CN103633357A - 用于堆叠燃料电池堆的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于堆叠燃料电池堆的装置和方法，其通过利用涂覆在其上的磷而使构成燃料电池堆的组件自动准确地堆叠。因此，当膜电极组件（MEA）、隔板等被自动按顺序堆叠时，在每个MEA、隔板等的预定位置上涂覆有磷。磷传感器被定位和配置成通过分别检测所堆叠的MEA和隔板上是否有磷的存在而自动地确定MEA和隔板是否被准确堆叠。

Description

用于堆叠燃料电池堆的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于堆叠燃料电池堆的装置和方法。更具体地，本发明涉及这样一种堆叠燃料电池堆的装置和方法，通过使用磷而使构成燃料电池堆的组件呈准确堆叠的堆叠状态。
背景技术
燃料电池堆是通过电化学反应来产生电的发电装置。近年来，燃料电池已经被作为车辆传动系统的一部分而被用来向车辆提供电力的主要来源。燃料电池具有以下结构：即被供给氢的阳极和被供给空气的阴极堆叠在一起，膜电极组件插在其中。燃料电池堆是指通过空气中的氧与从其外部供应的氢之间的化学反应来产生电能的装置。
通常通过堆叠数十到数百个单元电池来组装燃料电池堆。在下文中，将参考图3来描述单元电池的构造。
首先，膜电极组件（MEA）布置在单元电池的最内侧。MEA包括使氢质子在其中移动的聚合物电解质膜10、和分别涂布在电解质膜10的两面从而使氢与氧可以相互反应的催化剂层，即阴极12和阳极14。
然后将气体扩散层（GDL）16分别堆叠在MEA的外侧，即，放置有阴极12和阳极14的侧面。在其中形成有流场的隔板20布置在GDL16的外侧面上，而衬垫18插在其中。此处，流场用于供应燃料并排出由其中的反应生成的水。用于支撑和固定上述组件的端板30被连结于处于单元电池最外侧的单元电池上。
因此，在燃料电池堆的阳极14中，通过氢的氧化反应生成氢质子和电子。在此情况下，所产生的氢质子和电子分别通过电解质膜10和隔板20移动至阴极12。在燃料电池堆的阴极12中，通过氢质子与空气中氧的电化学反应生成水，且电子从阳极14移开，同时，通过其中电子的流动而产生电能。
如上所述，通过堆叠数百个隔板、MEA等来构造燃料电池堆。如果燃料电池堆的堆叠状态没有被精确确定，则可能发生反应气体的泄漏和电池性能的劣化。
为解决上述问题，通常利用一种常规方法，即在MEA和隔板的堆叠过程中，为隔板设置分隔的导线，从而使MEA的气体和冷却剂流场分别准确地与隔板的歧管相对应。
以上在背景部分公开的信息仅用于加强发明背景的理解，因此可以包含不构成该国本领域技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于解决上述与现有技术相关的问题。因此，本发明提供一种用于堆叠燃料电池堆的装置和方法，其中当通过在各个MEA、隔板等的预定位置上涂覆磷而将膜电极组件（MEA）、隔板等自动按序堆叠时，在磷传感器中自动进行感测磷的操作，从而可以准确地执行MEA、隔板等的堆叠。
一方面，本发明提供一种用于堆叠燃料电池堆的装置，其包括：磷，涂覆在相互堆叠的MEA和隔板的预定位置上。该装置还可以包括用于感测磷的磷传感器。磷传感器布置可布置在MEA和隔板的上部外周位置上；控制器被配置成基于磷传感器是否感测到MEA与隔板的预定位置上的磷，来确定MEA和隔板的堆叠状态是令人满意还是不令人满意。
在某些示例性实施方式中，可以优选地将磷涂覆在MEA的对角线方向的角部位置上和隔板的对角线方向的角部位置上。
在另一示例性实施方式中，可以将磷形成在MEA的气体和冷却剂流场的外周位置上以及隔板的气体和冷却剂歧管的外周位置上。
另一方面，本发明提供一种用于堆叠燃料电池堆的方法，包括：在冲压MEA的气体和冷却剂流场时，将磷涂覆在MEA的对角线方向的角部位置上；在冲压隔板中的气体和冷却剂歧管时，将磷涂覆在隔板的对角线方向的角部位置上；并且在磷传感器感测到MEA和隔板的角部位置上的磷时，通过控制器来确定MEA和隔板是否已经以令人满意的方式被堆叠。
在某些示例性实施方式中，该方法还可包括当磷传感器没有感测到角部位置上的磷时，由控制器提供有关MEA和隔板没有以令人满意的方式被堆叠的警告，其中该警告提示MEA和隔板必须被重新堆叠。
有利地，当通过将磷涂覆在各个MEA、隔板等的预定位置而自动地按序堆叠MEA、隔板等时，磷传感器自动执行磷的感测操作，从而可以有效且准确地执行MEA、隔板等的堆叠。
具体地，当MEA、隔板等被准确地堆叠在一起时，MEA的气体和冷却剂流场以及隔板的气体和冷却剂歧管被精确地相互对应，从而可以容易地通过衬垫来实现气密性且不堵塞流场。因此，可以降低被供应至燃料电池堆的气体与冷却剂的泄漏风险，并实现均一的堆叠性能。
附图说明
本发明的上述和其他特征将参考在附图中示例的某些示例性实施方式进行详细描述，示例性实施方式在以下仅以说明的方式给出，因而不限制本发明，其中：
图1是示出在根据本发明示例性实施方式的用于堆叠燃料电池堆的装置中将磷涂覆在膜电极组件（MEA）和隔板上的状态的示意图；
图2是示出在根据本发明示例性实施方式的用于堆叠燃料电池堆的装置中MEA和隔板被堆叠的状态的示意图；以及
图3是示出燃料电池堆的传统构造的示意图。
应当理解，附图并非必然是成比例的，而是呈现说明本发明基本原理的各种优选特征的略微简化的表示。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体的尺寸、取向、位置和形状将部分取决于具体的既定用途和使用环境。
在附图中，附图标记在几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。
具体实施方式
下面将详细地参照本发明的各个实施方式，其实施例在附图中示出，并在下文中加以描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，但应当理解，本说明书无意于将本发明局限于这些示例性实施方式。相反地，本发明不仅意图涵盖这些示例性实施方式，而且涵盖由所附权利要求所限定的本发明的宗旨和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其它实施方式。
本发明涉及一种用于堆叠燃料电池堆的装置和方法，其能够在通过堆叠数十至数百个单元电池来组装燃料电池堆时，使诸如膜电极组件（MEA）和隔板等组件被准确地堆叠。
最后，如图1和2所示，磷50被涂覆在各个MEA100和隔板20的预定位置上。
MEA100包括使氢质子从中移动的聚合物电解质膜10和分别涂覆在电解质膜10的两面上从而使氢与氧相互反应的催化剂层，即阴极12和阳极14。因而，通过允许空气、氢等的气体流动而将气流引导到阴极12和阳极14的氢、空气流场102和104，被形成在每个阴极12和阳极14的两侧。用于冷却电池组的冷却剂流场106被形成以便在氢与空气流场102和106之间通过。冷却剂流场内的冷却剂例如可以是离子水或具有高度导热性的任何其他冷却剂。
在此，将磷50涂覆在MEA100的对角线方向的角部位置上的工序，与在MEA100的各个阴极12和阳极14的两侧冲压包括氢流场102、空气流场104和冷却剂流场106的气体和冷却剂流场102、104和106的工序一起进行。更具体地，将磷50涂覆在MEA100的对角线方向的角部位置上，优选地位于气体和冷却剂流场102、104和106的外周位置上。
隔板20上也涂覆磷50。因而，当在隔板20的制备过程中对气体和冷却剂歧管22、24和26进行冲压时，将磷50涂覆在隔板20的对角线方向的角部位置上，优选地涂覆在隔板20的气体和冷却剂歧管22、24和26的外周位置上。
同时，磷传感器52被配置和定位成自动感测被涂覆在MEA100或隔板20上的磷50。优选地，磷传感器布置在被堆叠的MEA100与隔板20的上方。根据本发明示例性实施方式的装置还包括控制器（未示出），该控制器基于是否已经从磷传感器52接收到感测信号来确定MEA100和隔板20是已经以令人满意还是令人不满意的方式被堆叠。
在下文中，将描述根据本发明实施方式的用于堆叠如上配置的燃料电池堆的方法。
MEA100和隔板20之间的堆叠和组装在如下状态下进行，即在MEA100的制备中，将磷50涂覆在气体和冷却剂流场102、104和106的外周位置上，而在隔板20的制备过程中将磷50涂覆在气体和冷却剂歧管22、24和26的外周位置上。
当隔板20被堆叠在MEA100上时，在堆叠适当时，磷传感器52感测被涂覆在MEA100上的磷50。接着，当MEA100被堆叠在隔板20上时，在堆叠适当时，磷传感器52感测被涂覆在隔板20上的磷50。之后，控制器确定MEA100和隔板20是否已经被准确地相互堆叠。
也就是说，控制器分别基于磷传感器是否检测到磷，来确定包括MEA100的氢流场102、空气流场104和冷却剂流场106的气体和冷却剂流场102、104和106是否准确地对应于包括隔板20的氢歧管22、空气歧管24和冷却剂歧管26的气体和冷却剂歧管22、24和26。
然而，当磷传感器52没有感测到磷50时，控制器确定MEA100和隔板20没有以令人满意的方式被堆叠，并且控制器提供警告信号以提示必须重新堆叠以便可以进行重新堆叠的后续测量。
因而，当MEA100、隔板20等被准确地相互堆叠时，MEA100的气体和冷却剂流场102、104和106，和隔板20的气体和冷却剂歧管22、24和26刚好彼此对应，从而可以通过衬垫容易地实现气密性。所以，可以降低被供应到燃料电池堆的气体和冷却剂的泄漏风险并具有均一的堆叠性能。
上面已经参考优选实施方式对本发明进行了详细描述。然而，本领域技术人员应该意识到，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，还可以对这些实施方式进行各种改变，本发明的保护范围由所附的权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种用于堆叠燃料电池堆的装置，包括：
磷，涂覆在相互堆叠的膜电极组件（MEA）和隔板的预定位置上；
磷传感器，被定位和配置成感测所述被堆叠的MEA和隔板上的磷，所述磷传感器布置在已被堆叠在一起的所述MEA和所述隔板上方的上部外周位置；以及
控制器，被配置成基于所述控制器是否已经接收到来自所述磷传感器的信号来确定所述MEA和所述隔板是以令人满意还是令人不满意的方式被堆叠。
2.如权利要求1所述的装置，其中在所述MEA的对角线方向的角部位置和所述隔板的对角线方向的角部位置上涂覆有磷。
3.如权利要求1所述的装置，其中在所述MEA的气体和冷却剂流场的外周位置以及所述隔板的气体和冷却剂歧管的外周位置上形成有磷。
4.一种用于堆叠燃料电池堆的方法，包括：
在冲压膜电极组件（MEA）中的气体和冷却剂流场时，将磷涂覆在所述MEA的对角线方向的角部位置上；
在冲压隔板中的气体和冷却剂歧管时，将磷涂覆在所述隔板的对角线方向的角部位置上；
将所述被涂覆的MEA和隔板相互堆叠；以及
当磷传感器感测到所述被堆叠的MEA和隔板上的磷时，通过控制器确定所述MEA和所述隔板以令人满意的方式被堆叠。
5.如权利要求4所述的方法，还包括当所述磷传感器没有感测到所述角部位置上的磷时，由所述控制器提供有关所述MEA和所述隔板没有以令人满意的方式被堆叠的警告，其中所述警告提示所述MEA和所述隔板必须被重新堆叠。
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