电池组中所产生的电的集流板500附装于端板的内表面，例如，抗弯板200的相反侧。第二实施例如图3中所示，根据本发明的第二实施例的抗弯板200包括较大直径部202和与其整体形成的相比而言的较小直径部204。较大直径部202比较小直径部204厚。较大直径部202形成于抗弯板200的下侧而较小直径部204形成于抗弯板200的上侧，以便形成帽状形状。抗弯板200与夹层嵌件100 —起设置在注塑模具内，同时与夹层嵌件100紧密接触。更具体地，如图4中可见，当夹层嵌件100以浮动状态设置在注塑模具400内时，抗弯板200的大直径部202的下端插入位于夹层嵌件100的最外侧的最外侧板110的外表面上形成的接合凹槽105中，并且小直径部204的上表面与注塑模具400的上表面紧密接触。随后，通过将塑料树脂注入到注塑模具400的内表面与夹层嵌件100的外表面之间的空间内，夹层嵌件100被塑料注塑成型体300围绕，使得由此对夹层嵌件100注塑成型。此时，虽然在注塑成型处理中树脂压力直接施加于夹层嵌件100的底面，但是对应于夹层嵌件100的另一面的夹层嵌件100的最外侧板110被抗弯板200保持和支撑，使得能够容易地防止夹层嵌件100因树脂压力而弯曲。当从完全注塑成型的端板上移除注塑模具400时，抗弯板200的较小直径部204的上表面露出于外部，同时形成与塑料注塑成型体300相同的平面。特别地，由于处在抗弯板200的较大直径部202与较小直径部204之间的台阶部206被塑料注塑成型体300围绕’的同时对夹层嵌件100注塑成型，因此即使在完成注塑成型处理后，抗弯板200也不会从夹层嵌件100中移走，并且保持为固定状态。类似地，用于收集燃料电池组中所产生的电的集流板500附装于端板的内表面，例如，抗弯板200的相反侧表面。第三实施例如图5中所示，根据本发明的第三实施例的抗弯板200包括较大直径部202和与其整体形成的相比而言的较小直径部204。较小直径部204比大直径部202厚。处于抗弯板200下侧的较大直径部202和处于抗弯板200上侧的较小直径部204形成帽状形状。如图6中可见，当夹层嵌件100以浮动状态设置在注塑模具400内时，抗弯板200的整个大直径部202插入位于夹层嵌件100的最外侧的最外侧板110的外表面上形成的接合凹槽105中，并且较小直径部204的上表面与注塑模具400的上表面紧密接触。其余处理与第二实施例相同，所以将省略其详细说明。第四实施例如图7中所示，根据本发明的第四实施例的抗弯板200包括较大直径部202和与其整体形成的较小直径部204。较小直径部204比大直径部202厚。处于抗弯板200下侧的大直径部202和处于抗弯板200上侧的小直径部204的整体形状形成帽状形状。如图8中可见，当夹层嵌件100以浮动状态设置在注塑模具400内时，大直径部202的下端放置在紧邻夹层嵌件100的最外侧板110定位的第二板120中形成的定位凹槽107中，同时小直径部204穿过最外侧板110中形成的末端插入凹槽108突出。此时，处在抗弯板200的较大直径部202与较小直径部204之间的台阶部206被最外侧板110的下表面固定于固定状态。因此，虽然在注塑成型中树脂压力直接施加于夹层嵌件100的底面，但是对应于夹层嵌件100的另一面的夹层嵌件100的最外侧板110被抗弯板200保持和支撑。因此能够容易地防止夹层嵌件100因树脂压力而弯曲。当从完全注塑成型的端板上移除注塑模具400时，抗弯板200的较小直径部204的上表面露出于外部，同时形成与塑料注塑成型体300相同的平面。特别地，由于处在抗弯板200的较大直径部202与较小直径部204之间的台阶部206被最外侧板110的下表面紧固和锁定，因此即使在完成注塑成型处理后，抗弯板200也不会从夹层嵌件100中移走，并且保持为紧固状态。类似地，用于收集燃料电池组中所产生的电的集流板500附装于端板的内表面，例如，抗弯板200的相反侧表面。·
权利要求
1.一种燃料电池用端板，包括 夹层嵌件，其中在两端具有歧管形成部的多块板通过结合装置结合， 其中与注塑模具的表面紧密接触的抗弯板接合于所述夹层嵌件的与注塑成型期间直接施加树脂压力的位置相反的表面，并且注塑成型塑料注塑成型体，使得在所述注塑模具内被施加所述树脂压力的所述夹层嵌件被所述抗弯板支撑。
2.根据权利要求I所述的端板，其中所述抗弯板具有较大直径部和与其具有相同厚度且整体形成的相比而言的较小直径部，所述较大直径部的下表面与位于所述夹层嵌件的最外侧的最外侧板的外表面紧密接触以便注塑成型，并且处于所述较大直径部与所述较小直径部之间的台阶部被所述塑料注塑成型体注塑成型，以便被所述塑料注塑成型体锁定。
3.根据权利要求I所述的端板，其中所述抗弯板具有较大直径部和与其整体形成的相比而言的较小直径部，所述较大直径部比所述较小直径部厚，所述较大直径部的下端插入位于所述夹层嵌件的最外侧的最外侧板的外表面上形成的接合凹槽中，并且处于所述较大直径部与所述较小直径部之间的台阶部被所述塑料注塑成型体注塑成型，以便被所述塑料注塑成型体锁定。
4.根据权利要求I所述的端板，其中所述抗弯板具有较大直径部和与其整体形成的相比而言的较小直径部，所述较小直径部比所述较大直径部厚，所述较大直径部插入位于所述夹层嵌件的最外侧的最外侧板的外表面上形成的接合凹槽中，并且处于所述较大直径部与所述较小直径部之间的台阶部被所述塑料注塑成型体注塑成型，以便被所述塑料注塑成型体锁定。
5.根据权利要求I所述的端板，其中所述抗弯板具有较大直径部和与其整体形成的相比而言的较小直径部，所述较小直径部比所述较大直径部厚，所述较大直径部的下端放置在紧邻所述夹层嵌件的最外侧板定位的第二板中形成的定位凹槽内，同时所述较小直径部穿过所述最外侧板中形成的末端插入凹槽突出，并且处于所述较大直径部与所述较小直径部之间的台阶部被所述塑料注塑成型体注塑成型，以便被所述塑料注塑成型体锁定。
6.一种燃料电池组，包括 膜电极组件； 多个气体扩散层和衬垫； 两块或更多块端板，被配置用于将所述膜电极组件，所述多个气体扩散层和衬垫紧固成燃料电池组， 其中各端板包括 嵌件，其中在两端具有歧管形成部的多块板结合，所述端板形成为与注塑模具的表面紧密接触的抗弯板，所述抗弯板接合于所述嵌件的与注塑成型期间直接施加树脂压力的位置相反的表面，并且注塑成型塑料注塑成型体，其中在所述注塑模具内被施加所述树脂压力的所述嵌件被所述抗弯板支撑。
7.根据权利要求6所述的燃料电池组，其中所述抗弯板具有较大直径部和与其具有相同厚度且整体形成的相比而言的较小直径部，所述较大直径部的下表面与位于所述夹层嵌件的最外侧的最外侧板的外表面紧密接触以便注塑成型，并且处于所述较大直径部与所述较小直径部之间的台阶部被所述塑料注塑成型体注塑成型，以便被所述塑料注塑成型体锁定。
8.根据权利要求6所述的燃料电池组，其中所述抗弯板具有较大直径部和与其整体形成的相比而言的较小直径部，所述较大直径部比所述较小直径部厚，所述较大直径部的下端插入位于所述夹层嵌件的最外侧的最外侧板的外表面上形成的接合凹槽中，并且处于所述较大直径部与所述较小直径部之间的台阶部被所述塑料注塑成型体注塑成型，以便被所述塑料注塑成型体锁定。
9.根据权利要求7所述的燃料电池组，其中所述抗弯板具有较大直径部和与其整体形成的相比而言的较小直径部，所述较小直径部比所述较大直径部厚，所述较大直径部插入位于所述夹层嵌件的最外侧的最外侧板的外表面上形成的接合凹槽中，并且处于所述较大直径部与所述较小直径部之间的台阶部被所述塑料注塑成型体注塑成型，以便被所述塑料注塑成型体锁定。
10.根据权利要求7所述的燃料电池组，其中所述抗弯板具有较大直径部和与其整体形成的相比而言的较小直径部，所述较小直径部比所述较大直径部厚，所述较大直径部的下端放置在紧邻所述夹层嵌件的最外侧板定位的第二板中形成的定位凹槽内，同时所述较小直径部穿过所述最外侧板中形成的末端插入凹槽突出，并且处于所述较大直径部与所述较小直径部之间的台阶部被所述塑料注塑成型体注塑成型，以便被所述塑料注塑成型体锁定。
全文摘要
本发明公开了一种包括抗弯板的燃料电池用端板，其中抗弯板与具有夹层结构的嵌件组装并且对嵌件注塑成型。端板包括夹层嵌件，其中在两端具有歧管形成部的多块板通过结合装置结合，其中与注塑模具的表面紧密接触的抗弯板接合于夹层嵌件的与注塑成型中直接施加树脂压力的位置相反的表面，并且注塑成型塑料注塑成型体，使得在注塑模具内会被施加树脂压力的夹层嵌件被抗弯板支撑，从而与常规的整体金属嵌件相反，能够容易地防止夹层嵌件由于注塑成型处理中的树脂压力而弯曲。
文档编号H01M8/24GK102983294SQ201110427959
公开日2013年3月20日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年9月7日
发明者徐正焘, 金世勋, 安炳琪, 朴真用, 金志勇 申请人:现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社, 大圆钢业株式会社