用于燃料电池堆叠和碰撞保护的基准件设计的制作方法
【专利摘要】本发明公开了用于燃料电池堆叠和碰撞保护的基准件设计。提供了用于对准和减小燃料电池堆叠中相邻燃料电池之间的相对移动的系统和方法。沿着堆叠维度的所述燃料电池的电池间协作通过沿着双极板的边缘放置的一个或多个基准件得以加强，所述双极板构成电池容纳组件的一部分。所述基准件沿着基本上与电池堆叠维度重合的厚度成形以避免相邻堆叠的电池之间的偏移，该相邻堆叠的电池之间的偏移否则会由于沿着限定板、电池和它们相应组件的主表面的维度的明显加速度的发生而产生。通过使得基准件与多个堆叠的电池一体形成，避免了将单独凸片固定到每个板的需要。
【专利说明】
用于燃料电池堆叠和碰撞保护的基准件设计
技术领域
[0001]本发明总地涉及用于组装燃料电池堆叠的改善设计，并更尤其是涉及在暴露于冲击和其他高加速度载荷之后将加速度载荷分布到燃料电池堆叠上以固定和保持在堆叠内的燃料电池的相对位置的方式。
【背景技术】
[0002]利用燃料电池以通过电化学反应将燃料转变成可用电力的重要益处是它在不依赖于燃烧作为中间步骤的情况下实现。如此，针对推进和相关原动力应用，燃料电池具有优于内燃发动机(ICE)的若干环境优点。在典型的燃料电池(诸如质子交换膜或聚合物电解质膜(在任一种情况下，PEM)燃料电池)中，一对催化电极由离子传输介质(如，Naf 1nTM)分隔，其中它们共同称为隔膜电极组件(MEA)。在气态还原剂(如，氢，H2)被引入并在阳极处离子化并然后使之穿过离子传输介质，使得它与通过其他电极(阴极)引入的气态氧化剂(例如，氧，02)结合时发生电化学反应，反应剂的这种结合形成作为副产品的水。在氢的离子化中释放的电子通过外部电路以直流(DC)的形式行进到阴极，该外部电路典型地包括负载(如电动机)，在该负载中可以进行有用的工作。由这种DC电力流动产生的发电可以通过将多个这种电池结合到较大的电流产生组件中而得以增加。在一个这样的构造中，燃料电池沿着共同的堆叠维度连接(与扑克牌很像)以形成燃料电池堆叠。
[0003]反应剂向MEA的传送(以及副产品水的去除和电池产生的电流向负载的传送)通过MEA的堆叠接合、气体可渗透的扩散介质(也称为气体扩散介质(GDM))以及多通道双极板来促进。除了与MEA和GDM建立平面面对关系之外，双极板还限定了歧管，作为框架状结构的一部分，该框架状结构尺寸确定为围绕MEA和GDM的周边放置，以促进反应剂、冷却剂和副产品在堆叠之内移动。
[0004]放置在车辆之内的燃料电池堆叠能够承受来自车辆加速度和减速度以及来自碰撞、事故和相关冲击的严重载荷变化。尤其是，为了在诸如车辆碰撞的破坏性事件期间在暴露于高加速度载荷(例如，达到160g或更大)之后继续进行，构成堆叠的燃料电池的位置必须相对于彼此得以维持。在这样的事件中，高剪切力会导致堆叠的相邻电池之间滑动(尤其是，在前述笛卡尔坐标系统的X-Z平面内)。各个电池之间的小位移在大的堆叠组件的高度上被放大(例如，100微米的电池偏移对于300个电池堆叠组件而言可以导致30mm的电池块偏移)。这种问题可能由冷起动条件以及由减小的电池间摩擦力而加剧，在冷起动条件下，热致收缩会降低在堆叠组装期间施加在电池上的压缩维持载荷，该减小的电池间摩擦力是由于使用可能具有较低摩擦系数属性的表面处理或插件而致使的。
[0005]在这些高加速度事件期间，避免汽车燃料电池板间或电池间移位的一种方式是使在堆叠组装中使用的基准销保持联接到堆叠，甚至在组装过程完成之后；以这种方式，销提供对相邻堆叠板或电池之间的剪切移动的额外阻力。在本文中，相邻电池或板之间的这些剪切或平面内移位是以电池或板堆叠轴线与由这种堆叠供能的车辆的行驶方向正交的前提下来理解的。如此，堆叠轴线可以沿着基本上垂直(即，Y)笛卡尔轴线，使得寻求最小化的电池间或板间移动的大部分在X-Z平面内。本领域技术人员将理解的是，电池、板和堆叠的特定取向并非是关键的，而是用于避免或减小这种电池间或板间移位的措施被优选布置在使得这种避免得以最大化的取向上。虽然传统基准销和相关结构的使用在暴露于高加速度平面内载荷时在保持电池或板的相对堆叠对齐方面是有效的，但是它们会显著增加堆叠的组装成本。在堆叠内它们持续的存在还在其中一个电池或其他堆叠部件需要被去除以用于维护时妨碍拆卸。
[0006]在这种破坏性事件期间避免汽车燃料电池板间或电池间移位的另一种方式是通过利用可以形成在壳体壁和堆叠之间的粘结剂或者补充支撑结构。这个方式的示例可以在美国专利申请13/803，098中找到，该专利申请在2013年3月14日提交且名称为电池保持设计和方法(CELL RETENT1N DESIGN AND PROCESS)，该申请由本申请的受让人拥有并通过引用以其全文结合于此;其中教导的方法在堆叠的板的侧边缘和刚性壳体或相关外壳之间利用可插入的类似粘结剂的灌封化合物。尽管如此，这个方法仅仅在电池和板已经对准并堆叠之后应用，并因此对于堆叠过程中电池和板的对准没有帮助。此外，所使用的化合物的永久特性使得为了修理或者诊断分析而进行的随后堆叠拆卸来说是不利的。
[0007]又一种方法涉及焊接(或以其他方式附连)凸片，该凸片从大体矩形的双极板的一个或多个边缘横向突出。这些凸片被制造成沿着贯通厚度(即，Y轴)的维度彼此接合，通过凸片和切口的干涉接触，使得堆叠之内的每个电池或板响应于剪切(即，平面内)力而移动的趋势被阻止。虽然在防止电池间/板间运动方面是有效的，但是每个凸片必须单独连接到其相应的板。
【发明内容】
[0008]根据本发明的一个方面，公开了一种组装燃料电池堆叠的方法，该燃料电池堆叠对响应于破坏性事件的电池间移位具有提高的阻力。所述方法包括:沿着堆叠的维度布置多个双极板，并且将灌封材料添加到由堆叠的板所形成的至少一个周边边缘;形成的基准件(也称为基准件结构)沿着电池堆叠维度具有提高的厚度维度;所述提高的厚度对应于特定组的被堆叠的电池和板的数量。由此，8板组将具有相应的8基准件厚度，而16板或32板组将具有对应的基准件厚度。优选地是，板限定至少一个沿着边缘的起伏部，以适应灌封材料的互补形状。通过这种方式，基准件被固定到多电池组内的堆叠电池，使得在它们之间形成紧密协作的配合。在本文中，基准件向一组内的堆叠电池的固定是通过固化的灌封材料与每个电池上的边缘起伏部形成粘合、围绕该边缘起伏部或者以其他方式联接到该边缘起伏形成。在一个优选形式中，起伏部是向外突出的凸片，该凸片通过灌封材料包覆模制。进而，该灌封材料限定了一个形状，使得由其形成的向外突起可配合到在堆叠壳体或相关外壳内形成的互补形状的切口或凹陷内。在优选的形式中，灌封材料沿着堆叠维度构建到与多个板相同厚度。在更优选形式中，通过灌封材料形成的基准件和各种板之间的协作是通过将灌封材料包覆模制到一体形成的凸片上而实现的，该凸片沿边缘从板周边延伸。在这个最后实施方式中，灌封材料形成的多层厚度基准件可以成形为与形成在堆叠外壳或壳体内的互补形状的横向起伏部协作，使得赋予各堆叠的板的任何剪切运动通过厚度基准件传递到壳体中，以提供增大的阻力。一个或多个夹具可以用于促进该堆叠过程，以及在板横向边缘处形成模具型腔或形状，灌封材料将浇注到其中。在本文中，这种夹具的单数或复数形式的表述被认为在本发明的范围内。
[0009]根据本发明的另一方面，公开了一种将多个燃料电池组装到一起的方法。每个电池包括与双极板面对且相邻地放置的MEA，所述双极板在其中限定至少一个一体形成的边缘延伸部。所述方法包括在堆叠夹具之内限定一个或多个模具形状，该模具形状被构造成接收灌封材料。所述燃料电池沿着堆叠维度布置在所述堆叠夹具中，使得灌封材料的液体形式被浇注到所述模具中，使得在固化时，所述灌封材料形成基准件，该基准件沿着燃料电池的堆叠维度固定到各布置的燃料电池，由此对所布置的燃料电池沿着基本上与所述堆叠维度正交的维度的电池间移动提供增大的阻力。如其他地方讨论的，利用所述基准件作为固定或连接点可堆叠成模块的电池的数量可以通过燃料电池系统的其他堆叠需要来确定；在一种形式中，每个所布置的模块内的电池的数量可以是8的倍数，如8、16、24或32，对电池的上限的限制由灌封材料的机械性能(如剪切强度)来决定。
[0010]根据本发明的在另一方面，公开了一种燃料电池堆叠。所述堆叠包括多个燃料电池以及用于每个电池的相应的双极板，所述多个燃料电池沿着堆叠维度(例如，在传统笛卡尔坐标系统中的前述Y轴)成相邻面对关系布置。灌封材料沿着燃料电池的堆叠维度固定到所堆叠布置的燃料电池，以对沿着至少具有基本上正交于所述堆叠维度的分量的维度的电池间移动提供增大的阻力。
[0011 ]根据本发明一方面，提供一种组装燃料电池堆叠的方法，所述方法包括:
[0012]将多个基本上平面的燃料电池沿着堆叠维度布置在堆叠夹具中，每个所述燃料电池包括至少一个隔膜电极组件，该隔膜电极组件与双极板面向且相邻地设置，所述双极板在其中限定至少一个一体形成的边缘延伸部；
[0013]将灌封材料浇注到所述夹具的限定基本上与所述延伸部对应的形状的一部分中，使得在固化时，所述灌封材料形成沿着所述堆叠维度固定到所述布置的燃料电池的基准件，以对所述布置的燃料电池沿着基本上与所述堆叠维度正交的维度的电池间移动提供增大的阻力；以及
[0014]将所述布置的燃料电池固定在壳体内。
[0015]优选地，其中，所述壳体限定了形成其中的互补形状的延伸部，使得所述基准件和所述壳体之间的协作增加对所述电池间移动的阻力。
[0016]优选地，其中，所述基准件邻近由所述布置的燃料电池所形成的角放置。
[0017]优选地，其中，所述基准件包括多个基准件，每个基准件邻近由所述布置的燃料电池形成的相应的角放置。
[0018]优选地，其中，所述基准件邻近由所述布置的燃料电池形成的边缘放置。
[0019]优选地，其中，所述互补形状的延伸部限定了沿着所述堆叠维度的基本上柱状的结构。
[0020]优选地，其中，构成所述基准件的材料从包括环氧树脂和弹性体的组选择。
[0021]优选地，其中，与所述基准件协作的一组所述布置的燃料电池包括在大约8个到32个范围内的所述布置的燃料电池。
[0022]优选地，其中，所述基准件限定了突起，该突起至少部分地沿着所述堆叠维度延伸。
[0023]根据本发明另一方面，提供一种组装多个燃料电池的方法，每个所述燃料电池包括至少隔膜电极组件，该隔膜电极组件与双极板面对且相邻地放置，所述双极板在其中限定了至少一个一体形成的边缘延伸部，所述方法包括:
[0024]在堆叠夹具内限定至少一个模具形状，所述模具形状被构造成在其中接收灌封材料；
[0025]将所述燃料电池沿着堆叠维度布置在所述堆叠夹具内；以及
[0026]将所述灌封材料浇注到所述模具中，使得在固化时，所述灌封材料形成沿着所述堆叠维度固定到所述布置的燃料电池上的基准件，以对所述布置的燃料电池沿着基本上与所述堆叠维度正交的维度的电池间移动提供增大的阻力。
[0027]优选地，其中，所述基准件桥接一组所述布置的燃料电池，一组所述布置的燃料电池包括在大约8个到32个范围内的所述布置的燃料电池。
[0028]优选地，所述方法还包括将所述布置的燃料电池放置在壳体内，使得在所述基准件和所述壳体之间建立互补的阻力配合。
[0029]优选地，其中，所述基准件沿着所述布置的燃料电池的边缘和角中的至少一个放置。
[0030]优选地，其中，所述基准件横向突出超过由所述布置的燃料电池限定的周边。
[0031 ]根据本发明又一方面，提供一种燃料电池堆叠，包括:
[0032]多个燃料电池，所述多个燃料电池沿着堆叠维度布置成相邻面对关系，每个所述燃料电池包括至少一个隔膜电极组件，该隔膜电极组件与双极板面对且相邻地放置，所述双极板在其中限定至少一个一体形成的边缘延伸部；以及
[0033]至少一个灌封的基准件，所述基准件沿着所述堆叠维度固定到所述布置的燃料电池，以对沿着基本上与所述堆叠维度正交的维度的电池间移动提供增大的阻力。
[0034]优选地，所述堆叠还包括壳体，所述壳体在其中限定与所述基准件形成互补阻力配合的形状。
[0035]优选地，其中，所述壳体内限定的所述形状限定了沿着所述堆叠维度的基本上柱状结构。
[0036]优选地，其中，所述基准件包括从包括环氧树脂和弹性体的组选择的材料。
[0037]优选地，其中，所述一体形成的边缘延伸部沿着由所述布置的燃料电池形成的边缘横向向外延伸。
[0038]优选地，其中，所述一体形成的边缘延伸部沿着由所述布置的燃料电池形成的角横向向外延伸。
【附图说明】
[0039]在结合下面附图阅读时，本发明优选实施方式的以下详细描述将得以最佳理解，附图中，相同的结构被标识有相同的附图标记，且附图中:
[0040]图1是燃料电池堆叠的简化分解图；
[0041 ]图2是具有图1的燃料电池堆叠的车辆的透视剖开视图；
[0042]图3是用在图1的燃料电池堆叠中的双极板的简化分解图；
[0043]图4是在围绕其放置壳体支撑结构之前的堆叠的燃料电池块的透视图，其中，突出的凸片和包覆模制的基准件沿着相应的双极板的横向边缘设置；
[0044]图5A示出根据本发明的一个方面的突出的凸片和包覆模制的基准件沿着放置在堆叠的夹具中的双极板的角放置的替代实施方式；
[0045]图5B示出图5A的角放置基准件的详细部分；以及
[0046]图6示出成形为与图4的基准件协作的壳体的使用，以便提供另一种形式的电池间滑动补充阻力。
【具体实施方式】
[0047]首先参照图1和3，示出燃料电池堆叠I，该燃料电池堆叠I包括干端部单元板5、湿端部单元板10和在端部单元板5、10之间以堆叠对准方式设置的燃料电池块15。虽然未详细示出，但是所述块内的每个燃料电池15大体上包括阳极、阴极和隔膜，所述阳极、阴极和隔膜布置在一起以形成MEA的大体平坦夹置结构，所述MEA被压在一对气体可渗透导电扩散介质之间，所述一对气体可渗透导电扩散介质作用为传送反应剂(即，MEA的阳极侧上的H2和MEA的阴极侧上的02(典型地为空气的形式))，以及收集在阳极和阴极处催化产生的电流。燃料电池15也包括双极板(在此也称为双极板组件)17，该双极板17为MEA和扩散介质提供支撑结构。在本文中，对应于组装的堆叠I的高度的堆叠维度沿着Y轴限定，如图所示，但是本领域技术人员将理解到这是为了方便，并且任何适当的线性维度等同地适用，这取决于在组装过程中堆叠I的取向。
[0048]堆叠I内的多个单独的电池15通过外壳或壳体20保持就位，所述外壳或壳体20由一对相对的端盖25、30、侧壁35、40和刚性的托架元件45构成，所述托架元件45沿着每个侧壁35、40垂直地布置，用于将湿端部单元板10固定到干端部单元板5上。在一种形式中，湿端部单元板10牢固固定到相对的端盖25、30，同时干端部单元板5可调节地固定。该干端部单元板5可调节固定的连接在堆叠形成情况中尤其有用，这是由于在最终组装之前端点固定位置是未知的；这反之允许该固定被修改，以适应一定范围的可能的端点固定位置。相反，湿端部单元板10的牢固固定意味着关于彼此被固定的部件的位置关系基本上是不变的。可形成在一个或多个端盖25、30以及侧壁35、40中的与成形特征部相关联的额外细节将结合下面的图6来讨论。
[0049 ] 接下来参照图2，车辆100 (例如，轿车、客货车、公共汽车、卡车或摩托车)包括基于燃料电池的推进系统110，该推进系统100由电动机120构成，该电动机120从包括多个单独的燃料电池15的图1的燃料电池堆叠I接收电功率。推进系统110可以包括一个或多个燃料存储气体容器130、140以及功率转换器或相关电子器件150、电存储装置(例如，电池、超级电容器等)160和提供操作管理的控制器、以及任意数量的阀、压缩机、管道、温度调节器和其他辅助设备。
[0050]任何数量的不同类型的燃料电池15可以用于构成推进系统100的堆叠I。这些电池15可以为金属氢化物电池、碱性电池、电燃料电池或其他变型形式。在一个优选的(但不是必须的)形式中，电池15是PEM燃料电池，如上面讨论的，并且本发明的其余部分正是基于该构造。在一个优选形式中，堆叠I内的电池15串联、并联结合或串联和并联结合，以便产生更高电压或电流输出，这取决于车辆100的需求。将理解的是堆叠I可以用于机动车辆之外的用途。
[0051]再次参照图3，关于MEA和它们所附接的扩散介质(未示出)，每个双极板组件17限定了大体上矩形的平面表面部分17A，其具有四个边缘部分17B，该边缘部分17B形成围绕表面部分17A的周边。在表面部分17A和两个边缘部分17B之间沿着细长面积的是一对集管(或歧管)部分17C、17D，每个集管部分17C、17D设置在相对的边缘上，使得引入的反应剂穿过在表面部分17A上形成的多个蛇形流场通道。在一个形式中，其中一个集管部分17C、17D限定了供给(或入口)集管，而另一个限定了排放集管。在替代的构造(未示出)中，供给和排放集管部分17C、17D可以邻近板组件17的相同边缘并排定位;任一种变型形式与本发明兼容。在一个形式中，双极板组件17可以由适当的抗腐蚀材料(如304不锈钢)的单独片材17E、17F(典型地沿着厚度(即，堆叠)尺寸在大约75至100微米范围内)构成，所述单独的片材17E、17F通过铜焊、激光焊或相关操作连结到一起;在这种构造中，与每个表面部分17A形成的流动通道可以大体上限定彼此的镜像图像，使得在两个相邻电池15被堆叠时，在单个组件17之内的两个的表面部分17A成背靠背布置。除了包括用于反应剂气体流场的流动通道的这些片材之外，类似形状的片材(未示出)还可以堆叠地交替，以提供单独的冷却剂流动回路；这种冷却剂流动回路可以限定任何适当的流动通道形状(如在流动通道中图示的蛇形形状)。对于片材17E、17F，任何这种额外的片材冷却剂流动回路也可以通过铜焊或一些其他适当的连结技术连结到一起。在本文中，双极板组件17可以或可以不具有在两个相对平面表面上形成的蛇形流动通道;例如，当这种板形成堆叠I中的最后一个板时，将不需要使通道形成在面对端部单元板(如图1的端部单元板5、10)的侧面中。
[0052]凸片17G形式的沿边缘的起伏部(也称为沿边缘的延伸部、横向延伸部等)一体地形成在每个组件17的平面内。虽然凸片17G目前示为向外延伸，但本领域技术人员将理解到各种向内突出的凸片(未示出)也可以形成;任一种变型形式被认为在本发明的范围内，只要它提供了一体形成的构件，浇注的灌封材料可以与其附连、粘合或以其他方式固定即可。在本文中，板和凸片17G之间的一体连接不同于需要单独附接，如通过固定、焊接等的那些。以这种方式，避免了额外的制造步骤。基准件18利用适当的灌封材料包覆模制在凸片17G上，使得它限定了沿着堆叠维度(即，Y轴，如图所示)的厚度。如下面更详细讨论的，锥形切口 18A有助于对板间滑动或相关的相对移动提供阻力。除了锥形形状18A之外的其他形式也可以使用，包括沿着堆叠维度呈组装(即，基准件)销突出部形状的立柱或轴(未示出)；这些和其他形式被认为在本发明的范围内。
[0053]接下来结合图3参照图4，示出了与沿多个堆叠的电池(目前以简化形式示为仅包含双极板组件17)的两个横向边缘17B基准件18的形成相关的细节。如图所示，在凸片17G中可以形成孔口，以进一步有助于构成基准件18的浇注的灌封材料的包覆模制。虽然凸片17G(以及形成在其上的包覆模制的基准件)被示出沿着双极板组件17的细长边缘布置，但是本领域技术人员将理解到在板周边上的其他位置也可以被使用。例如，如下面结合图5A和5B讨论的，凸片17G以及它们的在角上的包覆模制的基准件的设置也在本发明的范围内。同样，虽然凸片17G的形状被示为矩形，但可以理解的是其他形状(例如，梯形、半圆形等)也可以被使用，尤其是如果它们有利于形成包覆模制基准件18的话。在图3中所示的特别形式中，基准件18限定了锥形或相关的厚度特征部18A，该厚度特征部18A在由圆锥所限定的区域内基本上是中空的，允许在相邻面对的组件17的组堆叠时两个或多个基准件18嵌套。基准件18的锥形特征部18A在相关的美国专利申请14/482，000中更加详细地讨论，该美国专利申请在2014年9月10日提交且名称为燃料电池堆叠组件一用于燃料电池堆叠的基准件设计和碰撞保护(FUEL CELL STACK ASSEMBLY-DATUM DESIGN FOR FUEL CELL STACKING ANDCOLLIS1N PROTECT1N)，该专利申请由本申请的受让人拥有并通过引用以其全文结合于此。重要的是，基准件18的使用确保了不需要销来用于组装堆叠I。
[0054]尤其是，作为提供平面外支撑的方式，基准件18可以用于缓解最近的设计在电池间滑动阻力方面的增加的顾虑(例如，能够承受大约160g载荷，而先前设计仅要求大约40g)。在一个特定形式中，基准件18可以由刚性的承载塑料(如环氧树脂或弹性体材料)制成，其可以包覆模制到薄的凸片17G上，该薄的凸片17G形成从构成组件17的单个板的边缘17B或角的一体延伸部。以这种方式，在堆叠组装过程期间作为用于浇注灌封材料的模具的形状(下面结合图6更详细示出和讨论)有助于以柱状构造构建基准件18，用于在基准件18和壳体20之间互补阻力配合。虽然图3目前示出每个双极板组件17两个基准件18(在相对边缘17B每个上一个)，将理解的是取决于堆叠I构造可以形成更多或更少数量。在优选形式中，对每个成组的组件17多个基准件18是优选的，因为这不仅将有助于在堆叠I组装过程中促进更好对准，而且也可以在可能需要较高水平的滑动阻力的情况下在堆叠I之内的相邻电池15层之间提供额外的剪切移动阻力。
[0055]由于破坏性事件(这包括车辆100的高加速度或减速度，涉及车辆100的冲击或对燃料电池堆叠I本身的冲击，如车辆坠落)造成的严重载荷变化可能通过导致燃料电池堆叠I中的单独燃料电池15相对于彼此移动而损坏燃料电池堆叠I或者使燃料电池堆叠I拆解。基准件18的机械性能必须足以承载这种载荷变化所伴随的最大加速度。在一个示例性形式中，用于堆叠I之内的组件17的每个相应双极板的基准件18将具有大约150N的剪切强度，作为吸收160g加载的方式。
[0056]接着参照图5A和5B，示出了关于基准件18的放置和形状的变型形式。尤其是，用于堆叠各个燃料电池15的夹具200包括上部和下部板210、220，以及角安装的基准件形式230和导引销240。凸缘安装的轴承250固定到顶部板210，以接收线性导引销240的端部，该线性导引销240在它们的相对端部处安装到下部板220。也可以使用额外的榫或相关对准销(未示出)。在这个变型形式中，夹具200的下部板220包括大体上梯形的模具或相关的预制件230，其定位于下部板220的四个角上，以接收将(在固化时)成为基准件18的液体灌封材料前体。双极板组件17的角成形为使得凸片状延伸部(S卩，大体类似于图3的凸片17G)可以接合基准件18。如上所述，基准件18的数量、形状和放置可以根据采用堆叠I的燃料电池系统的需要而变化。
[0057]接下来结合图4参照图6，可以使用其他补充措施来促进对剪切和相关电池间滑动的提高的阻力。例如，图6示出了通过特定的凹进20A，该凹进20A可以模制到或固定到壳体20 ο在所示的版本中，壳体20可以是基本一体结构(例如基于挤出铝)，其足够坚固以在碰撞过程中对电池块I提供支撑并保持它沿着堆叠轴处于压缩状态。这些形状限定了在模制的基准件18和形成在壳体20内的凹进20A之间的互补阻力配合。在这种事件中，模制的凹进20A尺寸为在堆叠I内的每个组件17的X-Z平面之内沿着至少一个滑动方向S允许紧密公差配合，并且间隔开以与堆叠的基准件18的组沿边缘的放置重合(其在一个实施方式中当前被示为避免了图3的实施方式的锥形特征部18A)。在一个优选形式中，凹进20A—体形成到挤出铝壳体20中，但是在另一变型形式中，凹进20A可以单独形成并随后附接到壳体20。此夕卜，凹进20A可以限定大体上C形轮廓(当从上面看时)，使得任何沿着滑动方向S的电池间滑动移动的趋势被延伸壳体20的基本上整个高度(其与图1的Y轴的堆叠维度重合)的柱状形状额外地阻止。如此，模制的凹进20A的形状有助于它们作为抵抗沿图1的X方向的移动的挡板，以及提供在X-Z平面内的其他地方沿着一个移动的额外阻力。绝缘件20B可以放置在堆叠I的周边和内部壳体20壁之间的间隙区域内，以提供电绝缘。
[0058]如上所述，在图6中图示的实施方式中，基准件18可以不包括锥形特征部18A。同样，这种变型形式(以及图3的变型形式)可以避免具有销接收孔口，因为通过将根据本发明的一个方面的基准件18模制到多个堆叠的电池单元15上而形成的一体构建结构促进每个电池15在堆叠维度牢固精确地放置，而不必依赖于销或其他补充结构。此外，形成在每个双极板或组件17的周边结构中的凸片17G可以被形成为与壳体20的互补形状的切口或凹陷接合，使得响应于剪切(即，平面内的)力而每个电池或板在堆叠内移动的趋势被基准件18和凸片17G的一体特性所阻止，以形成复合状贯穿厚度的板间结构。
[0059]再次参照图4，在另一结构增强实施方式中，竖直的细长保持件50(优选地由铝或钢制成)可以在图1的端部单元板5、10之间延伸，使得它以呈C形凹进20A的方式基本上包封或以其他方式覆盖突出的堆叠的基准件18，该C形凹进20A—体形成到图6的挤出铝壳体20的实施方式中。这种保持件可以螺栓连接或以其他方式固定到端部单元板5、10，作为实现结构刚性的一种方式，而不必形成单独的壳体20。在又另一变型形式中，取代直接固定到端部单元板5、10，保持件可以固定到围绕堆叠I形成的盒状框架。这种框架可以另外包括垫片55，以有助于调节构成堆叠I的各个电池15的高度中的变化。还图示了另外的设备，包括集电器板60、65，该集电器板60、65横向延伸出相应的端部板5、10之外，以连接到电路(未示出)。绝缘体板70可以放置在端部板5、10的下表面和堆叠I的面对的相邻上表面之间，以促进它们之间的电和热绝缘。
[0060]要指出的是术语，如“优选地”、“通常地”和“典型地”在此并不用于限制所要求保护的发明的范围或暗示一些特征部对于所要求保护的发明的结构或功能而言是关键的、基本的或甚至重要的。而是，这些术语仅仅意在强调在本发明的特定实施方式中可以或可以不使用的替代或附加的特征部。同样，为了描述和限定本发明的目的，要指出的是术语“基本上”在此被用于表示归因于任何量化比较、数值、测量或其他表示的固有的不确定程度。该术语在此也可以用于表示程度，通过该程度，量化表示可以与所陈述的参照不同，而不会导致所关注的主题的基本功能的变化。
[0061]为了描述和限定本发明的目的，要指出的是术语“燃料电池”等在此用于表示用来提供电流，优选地用于车辆推进或相关用途的一个或多个单个电池。此外，术语“汽车”、“机动车”、“车辆”等的变化意指通常的解释，除非上下文另有所指。如此，对汽车的称谓将理解为覆盖轿车、卡车、公共汽车、摩托车和其他类似形式的运输工具，除非在上下文中更具体陈述。
[0062]已经通过参照本发明的特定实施方式具体描述了本发明，将理解的是在不背离所附权利要求书中限定的本发明的范围的前提下修改和改变是有可能的。更具体地说，虽然本发明的一些方面在此被识别为优选的或特别有利的，但是可以构想到本发明不必局限于本发明的这些优选方面。
【主权项】
1.一种组装燃料电池堆叠的方法，所述方法包括: 将多个基本上平面的燃料电池沿着堆叠维度布置在堆叠夹具中，每个所述燃料电池包括至少一个隔膜电极组件，该隔膜电极组件与双极板面向且相邻地设置，所述双极板在其中限定至少一个一体形成的边缘延伸部； 将灌封材料浇注到所述夹具的限定基本上与所述延伸部对应的形状的一部分中，使得在固化时，所述灌封材料形成沿着所述堆叠维度固定到所述布置的燃料电池的基准件，以对所述布置的燃料电池沿着基本上与所述堆叠维度正交的维度的电池间移动提供增大的阻力；以及 将所述布置的燃料电池固定在壳体内。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述壳体限定了形成其中的互补形状的延伸部，使得所述基准件和所述壳体之间的协作增加对所述电池间移动的阻力。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述基准件邻近由所述布置的燃料电池所形成的角放置。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述基准件邻近由所述布置的燃料电池形成的边缘放置。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述互补形状的延伸部限定了沿着所述堆叠维度的基本上柱状的结构。6.一种燃料电池堆叠，包括: 多个燃料电池，所述多个燃料电池沿着堆叠维度布置成相邻面对关系，每个所述燃料电池包括至少一个隔膜电极组件，该隔膜电极组件与双极板面对且相邻地放置，所述双极板在其中限定至少一个一体形成的边缘延伸部；以及 至少一个灌封的基准件，所述基准件沿着所述堆叠维度固定到所述布置的燃料电池，以对沿着基本上与所述堆叠维度正交的维度的电池间移动提供增大的阻力。7.如权利要求6所述的堆叠，还包括壳体，所述壳体在其中限定与所述基准件形成互补阻力配合的形状。8.如权利要求7所述的堆叠，其中，所述壳体内限定的所述形状限定了沿着所述堆叠维度的基本上柱状结构。9.如权利要求6所述的堆叠，其中，所述一体形成的边缘延伸部沿着由所述布置的燃料电池形成的边缘横向向外延伸。10.如权利要求6所述的堆叠，其中，所述一体形成的边缘延伸部沿着由所述布置的燃料电池形成的角横向向外延伸。
【文档编号】H01M8/24GK106025321SQ201610170104
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】D.A.马丁切克, R.C.汤普森
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司