专利名称：燃料电池堆压缩外壳装置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种燃料电池系统，更具体地，涉及一种用于燃料电池系统的压
缩外壳装置。
背景技术：
已提出燃料电池作为用于电动车和各种其他应用的清洁、有效和环保的动力源。 具体地，燃料电池已被认为是现代车辆中使用的传统内燃发动机的潜在替代物。在质子交换膜(PEM)类型燃料电池中，氢作为燃料提供给燃料电池的阳极，氧作为氧化剂提供给燃料电池的阴极。燃料电池包括布置在一对分离板之间的成套化电极组件(UEA)。UEA通常包括绝缘垫、固体聚合物膜电解质(在该膜电解质的两个面上具有催化剂和电极)和抵靠膜电解质的两个面布置的导电气体扩散介质。多个燃料电池堆叠在一起形成燃料电池堆。燃料电池堆通常都以压缩方式加载，以密封燃料电池且保持分离板、气体扩散介质和催化剂电极之间的低界面接触电阻。PEM燃料电池堆中的低界面接触电阻与压缩加载直接相关。通常，燃料电池堆上的压缩加载范围从大约50 psi至大约400 psi，且由压缩保持系统控制。压缩保持系统通常包括连接在一起且协作以保持在燃料电池堆上的压缩的多个组件。常规压缩系统包括延伸通过使用紧固螺母固定的端板组件并且在该端板组件之间的拉杆。螺纹连接在拉杆上并且插入在紧固螺母与端板之间的弹簧用于在堆叠方向将弹性压缩力施加到燃料电池堆。包括多个组件的常规压缩保持系统体积庞大且成本高。包括多个组件的常规压缩保持系统增加了燃料电池系统的体积。包括压缩保持系统的燃料电池堆通常通过将燃料电池堆放置在保护外壳中屏蔽污染。保护外壳还可以抑制燃料电池堆造成的电磁干扰。安装结构通常也连接到燃料电池堆以利于燃料电池堆连接到车辆底盘或其他结构。多个不同子组件，诸如常规压缩保持系统、保护外壳和安装结构增加了燃料电池系统的体积。此外，包括常规压缩保持系统、保护外壳和安装结构的燃料电池系统导致燃料电池系统具有复杂的设计。由于常规压缩保持系统、保护外壳和安装结构的每一个各自附接到燃料电池系统，该复杂的设计不合希望地增加了组装时间。也不合希望地增加了用于将多个不同子组件连接到燃料电池系统的紧固件的数量。此外，会需要按照特定顺序从燃料电池系统去除该多个不同子组件，以利于其维修，增加了燃料电池系统的维修时间。多个不同子组件导致复杂设计，增加了组装时间，所使用的紧固件的数量和燃料电池系统的维修时间。期望开发一种用于燃料电池系统的压缩外壳装置，其中，所述压缩外壳装置最小化保持燃料电池堆压缩所需的组件数量，最小化燃料电池系统的体积以及简化燃料电池系统的设计
发明内容
令人惊讶地发现本发明当前所提供的用于燃料电池系统的压缩外壳装置最小化保持燃料电池堆压缩所需的部件数量，最小化燃料电池系统的体积以及简化燃料电池系统的设计。在一个实施例中，燃料电池系统包括具有第一端和第二端的燃料电池堆，所述堆包括至少一个燃料电池；相邻于燃料电池堆的第一端布置的第一压缩板；相邻于燃料电池堆的第二端布置的第二压缩板；以及压缩外壳装置，压缩外壳装置还包括具有第一紧固点、第二紧固点和中间部分的单体式主体，其中，第一紧固点和第二紧固点连接到第一压缩板，且中间部分相邻于第二压缩板布置。在另一实施例中，燃料电池系统包括具有第一端和第二端的燃料电池堆，所述堆包括至少一个燃料电池；相邻于燃料电池堆的第一端布置的第一压缩板；相邻于燃料电池堆的第二端布置的第二压缩板；以及大体U形压缩外壳装置，压缩外壳装置还包括单体式主体，具有形成在其第一端的至少一个第一突出部、形成在其第二端的至少一个第二突出部、和中间部分，其中，所述至少一个第一突出部和所述至少一个第二突出部连接到第一压缩板，且中间部分相邻于第二压缩板布置。本发明还提供一种组装燃料电池系统的方法。在一个实施例中，所述方法包括步骤提供具有单体式主体的压缩外壳装置，所述单体式主体具有第一紧固点、第二紧固点和中间部分；提供第一压缩板；提供具有第一端和第二端的燃料电池堆，所述堆包括至少一个燃料电池；提供第二压缩板；在所述压缩外壳装置中布置第二压缩板；在所述压缩外壳装置中布置燃料电池堆，所述燃料电池堆的第二端布置成抵靠第二压缩板；抵靠所述燃料电池堆的第一端布置第一压缩板；将压缩负载施加到所述第一压缩板和压缩外壳装置之一以压缩燃料电池堆；将所述压缩外壳装置连接到所述第一压缩板；以及移除所述压缩负载。本发明还提供如下方案 1. 一种燃料电池系统，其包括
具有第一端和第二端的燃料电池堆，所述堆包括至少一个燃料电池； 布置成相邻于所述燃料电池堆的所述第一端的第一压缩板； 布置成相邻于所述燃料电池堆的所述第二端的第二压缩板；以及压缩外壳装置，其还包括
单体式主体，具有第一紧固点、第二紧固点和中间部分，其中，所述第一紧固点和所述第二紧固点连接到所述第一压缩板，且所述中间部分布置成相邻于第二压缩板。2.如方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩外壳装置由金属片形成。3.如方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩外壳装置包括形成于其中的多个刚性化特征。4.如方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩外壳装置包括置于在所述压缩外壳装置与所述燃料电池堆之间的绝缘层。5.如方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩外壳装置为大体U形。6.如方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一紧固点形成在所述单体式主体的所述第一端中，并且所述第二紧固点形成在所述单体式主体的所述第二端中。7.如方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩外壳装置的宽度大于所述燃料电池堆的宽度。8.如方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，其还包括包含至少一个堆支撑系统的端单元，所述端单元布置成相邻于所述第一压缩板。9.如方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，其还包括布置成相邻于所述燃料电池堆的刚性结构件，所述刚性结构件连接到所述压缩外壳装置。10.如方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一紧固点和所述第二紧固点中的至少一个是通过压制工艺形成的突出部。11.如方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一紧固点和所述第二紧固点中的至少一个是所述压缩外壳装置的远端。12.如方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一紧固点和所述第二紧固点的至少一个使用焊接连接到所述第一压缩板。13.如方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，其还包括在所述第一压缩板中形成的多个保持孔。14.如方案13所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述第一压缩板中形成的所述多个保持孔与所述第一紧固点和所述第二紧固点中的至少一个协作，以将所述压缩外壳装置连接到所述第一压缩板。15.如方案13所述的燃料电池系统，其特征在于，所述多个保持孔与压床协作，以形成所述第一紧固点和所述第二紧固点中的至少一个并且以将所述压缩外壳装置连接到所述第一压缩板。16. —种燃料电池系统，其包括
具有第一端和第二端的燃料电池堆，所述堆包括至少一个燃料电池； 布置成相邻于所述燃料电池堆的所述第一端的第一压缩板； 布置成相邻于所述燃料电池堆的所述第二端的第二压缩板；以及大体U形压缩外壳装置，其还包括
单体式主体，具有形成在其第一端的至少一个第一突出部、形成在其第二端的至少一个第二突出部、和中间部分，其中，所述至少一个第一突出部和所述至少一个第二突出部连接到所述第一压缩板，且所述中间部分布置成相邻于所述第二压缩板。17.如方案16所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩外壳装置的宽度大于所述燃料电池堆的宽度。18.如方案16所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述第一压缩板中形成的多个保持孔与所述至少一个第一突出部和所述至少一个第二突出部协作，以将所述压缩外壳装置连接到所述第一压缩板。19.如方案16所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述第一压缩板中形成的所述多个保持孔与压床协作，以形成所述至少一个第一突出部和所述至少一个第二突出部并且以将所述压缩外壳装置连接到所述第一压缩板。20. 一种用于组装燃料电池系统的方法，其包括
提供具有单体式主体的压缩外壳装置，所述单体式主体具有第一紧固点、第二紧固点和中间部分；
提供第一压缩板；提供具有第一端和第二端的燃料电池堆，所述堆包括至少一个燃料电池； 提供第二压缩板；
在所述压缩外壳装置中布置所述第二压缩板；
在所述压缩外壳装置中布置所述燃料电池堆，所述燃料电池堆的所述第二端布置成抵靠所述第二压缩板；
抵靠所述燃料电池堆的所述第一端布置所述第一压缩板；
将压缩负载施加到所述第一压缩板和所述压缩外壳装置中的一个以压缩所述燃料电池堆；
将所述压缩外壳装置连接到所述第一压缩板；以及移除所述压缩负载。
根据以下结合附图考虑而对本发明的详细描述，本发明的上述优点以及其他优点对于本领域的技术人员将是明显的，在附图中
图1示出PEM燃料电池堆(仅示出两个电池)的示意性分解透视图； 图2是示出具有根据本发明实施例的压缩外壳装置的燃料电池系统的部分分解透视
图3是示出处于已组装状态的图2的燃料电池系统的透视图； 图4是图2和图3所示的压缩外壳装置的正视图； 图5是图2和图3所示的压缩外壳装置的侧视图； 图6是根据本发明的另一实施例的压缩外壳装置的正视图； 图7是图6所示的压缩外壳装置的侧视图；以及
图8是示出具有根据本发明另一实施例的压缩外壳装置的燃料电池系统的透视图。
具体实施例方式以下描述本质上仅是示例性的，并不意在限制本公开、应用或使用。应该理解，在整个附图中，相应的标号同样指示类似或相应的部件和特征。对于公开的方法，呈现的步骤本质上仅是示例性，因此不是必须或决定性的。图1描述了燃料电池堆10，其具有由导电双极板14彼此分开的一对成套化电极组件12。为了简明，在图1中仅示出和描述了两个电池堆(即，一个双极板)，应理解，典型燃料电池堆10将具有更多电池和双极板。成套化电极组件12和双极板14在一对夹板16，18和一对单极端板20，22之间堆叠在一起。夹板16，18通常通过密封件或绝缘涂层(未示出)与端板20，22电绝缘。单极端板20、双极板14的两个工作面和单极端板22包括各自的活性区域24，26，28，和30。活性区域24，26，28，和30通常是用于将气态反应物诸如氢气和空气分配在成套化电极组件12 的阳极和阴极上的流场。双极板14通常通过用于成形金属片的常规工艺，诸如冲压、机加工、模制或通过光刻掩模的照相蚀刻来形成。在一个实施例中，双极板14由通过任何常规工艺例如焊接或粘接而联结的单极板来形成。还应当理解，双极板14还可以由复合材料形成。在一个具体实施例中，双极板14由石墨或石墨填充聚合物形成。多个非导电垫32，可以是多个膜电极组件33的部件，抵御燃料电池泄露，并且提供在燃料电池堆10的若干部件之间的电绝缘。透气扩散介质34布置为与膜电极组件33 相邻，共同形成成套化电极组件12。端板20，22也分别布置为与扩散介质34相邻，而双极板14的有源区域26，28被布置为与扩散介质34相邻。双极板14、端板20，22和成套化电极组件12中每个包括阴极供给孔36和阴极排出孔38、冷却剂供给孔40和冷却剂排出孔42以及阳极供给孔44和阳极排出孔46。燃料电池堆10的供给集管48和排出集管50通过双极板14、单极端板20，22和成套化电极组件 12中各个孔36，38，40，42，44，46的对齐来形成。氢气通过阳极入口管道52供给到阳极供给集管。空气通过阴极入口管道M提供给燃料电池堆的阴极供给集管。还分别为阳极排出集管和阴极排出集管设置阳极出口管道56和阴极出口管道58。设置冷却剂入口管道60 用于向冷却剂供给集管提供液体冷却剂。设置冷却剂出口通道62用于将冷却剂从冷却剂排出集管去除。应当理解，图1中的各个入口 52，54，60和出口 56，58，62的构造是为了说明的目的，并且还可以按照期望选择其他构造。在图2和图3中，示出根据本发明的燃料电池系统100的一个实施例。燃料电池系统100具有布置在第一压缩板104与第二压缩板106之间的燃料电池堆102。低端单元 108布置为与第一压缩板104相邻。压缩外壳装置110布置在第二压缩板106上且连接到第一压缩板104。第一刚性结构件112和第二刚性结构件114布置为与燃料电池堆102相邻，且连接到压缩外壳装置110。燃料电池堆102包括多个双极板116，其具有布置在其间的多个成套化电极组件。 多个歧管通过在板116中形成的孔的对齐来形成。该多个歧管包括阳极供给歧管118、阳极排出歧管120、阴极供给歧管122、阴极排出歧管124、冷却剂供给歧管1 和冷却剂排出歧管128。歧管118，120, 122，124，126，128的每一个与第一压缩板104和低端单元108流体连通。双极板116与第一刚性结构件112或通过每个板116上形成的多个触点130与布置在第一刚性结构件112中的部件电连通。燃料电池堆102的第一端布置为与第一压缩板 104相邻，并且燃料电池堆102的第二端布置为与第二压缩板106相邻。第一压缩板104是刚性体，其具有大体矩形棱柱形状，但是也可以使用其他形状。 多个紧固件(未示出)将第一压缩板104连接到低端单元108，但是也可以使用其他连接设备。第一压缩板104由刚性材料诸如钢、铝或者所期望的其他材料来形成。第一压缩板104 被设计为承受几吨的压缩力。应当认识到第一压缩板104可以与低端单元108组合。多个流体端口 132通过第一压缩板104形成在第一压缩板104的板邻接面134上。 端口 132的每一个利于多个歧管118，120，122，124，126，1 与低端单元108之间的流体连通。在第一压缩板104的侧面138上形成多个保持孔136。如所示，在侧面138的每个上形成4个保持孔136，但是可以使用任何其他数量的保持孔136。第二压缩板106是大体刚性体。第二压缩板106由刚性材料诸如钢、铝或者所期望的其他材料来形成。替代地，可以由多种刚性材料形成第二压缩板106。第二压缩板106 被设计为承受几吨的压缩力。第二压缩板106的顶面140是弧形，以允许从顶面140到第二压缩板106的每个侧面142的切向过渡。底面143是第二压缩板106的与燃料电池堆102 相邻的大体平面。
低端单元108连接到第一压缩板104且与第一压缩板104和燃料电池堆102流体连通。低端单元108容纳燃料电池堆102的预处理和操作中有关的至少一个并且在特定实施例中多于一个的燃料电池子系统和相关设备(未示出)。作为非限制性示例，容纳在低端单元108内的燃料电池子系统可以包括流体通道、氢燃料和氧化剂(O2/空气)通道、冷却泵、 再循环泵、排水阀、绝缘体、风扇、压缩机、阀、电气连接件、重整器、加湿器以及相关的仪器。 应认识到，在支持燃料电池系统100中使用的额外燃料电池子系统和/或外围设备也可以容纳在低端单元108中。压缩外壳装置110是通常由金属片形成的大体U形单体式主体。可通过冲压和弯曲一件金属片来形成压缩外壳装置110，但可使用其他工艺。压缩外壳装置110可由抵御电磁干扰通过其传递的材料形成，并且通常具有能够承受施加到其上的几吨张力的厚度。可以按照期望改变压缩外壳装置110的厚度。作为非限制性示例，压缩外壳装置110沿周缘的厚度可以为大约1. 5毫米，而在中心部分的厚度可以为大约0. 5毫米。压缩外壳装置110 的宽度通常大于燃料电池堆102的宽度。压缩外壳装置110从第一压缩板104的其中一个侧面138，在燃料电池堆102和第二压缩板106上，返回到第一压缩板104的另一侧面138。压缩外壳装置110包括形成在其第一部分146和第二部件148中的至少一个紧固点144。第一部分146和第二部件148基本上是平的。在第一部分146和第二部件148之间形成中间部分150。中间部分150是压缩外壳装置110的在第一部分146和第二部件148 之间的弧形过渡部分。紧固点144接合形成保持孔136、将压缩外壳装置110连接到第一压缩板104和将燃料电池堆102和第二压缩板106固定到压缩外壳装置110内的壁。如图4和图5所示，压缩外壳装置110包括在第一部分146中形成的4个紧固点 144和在第二部分148中形成的4个紧固点144，但是可以使用任何数量的紧固点144。紧固点144是大体矩形突出部，突出部沿其三侧与单体式主体分离，并且当在第一部分146中形成时朝第二部分148向内弯曲。当在第二部分148中形成紧固点144时，突出部朝第一部分146向内弯曲。单体式主体的连接到紧固点144的一侧与压缩外壳装置110的底周缘边缘152相邻。可以使用冲床和模具在压缩外壳装置110中形成紧固点144，其中，保持孔 136是模具。替代地，可以通过任何其他工艺形成紧固点144。紧固点144还可以具有其他形状，诸如单体式主体中的非贯通凹部，放置紧固件的孔或插入第二压缩板106的一部分的孔。还可以相邻于底周缘边缘152在第一部分146和第二部分148中形成多个孔153。 布置在多个孔153中并连接到第一压缩板104的多个紧固件将力相邻于底周缘边缘152施加到压缩外壳装置110。替代地，形成在压缩外壳装置110或第一压缩板104中的其他特征可以将力施加到压缩外壳装置110。中间部分150是单体式主体的大体弧形部分。中间部分150的形状基本对应于第二压缩板106的顶面140的形状。中间部分150形成从单体式主体的第一部分146到第二部分148的切向过渡。图3示出相邻于第二压缩板106的顶面140布置的中间部分150。压缩外壳装置110可以包括其中形成的多个刚性化特征154。如图2、图3和图4 所示，多个刚性化特征巧4是在压缩外壳装置110的第一部分146和第二部分148中一体形成的多个肋部。替代地，刚性化特征巧4可以单独地形成并且连接到压缩外壳装置110。绝缘层156布置在压缩外壳装置110的内表面。如图2和图5所示，绝缘层156成形为基本符合压缩外壳装置110的内表面。为了形成绝缘层156，通常将闭孔泡沫或其他非吸收性绝缘材料切割成预定尺寸，并且使用粘合剂连接到内表面。绝缘层156可以是单体式层或者可以包括多个部分。替代地，可以通过将绝缘材料连接到燃料电池堆102来形成绝缘层156。压缩外壳装置110包括随其一体形成的结构接口部分158。结构接口部分158是压缩外壳装置110的从侧向周缘边缘160到燃料电池堆102的边缘向内延伸的一部分。如所示，压缩外壳装置110包括在燃料电池堆102的每侧上形成的两个结构接口部分158。多个周缘孔162相邻于侧向周缘边缘160形成在结构接口部分158中。第一刚性结构件112和第二刚性结构件114连接到结构接口部分158。如图2和图3所示，第一刚性结构件112和第二刚性结构件114布置在燃料电池堆102的相对侧且相邻于燃料电池堆102。钢、铝或其他可成形材料通常用于形成第一刚性结构件112和第二刚性结构件114。可以使用铸造工艺、机加工工艺或任何其他工艺形成第一刚性结构件112 和第二刚性结构件114。应注意到，第一刚性结构件112和第二刚性结构件114可以由类似或不同材料来形成并且可以使用类似或不同工艺来制造。第一刚性结构件112和第二刚性结构件114可以是空心体或实心体。第一刚性结构件112和第二刚性结构件114的至少一部分基本对应于第二压缩板106、燃料电池堆102和第一压缩板104的轮廓。第一刚性结构件112和第二刚性结构件114靠近第一压缩板104和第二压缩板106的端部。当连接到结构接口部分158时，第一刚性结构件112、第二刚性结构件114和压缩外壳装置110基本封闭第一压缩板104、燃料电池堆102和第二压缩板106。与周缘孔162对应的多个接收元件166形成在第一刚性结构件112和第二刚性结构件114件中。多个紧固件被布置为通过周缘孔162并进入接收元件166，以将第一刚性结构件和第二刚性结构件114连接到压缩外壳装置110。替代地，可以使用多个接合突出部和接收孔、夹持压缩外壳装置110的侧向周缘边缘160或者根据期望使用其他紧固件将第一刚性结构件112和第二刚性结构件114连接到压缩外壳装置110。第一刚性结构件112和第二刚性结构件114包括形成在其上的至少一个安装点 168。如图2和图3所示，安装点168包括在连接到第一刚性结构件112和第二刚性结构件 114的支撑部件170中形成的孔。然而，安装点168可以形成在第一刚性结构件112和第二刚性结构件114的任何部分中。布置成通过安装点168和横向车体连接结构(cross car structure)(未示出)的紧固件(未示出)提供对燃料电池系统100的支持。然而，安装点 168可以连接到任何刚体以支撑燃料电池系统100。第一刚性结构件112和第二刚性结构件114可以包括端口 172。如所示，端口 172 包括形成在第一刚性结构件112中的孔，其提供到第一刚性结构件112的内腔的接入。端口 172可利于与布置在其中的部件的流体、电或机械连通。另外，端口 172可利于与燃料电池堆102的电连通。汇流条、堆接口单元、堆健康监控器或其他部件可以布置在第一刚性结构件112的内腔中，且与触点130进行电连通。图6和图7示出与图2、图3、图4和图5所示的实施例类似的本发明的另一实施例。相对于图2、图3、图4和图5中描述的类似结构的标号在图6和图7中使用撇(’)符
号重复。压缩外壳装置110’包括在其第一部分146’和第二部分148’中形成的突出部或紧固卷曲部180。第一部分146’和第二部分148’是大体平的。在第一部分146’和第二部分148’之间形成中间部分150’。紧固卷曲部180接合第一压缩板(未示出)中形成的保持通道或保持孔，从而将压缩外壳装置110’连接到第一压缩板且将燃料电池堆和第二压缩板固定在压缩外壳装置110’内。紧固卷曲部180是形成在第一部分146’和第二部分148’中的向内弯曲特征，形成底周缘边缘152’。替代地，紧固卷曲部180可以是L状或者倒钩状。当形成在第一部分 146’中时，紧固卷曲部180通过将第一部分146’的节段朝向第二部分148’弯曲来形成。 当紧固卷曲部180形成在第二部分148’中时，朝向第一部分146’弯曲第二部分148’的节段。图8示出与图2、图3、图4和图5所示的实施例类似的本发明的另一实施例。对于图2、图3、图4和图5中描述的类似结构的标号在图8中使用双撇(’’)符号重复。压缩外壳装置110’ ’焊接到第一压缩板104’ ’。在第一压缩板104’ ’与第一部分 146"的底周缘边缘152’’之间形成保持焊接184。还在第一压缩板104’ ’与第二部分(未示出)的底周缘边缘152’’之间形成保持焊接184。第一部分146’’和第二部分的长度可调节成优化保持焊接184的强度和位置。此外，可以在第一部分146’ ’和第二部分中形成诸如孔或间隙的一个或多个特征。在一个或多个特征中形成的一个或多个焊接可以增加压缩外壳装置110’’到第一压缩板104’’的连接强度。替代地，压缩外壳装置110’’可以点焊或感应焊接到第一压缩板104’ ’。第一刚性结构件112’’和第二刚性结构件114’’也可以焊接到压缩外壳装置 110’，。在第一刚性结构件112’，与第一部分146’，和第二部分的侧向周缘边缘160’，之间形成保持焊接186。还在第二刚性结构件114’’与第一部分146’’和第二部分的侧向周缘边缘160’’之间形成保持焊接186。还可在中间部分150’’与第一刚性结构件112’’和第二刚性结构件114’ ’之间形成保持焊接186。此外，可以相邻于第一部分146’ ’和第二部分的侧向周缘边缘160’’在第一部分146’’和第二部分中形成诸如孔或间隙的一个或多个特征。在一个或多个特征中形成的一个或多个焊接可以增加压缩外壳装置110’’到第一刚性结构件112’’和第二刚性结构件114’’的连接强度。替代地，压缩外壳装置110’’可以点焊或感应焊接到第一刚性结构件112’ ’和第二刚性结构件114’ ’。应注意，焊接和保持特征的任意组合可以用于将压缩外壳装置110’ ’连接到第一压缩板104’ ’、第一刚性结构件 112"和第二刚性结构件114’’。在使用中，包括压缩外壳装置110，110’，110’’的燃料电池系统100，100’ ’可用于最小化保持燃料电池堆102的压缩所需的部件的数量，最小化燃料电池系统100，100' ’的体积，且简化燃料电池系统100，100’ ’的设计。为了组装燃料电池系统100，100'，，在支撑表面上放置第一压缩板104，104'，。 接下来，在第一压缩板104，104"上堆叠多个双极板116和多个成套化电极组件。然后， 在燃料电池堆102，102'，上放置第二压缩板106。第一压缩板104，104'，、燃料电池堆 102, 102"和第二压缩板106通过使用布置成通过其的多个基准销(未示出)来对齐。替代地，压缩外壳装置110，110'，110'‘的一部分或内表面可以用于将第一压缩板104，104'‘、 燃料电池堆102，102'，和第二压缩板106对齐。压缩外壳装置110，110' ,110"布置在第二压缩板106、燃料电池堆102和第一压缩板104，104'，上。可以在绝缘层156，156'与燃料电池堆102之间形成空气间隙。可以在第二压缩板106和压缩外壳装置110，110'，110' ’ 上形成或布置多个特征，以适当地对齐压缩外壳装置110，110'，110'‘。中间部分150，150', 150’ ’抵靠第二压缩板106布置，并且来自压床或其他设备的力在与燃料电池堆102的堆叠方向基本平行的方向上施加到中间部分150，150’， 150’’。由于支撑表面抵抗该力，因此燃料电池堆102被压缩。当施加了期望量的力时，施加的力保持恒定，且压缩外壳装置的第一部分146，146’，146’ ’和第二部分148，148’处于在其中形成紧固点144的适当位置。为了保持多个双极板116之间的充分密封和好的导电性，燃料电池堆102保持在压缩状态。作为非限制性示例，燃料电池堆102要求在其上施加至少4吨的压缩力。可以使用第一压缩板104作为参考点来定位具有与保持孔136对应的多个冲孔的第二压床。为了将压缩外壳装置110连接到第一压缩板104，第二压床将力施加到第一部分 146，从而在其中形成紧固点144并且将第一部分146连接到第一压缩板104。保持孔136 用作为与多个冲孔对应的多个模具。第二压床或第三压床将力施加到第二部分148，从而在其中形成紧固点144并且将第二部分148连接到第一压缩板104。第一部分146和第二部分148中的紧固点144可以同时或分别来形成。替代地，可以在第一压缩板104中形成一个或多个紧固件，该一个或多个紧固件接合形成在压缩外壳装置110中的一个或多个保持特征。在多个孔153中布置的多个紧固件抵御压缩外壳装置110的底周缘边缘152从第一压缩板104拉出。为了形成压缩外壳装置110’的紧固卷曲部180，可以使用第二压床。第二压床向第一部分146施加力，从而形成紧固卷曲部180并且将第一部分146连接到第一压缩板。第二压床或第三压床将力施加到第二部分148，从而在其中形成紧固卷曲部180并且将第二部分148连接到第一压缩板。第一部分146和第二部分148中的紧固卷曲部180可以同时或分别来形成。使用焊接机形成保持焊接184，186。可以手动或自动操作的焊接机在第一压缩板 104' ’和底周缘边缘152’ ’之间形成保持焊接184，从而将第一部分146’ ’和第二部分连接到第一压缩板104’’。在形成保持焊接184之后，可以释放压床。然后在第一刚性结构件 112"与第一部分146’’和第二部分的侧向周缘边缘160’’之间形成保持焊接186，从而将第一刚性结构件112’ ’连接到压缩外壳装置110’ ’。类似地，然后在第二刚性结构件114’ ’ 与第一部分146’’和第二部分的侧向周缘边缘160’’之间形成保持焊接186，从而将第二刚性结构件114’ ’连接到压缩外壳装置110’ ’。可以同时或分别形成保持焊接184，186。保持焊接184，186非常适合于期望压缩外壳设备110’ ’永久附接的燃料电池系统100’ ’。燃料电池堆102中存储的压缩力将与其基本相等的张力施加在压缩外壳装置 110，110’，110’’中。弧形的顶面140将压缩力分布跨中间部分150，150’，150’’，从而在第一部分146，146’，146’ ’和第二部分148，148’中形成张力。由于压缩力通过第二压缩板106分布到中间部分150，150’，150’’，因此中间部分150，150’，150’ ’抵御在压缩外壳装置110，110’，110’’中形成的多个压力点。此外，由于压缩力分布跨顶面140的表面区域，因此弧形的顶面140允许第二压缩板106的体积减小。在压缩外壳装置110，110’，110’’连接到第一压缩板104，104’，之后，可以继续燃料电池系统100，100' ’的组装。然后，将低端单元108，108' ’连接到第一压缩板104，104’’，第一刚性结构件112，112’’和第二刚性结构件114，114’，连接到结构接口部分 158，158，，158’’，以完成燃料电池系统100，100’’。当安装到车辆底盘或其他结构时，燃料电池系统100，100' ’可能经历安装负载和动态负载。安装点168，168’ ’用于将燃料电池系统固定到车辆底盘或其他结构。由于第一压缩板104，104' ’和第二压缩板106可以分别承受燃料电池堆102和压缩外壳装置110， 110’，110’’施加的压缩力和张力，因此第一压缩板104，104’’和第二压缩板106可以类似地承受第一刚性结构件112，112’’和第二刚性结构件114，114’’施加的力。可以通过引力、包括燃料电池系统100，100’’的部件之间的力或通过车辆底盘或其他结构施加安装负载。在第一刚性结构件112，112’’和第二刚性结构件114，114’’邻接第一压缩板104，104’’和第二压缩板106的同时，第一刚性结构件112，112’’和第二刚性结构件114，114’’到压缩外壳装置110，110’，110’ ’的连接将安装负载分配到安装点168，168’ ’或从安装点168，168’ ’分配安装负载，而不直接将力从邻近第一刚性结构件112，112’’、第二刚性结构件114，114’’、第一部分146，146’，146’，和第二部分148， 148’的燃料电池堆102的一侧传递到燃料电池堆102。此外，在压缩外壳装置110，110'， 110' ’连接到第一刚性结构件112，112’ ’和第二刚性结构件114，114’ ’时，因第一刚性结构件112，112’’和第二刚性结构件114，114’’的张力，安装负载可被分布跨压缩外壳装置 110，110', 110，，。可以通过燃料电池系统100，100' ’的惯性力、车辆的惯性力和车辆操作期间机动车的环境赋予的力，在燃料电池系统100，100’’上施加动态负载。当燃料电池系统100， 100’’被赋予动态负载时，压缩外壳装置110，110’，110’’中的张力以及形成在其中的刚性化特征154，154’，154’，抵御压缩外壳装置110，110’，110’ ’的弯曲。在第一刚性结构件112，112’’和第二刚性结构件114，114’’邻接第一压缩板104，104’ ’和第二压缩板106的同时，第一刚性结构件112，112’’和第二刚性结构件114，114’’到压缩外壳装置110，110’，110’’的连接将动态负载分配到安装点168，168’ ’或从安装点168， 168’ ’分配动态负载，而不将力从邻近第一刚性结构件112，112’ ’、第二刚性结构件114， 114’，、第一部分146，146’，146’，和第二部分148，148’的燃料电池堆102，102，，的一侧传递到燃料电池堆102。此外，在压缩外壳装置110，110', 110'‘连接到第一刚性结构件112，112'‘和第二刚性结构件114，114'’时，因第一刚性结构件112，112’’和第二刚性结构件114，114’’的张力，动态负载可被分布跨压缩外壳装置110，110’，110’’。绝缘层156，156’抵御从燃料电池堆102到燃料电池系统100，100' ’所处的周围环境的热损失。在寒冷环境的起动程序中，燃料电池系统100，100’’可以以低输出操作直到达到期望的操作温度。在起动操作期间，绝缘层156，156’最小化燃料电池系统100， 100"以低输出操作的时间量。此外，布置在压缩外壳装置的内表面上的绝缘层156，156’ 利于燃料电池系统100，100’’的维修，并且抵御对布置在燃料电池系统100，100’’的外表面上的绝缘层可能发生的损坏。除了利于通过第一刚性结构件112，112’’和第二刚性结构件114，114’’的连通之外，端口 172，172"利于到燃料电池系统100，100’’的维修。通过提供对布置在第一刚性结构件112，112’’和第二刚性结构件114，114’’的内腔中的部件或燃料电池堆102的维修访问，端口 172，172’ ’可以防止在维修期间从车辆拆除燃料电池系统100，100' ’。可以通过端口 172，172"减少燃料电池系统100，100’’的维修时间和维修成本。 尽管已经为了说明本发明的目的示出了某些代表性实施例，但是对本领域的技术
人员明显的是，在不脱离由所附权利要求限定的本公开范围的情况下可以进行各种改变。
权利要求
1.一种燃料电池系统，其包括具有第一端和第二端的燃料电池堆，所述堆包括至少一个燃料电池； 布置成相邻于所述燃料电池堆的所述第一端的第一压缩板； 布置成相邻于所述燃料电池堆的所述第二端的第二压缩板；以及压缩外壳装置，其还包括单体式主体，具有第一紧固点、第二紧固点和中间部分，其中，所述第一紧固点和所述第二紧固点连接到所述第一压缩板，且所述中间部分布置成相邻于第二压缩板。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩外壳装置由金属片形成。
3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩外壳装置包括形成于其中的多个刚性化特征。
4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩外壳装置包括置于在所述压缩外壳装置与所述燃料电池堆之间的绝缘层。
5.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩外壳装置为大体U形。
6.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一紧固点形成在所述单体式主体的所述第一端中，并且所述第二紧固点形成在所述单体式主体的所述第二端中。
7.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩外壳装置的宽度大于所述燃料电池堆的宽度。
8.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，其还包括包含至少一个堆支撑系统的端单元，所述端单元布置成相邻于所述第一压缩板。
9.一种燃料电池系统，其包括具有第一端和第二端的燃料电池堆，所述堆包括至少一个燃料电池； 布置成相邻于所述燃料电池堆的所述第一端的第一压缩板； 布置成相邻于所述燃料电池堆的所述第二端的第二压缩板；以及大体U形压缩外壳装置，其还包括单体式主体，具有形成在其第一端的至少一个第一突出部、形成在其第二端的至少一个第二突出部、和中间部分，其中，所述至少一个第一突出部和所述至少一个第二突出部连接到所述第一压缩板，且所述中间部分布置成相邻于所述第二压缩板。
10.一种用于组装燃料电池系统的方法，其包括提供具有单体式主体的压缩外壳装置，所述单体式主体具有第一紧固点、第二紧固点和中间部分；提供第一压缩板；提供具有第一端和第二端的燃料电池堆，所述堆包括至少一个燃料电池； 提供第二压缩板；在所述压缩外壳装置中布置所述第二压缩板；在所述压缩外壳装置中布置所述燃料电池堆，所述燃料电池堆的所述第二端布置成抵靠所述第二压缩板；抵靠所述燃料电池堆的所述第一端布置所述第一压缩板；将压缩负载施加到所述第一压缩板和所述压缩外壳装置中的一个以压缩所述燃料电池堆；将所述压缩外壳装置连接到所述第一压缩板；以及移除所述压缩负载。
全文摘要
本发明涉及燃料电池堆压缩外壳装置，具体地，提供一种燃料电池系统，包括至少一个燃料电池的燃料电池堆，相邻于燃料电池堆布置的第一压缩板，相邻于燃料电池堆布置的第二压缩板和压缩外壳装置。压缩外壳装置包括具有第一紧固点、第二紧固点和中间部分的单体式主体，其中，第一紧固点和第二紧固点连接到第一压缩板，且中间部分相邻于第二压缩板布置。所述燃料电池系统最小化保持燃料电池堆压缩所需的部件数量，最小化燃料电池系统的体积以及简化燃料电池系统的设计。还提供一种组装燃料电池系统的方法。
文档编号H01M2/02GK102214836SQ201110081928
公开日2011年10月12日 申请日期2011年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者G·W·斯卡拉 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司