專利名稱：用于提供均勻的燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，具體涉及按堆棧方式布置、并保持壓縮形式的燃料電池。
背景技術(shù)：
燃料電池堆棧一般包括多個燃料電池，它們一個疊在另一個上，相互間保持壓縮形式。這多個疊置的燃料電池形成了被壓縮成讓多個燃料電池保持壓縮關(guān)系的燃料電池組件。一般而言，每個燃料電池都包括陽極層、陰極層、以及夾在所述陽極層和所述陰極層之間的電解質(zhì)。該燃料電池組件需要相當(dāng)大的壓縮力將該堆棧的燃料電池壓在一起。需要壓縮力是因為燃料電池內(nèi)存在的反應(yīng)物的內(nèi)部氣體產(chǎn)生壓力以及對保持電池的內(nèi)部部件之間良好電接觸的需要。概括而言，每個面積單位的力總共約為195-205psi，這個力均勻地分布在電池的整個有效區(qū)域(對于車用大小的堆棧來說，一般是77-155平方英寸)上。于是，對于面積約80平方英寸的燃料電池來說，該尺寸堆棧的總壓縮力一般約為15500到16500磅。
現(xiàn)有技術(shù)的典型燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)聚焦于采用剛性端板和連桿向燃料電池組件施加并保持壓縮力。將要被壓縮的燃料電池組件夾在一對剛性端板之間。然后用穿過這些端板延伸的連桿將端板壓在一起，并向端板施加壓縮力。為了實現(xiàn)對燃料電池組件的理想壓縮，一般都采用該種結(jié)構(gòu)和其它類似結(jié)構(gòu)來改變?nèi)剂想姵囟褩＝Y(jié)構(gòu)的長度。另外，已在燃料電池中采用的電解質(zhì)薄膜約0.007英寸厚，它會隨著時間過去而滑動或應(yīng)力松弛，因此需要進(jìn)一步壓縮燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)，以保持燃料電池組件上的理想壓縮力。
當(dāng)今的燃料電池組件利用0.018微米厚、經(jīng)過加強的薄膜。結(jié)果，滑動或應(yīng)力松弛要低得多，所以不再象現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池組件中那樣成為一個大問題。于是，采用了新型、較薄、經(jīng)過加強的薄膜的燃料電池組件在一段時間以后不再要求因薄膜的松弛或應(yīng)力釋放而進(jìn)一步被壓縮。
燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)可用于多種用途。因為使用燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)的空間的體積一般是固定的，例如汽車或公共汽車中，因此如果燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)的尺寸均勻、進(jìn)而能更換不同的燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)是很理想的。
于是，理想的是提供長度均勻的燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)。另外，理想的是構(gòu)造并提供一種燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)，不管燃料電池組件所包含的燃料電池數(shù)目如何，該燃料電池堆棧的長度都是均勻的，而且還向燃料電池組件的有效區(qū)域施加了理想的壓縮荷載。
因為當(dāng)前的燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)利用薄而又經(jīng)過增強的薄膜，該薄膜基本上沒有空間滑動和應(yīng)力松弛，因此現(xiàn)在對于燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)來說，其它壓縮荷載方式也是可行的。這些壓縮荷載技術(shù)能讓燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)的尺寸均勻。另外，因為燃料電池組件和加強薄膜的性能很好了解，因此對燃料電池組件進(jìn)行壓縮、以在燃料電池組件的有效區(qū)域上獲得給定壓縮荷載的距離能通過燃料電池組件所包含的燃料電池數(shù)目來確定。與現(xiàn)有技術(shù)中對燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓縮、直到向有效區(qū)域施加了預(yù)定壓縮荷載的方式不同的是，這能在組裝燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)時使用固定壓縮距離。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及用于提供均勻的燃料電池堆棧結(jié)構(gòu)的裝置和方法。另外，本發(fā)明涉及可與固定負(fù)荷相比的將燃料電池組件壓縮固定距離的方法。
本發(fā)明的電化學(xué)燃料電池堆棧包括多個以疊置結(jié)構(gòu)方式布置以形成燃料電池組件的燃料電池。該燃料電池組件具有相對的第一和第二端，這兩端之間具有長度。第一和第二端板布置在與燃料電池組件的對應(yīng)第一和第二端相鄰的位置。第一和第二端板保持預(yù)定距離的固定間隔關(guān)系，由此第一和第二端板沿長度方向向燃料電池組件施加壓縮力。在第一端板和燃料電池組件的第一端之間夾有至少一個隔板。該至少一個隔板的大小被構(gòu)造成讓第一和第二端板施加在燃料電池組件上的壓縮力具有預(yù)定大小。
制造本發(fā)明的預(yù)定長度的電化學(xué)燃料電池堆棧的方法包括以下步驟1)為具有燃料電池組件的燃料電池堆棧選擇預(yù)定長度；2)用預(yù)定壓縮荷載壓縮燃料電池組件；3)確定被壓縮的燃料電池組件的壓縮長度；4)計算燃料電池堆棧中可用于被壓縮的燃料電池組件的空間長度與被壓縮的燃料電池組件的壓縮長度之差；5)除去燃料電池組件的預(yù)定壓縮荷載；6)將厚度基本上等于計算差值的至少一個隔板設(shè)置在燃料電池堆棧中；7)向燃料電池堆棧施加壓縮荷載，以便將燃料電池堆棧壓縮到預(yù)定長度；8)以固定間隔關(guān)系固定燃料電池堆棧的第一和第二端板，以將燃料電池堆?；旧媳３衷陬A(yù)定長度，由此在除去燃料電池堆棧上所施加的壓縮荷載后，在燃料電池組件上仍施加有壓縮力；以及9)從燃料電池堆棧上除去所施加的壓縮荷載。上述方法在提供預(yù)定固定長度的燃料電池堆棧的同時，保持了燃料電池組件的有效面積上的理想壓縮荷載。
在本發(fā)明的另一方面中，上述方法的步驟2、3和4可以修改，從而提供了制造預(yù)定長度的電化學(xué)燃料電池堆棧的不同的方法。將上述步驟改為包括以下步驟2)用預(yù)定的壓縮荷載壓縮燃料電池堆棧；3)確定被壓縮的燃料電池堆棧的長度；以及4)計算被壓縮的燃料電池堆棧的預(yù)定長度與確定長度之間的差值。
本發(fā)明的原理還提供了一種通過將燃料電池組件和/或燃料電池堆棧壓縮預(yù)定距離來制造電化學(xué)燃料電池堆棧的方法。該方法包括以下步驟1)確定對具有燃料電池組件的燃料電池堆棧進(jìn)行壓縮的預(yù)定距離；2)向燃料電池堆棧施加壓縮荷載，以便將燃料電池堆棧壓縮預(yù)定距離；3)以固定的間隔關(guān)系固定燃料電池堆棧的第一和第二端板，從而讓第一和第二端板保持被壓縮到預(yù)定距離的燃料電池堆棧，由此在除去壓縮荷載以后，燃料電池組件上仍施加有壓縮力；以及4)除去燃料電池堆棧的壓縮荷載。
在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種制造預(yù)定長度的電化學(xué)燃料電池堆棧的方法。該方法包括以下步驟1)為具有燃料電池組件的燃料電池堆棧選擇預(yù)定長度；2)確定對具有燃料電池組件的燃料電池堆棧進(jìn)行壓縮、以便向燃料電池組件施加預(yù)定大小的壓縮力的預(yù)定距離；3)計算作為所述預(yù)定長度和所述預(yù)定距離的函數(shù)的隔板厚度；4)將具有所述隔板厚度的至少一個隔板設(shè)置在燃料電池堆棧中；5)向燃料電池堆棧施加壓縮荷載，從而將燃料電池堆?；旧蠅嚎s到預(yù)定長度；6)以固定間隔關(guān)系固定燃料電池堆棧的第一和第二端板，于是第一和第二端板保持被壓縮到預(yù)定長度的燃料電池堆棧，由此在除去壓縮荷載后，燃料電池組件上還施加有基本已知大小的壓縮力；以及7)從燃料電池堆棧上除去壓縮荷載。
通過下面提供的詳細(xì)描述將使本發(fā)明的其它應(yīng)用范圍變得明顯。應(yīng)當(dāng)理解的是，詳細(xì)描述和具體例子雖然都表示本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但認(rèn)為它們僅用于說明目的，而不是對本發(fā)明范圍的限制。
附圖的簡要說明通過詳細(xì)描述和附圖，將使本發(fā)明變得更容易充分理解，附圖中

圖1是本發(fā)明的電化學(xué)燃料電池堆棧的透視圖；圖2是沿圖1中電化學(xué)燃料電池堆棧的剖面線2-2剖開的簡化剖視圖；圖3是圖1電化學(xué)燃料電池堆棧的部分分解透視圖，它表示側(cè)板與該電化學(xué)燃料電池堆棧的結(jié)合；圖4是表示燃料電池細(xì)節(jié)的簡化不完全視圖；圖5A-5G是本發(fā)明的電化學(xué)燃料電池堆棧的端板和隔板的各種結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖6A是依照本發(fā)明原理的端板的成型內(nèi)表面的平面圖；圖6B是沿圖6A的端板的剖面線B-B剖開的剖視圖；圖6C是沿圖6A的端板的剖面線C-C剖開的剖視圖；圖7A-7B是本發(fā)明的電化學(xué)燃料電池堆棧的端部組件的不完全剖視圖，它表示結(jié)合這些端板組件的部件的各種方式；圖8是本發(fā)明的電化學(xué)燃料電池堆棧中采用的隔板的透視圖，它表示利用孔來減輕隔板重量；圖9A-9B是圖1的電化學(xué)燃料電池堆棧的簡易剖視圖，它表示利用預(yù)定大小F的壓縮力對燃料電池組件和燃料電池堆棧進(jìn)行壓縮；圖10A-10B是圖1的電化學(xué)燃料電池堆棧的簡易剖視圖，它表示將燃料電池組件和燃料電池堆棧壓縮了預(yù)定距離D；圖11是表示依照本發(fā)明的原理制造燃料電池堆棧的預(yù)定力壓縮方法的步驟的流程圖；圖12是表示依照本發(fā)明的原理制造燃料電池堆棧的預(yù)定壓縮距離方法的步驟的流程圖；圖13是表示使用隔板制造預(yù)定或均勻長度的燃料電池堆棧的步驟的流程圖。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述以下對優(yōu)選實施例的描述本身僅是示范性的，它們絕不是對本發(fā)明、其應(yīng)用或用途的限制。
參照圖1和2，其示出了依照本發(fā)明優(yōu)選實施例的電化學(xué)燃料電池堆棧20。該燃料電池堆棧20包括多個以疊置結(jié)構(gòu)方式布置成燃料電池組件24的燃料電池22，所述燃料電池組件24具有對置的上下端26、28，如圖10A所示，它們中間是壓縮長度30和未壓縮長度31。燃料電池組件24夾在上下端組件32、34之間。上下端組件32、34通過側(cè)壁以固定間隔關(guān)系保持。在當(dāng)前優(yōu)選的實施例中，側(cè)壁包括至少一個側(cè)板36。側(cè)板36以間隔關(guān)系保持上下端組件32、34，以便讓上下端組件32、34向燃料電池組件24施加壓縮力。依照已知的燃料堆棧技術(shù)，燃料電池堆棧20包括向/從燃料電池組件24供應(yīng)、排出反應(yīng)物和冷卻流體流的入口37、出口38和通道(未示出)。
如圖4所示，燃料電池組件24包括多個重復(fù)單元或燃料電池22，每個燃料電池都具有膜電極組件(MEA)40和一對布置在MEA 40的對置側(cè)面上的雙極板組件42。每個雙極板組件42都由夾在兩個氣體分配層42g之間的冷卻劑分配層42c組成。在冷卻劑分配層42c和氣體分配層42g之間夾有裝有冷卻劑、并將陽極和陰極氣流隔開的不可透隔板44。在將MEA夾在一個電池的陽極氣體分配層42ga和相鄰電池的陰極氣體分配層42gc之間時，就形成了燃料電池22。MEA 40可以采用多種形式，這在本領(lǐng)域是已知的。例如，MEA 40可以是聚合物電解質(zhì)薄膜。優(yōu)選的是，聚合物電解質(zhì)薄膜是厚度約在0.018微米數(shù)量級上的薄型加強薄膜。薄型加強聚合物電解質(zhì)薄膜比現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池中采用的厚度約為0.007英寸的聚合物電解質(zhì)薄膜要薄得多。本發(fā)明所采用的薄而又經(jīng)過增強的聚合物電解質(zhì)薄膜在燃料電池組件24的長度30中僅占很小百分比，與現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池堆棧采用的較厚聚合物電解質(zhì)薄膜相比，它出現(xiàn)滑動或應(yīng)力松弛要少得多。
燃料電池22按照疊置結(jié)構(gòu)的形式布置成燃料電池組件24。彼此相鄰疊置成燃料電池組件24的燃料電池22的數(shù)目可以變化。用于形成燃料電池組件24的燃料電池22的數(shù)目取決于燃料電池堆棧20的需要。即，在希望較大或更大功率的燃料電池堆棧20時，燃料電池組件24中燃料電池22的數(shù)目要增加。本領(lǐng)域公知的是，需要壓縮燃料電池22，以便讓燃料電池22更加高效，并產(chǎn)生更多能量。于是，要將燃料電池組件24壓在上下端組件32、34之間。優(yōu)選的是，要均勻壓縮燃料電池組件24的有效區(qū)域(未示出)，使燃料電池組件24和燃料電池組件24中的每個燃料電池22的效率最大化。
再次參照圖2和3，上端組件32布置在與燃料電池組件24的上端26相鄰的位置。上端組件32包括具有對置的內(nèi)外表面46、48的上端板45。上端板45的內(nèi)表面46面向燃料電池組件24的上端26。上端板45有多個開口50，用以讓與流體通道相連的各個入口37、出口38從燃料電池組件24延伸到燃料電池堆棧20的外部。具有與這些通道相連的入口37和出口38的燃料電池堆棧20的端部也稱為“濕端”。
下端組件34設(shè)置在與燃料電池組件24的下端28相鄰的地方。下端組件34包括具有對置的內(nèi)和外表面60、62的下端板58。下端板58被定位成讓下端板58的內(nèi)表面60面向燃料電池組件24的下端28。當(dāng)沒有與流體通道相連的入口和出口穿過下端組件34時，燃料電池堆棧20的下端28也稱為“干端”。
任選、而且優(yōu)選的是，有一個或多個隔板52位于燃料電池組件24和上和/或下端板45、58之間。隔板52位于端板45、58和燃料電池組件24的端部26、28之間，讓隔板52的內(nèi)表面54面向燃料電池組件24的端部26、28，讓隔板52的外表面55面向端板45、58的內(nèi)表面54、60。當(dāng)燃料電池組件24的端部26、28上設(shè)置了端接板56時，隔板52就位于端接板56和端板45、58之間，隔板52的內(nèi)表面54面向端接板56。隔板52將端板45、58與端接板56分開。在端部組件32、34中，隔板52被定位成讓隔板52的厚度57與燃料電池組件24的長度30排成一線。雖然優(yōu)選實施例示出了與上下端組件32、34相關(guān)聯(lián)的隔板52，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以認(rèn)識到的是，隔板52的數(shù)目和位置可根據(jù)燃料電池堆棧20的設(shè)計和應(yīng)用而變化。
上下端板45、58每個都有將內(nèi)表面46、60與外表面48、62分開的外緣側(cè)壁64。上下端板45、58上的外緣側(cè)壁64與燃料電池組件24的長度30排成一線。優(yōu)選的是，如圖所示，燃料電池堆棧20的形狀基本上是長方形的，上下端板45、58的形狀也是長方形的。長方形的上下端板45、58的外緣側(cè)壁64由基本上彼此垂直的第一和第二對對置側(cè)壁66、68組成。第一和第二對對置側(cè)壁66、68的每一個都具有一個以上的螺紋孔70，用以容納可將側(cè)板36固定到上下端板45、58上的螺紋緊固件80。
正如上面所提到的，上下端組件32、34向燃料電池組件24施加壓縮力。施加在燃料電池組件24上的壓縮力可通過保持固定間隔關(guān)系的上下端板45、58來產(chǎn)生。優(yōu)選的是，上下端板45、58通過側(cè)板36保持固定間隔關(guān)系。每塊側(cè)板36具有相對的第一和第二端部72和74、以及二者之間的長度76。每塊側(cè)板36定位在燃料電池堆棧20上，讓第一端72與上端板45相鄰，讓第二端74與下端板58相鄰，側(cè)板36的長度76與燃料電池組件24的長度30排成一線。任選、而且優(yōu)選的是，側(cè)板36沿端板45、58的整個外緣側(cè)壁64延伸。每塊側(cè)板36的第一和第二端72、74都有一個以上的開口78，在壓縮燃料電池組件24時，這些開口要與上下端板45、58的外緣側(cè)壁64上的螺紋孔70對齊。優(yōu)選的是，每塊側(cè)板36的第一和/或第二端72、74中任何一端的開口78是狹縫形式的，這樣就能以固定間隔關(guān)系保持上下端板45、58。該狹縫在允許燃料電池堆棧20的各個部件的尺寸變化的同時，仍能以固定間隔關(guān)系保持上下端板45、58。雖然優(yōu)選采用螺紋機械緊固件80將側(cè)板36結(jié)合到上下端板45、58上，但有經(jīng)驗的技術(shù)人員可以認(rèn)識到，在不脫離權(quán)利要求所限定的發(fā)明范圍的情況下，也可以采用其它方式把側(cè)板36與上下端板45、58結(jié)合起來。在該意義上，由側(cè)板36和端板45、58形成的接合應(yīng)當(dāng)足以抵抗它們之間接界處的相對旋轉(zhuǎn)。例如，側(cè)板36的第一和/或第二端72、74可通過其它機械緊固方式如鉚釘或銷釘、或通過各種粘結(jié)方式如焊接、釬焊或者粘結(jié)劑粘結(jié)固定到相應(yīng)的上和/或下端板45、58上，這些方式仍在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，側(cè)板36的端部72、74中的一個可以彎曲，形成位于端板45、58之一上的保持元件(未示出)，用以在讓側(cè)板36的相對端部72、74中與相對的端板45、58結(jié)合、并保持端板的固定間隔關(guān)系的同時，保持住端板45、58。
根據(jù)需要，每塊側(cè)板36都可具有一個以上的開口82，用以讓端接板56上的接線板延伸到燃料電池堆棧20的外部。優(yōu)選的是，每塊側(cè)板36電接地，從而保護燃料電池組件24不受電磁干擾。另外優(yōu)選的是，每塊側(cè)板36由金屬制成。將用于保持上下端板45、58的固定間隔關(guān)系的側(cè)板36的大小構(gòu)造成能在保持上下端板45、58的固定間隔關(guān)系的同時，讓上下端板45、58向燃料電池組件24施加并保持壓縮力。因為側(cè)板36的寬度較大，因此需要較小厚度來提供承載壓縮荷載所必要的抗張強度。與傳統(tǒng)上利用燃料電池組件周圍和/或貫穿燃料電池組件的軸向桿的情況相比，本發(fā)明的這個方案具有減輕重量的作用。
優(yōu)選的是，一塊以上的側(cè)板36將至少一部分燃料電池組件24包封起來，以保護燃料電池組件24不受意外的損害。更加優(yōu)選的是，側(cè)板36將整個燃料電池組件24包封起來，從而為燃料電池組件24和燃料電池堆棧20提供了保護罩。于是，側(cè)板36的尺寸被構(gòu)造成能在保護燃料電池組件24和燃料電池堆棧20不受由于各種自然事物的沖擊、吹打或其它打擊而產(chǎn)生的損害的同時，讓側(cè)板36經(jīng)得住這些沖擊、吹打和其它打擊。通過這種方式，側(cè)板36不僅用于保持上下端板45、58的固定間隔關(guān)系、以便向燃料電池組件24施加并保持壓縮荷載，而且為燃料電池組件24和燃料電池堆棧20提供了保護罩。利用側(cè)板36執(zhí)行保護功能消除了象傳統(tǒng)燃料電池堆棧中那樣在燃料電池堆棧20周圍設(shè)置附加結(jié)構(gòu)的需要，從而提供了對燃料電池堆棧20受意外吹打、沖擊或其它打擊的保護。
上端組件32和/或下端組件34中所任選包含的隔板52用于多種目的。即，可因為一個以上的原因而將隔板52含到燃料電池堆棧20中。例如，隔板52可用于將上和/或下端板45、58與端接板56隔開。按照上面所述的，端接板56是導(dǎo)電的，它用于通過端接板83從燃料電池堆棧20提取電流。當(dāng)上和/或下端板45、58導(dǎo)電時，位于上和/或下端板45、58與端接板56之間的隔板52能將上端板和/或下端板45、58與端接板56電絕緣隔開。隔板52還可用于控制燃料電池堆棧20的總體尺寸。即，按照下面所要詳細(xì)描述的，可在燃料電池組件24和上和/或下端板45、58之間設(shè)置一塊以上的隔板52，以便在提供預(yù)定長度的燃料電池堆棧20的同時，仍能讓端部組件32、34向燃料電池組件24施加壓縮力。當(dāng)前優(yōu)選的是，隔板52的厚度57的范圍約為8-18毫米，從而提供出電絕緣性能足夠、尺寸均勻的燃料電池堆棧20。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識到，具體的應(yīng)用和設(shè)計規(guī)范將決定隔板(或多個隔板)52的厚度57的范圍。按照下面要詳細(xì)描述的，隔板52還可與上和/或下端板45、58組合使用，用于向燃料電池組件24施加基本上均勻的壓縮荷載。
優(yōu)選的是，隔板52是不導(dǎo)電的，它能用于將燃料電池堆棧20的各個部件電絕緣隔開。于是，隔板52優(yōu)選由不導(dǎo)電材料如塑料制成。更為優(yōu)選的是，隔板52由工業(yè)級高性能的塑料制成。用于制造一塊或多塊隔板52的工業(yè)級高性能的塑料在施加到燃料電池組件24上的一定大小的壓縮荷載作用下是相對不可壓縮的(即，應(yīng)力松弛小)，由此將壓縮載荷從上和/或下端板45、58傳遞給燃料電池組件24的相應(yīng)上下端部26、28。具體而言，已證明聚噻吩烯硫醚是制造隔板52的特別有效的材料。聚噻吩烯硫醚可由Chenron Philips ChemicalCompany，L.P.出售的RYTON PPS牌和德國Frankfurt的Celanese AG出售的FORTRON牌得到。優(yōu)選的是，如圖7所示，隔板52具有一個以上可減輕隔板52重量的孔隙84。
按照上面所提到的，上下端板45、58通過側(cè)板36保持固定的間隔關(guān)系，并向燃料電池組件24施加壓縮載荷。正如前面所描述的，上下端板45、58通過側(cè)板36以固定間隔關(guān)系保持。在燃料電池組件24的上下端26、28產(chǎn)生的壓縮荷載將根據(jù)距離外緣側(cè)壁64的距離而變化，沿著外緣側(cè)壁64處壓縮荷載達(dá)到最大，而在上下端板45、58的中心處達(dá)到最小。即，因為上下端板45、58僅沿它們的外緣側(cè)壁64得到保持，因此上下端板45、58將響應(yīng)燃料電池組件24上的壓縮荷載和上下端板45、58的外緣側(cè)壁64不能進(jìn)一步移開而變形或撓曲。因為燃料電池堆棧20的效率部分取決于在燃料電池組件24的整個有效區(qū)域上施加的均勻壓縮載荷，因此理想的是在燃料電池組件24的整個有效區(qū)域上保持基本上均勻的壓縮載荷。
獲得基本上均勻載荷的一種方式是通過增大上下端板45、58的厚度讓它們變得剛硬，這樣就能讓上下端板45、58產(chǎn)生的撓曲對燃料電池組件24的效率的影響減到最小。但是，假設(shè)能為上下端板45、58提供這種厚度，這些端板就太厚了，這為燃料電池堆棧20增加了過多重量，從而降低了燃料電池堆棧的重量效率和體積效率。為了避免提供相對剛性的端板45、58的必要性，端板45、58可任選地結(jié)合到隔板52和端接板56上，以便將隔板52的剛度和端接板56的剛度貢獻(xiàn)給端部組件32、34的總剛度，并降低在燃料電池組件24的整個有效區(qū)域上施加基本上均勻的壓縮荷載所需的端板45、58的厚度。即，如圖7A-7B所示，可將隔板52和端板45、58緊固在一起，將它們的剛度結(jié)合起來，并形成能向燃料電池組件24的有效區(qū)域施加基本上均勻的壓縮載荷的端部組件32、34。如圖7A所示，端接板56可通過機械緊固件86的方式如螺栓或螺紋與隔板52相連，組合起來的端接板56和隔板52可借助機械緊固件87與端板45、58中的一個結(jié)合?？梢蕴鎿Q的是，端板56、隔板52、和端板45、58之一都可通過夾在相應(yīng)部件之間的粘結(jié)層88的方式結(jié)合。于是，端接板56的剛度和隔板52的剛度與端板45、58的剛度組合起來，提供了能向燃料電池組件24的有效區(qū)域施加基本上均勻的壓縮載荷的端部組件32、34，于是在不將端接板56或隔板52與端板45、58結(jié)合起來的情況下，較薄端板45、58將是必要的。
可以替換的是，和/或另外，端板45、58和/或隔板52具有能在無需采用超厚端板45、58的情況下對端板45、58的撓曲進(jìn)行補償和向整個燃料電池組件24的有效區(qū)域施加基本上均勻的壓縮載荷的造型表面。即，由僅示出了上端板45和一塊隔板52的圖5A-5G可以看出，上端板45的內(nèi)表面46的尺寸被構(gòu)造成背離上端板45、朝燃料電池組件24的上端26彎曲，這樣上端板45的厚度在沿著外緣側(cè)壁64處最小，在上端板45的中心處最大?？紤]到由于與下端板58保持固定間隔關(guān)系的上端板45沿著其外緣側(cè)壁64被保持、同時又向燃料電池組件24的有效區(qū)域施加理想大小的壓縮荷載而將在上端板45中產(chǎn)生的撓曲，因此對上端板45的內(nèi)表面46的形狀輪廓也做了造型。圖6A-6C表示上端板45的內(nèi)表面46的示范性輪廓造型。正如所看到的，上端板45的厚度大約在上端板45的中心處最大。
可以替換的是，和/或另外，考慮到在上端板45將產(chǎn)生的撓曲，隔板52可具有被輪廓造型的內(nèi)和/或外表面54、55。即，隔板52的厚度被構(gòu)造成沿著隔板52的外緣最小，在隔板52的中心處最大。例如，如圖5G所示，隔板52的內(nèi)表面54的輪廓被構(gòu)造成由隔板52朝著燃料電池組件24的上端26延伸，或者如圖5E所示，隔板52的外表面55的輪廓被構(gòu)造成由隔板52朝著上端板45延伸，這樣就可通過端板45向燃料電池組件24的有效區(qū)域施加基本上均勻的壓縮載荷?？梢蕴鎿Q的是，如圖5F所示，隔板52的內(nèi)、外表面54、55的輪廓被構(gòu)造成分別由隔板52朝著燃料電池組件24的上端26和上端板45的內(nèi)表面46延伸，由此就能向燃料電池組件24的有效區(qū)域施加基本上均勻的壓縮載荷。
隔板52的內(nèi)外表面54、55和上端板45的內(nèi)表面46的造型的各種變化示于圖5A-5G中。考慮到不僅有上端板45的撓曲，而且有下端板58的撓曲，上端板45和/或隔板52的表面輪廓形狀可被造型，這樣燃料電池組件24的上下端26、28都能收到基本上均勻的壓縮載荷。同樣，應(yīng)當(dāng)理解的是，下端組件34中下端板58的內(nèi)表面60和隔板52的內(nèi)外表面54、55的形狀也可按照相同方式來構(gòu)造或塑造，這樣下端組件34的部件可向燃料電池組件24的有效區(qū)域施加基本上均勻的壓縮載荷。有經(jīng)驗的技術(shù)實踐人員可以認(rèn)識到，內(nèi)表面46中形成了各種可在燃料電池組件24的有效區(qū)域上實現(xiàn)更加均勻的壓縮載荷的局部特征。于是，應(yīng)當(dāng)理解的是，上端組件32的部件和/或下端組件34的部件的表面形狀可被單獨或一起構(gòu)造和造型成能向燃料電池組件24的有效區(qū)域施加基本上均勻的壓縮載荷。還應(yīng)當(dāng)理解的是，為了示范性目的，對各圖中所示的尺寸作了夸大處理，不應(yīng)當(dāng)將它們看作是相對燃料電池堆棧20的每個部件的尺寸。即，應(yīng)當(dāng)理解的是，對端板45、58的撓曲和通過塑造端板46、58和/或隔板的表面形狀進(jìn)行的校正作了夸大處理，以便更好地舉例說明本發(fā)明的原理。還應(yīng)當(dāng)理解的是，不要將利用術(shù)語“上下”描述燃料電池堆棧20的各個部件理解為是絕對參考，要將其理解為是要提供燃料電池堆棧20的部件的相對關(guān)系。
雖然將燃料電池堆棧20描述并表示成基本上的長方形結(jié)構(gòu)，但應(yīng)當(dāng)理解的是，燃料電池堆棧20的形狀可以采用各種結(jié)構(gòu)，它們?nèi)匀辉跈?quán)利要求書所限定的發(fā)明范圍內(nèi)。例如，燃料電池堆棧20可以是圓柱形的，燃料電池組件24以及上下端組件32、34也可以是圓柱形的。當(dāng)燃料電池堆棧20為圓柱形時，側(cè)板36就是一個圓柱形套筒，里面插有上下端組件32、34和燃料組件24。側(cè)板36還可以是部分圓柱形套筒，它罩著燃料電池堆棧20的部件。于是，術(shù)語“側(cè)板”的使用不應(yīng)當(dāng)限于平板，而應(yīng)當(dāng)理解為可以是平的或彎曲的，或者是由燃料電池堆棧20的特定形狀所規(guī)定的各種形狀。
按照早先提到的，燃料電池堆棧20具有利用壓縮荷載來保持的燃料電池組件24，由此可讓燃料電池組件24更高效。本發(fā)明還包括在壓縮荷載條件下制造具有燃料電池組件24的燃料電池堆棧20的各種制造方法。在第一種方法、預(yù)定壓縮載荷法中，如圖9A-9B和11所示，燃料電池組件24和/或燃料電池堆棧20可利用能在燃料電池組件24上產(chǎn)生預(yù)定大小F的內(nèi)部壓縮荷載的外部壓縮載荷來壓縮。然后將側(cè)板36固定到上下端板45、58上，以便在除去燃料電池組件24和/或燃料電池堆棧20上的外部壓縮荷載時仍能以固定間隔關(guān)系保持上下端板45、58。因為上下端板45、58在除去外部壓縮載荷后仍能保持固定間隔關(guān)系，因此按照下面更詳細(xì)討論的，由上下端板45、58繼續(xù)向燃料電池組件24施加內(nèi)部壓縮載荷。
在第二方法、預(yù)定壓縮距離法中，如圖10A-10B和12所示，燃料電池組件24和/或燃料電池堆棧20可通過外部壓縮載荷C壓縮預(yù)定距離D。換言之，外部壓縮載荷的大小足以將燃料電池組件24壓縮預(yù)定距離D。然后將側(cè)板36固定到上下的端板45、58(正如下面要進(jìn)一步詳細(xì)描述的)。接著除去外部壓縮載荷。上下端板45、58保持其固定間隔關(guān)系。燃料電池組件24保持基本上被壓縮預(yù)定距離D的狀態(tài)，由此在其上施加內(nèi)部壓縮載荷。
按照上面所提到的，在預(yù)定大小F的壓縮荷載條件下制造擁有燃料電池組件24的燃料電池堆棧20的預(yù)定壓縮載荷法包括向燃料電池堆棧20施加外部壓縮載荷。預(yù)定壓縮載荷法包括以下步驟1)將燃料電池組件24設(shè)置在上下端板45、58之間，讓燃料電池組件24的上端26與上端板45相鄰，燃料電池組件24的下端28與下端板58相鄰；2)向端板45、58中的至少一個端板施加外部壓縮力，以便壓縮燃料電池組件24，使其受預(yù)定大小F的內(nèi)部壓縮力作用；3)將側(cè)板36與端板45、58相連，讓側(cè)板36的第一和第二端72、74分別與對應(yīng)的上下端板45、58相連；以及4)除去施加到端板45、58中的至少一個端板上的外部壓縮力，由此以固定的間隔關(guān)系保持上下端板45、58，從而在燃料電池組件24上保持基本上等于預(yù)定大小F的壓縮力。由此預(yù)定壓縮載荷法就提供了在燃料電池組件24上施加有基本上等于預(yù)定大小F的壓縮力的燃料電池堆棧20。
相反，在利用預(yù)定壓縮距離法組裝燃料電池堆棧20時，與利用預(yù)定大小F的壓縮力進(jìn)行壓縮相反的是，要將燃料電池堆棧20和/或燃料電池組件24壓縮預(yù)定距離D。預(yù)定距離D的基準(zhǔn)點可以是燃料電池組件24本身的總長。因此，另一基準(zhǔn)僅僅是將燃料電池組件24壓縮預(yù)定距離D，而不是壓縮燃料電池堆棧20。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，將燃料電池組件24壓縮預(yù)定距離D也可通過將燃料電池堆棧20壓縮預(yù)定距離D來實現(xiàn)。優(yōu)選的是，預(yù)定距離D對應(yīng)于向燃料電池組件24施加的、能導(dǎo)致燃料電池堆棧20高效操作的壓縮力。壓縮燃料電池組件24的預(yù)定距離D可通過多種方式來確定。例如，按照下面要詳細(xì)討論的，預(yù)定距離D可根據(jù)包含燃料電池組件24的每個燃料電池22的固定距離壓縮來計算，或者根據(jù)以往壓縮具有已知數(shù)量的燃料電池22的燃料電池組件24的經(jīng)驗的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定。一旦確定了預(yù)定距離D，就向燃料電池堆棧20施加外部壓縮載荷，以便將燃料電池堆棧20和/或燃料電池組件24壓縮預(yù)定距離D。然后將側(cè)板36與上下端板45、58連接起來，除去外部壓縮載荷。所得燃料電池堆棧20就具有被壓縮了預(yù)定距離D的燃料電池組件24，并具有對應(yīng)于燃料電池堆棧20的有效操作的內(nèi)部壓縮荷載。
當(dāng)根據(jù)計算(即，基于每個電池的固定距離壓縮)來確定壓縮距離D時，每個燃料電池22被壓縮給定距離。壓縮燃料電池組件24的預(yù)定距離D可通過將燃料電池組件24中的燃料電池22的個數(shù)n乘以每個燃料電池22要被壓縮的固定距離d來計算。換言之，通過等式D＝n×d計算。要將壓縮每個燃料電池22的固定距離選擇為能向燃料電池22提供大小基本上對應(yīng)于能提供燃料電池組件24的有效操作的壓縮力。即，每個燃料電池22要被壓縮的固定距離d是以燃料電池22的物理特性和燃料電池22有效操作所需的壓縮量為基礎(chǔ)的。所得的燃料電池堆棧20具有被壓縮了預(yù)定距離D的燃料電池組件24，并具有對應(yīng)于燃料電池組件24實現(xiàn)有效操作的壓縮荷載。
與將每個燃料電池22壓縮固定距離相反的是，在基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)時，壓縮燃料電池組件24的預(yù)定距離D可通過利用已知壓縮載荷壓縮燃料電池組件2 4的以往經(jīng)驗來確定。對于這兩種方法來說，最終的預(yù)定距離D是相等的。由于燃料電池組件24所包含的燃料電池22的組成的基本上均勻性，就能為每種類型的燃料電池22建立燃料電池22的數(shù)目與在燃料電池組件24受已知大小的壓縮力作用產(chǎn)生的燃料電池組件24和/或燃料電池堆棧20的壓縮距離之間的通用相關(guān)性。該相關(guān)性可用于根據(jù)燃料電池組件24所包含的燃料電池22的數(shù)目來確定壓縮燃料電池組件24的預(yù)定距離D，以便向燃料電池組件24上施加理想大小的壓縮力。例如，經(jīng)驗數(shù)據(jù)表示將具有50到200個燃料電池的燃料電池組件分別被壓縮了距離X和4X，施加了理想大小的壓縮力。擁有由100個相同燃料電池22組成的燃料電池組件24的燃料電池堆棧20可被壓縮距離2X，根據(jù)上述相關(guān)性，它應(yīng)向燃料電池組件24施加基本相等的理想大小的壓縮力。
因為任何給定類型的燃料電池22的組成都有一些變化，因此施加到燃料電池組件24上的最終壓縮力也要變化。最終壓縮力的變化量將取決于相關(guān)性的精度和燃料電池22的變化。優(yōu)選的是，最終壓縮力將在理想大小附近的可接受范圍內(nèi)變化，因此該變化對燃料電池堆棧20的效率的影響是可忽略的。于是經(jīng)驗數(shù)據(jù)法提供了這樣一個具有燃料電池組件24的燃料電池堆棧20在將燃料電池組件24壓縮預(yù)定距離D時，所述燃料電池組件受基本上等于理想大小的、對應(yīng)于燃料電池24有效操作的壓縮力作用。
按照上面所提到的，隔板52可用于提供預(yù)定或均勻長度L的燃料電池堆棧20。即，在燃料電池堆棧20中，隔板52用于占據(jù)空間以便于燃料電池堆棧20達(dá)到預(yù)定或均勻長度L。均勻的長度L提供了多個優(yōu)點。例如，均勻長度L讓燃料電池堆棧的更換變得容易，并讓采用了燃料電池堆棧20的裝置具有用于燃料電池堆棧20的標(biāo)準(zhǔn)空間。
如圖13a-13b所示，本發(fā)明提供了具有均勻長度L的燃料電池堆棧的各種組裝順序。燃料電池堆棧20的理想的預(yù)定或均勻長度L既可以是已知長度如工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也可以是選定長度。無論哪種情況下，總長度L都是已知的量。上下端板45、58、燃料電池堆棧20中采用的所有端接板56、以及端部組件32、34的所有其它部件的厚度都可以測量，因此它們也是已知量。根據(jù)這些已知量/尺寸，就可以計算燃料電池堆棧20內(nèi)要放置燃料電池組件24的空間，于是該空間也是已知量。即，燃料電池堆棧20中要放置燃料電池組件24的空間長度就等于燃料電池堆棧20的預(yù)定或均勻長度L減去端板45、58、所有端接板56和組成端部組件32、34的所有其它部件的尺寸。而未知尺寸僅是燃料電池組件24的壓縮長度30。燃料電池組件24的壓縮長度30可根據(jù)上面討論的用于制造燃料電池堆棧20的方法和燃料電池組件24所包含的燃料電池22的數(shù)目而變化。
按照上面所闡明的，隔板52可與預(yù)定壓縮載荷法一起用于制造預(yù)定或均勻長度L的燃料電池堆棧20，在該燃料電池堆棧20中，向燃料電池組件24施加了基本上等于預(yù)定大小F的壓縮荷載。為了實現(xiàn)該目的，需要確定燃料電池組件24的壓縮長度30或燃料電池堆棧20的壓縮長度，以便能確定一個或多個隔板52的所需組合厚度。
通過以下方式都可確定燃料電池組件24的壓縮長度30(1)如圖9A所示，利用外部壓縮載荷壓縮燃料電池組件24，以便獲得預(yù)定大小F的內(nèi)部壓縮荷載，然后測量壓縮長度30；或者(2)如圖9B所示，利用外部載荷壓縮燃料電池堆棧20，以便向燃料電池組件24施加預(yù)定大小F的內(nèi)部壓縮載荷，然后或者(A)測量燃料電池組件24的壓縮長度30；或者(B)測量燃料電池堆棧20的壓縮長度，然后通過減掉端板45、58、端接板56和端部組件32、34的所有其它部件的已知尺寸算出燃料電池組件24的壓縮程度30。一旦確定了燃料電池組件24的壓縮長度30，就從燃料電池組件24或燃料電池堆棧20上除去外部壓縮載荷。利用燃料電池組件24的壓縮長度30算出制造預(yù)定或均勻長度L的燃料電池堆棧20需要的隔板52的所需組合厚度。隔板52的所需組合厚度等于里面要放置燃料電池組件24的空間長度(正如上面所討論的)和燃料電池組件24的壓縮長度30之差。由此算出隔板52的所需組合厚度。
可以替換的是，可以采用在燃料電池組件24有預(yù)定大小F的內(nèi)部壓縮載荷的燃料電池堆棧20的壓縮長度。燃料電池堆棧20的壓縮長度可通過以下步驟獲得利用外部壓縮載荷壓縮燃料電池堆棧20，以向燃料電池組件24施加預(yù)定大小F的內(nèi)部壓縮荷載，然后測量燃料電池堆棧20的壓縮長度。接著除去燃料電池堆棧上的外部壓縮載荷。算出燃料電池堆棧20的預(yù)定或均勻長度L與燃料電池堆棧20的所測量的壓縮長度之差。算得的差值就是隔板52的所需組合厚度。
一旦確定了隔板52的所需組合厚度，就要選擇具有所需組合厚度的一塊或多塊隔板52。將選出的隔板52置于上和/或下端板45、58與燃料電池組件24的對應(yīng)上和/或下端26、28之間。將隔板52定位，使隔板52的組合厚度與燃料電池組件24的長度30排成一線。然后通過向燃料電池堆棧20施加外部壓縮載荷來壓縮燃料電池堆棧20，由此將燃料電池堆棧20基本上壓縮到預(yù)定或均勻長度L。具有預(yù)定或均勻長度L的燃料電池堆棧20的最終內(nèi)部壓縮載荷應(yīng)當(dāng)基本上等于預(yù)定大小F。然后將側(cè)板36固定到上下端板45、58上，這樣上下端板45、58將燃料電池堆棧20基本上保持在預(yù)定或均勻長度L上。最后，從燃料電池堆棧20上除去外部壓縮載荷。最終燃料電池堆棧20的長度基本上等于預(yù)定或均勻長度L，同時燃料電池組件24基本上以預(yù)定大小F的力壓縮。
制造燃料電池堆棧20的預(yù)定壓縮距離法也可利用隔板52制造預(yù)定或均勻長度L的燃料電池堆棧20。隔板52的所需組合厚度是以燃料電池堆棧20的理想預(yù)定或均勻長度L、燃料電池組件24的壓縮長度30、包括端部組件32、34在內(nèi)的多個部件的厚度為基礎(chǔ)。燃料電池組件24的壓縮長度30可通過從燃料電池組件24的未壓縮長度31中減掉預(yù)定距離D來計算。從燃料電池堆棧20的預(yù)定或均勻長度L中減掉燃料電池組件24的壓縮長度30和端部45、58、端接板56以及包括端部組件32、34在內(nèi)的所有其它部件的厚度，得到隔板52的所需組合厚度。然后選出能讓隔板52的組合厚度基本上等于所需總厚度的隔板52。然后按照上面所討論的，將所選隔板52加到燃料電池堆棧20上。最終得到的燃料電池堆棧20基本上具有理想的預(yù)定或均勻長度L、基本上被壓縮了預(yù)定距離D的燃料電池組件24、以及與燃料電池組件24的有效操作相對應(yīng)的內(nèi)部壓縮荷載。
在此用副詞“基本上”來量化術(shù)語，應(yīng)當(dāng)將其理解為表示所述因子的大小在理想大小的可接受容差范圍內(nèi)。
對本發(fā)明的描述本質(zhì)上僅是示范性的，因此，試圖認(rèn)為在不脫離本發(fā)明要點的情況下作出的變化都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這些變化脫離了本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)燃料電池堆棧，該堆棧包括多個以疊置結(jié)構(gòu)方式布置以形成燃料電池組件的燃料電池，所述燃料電池組件具有相對的第一和第二端，這兩端之間具有長度；第一和第二端板，所述第一和第二端板分別布置在與所述燃料電池組件的所述第一和第二端相鄰的位置，所述第一和第二端板以預(yù)定距離的固定間隔關(guān)系被保持，由此所述第一和第二端板沿所述長度方向向所述燃料電池組件施加壓縮力；以及插在所述第一端板和所述燃料電池組件的第一端之間的至少一個隔板，所述至少一個端板的尺寸被構(gòu)造成能讓所述第一和第二端板向所述燃料電池組件施加的所述壓縮力具有預(yù)定大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆棧，其中所述至少一個隔板具有多個開口，從而使得所述至少一個隔板具有減輕的重量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆棧，其中所述至少一個隔板是不導(dǎo)電的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的堆棧，它還包括插在所述至少一個隔板和所述燃料電池組件的所述第一端之間的端接板，所述至少一個隔板將所述端接板與所述第一端板隔開，從而將所述端接板與所述第一端板電絕緣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆棧，其中所述燃料電池組件的所述第一端是所述燃料電池組件的干端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆棧，它還包括多塊隔板，所述多個隔板中的每塊隔板都設(shè)置在所述第一和第二端板中的至少一個端板與所述燃料電池組件之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆棧，其中所述至少一個隔板是塑料。
8.一種制造預(yù)定長度的電化學(xué)燃料電池堆棧的方法，該方法包括以下步驟為具有燃料電池組件的燃料電池堆棧選擇預(yù)定長度；利用預(yù)定載荷壓縮所述燃料電池組件；確定所述被壓縮的燃料電池組件的壓縮長度；計算所述燃料電池堆棧中可用于所述被壓縮的燃料電池組件的空間長度與所述被壓縮的燃料電池組件的所述被壓縮長度之差；從所述燃料電池組件上除去所述預(yù)定壓縮載荷；將厚度基本上等于所述計算差值的至少一個隔板設(shè)置在所述燃料電池堆棧中；向所述燃料電池堆棧施加壓縮載荷，以便將所述燃料電池堆棧壓縮到所述預(yù)定長度；將所述燃料電池堆棧的第一和第二端板以固定的間隔關(guān)系固定，以將燃料電池堆棧保持在所述預(yù)定長度，由此在除去了所述施加在所述燃料電池堆棧上的壓縮載荷后，在所述燃料電池組件上施加壓縮力；以及從所述燃料電池堆棧上除去所述施加的壓縮載荷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中確定所述被壓縮的燃料電池組件的壓縮長度的步驟包括測量所述被壓縮的燃料電池組件的所述壓縮長度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中壓縮所述燃料電池組件的步驟包括利用所述預(yù)定的壓縮載荷壓縮所述燃料電池堆棧。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中確定所述被壓縮的燃料電池組件的壓縮長度的步驟包括測量所述被壓縮的燃料電池組件的所述壓縮長度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中確定所述被壓縮的燃料電池組件的壓縮長度的步驟包括測量所述被壓縮的燃料電池堆棧的長度，并計算所述燃料電池組件的所述壓縮長度。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中設(shè)置至少一個隔板的步驟包括將所述至少一個隔板設(shè)置在所述燃料電池組件的干端和與所述燃料電池組件的干端相鄰的端板之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中設(shè)置至少一個隔板的步驟包括將所述至少一個隔板設(shè)置在與第一和第二端板中的至少一個相鄰的端接板和所述燃料電池組件之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中將所述燃料電池堆棧的第一和第二端板以固定的間隔關(guān)系固定的步驟包括讓至少一個側(cè)板與所述燃料電池堆棧的所述第一和第二端板相連。
16.一種制造預(yù)定長度的電化學(xué)燃料電池堆棧的方法，該方法包括以下步驟為具有燃料電池組件的燃料電池堆棧選擇預(yù)定長度；利用預(yù)定壓縮載荷壓縮所述燃料電池堆棧；確定所述被壓縮的燃料電池堆棧的壓縮長度；計算所述被壓縮的燃料電池堆棧的所述預(yù)定長度與所述壓縮長度之差；從所述燃料電池堆棧上除去所述預(yù)定壓縮載荷；將厚度基本上等于所述計算差值的至少一個隔板設(shè)置在所述燃料電池堆棧中；向所述燃料電池堆棧施加壓縮載荷，以便將所述燃料電池堆棧壓縮到所述預(yù)定長度；將所述燃料電池堆棧的第一和第二端板以固定的間隔關(guān)系固定，以將燃料電池堆棧保持在所述預(yù)定長度，由此在除去了所述施加在所述燃料電池堆棧上的壓縮荷載后，在所述燃料電池組件上施加壓縮力；以及從所述燃料電池堆棧上除去所述施加的壓縮載荷。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中設(shè)置至少一個隔板的步驟包括將所述至少一個隔板設(shè)置在所述燃料電池組件的干端和與所述燃料電池組件的所述干端相鄰的端板之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中設(shè)置至少一個隔板的步驟包括將所述至少一個隔板設(shè)置在與所述第一和第二端板中的至少一個相鄰的端接板與所述燃料電池組件之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中將所述燃料電池堆棧的第一和第二端以固定的間隔關(guān)系固定的步驟包括將至少一個側(cè)板與所述燃料電池堆棧的所述第一和第二端板連接起來。
20.一種制造在燃料電池組件中有多個燃料電池的電化學(xué)燃料電池堆棧的制造方法，該方法包括以下步驟確定對具有燃料電池組件的燃料電池進(jìn)行壓縮的預(yù)定距離，以便向所述燃料電池組件施加預(yù)定大小的壓縮力；向所述燃料電池堆棧施加壓縮載荷，以便將所述燃料電池堆棧壓縮所述預(yù)定距離；將所述燃料電池堆棧的第一和第二端板以固定的間隔關(guān)系固定，以便使所述第一和第二端板將所述被壓縮的燃料電池堆棧保持在所述預(yù)定距離的狀態(tài)，由此在除去了所述壓縮載荷之后，向所述燃料電池組件施加所述預(yù)定大小的壓縮力；以及從所述燃料電池堆棧上除去所述壓縮載荷。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中確定壓縮燃料電池堆棧的預(yù)定距離的步驟包括根據(jù)所述燃料電池組件中的已知燃料電池數(shù)量確定壓縮所述燃料電池堆棧的所述預(yù)定距離。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中確定壓縮燃料電池堆棧的預(yù)定距離的步驟包括通過將所述已知的燃料電池數(shù)量乘以固定的壓縮距離來確定壓縮所述燃料電池堆棧的所述預(yù)定距離。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中確定壓縮燃料電池堆棧的預(yù)定距離的步驟包括以下步驟收集以往利用已知壓縮載荷壓縮燃料電池堆棧的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，以便向所述燃料電池堆棧施加理想壓縮載荷；以及通過根據(jù)所述經(jīng)驗數(shù)據(jù)選擇所述預(yù)定距離來確定壓縮所述燃料電池堆棧的所述預(yù)定距離。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中確定壓縮燃料電池堆棧的預(yù)定距離的步驟包括以下步驟確定壓縮所述燃料電池組件的壓縮距離；以及根據(jù)壓縮所述燃料電池組件的所述壓縮距離，計算出壓縮所述燃料電池堆棧的所述預(yù)定距離。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中確定壓縮所述燃料電池組件的壓縮距離的步驟包括根據(jù)所述燃料電池組件中的已知燃料電池數(shù)量來確定壓縮所述燃料電池組件的所述距離。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中確定壓縮所述燃料電池組件的距離的步驟包括通過將所述已知的燃料電池數(shù)量乘以固定的壓縮距離來確定壓縮所述燃料電池組件的所述距離。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中確定壓縮所述燃料電池組件的預(yù)定距離的步驟包括以下步驟收集以往利用已知壓縮載荷壓縮燃料電池堆棧的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，以便向所述燃料電池堆棧施加理想的壓縮荷載；以及通過根據(jù)所述經(jīng)驗數(shù)據(jù)選擇所述距離來確定壓縮所述燃料電池組件的所述距離。
28.一種制造在燃料電池組件中具有多個燃料電池的固定長度的燃料電池堆棧的方法，該方法包括以下步驟為具有燃料電池組件的燃料電池堆棧選擇預(yù)定長度；確定對具有燃料電池組件的燃料電池堆棧進(jìn)行壓縮的壓縮距離，以便向所述燃料電池組件施加預(yù)定大小的壓縮力；計算作為所述預(yù)定長度和所述預(yù)定距離的函數(shù)的隔板厚度；將具有所述隔板厚度的至少一個隔板設(shè)置在所述燃料電池堆棧中；向所述燃料電池堆棧施加壓縮載荷，以便將所述燃料電池堆?；旧蠅嚎s到所述預(yù)定長度；將所述燃料電池堆棧的第一和第二端板以固定的間隔關(guān)系固定，以便讓第一和第二端板保持所述燃料電池堆棧被壓縮到所述預(yù)定長度的狀態(tài)，由此在除去了所述壓縮載荷后，在所述燃料電池組件上施加所述大小基本上已知的壓縮力；以及從所述燃料電池堆棧上除去所述壓縮載荷。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中計算隔板厚度的步驟包括根據(jù)將所述電池堆棧壓縮所述預(yù)定距離時所述燃料電池組件的壓縮長度算出隔板厚度。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中計算隔板厚度的步驟包括從所述預(yù)定長度中減掉所述燃料電池組件的所述壓縮厚度和所述第一和第二端板的厚度，由此確定所述隔板厚度。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中確定壓縮燃料電池堆棧的預(yù)定距離的步驟包括根據(jù)所述燃料電池組件中的已知燃料電池數(shù)量確定對所述燃料電池堆棧進(jìn)行壓縮的所述預(yù)定距離。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中確定壓縮燃料電池堆棧的預(yù)定距離的步驟包括通過將所述已知的燃料電池數(shù)量乘以固定距離來確定壓縮所述燃料電池堆棧的所述預(yù)定距離。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中確定壓縮燃料電池堆棧的預(yù)定距離的步驟包括以下步驟收集以往利用已知壓縮載荷壓縮燃料電池堆棧的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，以便向所述燃料電池堆棧施加理想的壓縮載荷；以及通過根據(jù)所述經(jīng)驗數(shù)據(jù)選擇所述預(yù)定距離來確定壓縮所述燃料電池堆棧的所述預(yù)定距離。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中確定壓縮燃料電池堆棧的預(yù)定距離的步驟包括以下步驟確定壓縮所述燃料電池組件的壓縮距離；以及根據(jù)壓縮所述燃料電池組件的所述壓縮距離算出壓縮所述燃料電池堆棧的所述預(yù)定距離。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中確定壓縮所述燃料電池組件的壓縮距離的步驟包括根據(jù)所述燃料電池組件中的已知燃料電池數(shù)量確定壓縮燃料電池組件的所述距離。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中確定壓縮所述燃料電池組件的壓縮距離的步驟包括通過將所述已知的燃料電池數(shù)量乘以固定的壓縮距離來確定壓縮所述燃料電池組件的所述距離。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中確定壓縮所述燃料電池組件的距離的步驟包括以下步驟收集以往利用已知壓縮載荷壓縮燃料電池堆棧的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，以便向所述燃料電池堆棧施加理想的壓縮載荷；以及通過根據(jù)所述經(jīng)驗數(shù)據(jù)選擇所述距離來確定壓縮所述燃料電池組件的所述距離。
全文摘要
一種按照疊置結(jié)構(gòu)形式布置以形成燃料電池組件(24)的電化學(xué)燃料電池堆棧(20)。該組件插在至少一個隔板(52)與第一(45)和第二(58)端板之間。所述端板保持固定間隔關(guān)系，以便讓這些端板向燃料電池組件施加壓縮力。
文檔編號H01M8/00GK1650460SQ03809730
公開日2005年8月3日 申請日期2003年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月30日
發(fā)明者J·A·羅克 申請人:通用汽車公司