[發明專利]燃料電池組密封方法、裝置和系統

有效

• 申請號: 201410450489.2
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104425830B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: D.A.馬丁徹克
• 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: H01M8/0206
• 分類號: H01M8/0206;H01M8/0223;H01M8/0273;B21C23/14
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 劉楨,李婷

技術領域

本發明涉及用于車輛的燃料電池組。例如，在一些實施例和實施中，本發明涉及方法、裝置和系統，用于改善和/或簡化車用燃料電池組的各個板/單元之間的一個或多個密封。

背景技術

燃料電池系統通過燃料和氧化劑的氧化和還原產生電能。例如氫可以用來在燃料電池中高效地產生電。由氫燃料電池提供動力的車輛通常比采用內燃機的車輛更高效且產生的排放物更少。

在一個典型的燃料電池系統中，氫或富氫氣體作為反應物通過流道供應給燃料電池的陽極側，氧作為反應物通過分開的流道供應給燃料電池的陰極側。通常是貴金屬形式的例如鉑的催化劑典型地放置在陽極和陰極以易于這些反應物電化學轉換成電子和帶正電的離子（對于氫）以及帶負電的離子（對于氧）。在一些燃料電池中，陽極和陰極可以由導電氣體擴散介質（GDM）的層制成，帶有催化劑沉積在其上以形成覆有催化劑的擴散介質（CCDM）。電解質層（也稱作離聚物層）可以用來把陽極與陰極分開，以獲得離子從陽極到陰極的選擇性通道，同時阻止產生的電子經過。

這樣的電子被迫使在與陰極的帶電離子重新結合之前流過外導電電路（例如負載）以做有用功。在陰極，帶正電和帶負電離子的結合導致水的生成，作為該反應的副產品。在另一典型的燃料電池中，陽極和陰極可以直接形成在電解質層上以形成分層結構，稱作膜電極組件（MEA）。

質子交換膜（PEM）燃料電池已經顯示出用在車輛中的特殊前途。PEM燃料電池的電解質層是固態質子傳輸膜，例如全氟磺酸膜（PFSA）。不管是采用上述基于MEA的方式還是基于CCDM的方式，陽極與陰極通過電解質層而分開的存在形成了單個PEM燃料電池。多個這樣的電池能夠組合在一起形成燃料電池組從而提高功率輸出。

燃料電池組的各個電池通常在高壓力下壓在一起，既確保進行合適的電接觸以實現從電池組抽取電流，又在電池組內的用于輸送反應物和冷卻劑通過電池組的各個集管和/或導管之間建立密封。絕緣板通常用在這樣的電池組中，從而電隔絕一個或多個電池和/或電流收集元件與電池組的其它部件，例如與端部單元組件或框板。絕緣板通常由塑料制成，并且，相鄰的端部單元/框板通常由鋁鑄件、鍛件或沖壓件制成。

這樣的結構有時可能不那么完美，歸因于絕緣板的對立側上的不平衡力，這可能導致板和/或密封件的彎曲，可能缺失期望的密封壓縮并且因此易于滲漏和/或故障。為了確保集管/導管保持合適的密封，已經通過擰緊或其它的方式把塑料絕緣板緊固到帶有機械緊固件的相鄰的鋁端/框板上來制造一些燃料電池組。這樣的結構仍然不那么完美，因為。例如，它們通常要求許多緊固件及其它部件，它們仍然可能配置有負載均衡的相鄰密封件之間的不合乎期望的互相依賴，并且，它們仍然可能沒法充分地防止絕緣板與相鄰端/框板之間的密封件的彎曲和/或卸載。

因此，本發明人已經確定，會需要提供方法、裝置和系統，用于改善和/或簡化車用燃料電池組的各個板/單元之間的一個或多個密封，克服上述一個或多個限制和/或現有技術的其它限制。

發明內容

本文公開了方法、裝置和系統，用于改善和/或簡化車用燃料電池組的各個板/單元之間的一個或多個密封。在一些實施例和實施中，這樣的改善可以通過把密封件例如索環密封件二次成型（overmold）到燃料電池組的端框板上來實現。在一些這樣的實施例和實施中，密封件可以是獨立模制的并且安裝在燃料電池組中。在一些這樣的實施例和實施中，端框板可以包括擠塑制件，其包括多個中空腔。這樣的腔可以填滿腔填充材料，該材料可以包括泡沫材料，其可易于二次成型工藝。在一些實施例和實施中，整個絕緣板可以二次成型到框板上，并且可以，作為整體單元，包括多個索環狀密封件，其可以包括在框板的對立面之間延伸的集管。

在根據本發明實施的用于制造燃料電池組板的方法的一個更特定例子中，板可以通過擠壓模擠出從而形成包括頂面、底面和布置在頂面與底面之間的多個腔的板。這些腔的至少一個子集可以填充有與用于制成板的材料不同的腔填充材料，例如泡沫材料。在一些實施中，所有腔可填充該材料。然后，一個或多個集管可以二次成型到板中以在板的頂面與底面之間形成相應的導管。

在一些實施中，二次成型集管到板中可以包括二次成型一個或多個索環到板中。在一些實施中，二次成型集管到板中可以包括二次成型絕緣板到板上，其中，該絕緣板包括一個或多個集管。二次成型絕緣板可以包括多個集管，其中，每個集管限定出板的頂面與板的底面之間的導管。