燃料电池堆和用于组装该燃料电池堆的方法_2

文档序号:8501256阅读:来源:国知局
述多个燃料电池组件的两侧。另选地,所述支撑结构可以被连接到所述多个燃料电池组件的仅一侧。
[0073]所述支撑结构可以包括至其所连接的燃料电池组件的电气连接。所述支撑结构可以包括索引结构。
[0074]所述多个燃料电池组件可以包括:按顺序在第一方向延伸的第一端板、多个燃料电池组合件和第二端板。
[0075]所述第一端板的第一表面可以是燃料电池堆的外表面。所述第二端板的第一表面可以是燃料电池堆的内表面。所述第一端板的第二表面可以是燃料电池堆的内表面。所述第二端板的第二表面可以是燃料电池堆的外表面。
[0076]所述支撑结构可以只包括在所述第一端板与所述多个燃料电池组合件之间的一个折叠区。所述支撑结构可以只包括在所述第二端板与所述多个燃料电池组合件之间的一个折叠区。
[0077]可以设置被配置成形成燃料电池组件的条带的装置。
[0078]还公开了一种组装燃料电池堆的方法,所述方法包括:
[0079]折叠根据任何前述权利要求的燃料电池组件的条带,以便使多个燃料电池组件定位在构建位置以形成燃料电池堆。
[0080]所述方法还可以包括在构建位置从所述多个燃料电池组件移除支撑结构的至少一部分。在构建位置从所述多个燃料电池组件移除支撑结构的至少一部分可以包括保留所述支撑结构的一部分,其包括连接到所述多个燃料电池组件的电气连接。
[0081]还公开了一种组装燃料电池堆的方法,所述方法包括:
[0082]将局部燃料电池组件的第一条带定位在局部燃料电池组件的第二条带上;以及
[0083]将所述局部燃料电池组件的第一条带和第二条带扇叠在一起以组装燃料电池堆。
[0084]此类方法提供了组装燃料电池堆的简单和方便的方法,因为可以避免在堆内单独定位各个燃料电池组件。
[0085]将所述局部燃料电池组件的第一条带和第二条带扇叠在一起可以包括将在第一条带的第一区域中的局部燃料电池组件定位成与在第二条带的对应区域中的局部燃料电池组件毗连,以便限定完整的燃料电池。因此,各个燃料电池可以可靠和一致地在燃料电池堆内被构造。
[0086]局部燃料电池组件的一个条带或两个条带可以包括支撑结构。此类支撑结构可以包括在毗连的局部燃料电池组件之间的两个横向折叠区。间隔元件可以被定位在位于毗连的局部燃料电池组件之间的两个横向折叠区之间。将局部燃料电池组件的第一条带和第二条带扇叠在一起的步骤可以包括促使第一条带和第二条带的所述局部燃料电池组件通过所述间隔元件彼此接触。提供此类间隔元件可以提供简化的组装方法,因为当折叠时,第一条带中的局部燃料电池组件可以在两侧上毗连于第二条带中的局部燃料电池组件,并且反之亦然。
[0087]还公开了一种燃料电池堆,所述燃料电池堆包括:
[0088]局部燃料电池组件的第一条带;以及
[0089]局部燃料电池组件的第二条带;
[0090]其中所述局部燃料电池组件的第一条带和第二条带在扇叠的取向上一个定位在另一个上面,以便限定所述燃料电池堆。
[0091]在第一条带的第一区域中的局部燃料电池组件可以被定位成与在第二条带的对应区域中的局部燃料电池组件毗连,以便限定完整的燃料电池。
[0092]局部燃料电池组件的第一条带可以包括连接到所述局部燃料电池组件的支撑结构。另外或另选地,局部燃料电池组件的第二条带可以包括连接到所述局部燃料电池组件的支撑结构。
[0093]所述支撑结构中的一个或两个可以包括在毗连的局部燃料电池组件之间的两个横向折叠区。间隔元件可以被定位在位于毗连的局部燃料电池组件之间的两个横向折叠区之间。间隔元件可以包括开口,所述开口被配置成允许所述组件通过所述条带的厚度彼此接触。因此,组件在条带上的简化布置可以被用作间隔元件,所述间隔元件可确保当折叠条带时,第一条带中的局部燃料电池组件在两侧上毗连于第二条带中的局部燃料电池组件,并且反之亦然。
[0094]例如,第一条带中的局部燃料电池组件的一侧可直接毗连于第二条带,并且第一条带中的局部燃料电池组件的另一侧可以通过所述间隔元件中的开口暴露于第二条带。
[0095]局部燃料电池组件的第一条带和/或第二条带可以包括一个或多个导电轨,其用于提供从燃料电池堆的外部至堆中的一个或多个燃料电池的电气连接。所述导电轨可以与本文公开的任何支撑结构相关联。所述一个或多个导电轨可沿所述条带的长度的方向延伸。所述多个导电轨可以每个具有节点,所述节点的一端用于外部连接,并且另一端可以被连接到燃料电池。不同的导电轨可以被连接到燃料电池堆中的不同燃料电池,并且通过关联的节点可单独寻址。多个节点可以位于所述条带的相同端,可选地在外部连接器框架上。
[0096]第一条带和第二条带的局部燃料电池组件可以共同包括下列中的一个或多个:第一电极;膜、第二电极、阴极气体扩散层(其可以统称为4层膜电极组合件)、索引结构(其可包括第一索引结构和第二索引结构)、垫片、垫圈、阳极气体扩散层和双极板。
[0097]第一条带的局部燃料电池组件可以包括下列中的一个或多个:第一电极;膜、第二电极、阴极气体扩散层(其可以统称为4层膜电极组合件)、第一索引结构和第二索引结构。第二条带的局部燃料电池组件可以包括下列中的一个或多个:垫片、垫圈、阳极气体扩散层和双极板。
[0098]第二条带可包括在一端的集电器板以及在另一端的外部连接器框架。被电连接到集电器板的节点可以被设置在外部连接器框架上。所述节点可用于至燃料电池堆的外部连接。
[0099]可以参照附图更好理解本发明的实施例,在附图中:
[0100]图1a和Ib示出用于制造燃料电池的过程;
[0101]图2示出包括多个燃料电池的条带的示意图;
[0102]图3示出折叠条带的示意图的三个侧视图;
[0103]图4a和图4b示出条带和载体的示意图;
[0104]图5a和图5b示出条带和壳体的示意图;
[0105]图6a示出燃料电池生产线的一部分的示意图;
[0106]图6b不出图6a的燃料电池生产线的一部分的替代不意图;
[0107]图6c示出另一燃料电池生产线的一部分的示意图;
[0108]图7示出组装燃料电池堆的一种方法;
[0109]图8示出组装燃料电池堆的另一种方法;
[0110]图9示出组装燃料电池堆的另外一种方法;
[0111]图1Oa至图1Oe示出燃料电池组件的条带和用于从条带组装燃料电池的设备;
[0112]图1la至图lie示意地示出用于将燃料电池子组件传送至基板的组件传送机构的操作;
[0113]图12示出使用组件传送机构将燃料电池子组件传送至基板的另外一种方法;
[0114]图13示出从燃料电池组件的条带组装燃料电池的一种方法;以及
[0115]图14示出组装燃料电池的一种方法。
[0116]图1a和图1b示意地示出用于制造燃料电池的过程100。图1用于描述如何提供支撑结构,当燃料电池的条带被折叠使得燃料电池形成堆时,该支撑结构允许从在相同方向对准的燃料电池的条带构造成燃料电池堆。
[0117]图1被分解为若干占用的框架102、108、112、116、120、124。占用的框架102、108、112、116、120、124示出用于形成燃料电池的连续操作。占用的框架102、108、112、116、120、124中的每个通过空框架103、109、113、117、121彼此隔开。空框架将关于图2进一步详细讨论。
[0118]在每个占用的框架102、108、112、116、120、124中,燃料电池被示出,使得电池在电池平面中具有左侧边缘105和右侧边缘107。为了清楚起见,图1中的各占用框架102、108、112、116、120、124中的等效特征只在首次讨论的框架中标明。
[0119]在第一框架102中,示出双极板104。双极板104可以是按压板。双极板104是大致平面的。双极板104具有邻近于它的每一个拐角的焊接点106。两个焊接点106定位在双极板104的左侧边缘105上,并且两个焊接点106定位在双极板104的右侧边缘107上。焊接点106被配置成使用点焊技术焊接到单独的支撑结构诸如索引轨。另选地,所述支撑结构可以被配置成夹在“焊接点”上。因此,术语“焊接点”应被广义解释为包含经构造可分离或可拆卸或地耦接于另外结构的任何部位。“焊接点”也可被称为“连接点”。
[0120]在第二框架108中,双极板104已被焊接到沿双极板104的左侧边缘105的长度延伸的左侧索引结构IlOa和在第一方向沿双极板104的右侧边缘107的长度延伸的右侧索引结构110b。第一方向通常与双极板104的侧边缘105、107以及索引结构IlOaUlOb的轴线方向平行。
[0121]左侧和右侧索引结构I 1a和IlOb是可用于将多个燃料电池耦接在一起的支撑结构的示例。除了支撑能力以外,索引结构可以提供使燃料电池及它们的组件能够对准的另外益处。左侧索引结构IlOa在双极板104的左侧边缘105上的焊接点106处可分离地或可释放地连接到双极板104。右侧索引结构IlOb在双极板104的右侧边缘107上的焊接点106处可分离地或可释放地连接到双极板104。
[0122]索引结构110a、I1b被配置成在第一方向限定多个燃料电池组件中的一个的位置。索引结构允许制造设备更容易更可再现地和/或更可靠地跟踪燃料电池组件的位置,因此可以保持组件之间的正确间隔。因此,提供索引结构允许通过减轻与燃料电池堆内的各板定位相关联的一些困难来改进自动化处理燃料电池板。
[0123]索引结构IlOaUlOb包括多个缺口或孔,其用于与索引器(未在附图中示出)接合以限定多个燃料电池组件中的一个的位置。制造设备可包括电子照相机以及图像识别软件,以便识别索引结构IlOaUlOb的位置和燃料电池组件诸如双极板104的相对位置。此类布置可以提供用于制造燃料电池或燃料电池堆的更便宜、更快速和/或更精确的过程。
[0124]在图1所示的示例中,索引结构IlOaUlOb可用于提供参考支撑结构自动化识别燃料电池组件的位置。因此,索引材料可以用来简化燃料电池的构造,或改进构造燃料电池的自动化技术的性能。将在下面参考图2进一步描述索引结构在燃料电池堆的改进形成中的使用。
[0125]索引结构IlOaUlOb可以由与双极板104的材料类型不同的材料形成。就是说,索引结构IlOaUlOb由与双极板104的材料类型不同的材料专门形成/制成(仅由与双极板104的材料类型不同的材料组成)。例如,索引结构IlOaUlOb可由软钢或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)形成。提供与双极板104的材料类型不同的索引结构IlOaUlOb可降低在双极板104的制造中使用的材料的成本。事实上,额外索引结构IlOaUlOb的添加成本通过适当选择材料可以是不明显的。索引结构IlOaUlOb可以由比双极板104成本更低的材料制成,因为它可以有较少的严格要求诸如电导特性。
[0126]另选地,在一些应用中,左侧和右侧索引结构IlOaUlOb彼此是相同的或至少由彼此相同的材料制成可能是方便的,以便进一步降低制造的复杂性。
[0127]在第三框架112中,成型工艺用于围绕双极板104的末端应用液体注塑(UM)密封114。成型工艺允许聚合物被应用到超出模盘的模具延伸的金属基板,同时避免聚合物密封材料的不必要挤压。
[0128]在第四框架116中,冲切工艺用于形成子垫圈118,并且层压技术用于将子垫圈118应用到双极板104。
[0129]在第五框架120中,阳极气体扩散层122被放置在双极板104表面上的子垫圈118内,并使用层压技术键合到位。焊接、键合或保持手段诸如粘合
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