[發明專利]用于解決部件容差差異的燃料電池板特征

有效

• 申請號: 201110367793.7
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102468491A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: J.A.羅克;J.D.威廉斯;M.J.博伊特爾;S.J.斯潘塞
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 崔幼平;楊楷

技術領域

本公開內容涉及燃料電池，并且更具體地涉及連接到燃料電池系統的外部電氣設備的燃料電池板。

背景技術

針對電動車輛和各種其他應用，已經提出燃料電池作為干凈、有效且對于環境負責的電源。各個燃料電池能夠串聯堆疊在一起以便為各種應用形成燃料電池電堆。燃料電池電堆能夠供應足以給車輛提供動力的電量。具體而言，燃料電池電堆已經被認為是現代機動車輛中所用的傳統內燃發動機的潛在替代方案。

一種燃料電池類型是聚合物電解質膜（PEM）燃料電池。PEM燃料電池包括三個基礎部件：電解質膜；以及包括陰極和陽極的一對電極。電解質膜被夾在電極之間以便形成膜-電極組件（MEA）。MEA通常被置于例如碳纖維紙的多孔擴散介質（DM）之間，這有助于反應物的傳遞，例如氫向陽極以及氧向陰極的傳遞。預組裝在一起且使用子墊片（subgasket）隔離反應物流體的MEA和DM被稱為成套電極組件（UEA）。

在電化學燃料電池反應中，氫在陽極中被催化氧化從而產生自由質子和電子。質子穿過電解質到達陰極。來自陽極的電子不能穿過電解質膜，而是作為電流通過電負載（例如電動馬達）被引導到陰極。質子在陰極內與氧和電子反應從而生成水。

電解質膜通常由離聚物層形成。燃料電池的電極一般由磨細的催化劑形成。催化劑可以是針對燃料電池的電化學反應催化地支持氫或甲醇的氧化以及氧的還原中的至少一種反應的任意電催化劑。催化劑通常是貴金屬，例如鉑或其它鉑族金屬。催化劑一般被置于例如炭黑顆粒的碳支撐物上并且分布在離聚物中。

電解質膜、電極、DM和子墊片（例如UEA的形式）被置于一對燃料電池板之間。這對燃料電池板構成陽極板和陰極板。每個燃料電池板均可具有在其內形成的多個通道以用于反應物和冷卻劑向燃料電池的分配。燃料電池板通常通過使得板材金屬成形的常規工藝來形成，例如沖壓、機加工、模制或通過光刻掩膜光刻。在雙極燃料電池板的情況下，燃料電池板通常由一對單極板形成，這對單極板之后被連結在一起以形成雙極燃料電池板。

燃料電池電堆通常連接到外部設備以便向電動馬達和電路傳輸電力并且用于監控燃料電池電堆的性能。典型的外部設備包括電池電壓監控（CVM）設備。各種燃料電池部件的尺寸偏差以及外部設備的尺寸偏差會導致干涉。干涉會導致難以在燃料電池電堆和外部設備之間產生合適的電連接。

公知的多電池CVM連接器-板接口（connector-to-plate）構思已經使用過大尺寸的接觸墊片或面向外的觸點（單行中），其各自連接到各雙極燃料電池板。這種在板上邊緣（board-on-edge）的構思會在電堆重復距離上施加不理想約束，并且因而對于能夠由各電連接板服務的雙極燃料電池板的數量施加不理想的約束。

存在對于如下雙極燃料電池板的長期需求，盡管存在尺寸偏差該雙極燃料電池板仍允許雙極燃料電池板和外部設備的配合。

發明內容

根據本公開內容，令人驚訝地發現了一種雙極燃料電池板，盡管存在容差和電堆重復距離的偏差，該雙極燃料電池板仍允許雙極燃料電池板和外部設備的配合。

通過將鉸接區域設計到本公開內容的雙極板中，各雙極板的電池電壓監控調整片能夠偏轉以便匹配連接器間距而不會影響雙極板的相鄰密封上的載荷。為了保持對于調整片粗略位置的控制，指形區域內的間隙要被謹慎地定尺寸。取代了試圖準確地匹配間距，連接器被制成尺寸不足，以便不產生干涉。之后，連接器修整調整片間距以與其匹配。因為某些相鄰連接器在堆疊方向上交疊，所以交疊的連接器不再被并排地定位以便板能夠扭轉經過較長跨度。加寬的凸臺和窄槽設置也可以被用于改進平面內的位置控制。

在一種實施例中，用于燃料電池的雙極板具有第一端、第二端、第一側和第二側。雙極板還具有活性區域、供給區域、周邊區域、密封區域和鉸接區域。周邊區域圍繞活性區域和供給區域中的每個的區域。密封區域被置于活性區域和供給區域中的每個區域與周邊區域之間。多個外延調整片被設置成在板的第一端和第二端中的每端處與周邊區域相鄰。鉸接區域在雙極板的第一端和第二端中的每端處被置于周邊區域和外延調整片之間。鉸接區域從板的第一側延伸到雙極板的第二側。鉸接區域允許外延調整片彎曲從而連接外部電氣裝置而不會使得密封區域不理想地彎曲。

在另一實施例中，燃料電池電堆包括一對雙極板。燃料電池電堆還包括成套電極組件，其具有被置于一對擴散介質層之間的子墊片和膜電極組件。膜電極組件和擴散介質層被置于雙極板之間以便形成燃料電池電堆。