半径来使得通道72的拐角拉伸和变形，否则拐角可能由于铁素体不锈钢材料的低应变硬化率(且因此伸出并变得太薄的趋势)而承受最终形式中的足够塑性变形。所披露的发明将允许使用片270来形成双极板70以在最终形式通道72几何形状结束时提供没有缩颈和破裂的基本上均匀的厚度分布。此方法适用于铁素体和奥氏体不锈钢二者。
[0043]在以上论述的一步骤和两步骤形成方法中，展示相对于先前技术方法的局部变薄的显著减少，其中对于具有75微米厚度的初始片270的铁素体不锈钢样本而言，对于300微米的拉伸深度D在对应于片的弯曲部74C的位置处超过6.1% (对于两步骤方法)和5.6%(对于一步骤方法)的绝对厚度减少。此最佳结果考虑到各种预形成形状和尺寸，包括高达
0.5毫米的平台宽度、0.15毫米与0.4毫米之间的顶点曲率半径以及200微米与300微米之间的拉伸深度。同样，此最佳设计被重复以用于315微米的最终形成阶段。与以上论述的在加工中不使用任何负间隙的图2A和3A的方法相比，最佳化的厚度偏差减少显著更好。本领域技术人员将进一步了解，虽然图2和3的片上的比较操作是用于一步骤和两步骤形成，但是对于任何多步骤操作也可以实现改进，并且这些多步骤操作被认为在本发明的范围内。
[0044]接下来结合图1和4参照图5，展示用来形成双极板的步骤300。最初，执行一对成形步骤310和320。在第一成形步骤310中，将通常平坦的片270输送(例如，通过连续式运输机或其他已知装置)到预形成冲头310A和冲模310B组中；这随后是通过对应形状的冲头320A和冲模320B的最终成形步骤320。如本领域技术人员将了解，对应于两个成形步骤310,320的冲头和冲模组是设计用于特定零件功能和材料类型。因此，替代的零件设计或材料类型可能需要稍微不同的形状/设计，并且可以相应地修改这些组。在步骤310和320的成形之后，可以使用步骤330来形成额外的双极板70特征，诸如内部特征的冲孔、端口开口等。这些冲孔的特征可以包括集管开口以将流体分布到完成的堆叠组件(未示出)中，同时端口(即，阳极和阴极)开口提供用于反应物流体进入或离开每个电池的通路。也可以形成其他特征，诸如建立或支撑用于组装和其他脱模的基准结构以促进组装和集成(例如，促进电池电压监控)的开口。在那之后，可以使用额外的步骤340来提供切割、修剪、周边冲孔或有待丢弃的过量部分的相关分开、例如，可以使用对应于步骤340的最后一个台来冲掉周边材料以将完成的板270从条切出以收集到下游组件。如本领域技术人员将了解，用来形成最终形状双极板270的装置可以包括这些和其他各种制造阶段，以使得它们都被集成到单个形成工具或机器中。切割成通用加工形状的半径用于防止完全形成的双极板70的磨损。将所有部分的拐角融合并使其平滑以最小化应力集中因素和相关的应力梯级。因此，避免了尖锐过渡、拐角等，因为对于诸如赋予成形步骤310、320中的那些的冲压操作而言决不是最佳的。如以上所提及，与形成在一步骤还是多步骤中发生无关，使用负间隙来重新分配表面材料作为减少变薄和潜在缩颈的量的方式。
[0045]根据本发明的实施例制造的燃料电池可以是较大燃料电池堆叠的一部分，较大燃料电池堆叠又可以形成用于车辆(诸如汽车)的推进系统的至少一部分。燃料电池堆叠可以被配置成提供车辆的运动或相关推进需要的至少一部分。本领域技术人员还将了解，可以结合燃料电池堆叠使用其他车辆形式；这些车辆可以包括卡车、摩托车、飞机、宇宙飞船或船只。
[0046]除非另有指示，否则表达数量的任何数字是可以取决于认为将在本发明的实施例中获得的所需性质而变化的近似值。因此，它们都可以理解为由近似词“约”修饰。同样应注意，诸如“优选地”、“一般地”和“通常地”的术语在本文并不用来限制所要求的发明的范围或暗示某些特征对于所要求的发明的结构或功能而言是关键、必要甚至重要的，而是强调在本发明的具体实施例中可能使用或者可能未使用的显著替代或额外特征。此外，术语“基本上”在本文用来表示可能归因于任何数量比较、值、测量或其他表示的不确定的固有程度，并且因此可以表示在不会导致讨论主题的基本功能改变的情况下数量表示可以与所述参考不同的程度。
[0047]虽然详细并且参照本发明的具体实施例描述了本发明，但是将显而易见，在不脱离随附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，修改和变化是可能的。更具体来说，尽管本发明的一些方面在本文被识别为优选或特别有利，但是预期本发明并不必限于本发明的这些优选方面。
【主权项】
1.一种制备用于燃料电池的双极板的方法，所述方法包括: 将金属片放置于双极板形成装置中的多个冲模之间，以使得在所述片由所述多个冲模变形时，所述片将限定其中形成有多个流动通道的双极板；以及 使得所述片变形为双极板形状，所述变形是通过将所述多个冲模闭合在一起以将负间隙引入到所述片的至少一部分中，作为将构成所述片的所述不锈钢的一部分从由所述双极板限定的基本上平面部分重新分配到由所述双极板限定的基本上有角度部分的方式。2.如权利要求1所述的方法，其中所述金属片包括铁素体不锈钢。3.如权利要求1所述的方法，其中所述负间隙小于约20%。4.如权利要求3所述的方法，其中所述负间隙小于约15%。5.如权利要求3所述的方法，其中所述负间隙小于约10%。6.如权利要求1所述的方法，其中所述负间隙形成在接近所述多个冲模中的一个的冲压冲程结束时发生。7.如权利要求1所述的方法，其中所述流动通道包括至少一个壁和至少一个平台。8.如权利要求1所述的方法，其中所述负间隙被应用于单步骤形成过程。9.一种制备用于燃料电池的双极板的方法，所述方法包括: 将基本上平面的金属片放置成与工具合作啮合，其中所述片在其表面的对应于所述双极板的部分中限定基本上恒定的厚度；以及 使用至少一个成形步骤来将所述片形成为其中限定有若干反应物通道的基本上非平面的形状，所述至少一个成形步骤包括将负间隙引入到所述片的至少一部分中，作为将构成所述片的所述金属的一部分从由所述双极板限定的基本上平面部分重新分配到由所述双极板限定的基本上有角度部分的方式。10.一种制备燃料电池的方法，所述方法包括: 将膜电极组件布置成包括阳极、阴极和安置于所述阳极与所述阴极之间的膜；以及 将其中限定多个反应物流动通道的金属双极板放置成与所述组件的所述阳极和所述阴极中的每一个相邻，从而使得在所述燃料电池操作时，分别从燃料源和氧源引入的反应物能通过所述反应物流动通道传递到所述阳极和所述阴极，所述双极板是通过以下步骤形成: 将金属片放置成与形成装置合作啮合；以及 使得所述片变形为所述双极板，所述变形是通过所述装置的至少一部分的移动以使得所述移动将负间隙引入到所述片的至少一部分中，作为将构成所述片的所述不锈钢的一部分从所述反应物流动通道的基本上平面部分重新分配到所述反应物流动通道的基本上有角度部分的方式。
【专利摘要】公开了用于薄片不锈钢双极板形成的冲模间隙控制。一种用于燃料电池中的双极板和制造双极板的方法。片通常由不锈钢制成并且在更优选的形式中由铁素体不锈钢制成。在一个配置中，冲压或相关金属形成工具操作将引入负间隙，作为将构成片的材料的一部分移动或者以其他方式重新分配到其他部分中的方式，作为减少与双极板中形成的弯曲部相关的拉伸、缩颈、变薄和相关厚度偏差的方式。
【IPC分类】H01M8/02, H01M4/88
【公开号】CN105390703
【申请号】CN201510516695
【发明人】S.徐, J.N.洛夫里亚, E.迪科科
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年8月21日
【公告号】DE102015113576A1, US20160056478