CN108432010A - 用于燃料电池堆叠的接头系统 - Google Patents

Abstract

电化学燃料电池的流体流场板包括具有封装在电绝缘垫圈材料中的外周边缘的导电板元件。板元件具有横向凸出插片，其具有被外周垫圈材料覆盖的第一面和至少部分地通过垫圈材料暴露的第二面。横向凸出插片的一个或多个边缘从而可以被外周垫圈材料覆盖和保护，并且多个堆叠板的垫圈材料可以一起限定多个连接插片的外壳结构，多个连接插片还用作用于接收接头模块的插座。燃料电池堆叠组件可以具有分层构造，其包括至少部分地由垫圈层分离的导电流体流场板。垫圈层每个具有一起限定堆叠组件的开放面的至少一个暴露边缘。垫圈层每个限定暴露边缘中的凹部。每个凹部配置为接收使与凹部相邻的各自导电流体流动板电气连接的电气接头。

Description

用于燃料电池堆叠的接头系统

技术领域

本发明涉及用于燃料电池堆叠的使燃料电池堆叠内的多个单个电池电气连接的电气接头系统。

背景技术

常规的电化学燃料电池将燃料和氧化剂转化为电能和热能以及反应产物。典型的燃料电池包括夹在阳极流场板和阴极流场板之间的膜电极组件(MEA)。气体扩散层可以布置每个流场板和MEA之间。垫圈可用于分离各个层并且提供必要的密封。流场板通常包括在与MEA相邻的板的表面之上延伸的一个或多个通道，用于将流体燃料或氧化剂输送至MEA的活性表面。流场板也执行提供跨越其表面与MEA电气接触的功能。

在常规的燃料电池堆叠中，多个电池被堆叠在一起，使得一个电池的阳极流场板与堆叠中下一个电池的阴极流场板相邻，以此类推。在一些布置中，使用双极流动板，使得单个流场板在板的两侧具有流体流动通道。双极板的一侧用作第一电池的阳极流动板和流动板的另一侧用作相邻电池的阴极流动板。通过使堆叠中的第一个和最后一个流动板电气连接可以从堆叠中提取电力。典型的堆叠可以包括数十或甚至数百个电池。本发明涉及所有这些不同的燃料电池堆叠构造。

在许多燃料电池堆叠中，能够监测堆叠中单个电池的电压是重要的。因此，提供堆叠中的许多(并且通常是全部)流动板的电气连接是必要的。常规上，这已经通过提供电气接头插片至堆叠中的至少一些流动板来实现。这些监测电池电压的插片从流动板的边缘由堆叠横向向外延伸，从而沿着堆叠的边缘面形成一排插片，使得单个电气接头可以被偶联至每个插片。在图1中显示了监测电池电压的插片从每个流动板延伸的一种布置。

图1中的燃料电池堆叠1具有多个物理地平行的电池2，每个电池2具有阳极流动板(或双极流动板)，其中各自的插片3由燃料电池堆叠的面4向外延伸。为了降低插片的堆积密度(即增加相邻插片的间隔)或提供另外的连接点至堆叠中的相同或不同板，插片3可以形成为两排(或多排)5、6。

这些公插片3通常可以与标准母电气接头比如本领域熟知的叶片插座一起使用。考虑到连接单个插座的高劳动量，用于每个插片3的单个叶片插座的使用对于制造小堆叠和小体积电池是可行的，但是对于电池的大规模生产并不理想。

横向延伸插片3的一个潜在缺点是在处理板期间，在组装燃料电池堆叠期间，在附接适合的电气接头期间和在使用堆叠期间，它们被暴露和相对容易被损坏。横向延伸插片3的另一潜在缺点是如果需要如所示的多排插片以减小堆积密度，则需要在板上不同位置处具有插片的两个或更多个不同板配置。这增加了制造成本、库存成本和堆叠组装过程复杂性。

发明内容

本发明的目的是提供燃料电池场板，其具有与其电气连接的改进的设施。

根据一个方面，本发明提供用于电化学燃料电池的流体流场板，其包括具有封装在电绝缘垫圈材料中的外周边缘的导电板元件，该板元件具有横向凸出插片，其具有被外周垫圈材料覆盖的第一面和至少部分地通过垫圈材料暴露的第二面。

横向凸出插片的至少一个边缘可以被外周垫圈材料覆盖。横向凸出插片的至少两个边缘可以被外周垫圈材料覆盖。横向凸出插片的前缘可以被外周垫圈材料覆盖。垫圈材料可以限定用于保持电气接头偶联至横向凸出插片的保持零件。保持零件可以包括在横向凸出插片之上延伸的垫圈材料的暴露表面上的倒钩。保持零件可以包括覆盖第一面的垫圈材料的肋形暴露表面。流体流场板可以包括在导电板元件的两个面中具有流体分布通道的双极板。

电绝缘垫圈材料可以围绕导电板元件的整个外周延伸，和可以限定板元件的至少一个外周边缘上的垫圈材料中的流体分布通道，并且可以限定用于板元件的至少一个不同的外周边缘上的横向凸出插片的保护结构。

流体流场板可以进一步包括在横向凸出插片的第一面和/或在覆盖横向凸出插片的第一面的垫圈材料中限定的流体冷却剂流动通道。

横向凸出插片可以限定用于保持电气接头偶联至横向凸出插片的保持零件。保持零件可以包括横向凸出插片的仿形(contoured)或仿型(profiled)暴露表面。

燃料电池堆叠可以包括多个层，其中至少一些层每个包括如上限定的流体流场板，从而限定由堆叠的至少一个面向外延伸的多个导电连接插片，每个导电连接插片在多个边缘上被多个层的垫圈材料保护，垫圈材料共同地限定用于多个连接插片的外壳结构。

外壳结构可以包括两个端壁，其保护连接插片的边缘并且限定在其间用于接收电气接头模块的插座。燃料电池堆叠可以进一步包括电气接头模块，其配置为与多个导电连接插片和垫圈材料接合用于使每个插片单独电气连接。电气接头模块可以与布置在垫圈材料上的保持零件接合。保持零件可以包括外壳结构上的一个或多个倒钩和外壳结构的垫圈材料的肋形暴露表面。电气接头模块的宽度可以大幅度小于导电连接插片的宽度，使得电气接头模块可以在沿着堆叠的外周边缘的许多不同位置处与插片接合和/或使得多个这样的电气接头模块可以在沿着堆叠的外周边缘的不同位置处同时与堆叠的插片接合。

电气接头模块可以包括以等于堆叠中的板的节距或堆叠中的板的节距的整数倍的节距彼此间隔开的多个叶片，每个叶片包括弹簧金属部件，其用于与横向凸出插片的第二面接合和用于同时与覆盖相邻的横向凸出插片的相对的第一面的垫圈材料接合。

根据另一方面，本发明提供了具有分层构造的燃料电池堆叠组件，分层构造包括至少部分地被垫圈层分离的导电流体流场板，每个垫圈层具有一起限定堆叠组件的开放面的至少一个暴露边缘，每个垫圈层在暴露边缘中限定凹部，每个凹部配置为接收电气接头，用于使得与凹部相邻的各自导电流体流动板电气连接。

每个凹部可延伸通过各自的垫圈层的厚度的仅一部分，从而每个凹部在第一侧由所述导电流体流动板中的一个限定，并在第二侧由垫圈材料限定。每个垫圈层可以位于阴极板和阳极板的一部分之间。每个垫圈层可以限定与各自的凹部相关联的保持零件。保持零件可以包括凹部内的肋形表面。导电流体流动板可以限定与各自的凹部相关联的保持零件。保持零件可以包括与各自的凹部相关联的导电流体流动板的仿形或仿型暴露表面。阴极板可以包括波纹板(corrugated plate)，并且每个垫圈层的厚度可以与波纹高度对应。垫圈层和导电流动板中每个可以具有一起限定堆叠组件的开放面的至少一个暴露边缘。燃料电池堆叠可以进一步包括限定在导电板和/或垫圈中的冷却剂流动通道，冷却剂流动通道位于覆盖凹部的位置中。

根据另一方面，本发明提供了使燃料电池堆叠的流场板电气连接的方法，其包括：

形成多个流体流场板，每个包括具有封装在电绝缘垫圈材料中的外周边缘的导电板元件，该板元件具有具有横向凸出插片，其第一面被外周垫圈材料覆盖和第二面至少部分地通过垫圈材料暴露；

将流体流场板堆叠在一起以形成具有对齐的横向凸出插片的燃料电池堆叠，使得垫圈材料限定所述插片的外壳。

该方法可以进一步包括通过在由外壳限定的插座内接合将电气接头模块连接至所述插片，其中电气接头模块与插片和垫圈材料接合。

根据另一方面，本发明提供了使燃料电池堆叠的流场板电气连接的方法，其包括：

形成具有分层构造的燃料电池堆叠组件，分层构造包括被垫圈层分离的导电流体流场板，垫圈层每个具有一起限定堆叠组件的开放面的至少一个暴露边缘，垫圈层每个在暴露边缘中限定凹部；

将电气接头插入每个凹部中以使与凹部相邻的各自导电流体流动板电气连接。

附图说明

现在将通过举例并参考附图描述本发明的实施方式，其中：

图1显示了现有技术燃料电池堆叠的示意性透视图，其中常规的监测电池电压的插片由燃料电池堆叠的面向外延伸；

图2显示了十个流场板的局部堆叠的角部分的透视图，其显示垫圈外壳导电连接插片，每个导电连接插片由各自的流场板的外周边缘横向延伸；

图2a显示了在导电连接插片的中间点处通过图2中的一个流场板的横截面图；

图3显示了图2中的堆叠的角部分的透视图，还显示了附接至其的电气接头模块；

图4显示了图3中的堆叠的角部分和接头模块的透视图，其中接头模块偶联至堆叠；

图5显示了与图2中相似，但是具有一排延伸宽度的导电连接插片的堆叠的角部分的透视图；

图6显示了图5的堆叠的透视图，其显示在该排导电连接插片的不同宽度位置处偶联的两个电气接头模块；

图7显示了开放阴极燃料电池堆叠组件的部分的透视图(显示了九个电池；可以在其上堆叠更多)；

图8显示了适于提供流体冷却至导电连接插片的通过与图2a相似的一个流场板的横截面图。

具体实施方式

图2显示了电化学燃料电池堆叠的流体流场板10的堆叠。板10的数量仅仅是说明性的，并且应当理解这形成了燃料电池堆叠的一部分，其中可以使用更大或更少数量的板10。在这里描述的实施例中，每个板10是双极板，但是可以使用单独的阳极板和阴极板。

每个板10包括导电板元件11，其提供板的有源场区域并且可以在其表面包括一组流体流分布通道12，用于阳极或阴极流体跨越有源场区域的流动。流动通道12被一个或多个气体扩散层13和膜电极组件覆盖，在图2中气体扩散层13和膜电极组件被部分切掉以露出后面的流动通道12。在堆叠组装期间，气体扩散层13通常可以敷设在导电板元件11的顶部。对于双极板，流体流动通道12可以被提供在板元件11的两个面上。

每个导电板元件11(其可以被称为板插件)具有封装在电绝缘垫圈材料15中的外周边缘。垫圈材料15优选地形成为二次成型的(overmoulded)垫圈18，其被结合至导电板元件11并且包括有弹性的弹性体/橡胶复合物，其在两个面上提供围绕板元件11边缘的密封表面16，并且任选地在板的一个或多个边缘处还围绕一个或多个流体分布增压室17，用于将流体递送至每个板10中的流动通道12。

每个导电板元件11还包括由板的有源场区域并且优选地由板元件11的外周边缘延伸的横向凸出插片20。优选地，板元件11和横向凸出插片20具有一体化构造，例如在引入二次成型工艺以在切割片材的外周边缘周围形成外周垫圈之前，由冲压出或以其他方式切割和形成为合适形状的金属片材比如不锈钢形成。

如图2中可见，垫圈18提供包括第一和第二端壁22a、22b的外壳结构21，其保护和围绕或包封插片20的各自的第一和第二侧边缘23a、23b。插片20包括在图2中可见的暴露面24a，和在图2中不可见的但是在图2a中显示的位于插片20的背面上的隐藏面24b，其表示通过端壁22a、22b之间的中点处的一个板元件11和插片20朝着端壁22a看的横截面。更一般而言，隐藏面24b可以示例插片20的第一面，并且暴露面24a可以示例插片20的相对的第二面。第一面被垫圈材料15通过外壳结构21的覆盖部件25覆盖，覆盖部件25在第一和第二端壁22a、22b之间延伸。覆盖部件25的前缘25a在图2中可见。可见插片20的前缘26与外壳部件25的前缘紧紧相邻。插片20的第二面24a至少部分地通过垫圈材料15暴露。例如，在第一和第二端壁22a、22b处的外壳结构21优选地提供少量重叠至第二面24a的外周部分上以及覆盖第一和第二侧边缘23a、23b。

如图2中可见，由垫圈材料15限定的外壳结构21提供插片20凹入垫圈材料内，用于保护。

外壳结构21优选地限定用于保持电气接头组件可以可拆卸地偶联至一个插片或多个插片20的一个或多个保持零件。

一个这种类型的保持零件可以包括由一个或两个端壁22a、22b向内凸出的倒钩30。端壁22a、22b可以配置为当接头组件被推到外壳结构21内的插片20上时弹性地变形，并且然后当该零件已经穿过倒钩30并且充分接合时弹性地返回以捕获接头组件的零件。

如图2a中可见，另一种类型的保持零件可以包括覆盖插片20的第一面24b的垫圈材料15的肋形暴露表面31。肋形表面31可以包括垫圈材料的合适地仿形或仿型表面，当进入外壳结构21中以与堆叠中与肋形表面31相对的相邻板10的插片20的暴露部分24a偶联时，该仿形或仿型表面增强接头组件的接头叶片(例如，稍后结合图3描述的)之间的摩擦。肋形表面31可以包括一系列棘爪(detent)、脊(ridge)、波纹、凹口或其他表面纹理或表面轮廓零件，其与这种接头叶片的零件配合或相互接合。

另外，或相反，保持零件可以提供在插片20的暴露表面24a上，例如作为插片20的合适地仿形或仿型表面，当进入外壳结构21内时，该仿形或仿型表面增强接头组件的接头叶片(例如，稍后结合图3描述的)之间的摩擦。插片20的仿形或仿型暴露表面24a可以包括肋形表面，一个或多个脊或突起(pip)或类似物以帮助保持接头叶片，例如通过与接头叶片的相应零件(例如接收表面)接合。

对于大部分燃料电池堆叠类型，除了插片20的前缘26以外，垫圈材料15优选地围绕导电板元件11的完整外周延伸。然而，在其他实施方式中，板元件11的一个或多个边缘或边缘的部分可能不需要连续的垫圈，例如对于开放阴极式燃料电池板。

垫圈材料15，即垫圈18，可以包括其他零件。这些可以包括凹部35，每个凹部35适于接收用于将所有板10以堆叠压缩在一起的拉杆，和用于接合或安装堆叠支撑结构、气流箱等的其他凸出构件36。垫圈材料15通常可以在提供插片20的板10的边缘上仿型，使得外壳21沿着整个边缘(或其大部分)延伸，提供用于插片20的一个或多个特定凹部。

垫圈18还可以限定流体分布通道，比如终止于从流体分布增压室17打开的开口37的那些。这些通道可以配置为将流体从分布增压室17递送至选定的流动通道12的那些。流体分布通道可以提供在板10的至少一个，并且优选地两个外周边缘上，通常是板10的相对边缘，并且通常在板的边缘上，其与限定横向延伸连接插片20的一个边缘或多个边缘不同(例如与其相邻)。垫圈材料15还可以包括(比如由腔38提供的)增强压缩性的区域。

参考图3，可见由堆叠板10的垫圈材料15限定的外壳结构21有效地提供可以接收电气接头模块40的插座或凹部。在图2和图3中的实施例中，由外壳结构21提供的插座可以被认为包括端壁22a、22b和在每对插片20之间延伸的覆盖部件25。

接头模块40包括一系列导电叶片41，其由基板42向外延伸并且以对应于板10的间距或其整数倍的间隔隔开。每个叶片41可以包括凸耳部分43，其将与外壳21上的倒钩30保持零件配合。凸耳部分43可以当其在接头模块40与由外壳21限定的插座接合期间滑过时压缩和/或移置倒钩30，并且然后当凸耳部分43的后肩部43a已经经过倒钩并且垫圈材料弹性地恢复其位置时保持在倒钩30后面。

如所显示，叶片41每个可以包括其自身向后折叠的弹簧金属部件，其具有偶联至基板42的主叶片部分44和向后折叠在主叶片部分44上但是稍微与其分离的的弹簧片部分45，以便提供具有有效的可压缩厚度的叶片。当将叶片41插入外壳21的各自部件时，主叶片部分44抵靠插片20的暴露面24a，并且弹簧片部分45抵靠相邻插片20的覆盖部件25。如果存在肋形表面31的保持零件，则可有助于将叶片41保持在插座中。叶片41的弹簧片部分45确保主叶片部分44被牢固地压靠各自的暴露面24a。如附图中显示，主叶片部分44和弹簧片部分的形式可以是稍微弧形的，以有助于确保良好的滑动接合和良好的物理接触以进行电气连接。还可能的是提供叶片41的交替构造，适于与插片20的暴露面24a和相邻插片的相对的覆盖部件25二者进行最佳接触。

因此，在总体方面，叶片41可以以等于堆叠中的板10的节距或其整数倍的节距彼此间隔开，并且每个叶片可以包括弹簧金属部件44、45，其与横向凸出插片20的第二(暴露)面24a接合，并且同时可以与覆盖相邻的横向凸出插片20的相对的第一(覆盖的)面24b的垫圈材料25接合。

接头模块40的基板42可以包括印刷电路板或类似材料，其可以配置为在其上具有导电轨道，每个导电轨道提供各自的叶片41的电气连接。

图4图解了通过简单的推入配合插入由外壳21限定的插座的接头模块40。

图5图解了图2至图4中示例的连接系统的变型。在图2至图4中，连接模块40具有宽度w_c，其与外壳21内的插片宽度w_t紧密对应，使得连接模块通常填充由外壳限定的插座。在图5的布置中，外壳21包含具有延伸的宽度w_e的插片20，其提供暴露插片面24a的大得多的表面积。在这样的布置中，如图6中可见的，连接模块40可以由相同的宽度制成并且定位在沿着插片20的宽度的任何位置。这允许连接模块40定位的灵活性，这取决于围绕燃料电池堆叠的其他基础设施。如果受限制的空间阻止多个连接模块沿着堆叠彼此一致放置，它还允许连接模块的交错位置(如显示的)。

延伸的宽度插片布置还促进使用彼此平行的多个连接模块40(即偶联至相同的插片)，这应该需要从堆叠中的单个中间板消耗(draw)比通常需要用于简单的电压监测的更高的电流。

连接模块40还可以配置为仅在堆叠中选定的板位置处具有叶片41，例如叶片可以是双倍间距的以仅拦截堆叠中的交替插片20。例如，第一连接模块40可以包括定位用于在奇数的板插片位置处接合的叶片41，和第二连接模块40可以包括定位用于在偶数的板插片位置处接合的叶片41。连接模块40从而可以被并排定位在图6中的宽插片外壳上。

描述的导电连接插片的配置提供了许多优点。插片可以被同时方便地制造的一片二次成型的垫圈内的垫圈材料保护。插片不易被损坏。垫圈材料可以提供可压缩的高摩擦表面以在插入时帮助保持电气连接模块。使用垫圈材料增加对于插片的保护可以实现延长长度的插片，其然后可以提供接头定位的灵活性，和/或用于延长尺寸接头或多个接头的扩展的插片表面积，用于从一个插片或多个插片更高的电流消耗。当有时短路选择电池或从选定的电池消耗非常高的电流可能是有利的时，比如在堆叠启动、堆叠调整或堆叠保护操作期间，该特征可能是有用的。

通过外壳21部分封装插片提供在组装和使用期间改善的耐久性，和板10在组装之前，例如在运输和处理期间改善的耐久性。在提供延伸宽度的插片中也可能具有优势，使得电流可以沿着板的基本上整个边缘从板消耗，用于改善横跨板的表面积的电流分布。可以应用不同的接头以适应使用不同接头系统的电压感测和电流消耗二者。

横向凸出插片20通常可以由导电板元件11的边缘部分示例，边缘部分由板元件的有源场区域，或否则板元件的大致矩形轮廓横向向外凸出，使得它能够提供从由多个板10边缘限定的堆叠的面延伸的暴露的凸出元件。可选地或另外地，横向凸出插片20通常可以由导电板元件的有限区域部分来示例，有限区域部分横向位于用于将相邻板以堆叠密封在一起的垫圈材料的内部周界的外面。

保护插片的外壳21在附图中显示为保护即覆盖两个侧边缘23a、23b。在其他布置中，通过外壳仅覆盖一个侧边缘23a或23b可以具有更有限形式的保护。在附图(例如图2a)中，插片20的前缘26显示为被暴露，尽管通过相邻的下方插片覆盖部件25部分保护和支撑，其中下方插片覆盖部件25的前缘25a基本上与插片前缘26一致。然而，在可选的布置中，覆盖部件25可以配置为环绕插片前缘26，用于另外的边缘保护。因此，在总体方面，横向凸出插片的一个、两个或三个边缘可以被外周垫圈材料覆盖。

从以上描述显而易见，上述实施方式提供使燃料电池堆叠的流场板10电气连接的一般方法。该方法可以包括形成多个流体流场板10并且将流体流场板堆叠在一起以形成具有对齐的横向凸出插片20的燃料电池堆叠，使得垫圈材料15限定插片的外壳21。通过使接头模块接合至由外壳21限定的插座内，电气接头模块40然后可以被偶联至插片20。可见，电气接头模块40的接合是牢固的，因为该模块可以与插片20(在表面24a处)和垫圈材料15——例如在覆盖部件25和/或包括倒钩30的保持零件处——二者接合。

上述原理还可以适用于燃料电池堆叠，其中垫圈材料存在暴露边缘，其至少部分限定堆叠组件的开放(例如外部)面。垫圈材料的该暴露边缘使得能够在其中产生凹部以使电气接头能够进入流体流场板的面的插片部分，该面以其他方式抵靠垫圈材料被密封。

图7图解了具有分层构造的开放阴极类型(variety)的燃料电池堆叠70的一部分，其依次包括：导电阳极流动板71；用于密封其间的膜电极组件73的阳极垫圈72和阴极垫圈74；导电阴极流动板75；和歧管垫圈76。阳极流动板71在其表面中限定多个流体流分布通道，用于使阳极流体(例如氢)以如上所讨论的方式通过其流动。阴极流动板75包括波纹结构75a，其中波纹提供流动通道75b，用于使空气穿过堆叠70，从堆叠70的一个通风面77到堆叠的相对侧上的相对的通风面(在图7中不可见)。这些流动通道75a可用于使阴极氧化剂流体(例如空气)递送至阴极表面和将冷却流体(例如空气)递送通过燃料电池堆叠二者。

在堆叠70的一个端部79处，或在堆叠的两个端部处(例如图7中的端部79和不可见的相对的端部)，可以提供流体分布增压室或歧管78，其延伸通过堆叠70的高度以提供阳极流体至阳极流动板71中的通道，如上参考图2所描述的。该歧管78可以被每个流动板71、75中的孔限定，并且在歧管垫圈76中布置在每对阳极和阴极流动板71、75之间。歧管垫圈76通常可以具有合适的厚度t以适应波纹结构75a的波纹的高度，或可以包括多个层以构成该厚度t。歧管垫圈每个具有有效地限定堆叠70的开放(例如外部可进入的)面的暴露面81。在显示的布置中，每个歧管垫圈76具有在暴露面81中限定的凹部80，其有效地形成堆叠组件70的开放面中的开口，该开口适于接收用于使阳极流动板71和阴极流动板75中的至少一个电气连接的电气接头。电气接头组件可以包括比如结合图3和4描述的叶片41。

在显示的实施例中，通过使歧管垫圈76的一个表面(例如显示的上表面)中的通道82部分地从暴露面81延伸进入垫圈，形成暴露面81中的凹部80。凹部80优选地延伸通过歧管垫圈76的厚度t的仅一部分。如果歧管垫圈76由多个层形成，通道82可以由一个上层或多个上层的切去部分限定，留下下层未切割。凹部80在顶面上由阳极流动板71限定，和在底面上由通道82的底部限定，和在两个侧面上由通道82的侧壁限定。

通道82的底部可以限定保持零件，其适于帮助保持插入凹部的电气接头组件(例如叶片41)。保持零件可以包括在通道82的底部和/或在通道82的一个或多个侧壁上的肋形表面。在显示的布置中，肋形表面包括纵向肋83，每个纵向肋83从歧管垫圈76的暴露面81延伸至凹部内，以用作插入其中的电气接头组件的纵向引导件。可选地或另外地，肋形表面可以包括横向地跨越凹部80延伸以增加接头组件和凹部80之间的摩擦的肋。如结合图2a描述的，肋形表面通常可以包括垫圈材料的合适的仿形或仿型表面，当进入由凹部80体现并且通常由歧管垫圈76的垫圈材料形成的外壳结构内时，其增强接头组件之间的摩擦。肋形表面可以包括一系列棘爪、脊、波纹、凹口、倒钩或与接头组件的接头叶片的特征配合或相互接合的其他表面纹理或表面轮廓零件。类似地，如结合图2所描述，保持零件可以另外地或替代地以结合图2中的插片20的暴露表面24a描述的相似的方式提供在阳极流动板71的表面上，以帮助保持接头叶片。保持零件可以被施加至阳极流动板(或阴极流动板或二者)的表面，阳极流动板(或阴极流动板或二者)与接收接头叶片的各自的凹部80相关联(例如与其相邻或限定其一个壁)。

如图7中的实施例可见，歧管垫圈76可以位于阳极板71和阴极板75之间。由通道82形成的凹部80可以限定在与阳极流动板71相邻的歧管垫圈76的面中(如显示)，或该通道可以限定在与阴极流动板75相邻的歧管垫圈76的面中(例如在图7中显示的燃料电池堆叠组件的取向中的“反向(inverted)”通道)。在仍进一步布置中，凹部80可以延伸通过歧管垫圈76的整个厚度t，使得待插入其中的接头组件的叶片41与阳极板71和阴极板75二者直接电气接触。在该情况下，可以在由歧管垫圈材料限定的凹部80的侧壁上提供一个或多个保持零件。在图7的布置中，阳极流动板71和阴极流动板75经由每个波纹的波峰彼此电气接触。

图7中的实例图解了燃料电池堆叠组件，其中凹部80在可以与阳极垫圈或阴极垫圈分离的歧管垫圈76中形成。然而，凹部80可以在与导电板相邻的燃料电池堆叠组件的任何垫圈中形成，并且具有足够的厚度以允许电气接头组件(例如叶片41)在其中接收。在图7中的布置中，歧管垫圈76不需要是电绝缘的，因为它位于电连接的阳极流动板和阴极流动板之间。然而，电分离阳极板和阴极板，或电隔离相邻电池的双极板的垫圈需要是电绝缘的。

上述燃料电池堆叠布置可以使用任何适合的公型电气连接组件，比如与结合图3和4描述的那些相似的组件。如果电压连接插片对于每个电池不是必需的，则不需要在堆叠中的每个燃料电池的歧管垫圈层(或其他垫圈层)中形成凹部80。如结合图2至图6中的布置所讨论的，可以为每个电池提供凹部80，但是连接模块40可以仅在堆叠中的选定板/电池位置处提供有叶片41。如果需要，可以在堆叠组件内的不同位置处提供多个凹部80，用于连接模块40的交错定位。

上面描述的燃料电池堆叠布置还可以适于提供板元件的部分的流体冷却，例如液体冷却，所述板元件提供电气连接区域。例如，板元件11的插片(例如插片20)可以被流体冷却，或与接收电气接头的凹部80相邻的导电流体流动板(例如阳极或阴极流动板71、75)的部分可以被流体冷却。

在图2中的实例中，电气接头插片20优选地为板元件11的整体形成部件，并且板元件在其中限定流动通道12。在对其的改进中，板元件11(如图2中看到)的下面可以包括用于将冷却流体(例如水)递送至电气接头插片20的一组流动通道。图8显示了对图2a中的板元件11的适合的改进。如在图8的布置中示例的，板元件11可以包括在插片20的背面上的面24b中的一系列流体流动通道90。流动通道90可以围绕在垫圈材料15下方的板以任何适合的模式延伸，其允许流体流入插片20附近，并且优选地在暴露面24a的相对面上横穿插片20，从而实现插片本身的流体冷却。

流动通道可以包括延伸进入并且跨越插片20的区域的蛇形通道。流动通道可以具有大致均匀的宽度以覆盖插片20区域的合适区域，和/或可以包括能够在插片20区域中的位置处提供更大体积的冷却剂的廊道(gallery)。

流动通道90可有助于实现比以其他方式可能的更高的通过插片20的电流消耗。当板元件11特别薄和/或具有低热质量时，和/或当有时能够从插片20消耗比通常需要用于电池电压监测的显著更高的电流是有用的时，这可以是特别有益的。这种流动通道90可以可选地或另外地提供在垫圈材料15中，垫圈材料15本身与限定插片20的板元件11的部分相邻。

冷却剂流动通道90可以从适合的流体分布增压室被进给，流体分布增压室与如图2中零件17显示的增压室相似。冷却剂流动通道90可以是板11的阳极或阴极流动通道12的延伸，特别是在阳极或阴极流体流动足以为插片提供冷却的地方。可选地，冷却剂流动通道90可以是延伸穿过板的有源区域(例如图2中显示的由气体扩散层13覆盖的区域)的特定水或其他冷却剂流动通道的延伸。可选地，冷却剂流动通道可以是插片20的特定通道并且通过适合的专用增压室17进给。在总体方面，冷却剂流动通道可以限定在横向凸出插片20的面24b中和/或在覆盖横向凸出插片20的面24b的垫圈材料25中。

相似的改进可以容易地应用于由图7示例的燃料电池堆叠布置。在这种改进中，例如，冷却剂流动通道可以作为与歧管垫圈76紧密相邻并覆盖通道82的阴极流动板75的面中的通道被提供。冷却剂流动通道通常可以提供在位于抵靠垫圈76密封的面中的阳极或阴极流动板71、75中并且在由凹部80限定的电气连接区域附近。因此，在总体方面，堆叠中的一个或多个电池可以具有在导电板比如阳极流动板71或阴极流动板75中和/或在覆盖这种板的垫圈76中限定的冷却剂流动通道，并且冷却剂流动通道可以位于覆盖凹部80的位置中，从而冷却由通道82暴露的板的一部分——用于连接至电气接头组件，比如叶片41。

通过将这种直接流体冷却提供至电气接头组件附接至其的导电板的一部分，电气连接区域附近的导电板可以具有非常低的质量和小的表面积，但仍提供通过过热没有损坏的良好电流容量。通过使用可能已经在板上其他地方可用的液体冷却，使一个或多个冷却流动路径(和从而延伸板的温度控制表面)延伸到板的电气连接区域是方便的、有效的和低成本的。

其他实施方式有意地落在所附权利要求的范围内。

Claims (33)

1.一种用于电化学燃料电池的流体流场板，其包括具有封装在电绝缘垫圈材料中的外周边缘的导电板元件，所述板元件具有横向凸出插片，所述横向凸出插片具有被所述外周垫圈材料覆盖的第一面和至少部分地通过所述垫圈材料暴露的第二面。

2.根据权利要求1所述的流体流场板，其中所述横向凸出插片的至少一个边缘被所述外周垫圈材料覆盖。

3.根据权利要求1所述的流体流场板，其中所述横向凸出插片的至少两个边缘被所述外周垫圈材料覆盖。

4.根据权利要求1所述的流体流场板，其中所述横向凸出插片的前缘被所述外周垫圈材料覆盖。

5.根据权利要求1所述的流体流场板，其中所述垫圈材料限定用于保持电气接头偶联至所述横向凸出插片的保持零件。

6.根据权利要求5所述的流体流场板，其中所述保持零件包括在所述横向凸出插片之上延伸的所述垫圈材料的暴露表面上的倒钩。

7.根据权利要求5所述的流体流场板，其中所述保持零件包括覆盖所述第一面的所述垫圈材料的肋形暴露表面。

8.根据权利要求1所述的流体流场板，其包括在所述导电板元件的两个面中具有流体分布通道的双极板。

9.根据权利要求1所述的流体流场板，其中所述电绝缘垫圈材料围绕所述导电板元件的整个外周延伸，并且在所述板元件的至少一个外周边缘上在所述垫圈材料中限定流体分布通道，和在所述板元件的至少一个不同的外周边缘上限定所述横向凸出插片的保护结构。

10.根据权利要求1所述的流体流场板，进一步包括在所述横向凸出插片的第一面中和/或在覆盖所述横向凸出插片的第一面的垫圈材料中限定的流体冷却剂流动通道。

11.根据权利要求1所述的流体流场板，其中所述横向凸出插片限定用于保持电气接头偶联至所述横向凸出插片的保持零件。

12.根据权利要求11所述的流体流场板，其中所述保持零件包括所述横向凸出插片的仿形或仿型暴露表面。

13.一种燃料电池堆叠，其包括多个层，至少一些所述层每个包括根据权利要求1所述的流体流场板，从而限定由所述堆叠的至少一个面向外延伸的多个导电连接插片，每个导电连接插片在多个边缘上被所述多个层的所述垫圈材料保护，所述垫圈材料共同地限定多个连接插片的外壳结构。

14.根据权利要求13所述的燃料电池堆叠，其中所述外壳结构包括两个端壁，其保护所述连接插片的边缘并且限定其间用于接收电气接头模块的插座。

15.根据权利要求13所述的燃料电池堆叠，进一步包括电气接头模块，所述电气接头模块配置为与所述多个导电连接插片和所述垫圈材料接合，用于使每个所述插片单独电气连接。

16.根据权利要求15所述的燃料电池堆叠，其中所述电气接头模块与布置在所述垫圈材料上的保持零件接合。

17.根据权利要求16所述的燃料电池堆叠，其中所述保持零件包括在所述外壳结构上的一个或多个倒钩以及所述外壳结构的垫圈材料的肋形暴露表面。

18.根据权利要求15所述的燃料电池堆叠，其中所述电气接头模块的宽度大幅度小于所述导电连接插片的宽度，使得所述电气接头模块可以在沿着所述堆叠的外周边缘的许多不同的位置处与所述插片接合，和/或使得多个这样的电气接头模块可以在沿着所述堆叠的外周边缘的不同位置处同时与所述堆叠的插片接合。

19.根据权利要求15所述的燃料电池堆叠，其中所述电气接头模块包括以等于所述堆叠中的板的节距或其整数倍的节距彼此间隔开的多个叶片，每个叶片包括弹簧金属部件，用于与横向凸出插片的第二面接合，并同时与覆盖相邻的横向凸出插片的相对的第一面的垫圈材料接合。

20.一种具有分层构造的燃料电池堆叠组件，所述分层构造包括至少部分地被垫圈层分离的导电流体流场板，所述垫圈层每个具有一起限定所述堆叠组件的开放面的至少一个暴露边缘，

所述垫圈层每个限定所述暴露边缘中的凹部，每个凹部配置为接收用于使与所述凹部相邻的各自导电流体流动板电气连接的电气接头。

21.根据权利要求20所述的燃料电池堆叠组件，其中每个凹部延伸通过所述各自的垫圈层的厚度的仅一部分，从而每个凹部在第一侧上由所述导电流体流动板中的一个限定和在第二侧上由所述垫圈材料限定。

22.根据权利要求20所述的燃料电池堆叠组件，其中每个垫圈层位于阴极板和阳极板的一部分之间。

23.根据权利要求20所述的燃料电池堆叠组件，其中每个垫圈层限定与各自的凹部相关联的保持零件。

24.根据权利要求22所述的燃料电池堆叠组件，其中所述保持零件包括在所述凹部内的肋形表面。

25.根据权利要求20所述的燃料电池堆叠组件，其中每个导电流体流动板限定与各自的凹部相关联的保持零件。

26.根据权利要求25所述的流体流场板，其中所述保持零件包括与各自的凹部相关联的所述导电流体流动板的仿形或仿型暴露表面。

27.根据权利要求22所述的燃料电池堆叠组件，其中所述阴极板包括波纹板，并且每个垫圈层的厚度与波纹高度对应。

28.根据权利要求20所述的燃料电池堆叠，其中所述垫圈层和所述导电流动板每个具有一起限定所述堆叠组件的开放面的至少一个暴露边缘。

29.根据权利要求20所述的燃料电池堆叠，进一步包括在所述导电板和/或所述垫圈中限定的冷却剂流动通道，所述冷却剂流动通道在覆盖所述凹部的位置中。

30.一种使燃料电池堆叠的流场板电气连接的方法，其包括：

形成多个流体流场板，每个包括具有封装在电绝缘垫圈材料中的外周边缘的导电板元件，所述板元件具有横向凸出插片，其第一面被所述外周垫圈材料覆盖和第二面至少部分地通过所述垫圈材料暴露；

将所述流体流场板堆叠在一起以形成具有对齐的横向凸出插片的燃料电池堆叠，使得所述垫圈材料限定所述插片的外壳。

31.根据权利要求30所述的方法，进一步包括：

通过在由所述外壳限定的插座内接合将电气接头模块连接至所述插片，其中所述电气接头模块与所述插片和所述垫圈材料接合。

32.一种使燃料电池堆叠的流场板电气连接的方法，其包括：

形成具有分层构造的燃料电池堆叠组件，所述分层构造包括由垫圈层分离的导电流体流场板，所述垫圈层每个具有一起限定所述堆叠组件的开放面的至少一个暴露边缘，所述垫圈层每个限定所述暴露边缘中的凹部；

将电气接头插入每个凹部以使与所述凹部相邻的各自的导电流体流动板电气连接。

33.一种燃料电池，其基本上如本文参考附图所描述。