由燃料電池雙極板上的沖壓板實(shí)現(xiàn)的注入金屬珠通道密封的制作方法
【專利摘要】一種具有減小燃料電池系統(tǒng)和組裝燃料電池系統(tǒng)泄漏的方法。系統(tǒng)中的雙極板包括流體聯(lián)接到入口和出口流動(dòng)路徑的反應(yīng)物通道和冷卻劑通道，其全部形成在板的冷卻劑接合表面或反應(yīng)物接合表面中。一個(gè)或多個(gè)密封件形成在流體接合表面上，以有助于通過(guò)在反應(yīng)物和冷卻劑流動(dòng)通過(guò)其相應(yīng)通道和限定在鄰近放置的板之間的流動(dòng)路徑時(shí)保持反應(yīng)物和冷卻劑的流體隔離，從而降低泄漏。密封件——其具有平面內(nèi)和平面外尺寸的組合——形成基本上中空的容積部，柱塞被置于其中，以降低在板的目的活動(dòng)區(qū)域周圍形成冷卻劑或反應(yīng)物分流流動(dòng)的傾向。流體端口相交部與密封件整體地形成且形成為與容積部流體協(xié)作，且能接收柱塞材料的流質(zhì)前體的引入，使得在固化時(shí)，前體材料形成基本上剛性的插入件，所述插入件連續(xù)填充容積部和相交部，由此增加柱塞對(duì)運(yùn)動(dòng)的抵抗和密封件對(duì)分流流動(dòng)的抵抗。在一種形式中，流質(zhì)材料注入位置的幾何結(jié)構(gòu)使得其促進(jìn)柱塞錨固在其目的位置，同時(shí)還提供對(duì)柱塞安裝可視檢視的制造便利，以及用作雙極板堆疊對(duì)準(zhǔn)的定位和驗(yàn)證手段。
【專利說(shuō)明】
由燃料電池雙極板上的沖壓板實(shí)現(xiàn)的注入金屬珠通道密封
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明一般地涉及用于改善用在燃料電池組件中的雙極板內(nèi)的密封的設(shè)備和方法，且更具體地涉及形成在板中的密封件的使用，其中密封件內(nèi)的容積部承裝一柱塞，以避免分流流體流動(dòng)，否則這種分流流體流動(dòng)會(huì)經(jīng)過(guò)通過(guò)密封件形成的液珠路徑(bead path)。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池經(jīng)由電化學(xué)反應(yīng)將燃料轉(zhuǎn)換為可用的電力。這種能量產(chǎn)生方式的重要優(yōu)點(diǎn)是，其不依賴于作為中間步驟的燃燒就可實(shí)現(xiàn)。如此，燃料電池相對(duì)于用于推進(jìn)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)和相關(guān)動(dòng)力應(yīng)用來(lái)說(shuō)具有一些環(huán)境方面的優(yōu)點(diǎn)。在典型的燃料電池中，例如質(zhì)子交換膜或聚合物電解質(zhì)膜(在任一情況中，PEM)燃料電池，成對(duì)的催化電極通過(guò)離子傳遞介質(zhì)(例如Naf1n?)分離，所述介質(zhì)在通常所稱的膜電極組件(MEA)中。在氣體還原劑(例如氫，H2)形式的第一反應(yīng)物被引入到陽(yáng)極且在該處離子化并隨后經(jīng)過(guò)離子傳遞介質(zhì)、使得其與已經(jīng)通過(guò)另一電極(陰極)引入的氣體氧化劑(例如氧氣，O2))形式的第二反應(yīng)物結(jié)合時(shí)，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。這種反應(yīng)物的結(jié)合形成水作為副產(chǎn)物。在第一反應(yīng)物的電離過(guò)程中釋放的電子以直流(DC)形式經(jīng)由外部電路前進(jìn)到陰極，所述電路通常包括負(fù)載(例如電動(dòng)機(jī)，以及各種栗，閥，壓縮機(jī)或其他流體輸送部件)，在負(fù)載處可以執(zhí)行有用的功。通過(guò)將許多這種電池組合為更大的電流產(chǎn)生組件，通過(guò)DC電力的這種流動(dòng)產(chǎn)生的發(fā)電可增加。在一個(gè)這種構(gòu)造中，燃料電池沿共用堆疊尺寸(dimens1n)連接(其非常類似一副卡牌)，以形成燃料電池堆疊結(jié)構(gòu)。
[0003]在這種堆疊結(jié)構(gòu)中，鄰近的MEA通過(guò)一系列反應(yīng)物流動(dòng)通道彼此分離，通常是不透氣雙極板的形式，除了能促進(jìn)反應(yīng)物、冷卻劑和副產(chǎn)物輸送外，還提供用于MEA的結(jié)構(gòu)支撐，以及提供電流收集或輸送以及電池-電池的密封。在一個(gè)通常形式中，通道具有大致蜿蜒的布局，其覆蓋每一個(gè)板的相對(duì)的大致平面表面的大部分。板和MEA的并置促進(jìn)反應(yīng)物中之一輸送到燃料電池或從燃料電池輸送，同時(shí)額外通道(其與反應(yīng)物通道不流體聯(lián)接)也可以用于冷卻劑輸送。在一種構(gòu)造中，雙極板本身是通過(guò)將一對(duì)薄金屬板件(稱為半板)固定而形成的組件，所述一對(duì)薄金屬板件具有沖壓或以其他方式整體地形成在其表面上的通道，以促進(jìn)流體接合。通過(guò)每一側(cè)上的通道形成的各種反應(yīng)物和冷卻劑流動(dòng)路徑通常在歧管處匯合(在本文還稱為歧管區(qū)域或歧管區(qū))，所述歧管限定在板的一個(gè)或多個(gè)相對(duì)邊緣上。所有這些特征以及這種雙極板組件(其可以用在PEM燃料電池中)的典型構(gòu)造的例子在
【申請(qǐng)人】擁有的美國(guó)專利5，776，624和8，679，697中顯示并描述，其內(nèi)容因此通過(guò)引用并入本文。
[0004]在典型的雙極板構(gòu)造中，單個(gè)板組件用各個(gè)沖壓板層形成，所述沖壓板層焊接在一起，以與各流體通道、密封表面、支撐結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電表面形成層疊結(jié)構(gòu)。在歷史上，板歧管和活動(dòng)區(qū)域周圍的密封功能在一種方式中通過(guò)使用分開(kāi)的墊圈或密封組件而實(shí)現(xiàn)(其中下方板用作承載器)，而在另一方式中通過(guò)在組裝過(guò)程期間將置于鄰近板層之間的密封材料就地固化(CIP)而實(shí)現(xiàn)。CIP方法昂貴，且通常需要長(zhǎng)的制造周期時(shí)間以適當(dāng)?shù)厥沟妹芊饧牧瞎袒邇H適用于可容忍高的制造和材料成本的小量應(yīng)用。
[0005]不幸地，商業(yè)汽車燃料電池應(yīng)用需要每年應(yīng)可生產(chǎn)10000到100000個(gè)燃料電池堆疊結(jié)構(gòu)(每個(gè)堆疊結(jié)構(gòu)具有大致300到400個(gè)電池)的大量制造方案。在每一個(gè)電池需要在MEA每一側(cè)上具有雙極板組件的情況下，相當(dāng)小量的生產(chǎn)也需要制造大于3百萬(wàn)的板。所述密封方法對(duì)實(shí)現(xiàn)大量雙極板生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是成本不利的方式。
[0006]為了克服與CIP或離散密封件和承載器組裝方法有關(guān)的一些成本和制造問(wèn)題，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于雙極板密封的方法，其中沖壓金屬珠密封件(MBS，在本文也更簡(jiǎn)單地稱為“密封件”)用于建立電池-電池密封。盡管這種構(gòu)造更易于用于上述的大量生產(chǎn)需要，但是金屬-金屬的連接使其難以確保額外泄漏路徑不被引入，其中冷卻劑或其他流體會(huì)填充通過(guò)MBS形成的通道;這種通道填充將導(dǎo)致冷卻劑或其他流體因冷卻劑被直接分流到板的放電側(cè)(通過(guò)沿金屬珠密封件長(zhǎng)度形成的容積空間)而繞過(guò)優(yōu)選路線通過(guò)電池。這種分流會(huì)對(duì)冷卻系統(tǒng)栗造成寄生損失(由此必須需要更大、更低效的栗)，以及導(dǎo)致更高的電池操作溫度(以及堆疊結(jié)構(gòu)的更快速的惡化)。在預(yù)形成時(shí)，可密封的所謂盲塞可以在雙極板組件和焊接操作期間使用，以便填充和密封通道，柱塞的置放需要高精確度，其會(huì)帶來(lái)柱塞錯(cuò)誤安裝的風(fēng)險(xiǎn)。而且，這種方式不可進(jìn)行可視質(zhì)量檢查。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是利用沖壓特征和密封劑注入裝置以在基于MBS的雙極板密封設(shè)計(jì)中形成冷卻劑通道柱塞。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆疊結(jié)構(gòu)，其用許多個(gè)電池制造，每一個(gè)電池包括與雙極板組件協(xié)作的MEA。雙極板組件包括一個(gè)或多個(gè)板，其每一個(gè)限定流體接合表面，一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物通道和冷卻劑通道形成在流體接合表面中。類似地，入口和出口流動(dòng)路徑形成在流體接合表面中，使得其每一個(gè)與反應(yīng)物和冷卻劑通道中相應(yīng)的一個(gè)流體連通。為了保持相應(yīng)反應(yīng)物或冷卻劑在經(jīng)過(guò)所述通道的同時(shí)流體隔離，一個(gè)或多個(gè)密封件設(shè)置在板流體接合表面上。以此方式，在板面對(duì)地抵靠相鄰板或其他基本平面表面放置時(shí)，密封件提供基本的流體隔離;設(shè)置在珠通道、空腔或有關(guān)容積部中的柱塞材料通過(guò)阻擋密封件的內(nèi)部容積部中所限定的通道狀流動(dòng)路徑而增強(qiáng)密封。
[0008]在優(yōu)選形式中，用于柱塞的材料在被引入到密封件的通道狀流動(dòng)路徑之前和期間是流質(zhì)的(即液體或半液體的)。在固化時(shí)，柱塞作為基本上剛性的、良好錨固的材料將占據(jù)容積部的至少一部分。由此，盡管基本上完成在密封件的通道狀流動(dòng)路徑的整個(gè)長(zhǎng)度上的完全填充會(huì)實(shí)現(xiàn)容積部的期望封堵，但策略性地放置的更小的量(例如，在材料被引入到容積部中的端口或開(kāi)孔附近的區(qū)域中)可以用于實(shí)現(xiàn)相似的結(jié)果，而沒(méi)有與完全填充有關(guān)的成本或復(fù)雜性。
[0009]在本發(fā)明的情況下，構(gòu)成鄰近密封區(qū)域的填充的軸向長(zhǎng)度量取決于雙極板的尺寸。例如，柱塞長(zhǎng)度可以被選擇為滿足對(duì)密封件剛性、被密封的流體的壓力情況和與柱塞的材料性能相稱的其他因素(例如耐蝕性、有助于滿足制造需求的固化時(shí)間、熱相容性等)的局部需求。這些將為密封件的內(nèi)部壁金屬表面限定材料和其粘接性能。粘接特點(diǎn)、通過(guò)堆疊組裝過(guò)程施加的擠壓量、密封通道的尺寸、和運(yùn)行壓力將影響將柱塞在通道中保持在位所需的長(zhǎng)度。同樣在本發(fā)明的情況下，術(shù)語(yǔ)“剛性”和良好錨固(well-anchored)意在覆蓋足以避免設(shè)置在珠通道或通過(guò)MBS形成的容積空間中的柱塞響應(yīng)于通過(guò)冷卻劑、反應(yīng)物或其他有泄露傾向的試劑(所述試劑通過(guò)雙極板引入到該容積部)對(duì)其賦予的流體壓力而產(chǎn)生的位移的那些材料的性能和幾何形狀。如此，其總強(qiáng)度、剛性和有關(guān)的結(jié)構(gòu)性能不需要具有與形成板的金屬材料相同的這種剛度。用于這種剛性柱塞的一類材料的例子包括硅樹(shù)脂、聚合物等，只要它們呈現(xiàn)其他期望的腐蝕、污染或相關(guān)性能即可。優(yōu)選地，在雙極板組裝并焊接在一起之后前體材料被引入且固化;這有助于降低組裝過(guò)程期間錯(cuò)誤的可能性。開(kāi)孔(其一種形式是可以是被沖壓或以其他方式形成在MBS的側(cè)壁中)提供通道柱塞就位的有效視覺(jué)驗(yàn)證，且還可用作制造定位器，以確保適當(dāng)?shù)牧髻|(zhì)材料就位和堆疊板對(duì)準(zhǔn)。T形相交部特征形式的MBS中的分開(kāi)突出部提供機(jī)械止動(dòng)部，以將通道柱塞(在固化時(shí)填充MBS容積部和通過(guò)相交部限定的容積部)錨固，以便限制沿形成在MBS容積部或通道中的延長(zhǎng)軸線的柱塞運(yùn)動(dòng)。在另一形式中，固化的柱塞可以用提供視覺(jué)標(biāo)識(shí)(例如通過(guò)對(duì)比顏色等)的材料制造，以提高對(duì)具體密封已經(jīng)被裝填的視覺(jué)檢查的容易性。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開(kāi)一種燃料電池雙極板。板限定流體接合表面，其其上形成反應(yīng)物通道或冷卻劑通道，這取決于被輸送經(jīng)過(guò)板表面的是何種流體(即反應(yīng)物或冷卻劑)。入口和出口流動(dòng)路徑也限定在該表面中，使得其每一個(gè)與反應(yīng)物和冷卻劑通道中相應(yīng)的一個(gè)流體連通;至少一個(gè)密封件或MBS設(shè)置在該表面上，使得在與鄰近放置的其中一個(gè)板協(xié)作接合時(shí)，密封件為通過(guò)反應(yīng)物和冷卻劑通道中相應(yīng)的一個(gè)輸送的反應(yīng)物或冷卻劑提供基本的流體隔離。密封件形成基本上中空的容積部，流質(zhì)材料流入其中，其固化成柱塞。在一種優(yōu)選形式中，板流體接合表面分為兩個(gè)主要區(qū)域。第一區(qū)域?qū)?yīng)于反應(yīng)物和流動(dòng)路徑通道，其與相鄰放置的板中的相伴通道建立熱或流體連通，而第二區(qū)域形成對(duì)應(yīng)于入口流動(dòng)路徑和出口流動(dòng)路徑的歧管，所述入口流動(dòng)路徑將冷卻劑或反應(yīng)物輸送到活動(dòng)區(qū)域，所述出口流動(dòng)路徑從活動(dòng)區(qū)域接收冷卻劑或反應(yīng)物。在更優(yōu)選的形式中，密封件用許多密封件制造，其每一個(gè)在相應(yīng)活動(dòng)和歧管區(qū)域中的入口和出口流動(dòng)路徑和反應(yīng)物和流動(dòng)路徑通道中之一的周圍形成基本上周向的路徑。如前述實(shí)施例那樣，密封件限定容積空腔，柱塞可以置于其中，而分開(kāi)的突出部從相交部特征形式的MBS延伸離開(kāi)，以提供用于錨固柱塞的機(jī)械止動(dòng)部。
[0011 ]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開(kāi)了一種將雙極板密封在燃料電池系統(tǒng)中的方法。方法包括將一對(duì)板以堆疊構(gòu)造置于彼此頂部上，使得形成在其表面的一部分上的密封件降低被引入雙極板的反應(yīng)物或冷卻劑泄露的傾向。如前所述，板的表面是流體接合的，其限定一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物通道和冷卻劑通道，以及入口和出口流動(dòng)路徑，以提供與反應(yīng)物和冷卻劑通道中相應(yīng)一個(gè)的流體連通。通過(guò)其平面外突出部，密封件限定基本上中空的容積部，流質(zhì)材料被引入其中，此后材料固化，使得其至少在流體材料引入點(diǎn)附近的密封件部分處形成基本上剛性的柱塞。在一種優(yōu)選形式中，板是冷卻劑板，而在另一優(yōu)選形式中，流體接合表面限定對(duì)應(yīng)于反應(yīng)物和流動(dòng)路徑通道的活動(dòng)區(qū)域和對(duì)應(yīng)于入口和出口流動(dòng)路徑的歧管區(qū)域。更具體地，許多密封件形成為使得其每一個(gè)限定在反應(yīng)物和流動(dòng)路徑通道以及入口和出口流動(dòng)路徑中之一周圍的基本上獨(dú)立的周向路徑，以有助于反應(yīng)物或冷卻劑隔離。如上所述，密封件進(jìn)一步限定流體端口相交部，其與內(nèi)部密封件容積部流體協(xié)作，且在其中限定開(kāi)孔以接收引入的流質(zhì)材料。密封還可以通過(guò)視覺(jué)方式驗(yàn)證，例如通過(guò)基于控制器或分析機(jī)系統(tǒng)的合適配備的計(jì)算機(jī)，其例子可以在2014年11月19日提交的名稱為METHOD TOINCORPORATE SKIN AND CORE MATERIAL PROPERTIES IN PERFORMANCE ANALYSIS OF HIGHPRESSURE DIE CASTING ALUMINUM COMPONENTS的待審申請(qǐng) 14/547,308中找到，該申請(qǐng)由本發(fā)明的
【申請(qǐng)人】擁有，且通過(guò)引用以其全部?jī)?nèi)容并入本文。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，合適配置的傳感器可以獲得板堆疊、組裝和有關(guān)制造質(zhì)量的這種視覺(jué)標(biāo)識(shí)，且隨后將這種標(biāo)識(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，以便提供與密封栓塞(seal-plugging)或堆疊結(jié)構(gòu)的組裝操作質(zhì)量有關(guān)的
?目息O
[0012]—方面，本發(fā)明提出一種燃料電池系統(tǒng)，其限定以堆疊構(gòu)造布置的多個(gè)燃料電池，在所述系統(tǒng)內(nèi)所述電池的每一個(gè)包括:
[0013]膜電極組件;和
[0014]雙極板，布置為與所述膜電極組件流體協(xié)作，所述板限定流體接合表面且包括:
[0015]反應(yīng)物通道和冷卻劑通道中的至少一個(gè)，其限定在所述流體接合表面中；
[0016]入口和出口流動(dòng)路徑，限定在所述流體接合表面中，使得兩者與所述反應(yīng)物和冷卻劑通道中的相應(yīng)一個(gè)流體連通；
[0017]至少一個(gè)密封件，設(shè)置在所述流體接合表面上，使得在與鄰近放置的所述板中的一個(gè)協(xié)作接合時(shí)，所述密封件為通過(guò)所述反應(yīng)物和冷卻劑通道中的相應(yīng)一個(gè)輸送的流體提供基本的流體隔離，所述密封件限定基本上中空的容積部以及形成在其中的流質(zhì)材料引入開(kāi)孔;和
[0018]柱塞，設(shè)置在所述容積部的鄰近所述開(kāi)孔的至少一部分中，所述柱塞通過(guò)被引入通過(guò)所述開(kāi)孔的流質(zhì)材料的至少一部分限定，使得在固化時(shí)所述柱塞形成基本上剛性的插入件，該插入件基本上阻止通過(guò)所述容積部的泄漏流動(dòng)。
[0019]其中所述密封件作為所述流體接合表面的一部分整體形成。
[0020]其中所述密封件限定出基本上周向的路徑，其在限定在所述流體接合表面中的活動(dòng)區(qū)域和歧管區(qū)域中的至少一個(gè)周圍。
[0021]其中所述開(kāi)孔限定在相交部中，所述相交部形成在所述密封件中，使得所述相交部在所述密封件中限定側(cè)向地突出的額外容積部。
[0022]其中所述板由至少兩個(gè)板件的層疊結(jié)構(gòu)形成，使得下板件限定基本上平面的下表面、且上板限定所述流體接合表面，使得所述容積部通過(guò)所述兩個(gè)板件的協(xié)作接合而限定。
[0023]其中所述堆疊的板中的第一個(gè)上的所述密封件和所述堆疊板中鄰近地設(shè)置的第二個(gè)之間的所述協(xié)作接合包括設(shè)置在所述第一板上的所述密封件和所述第二板的基本上平面的表面之間的接觸。
[0024]其中所述柱塞通過(guò)在所述密封件中在各種位置處具有不同材料硬度值而限定。
[0025]另一方面，本發(fā)明還提出一種交通工具，其上述的燃料電池系統(tǒng)。
[0026]再一方面，本發(fā)明提出一種燃料電池雙極板，其限定基本上平面的流體接合表面，所述板包括:
[0027]反應(yīng)物通道和冷卻劑通道中的至少一個(gè)，其限定在所述流體接合表面中；
[0028]入口和出口流動(dòng)路徑，限定在所述流體接合表面中，使得兩者與所述反應(yīng)物和冷卻劑通道中的相應(yīng)一個(gè)流體連通；
[0029]至少一個(gè)密封件，設(shè)置在所述流體接合表面上，使得在與鄰近放置的所述板中的一個(gè)協(xié)作接合時(shí)，所述密封件為通過(guò)所述反應(yīng)物和冷卻劑通道中的相應(yīng)一個(gè)輸送的流體提供基本的流體隔離，所述密封件限定基本上中空的容積部以及形成在其中的流質(zhì)材料引入開(kāi)孔;和
[0030]柱塞，設(shè)置在所述容積部的鄰近所述開(kāi)孔的至少一部分中，所述柱塞由被引入通過(guò)所述開(kāi)孔的流質(zhì)材料的至少一部分限定，使得在固化時(shí)所述柱塞形成基本上剛性的插入件，該插入件基本上阻止通過(guò)所述容積部的泄漏流動(dòng)。
[0031]其中所述流體接合表面限定:(a)對(duì)應(yīng)于所述反應(yīng)物和流動(dòng)路徑通道的活動(dòng)區(qū)域，和(b)對(duì)應(yīng)于所述入口和出口流動(dòng)路徑的歧管區(qū)域。
[0032]其中所述密封件包括多個(gè)密封件，其每一個(gè)在相應(yīng)活動(dòng)和歧管區(qū)域中的所述入口和出口流動(dòng)路徑以及所述反應(yīng)物和流動(dòng)路徑通道中的一個(gè)周圍形成基本上周向的路徑。[0033 ]再一方面，本發(fā)明提出一種密封燃料電池系統(tǒng)中的雙極板的方法，該方法包括:
[0034]將至少一對(duì)所述板以堆疊構(gòu)造置于彼此頂部上，至少一個(gè)所述板限定其流體接合表面且包括:
[0035]限定在其中的反應(yīng)物通道和冷卻劑通道中的至少一個(gè)；
[0036]限定在其中入口和出口流動(dòng)路徑，使得其每一個(gè)與所述反應(yīng)物和冷卻劑通道中的相應(yīng)一個(gè)流體連通;和
[0037]至少一個(gè)密封件，設(shè)置在所述流體接合表面上，使得在所述一對(duì)板之間協(xié)作接合時(shí)，所述密封件為通過(guò)所述反應(yīng)物和冷卻劑通道中的相應(yīng)一個(gè)輸送的反應(yīng)物或冷卻劑提供基本的流體隔離，所述密封件在其中限定基本上中空的容積部;和
[0038]將流質(zhì)材料引入到形成在所述容積部中的開(kāi)孔中，使得所述容積部至少在所述密封件的一區(qū)域中占據(jù)通過(guò)所述容積部限定的基本整個(gè)截面部分，所述區(qū)域鄰近所述密封件的被引入所述流質(zhì)材料的位置;和
[0039]將所述材料固化，使得其在所述密封件區(qū)域中形成基本上剛性的柱塞。
[0040]其中所述流體接合表面限定冷卻劑路徑。
[0041]其中所述流體接合表面限定:(a)對(duì)應(yīng)于所述反應(yīng)物和流動(dòng)路徑通道的活動(dòng)區(qū)域，和(b)對(duì)應(yīng)于所述入口和出口流動(dòng)路徑的歧管區(qū)域。
[0042]其中所述密封件包括多個(gè)密封件，其每一個(gè)在相應(yīng)活動(dòng)和歧管區(qū)域中的所述入口和出口流動(dòng)路徑和所述反應(yīng)物和流動(dòng)路徑通道中的一個(gè)周圍形成基本上周向的路徑。
[0043]其中所述開(kāi)孔限定在與所述容積部流體協(xié)作的相交部中。
[0044]其中方法進(jìn)一步包括在所述容積部中建立存在所述流質(zhì)材料的視覺(jué)標(biāo)識(shí)。
[0045]其中所述視覺(jué)標(biāo)識(shí)通過(guò)形成有顏料的所述流質(zhì)材料限定，其提供相對(duì)于所述密封件的顏色對(duì)比。
[0046]其中所述建立視覺(jué)標(biāo)識(shí)包括使用計(jì)算機(jī)控制的視覺(jué)系統(tǒng)。
[0047]方法進(jìn)一步包括通過(guò)所述開(kāi)孔建立視覺(jué)標(biāo)識(shí)，以指示所述至少一對(duì)所述板在所述堆疊構(gòu)造中的對(duì)準(zhǔn)。
[0048]其中所述將至少一對(duì)所述板以堆疊構(gòu)造置于彼此頂部上包括，在引入所述流質(zhì)材料之前將所述板激光焊接在一起形成雙極板組件。
[0049]通過(guò)閱讀之后的詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解這些和其他實(shí)施例或方面。
【附圖說(shuō)明】
[0050]參考隨后的附圖閱讀時(shí)可以更好地理解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，其中相同的結(jié)構(gòu)用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)出且其中附圖的各個(gè)部分不必按比例繪制:
[0051]圖1是具有周圍雙極板的燃料電池一部分的部分分解截面圖的簡(jiǎn)化顯示；
[0052]圖2是圖1的雙極板的詳細(xì)俯視圖，其包括根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的金屬珠密封件；和
[0053]圖3是圖2的金屬珠密封件的實(shí)施例的簡(jiǎn)化透視圖，其具有根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的裝填柱塞。
【具體實(shí)施方式】
[0054]首先參見(jiàn)圖1，以分解形式顯示了PEM燃料電池I的簡(jiǎn)化視圖。燃料電池I包括基本上平面的質(zhì)子交換膜10，與質(zhì)子交換膜10的一個(gè)面面接觸的陽(yáng)極催化層20，和與另一面面接觸的陰極催化層30。總的來(lái)說(shuō)，質(zhì)子交換膜10和催化層20和30稱為MEA 40。陽(yáng)極擴(kuò)散層50布置為與陽(yáng)極催化層20面接觸，而陰極擴(kuò)散層60布置為與陰極催化層30面接觸。每一個(gè)擴(kuò)散層50和60用基本多孔的構(gòu)造制造，以有助于氣體反應(yīng)物通到催化層20和30。總的來(lái)說(shuō)，陽(yáng)極催化層20和陰極催化層30稱為電極，且可形成為如所示的分開(kāi)的不同層，或在替換例中(如上所述)，形成為至少部分地分別嵌入在擴(kuò)散層50或60中，以及部分地嵌入在質(zhì)子交換膜10的相對(duì)的面中。在一種形式中，也可以包括子墊圈45形式的塑料框架，以保護(hù)MEA 40的邊緣。該子墊圈45通常用于將催化層20和30之間的氣體和電子的分離延伸到MEA 40的邊緣，且常常被置于彈性密封件接觸MEA 40的位置。這有助于降低氣體和冷卻劑的外泄，以及在歧管區(qū)域處氣體和冷卻劑的互相混合。在一些情況下，彈性密封件可附接或直接形成在子墊圈45上，作為MEA40的一部分或延伸;任一變化例被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0055]除了提供基本上多孔的流動(dòng)路徑以用于反應(yīng)物氣體到達(dá)質(zhì)子交換膜10的適當(dāng)側(cè)之外，擴(kuò)散層50和60還提供電極催化層20、30和雙極板70之間的電接觸，所述雙極板反過(guò)來(lái)用作電流收集器。而且，通過(guò)其大致多孔的性質(zhì)，擴(kuò)散層50和60還形成用于去除在催化層20、30處產(chǎn)生的產(chǎn)物氣體的管道。進(jìn)而，陰極擴(kuò)散層60在陰極擴(kuò)散層產(chǎn)生大量水蒸汽。這種特征對(duì)于幫助保持質(zhì)子交換膜10含水來(lái)說(shuō)是重要的。擴(kuò)散層中的水滲透可通過(guò)引入少量聚四氟乙烯(PTFE)或相關(guān)材料而調(diào)整。
[0056]雖然理論上顯示為具有厚壁屬性，但是雙極板70優(yōu)選采用板件狀或箔片狀的結(jié)構(gòu)(如所示和在下文詳細(xì)描述的)；如此，圖1不應(yīng)用于推斷通道72以及限定這種通道的板結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)厚度。而且，通道72的大致蜿蜒流動(dòng)路徑樣式(其在圖2中更詳細(xì)地示出)應(yīng)理解是示例性的。如此，其他樣式可以針對(duì)具體燃料電池構(gòu)造的性能進(jìn)行優(yōu)化，所述其他樣式也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。進(jìn)而，雖然雙極板70被顯示(為了格式化的目的)為僅僅限定了矩形的反應(yīng)氣體流動(dòng)通道72和結(jié)構(gòu)74，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，更準(zhǔn)確(且更優(yōu)選的)的實(shí)施例描述如下，其中形成大致蜿蜒形狀的通道72(以及與平臺(tái)74B對(duì)應(yīng)的其相應(yīng)的大致平面的頂部)。如所不的，提供一對(duì)雙極板70的簡(jiǎn)化的相對(duì)表面70A和70B，以在堆疊結(jié)構(gòu)中將每一個(gè)MEA 40和附隨的擴(kuò)散層50、60與鄰近MEA和層(二者都沒(méi)有示出)分開(kāi)。一個(gè)板70A接合陽(yáng)極擴(kuò)散層50，而第二板70B接合陰極擴(kuò)散層60。每一個(gè)板70A和70B(其在作為一個(gè)整體組裝時(shí)形成雙極板70)限定了沿相應(yīng)板面的許多反應(yīng)氣體流動(dòng)通道72。三維(即平面以外)結(jié)構(gòu)74由壁74A和平臺(tái)74B構(gòu)成，所述壁和平臺(tái)通過(guò)朝向相應(yīng)擴(kuò)散層50、60突出和與之直接接觸而將反應(yīng)氣體流動(dòng)通道72的鄰近部分分開(kāi)。
[0057]在運(yùn)行中，第一氣體反應(yīng)物(例如H2)通過(guò)通道72從板70A輸送到MEA 40的陽(yáng)極20偵U，而第二氣體反應(yīng)物(例如02(通常是空氣形式))通過(guò)通道72從板70B輸送到MEA 40的陰極30側(cè)。分別在陽(yáng)極20和陰極30處發(fā)生催化反應(yīng)，在陽(yáng)極20產(chǎn)生相應(yīng)質(zhì)子(其通過(guò)質(zhì)子交換膜10迀移)并且在陰極30產(chǎn)生電子，這形成可以憑借平臺(tái)74B和層50和60之間的接觸通過(guò)擴(kuò)散層50和60和雙極板70傳遞的電流。
[0058]以大體類似于所示反應(yīng)物傳送通道的方式，有關(guān)通道(未示出)可以用于傳輸冷卻劑，以有助于控制燃料電池I產(chǎn)生的溫度。這種板可以形成在第一和第二板70A和70B的分開(kāi)表面上(例如，在相應(yīng)頂部和底部表面上)。同樣，板70A、70B可以由多個(gè)組合板件(例如通過(guò)薄堆疊層等的層疊片)形成;這可以有助于在密封件內(nèi)形成基本上封閉的容積部，如在下文更詳細(xì)描述的。不管構(gòu)造如何，可理解在本文語(yǔ)境下這種板的變化例(無(wú)論是攜帶冷卻劑的或攜帶其他流體)可包括相等同的特征，作為其反應(yīng)物傳送板的對(duì)應(yīng)物；如此，與表面限定的特征相關(guān)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)被認(rèn)為是相等同的。進(jìn)而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解本發(fā)明所述的通道密封設(shè)計(jì)還適用于非燃料電池應(yīng)用，其中冷卻劑流動(dòng)通過(guò)所形成的幾何密封表面的背面分流。
[0059]接下來(lái)參見(jiàn)圖2，更詳細(xì)地描述了圖1的雙極板70。具體說(shuō)，板70包括活動(dòng)區(qū)域70act和歧管區(qū)域70m，其中前者建立與電化學(xué)活動(dòng)區(qū)域的平面面對(duì)關(guān)系，所述電化學(xué)活動(dòng)區(qū)域?qū)?yīng)于MEA 40和擴(kuò)散層50和60，后者對(duì)應(yīng)于一邊緣(如所示的)或周向(未示出)區(qū)域，其中通過(guò)板70形成的開(kāi)孔可以用作用于向(或從)堆疊燃料電池輸送和去除反應(yīng)物、冷卻劑或副產(chǎn)品的管道。如可從圖1的分解視圖看到的，這兩個(gè)板70A、70B可以用于形成具有MEA 40和陽(yáng)極和陰極擴(kuò)散層50、60的夾層狀結(jié)構(gòu)，且隨后如有必要盡可能多的重復(fù)，以形成燃料電池堆疊結(jié)構(gòu)(未示出)。在一種形式中，陽(yáng)極板70A和陰極板70B的中之一或兩者用抗腐蝕材料(例如304SS等)制造。大致蜿蜒的氣體流動(dòng)通道72形成從一個(gè)邊緣E1(其鄰近雙極板70的一個(gè)歧管區(qū)域70m)附近到相對(duì)邊緣E2(其鄰近相對(duì)歧管區(qū)域70m)附近的彎曲路徑。如圖2所示，反應(yīng)物(在板70置為與MEA 40成面對(duì)關(guān)系的情況下)或冷卻劑(在板70置為與另一板70的背面成面對(duì)關(guān)系的情況下，冷卻劑通道在該另一板中形成)被從一系列的重復(fù)門或溝槽供應(yīng)到通道72，所述門或溝槽形成位于一個(gè)(例如供應(yīng))邊緣E1的歧管區(qū)域70m和活動(dòng)區(qū)域70ACT之間的頭部(header)70H;相似的構(gòu)造存在于相對(duì)(例如排出)邊緣E2±。在替換實(shí)施例(未示出)中，供應(yīng)和排氣歧管區(qū)域可位于雙極板70的相同邊緣(S卩E1SE2)附近。在雙極板70用可成形材料(例如上述不銹鋼)制造的情況下，各種表面特征(包括溝槽、通道等)可以被沖壓或通過(guò)公知的技術(shù)形成。箭頭A顯示了從最左邊的歧管區(qū)域70m的入口、通過(guò)活動(dòng)區(qū)域70ACT、并進(jìn)入最右邊的歧管區(qū)域70m的反應(yīng)物或冷卻劑的大致流動(dòng)方向。以此方式，存在通過(guò)形成活動(dòng)區(qū)域70act的相應(yīng)氣體流動(dòng)通道72(無(wú)論是冷卻劑還是反應(yīng)物)建立在入口(在最左邊的歧管區(qū)域70m中)和出口(在最右邊的歧管區(qū)域70m中)之間的專用和直接流體連通。
[0060]在本發(fā)明的情況下，燃料電池I的堆疊軸線可以沿實(shí)質(zhì)上豎直的(S卩Z)笛卡爾軸線，使得雙極板70每一個(gè)的大部分表面位于X-Y平面中。無(wú)論如何，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，電池1、板70和堆疊結(jié)構(gòu)的具體取向不是關(guān)鍵的，而是提供方便的方法以使得形成在板70的表面上的情景可視化。
[0061 ]接下來(lái)結(jié)合圖2參考圖3，一個(gè)或多個(gè)密封件(S卩MBS)70s形成到雙極板70的流體接合表面中。和上述的溝槽、通道和其他特征一樣，密封件70s可以通過(guò)沖壓或其他形成操作形成，且成形為提供圍繞各種入口、出口和蜿蜒通道的流體可隔離區(qū)域，其組成在板70的表面上方形成的各種區(qū)域。在一種優(yōu)選形式中，密封件70s限定了具有半圓的截面輪廓的水槽狀內(nèi)部容積部70v，所述輪廓為約2.8寬和約1.3mm深，但是也可以使用其他形狀和大小，取決于雙極板70的密封需要。如上所述，在一種形式下，雙極板70可以用薄板件的層疊結(jié)構(gòu)71制造。如在下文更詳細(xì)描述的，通過(guò)用填料填塞容積部70v，本發(fā)明避免分流泄漏流體70L的問(wèn)題(如圖2的頂部和底部的箭頭所示)。
[0062]密封件70s大致形成圓周跑道狀特征，其沿Z軸線突出到板70流體接合表面的XY平面以外，以為板70賦予略微三維的屬性;在鄰近面對(duì)的板70相對(duì)于彼此堆疊時(shí)，密封件70s彼此接觸，以提供對(duì)冷卻劑或反應(yīng)物經(jīng)其邊界泄漏的抗性。以相似的方式，相鄰放置的板70(未示出)上大致平面的下表面也可以接觸密封件70s的頂部，所述頂部沿Z軸線突出，以生產(chǎn)顯著接觸;任一接觸變化例被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，微密封件90可以沿密封件70s的整個(gè)長(zhǎng)度的一部分形成。
[0063]在所示版本中，相交部7(h在沿密封件70s的軸向長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)位置處相對(duì)于密封件70s側(cè)向(即沿Y軸線)形成。在所示實(shí)施例中，相交部7(h限定側(cè)分支的T形形狀，而其內(nèi)部空腔的鄰近特性和容積部70v的連續(xù)特性有助于確保材料在固化到柱塞80中時(shí)將具有一形狀或有關(guān)的幾何特征，以促進(jìn)其固定地錨固在組合的容積部70v中，以進(jìn)一步降低柱塞80響應(yīng)于被增壓反應(yīng)物、冷卻劑或其他流體劑的沖擊而軸向運(yùn)動(dòng)的傾向。在一種形式中，相交部70:可以限定密封件70s的整體部分，而其打開(kāi)空腔狀的結(jié)構(gòu)有助于確保沿密封件70s的軸向尺寸形成與容積部70v的連續(xù)性。以此方式，相交部70:形成分開(kāi)的閉端(dead-ended)分支，其接收形成柱塞80的連續(xù)質(zhì)量的流質(zhì)材料。雖然目前顯示為具有實(shí)質(zhì)上垂直的相交部使得形成T形連接，但是密封件70s和相交部70:之間的連結(jié)角度可以變化，且所有這些形式被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。相交部7(h被如此構(gòu)造以避免與密封件70s幾何結(jié)構(gòu)的密封功能相干擾。例如，相交部70j^Z軸線突出優(yōu)選地不大于、甚至更特別地小于鄰近密封件70s。此外，相交部70:優(yōu)選地被置于密封件70s的周界的非敏感部分;這最佳在圖2示出，其中相交部7(h位于靠近通過(guò)密封件70s形成的通道的長(zhǎng)直線部分中間，且遠(yuǎn)離更敏感的歧管70m。當(dāng)然，在不使用所示的“T形”注入位置的其他注入位置的情況中，會(huì)需要彎曲部分以有助于將柱塞錨固在密封件70s內(nèi)的期望位置中。
[0064]對(duì)于相交部701被整個(gè)移走的這種構(gòu)造(未示出)，形成直接注入位置(例如經(jīng)由類似于開(kāi)孔70ο但是替代地被置于X-Y中進(jìn)入密封件70s的側(cè)部)。即使技術(shù)上在柱塞80和密封件70s的內(nèi)壁之間沒(méi)有干涉，但是在彈性材料注入到70s時(shí)，也將替代地形成線-線配合。取決于材料，其甚至可在固化過(guò)程期間收縮。不管如何，將沿流動(dòng)通道的軸線(即圖3所示的X軸線方向)發(fā)生幾何變化。然而，在堆疊結(jié)構(gòu)被組裝且置于擠壓下時(shí)，擠壓力將使得70s沿Z軸線方向變形，其將具有將柱塞置于擠壓狀態(tài)的效果;這種擠壓可有助于錨固柱塞，甚至在使用相交部7(h的上述“Τ形”幾何結(jié)構(gòu)的構(gòu)造中也可以。如此，通過(guò)容積部70ν限定的內(nèi)壁之間的配合足以錨固柱塞80。而且，這可以通過(guò)使用前體材料而增強(qiáng)，所述前體材料具有適當(dāng)?shù)母吣Σ料禂?shù)，使得進(jìn)一步增強(qiáng)柱塞80和這種內(nèi)壁之間的錨固接觸。由此，且不管側(cè)分支相交部7(h是否被包括，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)確定柱塞80和容積部70ν的內(nèi)壁之間的摩擦足以將柱塞80錨固就位，作為抵抗在任何泄漏造成的載荷下的運(yùn)動(dòng)的方法。如此，具有或沒(méi)有特別形狀的錨固特征的版本被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0065]柱塞80優(yōu)選用可注入、彈性、順應(yīng)材料(例如上述硅樹(shù)脂、彈性材料、聚合物等)制造，其一旦被注入則固化。除了具有適當(dāng)高的摩擦系數(shù)，前體材料的其他期望性能優(yōu)選地包括耐蝕性、避免污染性、剛性(硬度)，所述剛性是堆疊擠壓期間被賦予的機(jī)械變形量的函數(shù)，以及與組成密封件70s的珠通道內(nèi)部容積部的金屬表面的足夠結(jié)合，以促進(jìn)在固化時(shí)形成柱塞。顯著地，柱塞80的存在促進(jìn)容積部70v內(nèi)的阻擋動(dòng)作，使得其改變所謂的從密封件70S離開(kāi)的“最小阻抗路徑”(否則其會(huì)存在)。具體說(shuō)，柱塞80在通過(guò)密封件70s形成的容積部70v中的存在有助于降低通過(guò)容積部70v限定的跑道狀流動(dòng)路徑或通道允許冷卻劑或反應(yīng)物流動(dòng)在活動(dòng)區(qū)域70ACT周圍分流(即繞過(guò))的傾向。在柱塞形成操作期間，足夠量的流質(zhì)密封劑材料將注入，以使得其流動(dòng)到容積部70v中并占據(jù)密封件70s內(nèi)限定的全部橫截面區(qū)域，使得其防止(取決于雙極板70中的哪個(gè)通道72被利用)已經(jīng)進(jìn)入密封件70s的反應(yīng)物或冷卻劑沿密封件70s的軸向長(zhǎng)度行進(jìn)超過(guò)柱塞80所在位置。
[0066]雖然優(yōu)選用相對(duì)順應(yīng)的材料制造，但是柱塞80可以改變密封件70s的剛性;在柱塞80僅在密封件70s的短部分上注入的構(gòu)造中，這可以成為更大因素，其中其可導(dǎo)致剛性和密封性能的局部變化，所述局部變化可能不會(huì)存在于柱塞80被在密封件70s的整個(gè)長(zhǎng)度上注入的構(gòu)造中。在這種情況下，前體材料性能的適當(dāng)選擇是有益的，益處在于性能(例如用于剛性或硬度的硬度值)適當(dāng)?shù)仄ヅ涿芊饧?0s需求。由此，沿容積部70v內(nèi)的不同位置，柱塞可以用不同材料硬度值構(gòu)成。在其他實(shí)施例(未示出)中，對(duì)密封件70s的幾何和密封要求在雙極板70的表面上變化。在另一實(shí)施例中，多個(gè)不同前體材料可以注入在各種位置(例如通過(guò)沿密封件70s的長(zhǎng)度或圓周伸展的各種開(kāi)孔70ο);以此方式，密封件70s和其密封性能可以根據(jù)雙極板70的幾何結(jié)構(gòu)和在板70周圍的各種位置處的材料剛性需求“調(diào)節(jié)”。例如，在歧管區(qū)域70m周圍的大的密封件70S可需要與沿活動(dòng)區(qū)域70ACT的長(zhǎng)通道不同的密封性能。
[0067]如上所述，開(kāi)孔(即開(kāi)口)70ο通過(guò)限定在密封件70s中的側(cè)壁或相交部70:(如所示)形成，以限定用于注入前體材料的端口，所述前體材料將變成通道柱塞80;其還具有額外功能，即提供用于查證通道柱塞在制造過(guò)程期間形成的接取點(diǎn)，以及用作有助于板組裝和對(duì)準(zhǔn)堆疊的制造定位器。這改善隨后檢查活動(dòng)(可視地或通過(guò)聯(lián)接到合適計(jì)算機(jī)或相關(guān)控制器的自動(dòng)檢測(cè)器)的容易性。另外如以上所提到的，柱塞80采用與其目的功能相稱的合適材料性能(例如機(jī)械強(qiáng)度、耐蝕性、固化時(shí)間等)，而不干擾電池-電池密封件70s的與壓縮性、導(dǎo)電性等相關(guān)的功能需求。在優(yōu)選形式中，流質(zhì)前體材料經(jīng)由開(kāi)孔700注入以填充T形相交部70jP密封件70s的主通道或容積部的至少附近部分二者，由此形成期望的錨固和隨后通道對(duì)泄漏流體流動(dòng)的阻止。如上所提到的，這種錨固的特性足夠牢固(而不管是否存在由于相交部70:中有額外的連續(xù)材料而造成的額外錨固)可以降低柱塞80在軸向流體載荷下運(yùn)動(dòng)的傾向性(其引起向通道的泄漏(例如泄露的冷卻劑、反應(yīng)物等))。如上所述，在附圖所示的構(gòu)造中，僅緊鄰開(kāi)孔70ο的區(qū)域(其中材料被引入到容積部70v)需要被用于實(shí)現(xiàn)期望的阻止效果，而沒(méi)有與在密封件70s的整個(gè)流動(dòng)路徑長(zhǎng)度上完全地填充容積部70v相關(guān)的成本或復(fù)雜性。
[0068]雖然未示出，基于PEM燃料電池I的堆疊結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的一個(gè)具體應(yīng)用是汽車或有關(guān)交通工具。在本發(fā)明的情況下，應(yīng)理解，術(shù)語(yǔ)“交通工具”可以是轎車、卡車、貨車、運(yùn)動(dòng)型多用途車(SUV)或其他這種汽車形式，例如公交車、飛機(jī)、水運(yùn)工具、宇宙飛船和摩托車;所有的都被認(rèn)為與本發(fā)明協(xié)作用于產(chǎn)生推進(jìn)或機(jī)動(dòng)力的目的。
[0069]應(yīng)注意“優(yōu)選”、“大致”和“通?！边@樣的術(shù)語(yǔ)在本文中不用于限制要求保護(hù)的發(fā)明范圍的限制或暗示某些特征是對(duì)要求保護(hù)的發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功能來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵的、必不可少的或非常重要的。相反，這些術(shù)語(yǔ)僅僅是指出了本發(fā)明的具體實(shí)施例中可以利用或可以不利用的替換或額外的特征。
[0070]在本發(fā)明的情況下，與形成在雙極板70的流體接合表面中或上的通道、流動(dòng)路徑和其他冷卻劑輸送或反應(yīng)物輸送特征相關(guān)的術(shù)語(yǔ)可互換地以單數(shù)或復(fù)數(shù)表示。這些術(shù)語(yǔ)指的是沿大致平行的流動(dòng)路徑對(duì)準(zhǔn)的一組通道的流動(dòng)路徑還是單獨(dú)的通道對(duì)于本發(fā)明的密封件70s來(lái)說(shuō)不是關(guān)鍵的；如此，從上下文可以理解一個(gè)與另一個(gè)之間的任何具體指代，且被認(rèn)為落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0071]處于描述和限定本發(fā)明的目的，應(yīng)注意術(shù)語(yǔ)“實(shí)質(zhì)上”和“大約”和其變化形式在本文用于表示任何定量比較、值、測(cè)量或其他表示所固有的不確定程度。術(shù)語(yǔ)“實(shí)質(zhì)上”還在本文用于代表一定量表示，其與所述參照不同，而不造成所述主體基本功能的改變。
[0072]參考具體實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以做出修改和改變。具體說(shuō)，應(yīng)理解本發(fā)明的范圍不是必須限定為所述的有限形式和示例性的實(shí)施例，而是應(yīng)受到所附權(quán)利要求的限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其限定以堆疊構(gòu)造布置的多個(gè)燃料電池，在所述系統(tǒng)內(nèi)所述電池的每一個(gè)包括: 膜電極組件;和 雙極板，布置為與所述膜電極組件流體協(xié)作，所述板限定流體接合表面且包括: 反應(yīng)物通道和冷卻劑通道中的至少一個(gè)，其限定在所述流體接合表面中； 入口和出口流動(dòng)路徑，限定在所述流體接合表面中，使得兩者與所述反應(yīng)物和冷卻劑通道中的相應(yīng)一個(gè)流體連通； 至少一個(gè)密封件，設(shè)置在所述流體接合表面上，使得在與鄰近放置的所述板中的一個(gè)協(xié)作接合時(shí)，所述密封件為通過(guò)所述反應(yīng)物和冷卻劑通道中的相應(yīng)一個(gè)輸送的流體提供基本的流體隔離，所述密封件限定基本上中空的容積部以及形成在其中的流質(zhì)材料引入開(kāi)孔;和 柱塞，設(shè)置在所述容積部的鄰近所述開(kāi)孔的至少一部分中，所述柱塞通過(guò)被引入通過(guò)所述開(kāi)孔的流質(zhì)材料的至少一部分限定，使得在固化時(shí)所述柱塞形成基本上剛性的插入件，該插入件基本上阻止通過(guò)所述容積部的泄漏流動(dòng)。2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述密封件作為所述流體接合表面的一部分整體形成。3.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述密封件限定出基本上周向的路徑，其在限定在所述流體接合表面中的活動(dòng)區(qū)域和歧管區(qū)域中的至少一個(gè)周圍。4.如權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述開(kāi)孔限定在相交部中，所述相交部形成在所述密封件中，使得所述相交部在所述密封件中限定側(cè)向地突出的額外容積部。5.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述板由至少兩個(gè)板件的層疊結(jié)構(gòu)形成，使得下板件限定基本上平面的下表面、且上板限定所述流體接合表面，使得所述容積部通過(guò)所述兩個(gè)板件的協(xié)作接合而限定。6.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述堆疊的板中的第一個(gè)上的所述密封件和所述堆疊板中鄰近地設(shè)置的第二個(gè)之間的所述協(xié)作接合包括設(shè)置在所述第一板上的所述密封件和所述第二板的基本上平面的表面之間的接觸。7.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述柱塞通過(guò)在所述密封件中在各種位置處具有不同材料硬度值而限定。8.一種燃料電池雙極板，其限定基本上平面的流體接合表面，所述板包括: 反應(yīng)物通道和冷卻劑通道中的至少一個(gè)，其限定在所述流體接合表面中； 入口和出口流動(dòng)路徑，限定在所述流體接合表面中，使得兩者與所述反應(yīng)物和冷卻劑通道中的相應(yīng)一個(gè)流體連通； 至少一個(gè)密封件，設(shè)置在所述流體接合表面上，使得在與鄰近放置的所述板中的一個(gè)協(xié)作接合時(shí)，所述密封件為通過(guò)所述反應(yīng)物和冷卻劑通道中的相應(yīng)一個(gè)輸送的流體提供基本的流體隔離，所述密封件限定基本上中空的容積部以及形成在其中的流質(zhì)材料引入開(kāi)孔;和 柱塞，設(shè)置在所述容積部的鄰近所述開(kāi)孔的至少一部分中，所述柱塞由被引入通過(guò)所述開(kāi)孔的流質(zhì)材料的至少一部分限定，使得在固化時(shí)所述柱塞形成基本上剛性的插入件，該插入件基本上阻止通過(guò)所述容積部的泄漏流動(dòng)。9.如權(quán)利要求8所述的板，其中所述流體接合表面限定:(a)對(duì)應(yīng)于所述反應(yīng)物和流動(dòng)路徑通道的活動(dòng)區(qū)域，和(b)對(duì)應(yīng)于所述入口和出口流動(dòng)路徑的歧管區(qū)域。10.如權(quán)利要求9所述的板，其中所述密封件包括多個(gè)密封件，其每一個(gè)在相應(yīng)活動(dòng)和歧管區(qū)域中的所述入口和出口流動(dòng)路徑以及所述反應(yīng)物和流動(dòng)路徑通道中的一個(gè)周圍形成基本上周向的路徑。
【文檔編號(hào)】H01M4/86GK106058282SQ201610217808
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日 公開(kāi)號(hào)201610217808.4, CN 106058282 A, CN 106058282A, CN 201610217808, CN-A-106058282, CN106058282 A, CN106058282A, CN201610217808, CN201610217808.4
【發(fā)明人】C.E.弗里茲五世
【申請(qǐng)人】通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司