CN107078315B - 用于燃料电池的双极板的生产的改进结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于形成燃料电池的双极板的套件，该套件包括两个半板(1A、1B)，这两个半板适合于彼此抵靠地组装，且两个半板(1A、1B)的每个均具有沟槽(11A、12A、11B、12B)，这些沟槽通过压印形成并沿纵向方向(X‑X)延伸，并且适合于在半板(1A、1B)的任一侧上形成试剂流通道(5A、5B)以及在两个半板(1A、1B)之间形成热量传递流体流管道(6)，该套件的特征在于，半板(1A、1B)是相同的，每个半板均包括至少一对互补的指引元件(2A1、2A2、2BA、2B2、3A1、3A2、3B1、3B2)，这些指引元件通过压印制成，并且适合于当半板(1A、1B)组装在一起时使得这些半板相对于彼此对中。

Description

用于燃料电池的双极板的生产的改进结构和方法

技术领域

本发明涉及燃料电池的领域，并且更具体地涉及组装用于燃料电池的双极板。

背景技术

优化燃料电池的重量通过使得双极板由两个相同的压印半板制成而已实现改进这些双极板的结构，这些压印半板用于执行若干功能；使得试剂流在外表面上通过，使得热量传递流体流通过这些板之间，电气地互连两个电极膜组件，以及将电极膜组件压在一起并且夹持这些电极膜组件。

因此，对半板进行压印形成冷却管道，用以供用于冷却燃料电池的热传递流体通过。

这些冷却管道位于用于供试剂流通过的管道的任一侧上，并且这些冷却管道所具有的尺寸相当小且在零点几毫米的量级上，这在制造和组装公差方面相当受限。

用于组装半板的现有技术包括使用远程地定位在工具上的定心钉或者远程地定位在工具上的支架系统。

然而，那些方案对于如下来说是有问题的：获得期望的公差；通过使用包括两个相继间隙的工具进行定位，一个间隙在第一半板和工具之间，而另一个间隙在工具和第二半板之间，由此增大组件的总体离散。

因此，本发明试图至少部分地解决上述问题。

发明内容

为此，本发明提供一种用于形成燃料电池的双极板的套件，该套件包括两个半板，这两个半板适合于彼此抵靠地组装，且两个半板的每个均具有沟槽，这些沟槽通过压印形成并沿纵向方向延伸，并且适合于在半板的任一侧上形成试剂流通道以及在两个半板之间形成热量传递流体流管道，该套件的特征在于，这些半板是相同的，每个半板均具有至少一对互补的指引元件，这些指引元件通过压印制成并且适合于当所述半板组装在一起时使得这些半板相对于彼此对中。

半板的每个的指引元件通常在用于形成沟槽的同一压印工序期间通过压印制成。

在一具体的实施例中，每个半板的沟槽均限定该半板的厚度，并且每个半板的指引元件通常位于每个半板的厚度内。

在一具体的实施例中，半板的成对指引元件中的每对指引元件均包括两个互补的指引元件，这些指引元件相对于所考虑的半板的中间轴线对称地设置。

借助示例，半板中的每个均包括两对指引元件：

一对圆形的指引元件，该一对圆形的指引元件形成在每个半板的中间纵向轴线的任一侧上；以及

一对椭圆形的指引元件，该一对椭圆形的指引元件形成在每个半板的中间纵向轴线的任一侧上。

这两个半板有利地通过液压成形、由单批压印料制成。

本发明还提供一种由根据前述实施例中任一个所述套件形成的双极板燃料电池板，所述套件的两个半板在将所述半板的其中一个绕该半板的中间轴线转过180°之后组装在一起。

本发明还提供一种用于形成半板的方法，这些半板适合于彼此抵靠地组装以形成双极板燃料电池板，其中，通过压印形成两个相同的半板，以使得半板中的每个均具有沟槽并且还具有至少一对互补的指引元件，这些沟槽沿纵向方向延伸并且适合于在半板的任一侧上形成试剂流通道以及在两个半板之间形成热量传递流体流管道，而这些指引元件适合于当所述半板组装在一起时使得这些半板相对于彼此对中。

半板中的每个的沟槽和指引元件通常在同一压印工序期间制成。

在一具体的实施方式中，用于形成沟槽的压印限定每个半板的厚度，并且每个半板的指引元件通常容纳在每个半板的厚度内。

在一具体的实施方式中，对于每个半板，通过压印在每个半板的中间纵向轴线的任一侧上形成成对的圆形指引元件，并且通过压印在每个半板的纵向中间轴线的任一侧上形成成对的椭圆形的指引元件。

有利地是，两个半板通过液压成形由单批压印料制成。

本发明还提供一种组装双极板燃料电池板的方法，该方法包括下列步骤：

获得根据前述实施例中任一项所述的套件；

将其中一个半板绕所述半板的中间轴线转过180°；以及

使得这两个半板彼此叠置，以使得这些半板的互补的成对指引元件接合，由此使得所述两个半板相对于彼此对中。

附图说明

本发明的其它特征、目的以及优点从以下描述中显而易见，该描述纯粹是说明性的并且是非限制性的并且应参照附图进行阅读，附图中：

图1是在本发明一方面中的套件的半板的视图；

图2是在本发明一方面中的套件的部分截面视图；

图3、4和5示出如何组装本发明一方面中的套件以形成燃料电池的双极板，图3A和3B是两个半板在组装之前和之后的示意图，图3B和4B是示出图3A和4A中细节B的视图，而图5是两个半板在组装之前的立体图；以及

图6是在本发明另一方面中的套件的半板的立体图。

在整个附图中，共同的构件由相同的附图标记识别。

具体实施方式

图1是在本发明一方面中的套件的半板的视图。

该附图示出第一半板1A，该第一半板适合于与相同的第二半板1B(在该附图中未示出)组装在一起，以形成燃料电池的双极板。

下文的描述涉及半板1A，且由于半板1B是相同的，因而该半板的构件由与半板1A的构件相同的附图标记所识别，但以字母B结尾。

如图1所示，第一半板1A由从金属板获得的坯料制成，该坯料经压印以具有横截面(沿平行于轴线Y-Y的横向方向)为锯齿形的浮凸部，每个锯齿部均限定通道。

借助示例，每个锯齿部在形状上可以是梯形的，且该梯形的其中一个面打开以形成U形，而该U形的各分支朝向开口扩开。识别出如下两种类型的锯齿部，这些锯齿部交替地设置：长锯齿部11A和短锯齿部12A；其中，术语“长”和“短”是任意的并且表示这些锯齿部具有不同宽度的事实，其中，宽度沿着轴线Y-Y测得。

两个半板1A和1B是相同的，并且在将其中一个半板绕该半板的中间纵向轴线X-X转过180°之后为背靠背安装，从而将半板1A和1B的任一个中的长锯齿部11A或11B接合在另一半板1B或1A中的短锯齿部12A或12B中。

图2是叠置的半板1A和1B的锯齿部之间的此种接合的截面视图，这些半板设置在燃料电池的两个扩散层4A和4B之间。第一半板1A毗邻第一扩散层4A，而第二半板1B毗邻第二扩散层4B。

例如能从附图中观察到的是，将短锯齿部12A和12B接合在长锯齿部11A和11B中用于在短锯齿部和扩散层之间形成用于试剂的流动通道，并且此外在两个半板1A和1B之间形成冷却通道。

因此，相应的第一通道5A限定在第一板4A和第一扩散层4A之间，而第二试剂通道5B限定在第二板1B和第二扩散层4B之间。

长锯齿部11A和11B以及短锯齿部12A和12B之间的宽度差也用于在两个半板1A和1B之间形成冷却管道6。

因此，这些锯齿部大体呈具有开口底底部的梯形形状，并且由于半板是相同的，因而锯齿部的底部承靠于彼此。因此，冷却管道6形成在长锯齿部11A、11B和短锯齿部12A、12B的各分支之间。

冷却管道6以及试剂通道5A和5B连接到用于馈送和排放流体的开口，这些开口设置在每个半板1A和1B的周界处。

参照半板1A，图1因此示出：

用于第一试剂的馈送开口111A；

用于第一试剂的排放开口112A；

用于第二试剂的馈送开口113A；

用于第二试剂的排放开口114A；

用于冷却流体的两个馈送开口115A，这些馈送开口连接到冷却管道6；以及

用于冷却流体的两个排放开口116A，这些排放开口连接到冷却管道6。

因此，半板1A和1B用于提供管道和通道，以供用于燃料电池的试剂流和冷却流体流通过。

为了确保半板1A和1B相对于彼此精确地定位，并且由此确保冷却管道6适当地形成，通常通过压印、且有利地是在半板1A和1B的每个中提供各种锯齿部的同一压印工序期间，将指引元件制成在半板1A和1B的每个中。

在图1中示出的实施例中，半板1A具有成对的指引元件，该成对的指引元件基本上沿着中间横向轴线Y-Y并且在中间纵向轴线X-X的任一侧上、设置在半板1A的两个端部处。

因此，针对第一半板1A限定第一和第二指引元件2A1和2A2。

半板1B是相同的，并且由此具有第一和第二指引元件2B1和2B2。

这些指引元件配置成使得第一指引元件2A1能接合在第二指引元件2A2中，并且由此接合在半板1B的第二指引元件2B2中，因为该半板是相同的。

为了实现此种接合，其中一个半板绕该半板的中间纵向轴线X-X转过180°，并且然后叠置在另一半板上。

这些指引元件通过压印形成，以形成中心凸台，该中心凸台在半板1A的一侧上延伸并且由在半板1A的另一侧上延伸的周界凸台所围绕。

借助示例，这些指引元件相对于所考虑的半板的中间轴线、在该示例中相对于轴线X-X对称地设置。

图3至5示出两个半板1A和1B如何接合以形成双极板。

例如在附图中可观察到的是，参照半板1A，中心凸台21A1在半板1A的一侧上延伸，而周界凸台22A1在半板1A的另一侧上延伸，从而一起形成指引元件2A。

指引元件2B2形成在板1B上。该指引元件2B2还具有在半板1B的一侧上延伸的中心凸台21B2，而周界凸台22B2在半板1B的另一侧上延伸，从而一起形成指引元件2B2。

指引元件2A1和2B2是互补的，即当半板1A和1B组装在一起时，这些指引元件相互接合。更精确地说，并且例如附图中所示，在半板1A已绕该半板的轴线X-X转过180°并且已叠置在半板1B上之后，中心凸台21B2与中心凸台21A1协配，并且周界凸台22A1与周界凸台22B2协配。

在图1中示出的实施例中，指引元件2A1和2B2是圆形的；这用于沿方向X-X并且沿方向Y-Y来指引(index，引导)两个半板1A和1B。

这些指引元件2A1和2A2相对于半板1A的中间轴线、在该示例中相对于轴线X-X对称地设置。

在图6中示出的实施例中，另一成对的指引元件3A1和3A2设置在半板1A上。这些指引元件3A1和3A2可相对于半板1A的中间轴线、在该示例中相对于轴线X-X对称地设置。

此外，在所示的实施例中，指引元件2A1和2A2设置在轴线Y-Y的任一侧上，而指引元件3A1和3A2设置在轴线Y-Y的任一侧上。这些指引元件3A1和3A2具有与指引元件2A1和2A2类似的结构，由此包括中心凸台和周界凸台，该中心凸台在半板1A的一侧上延伸，而该周界凸台在半板1A的另一侧上延伸。

在所示的实施例中，不同于圆形的指引元件2A1和2A2，指引元件3A1和3A2是椭圆形的。因此，这些指引元件使得能够沿着方向Y-Y进行对中。

结合了圆形指引元件和椭圆形指引元件的此种实施例对于具有相当长长度的半板是尤为有利的，且通过圆形指引元件2A1、2A2、2B1和2B2执行对中，而由椭圆形指引元件3A1、3A2、3B1和3B2所执行的对中功能用于补偿由于长度过长而可能产生的差异。

因此，半板1A和1B中的每个具有至少一对指引元件，该至少一对指引元件适合于使得两个半板1A和1B沿由轴线X-X和Y-Y所限定的方向相对于彼此对中。

指引元件的数量可根据半板的尺寸而改变。

例如，对于具有较小尺寸的半板而言，在这些半板中的每个上、例如在轴线X-X的任一侧上、通常在半板的沿着轴线Y-Y的端部处形成一对指引元件就够了。

半板中的每个则仅仅具有一对指引元件，该对指引元件是圆形的并且是互补的。

当半板具有较大尺寸时，半板的每个可具有连同一对椭圆形指引元件一起制成在半板中的一对圆形指引元件，以进行对中。

此外，用于形成燃料电池的双极板的两个半板1A和1B有利地在同一工艺中形成，即使用相同的定形参数和同一工具并且由单批形成，由此用于在半板的各个指引元件之间的间距方面消除离散。

因此，半板1A和1B通过归属于半板1A和1B的成对指引元件进行对中，且有利的是在使得用于形成双极板的通道的管道的各个锯齿部成型的同时形成。

此种对中避免由于对于半板使用不同的对中工具而可能产生的离散，并且由此可获得更佳的精确性。

所使用的成形方法通常例如通过液压成形进行压印。

在半板1A和1B中的每个中制成的锯齿部通常限定半板1A和1B的每个的厚度。半板1A和1B中的每个的指引元件通常有利地制造成位于对应的半板的厚度内，由此用于限制该组件的总体尺寸。

因此，上文所描述的半板结构以及此外相关联的制造方法使得能够改进当制造燃料电池的双极板时这些半板所能获得的对中。

Claims (13)

1.一种用于形成燃料电池的双极板的套件，所述套件包括两个半板(1A、1B)，所述两个半板适合于彼此抵靠地组装，且所述两个半板(1A、1B)中的每个均具有沟槽(11A、12A、11B、12B)，所述沟槽通过压印形成并沿纵向方向(X-X)延伸，其中，所述沟槽包括交替设置的长锯齿部(11A)和短锯齿部(11B)，在一个半板中的长锯齿部(11A)适于与另一半板中的短锯齿部(11B)接合，以在所述半板(1A、1B)的任一侧上形成试剂流通道(5A、5B)以及在所述两个半板(1A、1B)之间形成热量传递流体流管道(6)，

所述套件的特征在于，所述半板(1A、1B)是相同的，每个半板均具有至少一对互补的指引元件(2A1、2A2、2B1、2B2、3A1、3A2、3B1、3B2)，所述指引元件通过压印形成，并且适合于当所述半板(1A、1B)组装在一起时使得所述半板相对于彼此对中。

2.如权利要求1所述的套件，其特征在于：所述半板(1A、1B)中的每个的指引元件在用于形成所述沟槽(11A、12A、11B、12B)的同一压印工序期间通过压印制成。

3.如权利要求1所述的套件，其特征在于，每个半板(1A、1B)的沟槽(11A、12A、11B、12B)限定所述半板(1A、1B)的厚度，并且每个半板(1A、1B)的指引元件位于每个半板(1A、1B)的厚度内。

4.如权利要求1至3中任一项所述的套件，其特征在于，所述半板的成对指引元件(1A、1B)中的每对指引元件均包括两个互补的指引元件，所述指引元件相对于所考虑的半板的中间轴线对称地设置。

5.如权利要求1至3中任一项所述的套件，其特征在于，所述半板(1A、1B)中的每个均包括两对指引元件：

一对圆形的指引元件(2A1、2A2、2B1、2B2)，所述一对圆形的指引元件形成在每个半板(1A、1B)的中间纵向轴线(X-X)的任一侧上；以及

一对椭圆形的指引元件(3A1、3A2、3B1、3B2)，所述一对椭圆形的指引元件形成在每个半板(1A、1B)的中间纵向轴线(X-X)的任一侧上。

6.如权利要求1至3中任一项所述的套件，其特征在于，所述两个半板(1A、1B)通过液压成形、由单批压印料制成。

7.一种双极板燃料电池板，其特征在于，所述双极板燃料电池板由根据权利要求1-3中任一项所述套件形成，所述套件的两个半板在将所述半板的其中一个绕所述半板的中间轴线(X-X)转过180°之后组装在一起。

8.一种用于形成半板(1A、1B)的方法，所述半板适合于彼此抵靠地组装以形成双极板燃料电池板，其中，通过压印形成两个相同的半板(1A、1B)，以使得所述半板中的每个均具有沟槽(11A、12A、11B、12B)，并且还具有至少一对互补的指引元件(2A1、2A2、2B1、2B2、3A1、3A2、3B1、3B2)，所述沟槽沿纵向方向(X-X)延伸，其中，所述沟槽包括交替设置的长锯齿部(11A)和短锯齿部(11B)，并且所述沟槽适合于通过将一个半板中的长锯齿部(11A)与另一半板中的短锯齿部(11B)接合而在所述半板(1A、1B)的任一侧上形成试剂流通道(5A、5B)、以及在所述两个半板(1A、1B)之间形成热量传递流体流管道(6)，而所述指引元件适合于当所述半板(1A、1B)组装在一起时使得所述半板相对于彼此对中。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述半板(1A、1B)中的每个半板的沟槽(11A、12A、11B、12B)和所述指引元件在同一压印工序期间制成。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，用于形成所述沟槽(11A、12A、11B、12B)的压印限定每个半板(1A、1B)的厚度，并且每个半板(1A、1B)的指引元件容纳在每个半板(1A、1B)的厚度内。

11.如前述权利要求8或9所述的方法，其特征在于：对于半板(1A、1B)中的每个，通过压印在每个半板(1A、1B)的中间纵向轴线(X-X)的任一侧上形成成对圆形的指引元件(2A1、2A2、2B1、2B2)，并且通过压印在每个半板(1A、1B)的纵向中间轴线(X-X)的任一侧上形成成对椭圆形的指引元件(3A1、3A2、3B1、3B2)。

12.如前述权利要求8或9所述的方法，其特征在于：所述两个半板(1A、1B)通过液压成形、由单批压印料制成。

13.一种组装双极板燃料电池板的方法，所述方法包括下列步骤：

获得如权利要求1至3中任一项所述的套件；

将这些半板(1A、1B)中的一个绕所述半板的中间轴线转过180°；以及

使得所述两个半板(1A、1B)彼此叠置，以使得所述半板的互补的成对指引元件接合，由此使得所述两个半板(1A、1B)相对于彼此对中。