[发明专利]用于燃料电池叠组中的重复单元和非重复单元的对准方法

说明书

发明领域

本发明涉及燃料电池叠组，更具体地说，涉及一种装配燃料电池叠组的对准系统和方法。

发明背景

在许多应用，例如在电动车辆的动力设备中，使用燃料电池或已经提出燃料电池作为一种功率源，以替换内燃机，并且在固定应用中，用以产生电功率。在质子交换膜(PEM)类型的燃料电池中，将氢供给燃料电池的阳极，并将氧供给阴极。PEM燃料电池包括膜电极组件(MEA)，其包括薄的，能传送质子的，非导电的固体聚合物电解质膜，在其一个面上具有阳极催化剂，并且在其反面具有阴极催化剂。MEA夹在一对用作阳极和阴极集电器的导电元件之间，并且包含用于将燃料电池的气态反应物分布在相应的阳极和阴极催化剂的表面上的合适的通道和/或开口。在分别于1993年12月21日和1994年5月31日公布、并转让给通用汽车公司的美国专利No.5,272,017和5,316,871中描述了一种典型的PEM燃料电池和其MEA。

用语″燃料电池″根据上下文通常用于指单个电池或多个电池。多个单个的电池通常封装在一起而形成燃料电池叠组。在燃料电池叠组中的各电池包括早先所述的MEA，并且各MEA提供了其电压增量。

将燃料电池叠组的构件精确对准到预定的定向是必需的。通常在装配期间通过利用外部元件根据相应的构件周边而将构件包围或罩起来，从而对燃料电池叠组的构件进行对准。然而，这种外部元件在装配期间可能限制了对各种构件的接近。另外，还需要比可由这种外部元件所提供的公差水平更高的公差水平。因此，需要利用内部特征来对准燃料电池叠组的构件。

发明概要

本发明提供了一种用于装配燃料电池叠组的对准系统和方法。燃料电池叠组的构件具有内部对准特征，并且在装配期间对准到预定的定向上。本发明允许在高的公差水平下装配燃料电池叠组，同时改进在装配期间对各构件的接近。另外，本发明可为燃料电池叠组提供额外的刚度。

一种根据本发明原理的用于燃料电池叠组的对准系统包括可操作地支撑燃料电池叠组构件的夹具(fixture)。至少一个对准部件可选择性地在第一位置和第二位置之间操作。对准部件构造成可与燃料电池叠组构件上的内部对准特征相互作用。对准部件的第一位置对应于与对准特征接合。对准部件的第二位置对应于与对准特征分离。

在本发明的另一方面，燃料电池叠组包括多个彼此相邻地设置在叠组结构中的燃料电池。燃料电池具有内部对准特征，其允许各燃料电池的构件利用对准部件而彼此相对地对准在预定的定向上。各对准特征包括构造成可在对准特征设置在对准部件周围时，选择性地与对准部件接合和分离的接合面。

在本发明的另一方面，公开了一种装配燃料电池叠组的方法，所述燃料电池叠组具有多个带内部对准特征的构件。该方法包括：(1)将至少一个对准部件定向到第一位置；(2)利用对准部件的内部对准特征将至少其中一个燃料电池叠组的构件定位在对准部件上；(3)将燃料电池叠组的构件和对准部件对准；和(4)将燃料电池叠组的构件压缩在一起。

从后文所提供的详细说明中将清楚本发明可适用的其它领域。应当理解，该详细说明和特定示例虽然显示了本发明的优选实施例，但是其只是用于示例性目的，而并非试图限制本发明的范围。

附图简介

从详细说明和附图中将更全面地了解本发明，其中：

图1是根据本发明原理的一个示例性的燃料电池叠组的分解透视图；

图2是根据本发明原理的一个示例性的对准部件的透视图；

图3A是沿着图2的剖面线3-3的对准部件的截面图；

图3B-3D根据本发明原理的对准部件的备选实施例沿着图2的剖面线3-3的截面图；

图4A和4B是根据本发明原理的对准部件的平面图，其中图3A的横截面分别与相应的燃料电池叠组构件的对准特征接合和分离；

图5A和5B是根据本发明原理的对准部件的平面图，其中图3B的横截面分别与相应的燃料电池叠组构件的对准特征接合和分离；

图6A和6B是根据本发明原理的对准部件的平面图，其中图3C的横截面分别与相应的燃料电池叠组构件的对准特征接合和分离；

图7A和7B是根据本发明原理的对准部件的平面图，其中图3D的横截面分别与相应的燃料电池叠组构件的对准特征接合和分离；

图8是根据本发明原理的对准部件的平面图，其中图3A的横截面与同一部分流体集管相对应的对准特征分离；

图9A-11B是根据本发明原理的处在各个装配阶段的燃料电池叠组的装配机构的透视图；