CN104838531A - 燃料电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种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，以及连接到所述多个燃料电池组件的支撑结构。所述多个燃料电池组件包括第一表面。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，以便当折叠所述支撑结构时，使所述多个燃料电池组件的所述第一表面在相同方向面对。

Description

燃料电池组件

本发明涉及燃料电池的领域，并且尤其是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，并且在该板可被组装到燃料电池堆之前通常需要施加一系列不同的处理步骤。可需要各种类型的涂覆和其他表面处理。鉴于燃料电池部件的批量生产需要大量的此类板进行快速连续的处理，所以需要一种能够精确、经济和可再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，提供一种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，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，以便当折叠所述支撑结构时，使所述多个燃料电池组件的第一表面在相同方向面对。

其中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。

所述多个燃料电池组件中的每个可以被认为包括公共的第一表面。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。

所述支撑结构在毗连的燃料电池组件之间的两个横向折叠区可以确保当被折叠时，所述多个毗连燃料电池组件的第一表面在相同方向面对。

提供当折叠时使所有电池能够在相同方向面对的支撑结构提供一种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。

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。

提供可释放或可分离的支撑结构允许一种更有效的制造方法，因为该支撑结构可使用更便宜的牺牲材料来生产，并且无需由与燃料电池的材料相同的材料制成。

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。间隔组件可以被设置在毗连的燃料电池组件之间。另选地，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空隙。空隙可以被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在第一方向可以是类似的长度。

所述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，使得当条带被折叠时，燃料电池组件的第一表面面向毗连的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该支撑结构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。

可以提供被配置成形成燃料电池组件的条带的装置。

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：

折叠根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池组件的条带，以便将多个燃料电池组件定位在构建位置以便形成燃料电池堆。

所述方法还可以包括在所述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。在所述构建位置从所述多个燃料电池组件移除所述支撑结构的至少一部分可以包括留下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。

还公开另一种燃料电池组件的条带。所述燃料电池组件的条带包括：

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，以便当折叠所述支撑结构时，使所述多个燃料电池组件的第一表面在相同方向面对。

还公开另一种燃料电池组件的条带。所述燃料电池组件的条带包括：

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限定所述多个燃料电池组件中的一个在第一方向的位置；

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。

所述索引结构能够在燃料电池堆内更容易、更可再现或更可靠地将燃料电池组件定位在构建位置。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、更可再现或更可靠地进行。提供不同材料的索引结构允许更便宜地生产燃料电池堆，因为所述索引材料不必由与燃料电池板相同的一般是昂贵的材料制成。

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

所述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。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。在所述索引材料上提供端板还可以使燃料电池堆的组装过程变得容易。

所述索引结构可以包括多个缺口或孔，其用于与索引器接合，以便限定所述多个燃料电池组件中的一个的位置。

所述索引结构可以通过至少一个点焊被连接到所述多个燃料电池组件。

所述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。

所述索引结构可包括彼此绝缘的多个导电轨。

根据本发明的另一方面，有一种包括如上述所限定的燃料电池组件的折叠条带的燃料电池堆。

还公开了一种组装燃料电池堆的方法，所述方法包括：

对根据附随权利要求中任一项所述的燃料电池组件的条带建立索引，以便将燃料电池组件定位在构建位置。

所述方法还可以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。

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

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面；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，以便组装燃料电池堆。

此类方法提供了组装燃料电池堆的简单和方便的方式，因为可以避免在所述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位于所述第一条带的第一区域中的局部燃料电池组件定位成毗连于位于所述第二条带的对应区域中的局部燃料电池组件，以便限定完整的燃料电池。因此，各个燃料电池可以可靠地和一致地在燃料电池堆内构造。

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。此类支撑结构可以在毗连的局部燃料电池组件之间具有两个横向折叠区。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的步骤可以包括促使所述第一条带和第二条带的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，因为当所述条带被折叠时，所述第一条带中的局部燃料电池组件可以在两侧上毗连于所述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取向将一个定位在另一个上面，以便限定所述燃料电池堆。

位于所述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毗连于位于所述第二条带的对应区域中的局部燃料电池组件，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全部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。间隔元件可以具有开口，所述开口被配置成允许组件通过所述条带的厚度彼此接触。因此，组件在所述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在被折叠时，所述第一条带中的局部燃料电池组件在两侧上毗连于所述第二条带中的局部燃料电池组件，并且反之亦然。

例如，所述第一条带中的局部燃料电池组件的一侧可以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被暴露给第二条带。

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，其用于提供从所述堆的外部至燃料电池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以在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，所述节点在一端用于外部连接，并且可以在另一端被连接至燃料电池。不同的导电轨可以被连接到所述燃料电池堆中的不同燃料电池，并且通过相关联的节点可单独寻址。所述多个节点可以被定位在所述条带的相同端部，可选地在外部连接器框架上。

所述第一条带和第二条带的局部燃料电池组件可以一起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(其可以被统称为四层膜电极组合件)、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。

所述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(其可以被统称为四层膜电极组合件)、第一索引结构和第二索引结构。所述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。

所述第二条带可以包括在其一端的集电器板和在其另一端的外部连接器框架。电气连接到所述集电器板的节点可以被设置在所述外部连接器框架上。所述节点可以用于所述燃料电池堆的外部连接。

可以参考附图更好理解本发明的实施例，在附图中：

图1a和图1b示出用于制造燃料电池的工艺；

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6示出燃料电池生产线的一部分的示意图；

图7示出一种组装燃料电池堆的方法；

图8示出另一种组装燃料电池堆的方法；以及

图9示出又一种组装燃料电池堆的方法。

图1a和图1b示意地示出用于制造燃料电池的工艺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每个通过空框架103、109、113、117、121彼此隔开。空框架将参考图2进一步详细讨论。

在每个占用框架102、108、112、116、120、124中，燃料电池被示出，使得所述电池在电池的平面中具有左侧边缘105和右侧边缘107。为了清楚起见，图1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具有毗连于它的每个角部的焊接点106。两个焊接点106被定位在双极板104的左侧边缘105上，并且两个焊接点106被定位在双极板104的右侧边缘107上。焊接点106被配置成使用点焊技术被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”应当被广义解释为包含被经构造可分离地或可拆卸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已经在第一方向被焊接到沿双极板104的左侧边缘105的长度延伸的左侧索引结构110a，以及沿双极板104的右侧边缘107的长度延伸的右侧索引结构110b。第一方向通常平行于双极板104的侧边缘105、107以及索引结构110a、110b的轴线方向。

左侧和右侧索引结构110a、110b是可以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和它们的组件能够对准的额外益处。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所述多个燃料电池组件中的一个的位置。所述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(未在图中示出)接合，以便限定所述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、更快捷和/或更精确的工艺。

在图1所示的示例中，索引结构110a、110b可被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，索引材料可被用于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。在改进的燃料电池堆形成中使用索引结构将在下面参考图2来进一步描述。

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。例如，索引结构110a、110b可以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可以降低用于制造双极板104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的材料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)密封件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，同时避免对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的表面上的子垫圈118内，并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可能合适的键合方法的示例。

在最后的第六框架124中，四层燃料电池膜叠层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的三个视图被示出：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可以看到，燃料电池202a、202b、202c全部被可分离地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类似于通过图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由燃料电池组件构成。燃料电池202a、202b、202c在第一方向是隔开的。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的条带被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并且毗连于构成空框架204a、204b的空隙延伸。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。燃料电池的这种布置不同于图1所示的示例，在该图的示例中，阳极气体扩散层和阴极气体扩散层均被设置在双极板的单侧上。应当理解，本文所述的工艺和组件的条带可以被实施，无关于每个单独的燃料电池是如何构造的。

如在俯视图201和延伸侧视图203看到，折线212被叠加在条带200上。折线212被定位在占用框架和空框架的交点；折线212表示在毗连的燃料电池202a、202b、202c与空框架204a、204b之间的横向折叠区。索引结构210a、210b包括在毗连的燃料电池202a、202b、202c之间的两个横向折叠区。在毗连的燃料电池组件202a、202b、202c之间包括两个横向折叠区212的支撑结构210a、210b意味着该支撑结构是可折叠的，使得当条带200被折叠时，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可以看到，通过在燃料电池202a、202b、202c之间提供空框架204a、204b，当索引结构被折叠时，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，当索引结构被折叠时，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，因为所有的板可以容易对准。

在一些示例中，燃料电池202被连接到仅一个支撑结构或索引结构210a、210b。就是说，电池202的仅一侧可以被连接到支撑结构或索引结构。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。燃料电池的条带可然后被分成两个条带，每个条带包括支撑结构210a、210b和交替的燃料电池202中的一个。因此，两个条带中的每个在已被燃料电池202腾出的空间中具有交替的空框架，所述燃料电池202是其他条带的一部分。

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接触顶部燃料电池的第一表面。第二端板组合件304接触底部燃料电池的第二表面。除了在第二视图303中示出的特征以外，材料的绝缘体框架可以设置在条带300的相应端部，以分离并提供燃料电池与端板302、304之间的电绝缘。绝缘体框架可以通过支撑结构来设置。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，绝缘体框架可以通过尼龙片材来设置，所述尼龙片材在该片材上的焊接点连接到支撑结构。

在第二视图303中，在垂直于所述堆的燃料电池的平面的方向施加外部压缩，以便燃料电池之间的密封件和垫圈正常起作用。

在第三视图305中，连杆306已被用来固定处于压缩中的所述堆。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，索引结构可以压缩前或压缩期间被移除。这种移除可以通过例如熔化或切割将燃料电池链接至索引结构的焊接处来实现。可以采用激光修整工艺来分离链接双极板和索引条带的焊接处。不过，在一些实施例中，一些或全部索引材料可被保留在最终产品中，并且不从燃料电池分离。保留的索引材料可以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，载体可用于承载燃料电池的至少一些子组件。使用载体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化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。在条带401a、401b被扇叠形成燃料电池堆之前，载体401a、401b被置于条带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上面，并然后被折叠在一起以组装燃料电池堆。

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中的四层膜电极组合件)被示出从载体401a分离。而且，在图4a中，阳极气体扩散层404a被示出从条带400a分离。在图4b中，四层膜电极组合件402b被层压在载体401b上，并且阳极气体扩散层(GDL)404b被层压在条带400b上。除了这些细节之外，载体401a、401b和条带400a、400b的结构类似于图4a和图4b中的结构。载体401b和条带400b的特征在下面参考图4b来进一步详细讨论。

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的构造类似于图1的第五框架中示出的燃料电池的构造。

间隔元件408被设置在毗连的局部燃料电池406之间。间隔元件408被定位在位于毗连的局部燃料电池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，组件在所述条带上的简化布置可以被用作间隔元件408，并可确保条带400b中的每个局部燃料电池组件毗连于条带401b中的燃料电池组件，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。在包括用于呼吸空气的燃料电池堆的其他实施例中，间隔元件408可以包括阴极垫片和第二阴极垫圈(可选地设有粘合剂)，当条带400b被折叠时，二者一起形成密封件以限定燃料电池堆。就是说，间隔元件408可以包括燃料电池的组件，并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/垫片和垫圈400a、400b、索引结构或任何燃料电池子组件的材料相同的片材形成。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406两者的部件的形式形成轮廓。

局部燃料电池406中的每个沿在燃料电池406和间隔元件408的交点处的折线被连接到毗连的间隔元件408。因此，两个折线被设置在毗连的燃料电池组件之间。在一些示例中，间隔元件自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的组件。因此，公共组件未被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，折线区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设置。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。弱化材料线可以通过一系列穿孔来设置。

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中的任一个或两者全部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成毗连于在载体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紧邻载体401b定位并被扇叠以限定堆时，提供了完整的燃料电池。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)，或者它可以被认为是在折线的任一侧上的组件(例如，在图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。应该理解，在载体401b中的空隙414不必对准条带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侧或阴极侧电接触，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组装到堆中时，它们可被用于从燃料电池吸取电流。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都在基部502a内，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在若干方面不同于图4所示的条带。例如，集电器板514被设置在条带504的第一绝缘框架上，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与设置在所述壳体的基部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延伸至在条带502的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可以看到，当构成所述堆时，节点518被暴露用于外部连接。

最接近将形成所述堆的顶部的条带502的一部分的燃料电池507可以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。当所述堆被折叠时，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通过间隔元件513与外部连接器框架520隔开。不过，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，所述第二端板被构建到壳体502b的顶部中。当所述条带被折叠时，图5a所示的绝缘体框架522的表面不在与连接器框架520的表面的方向相同的方向面对。

图5b示出在图5a中看到的条带504的扇叠视图。为了清晰起见，在通过所述堆的方向的距离被放大。当条带504被折叠时，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，其厚度更小)。

压力垫524可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可以在设置在所述壳体顶部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可以防止当压缩力526施加到燃料电池堆时对所述堆的损坏，并可提供柔顺性以及最大化或增加导电表面之间的接触。如在本领域中是众所周知的，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。

图6示出用于燃料电池堆602的生产线600的一部分。生产线600包括传送带604。

传送带604可具有索引器(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606作为燃料电池子组件和多个燃料电池相关联。支撑结构606包括若干框架。在本示例中，生产线还包括底部应用机构608和顶部应用机构610。底部应用机构608被配置成将结构诸如歧管密封件应用到位于传送带604上的支撑结构606的底面。顶部应用机构610可以将燃料电池子组件放置在支撑结构606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，可以需要仅一个应用机构。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，能够提供显著量的自动化，并可改进燃料电池堆构造的再现性和精确性。

传送带604可以将通过应用机构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。所述堆中的燃料电池中的每个的第一表面在与当所述燃料电池被平放在条带中时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的生产线可以与局部燃料电池组件的多个条带，诸如，在图5示出为两个条带一起使用。

图7示出一种组装燃料电池堆的方法。该方法包括第一步骤701：折叠燃料电池组件的条带以便将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：在所述构建位置从多个燃料电池组件移除支撑结构的至少一部分。在所述构建位置从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：留下连接到多个燃料电池组件的支撑结构的一部分。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示出一种组装燃料电池堆的方法。该方法包括第一步骤801：对包括索引结构的燃料电池的条带建立索引，以便将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在构建位置更精确或可再现放置燃料电池堆组件。

该方法还包括可选的第二步骤802：在所述构建位置从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，所述索引结构可在所述横向折叠区折叠，以便将多个燃料电池组件定位在构建位置。在第四步骤804，在所述构建位置从多个燃料电池组件移除所述索引结构。移除索引结构可以允许减小燃料电池堆的最终尺寸。

图9示出一种组装燃料电池堆的方法。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。

在步骤902，该方法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的方法提供组装燃料电池堆的方便、精确和可再现的手段。

Claims (17)

1.一种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，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，以便当折叠所述支撑结构时，使所述多个燃料电池组件的所述第一表面在相同方向面对，其中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。

2.如权利要求1所述的燃料电池组件的条带，其中所述燃料电池组件是大致平面的。

3.如权利要求1或权利要求2中任一项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和多个间隔组件或空隙，并且其中间隔组件或空隙被设置在毗连的燃料电池组件之间。

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多个燃料电池组合件，并且所述支撑结构包括在毗连的燃料电池组合件之间的两个横向折叠区。

5.如前述权利要求中任一项所述的燃料电池组件的条带，其中所述多个燃料电池组件每个包括与所述第一表面相对的第二表面，并且其中所述支撑结构是可折叠的，使得当所述条带被折叠时，燃料电池组件的所述第一表面面向毗连的燃料电池组件的所述第二表面。

6.如前述权利要求中任一项所述的燃料电池组件的条带，其中所述支撑结构被连接到所述多个燃料电池组件的两侧。

7.如权利要求1至权利要求5中任一项所述的燃料电池组件的条带，其中所述支撑结构被连接到所述多个燃料电池组件的仅一侧。

8.如前述权利要求中任一项所述的燃料电池组件的条带，其中所述支撑结构包括至所述支撑结构所连接的燃料电池组件的电气连接。

9.如前述权利要求中任一项所述的燃料电池组件的条带，其中所述支撑结构包括索引结构。

10.如前述权利要求中任一项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。

11.如权利要求10所述的燃料电池组件的条带，其中所述第一端板的所述第一表面是燃料电池堆的外表面，并且所述第二端板的所述第一表面是燃料电池堆的内表面。

12.如权利要求10所述的燃料电池组件的条带，其中所述支撑结构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；和/或

所述支撑结构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。

13.一种组装燃料电池堆的方法，所述方法包括：

折叠根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池组件的条带，以便将多个燃料电池组件定位在构建位置以便形成燃料电池堆。

14.如权利要求13所述的方法，其还包括：

在所述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。

15.如权利要求14所述的方法，其中在所述构建位置从所述多个燃料电池组件移除所述支撑结构的至少一部分包括留下所述支撑结构的一部分，所述支撑结构的一部分包括连接到所述多个燃料电池组件的电气连接。

16.一种大致如本文参考附图1至附图6所述的燃料电池组件的条带。

17.一种组装燃料电池堆的方法，所述方法大致如本文参考附图7所述。