CN100373677C - 燃料电池制造方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃料电池制造方法，通过该方法，可使连续的带状片树(50)通过模制过程(101)、MEA装配过程(105)和模块化过程(107)，并在分批过程(109)内分成单个模块(19)。在模制过程(101)内，在带状片材(50)上依次模制出隔板(18)，并制造出其中隔板(18)通过围边(60)连接在一起的隔板条带(50A)。在MEA装配过程(105)和模块化过程(107)内，将MEA(11，14，17)依次装配在其中一系列隔板(18)通过围边(60)连接在一起的隔板条带(50A)上，并制造出模块条带(50B)，在模块条带内一系列模块(19)通过围边(60)连接在一起。在分批过程内，通过从模块条带(50B)切下和除去围边(60)而将一系列模块(19)分离为单个模块(19)。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池制造方法，以及一种直接用于实现该制造方法的燃料电池制造装置。
背景技术
通过将薄膜电极组件(MEA)夹在隔板之间来形成单体燃料电池(单电池)。通过将至少两个单体燃料电池以层叠的方式连接在一起来形成模块，并通过将多个模块层叠在一起来形成层叠的燃料电池(它们层叠的方向是任意的)。
日本专利申请公开No.JP-A-2001-236971公开了一种模块的连续制造方法。尽管该方法被称为“连续的”，但是其仅仅是一种公知的制造方法的示例，因此本质上是分批过程(batch process)。该方法不是一种用于通过输送连续的带状片材来制造隔板和模块的方法，例如根据本发明的方法。
然而，有关的燃料电池模块制造方法存在以下问题。
1)为了减小空间并有效利用成本很高的电极的面积，在组装时通常必须精确地定位两个隔板和MEA。另外，由于隔板是非常薄的板，因而其本身严重变形。因此，在传统的分批式自动装配中，要在不损坏产品的条件下花费较长的时间来进行“变形矫正”和“定位”，这造成了减慢装配的瓶颈。
2)当在使用固定夹具停止输送线以便进行上文1)中的精确定位或变形矫正的同时进行装配时，输送时间增加，从而造成减慢装配的瓶颈。也可以设想不停止(输送)而进行装配，例如这样的方法：其中夹具和整个装配装置是可动的，并且在输送隔板的同时完成装配，此后该夹具和整个装配装置高速返回，或者这样一种方法：通过该方法可使多个装置循环运动。但是，这些方法在成本和空间方面都存在问题。
3)由于隔板和MEA的形状都为薄片并且不存在引导装置，并且尤其由于MEA是具有很小的抗弯刚度的部件而不能使用导向装置，所以在装配期间，必须用装置保持这些部件直到它们之间有足够的接触。由于在装配期间装配工具较长时间地位于夹具(产品)上，所以装配的情况如上述2)，输送线将停止，从而较长的输送时间成为减慢装配的瓶颈。
本发明试图解决的问题是，根据传统的燃料电池模块制造方法，要花费很长时间来相对于其它隔板定位隔板，以及相对于MEA定位隔板。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种能够相对于其它隔板快速定位和输送隔板以及相对于隔板快速定位和输送MEA的燃料电池制造方法，以及一种直接用于该制造方法的装置。
本发明的第一方面涉及一种燃料电池制造方法，通过该方法，对连续的带状片材进行模制、用MEA进行装配、进行模块化并分成单个模块，该方法包括：在该带状片材上模制出隔板并制造出隔板条带的模制过程，在该隔板条带内隔板通过形成该隔板的外部框架的围边(runner)连接在一起；将MEA装配在其中一系列隔板通过围边连接在一起的隔板条带上并制造出模块条带的装配/模块化过程，在该模块条带内一系列模块通过该围边连接在一起；以及通过从该模块条带切下和除去该围边而将该一系列模块分离为单个模块的分离过程。
根据本发明的第一方面，在围边仍位于带状片材上的情况下该一系列隔板进入模制后的状态(即，进入隔板条带的状态)，并且仍通过围边连接。此外，通过在所有部件的装配完成之后切割和除去围边来实现分批。因此，在输送隔板时每个隔板的位置关系固定，从而在部件例如MEA装配期间单个隔板的位置关系固定。结果，不再需要在部件装配期间临时停止输送线以定位该隔板，这样可加速燃料电池模块的制造。
在本发明的第一方面内，在模制过程中，可在带状片材上模制出隔板，并在该带状片材的横向方向上的两侧边上留有围边。并且，可在通过使用辊子对该围边的横向方向上的两个侧边施压以矫正该带状片材内的变形的同时，向模制过程的下游输送该带状片材。
在本发明的第一方面内，在模制过程中，可模制出隔板，并在该带状片材的横向方向上的两侧边上留有围边，而且可在相对于隔板的精确位置处在该围边的横向方向上的两个侧边内加工出输送/定位孔，通过使用在该围边的横向方向上的两个侧边内的输送/定位孔来输送该带状片材，可确定该隔板在该模制过程下游的位置。根据此结构，由于在相对于隔板的精确位置处在该带状片材的两侧边上的围边内机械加工出输送/定位孔，并且使用该围边的两个侧边内的这些输送/定位孔来向该模制过程的下游输送该带状片材，所以与直接使用隔板内的集管孔来输送隔板相比，可更好地防止损坏隔板，以及处理更多种类的隔板。
在本发明的第一方面内，在将MEA装配在隔板条带上之前，在MEA的电解质薄膜的外边缘部分上设置由绝缘材料制成的框架；并且在该装配/模块化过程中，使用该框架来定位MEA以将其装配在该隔板条带上。根据此结构，由于在MEA的电解质薄膜的外边缘部分上设置由绝缘材料制成的框架，所以在装配期间可使用这些框架来将MEA定位在隔板条带上。
在本发明的第一方面的一种变型内，在模制过程中，可在该带状片材上模制出装配引导件，并且在该装配/模块化过程内，可在通过利用该装配引导件引导该框架的外边缘而将具有框架的MEA自动定位在带状片材上的隔板上的预定位置处之后，对该MEA进行装配。根据此结构，由于通过从带状片材切出翼片并使翼片弯曲来形成该装配引导件，所以在MEA装配和模块化过程中，可通过利用该装配引导件引导该框架的外边缘而将具有框架的MEA自动定位在带状片材上的隔板部位处。一旦框架安装在装配引导件内，则MEA将不会在电池平面内偏移。结果，不需要在MEA装配期间停止被输送的带状片材。
在本发明的第一方面内，在模制过程中，可在该带状片材上的相邻隔板之间设置围边，并且可使用设置成将围边连接在一起的间距调节部分来调节围边的隔板间距。根据此结构，由于在该带状片材上的相邻隔板之间设置围边，并且在隔板之间的围边上设置用于调节隔板间距的间距调节部分，所以即使隔板间距稍微变化，仍能够对每个隔板定位和模块化。
根据本发明的第一方面的一种变型，可在围边上设置其抗弯刚度比围边的其它部分小的弯曲导向部分，并且这些弯曲导向部分可用作该间距调节部分。根据此结构，由于在带状片材上的隔板之间的围边上设置有其刚度小于其它部分的弯曲导向部分，所以这些弯曲导向部分可用作该间距调节部分。
根据本发明的第一方面的一种变型，该弯曲导向部分可形成为比该围边薄或者具有槽缝部分，从而该弯曲导向部分可在从+180度到-180度的360度范围内弯曲。根据此结构，由于该弯曲导向部分形成为可在从+180度到-180度的360度范围内弯曲，所以该模块条带可像手风琴一样易于折叠。
在本发明的第一方面内，在模制过程中，还可在相邻隔板之间的带状片材上，以及在该带状片材的横向方向上的两个侧边上设置围边，并且可围绕每个隔板的整个周边在该围边上模制出凸肋。根据此结构，由于在模制过程中，围绕带状片材的每个隔板的整个周边在该围边上模制出凸肋，所以可防止该隔板(尤其是抗弯刚度很小的集管部分)在模块化和折叠期间弯曲，从而可减小变形。
在本发明的第一方面内，在模制过程中，使用一个模具在单独一个塑性成形过程中进行所有的模制。根据此结构，即使模制装配引导件、装配引导件接纳装置和凸肋，燃料电池模块的制造时间也不会增加。
在本发明的第一方面内，在模制过程中，可在带状片材上模制出围边，并且可围绕该围边集中设置定位孔、间距调节部分、弯曲导向部分和凸肋中的至少一个，而且在分批过程内可从该模块除去该围边。根据此结构，由于在模制过程中，围绕围边集中地模制出定位孔、弯曲导向部分和用于控制变形的凸肋，并且在分离过程中，在分批过程内从模块除去该围边，所以该隔板的流动通道凹槽的形状并不被该定位孔、弯曲导向部分或用于控制变形的凸肋所限制。另外，如果使用本发明的方法，则不需要特别改变传统隔板的形状。
在本发明的第一方面内，可将两个带状片材提供给模制过程；在模制过程内，可在其中一个带状片材上模制出装配引导件，而在另一个带状片材上模制出装配引导件接纳装置，该接纳装置是孔或切口，并且可在两个带状片材的围边的横向方向上的两个侧边内机械加工出输送/定位孔；并且在装配/模块化过程内，可将该一个带状片材的装配引导件插入该另一个带状片材的装配引导件接纳装置内，从而，可防止该装配引导件与该另一个带状片材相干涉，并且可在每个带状片材的围边的各自的输送/定位孔对准的条件下，使两个带状片材相互面对地装配，从而可连续进行模块化，而无需停止两个被输送的带状片材。根据此结构，由于在其中一个带状片材上模制出该装配引导件，而在另一个带状片材上模制出该装配引导件接纳装置，该接纳装置是孔或切口，所以当使用围边中的输送/定位孔来相互面对地装配这两个带状片材时，可将装配引导件插入装配引导件接纳装置，从而可连续进行模块化而不必停止这两个被输送的带状片材。
在本发明的第一方面内，可向模制过程提供一个带状片材；在该模制过程中，可在该单独一个带状片材上交替模制出阳极侧隔板和阴极侧隔板；并且在装配/模块化过程中，可将MEA装配在隔板条带上，并可通过将该隔板条带折叠成手风琴式样来制造出模块条带，在该模块条带中模块相层叠并同时通过围边连接。根据此结构，能够连续地制造和折叠模块条带。
根据本发明的第一方面的一种变型，可在围边处折叠该模块条带，并且可在分离过程中一起切下和除去所有模块的模块之间的全部围边。根据此结构，可有效地除去围边。
在本发明的第一方面内，该分离过程可包括分批过程，在该分批过程内将围边聚集在一起并分离。
本发明的第二方面涉及一种燃料电池制造装置，该装置在沿带状片材的输送线输送带状片材的方向上，依次设置有模制工位、装配/模块化工位和分离工位，该装置包括设置在该模制工位的模具，该模具在该带状片材上模制出隔板，并留有形成该隔板的外部框架的围边；设置在该装配/模块化工位处的MEA装配器，该装配器将MEA装配在其中一系列隔板通过该围边相连接的隔板条带上；以及设置在该分离工位的切割器，该切割器从具有装配在该隔板条带上的MEA的模块条带上切割和除去围边。
根据本发明的第二方面，由于在沿带状片材的输送线输送带状片材的方向上依次设置有模制工位、装配/模块化工位和分离工位，并且在隔板相连接的情况下在工位之间输送带状片材，所以在输送隔板时每个隔板的位置关系是固定的，从而不必在部件装配期间定位每个单独的隔板，因此也不再需要在部件装配期间临时停止输送线，这加速了燃料电池模块的制造。
附图说明
图1A是实现根据本发明的第一示例性实施例的燃料电池制造方法的装置的示意图，图1B是该过程的框图；
图2是隔板条带的透视图；
图3是隔板条带从MEA装配过程到分批过程的透视图；
图4是图3中所示的隔板条带的放大视图；
图5是弯曲导向部分和具有凸肋的隔板条带的透视图；
图6是图5中所示的隔板条带的一部分的放大视图；
图7A是实现根据本发明的第二示例性实施例的燃料电池制造方法的装置的示意图；
图8是实现根据本发明的第三示例性实施例的燃料电池制造方法的装置的示意图；
图9是典型的燃料电池的侧视图；以及
图10是典型的燃料电池的一部分的放大截面图。
具体实施方式
下面，将参照图1～10说明根据本发明的燃料电池制造方法和用于直接实现该制造方法的燃料电池制造装置。
图1～6示出根据本发明的第一示例性实施例的燃料电池制造方法和装置。图7示出根据本发明的第二示例性实施例的燃料电池制造方法和装置。图8示出根据本发明的第三示例性实施例的燃料电池制造方法和装置。图9和10示出可应用本发明的任一示例性实施例的典型燃料电池的结构。
第一至第三示例性实施例中的相同或相似的部件将在第一至第三示例性实施例中用相同的参考标号表示。
首先，将参照例如图1～6、图9以及图10说明第一至第三示例性实施例中的相同或相似的部件。
由本发明的制造方法和装置制造的燃料电池是层叠的燃料电池，例如层叠的质子交换薄膜燃料电池10。该燃料电池10可安装在例如燃料电池车辆内，但是并不局限于用在车辆上。
如图9和图10所示，质子交换薄膜燃料电池10由薄膜电极组件或MEA和隔板18相层叠制成。薄膜电极组件和隔板的层叠方向是任意的，并不局限于垂直方向。
每个薄膜电极组件包括由离子交换薄膜形成的电解质薄膜11，由设置在该电解质薄膜11的一个表面上的催化剂层形成的电极(阳极，燃料电极)14，以及由设置在该电解质薄膜11的另一侧面上的催化剂层形成的电极(阴极，空气电极)17。在薄膜电极组件与隔板18之间在该阳极侧和阴极侧都设置有扩散区。
在隔板18内，具有用于向阳极14和阴极17提供燃料气体(氢)和氧化气体(氧，通常是空气)的反应气体流动通道27和28(燃料气体流动通道27和氧化气体流动通道28)，以及将冷却介质(通常是冷却剂)导向隔板18的背面的冷却介质流动通道26。在隔板18内，还具有用于向燃料气体流动通道27提供燃料气体以及从该流动通道27排出燃料气体的燃料气体集管30，用于向氧化气体流动通道28提供氧化气体以及从该流动通道28排出氧化气体的氧化气体集管31，和用于向冷却介质流动通道26提供冷却介质以及从该流动通道26排出冷却介质的冷却介质集管29。
薄膜电极组件和隔板18相层叠以形成单体燃料电池(也被称为“单电池”)19。由至少一个这些电池形成模块(图10示出这样的情况，其中一个模块由一个电池形成，从而电池19相当于模块，因此在这种情况下模块也由参考标号19表示)。当两个或更多个模块19层叠在一起时，它们形成一个电池组。电池组在层叠方向上的两端设置有端子29、绝缘体21和端板22。然后，使用围绕电池组的外侧在层叠方向上延伸的紧固件(例如张紧板24)和螺母及螺栓25在层叠方向上紧固和固定电池组，从而形成燃料电池组23。
在每个电池19的阳极14一侧发生反应，使氢分裂为氢离子(质子)和电子。氢离子穿过电解质薄膜11移动到阴极17一侧，在阴极侧，氢离子与氧和电子(相邻MEA的阳极产生的电子被引导穿过隔板18，或者在电池层叠方向上的一端的电池的阳极产生的电子通过外部电路到达另一端的电池的阴极)化合以形成水。该反应产生电。
阳极侧：H2→2H++2e-
阴极侧：2H++2e-+(1/2)O2→H2O
隔板18是可弯曲的导电隔板，例如金属隔板或由混有碳的树脂制成的可弯曲的板。隔板18还可与硬树脂框架一起使用。
在相邻隔板18之间设置有气体侧密封件33和冷却介质侧密封件32，以密封流体流动通道26、27、28、29、30和31。在附图所示的示例内，所示的气体侧密封件为粘合剂，而所示的冷却介质侧密封件32为橡胶衬垫，但是任何一个都可以是粘合剂或橡胶衬垫。
本发明的燃料电池制造装置是用于燃料电池模块19的连续制造装置。如图1所示，本发明的燃料电池制造装置在沿用于带状片材50(即，隔板18的材料)的输送线输送带状片材50的方向上，依次包含模制工位51、MEA装配工位55和模块化工位57，以及分批(分离)工位59。
更具体地，本发明的燃料电池制造装置在沿用于带状片材50的输送线输送带状片材50的方向上，依次包含模制工位51、带状片材50的表面处理工位52、用于将衬垫32接合在带状片材50上的接合工位53、用于向带状片材50涂覆粘合剂33的涂覆工位54、用于将MEA装配到带状片材50上的预定位置的MEA装配工位、用于向已装配有MEA的带状片材50涂敷粘合剂33的粘合剂涂敷工位56、模块化工位57、粘合剂热硬化工位58，以及用于通过除去围边60来分离连接的模块19的分批工位59。
模制工位51包括模具81，该模具在带状片材50上模制出隔板18，并留有围边60，该围边是隔板18以外的材料部分，如图2所示。即，通过模具81在带状片材50上模制出对应于隔板18的部分和对应于与隔板18相邻的围边60的部分。
MEA装配工位55包括MEA装配器82，该装配器将MEA装配在其中一系列隔板18通过围边60连接在一起的隔板条带50A(已加工出隔板和类似物之后的带状片材50)上。
分批工位59包括切割器83，该切割器对具有装配到隔板条带50A上的MEA的模块条带50B(即，对其中在MEA装配之后模块19仍连接在一起的带状片材50)进行切割并除去围边60。
根据本发明的燃料电池制造方法，带状片材50连续地经过模制过程101，MEA装配过程105，和模块化过程107，之后在分批过程109内被分成单个模块19。
本发明的燃料电池制造方法按照带状片材50(包括隔板条带50A和模块条带50B)被输送的执行顺序包括，带状片材50的隔板18及类似物的模制过程101；带状片材50的表面处理过程102；用于将衬垫32接合在带状片材50上的接合过程103；用粘合剂33涂覆带状片材50的涂覆过程104；用于将MEA装配在带状片材50的预定部位上的MEA装配过程105；用粘合剂33涂覆MEA已装配于其上的带状片材50的粘合剂涂覆过程106；模块化过程107；粘合剂热硬化过程108；和用于通过去除围边60将连接的模块19分成单个模块19的分批过程109。
在模制过程101内，在带状片材50上模制出隔板18，从而制造出其中该模制出的隔板18通过围边60相连接的隔板条带50A，该围边是隔板18以外的材料部分。
在MEA装配和模块化过程105和107中，将MEA装配在其中一系列隔板18通过围边60相互连接的隔板条带50A上，并且制造出其中一系列模块19通过围边60相互连接的模块条带50B。
在分批过程109内，从模块条带50B切除围边60，从而分离出单个模块19。
在模制过程101中，在带状片材50上模制出隔板18，并在该带状片材50的横向方向的两侧边上留有围边60。向模制过程101的下游输送该带状片材50，同时通过使用辊子80对围边60的横向方向上的两个侧边施压来矫正带状片材50内的任何变形。
在模制过程101内，模制出隔板18，并在该带状片材50的横向方向的两侧上留有围边60，该围边是该隔板18以外的部分。同时，在相对于隔板18的精确位置处在围边60的横向方向上的两个侧边内加工出输送/定位孔61。则可通过使用在围边60的横向方向上的两个侧边内的输送/定位孔61输送该带状片材50，以确定隔板18在模制过程下游的位置。
在将MEA装配在隔板条带50A上之前，在MEA的电解质薄膜的外边缘部分上设置由绝缘材料制成的框架62。在MEA装配和模块化过程105和107内，使用该框架62定位MEA以便将MEA装配在隔板条带50A上。
在模制过程101内，在带状片材50上由该板材条带模制出装配引导件63。在MEA装配和模块化过程105和107内，通过用装配引导件63引导框架62的外边缘而将具有框架62的MEA自动定位在带状片材50上的其中设有隔板18的预定位置之后，对该MEA进行装配。装配引导件63可以通过从带状片材50切出翼片并弯曲该翼片而制成，或者通过冲压或类似操作形成导销而制成。
在模制过程101内，在带状片材50上的相邻隔板18之间设置作为隔板18以外的部分的围边。在隔板18之间的围边60上设置用于调节隔板间距的间距调节部分64。例如，图6中由标号64指示的部分是间距调节部分。图1中的其中带状片材50松弛的部分是带状片材50的松弛部分65，而不是间距调节部分。
其刚性比其它部分小的弯曲导向部分设置在带状片材50的隔板18之间的围边60上。这些弯曲导向部分用作间距调节部分64。
该弯曲导向部分足够薄，或者具有槽缝部分，从而它们可在从+180度到-180度的360度范围内弯曲。例如，图6中所示的间距调节部分64由在与弯曲方向相反的方向上突出的弯曲部分制成。但是，在一个方向上弯曲之后，这种类型的弯曲部分不易于在相反方向上弯曲。因此，可使用另一种结构，其中，例如间距调节部分64的局部很薄，或者在间距调节部分64内形成针脚状槽缝，这将使该间距调节部分64可在从+180度到-180度的360度范围内弯曲。
在模制过程101内，在相邻隔板18之间的带状片材50上，以及在带状片材50的横向方向上的两个侧边上设置围边60。还可围绕每个隔板18的整个周边在围边60上模制出凸起的刚性凸肋66。
在模制过程101内，优选地使用模具81在单独一个塑性成形过程内完成机加工部分的所有模制，例如隔板18的流动通道凹槽、集管孔、定位孔61、装配引导件63、间距调节部分64和凸肋66，但是也可使用多个模具分别形成这些部分。例如，可使用一个模具模制流动通道凹槽和集管孔，使用另一个模具模制定位孔61和装配引导件63，并且使用又一个模具模制间距调节部分64和凸肋66。
此外，在模制过程101内，优选地i)在带状片材50上模制出围边60，该围边是隔板18以外的部分，ii)围绕围边60集中地设置定位孔61、用于间距调节的弯曲导向部分64和用于控制变形的凸肋66中的至少一个，并且在分批过程109内从模块条带50B上除去围边60。
本发明的每种燃料电池制造方法和装置所共有的部分的操作和效果如下。
在本发明的燃料电池制造方法和装置内，一系列隔板18在围边60仍位于带状片材50上的情况下进入模制后的状态(即，进入隔板条带50A的状态)，并且仍通过围边60连接。此外，通过在所有部件的装配完成之后切割和除去围边60来实现分批(单个模块化)。因此，在输送隔板18时每个隔板18的位置关系固定，从而在部件例如MEA装配期间各个隔板的位置关系固定。结果，不再需要在部件装配期间临时停止输送线以定位该隔板18，此外，还可减小定位时间和输送时间，这样可加速燃料电池模块的制造。
在此示例性实施例的燃料电池制造方法中，当沿输送线向下游继续输送带状片材50时，用辊子80对围边60的两个侧边施压，从而可矫正带状片材50的变形而不会损坏隔板18。矫正带状片材50内可能出现的任何变形可精确地定位每个隔板18。
还可在带状片材50内围绕隔板18在围边60内形成输送/定位孔。即，与直接使用隔板18内的集管孔来输送隔板18相比，通过在相对于隔板18的精确位置在带状片材50的两个侧边上的围边60内机械加工出输送/定位孔61，并使用围边60的两个侧边内的这些输送/定位孔61向模制过程101的下游输送带状片材50，可更好地防止损坏隔板，还可处理更多种类的隔板。这是因为不同的隔板18具有不同形状和处于不同位置的集管孔，而另一方面，可在与集管孔的形状和位置无关的情况下机械加工出输送/定位孔61。
另外，当在MEA的电解质薄膜的外边缘部分上设置绝缘材料制成的框架62(例如树脂框架)时，这些框架62可用于在装配期间将MEA定位在隔板条带50A上。
当通过从带状片材50切出翼片并使翼片弯曲以制成装配引导件63时，在MEA装配和模块化过程105和107内，可通过用装配引导件63引导框架62的外边缘而将具有框架62的MEA自动定位在带状片材50的其上设置有隔板18的位置上。一旦框架62安装在装配引导件63内，MEA将不会在电池平面内发生偏移。结果，可将MEA精确地装配在隔板18上，这样不需要在装配期间在输送带状片材50时停止该带状片材50以便定位MEA。这继而加速了燃料电池模块的制造。
还可在带状片材50上设置间距调节部分64以将相邻的围边60连接在一起。即，通过在带状片材50上在相邻隔板18之间设置围边60，并在隔板18之间的围边60上设置用于调节隔板间距的间距调节部分64，则即使隔板间距有轻微的变化，仍可单独地定位和精确地模块化每个隔板。
当在带状片材50的隔板18之间的围边60上设置其刚度比其它部分小的弯曲导向部分时，这些弯曲导向部分64可用作间距调节部分，如图6所示。
当该弯曲导向部分形成为可在从+180度到-180度的360度范围内弯曲时，模块条带50B可像手风琴一样易于折叠。
还可在带状片材50上模制出凸肋66，该凸肋围绕隔板18的周边延伸。即，在模制过程101内，当围绕带状片材50的隔板18的整个周边在围边60上模制出凸肋66时，可防止隔板18(尤其是抗弯刚度很小的集管部分)在模块化和折叠期间弯曲，从而可减小变形。
另外，在模制过程101内，通过使用一个模具81在单独一个塑性成形过程内实现所有模制，可在模制隔板18的流动通道凹槽的同一过程内形成装配引导件63、装配引导件接纳装置和凸肋66，这可防止燃料电池模块制造时间变长。
此外，在模制过程101内，由于围绕围边60集中地模制定位孔61、弯曲导向部分64和用于控制变形的凸肋66，并且在分批过程109内从模块19除去围边60，所以隔板18的流动通道凹槽的形状并不受定位孔61、弯曲导向部分64或用于控制变形的凸肋66所限制。
下面，将说明本发明的燃料电池制造方法的每个示例性实施例的具体技术方面。
〔第一示例性实施例〕
在根据第一示例性实施例的燃料电池制造方法中，如图1到6所示，从一卷材料将两个带状片材50提供给模制过程101。
在模制过程101内，在其中一个带状片材50上模制出装配引导件63，而在另一个带状片材50上模制出装配引导件接纳装置67，该接纳装置为孔或切口。在模制过程101内，还在两个带状片材50的围边60的横向方向上的两个侧边内机械加工出输送/定位孔61。
另外，在MEA装配和模块化过程105和107中，将该一个带状片材50的装配引导件63插入该另一个带状片材50中的装配引导件接纳装置67内。结果，可防止装配引导件63与该另一个带状片材50相干涉。
此外，彼此面对地装配这两个带状片材50，每个带状片材50的围边60各自的输送/定位孔61对准(例如，在辊子80上设置多个突出齿，这些齿插入两个带状片材50的对准的输送/定位孔61)。结果，可连续进行模块化，而不必停止被输送的这两个带状片材50。
〔第二示例性实施例〕
在根据第二示例性实施例的燃料电池制造方法内，如图7所示，从一卷材料向模制过程101提供一个带状片材50。
在模制过程101内，在单独一个带状片材50上交替出模制阳极侧隔板18和阴极侧隔板18。
在MEA装配和模块化过程105和107中，在MEA装配过程105中将MEA装配在隔板条带50A上，并通过将隔板条带50A折叠成手风琴式样，在模块化过程107中制造出模块条带50B，在该模块条带中模块19相层叠并同时通过围边60连接。
因此，可连续地制造和折叠模块条带50B，从而模块19能够被层叠。
然后，在分批过程109内，在围边60处折叠模块条带50B，并且一起切下和除去所有模块19的模块19之间的全部围边60。
结果，可有效地除去围边60，从而有效地制造出模块19。
〔第三示例性实施例〕
根据本发明的第三示例性实施例的燃料电池制造方法基本与根据本发明的第二示例性实施例的燃料电池制造方法相同，但不同之处在于，在该第三示例性实施例内，沿侧向层叠模块条带50B，并从侧面(即，沿横向)切除围边60。
在根据第三示例性实施例的燃料电池制造方法中，如图8所示，从一卷材料向模制过程101提供单独一个带状片材50。
在模制过程101内，在单独一个带状片材50上交替模制出阳极侧隔板18和阴极侧隔板18。所示的模制使用不同的压模81进行以形成流动通道凹槽并冲压出集管孔。
在表面处理过程102内，清洁具有隔板18的带状片材50，然后在该带状片材上镀铬、金，并涂覆碳，然后进行干燥。
在衬垫接合过程103内，对橡胶衬垫32(垫圈)进行热压缩。
在粘合剂涂覆过程104内，用粘合剂33涂覆该密封件。
在MEA装配和模块化过程105和107中，通过压力加工将带状片材50弯曲成手风琴形状，并用MEA装配器82装配MEA。然后，在粘合剂33的部分处对手风琴形状的带状片材50进行压缩和热压缩，并最终进行模块化。
然后，将手风琴形状的模块50B放置在其侧面上，并用切割器83切除上部和下部的围边60。第三示例性实施例的操作和效果与本发明的第二示例性实施例相同。
Claims (20)
1.一种燃料电池制造方法，其特征在于包含以下步骤：
向模块化工位供应带状片材(50)的供应过程；
从带状片材(50)上模制出隔板(18)的模制过程；
在该模块化工位将MEA(11，14，17)装配在所供应的带状片材(50)上以制造出连接在一起的模块(19)的模块化过程；以及
通过切割已被模块化的带状片材(50)而将模块(19)分离为单个模块(19)的分离过程。
2.一种燃料电池制造方法，其特征在于包含以下步骤：
从带状片材(50)上模制出隔板(18)以制造出隔板条带(50A)的模制过程；
将MEA(11，14，17)装配在隔板条带(50A)上以制造出模块条带(50B)的装配/模块化过程；以及
通过切割模块条带(50B)而将模块条带(50B)分离为单个模块(19)的分离过程。
3.一种燃料电池制造方法，其特征在于包含以下步骤：
从带状片材(50)上模制出隔板(18)以制造出隔板条带(50A)的模制过程，在该隔板条带中隔板(18)通过形成该隔板(18)的外部框架的围边(60)连接在一起；
将MEA(11，14，17)装配在隔板条带(50A)上的MEA装配过程，在该隔板条带中一系列隔板(18)通过围边(60)连接在一起；
制造出其中一系列模块(19)通过围边(60)连接在一起的模块条带(50B)的模块化过程，该模块由其上装配有MEA(11，14，17)的隔板条带(50A)形成；以及
通过从模块条带(50B)切下和除去围边(60)而将模块条带(50B)分离为单个模块(19)的分离过程。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其中，在所述模制过程中，在带状片材(50)上模制出隔板(18)并在该带状片材(50)的横向方向上的两侧边上留出围边(60)，并且，在通过使用辊子(80)向围边(60)的横向方向上的两个侧边施压以矫正带状片材(50)内的变形的同时，向模制过程的下游输送该带状片材(50)。
5.根据权利要求3或4所述的制造方法，其中，在所述模制过程中，模制出隔板(18)并在带状片材(50)的横向方向上的两侧边上留出围边(60)，同时在相对于隔板(18)的精确位置内在围边(60)的横向方向上的两个侧边内加工出输送/定位孔(61)，并且通过使用围边(60)的横向方向上的两个侧边内的输送/定位孔(61)来输送带状片材(50)，可确定隔板(18)在模制过程下游的位置。
6.根据权利要求3或4所述的制造方法，其中：
在将MEA(11，14，17)装配到隔板条带(50A)上之前，在MEA(11，14，17)的电解质薄膜(11)的外边缘部分上设置由绝缘材料制成的框架(62)；以及
在MEA装配过程和模块化过程中，使用该框架(62)来定位MEA(11，14，17)以便将MEA装配到隔板条带(50A)上。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其中：
在所述模制过程中，在带状片材(50)上模制出装配引导件(63)；以及
在所述MEA装配过程和模块化过程中，在通过利用该装配引导件(63)引导该框架(62)的外部边缘而将具有框架(62)的MEA(11，14，17)自动定位在带状片材(50)上的隔板(18)上的预定位置之后，对该MEA进行装配。
8.根据权利要求3或4所述的制造方法，其中，在所述模制过程中，在带状片材(50)上的相邻隔板(18)之间设置围边(60)，并且使用间距调节部分(64)来调节围边(60)的隔板间距，该间距调节部分设置成将围边(60)连接在一起。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其中，在围边(60)上设置抗弯刚度比围边(60)的其它部分小的弯曲导向部分，并且这些弯曲导向部分用作间距调节部分(64)。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，所述弯曲导向部分形成为比围边(60)薄或者具有槽缝部分，从而该弯曲导向部分可在从+180度到-180度的360度范围内弯曲。
11.根据权利要求3或4所述的制造方法，其中，在所述模制过程中，还在相邻隔板(18)之间的带状片材(50)上以及带状片材(50)的横向方向上的两个侧边上设置围边(60)，并且围绕每个隔板(18)的整个周边在该围边(60)上模制出凸肋(66)。
12.根据权利要求3或4所述的制造方法，其中，在所述模制过程中，使用一个模具在单独一个塑性成形过程中进行所有的模制。
13.根据权利要求3或4所述的制造方法，其中：
在所述模制过程中，在带状片材(50)上模制出围边(60)，并且围绕该围边(60)集中地设置定位孔(61)、间距调节部分(64)、弯曲导向部分以及凸肋(66)中的至少一个；以及
在所述分批过程中，从模块(19)除去围边(60)。
14.根据权利要求3或4所述的制造方法，其中：
向所述模制过程供应两个带状片材(50)；
在所述模制过程中，在其中一个带状片材(50)上模制出装配引导件(63)，而在另一个带状片材(50)内模制出为孔或切口的装配引导件接纳装置(67)，并且在两个带状片材(50)的围边(60)的横向方向上的两个侧边内加工出输送/定位孔(61)；以及
在所述MEA装配过程和模块化过程中，将一个带状片材(50)的装配引导件(63)插入另一个带状片材(50)的装配引导件接纳装置(67)内，从而防止装配引导件(63)与该另一个带状片材(50)相干涉，并且在每个带状片材(50)的围边(60)的相应的输送/定位孔(61)对准的条件下，使两个带状片材(50)相互面对地装配，从而可连续进行模块化而不必停止这两个被输送的带状片材(50)。
15.根据权利要求3或4所述的制造方法，其中：
向所述模制过程供应一个带状片材(50)；
在所述模制过程中，在该单独一个带状片材(50)上交替模制出阳极侧隔板(18)和阴极侧隔板(18)；以及
在所述MEA装配过程和模块化过程中，将MEA(11，14，17)装配在隔板条带(50A)上，并通过将隔板条带(50A)折叠成手风琴式样来制造出模块条带(50B)，在该模块条带中模块(19)相层叠并通过围边(60)连接。
16.根据权利要求3或4所述的制造方法，其中，在所述分离过程中，在围边(60)处折叠模块条带(50B)，并且一起切下和除去所有模块(19)的模块(19)之间的全部围边(60)。
17.根据权利要求3或4所述的制造方法，其中，在所述分离过程中，执行使所有围边(60)彼此分离的分批过程。
18.一种燃料电池制造装置，其特征在于包括：
向模块化工位(57)供应带状片材(50)的供应装置；
从带状片材(50)模制出隔板(18)的模具(81)；
在模块化工位(57)将MEA(11，14，17)装配在所供应的带状片材(50)上以制造出连接在一起的模块(19)的MEA装配器(82)；以及
通过切割已被模块化的带状片材(50)而将模块(19)分离为单个模块(19)的切割器(83)。
19.一种燃料电池制造装置，其特征在于包括：
从带状片材(50)模制出隔板(18)的模具(81)；
将MEA(11，14，17)装配在隔板条带(50A)上的MEA装配器(82)，在该隔板条带中一系列的隔板(18)连接在一起；以及
切割模块条带(50B)以分离出单个模块(19)的切割器(83)，在该模块条带中MEA(11，14，17)装配在隔板条带(50A)上。
20.一种燃料电池制造装置，其特征在于包括：
设置在模制工位(51)处的模具(81)，该模具从带状片材(50)模制出隔板(18)并留出形成该隔板(18)的外部框架的围边(60)；
设置在MEA装配工位(55)和模块化工位(57)中的至少一个处的MEA装配器(82)，该装配器将MEA(11，14，17)装配到隔板条带(50A)上，在该隔板条带中一系列隔板(18)通过围边(60)相连接；以及
设置在分离工位(59)处的切割器(83)，该切割器从模块条带(50B)上切下和除去围边(60)，在该模块条带中MEA(11，14，17)装配在隔板条带(50A)上。
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