CN104823317A - 燃料电池堆和用于组装该燃料电池堆的方法 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池组件的条带(200)，所述条带包括：在第一方向隔开的多个燃料电池组件(202)；连接到所述多个燃料电池组件的索引结构(210)，所述索引结构被配置成在第一方向限定所述多个燃料电池组件中的一个的位置；其中所述索引结构由与所述多个燃料电池组件不同的材料制成。组件传送机构用于使用滚筒和传送带传送燃料电池子组件至基板。燃料电池组件的条带具有绕枢轴可转动的子组件。一种设备和方法用于通过应用子组件至在输送机上移动的条带的底面来组装燃料电池。

Description

燃料电池堆和用于组装该燃料电池堆的方法

本公开涉及燃料电池领域，并且尤其涉及燃料电池组件和组装燃料电池堆的方法。

用于燃料电池的电极或隔板(即以阳极或阴极板的形式)需要满足严格的要求以避免或除去任何污染，并且通常在所述板被组装到燃料电池堆中之前需要应用一系列不同的处理步骤。可能需要各种类型的涂覆和其他表面处理。鉴于燃料电池组件的批量生产需要对大量的此类板进行快速连续处理，需要能够精确、经济并且可重现地制备和组装燃料电池的解决方案。

根据本发明的第一方面，提供燃料电池组件的条带，所述条带包括：

在第一方向隔开的多个燃料电池组件；

连接到所述多个燃料电池组件的索引结构，所述索引结构被配置成在所述第一方向限定所述多个燃料电池组件中的一个的位置；

其中所述索引结构包括与所述多个燃料电池组件不同的材料。

所述索引结构可允许燃料电池组件在燃料电池堆内建立点的定位能够更容易、更可复制或更可靠地进行。提供所述索引结构还允许保持在载体上的燃料电池子组件至燃料电池板的传送更容易、更可复制或更可靠地进行。提供不同材料的索引结构允许更便宜生产燃料电池堆，因为索引材料不需要从与燃料电池板相同的材料(一般是昂贵的材料)制成。因此，燃料电池组件不需要包括对条带建立索引的装置，因为索引功能由不同材料的索引结构提供。可选地，不同材料的索引结构为条带单独提供至少部分条带在第一方向的索引功能。

所述索引结构可释放地或可释放地连接到多个燃料电池组件。所述索引结构的可释放或可分离连接可以帮助向燃料电池板提供不同材料的索引结构。

多个燃料电池组件可以包括多个燃料电池组合件。燃料电池组合件可以包括燃料电池板。多个燃料电池组件可以包括：按顺序在第一方向延伸的第一端板、多个燃料电池组合件和第二端板。在索引材料上提供端板可以进一步简化燃料电池堆的组装过程。

索引结构可包括多个缺口或孔，其用于与索引器接合以限定多个燃料电池组件中的一个的位置。

索引结构可以通过至少一个点焊被连接到多个燃料电池组件。

索引结构可以包括在毗连的燃料电池组件之间的横向折叠区。

索引结构可以包括彼此绝缘的多个导电轨。

根据本发明的另一方面，有一种包括如上面所定义的燃料电池组件的折叠条带的燃料电池堆。

根据本发明的另一方面，提供一种组装燃料电池堆的方法，所述方法包括：

对根据任何前述权利要求的燃料电池组件的条带建立索引，以便使燃料电池组件定位在构建位置。

所述方法还可以包括在构建位置从燃料电池组件移除索引结构。

索引结构可以包括在毗连的燃料电池组件之间的横向折叠区。所述方法还可以包括在横向折叠区折叠索引结构，以便使多个燃料电池组件定位在构建位置。

根据本发明的另一方面，提供一种用于将燃料电池子组件传送到基板上的组件传送机构，所述组件传送机构包括：

可转动的滚筒；以及

绕过所述滚筒并以张力保持的传送带，使得所述滚筒的转动产生所述传送带的移动，其中所述传送带限定被配置成承载所述燃料电池子组件的外表面；

其中所述组件传送机构在所述滚筒上的所述传送带毗连于所述基板的组件传送位置与所述滚筒上的所述传送带与所述基板隔开的升高位置之间，在第一方向相对于所述基板是可移动的，所述第一方向横向于所述基板的平面；以及

其中所述可转动的滚筒被配置成可转动，使得当所述组件传送机构处于所述组件传送位置时，所述传送带上的所述子组件被定位在所述滚筒与所述基板之间。

可转动滚筒可以被配置成在组件传送机构从升高位置移到组件传送位置的同一时间转动。

组件传送机构在与基板的纵向轴线平行的第二方向相对于所述基板是可移动的，这可以在所述基板上逐渐放下子组件。

绕滚筒的传送带在第二方向的速度可以比所述基板相对于组件传送机构的速度更快，以便在第二方向提供子组件与条带之间的相对运动。

滚筒的半径可以足够小，以便促使燃料电池子组件的横向边缘在绕过所述滚筒时从传送带脱离。

基板可以包括燃料电池组件的条带。燃料电池子组件可以包括层压层，所述层压层包括气体扩散层、第一催化剂层、电极膜和第二催化剂层中的一个或多个。基板可以包括带有孔口的垫圈，所述层压层被放置在所述孔口中。

根据本发明的又一方面，提供了使用组件传送机构将燃料电池子组件传送到基板的方法，所述组件传送机构包括：

可转动的滚筒；以及

绕过所述滚筒并以张力保持的传送带，使得所述滚筒的转动产生所述传送带的移动，其中所述传送带限定被配置成承载所述燃料电池子组件的外表面；

所述方法包括：

在所述滚筒上的所述传送带毗连于所述基板的组件传送位置与所述滚筒上的所述传送带与所述基板隔开的升高位置之间，在第一方向相对于所述基板移动所述组件传送机构，所述第一方向横向于所述基板的平面；以及

转动所述可转动的滚筒，使得当所述组件传送机构处于所述组件传送位置时，所述传送带上的所述子组件被定位在所述滚筒与所述基板之间。

根据本发明的又一方面，提供了燃料电池组件的条带，所述条带包括绕枢轴可转动地连接到第二子组件的第一子组件，其中所述第一子组件在下列位置之间绕所述枢轴是可转动的：

与所述条带的平面平行的第一位置；

离开所述条带的平面的第二位置；以及

与所述条带的平面平行并且不同于所述第一位置的第三位置。

第一子组件可以在第一位置在所述条带的平面中毗连于第二子组件。第一子组件可在第三位置重叠第二子组件。

燃料电池组件的条带还可以包括在第一子组件的第一横向边缘与第二子组件之间的柔性结合区。柔性结合区可以被配置成提供所述枢轴。

燃料电池组件的条带还可以包括与第一子组件的第二横向边缘相关联的可分离结合区。所述可分离结合区可被配置成将第一子组件可释放地附接至不同的第二子组件。

根据本发明的另一方面，提供了一种从燃料电池组件的条带组装燃料电池的方法，所述燃料电池组件的条带包括绕枢轴可转动地连接到第二子组件的第一子组件，所述方法包括：

在横向于所述条带的平面的第一方向向所述第一子组件施加第一力，以便使所述第一子组件从与所述条带的平面平行的第一位置移到离开所述条带的平面的第二位置；以及

在平行于所述条带的平面的第二方向向所述第一子组件施加第二力，以便使所述第一子组件从所述第二位置移到平行于所述条带的平面并且不同于所述第一位置的第三位置。

根据本发明的另一方面，提供一种用于从燃料电池组件的条带组装燃料电池的设备，所述设备包括：

第一力施加器，其被配置成在横向于所述条带的平面的第一方向向第一子组件施加第一力，以便使所述第一子组件从平行于所述条带的平面的第一位置移到离开所述条带的平面的第二位置；以及

第二力施加器，其被配置成在平行于所述条带的平面的第二方向向所述第一子组件施加第二力，以便使所述第一子组件从所述第二位置移到平行于所述条带的平面并且不同于所述第一位置的第三位置。

所述设备还可以包括被配置成将第一子组件的第二横向边缘从相邻的第二子组件分离的分离器。

第一力施加器可以是推杆。第二力施加器可以是滚筒。

根据本发明的另一方面，提供用于组装燃料电池的设备，所述设备包括：

输送机，其用于在与燃料电池组件的条带的纵向轴线平行的第一方向移动所述燃料电池组件的条带，以便使所述燃料电池组件的条带的子组件接收部定位在构建点；

组件应用机构，其用于在所述构建点将子组件应用到所述燃料电池组件的条带的所述子组件接收部的底面。

所述组件应用机构可以包括推杆，所述推杆被配置成将所述子组件从与所述燃料电池组件的条带隔开的第一位置移到所述子组件与所述燃料电池组件的条带的底面上的粘合表面接触的第二位置。

所述设备可以包括用于接收多个子组件的暗盒。所述组件应用机构可以被配置成向在所述暗盒中的底部子组件施加力，以便使在所述暗盒中的顶部子组件平移到第二位置。

所述组件应用机构可以被配置成向位于袋状带中的子组件施加力，以便使所述子组件平移到第二位置。所述组件应用机构可以包括推杆和用于对所述袋状带横向建立索引的机构。

所述设备还可以包括支撑块，其在与所述燃料电池组件的条带的上表面隔开的第一位置和毗连于所述燃料电池组件的条带的上表面的第二位置之间是可移动的，使得在第二位置的支撑块被配置成在所述子组件被应用于所述燃料电池组件的条带的底面时防止所述燃料电池组件的条带移动。

根据本发明的另一方面，提供一种组装燃料电池的方法，所述方法包括：

在与燃料电池组件的条带的纵向轴线平行的第一方向移动所述燃料电池组件的条带；以及

向所述燃料电池组件的条带的底面应用子组件。

还公开了燃料电池组件的另一条带。所述条带包括：

在第一方向隔开的多个燃料电池组件，所述多个燃料电池组件包括第一表面；

连接到所述多个燃料电池组件的支撑结构，所述支撑结构包括在毗连的燃料电池组件之间的两个横向折叠区，使得所述支撑结构是可折叠的，以便所述多个燃料电池组件的第一表面在折叠所述支撑结构时在相同方向面对。

所述多个燃料电池组件中的每个燃料电池组件可以被认为包括共同的第一表面。所述多个燃料电池组件的第一表面可以在所述条带的第一表面上。

在毗连的燃料电池组件之间的支撑结构的两个横向折叠区可以确保多个毗连燃料电池组件的第一表面在折叠所述支撑结构时在相同方向面对。

提供在折叠该支撑结构时能使所有电池在相同方向面对的所述支撑结构提供了简化制造燃料电池的方法。可避免堆内的各个燃料电池组件的单独定位。

所述燃料电池组件可以包括气体扩散层或膜电极组合件中的一个或多个。

所述支撑结构可释放地或可分离地连接到所述多个燃料电池组件。提供可释放或可分离的支撑材料允许更有效的制造方法，因为所述支撑可使用更便宜的牺牲材料来生产，并且不需要由与燃料电池相同的材料来制造。

所述燃料电池组件可以是大致平面的。

所述多个燃料电池组件可以包括多个燃料电池组合件和多个间隔组件。间隔组件可以设置在毗连的燃料电池组件之间。另选地，多个燃料电池组件可以包括多个燃料电池组合件和多个空隙。空隙可以设置在毗连的燃料电池组件之间。所述间隔组件、空隙和燃料电池组合件可以在第一方向是类似的长度。

多个燃料电池组件可以包括多个燃料电池组合件。所述支撑结构可以包括在毗连的燃料电池组合件之间的两个横向折叠区。

所述多个燃料电池组件每个可以包括与第一表面相对的第二表面。所述支撑结构可以是可折叠的，使得当折叠所述条带时，所述燃料电池组件的第一表面面向毗连燃料电池组件的第二表面。

所述支撑结构可以被连接到所述多个燃料电池组件的两侧。另选地，所述支撑结构可以被连接到所述多个燃料电池组件的仅一侧。

所述支撑结构可以包括至其所连接的燃料电池组件的电气连接。所述支撑结构可以包括索引结构。

所述多个燃料电池组件可以包括：按顺序在第一方向延伸的第一端板、多个燃料电池组合件和第二端板。

所述第一端板的第一表面可以是燃料电池堆的外表面。所述第二端板的第一表面可以是燃料电池堆的内表面。所述第一端板的第二表面可以是燃料电池堆的内表面。所述第二端板的第二表面可以是燃料电池堆的外表面。

所述支撑结构可以只包括在所述第一端板与所述多个燃料电池组合件之间的一个折叠区。所述支撑结构可以只包括在所述第二端板与所述多个燃料电池组合件之间的一个折叠区。

可以设置被配置成形成燃料电池组件的条带的装置。

还公开了一种组装燃料电池堆的方法，所述方法包括：

折叠根据任何前述权利要求的燃料电池组件的条带，以便使多个燃料电池组件定位在构建位置以形成燃料电池堆。

所述方法还可以包括在构建位置从所述多个燃料电池组件移除支撑结构的至少一部分。在构建位置从所述多个燃料电池组件移除支撑结构的至少一部分可以包括保留所述支撑结构的一部分，其包括连接到所述多个燃料电池组件的电气连接。

还公开了一种组装燃料电池堆的方法，所述方法包括：

将局部燃料电池组件的第一条带定位在局部燃料电池组件的第二条带上；以及

将所述局部燃料电池组件的第一条带和第二条带扇叠在一起以组装燃料电池堆。

此类方法提供了组装燃料电池堆的简单和方便的方法，因为可以避免在堆内单独定位各个燃料电池组件。

将所述局部燃料电池组件的第一条带和第二条带扇叠在一起可以包括将在第一条带的第一区域中的局部燃料电池组件定位成与在第二条带的对应区域中的局部燃料电池组件毗连，以便限定完整的燃料电池。因此，各个燃料电池可以可靠和一致地在燃料电池堆内被构造。

局部燃料电池组件的一个条带或两个条带可以包括支撑结构。此类支撑结构可以包括在毗连的局部燃料电池组件之间的两个横向折叠区。间隔元件可以被定位在位于毗连的局部燃料电池组件之间的两个横向折叠区之间。将局部燃料电池组件的第一条带和第二条带扇叠在一起的步骤可以包括促使第一条带和第二条带的所述局部燃料电池组件通过所述间隔元件彼此接触。提供此类间隔元件可以提供简化的组装方法，因为当折叠时，第一条带中的局部燃料电池组件可以在两侧上毗连于第二条带中的局部燃料电池组件，并且反之亦然。

还公开了一种燃料电池堆，所述燃料电池堆包括：

局部燃料电池组件的第一条带；以及

局部燃料电池组件的第二条带；

其中所述局部燃料电池组件的第一条带和第二条带在扇叠的取向上一个定位在另一个上面，以便限定所述燃料电池堆。

在第一条带的第一区域中的局部燃料电池组件可以被定位成与在第二条带的对应区域中的局部燃料电池组件毗连，以便限定完整的燃料电池。

局部燃料电池组件的第一条带可以包括连接到所述局部燃料电池组件的支撑结构。另外或另选地，局部燃料电池组件的第二条带可以包括连接到所述局部燃料电池组件的支撑结构。

所述支撑结构中的一个或两个可以包括在毗连的局部燃料电池组件之间的两个横向折叠区。间隔元件可以被定位在位于毗连的局部燃料电池组件之间的两个横向折叠区之间。间隔元件可以包括开口，所述开口被配置成允许所述组件通过所述条带的厚度彼此接触。因此，组件在条带上的简化布置可以被用作间隔元件，所述间隔元件可确保当折叠条带时，第一条带中的局部燃料电池组件在两侧上毗连于第二条带中的局部燃料电池组件，并且反之亦然。

例如，第一条带中的局部燃料电池组件的一侧可直接毗连于第二条带，并且第一条带中的局部燃料电池组件的另一侧可以通过所述间隔元件中的开口暴露于第二条带。

局部燃料电池组件的第一条带和/或第二条带可以包括一个或多个导电轨，其用于提供从燃料电池堆的外部至堆中的一个或多个燃料电池的电气连接。所述导电轨可以与本文公开的任何支撑结构相关联。所述一个或多个导电轨可沿所述条带的长度的方向延伸。所述多个导电轨可以每个具有节点，所述节点的一端用于外部连接，并且另一端可以被连接到燃料电池。不同的导电轨可以被连接到燃料电池堆中的不同燃料电池，并且通过关联的节点可单独寻址。多个节点可以位于所述条带的相同端，可选地在外部连接器框架上。

第一条带和第二条带的局部燃料电池组件可以共同包括下列中的一个或多个：第一电极；膜、第二电极、阴极气体扩散层(其可以统称为4层膜电极组合件)、索引结构(其可包括第一索引结构和第二索引结构)、垫片、垫圈、阳极气体扩散层和双极板。

第一条带的局部燃料电池组件可以包括下列中的一个或多个：第一电极；膜、第二电极、阴极气体扩散层(其可以统称为4层膜电极组合件)、第一索引结构和第二索引结构。第二条带的局部燃料电池组件可以包括下列中的一个或多个：垫片、垫圈、阳极气体扩散层和双极板。

第二条带可包括在一端的集电器板以及在另一端的外部连接器框架。被电连接到集电器板的节点可以被设置在外部连接器框架上。所述节点可用于至燃料电池堆的外部连接。

可以参照附图更好理解本发明的实施例，在附图中：

图1a和1b示出用于制造燃料电池的过程；

图2示出包括多个燃料电池的条带的示意图；

图3示出折叠条带的示意图的三个侧视图；

图4a和图4b示出条带和载体的示意图；

图5a和图5b示出条带和壳体的示意图；

图6a示出燃料电池生产线的一部分的示意图；

图6b示出图6a的燃料电池生产线的一部分的替代示意图；

图6c示出另一燃料电池生产线的一部分的示意图；

图7示出组装燃料电池堆的一种方法；

图8示出组装燃料电池堆的另一种方法；

图9示出组装燃料电池堆的另外一种方法；

图10a至图10e示出燃料电池组件的条带和用于从条带组装燃料电池的设备；

图11a至图11e示意地示出用于将燃料电池子组件传送至基板的组件传送机构的操作；

图12示出使用组件传送机构将燃料电池子组件传送至基板的另外一种方法；

图13示出从燃料电池组件的条带组装燃料电池的一种方法；以及

图14示出组装燃料电池的一种方法。

图1a和图1b示意地示出用于制造燃料电池的过程100。图1用于描述如何提供支撑结构，当燃料电池的条带被折叠使得燃料电池形成堆时，该支撑结构允许从在相同方向对准的燃料电池的条带构造成燃料电池堆。

图1被分解为若干占用的框架102、108、112、116、120、124。占用的框架102、108、112、116、120、124示出用于形成燃料电池的连续操作。占用的框架102、108、112、116、120、124中的每个通过空框架103、109、113、117、121彼此隔开。空框架将关于图2进一步详细讨论。

在每个占用的框架102、108、112、116、120、124中，燃料电池被示出，使得电池在电池平面中具有左侧边缘105和右侧边缘107。为了清楚起见，图1中的各占用框架102、108、112、116、120、124中的等效特征只在首次讨论的框架中标明。

在第一框架102中，示出双极板104。双极板104可以是按压板。双极板104是大致平面的。双极板104具有邻近于它的每一个拐角的焊接点106。两个焊接点106定位在双极板104的左侧边缘105上，并且两个焊接点106定位在双极板104的右侧边缘107上。焊接点106被配置成使用点焊技术焊接到单独的支撑结构诸如索引轨。另选地，所述支撑结构可以被配置成夹在“焊接点”上。因此，术语“焊接点”应被广义解释为包含经构造可分离或可拆卸或地耦接于另外结构的任何部位。“焊接点”也可被称为“连接点”。

在第二框架108中，双极板104已被焊接到沿双极板104的左侧边缘105的长度延伸的左侧索引结构110a和在第一方向沿双极板104的右侧边缘107的长度延伸的右侧索引结构110b。第一方向通常与双极板104的侧边缘105、107以及索引结构110a、110b的轴线方向平行。

左侧和右侧索引结构110a和110b是可用于将多个燃料电池耦接在一起的支撑结构的示例。除了支撑能力以外，索引结构可以提供使燃料电池及它们的组件能够对准的另外益处。左侧索引结构110a在双极板104的左侧边缘105上的焊接点106处可分离地或可释放地连接到双极板104。右侧索引结构110b在双极板104的右侧边缘107上的焊接点106处可分离地或可释放地连接到双极板104。

索引结构110a、110b被配置成在第一方向限定多个燃料电池组件中的一个的位置。索引结构允许制造设备更容易更可再现地和/或更可靠地跟踪燃料电池组件的位置，因此可以保持组件之间的正确间隔。因此，提供索引结构允许通过减轻与燃料电池堆内的各板定位相关联的一些困难来改进自动化处理燃料电池板。

索引结构110a、110b包括多个缺口或孔，其用于与索引器(未在附图中示出)接合以限定多个燃料电池组件中的一个的位置。制造设备可包括电子照相机以及图像识别软件，以便识别索引结构110a、110b的位置和燃料电池组件诸如双极板104的相对位置。此类布置可以提供用于制造燃料电池或燃料电池堆的更便宜、更快速和/或更精确的过程。

在图1所示的示例中，索引结构110a、110b可用于提供参考支撑结构自动化识别燃料电池组件的位置。因此，索引材料可以用来简化燃料电池的构造，或改进构造燃料电池的自动化技术的性能。将在下面参考图2进一步描述索引结构在燃料电池堆的改进形成中的使用。

索引结构110a、110b可以由与双极板104的材料类型不同的材料形成。就是说，索引结构110a、110b由与双极板104的材料类型不同的材料专门形成/制成(仅由与双极板104的材料类型不同的材料组成)。例如，索引结构110a、110b可由软钢或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)形成。提供与双极板104的材料类型不同的索引结构110a、110b可降低在双极板104的制造中使用的材料的成本。事实上，额外索引结构110a、110b的添加成本通过适当选择材料可以是不明显的。索引结构110a、110b可以由比双极板104成本更低的材料制成，因为它可以有较少的严格要求诸如电导特性。

另选地，在一些应用中，左侧和右侧索引结构110a、110b彼此是相同的或至少由彼此相同的材料制成可能是方便的，以便进一步降低制造的复杂性。

在第三框架112中，成型工艺用于围绕双极板104的末端应用液体注塑(LIM)密封114。成型工艺允许聚合物被应用到超出模盘的模具延伸的金属基板，同时避免聚合物密封材料的不必要挤压。

在第四框架116中，冲切工艺用于形成子垫圈118，并且层压技术用于将子垫圈118应用到双极板104。

在第五框架120中，阳极气体扩散层122被放置在双极板104表面上的子垫圈118内，并使用层压技术键合到位。焊接、键合或保持手段诸如粘合剂的使用是合适键合方法的示例。

最后，第六框架124，即四层的燃料电池膜叠层126被应用并键合在阳极气体扩散层和子垫圈上面。四层电池膜126包括下列层：第一电极；膜、第二电极；以及阴极气体扩散层。在第六框架124中示出的子组件的布置被称为燃料电池。此类燃料电池可以被定位在其他燃料电池的顶部上以提供燃料电池堆。

应当从以下描述理解到在图1的第六框架124中示出的燃料电池可以由局部燃料电池组件的多于一个条带提供。

图2示出条带200，其包括类似于在图1b的最后框架中示出的燃料电池的三个燃料电池202a、202b、202c。条带200的三个视图被示为：俯视图201(类似于图1中的视图)；延伸侧视图203；以及折叠侧视图205。

从俯视图201可以看出，燃料电池202a、202b、202c全部被可分离焊接到左侧支撑结构210a和右侧索引结构210b。左侧索引结构210a和右侧索引结构210b类似于由图1所示的工艺所应用的索引结构。索引结构210a、210b是支撑结构的示例。应当理解，支撑结构可以被设置成不包括索引材料。

条带200包括一连串的占用框架和空框架。占用框架每个包括燃料电池202a、202b、202c。燃料电池202a、202b、202c由燃料电池组件组成。燃料电池202a、202b、202c在第一方向间隔开。索引结构210a、210b在第一方向延伸并连接多个燃料电池202a、202b、202c。多个燃料电池202a、202b、202c包括当燃料电池202a、202b、202c的条带平放时在相同方向面对的第一表面。

空框架204a、204b不包括燃料电池202a、202b、202c，但可以被认为包括索引结构210a、210b，因为索引结构在第一方向毗连于燃料电池202a、202b、202c和空隙延伸，该空隙构成空框架204a、204b。在占用框架中的索引结构210a、210b的长度类似于在空框架204a、204b中的索引结构210a、210b的长度。

在延伸侧视图203中，可以看到燃料电池202a、202b、202c中的每个的阳极侧和燃料电池202a、202b、202c中的每个的阴极侧在燃料电池202a、202b、202c的相应第一表面206和第二表面208上。燃料电池的该布置不同于图1所示的示例，在该图中，阳极和阴极气体扩散层被设置在双极板的单侧上。应当理解，本文所述的组件的工艺和条带可以无关于每个单独燃料电池是如何构造的来实施。

如在俯视图201和延伸侧视图203看到，折叠线212被叠加在条带200上。折叠线212被定位在占用框架和空框架的交点；折叠线212表示在毗连燃料电池202a、202b、202c与空框架204a、204b之间的横向折叠区。索引结构210a、210b包括在毗连燃料电池202a、202b、202c之间的两个横向折叠区。包括在毗连燃料电池组件202a、202b、202c之间的两个横向折叠区212的支撑结构210a、210b意味着该支撑结构是可折叠的，使得当折叠条带200时，多个燃料电池组件的第一表面在相同方向面对。

在折叠侧视图205中，条带200被扇叠以便形成电池堆。从折叠侧视图205可以看出，通过在燃料电池202a、202b、202c之间提供空框架204a、204b，当折叠索引结构时，多个燃料电池202a、202b、202c的第一表面206在相同方向面对。类似地，当折叠索引结构时，燃料电池202a、202b、202c的第二表面208也在相同方向面对。因为电池的阳极和阴极侧的取向因此对于所有板相同，所以可采用形成堆的简化构造方法，因为所有的板容易对准。

在一些示例中，燃料电池202被连接到仅一个支撑或索引结构210a、210b。就是说，电池202的仅一侧可以被连接到支撑或索引结构。在一些示例中，提供一种条带，其中在两个索引结构210a、210b之间的每个框架具有燃料电池202。就是说，初始没有空框架。燃料电池的条带可以然后被分成两个条带，其中每个条带包括支撑结构210a、210b和交替燃料电池202中的一个。因此，两个条带中的每个条带在已经被是其他条带的一部分的燃料电池202腾出的空间中具有交替空框架。

图3示出折叠条带300的三个侧视图。扇叠侧视图301示出与图2的折叠侧视图205所示的布置相同的布置。第二视图303示出在压缩下形成燃料电池堆的折叠条带。第三视图305示出用连杆306固定的燃料电池堆。

在第二视图303中，提供第一端板组合件302和第二端板组合件304。第一端板组合件302与顶部燃料电池的第一表面接触。第二端板组合件304与底部燃料电池的第二表面接触。除了第二视图303所示的特征以外，材料的绝缘体框架可以被设置在条带300的相应端部以分隔并提供燃料电池与端板302、304之间的电绝缘。绝缘体框架可以由支撑结构提供。就是说，支撑结构可以被保留在最后的燃料电池堆中并在燃料电池的条带300的相应端部延伸，以形成条带300与端板302、304之间的绝缘层。另选地，绝缘体框架可以由在该片材上的焊接点被连接到支撑结构的尼龙片材来提供。

在第二视图303中，外部压缩以垂直于所述堆的燃料电池的平面的方向施加，以便使燃料电池之间的密封件和垫圈正常工作。

在第三视图305中，连杆306已被用于固定压缩中的堆。因此不再需要外部压缩力。在生产燃料电池堆的这个阶段，索引结构可以被移除。另选地，索引结构可以在压缩之前或压缩期间被移除。该移除可以通过例如熔化或切割将燃料电池链接到索引结构的焊接处来实现。可以采用激光修整过程以将链接双极板和索引条带的焊接处分离。然而在一些实施例中，一些或所有索引材料可以被保留在最终产品中，并且不从燃料电池分离。所保留的索引材料可以被用于向电池提供另外特征，这在图4和图5所提供的示例中是显而易见的。

在本发明的一些实施例中，载体可以用于承载燃料电池中的至少一些子组件。载体的使用可以简化包括多个结构的燃料电池的制造。载体和索引结构的组合可通过自动系统进一步改进组件放置的再现性并能提高生产速度。

图4a和图4b示出燃料电池子组件的条带400a、400b和载体401a、401b。载体401a、401b在条带401a、401b被扇叠形成燃料电池堆之前被安置在条带400a、400b上面。因此，燃料电池堆在通过燃料电池子组件的厚度的方向交替包括条带400a、400b的区域和载体401a、401b的区域。

燃料电池子组件的条带400a、400b是局部燃料电池组件的第一条带的示例。载体401a、401b是局部燃料电池组件的第二条带的示例。应当从以下描述理解条带400a、400b和载体401a、401b可以被定位成一个在另一个之上，并然后扇叠在一起以便组装燃料电池堆。

示出条带400a、400b和载体401a、401b的两个视图。在图4a所示的视图中，四层膜电极组合件402a(类似于图1的四层膜电极组合件)被示出与载体401a分隔。而且，阳极气体扩散层404a被示为与图4a中的条带400a分隔。在图4b中，四层膜电极组合件402b被层压到载体401b上，并且阳极气体扩散层(GDL)404b被层压到条带400b上。除了这些细节以外，载体401a、401b和条带400a、400b的结构与图4a和图4b中类似。载体401b和条带400b的特征在下面参考图4b进一步详细讨论。

条带400b包括多个局部燃料电池406，每个局部燃料电池包括多个子组件，在本示例中，所述多个子组件包括垫片和垫圈、阳极气体扩散层和双极板。局部燃料电池406的构造类似于在图1的第五框架中示出的燃料电池。

间隔元件408被设置在毗连局部燃料电池406之间。间隔元件408被定位在位于毗连局部燃料电池组件406之间的两个横向折叠区之间。就是说，局部燃料电池406和间隔元件408沿着所述条带的长度交替。每个间隔元件408具有开口，所述开口允许组件通过所述条带的厚度彼此接触。因此，组件在条带上的简化布置可以被用作间隔元件408，所述间隔元件408可确保第一条带400b中的每个局部燃料电池组件毗连于在载体401b中的各燃料电池组件，并且反之亦然。

在一些实施例中，间隔元件408限定局部燃料电池406之间的间隙或空隙。就是说，间隔元件408可以不包括燃料电池的任何组件。在其他实施例中，包括用于呼吸空气的燃料电池堆的那些间隔元件，间隔元件408可以包括在一起的阴极垫片和第二阴极垫圈(可选地，设有粘合剂)，当条带400b被折叠起来时，所述阴极垫片和第二阴极垫圈形成密封件以限定燃料电池堆。就是说，间隔元件408可包括燃料电池的组件，并且因此可以被认为是局部燃料电池组件。

间隔元件408具有与局部燃料电池406类似的尺寸，并且可以从与板件/垫片和垫圈400a、400b、索引结构或任何燃料电池子组件相同的材料片材形成。间隔元件408和局部燃料电池406的至少一部分可以从连续层压材料制成，所述连续层压材料以限定间隔元件408和局部燃料电池406两者的部分的形式形成轮廓。

局部燃料电池406中的每个在燃料电池406与间隔元件408的交点沿折线连接到毗连的间隔元件408。因此，两条折线设置在毗连的燃料电池组件之间。在一些示例中，间隔元件本身可以包括燃料电池组件。在此类示例中，间隔元件和局部燃料电池不包括公共组件。因此，公共组件不设置在所述条带的毗连框架中。

折线可以被认为经过折叠区407。在本示例中，折叠区407通过切除燃料电池406与间隔元件408之间的大部分材料来提供。折叠区407的位置可以使用索引材料(未示出)来定位，所述索引材料可以被设置在条带400a、400b或载体401a、401b上并沿条带400、400b的长度垂直于第一方向延伸。两个耦接部409被设置在毗连的燃料电池406与间隔元件408之间。耦接部409可以被认为执行垫片的功能。

另选地，所述折叠区可以包括结合燃料电池406和间隔元件408的弱化材料的区域。可被称为“铰链”的此类结合可以被设计成经受反复折叠和展开步骤，其足以承受用于扇叠的板件堆叠。弱化材料的线可以通过一系列穿孔来提供。

载体401b包括四层膜电极组合件402b、在四层膜电极组合件402b的第一侧下面的第一索引结构410，以及在四层膜电极组合件402b的第二侧下面的第二索引结构412。应当理解，条带400a、400b和载体401a、401b中的任一个或两者可以被认为提供所述索引结构。

在条带400b的第一区中的局部燃料电池组件被定位毗连于在载体401b的对应区中的局部燃料电池组件，以便限定完整的燃料电池。就是说，当条带400b紧靠载体401b定位并被扇叠以限定堆时，提供完整的燃料电池。条带400b的第一区可被认为是在毗连折线之间的组件(例如，在图4b中的燃料电池406)，或者它可被认为是在折线的任一侧上的组件(例如，图4b中的燃料电池406和间隔元件408)。

膜电极组合件(MEA)402b被固定就位在载体材料上并通过空隙414与其他MEA 402b隔开。空隙414是间隔元件的示例。应当理解，在载体401b中的空隙414不必对准在条带400b中的间隔元件408。

索引结构410、412每个包括彼此绝缘的多个导电轨416。导电轨416每个与电池的任一阳极或阴极侧电接触，以促进(i)监测电池性能或(ii)提供集电。导电轨416中的每个沿索引结构410、412中的一个的相应长度延伸。当导电轨416被组装到堆中时，所述导电轨可用于吸取燃料电池的电流。应当理解，在替代实施例中，一个或多个或所有的燃料电池可共享导电轨。

图5a和图5b示出燃料电池壳体502a、502b和燃料电池506的条带504，燃料电池506具有与由图4中的条带和载体的组合形成的结构的类似性。除了图4的条带和载体的特征以外，图5的条带504包括集电器板514、外部连接器框架520和绝缘体框架522。在本示例中，壳体的基部502a包括第一端板并且壳体的顶部502b包括第二端板。

燃料电池506的条带504的第一绝缘框架508已经被放置在壳体502a的基部中。燃料电池堆可以通过沿将燃料电池504和空框架512隔开的横向折线510折叠燃料电池506、507的条带504来形成。空框架512是间隔元件的示例。横向折线510被设置在空框架512中的每个的末端。一旦燃料电池506、507全部在基部502a内，则壳体502b的盖子可被放置在折叠燃料电池的顶部上以便完成燃料电池堆。

图5的条带504在若干方面与图4所示的条带不同。例如，集电器板514被设置在条带504的第一绝缘框上，并且外部连接器框架被设置在条带504的另一端。导电板514通过第一绝缘框架508与设置在壳体的基部502a中的第一端板绝缘。集电器板514被耦接至导电轨516，所述导电轨沿支撑结构518延伸，所述支撑结构延伸至在条带502另一端的外部连接器框架520。燃料电池506也被耦接至类似的导电轨516用于电流监测。导电轨516在外部连接器框架520上的节点518终止。集电器板514、导电轨516和节点518可以包括材料诸如铜。如从图5b可以看出，当构造堆时，节点518被露出用于外部连接。

最接近将形成堆顶部的条带502的一部分的燃料电池507可被称为顶部燃料电池507。顶部燃料电池507毗连于可选的间隔元件(空框架)512。间隔元件512毗连于包括电绝缘材料的绝缘体框架522。当折叠所述堆时，绝缘体框架522将形成第二端板的盖子502b与顶部燃料电池507隔开。绝缘体框架522通过端部间隔元件513与外部连接器框架520隔开。然而，端部间隔元件513的功能不同于间隔元件512的其余部分的功能；在端部间隔元件513的末端处的横向折叠每个相对于毗连的框架520、522折叠90度。端部间隔元件513允许连接器框架520被定位在第二端板的外部上，该第二端板被构造到壳体502b顶部中。当折叠条带时，图5a所示的绝缘体框架522的表面不会在与连接器框架520的表面相同的方向面对。

图5b示出在图5a中看到的条带504的扇叠图。为了清晰起见，在通过所述堆的方向的距离被放大。当折叠条带504时，在毗连的燃料电池506与空框架512的载体部分之间的角度接近180度(其中，相比于燃料电池的宽度，其厚度较小)。

压力垫524可以被设置在与上方设置导电节点518的表面相对的连接器框架520的表面上。压力垫524可以在设置在壳体顶部502b中的第二端板与连接器框架520之间提供压力吸收层。提供压力垫524可以防止当向燃料电池堆施加压缩力时对所述堆的损坏，并可提供柔顺性以及最大化或增加导电表面之间的接触。需要压缩力526经由压缩所述堆内各种燃料电池506、507的电池和垫圈以接合和密封，并能最终组装所述堆，这在本领域中是众所周知的。

图6a示出用于组装燃料电池的设备，所述设备可以是用于燃料电池堆602的生产线600的一部分。生产线600包括输送机604，其可以是传送带，所述输送机用于在与燃料电池组件的条带的纵向轴线平行的第一方向移动燃料电池的条带，以便使所述条带的子组件接收部定位在构建点。只有燃料电池组件的条带的支撑结构606在图6a的侧视图中示出。第一方向在图6a中以箭头603示意地示出，并且在所述燃料电池的条带经过所述设备时在所述条带的平面中。在本示例中，第一方向是水平的。

输送机604可以具有索引器(未示出)，其被配置成与支撑结构606上的索引相互作用，所述支撑结构作为燃料电池子组件与多个燃料电池相关联。该索引器可以在第一方向移动燃料电池组件的条带，以便使条带的子组件接收部定位在构建点。例如，输送机604可以只和支撑结构606的侧边缘接合。支撑结构606包括若干框架。

在本示例中，所述设备还包括第一组件应用机构(其可以被称为底部应用机构608)并可选包括第二组件应用机构(其可以被称为顶部应用机构610)。底部应用机构608被配置成在构建点将子组件/结构诸如歧管密封件应用到条带的子组件接收部的底面。顶部应用机构610可以将燃料电池子组件放置在燃料电池组件的条带的顶部上，以便在支撑结构606的框架中形成完整的燃料电池612。应当理解，在一些示例中，可以只需要一个应用机构。

在本示例中，底部应用机构608包括推杆609，所述推杆被配置成将子组件611从在第二方向与燃料电池组件的条带隔开的第一位置移到子组件611与燃料电池组件的条带底面上的粘合表面(未示出)接触的第二位置。第二方向605在图6a中以箭头605示出并横向于第一方向603。

在本实施例中，底部应用机构608还包括暗盒611，在所述暗盒中堆叠多个子组件611，其用于在燃料电池组件经过暗盒611的顶部时定位在所述燃料电池组件的条带上。对于条带上的每个预期位置，推杆609向上延伸，以便使力施加到暗盒中的底部子组件，由此将该暗盒中的顶部子组件平移到抵靠该条带的第二位置，使得该条带上的粘合剂可以将子组件611结合到该条带。推杆609然后可以缩回，使得来自暗盒中的堆顶部的第二子组件611可以从已被结合到条带的子组件移开。因此，该条带可以方便地建立索引，而无需接合该暗盒中的下一个子组件611。

被底部应用机构应用的子组件611可以是一个或多个歧管密封件、波纹阴极板或任何其他组件，在一些示例中，是相对刚性的组件诸如金属组件。

使用此类底部应用机构可避免需要燃料电池组件的条带的抓放处理，这在条带具有可被此类抓放操作损坏的精密组件的示例中可以是特别有利的。同样有益的是，可以保持燃料电池组件的条带和子组件611的位置的控制，使得可以实现更精确组装的燃料电池堆。

图6b示出从与燃料电池组件的条带接合的图6a的底部应用机构的下面的视图。在图6b中的顶视图示出在与燃料电池组件的条带的子组件接收部632隔开的第一位置处的子组件631。图6b中的底视图示出子组件631已通过推杆639被移到第二位置。在第二位置，子组件631与燃料电池组件的条带的子组件接收部632的底面上的粘合表面(未示出)接触。

还在图6b中示出的是支撑块633，该支撑块也可在第一位置(如顶视图所示)与第二位置(如底视图所示)之间移动。支撑块633用于防止在子组件从下面向燃料电池组件的条带应用时燃料电池组件的条带移动。在第一位置，支撑块633与燃料电池组件的条带的上表面隔开。在第二位置，支撑块633毗连于该条带的上表面。使用此类支撑块能在条带的底面与子组件631之间提供更好的粘合，因为可以向两个组件施加更大的压缩力。

图6c示出包括底部应用机构的替代组装设备，该设备在本示例中是推杆658。在本示例中，代替如图6a和6b中的在暗盒中设置的子组件，子组件651被提供到第二位置用于通过预制袋状带660结合到燃料电池组件652的条带。当所述带用子组件651载入时，其在图6c中用参考标号660’标记，并在子组件651已被移除后，用参考标号660”标记。此类袋状带660在本领域是已知的，并且可以是有利的，因为它可以用来精确对准子组件用于随后的粘合拾取。

在图6c中，组件应用机构设置用于将子组件651(在图6c中最远留下的四个子组件651在第一位置)从与燃料电池组件的条带隔开的第一位置移到子组件651(在图6c中在推杆658上面的子组件651)与燃料电池组件652的条带的底面接触的第二位置。在本示例中的组件应用机构包括如上所述的推杆658以及用于将袋状带660从左到右横向建立索引的机构两者。另选地，该机构可以被视为只是推杆658，使得当子组件651在推杆658与条带652之间时但是在推杆658已将该子组件651移至与条带652接触之前，该子组件651在第一位置。无论哪种方式，该组件应用机构被配置成向位于袋状带中的子组件施加力，以便使该子组件平移到第二位置。

在图6c中还示出的是可选的盖带661，在该盖带被平移至推杆658时，其可以将子组件保持在袋状带660中的预期位置。在关联的子组件651被放入第二位置用于结合至条带652之前，盖带663可以被卷动在卷带轴663上。

先前描述的生产线600和燃料电池组件的条带的特征的组合减少了构建燃料电池堆所需的物理空间，能提供显著量的自动化，并可改进燃料电池堆的构造的再现性和精确性。

输送机604可以将由应用机构608、610形成的燃料电池612安置到壳体614中。燃料电池612可以通过壳体614中的自对准过程来对准，使得燃料电池中的每个的第一表面正确对准。在所述堆中燃料电池中的每个的第一表面以与当燃料电池被平放在条带中时燃料电池的第一表面的方向相同的方向面对。

应当理解，本文描述的实施例的任何特征可以与可实践如此做的任何其他实施例的一个特征或多个特征组合。例如，图6的生产线可以使用局部燃料电池组件的多个条带，诸如图5所示的两个条带。

图7示出组装燃料电池堆的一种方法。该方法包括第一步骤701：折叠燃料电池组件的条带以便使多个燃料电池组件定位在构建位置。该方法还包括可选的第二步骤702：在构建位置从所述多个燃料电池组件移除支撑结构的至少一部分。在构建位置从所述多个燃料电池组件移除支撑结构的至少一部分可以包括第三步骤703：留下连接至所述多个燃料电池组件的支撑结构的一部分。所述支撑结构的剩余部分可以提供至所述堆的电气连接。因此，支撑结构既可以在构造燃料电池堆期间保持燃料电池组件又可以提供至所述堆的电气连接。

图8示出组装燃料电池堆的一种方法。该方法包括第一步骤801：对包括索引结构的燃料电池组件的条带建立索引，以便使燃料电池组件定位在构建位置。使用该索引结构允许组装燃料电池堆的简化方法。使用该索引结构还可以允许燃料电池堆组件在构建位置的更精确或可再现的放置。

该方法还包括可选的第二步骤802：在构建位置从所述燃料电池组件移除索引结构。

该方法还可以包括第三步骤803和第四步骤804。燃料电池堆的索引结构可以包括在毗连的燃料电池组件之间的横向折叠区。在第三步骤803，可在横向折叠区折叠索引结构，以便使多个燃料电池组件定位在构建位置。在第四步骤804，可以在构建位置从多个燃料电池组件移除索引结构。移除该索引结构可以允许减小燃料电池堆的最终尺寸。

图9示出组装燃料电池堆的一种方法。该方法包括第一步骤901：将局部燃料电池组件的第一条带定位在该局部燃料电池组件的第二条带上面。第一条带和第二条带可以一起限定多个燃料电池。

该方法在步骤902继续将所述局部燃料电池组件的第一条带和第二条带扇叠在一起以便组装燃料电池堆。

图9的方法提供一种组装燃料电池堆的方便、精确和可再现的手段。

图10a至图10e示出燃料电池组件1000的条带和用于从燃料电池组件1000的条带组装燃料电池的设备。具体地，条带1000包括绕枢轴1006可转动地连接到第二子组件1004的第一子组件1002。第一子组件1002在第一位置、第二位置与第三位置之间可绕枢轴1006移动，第一位置平行于条带的平面(如图10a和图10b所示)，第二位置离开条带的平面(如图10c所示)，第三位置平行于条带的平面并且不同于第一位置(如图10d和图10e所示)。因此，燃料电池可以方便地通过将第一子组件1002折叠返回到第二组件1004上来组装，如下所述。

图10a示出燃料电池组件1000的条带。条带100包括沿条带1000的长度交替设置的第一子组件1002和第二子组件1004。在本示例中，条带1000还包括直接耦接于第二子组件1004中的每个的支撑结构1008。每个第一子组件1002沿第一横向边缘1007可转动地连接到毗连的第二子组件1004。横向边缘是横向于条带1000的纵向方向的边缘。通过从第一横向边缘1007延伸的柔性结合部1011，第一子组件1002可以可转动地连接到毗连的第二子组件1004。因此，结合部1011限定枢轴1006。结合部1011可以在机械上比第一子组件和第二子组件的毗连部更弱。在一个示例中，结合部可以是与第一子组件1002和第二子组件1004相比厚度减小的区域，例如它们可被刻痕以支持第一子组件1002相对于第二子组件的转动。

可选地，第一子组件1002中的一个或多个可沿第二横向边缘1009可释放地连接到毗连的第二子组件1004。第二横向边缘1009与第一横向边缘1007相对。第一横向边缘1007在图10a中被标记为折线。第二横向边缘1009在图10a中被标记为剪切线，如从下面图10c的描述所理解的。

第一横向边缘1007是第一子组件1002在条带1000相对于用于组装燃料电池的设备的行进方向上的后缘，如将在下面所描述的。类似地，第二横向边缘1009是第一子组件1002的前缘。

第一子组件1002在图10a中被示为在第一位置，其中，它们平行于条带1000的平面，并且它们中的每个还在条带1000的平面中的方向与毗连的第二子组件1004隔开。当第一子组件1002在第一位置时，它们可被方便地定位用于传送条带1000。而且，使用已知的技术在第一位置用第一子组件1002直接制造条带1000可以是方便的。

图10b示出用于从图10a所示的燃料电池组件1000的条带组装燃料电池的设备。条带1000在处于条带1000的平面中并与条带1112的纵向轴线平行的方向穿过该设备，该纵向轴线如图10b中的箭头1013所示。

该设备包括第一力施加器，在本示例中，第一力施加器是推杆1012。推杆1012被配置成在横向于条带1000的平面的第一方向1016向第一子组件1002施加第一力，以便绕枢轴1006将第一子组件1002从其平行于条带1012的平面的第一位置(如图10b所示)移到其离开条带1012的平面的第二位置(如图10c所示)。图10b所示的推杆1012在向上的方向向第一子组件1002的下表面施加力，所述向上的方向是横向于条带1002的平面的方向的示例。所述下表面可以被称为第一子组件的接合表面。因此，第一子组件1002绕第二子组件1004转动，使得其离开条带1000的平面延伸，如图10c所示。应当理解，在其他示例中，第一力施加器可以是将第一子组件1002从其第一位置拉到其第二位置的组件。

在本示例中，该设备还包括分离器1016，分离器1016被配置成在第一子组件1002从其第一位置移到其第二位置之前，将第一子组件1002的第二横向边缘1009从相邻的第二子组件1004分离。如图10b和图10c所示，分离器1016在横向于条带1000的平面的方向是可移动的，以便机械地分离两个子组件之间的可分离结合区1022，但应当理解，可以使用任何其他分离器。在一些示例中，可以不需要独立的分离器，因为推杆1012的动作可以导致与第一子组件1002的第二横向边缘1003相关联的任何可分离结合区1022被损坏。

图10c示出在第二位置的第一子组件1002，其第二横向边缘1009与条带1000的平面隔开。在本示例中，推杆1012穿过条带中的孔口，该孔口通过第一子组件1002从第一位置到第二位置的位移产生。因此，第一子组件1002的下表面/接合表面或第二横向边缘1009被暴露用于随后的组装操作，该组装操作在平行于条带1000的平面的第二方向1018向第一子组件1002施加第二力，以便使第一子组件1002从第二位置移到平行于条带1000的平面的第三位置。第三位置不同于第一位置。这个随后的组装操作由第二力施加器执行，在本示例中，第二力施加器是一对滚筒1014。应当从以下描述理解，第二位置是允许第二力施加器将第一子组件从第二位置移到第三位置的任何位置。

图10d示出从图10c所示的位置移向并穿过滚筒1014的条带1000。因此，第二方向1018上的第二力已经由上滚筒1014施加到最右边的第一子组件1002，以便使其移到第三位置。在第三位置，第一子组件1002平行于条带1000的平面，并在第一位置覆于毗连其第一横向边缘1007的第二子组件1004。因此，当第一子组件1002和第二子组件1004在如图10a所示的第一位置时，它们不再在条带1000的平面中隔开。

使用一个或多个滚筒1014可以是有利的，因为它使得第一子组件1002逐渐放在第二子组件1004上，这可以提供逐渐的浸湿或逐渐的剥离。就是说，滚筒1014的转动可用于随着增加的接触面积在来自第一子组件1002的横向边缘的第二方向1018增长，逐渐增加第一子组件1002和第二子组件1004之间的接触面积。这可以减小子组件1002、1004之间产生任何气泡的可能性，因为在逐渐放下第一子组件1002时，所述气泡应该被推出。类似地，可以减小在第一子组件1002中形成任何皱褶的可能性。

图10e示出条带1000，其中在该条带1000中的所有第一子组件1002已经移到它们的第三位置。在一些示例中，通过第一子组件和第二子组件的每次组合，可以提供完整的燃料电池，如图10e所示。

图11a至图11e示意地示出用于将燃料电池子组件1110传送到基板的组件传送机构1100的操作，在本示例中，所述基板是燃料电池组件1112的条带。组件传送机构1100包括可转动的滚筒1102和传送带1104，传送带1104绕过滚筒1102并以张力保持，使得滚筒11102的转动产生传送带1104的移动。传送带1104限定用于接触滚筒1102的内表面1106和相对的外表面1108。传送带1104的外表面1108被配置成承载用于放置在燃料电池组件1112的条带上的燃料电池子组件1110。子组件1110可以通过粘合剂可释放地附接至传送带1104。

在本示例中，子组件1110是层压层，所述层压层包括气体扩散层(GDL)、第一催化剂层、电极膜和第二催化剂层。两个催化剂层和电极膜可在一起被称为包括电极的膜电极组合件(MEA)。该层压层被定位在条带1112中的垫圈内，使得该层压层内的流体被保持在该层压层内。

组件传送机构1100在横向于条带1112的平面的第一方向1114相对于条带1112是可移动的，以便使组件传送机构1100朝向条带1112或远离条带1112移动。组件传送机构1100可以在上升位置与如将在下面参考图11d来描述的组件传送位置之间移动，在该上升位置，滚筒1102上的传送带1104与条带112隔开，如图11a所示。

滚筒1102也可被可转动地驱动，在一些示例中，同时被可转动地驱动，使得传送带1104绕滚筒1102移动并对应地使子组件1110朝滚筒1102移动，使得当组件传送机构在组件传送位置时，在传送带1104上的子组件1110被定位在滚筒1102与条带1112之间。滚筒1102可以被直接或间接驱动。如图11b所示，滚筒1102已转动，使得子组件1110已向下移动，使得所述子组件在传送带1104的区域上，该区域毗连于滚筒1102，仍然横向于条带1112的平面。此外，如图11b所示，组件传送机构1100已经在第一方向1114移动，使得滚筒1102更接近条带1112。

图11c示出在接近组件传送位置的位置的组件传送机构1100，该组件传送位置如图11d所示。在图11c中，可以看出当子组件1108绕滚筒1102移动并且滚筒1102继续转动时，子组件1100的平面趋向于条带1112的平面。在本示例中，滚筒1102具有足够小的半径，以便促使该子组件1100的横向边缘在子组件1100绕过滚筒1102时从传送带1104脱离。就是说，在子组件1110绕滚筒1102的半径移动时，子组件1110的前缘1116远离传送带1104移动。这是因为，子组件1110与传送带1104之间的粘合剂的粘着强度不够大到作用于子组件1110的刚性并使子组件1110为滚筒1102的特定半径而弯曲。用在子组件1110与传送带1104之间的粘合剂可以具有优先的释放特性；例如所述粘合剂可以在张紧时比在剥离时具有更高的粘着强度。这可在适当时间并在适当位置有利地帮助将子组件1110从传送带1104脱离用于将所述子组件附接到条带1112。

在本示例中，条带1112具有暴露的粘合剂1020区，当子组件1110在组件传送位置时，该暴露的粘合剂区与子组件1110接触。

在如图11d所示组件传送机构1100到达组件传送位置时，由于滚筒1102继续转动和下降，因此子组件1110毗连于条带1112放置并在与条带1112的平面相同的平面中取向。当组件传送机构1100在组件传送位置时，在条带1112与子组件1110之间的粘合剂的粘着强度强于子组件1110与传送带1104之间的粘合剂的粘着强度。这部分可能是由于子组件1110与传送带之间因为滚筒1102的曲率以及子组件1110的刚性而减少的接触面积。

图11e示出已远离条带1112移动使得子组件1110已留在条带1112上的适当位置的组件传送机构。

条带1112可连续地或不连续地在第二方向1118相对于滚筒1102移动，以便帮助子组件1110从传送带1104脱离和/或将滚筒1102移到条带1112上的不同位置用于安置随后子组件。第二方向1118平行于条带1112的纵向轴线。因此，滚筒1102的转动和滚筒1102在第一方向的移动可重复用于子组件的随后放置操作。

以该方式逐渐放下子组件1110可以是有利的，因为其可提供如上所述的逐渐浸湿或逐渐剥离。

在一些示例中，绕滚筒1102的传送带1104的速度可以比条带1112在第二方向1118相对于所述组件传送机构的速度更快。因此，子组件1110和条带1112之间在第二方向1118所产生的相对运动可以帮助将子组件1110正确定位在预期的位置。在本示例中，子组件是被紧贴装配到垫圈中的孔口中的层压层，该层压层相对于该垫圈的运动可引起该层压层的前缘(该层压层可由于层压层的刚性和滚筒1102的半径已从传送带1104脱离)邻接该垫圈中的孔口的内壁，使得该层压层的剩余部分紧密地装配到该孔口中。这对燃料电池可以是特别有利的，因为层压层与垫圈之间的任何间隙可以使燃料电池流体(诸如氢)绕过该燃料电池的活性区域，从而降低性能。

参考图11a至图11e描述的组装方法可以被称为间距跳跃。此类组装方法可以是有利的，因为在组装期间可以在任何时候保持对所述组件的位置的控制，并因此不必使用复杂和昂贵的位置识别技术来正确对准组件。这可转而产生更精确组装的燃料电池。

图12示出使用组件传送机构诸如参考图11a至图11e所示和所述的组件传送机构将燃料电池子组件传送至基板的方法。具体地，组件传送机构可以包括至少一个可转动的滚筒；以及传送带，该传送带绕过滚筒并以张力保持，使得滚筒的转动产生传送带的移动。如上所述，传送带限定被配置成承载燃料电池子组件的外表面。

在步骤1202，该方法包括：在滚筒上的传送带毗连于所述基板的组件传送位置与所述滚筒上的传送带与所述基板隔开的升高位置之间，在第一方向相对于基板移动组件传送机构，第一方向横向于所述基板的平面。

该方法还包括：在步骤1204，转动可转动的滚筒，使得当组件传送机构处于组件传送位置时，传送带上的子组件被定位在滚筒与基板之间。在一些示例中，步骤1202和1204可以同时执行。

图13示出从燃料电池组件的条带诸如参考图10a至图10e描述和示出的所述条带组装燃料电池的方法。燃料电池组件的条带可以包括绕枢轴可转动地连接到第二子组件的至少一个第一子组件。

在步骤1302，该方法包括：在横向于条带的平面的第一方向向第一子组件施加第一力，以便使该第一子组件从平行于该条带的平面的第一位置移到离开该条带的平面的第二位置。该移动可以是绕枢轴的。随后在步骤1304；该方法包括：在平行于条带的平面的第二方向向第一子组件施加第二力，以便使第一子组件从第二位置移到平行于条带的平面并且不同于第一位置的第三位置。该移动也可以是绕枢轴的。

图14示出组装燃料电池的方法，该方法包括可通过图6a至图6c所示的设备执行的方法。该方法包括：在步骤1402，在与燃料电池组件的条带的纵向轴线平行的第一方向移动燃料电池组件的条带，以便使该条带的子组件接收部定位在构建点。在步骤1402，该方法包括在构建点将子组件应用到该条带的子组件接收部的底面。

应当理解，在本文中讨论的特定力方向或移动方向的任何讨论包括在所指示的方向具有分量的力和方向。此类力和方向也可以在其他方向具有分量。

Claims (43)

1.一种燃料电池组件的条带，其包括：

在第一方向隔开的多个燃料电池组件；

连接到所述多个燃料电池组件的索引结构，所述索引结构被配置成在所述第一方向限定所述多个燃料电池组件中的一个的位置；

其中所述索引结构包括与所述多个燃料电池组件不同的材料。

2.如权利要求1所述的燃料电池组件的条带，其中所述索引结构可释放地或可分离地连接到所述多个燃料电池组件。

3.如权利要求1或权利要求2所述的燃料电池组件的条带，其中所述多个燃料电池组件包括多个燃料电池组合件，每个燃料电池组合件包括燃料电池板。

4.如权利要求3所述的燃料电池组件的条带，其中所述多个燃料电池组件包括按顺序在所述第一方向延伸的第一端板、多个燃料电池组合件和第二端板。

5.如任何前述权利要求所述的燃料电池组件的条带，其中所述索引结构包括多个缺口或孔，所述多个缺口或孔用于与索引器接合以便限定所述多个燃料电池组件中的一个的位置。

6.如任何前述权利要求所述的燃料电池组件的条带，其中所述索引结构通过至少一个点焊被连接到所述多个燃料电池组件。

7.如任何前述权利要求所述的燃料电池组件的条带，其中所述索引结构包括在毗连的燃料电池组件之间的横向折叠区。

8.如任何前述权利要求所述的燃料电池组件的条带，其中所述索引结构包括彼此绝缘的多个导电轨。

9.一种包括根据任何前述权利要求所述的燃料电池组件的折叠条带的燃料电池堆。

10.一种组装燃料电池堆的方法，所述方法包括：

对根据任何前述权利要求的燃料电池组件的条带建立索引，以便使燃料电池组件定位在构建位置。

11.如权利要求8所述的方法，其还包括在所述构建位置从所述燃料电池组件移除所述索引结构。

12.如权利要求8或权利要求9所述的方法，其中所述索引结构包括在毗连的燃料电池组件之间的横向折叠区，所述方法还包括：

在所述横向折叠区折叠所述索引结构，以便使多个燃料电池组件定位在所述构建位置。

13.一种用于将燃料电池子组件传送到基板的组件传送机构，所述组件传送机构包括：

可转动的滚筒；以及

绕过所述滚筒并以张力保持的传送带，使得所述滚筒的转动产生所述传送带的移动，其中所述传送带限定被配置成承载所述燃料电池子组件的外表面；

其中所述组件传送机构在所述滚筒上的所述传送带毗连于所述基板的组件传送位置与所述滚筒上的所述传送带与所述基板隔开的升高位置之间，在第一方向相对于所述基板是可移动的，所述第一方向横向于所述基板的平面；以及

其中所述可转动的滚筒被配置成可转动，使得当所述组件传送机构处于所述组件传送位置时，所述传送带上的所述子组件被定位在所述滚筒与所述基板之间。

14.如权利要求13所述的组件传送机构，其中所述可转动的滚筒被配置成在所述组件传送机构从所述升高位置移到所述组件传送位置的同一时间转动。

15.如权利要求13所述的组件传送机构，其中所述组件传送机构在与所述基板的纵向轴线平行的第二方向相对于所述基板是可移动的，以便在所述基板上逐渐放下所述子组件。

16.如权利要求15所述的组件传送机构，其中绕所述滚筒的所述传送带在所述第二方向的速度比所述基板相对于所述组件传送机构的速度更快，以便在所述第二方向提供所述子组件与所述条带之间的相对运动。

17.如权利要求13所述的组件传送机构，其中所述滚筒的半径足够小，以便促使所述燃料电池子组件的横向边缘在绕过所述滚筒时从所述传送带脱离。

18.如权利要求13所述的组件传送机构，其中所述基板包括燃料电池组件的条带。

19.如权利要求18所述的组件传送机构，其中所述燃料电池子组件包括层压层，所述层压层包括气体扩散层、第一催化剂层、电极膜和第二催化剂层中的一个或多个。

20.如权利要求19所述的组件传送机构，其中所述基板包括带有孔口的垫圈，所述层压层被放置在所述孔口中。

21.一种使用组件传送机构将燃料电池子组件传送到基板的方法，所述组件传送机构包括：

可转动的滚筒；以及

绕过所述滚筒并以张力保持的传送带，使得所述滚筒的转动产生所述传送带的移动，其中所述传送带限定被配置成承载所述燃料电池子组件的外表面；

所述方法包括：

在所述滚筒上的所述传送带毗连于所述基板的组件传送位置与所述滚筒上的所述传送带与所述基板隔开的升高位置之间，在第一方向相对于所述基板移动所述组件传送机构，所述第一方向横向于所述基板的平面；以及

转动所述可转动的滚筒，使得当所述组件传送机构处于所述组件传送位置时，所述传送带上的所述子组件被定位在所述滚筒与所述基板之间。

22.一种燃料电池组件的条带，所述条带包括绕枢轴可转动地连接到第二子组件的第一子组件，其中所述第一子组件在下列位置之间绕所述枢轴是可转动的：

与所述条带的平面平行的第一位置；

离开所述条带的平面的第二位置；以及

与所述条带的平面平行并且不同于所述第一位置的第三位置。

23.如权利要求22所述的燃料电池组件的条带，其中所述第一子组件在所述第一位置在所述条带的平面中毗连于所述第二子组件。

24.如权利要求22所述的燃料电池组件的条带，其中所述第一子组件在所述第三位置重叠所述第二子组件。

25.如权利要求22所述的燃料电池组件的条带，其还包括在所述第一子组件的第一横向边缘与所述第二子组件之间的柔性结合区，其中所述柔性结合区被配置成提供所述枢轴。

26.如权利要求22所述的燃料电池组件的条带，其还包括与所述第一子组件的第二横向边缘相关联的可分离结合区，其中所述可分离结合区被配置成将所述第一子组件可释放地附接至不同的第二子组件。

27.一种从燃料电池组件的条带组装燃料电池的方法，所述燃料电池组件的条带包括绕枢轴可转动地连接到第二子组件的第一子组件，所述方法包括：

在横向于所述条带的平面的第一方向向所述第一子组件施加第一力，以便使所述第一子组件从与所述条带的平面平行的第一位置移到离开所述条带的平面的第二位置；以及

在平行于所述条带的平面的第二方向向所述第一子组件施加第二力，以便使所述第一子组件从所述第二位置移到平行于所述条带的平面并且不同于所述第一位置的第三位置。

28.用于从燃料电池组件的条带组装燃料电池的设备，所述设备包括：

第一力施加器，其被配置成在横向于所述条带的平面的第一方向向第一子组件施加第一力，以便使所述第一子组件从平行于所述条带的平面的第一位置移到离开所述条带的平面的第二位置；以及

第二力施加器，其被配置成在平行于所述条带的平面的第二方向向所述第一子组件施加第二力，以便使所述第一子组件从所述第二位置移到平行于所述条带的平面并且不同于所述第一位置的第三位置。

29.如权利要求28所述的设备，其还包括被配置成将所述第一子组件的第二横向边缘从相邻的第二子组件分离的分离器。

30.如权利要求28所述的设备，其中所述第一力施加器是推杆。

31.如权利要求28所述的设备，其中所述第二力施加器是滚筒。

32.用于组装燃料电池的设备，其包括：

输送机，其用于在与燃料电池组件的条带的纵向轴线平行的第一方向移动所述燃料电池组件的条带，以便使所述燃料电池组件的条带的子组件接收部定位在构建点；

组件应用机构，其用于在所述构建点将子组件应用到所述燃料电池组件的条带的所述子组件接收部的底面。

33.如权利要求32所述的设备，其中所述组件应用机构包括推杆，所述推杆被配置成将所述子组件从与所述燃料电池组件的条带隔开的第一位置移到所述子组件与所述燃料电池组件的条带的底面上的粘合表面接触的第二位置。

34.如权利要求33所述的设备，其还包括用于接收多个子组件的暗盒，其中所述组件应用机构被配置成向在所述暗盒中的底部子组件施加力，以便使在所述暗盒中的顶部子组件平移到所述第二位置。

35.如权利要求33所述的设备，其中所述组件应用机构被配置成向位于袋状带中的子组件施加力，以便使所述子组件平移到所述第二位置。

36.如权利要求35所述的设备，其中所述组件应用机构包括所述推杆和用于对所述袋状带横向建立索引的机构。

37.如权利要求32所述的设备，其还包括支撑块，所述支撑块在与所述燃料电池组件的条带的上表面隔开的第一位置和毗连于所述燃料电池组件的条带的所述上表面的第二位置之间是可移动的，使得在所述第二位置的所述支撑块被配置成在所述子组件被应用于所述燃料电池组件的条带的底面时防止所述燃料电池组件的条带移动。

38.一种组装燃料电池的方法，其包括：

在与燃料电池组件的条带的纵向轴线平行的第一方向移动所述燃料电池组件的条带；以及

向所述燃料电池组件的条带的底面应用子组件。

39.一种大致如本文参考附图所描述的组件传送机构。

40.一种大致如本文参考附图所描述的方法。

41.一种大致如本文参考附图所描述的燃料电池组件的条带。

42.一种大致如本文参考附图所描述的燃料电池堆。

43.大致如本文参考附图所描述的设备。