[发明专利]燃料电池组及其组装方法

说明书

本发明涉及燃料电池组及其组装方法。燃料电池组和组装燃料电池组的方法包括将燃料电池沿其堆叠轴线压缩。由外壳构成的压缩保持装置可以与一个或更多个可选的可插入垫片一起使用，来校正任何电池组高度变化。值得注意的是，外壳形成为允许电池组由压力机压缩加载，以便将构成电池组的电池放置到基本压缩状态且维持在基本压缩状态，同时不对外壳施加压缩力。通过在将电池组的电池维持在其基本压缩状态的同时解决任何电池组高度变化，而简化了组装操作，因为避免了电池组的重复压缩和解压，同时试图确保电池组和外壳连结成其最终组装形式。

技术领域

本发明总体上涉及燃料电池组及其组装方法，并且更具体地涉及在燃料电池组制造期间通过使用改进的压缩保持系统的燃料电池组及其组装方法。

背景技术

燃料电池经由化学反应将燃料转换成可用电力。这种能量产生机构的显著益处在于其能够在不依赖于燃烧作为中间步骤的情况下实现。这样，燃料电池具有优于内燃发动机（ICE）和相关发电源的若干个环境优点。在典型的燃料电池（例如质子交换膜或者聚合物电解质膜（在任一情况下都是PEM）燃料电池）中，一对被催化的电极被离子传输介质（例如Nafion^TM）分隔。当将气体还原剂（例如氢，H₂）引入到阳极并在阳极处离子化且之后穿过离子传送介质以便其与已经通过另一电极（阴极）引入的气体氧化剂（例如氧，O₂）结合时，发生化学反应；反应物的这种结合形成水作为副产品。在氢的离子化中被释放的电子经由外部电路以直流（DC）形式前进到阴极，所述外部电路通常在可以执行有用功的情况下包括载荷。通过将大量这样的电池结合成更大的电流产生组件，能够增加由DC电力的这种流动产生的发电。在一种这样的构成中，燃料电池沿着常见堆叠维度串联连接（更像一副牌）以便形成燃料电池组。

通常将这样的电池组在压缩载荷下组装，以便密封燃料电池，并且确保并维持在构成每个电池的反应物板、气体扩散介质和催化剂电极之间的低的界面接触电阻。在一种形式中，对于大约100 in²的理论电池表面积，根据湿度，燃料电池组上的期望压缩载荷通常在从大约80到160 psi（即，大约40到80 kN）的范围，并且由作为围绕燃料电池组的壳体起作用的压缩保持外壳维持。

为了建立期望压缩力，将燃料电池组放置在向电池组施加载荷的压力机中，之后接合包括上述外壳的压缩保持系统，释放压力机，并且在由接合的压缩保持系统保持的压力下保持电池组。在一些情况下，之后可以将压缩保持系统放置到用于环境密封的单独的外壳中，而在另一些情况下，封装侧面板和端板可以提供任何必要的容纳和密封功能。在任一情况下，然后将封装的燃料电池组机械地且电地固定到车辆或相关装置。

在由一系列侧面板和端板限定壳体的上述设计中，通常也包括将拉杆或托架元件互连以结合这些离散部件，以及维持堆叠的燃料电池上的压缩力。然后利用沿着一个或更多个侧面板的表面安装的托架或拉杆将端板压缩在一起。通过使用螺栓或相关紧固件固定系杆来保持压缩力，其中所述螺栓或相关紧固件正交于侧面板的大体平面表面地延伸，以便对螺栓剪切加载。

将燃料电池组集成到汽车平台中对于燃料电池系统设计者是苛刻的挑战，使得需要精确放置和与位于车辆的燃料电池系统接纳隔室内部的辅助设施（BOP）设备对齐。在本文中，BOP指的是车辆中存在的部件，包括但不限于吹风机、泵、软管、压缩机等，它们是对于燃料电池组集成、安装和操作性所必需但不是燃料电池系统本身的一部分的部件。这样的集成要求组装好的燃料电池组具有紧密的尺寸容差。