[發明專利]燃料電池板測量特征

有效

• 申請號: 201210026172.7
• 申請日: 2012-02-07
• 公開（公告）號: CN102628664A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: M.W.基澤;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: G01B5/00
• 分類號: G01B5/00;G01B5/02
• 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

本發明涉及用于燃料電池的板，且更具體地涉及一種用于在板的制造期間測量所述板的尺寸的方法。

背景技術

已經提出將燃料電池作為用于電動車輛和各種其它應用的清潔的、高效的且對環境負責的功率源。各個燃料電池可以串聯地堆疊在一起，以形成用于各種應用的燃料電池堆。燃料電池堆能夠提供足以為車輛供以動力的電量。尤其地，已經將燃料電池堆視為用于在現代汽車中使用的傳統內燃發動機的潛在替代品。

一類燃料電池是聚合物電解質膜（PEM）燃料電池。PEM燃料電池包括三個基本部件：電解質膜；以及一對電極，其包括陰極和陽極。電解質膜夾在電極之間，從而形成膜-電極-組件（MEA）。MEA通常設置在諸如碳纖維紙的多孔擴散介質（DM）之間，從而有助于反應物的傳遞，例如有助于氫傳遞到陽極和氧傳遞到陰極。將與用于將反應物流體隔離的子襯墊預組裝在一起的MEA和DM稱作一體式電極組件（UEA）。

在電化學燃料電池反應中，氫在陽極被催化氧化，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，而是替代地作為電流通過諸如電馬達的電負載引導至陰極。質子與陰極中的氧和電子反應，從而產生水。

電解質膜通常由離聚物層形成。燃料電池的電極通常由細分的催化劑形成。催化劑可以是用于燃料電池電化學反應的任何電催化劑，其催化支持氫或甲醇的氧化和氧的還原中的至少一者。催化劑通常為貴金屬，例如鉑或其它鉑基金屬。催化劑通常設置在諸如碳黑顆粒的碳支撐體上，并分散在離聚物中。

例如采用UEA形式的電解質膜、電極、DM和子襯墊設置在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。每個燃料電池板可以具有形成在其中的多個通道，以將反應物和冷卻劑分布到燃料電池。例如，燃料電池板通常由用于使片金屬成形的傳統工藝例如沖壓、機械加工、模制或通過光刻掩模的光蝕刻來形成。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，隨后將這對單極板接合，從而形成雙極燃料電池板。

已知的是，單極和雙極燃料電池板的尺寸在與燃料電池板的制造相關聯的許多處理步驟之后改變。例如，由于在處理期間施加在燃料電池板上的應變和熱歷程，燃料電池板改變形狀和尺寸。在沖壓過程期間，當將電池板從成形工具脫離后，電池板經歷回彈。在激光修整、激光焊接和部件標記過程期間，由于通過激光傳遞到燃料電池板的熱，燃料電池板收縮或以其它方式變形。

一直需要一種用于精確地測量、監測并補償在燃料電池板的整個制造工藝中發生的物理變化的方法。期望地，測量可以被分解至制造工藝的最小增量，以實現該特定工藝對燃料電池板的影響和控制工藝變化以使影響最小化。

發明內容

根據本發明，意外地發現了一種精確地測量、監測并補償在燃料電池板的整個制造工藝中發生的物理改變，其中，可以將測量分解為制造工藝的最小增量，以實現該特定工藝對燃料電池板的影響和控制工藝改變以使影響最小化。

本發明包括使用諸如數學模型之類的模型將用于測量特征的金屬板上的理論或標稱位置限定到第一軸線和第二軸線。使用諸如利用成形工具來沖壓片之類的程序來伸展或拉伸金屬板。示例性地，也可以使用第一成形操作來形成金屬板的測量特征。當脫離成形工具時，金屬板的材料回彈。這將導致變化，測量特征相對于理論位置的比較有助于確定該改變。金屬板的額外變化由隨后的操作、程序以及工藝例如將減輕應力并導致額外回彈的用于去除多余材料的模切和將施加額外變化和收縮的諸如激光焊接的接合工藝引入。

在第一實施例中，一種用于測量用于燃料電池堆的板的方法包括提供所述板的模型的步驟，所述模型包括第一軸線和第二軸線。所述模型還具有至少一個理論測量特征，所述至少一個理論測量特征具有理論的一組坐標。還為所述板提供至少一個測量特征。相對于所述板建立所述第一軸線和所述第二軸線。然后，相對于所述第一軸線和所述第二軸線來定位所述板的所述至少一個測量特征。測量所述至少一個測量特征，以確定所述至少一個測量特征的第一組坐標。將所述板的所述第一組坐標與所述模型的所述理論的一組坐標進行比較，以確定所述第一組坐標與所述理論的一組坐標的位移。