TW201405927A - 燃料電池疊總成 - Google Patents

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Abstract

一種燃料電池疊總成包括在一堆疊中的複數的燃料電池，該堆疊係界定出二個相對的平行端面。該堆疊的每個相對的端面處係設有一個端板總成。該等端板總成係耦接在一起，用以藉此將在該堆疊中的燃料電池保持在壓縮狀態下。該等端板總成的至少其中之一包括：一主板；其界定一具有一第一部分及一第二部分的主壓縮面；一第一從屬板，其界定一第一從動壓縮面；及一第二從屬板，其界定一第二從動壓縮面。該第一從動壓縮面面對該主壓縮面的第一部分，並且在組合好時，是處於與該主壓縮面的第一部分的壓縮關係之中，並且該第二從動壓縮面係面對該主壓縮面的第二部分，並且在組合好時，是處於與該主壓縮面的第二部分的壓縮關係之中。

Description

燃料電池疊總成
本發明係關於適合於組裝電化學燃料電池疊的方法及裝置。
燃料電池疊包括一系列的個別的燃料電池，其一層一層地建立成一疊配置。每個電池本身可以包括各種分層的元件，例如聚合物的電解質薄膜、氣體擴散層、流體的流動板件及用於保持流體緊密並且將流體燃料及氧化劑分配提供給該薄膜的主動表面的各種密封氣墊。在該疊的每個端面處，藉由繫桿而耦接在一起的一對壓力端板在傳統上係被用來將該堆疊保持在一起並且保持在該堆疊的電池上的壓縮作用。
最重要的是，由該等端板施加於該燃料電池疊的端部的壓力在該堆疊的表面各處係足夠均勻，使得該堆疊的全部的個別元件係保持在與彼此的適當壓縮關係之中。特別是密封襯墊在每個燃料電池的整個區域各處必須被保持於適當的壓縮，用以確保流體的流動路徑可以被適當地界定，使得燃料及/或氧化劑可以被正確地運送到每個電池的主動表面，並且不會洩漏。
傳統上，可以藉著提供結實且堅固的端板，其能夠在該堆疊端部的整個表面各處保持足夠過度的壓力，來維持均勻的壓力。這會產生大而重的端板來確保這些端板不會在必要的壓力下產生顯著的扭曲，並且不會不均勻地施加壓縮作用力。使用大而重的端板會導致比所需更重且更大的燃料 電池疊。一種替代方法是使用重量較輕的端板，但是要提供額外的機構來減輕當應用壓縮作用力時所產生的端板結構扭轉的效果。這可以是一個墊片，其對中地定位在一端板與一第一內部的堆疊元件之間。
在美國專利案US 2006/0194094中所描述的一項方法係使用具有一個壓力護罩及一個承載板的端板，該壓力護罩係朝向該堆疊凸出地彎曲，該承載板則作用如同一個過渡元件，用來將壓縮作用力傳送到該燃料電池疊的一個平面元件。此文獻可以說是承認了保持均勻的壓力分佈的重要性。
所存在的一項問題是關於在整個燃料電池疊保持均勻壓力分佈關係，同時也容許流體可以分配到在該堆疊中的燃料電池。此外，如上文所注意到的，將端板的尺寸大小及重量減少到最小程度，對於結合較小的燃料電池疊以用於某些應用來說是需要的。
本發明的一項目的是提供一種改良的方法，其能夠確保在燃料電池疊的端面各處有良好的壓力分佈，同時將所需流體供應到燃料電池時的彈性。
根據一項觀點，本發明提供了一種燃料電池疊總成，其包含：在一堆疊中的複數的燃料電池，該堆疊係界定出二個相對的平行端面：該堆疊的每個相對的端面處係設有一個端板總成，該等端板總成係耦接在一起，用以藉此將在該堆疊中的燃料電池保持在壓縮作用下；其中，該等端板總成的至少其中之一包括：一主板，其界定一具有一第一部分及一第二部分的主壓縮面；一第一從屬板，其界定一第一從動壓縮面；一第二從屬板，其界定一第二從動壓縮面； 該第一從動壓縮面面對該主壓縮面的第一部分，並且在組合好時，是處於與該主壓縮面的第一部分的壓縮關係之中；該第二從動壓縮面係面對該主壓縮面的第二部分，並且在組合好時，是處於與該主壓縮面的第二部分的壓縮關係之中。
至少其中一個從屬板可以在至少一界定出橫向延伸部分的一側邊上從該主板處橫向地延伸，該橫向延伸部分包括至少一個流體分配口，其與一個通過在該堆疊中的複數個燃料電池或是在該等燃料電池旁邊的流體分配通道相連通。
第一第二從屬板二者均可以在至少一側上從該主板處橫向地延伸，第一級第二從屬板每個係藉此可以界定出一個橫向延伸部分，並且每個橫向延伸部分包含至少一個流體分配口，其與一個通過在該堆疊中的複數個燃料電池或是在該等燃料電池旁邊的流體分配通道相連通。
該至少一個流體分配口可以包括一個燃料分配口、一個水分配口、一個氧化劑分配口及一個冷卻劑流體分配口的至少其中之一。該第一級第二從屬板可以分別包含不同構造的流體分配口。該第一從屬板可以界定出一個燃料分配口及一個水分配口的至少其中之一，當作該至少一個流體分配口，並且該第二從屬板可以界定出一個氧化劑分配口及一個冷卻劑流體分配口的至少其中之一，當作該至少一個流體分配口。
主壓縮面的第一及第二部分可以相對於彼此處於一第一角度，並且該第一及第二從動壓縮面可以相對於彼此處於一第二角度。該第一角度可以是優角的(reflex)並且該第二角度可以是鈍角，或是該第一角度可以是鈍角的並且該第二角度可以是優角的。
第一角度及第二角度可以被選擇成使得在將負載運用於該等端板總成之前，主壓縮面的第一部分及第二部分與分別的第一及第二從動壓縮面是非平行的，然而在運用負載以將燃料電池保持在壓縮作用之下，主板中的彎曲力矩可能會導致主壓縮面的第一部分及第一從動壓縮面因為主板的扭轉而變成彼此平行的關係，並且導致主壓縮面的第二部分及第二從動壓縮面因為主板的扭轉而變成彼此平行的關係。
該第一角度可以是大於180度，使得主壓縮面可以界定出一個凸出表面。該凸出表面可以被建構成使得在應用負載來將該等燃料電池保持在壓縮作用下的狀態下，在該主板中的彎曲力矩會導致主壓縮面的第一部分及第一從動壓縮面因為主板的扭轉而變成彼此平行的關係，並且主壓縮面的第二部分及第二從動壓縮面因為主板的扭轉而變成彼此平行的關係。
該第二角度可以是大於180度，使得第一及第二從動壓縮面會一起界定出一個凸出表面。該凸出表面可以被建構成使得在應用負載來將該等燃料電池保持在壓縮作用下的狀態下，主板中的彎曲力矩會導致主壓縮面的第一部分與該第一從動壓縮面，該主壓縮面的第二部分與該第二從動壓縮面因為主板的扭轉而變成彼此平行的關係。
主壓縮面的第一和第二部分可以二者形成一個連續的凸出表面的一部分，並且該等第一和第二從動壓縮面可以是連續的，用以藉著使得該等第一及第二從屬板沿著一邊緣而緊鄰彼此來形成一個凸出表面。
該主板可以從金屬材料形成。該等從屬板可以從非金屬材料形成。
二個端板總成均可以包括一個主板及第一和第二從屬板。
複數的繫桿可以被配置成在該燃料電池疊的相對端部處通過該等第一 及第二從屬板的橫向延伸部分。該等繫桿可以被建構成將該等端板總成耦接在一起，藉以將在該堆疊中的該等燃料電池保持在壓縮作用下。該等複數的繫桿可以被坐落成在至少一個流體分配口的內側而接近該等複數的燃料電池，以便於將該燃料電池疊保持在壓縮作用下。
根據另一項觀點，本發明提供了一種形成燃料電池疊總成的方法，其包含：形成在一堆疊中的複數的燃料電池，該堆疊界定出二個相對的平行端面；將一個端板總成的第一和第二從屬板定位在該堆疊的一個端面處，該等第一和第二從屬板每個都具有個別的從該堆疊面向外的第一和第二從動壓縮面；定位一在該堆疊的該端部處界定出一主壓縮面的主板，使得該主壓縮面最接近該等第一和第二從動壓縮面；將一第二端板總成定位在該堆疊的該相對端面處；及將該等端板總成耦接在一起，用以將該等第一和第二從動壓縮面帶入與該主壓縮面的關係之中以及用以將該堆疊保持在壓縮作用下。
現在將以舉例的方式並且參照隨附圖式來描述本發明的實例，在圖式之中：圖1說明了一個主板及五對說明性的第一和第二從屬板的分解立體圖，其中每對從屬板都具有不同的流體分配口；圖2說明了一個主板及第一和第二從屬板的剖面立體圖，其說明了這三個元件在組合好的燃料電池疊中的相對位置；圖3a顯示出說明性燃料電池疊總成的前視立體圖；圖3b顯示出圖3a之燃料電池疊總成的後視立體圖； 圖3c顯示出圖3a及3b之燃料電池疊總成的後視圖；圖4a顯示出具有一個凸出主壓縮面和優角的第一角度θM的主板，及具有一個介於第一和第二從動壓縮面之間之鈍角角度θS的第一和第二從屬板的示意剖面圖；圖4b顯示出具有一個凹入的主壓縮面和鈍角的第一角度θM的主板，及具有一個介於第一和第二從動壓縮面之間之優角的角度θS的第一和第二從屬板的示意剖面圖；及圖5顯示出使用於形成燃料電池疊總成之方法的流程圖。
對於燃料電池疊總成很基本的是單極/雙極燃料電池板的相對於彼此的平行關係。在跨越該等電極保持均勻的接觸作用力有助於最佳的電極性能表現。端板(其可以是一個端板總成)是一個重要的元件，其主宰著該堆疊總成的平行關係，但是一旦將負載應用於端板以將該燃料電池疊保持在壓縮作用下並且該等燃料電池帶入壓縮關係中，該端板本身很可能會經歷實際的扭轉。較佳地，該端板的任何扭轉都不應該被傳送到燃料電池的電極板。
板的另一項功能是容許流體傳輸到該堆疊的電極板。較佳地，這些流體應該與金屬表面隔離，用以例如避免腐蝕或是與金屬成分起反應而可能需要更換受到影響的零件。
根據燃料電池疊總成的需求以及該燃料電池疊總成是如何被整合於特殊的系統中，通常對於端板零件會有定製及/或特定需求。如此的需求可能包括特殊的流體分配口的配置，供用於將端板耦接到該燃料電池疊(舉例 來說，透過使用繫桿、夾子或帶子來將該堆疊保持在壓縮狀態下)，以及燃料電池疊總成的較佳性能(舉例而言，使得該堆疊盡可能地輕或小)。
圖1顯示出一個說明性的主板1及說明性的五對第一從屬板5及第二從屬板7。第一從屬板5和第二從屬板7係分離的(亦即，實體上是分開的)元件。一個主板1及一對第一和第二從屬板5，7係一起包括一端板總成30。該主板1界定出一個主壓縮表面2，在這項實例中，該主壓縮表面2包括一第一部分3和一第二部分4。第一從屬板5包括一第一從動壓縮面6且該第二從屬板7包括一第二從動壓縮面8。一端板總成包括一主板1，且第一和第二從屬板5，7可以根據特殊需求而坐落在燃料電池疊的一端部處或是在二端部處。
每個從屬板5，7都包括一平面的後表面14，其被建構成用於與一疊燃料電池的一個端面相接合。該平面後表面14可以均勻地平坦或是可以包括一系列的壓力元件，該等壓力元件一起界定出一系列共面的壓力表面，其分布在該板的共同地界定出該平面後表面14的區域各處。
當被組合在一起以形成例如圖3a所示的一端板總成30時，第一從動壓縮面6係面對主壓縮面2的第一部分3並且第二從動壓縮面8係面對主壓縮面2的第二部分4。當該燃料電池疊被組合好時，第一從動壓縮面6和該主壓縮面2的第一部分3是處於壓縮關係之中。同樣地，第二從動壓縮面8和該主壓縮面2的第二部分4是處於壓縮關係之中。圖2說明了組合好以形成一端板總成30的主板1及第一和第二從屬板5，7。
如最清楚可以從圖3a看出的，第一和第二從屬板5，7二者係在圖1中的主板1的二個側邊上橫向地延伸離開主板1的邊緣22或是延伸於該邊 緣22之外，其中所有被顯示出來的從屬板5，7都具有一個橫向延伸部分9，其係延伸到該等第一從屬板5的頂部並且延伸到該等第二從屬板7的底部，超出開主板1的邊界的邊緣22。在其他實施例之中，根據所選擇的從屬板組合，只有一個從屬板可以在至少一側上側向地延伸於該主板1的邊緣22之外。
可以在圖1中看出該等橫向延伸部分9包括至少一個流體分配口10，11，12，13，17。此等流體分配口10，11，12，13，17每個都可以與一流體分布通道相連通，其中該流體分布通道係通過或向下通過在該堆疊中之複數的燃料電池的側邊。流體分布通道對於以已知的方式將燃料及/或氧化劑及/或水運送到電池來說是必須的。該等橫向延伸部分9也可以包括另外的特徵，像是通口、凹部、凹槽或通道，用於例如將一空氣盒25附接到該燃料電池總成20。
針對用於任何特定強度的重量較輕的構造來說，該主板1可以被形成為如同一個具有空洞16及連接肢18的開放的電池結構。並不需要使任何流體分配口的開口10，11，12，13，17位於主板1之中。如此的開口10，11，12，13，17可以位於從屬板5，7的橫向延伸部分9之中。
包括該等流體分配口，第一及第二從屬板5，7也包括一些開孔來讓繫桿35(可以在圖3a-3c中看出繫桿的端部)通過，用於組合該堆疊以及用於將該堆疊保持在壓縮狀態下。
該等流體分配口10，11，12，13，17可以包括一個或多個任何或全部的燃料分配口、水分配口、氧化劑分配口及冷卻劑流體分配口的其中之一或其中多個。舉例來說，如圖1、2及3a-3所示，用於空氣入流或外流的通 口10，13係包括在該等從屬板5，7之中，其可用供於氧化劑(例如，空氣)的冷卻及/或將氧化劑(例如，空氣)供應到燃料電池。亦顯示出來的是流體分配口11，12，其用於供應及分配燃料(例如，氫氣)。流體分配口11，12可以被鑽孔來提供不同的位置選擇，用於將管子連接器耦接到相同的分配通道，以例如將燃料供應給在該堆疊中的陽極板。也顯示出來的是一個水分配口17，其用於將水供應及分配到在堆疊中的燃料電池。該水分配口17可以是以下的目的：藉著注射到燃料電池的陽極或陰極之中進行直接冷卻，或是用於介於燃料電池的陽極/陰極板之間的分開的冷卻迴路。也可以構想出其他在橫向延伸部分中的不同通口的可能配置。一些流體分配口(例如，由元件符號12所表示出的元件)可以是整體地或部分地被容納在各自的平放在由該主板所界定出的覆蓋區之內之從屬板的一部分之內，而不是整個地容納在該橫向延伸部分9之中。
使用第一及第二從屬板5，7的一項優點是組成該端板總成的可能配置的彈性。如說明於圖1之中的，一起使用的第一從屬板5和第二從屬板7可以具有不同的流體分配口。因此，藉著選擇具有不同通口配置的第一和第二從屬板5，7，針對燃料電池疊的每側來選擇所需的設置通口的配置是可能的。
舉例而言，可能需要容許冷卻氣體/氧化劑可以流入及流出燃料電池總成的對角相對的邊緣。因此，特殊的冷卻劑流體(空氣流)口的需求在那二個相對邊緣處是必要的。如同另外一項實施例，可能需要一對第一從屬板(也就是，在燃料電池疊的一端上)來界定出一個燃料分配口及/或一個水分配口，且可能需要一對第二從屬板(在燃料電池疊的另一端上)來界 定出一個氧化劑分配口及/或一個冷卻劑流體分配口。
藉著具有二個從屬板5，7而達成的端板總成的模組式適應性容許在選擇燃料電池疊總成的設計通口的配置時有較大的彈性。使用二個具有可能不同的流體分配口配置的從屬板而有配置不同構造的燃料電池疊的選擇意味著可以在不需要包含訂製元件的情況下，能夠以增加的適應性來組合燃料電池疊。
從屬板5，7的如此的模組性也供用於製造商/組裝商所必需保持的較低階的端板備料，用以達成特殊的通口設計配置，並且降低成本、元件成本、促存成本及採購成本，同時可以改良建造的回應及運送的前置時間。
可以提供各種構造的包括在不同位置及/或不同比例流體口10，11，12，13，17的第一和第二從屬板5，7，用以配合特殊的堆疊。然而，第一和第二從屬板5，7可以具有相同的第一和第二從動壓縮面6，8，其被設計成可以匹配該主壓縮面2。該等從屬板可以藉由模製來製造。
圖3a-3c顯示出說明性燃料電池疊總成20的三個視圖，該燃料電池疊總成20包括一主板1及在該等複數的燃料電池15的兩端處的第一和第二從屬板5，7。繫桿35(其端部可以在圖中看出)被包括在該燃料電池疊總成之中，並且每個堆疊都具有二個空氣箱25包括於其中。在圖3a-3c之中的說明性燃料電池疊總成20具有不對稱的陰極遞送排放部，例如，陰極的空氣係在該處進入如在圖3a中可以看出的位於右上方的口10並且離開一個在圖3a左下方的對應的口。
如圖3a-3c所示，燃料電池疊總成30包括在一堆疊中的複數的燃料電池15，該堆疊界定二個相對的平行端面。個別的燃料電池並未被分開地顯 示。該堆疊具有每個都平行於第一和第二從屬板5，7的平面後表面14的電池。該等從屬板5，7的平面後表面14是在從屬板5，7相對於從動壓縮面6，8的相對側邊上的表面。該疊電池因此界定出二個相對的平行端面，每個平行表面與各自的一對第一和第二從屬板5，7相接合。
例如上文所描述的端板總成30可以如圖所示地位於該燃料電池疊的每個相對端面處。在圖3a-3c的實施例之中，三件式的端板總成30被使用在該燃料電池疊的兩端處。然而，將可以察知的是如此的三件式端板總成30可以只有被使用在燃料電池疊的一端處，而另一端則具有傳統式的端板。該等端板總成可以被耦接在一起，用以將在該堆疊中的燃料電池保持在壓縮狀態下。耦接可以使用任何適當的方法來達成，例如，透過使用夾子，帶子，或繫桿/繫棒。複數的繫桿可以如圖3a-3c所示地被配置成通過該主板1和在該燃料電池疊的相對端部處的第一和第二從屬板5，7。繫桿35可以被建構成用來將該等端板總成30耦接在一起，用以藉此將在該堆疊中的燃料電池保持在壓縮狀態下。
堆疊的固定點，例如用於將繫桿35坐落在燃料電池疊總成20中的通口，是沿著數軸線而定位的，而該等軸線則是沿著主板的頂部及底部邊緣(如在圖3a到3c中所看出的)，用以藉此使主板1在壓縮狀態下的扭轉實質上包含用以繞著一個平行於該主板的軸線的扭轉。
如圖3a-3c所示的複數的繫桿35較佳地是位在接近複數的燃料電池15的流體分配口10，11，12，13，17的內側，用以將燃料電池疊保持在壓縮狀態下。以這種方式將該等繫桿定位成更接近在該堆疊中的燃料電池系將從屬板5，7的壓縮集中在該燃料電池疊的最需要此壓縮的主體上，而不是 集中在通過該橫向延伸部分9的空氣箱25上。
對於(較集中的)電極區域來說可能需要由於燃料電池疊的壓縮作用而應用之應用到板件/電極總成20的大約95%的作用力，並且在此集中區域之外僅需要只有總應用的作用力的5%的作用力(典型上在可能坐落有流體分配口10，11，12，13的歧管區域中)。為了要在該堆疊中的燃料電池各處有所需要的均勻壓力負載，如此的壓力分佈可能是最佳的分布。
藉著避免主板1顯著地延伸於燃料電池板15的覆蓋區之外，如圖3a-3c所示，由於端板1的整體高度係被降低到最小的程度，減少應用於主板1的彎曲力矩是可能的。相應的是，如果主板的高度係被降低或是被最小化，則該主板的厚度也可以被降低或是被最小化。從屬板5，7的橫向延伸部分9可以被建構成用於傳送外部歧管區域所需要的大約5%的壓縮作用力。
在以上的實施例之中，該等端板總成可以使得該主板是從金屬形成的(舉例來說，為了強度、耐用性和/或容易製造)，且從屬板可以是從非金屬材料形成的，像是塑膠或是堅韌化的玻璃材料，舉例來說，為了被動性。
圖4a和圖4b說明了主板1和第一和第二從屬板5，7的二種可能的輪廓的示意剖面圖。主壓縮面2的第一部分3和第二部分4係處於相對於彼此的第一角度θM；第一從動壓縮面6和第二從動壓縮面8係處於相對於彼此的第二角度θS。
將優角的角度θM導入到該主板1可以在一個重要區域(沿著該主板1的中央有角度的區域)中強化該主板1。舉例來說，如圖4a所示的如此配置也容許讓較大質量的從屬板5，7的材料是在該端板總成30外部邊緣處。
藉著如圖4a及圖4b所示之第一和第二從屬板5，7的橫向延伸部分9， 可以專用配置質量較大的非金屬或塑膠材料來提供在該等從屬板5，7之中的流體分配口。該等從屬板5，7之中具有非金屬的流體分配口容許了被供應到燃料電池總成的流體可以從在該端板總成30中的金屬表面隔離開。這可以降低否則的話會發生在端板總成從可腐蝕金屬所製成的暴露於流體流動之部件中的腐蝕情況。這也限制了或避免了在端板總成中使用昂貴的抗腐蝕金屬(例如，不鏽鋼)。
在該主板1上的第一角度θM及由第一和第二從屬板5，7所形成的第二角度θS較佳地係被選擇，使得該主板可以在壓縮作用下承受扭轉，該第二角度θS加上該第一角度θM(其可能因為應用於該堆疊的壓縮作用力而改變)將會傾向於360度的值。此壓縮作用力及所產生的主板的扭轉也將會傾向於將第一和第二從動壓縮面6，8及主壓縮面的對應部分3，4帶入平行的關係，同時與燃料電池板/電極總成相鄰的第一和第二從屬板5，7的平面後表面14則繼續保持平面的並且與在該堆疊中的燃料電池保持平行。
如圖4a所示，介於主壓縮面2的二個部分3，4之間的第一角度θM較佳的是優角的(大於180度)，並且介於第一和第二從動壓縮面6，8之間的第二角度θS較佳的是鈍角(介於90度和180度之間)。在圖4b之中，介於主壓縮面2的二個部分3，4之間的第一角度θM是鈍角(介於90度和180度之間)，並且介於第一和第二從動壓縮面6，8之間的第二角度θS是優角的(大於180度)。
較佳地可以選擇第一角度θM和第二角度θS，使得：主壓縮面2的第一部分3和第一從動壓縮面6在將負載應用到端板總成之前是非平行的；同樣地，主壓縮面2的第二部分4和第二從動壓縮面8在將負載應用到端 板總成之前是非平行的。換句話說，在將負載應用到端板總成以壓縮該燃料電池疊之前，主壓縮面2的部分3，4和分別地該等第一和第二從動壓縮面6，8係在該主壓縮面2的中央具有角度的部分處(主壓縮面2的二個部分3，4係在此處會合)聚合於彼此上。然而，在應用負載以將燃料電池保持在壓縮狀態下的情況下，在主板1中的彎曲力矩會造成以下的情況：主壓縮面2的第一部分3和第一從動壓縮面6；及主壓縮面2的第二部分4和第二從動壓縮面8，會藉著主板1的扭轉而變成與彼此成平行的關係。
圖4a說明了以下的情況：第一角度θM大於180度，使得主壓縮面2界定出一個凸出表面，該凸出表面被建構成使得在應用負載以將該等燃料電池保持在壓縮狀態的情況下，在該主板1中的彎曲力矩會導致主壓縮面的第一部分3和第一從動壓縮面6會藉著主板1的扭轉而變成與彼此的平行關係，並且導致主壓縮面4的第二部分和第二從動壓縮面8會藉著主板1的扭轉而變成與彼此的平行關係。
圖4b說明了以下的情況：第二角度θS大於180度，使得第一和第二從動壓縮面6，8一起界定出一個凸出表面，該凸出表面被建構成使得在應用負載以將該等燃料電池保持在壓縮狀態的情況下，在該主板1中的彎曲力矩會導致主壓縮面3的第一部分和第一從動壓縮面6會藉著主板1的扭轉而變成與彼此的平行關係，並且導致主壓縮面4的第二部分和第二從動壓縮面8會藉著主板1的扭轉而變成與彼此的平行關係。
該等角度θM和θS可以被選擇，來配合任何特殊設計的主板和從屬板，將許多不同因素納入考慮，例如主板的勁度，從屬板中為了必須的流體的通口設置和流體運送導管所需要的材料的體積，端板總成的所需質量 和/或體積以及所使用的材料類型。
在除了圖4a和4b中所示者之外的說明性構造中，主壓縮面2的第一部分3和第二部分4每個都不需要是平面表面，而可以是彎曲表面。舉例而言，第一部分3和第二部分4中的每一者可以呈現分別朝向第一和第二從動壓縮面6，8的凸出表面。該等表面3，4可以是凹入的而不是凸出的。在其他實施例之中，第一和第二從動壓縮面6，8也可以是，或替代地是，呈現分別朝向主壓縮面2的各自部分的凹入(或凸出)表面。在又另外的實施例中，第一和第二從動壓縮面6，8可以是藉著使得該等第一和第二從屬板5，7沿著一個邊緣緊鄰在一起而為連續的。在一些實施例中，該主壓縮面2也可以是一個平面的表面。
介於主壓縮面2的第一部分3和第二部分4之間的過渡區域並不必須是如圖4a和4b所示的銳角。該過渡區域可以是界於此二個部分3，4之間的平順的圓形過渡部分。舉例而言，在該主壓縮面2中的一個圓形過渡部分可以遵照圓柱形輪廓，且平坦的第一和第二部分3，4係與該圓柱形的過渡部分的半徑相切。該主壓縮面2的第一和第二部分3，4均可以形成一個連續凸出(或是在另外的實施例中，是凹入的)表面的一部分。
同樣地，介於第一和第二從動壓縮面6，8之間的過渡部分並不必然是如圖4a和4b所示的銳角。該過渡部分可以是介於二個面6，8之中的平順的渾圓過渡部分。因此，藉著使第一和第二從屬板5，7沿著一邊緣而彼此緊鄰，第一和第二從動壓縮面6，8可以一起提供連續的凹入(或者在其他的實施例之中是凸出的)表面。
如果該主板1具有加複雜形狀的主壓縮面2，這可能會造成在該主壓縮 面2中有較大的精確性，和該等第一和第二從動壓縮面6，8係在堆疊的壓縮狀態下處於彼此平行的關係之中，而不只是具有平面的主壓縮面和從動壓縮面。如此形式之具有一個介於二個主壓縮面部分3，4之間的圓形過渡區域的主壓縮面2係能夠在該堆疊的壓縮期間更精確地調節主板1中的扭轉，因此可以在操作時針對相應的從屬板壓縮面6，8提供平坦的壓縮面3，4。
再者，可以使用形成具有例如介於第一和第二壓縮面6，8(例如，第一和第二從屬板一起的連綿的(swept)外型輪廓)之間之圓形過渡區域的連續表面的第一和第二從動壓縮面6，8，用以在壓縮狀態下較好地配合該主板1的扭轉面。
主壓縮面的其他可能輪廓，和從動壓縮面(當第一和第二從屬板5，7沿著一邊緣而緊鄰時由第一和第二從動壓縮面6，8所一起形成的)的其他可能的輪廓包括單一的彎曲輪廓(其中該曲線可子例如是圓形、拋物線形或其他適用於在該堆疊的壓縮下達成在燃料電池疊的均勻壓力分佈的形狀)，或是該主壓縮面2係實質上平坦的並且面對從第一和第二從動壓縮面6，8所形成的一個彎曲的從動壓縮面。
可以根據例如成本需求，藉著預製、彎折、鑄造、或是擠製來達成該連綿外形(swept form)/在主壓縮面2和/或第一和第二從動壓縮面6，8中包括圓形或彎曲部分。
可以在該主板和從屬板中包括其他特徵，例如從屬板可以藉以與主板對準的機構或結構。一項說明性的配置係顯示在圖1到圖3c之中，其中一個凸榫23或突出部或一系列的突出部係形成在該主板1上，其係與在從屬 板5，7的一個表面中的榫眼24或對應的凹部或凹槽相接合/卡合於其中。 將可以了解的是榫眼和凸榫結構可以在主板與從屬板之間反轉。
圖5顯示出一種適用於形成燃料電池疊總成之方法的流程圖，該法包括以下步驟：形成在一堆疊中的複數的燃料電池，該堆疊界定出二個相對的平行端面(步驟51)；將一端板總成的第一和第二從屬板定位在該堆疊的一端面處，該等第一和第二從屬板每個都具有各自的從該堆疊面向外的第一和第二從動壓縮面(步驟52)；將一界定出一主壓縮面的主板定位在該堆疊的該端面處，使得該主壓縮面係最接近該第一和第二從動壓縮面(步驟53)；將一第二端板總成定位在該堆疊的相對端面處(步驟54)；及將該等端板總成耦合在一起，以將該等第一和第二從動壓縮面帶入與主壓縮面的壓縮關係且將該堆疊保持在壓縮作用之下(步驟55)，及不需加以說明者。
其他實例是要落入隨附的申請專利範圍的範圍之內。
1‧‧‧主板
2‧‧‧主壓縮表面
3‧‧‧第一部分
4‧‧‧第二部分
5‧‧‧第一從屬板
6‧‧‧第一從動壓縮面
7‧‧‧第二從屬板
8‧‧‧第二從動壓縮面
9‧‧‧橫向延伸部分
10‧‧‧流體分配口
11‧‧‧流體分配口
12‧‧‧流體分配口
13‧‧‧流體分配口
14‧‧‧後表面
22‧‧‧主板的邊緣
23‧‧‧凸榫
24‧‧‧榫眼

Claims (17)

  1. 一種燃料電池疊總成，其包含：在一堆疊中的複數的燃料電池，該堆疊界定出二個相對的平行端面；在該堆疊的每個相對端面處的一端板總成，該等端板總成係被耦接在一起，以藉此將在該堆疊中的該等燃料電池保持在壓縮狀態下；其中，該等端板總成的至少其中之一包括：一主板，其界定出一主壓縮面，該主壓縮面具有一第一部分和一第二部分；一第一從屬板，其界定出一第一從動壓縮面；一第二從屬板，其界定出一第二從動壓縮面；該第一從動壓縮面在被組合好時係面對該主壓縮面的第一部分，與該第一部分處於壓縮關係之中，該第二從動壓縮面在被組合好時係面對該主壓縮面的第二部分，與該第二部分處於壓縮關係之中。
  2. 如申請專利範圍第1項的燃料電池疊總成，其中，至少其中一個從屬板係在至少一個界定出一個橫向延伸部分的側邊上從該主板處橫向地延伸，該橫向延伸部分包含至少一個與一個流體分配通道相連通的流體分配口，該流體分配通道係通過在該堆疊中的複數的燃料電池或是沿著該等燃料電池的側邊。
  3. 如申請專利範圍第1項的燃料電池疊總成，其中該等第一和第二從屬板二者均在至少一側邊上從該主板處橫向地延伸，第一和第二從屬板的每一者係藉此界定一個橫向延伸部分，且每個橫向延伸部分包含至少一個與 一個流體分配通道相連通的流體分配口，該流體分配通道係通過在該堆疊中的複數的燃料電池或是沿著該等燃料電池的側邊。
  4. 如申請專利範圍第2或3項的燃料電池疊總成，其中該至少一個流體分配口包含燃料分配口，水分配口，氧化劑分配口和冷卻劑流體分配口的至少其中之一。
  5. 如申請專利範圍第3項的燃料電池疊總成，其中該等第一和第二從屬板分別包含有一個不同構造的流體分配口。
  6. 如申請專利範圍第3項的燃料電池疊總成，其中：該第一從屬板界定出燃料分配口和水分配口的至少其中之一，當作該至少一個流體分配口；及該第二從屬板界定出氧化劑分配口和冷卻劑流體分配口的至少其中之一，當作該至少一個流體分配口。
  7. 如申請專利範圍第1項的燃料電池疊總成，其中：該主壓縮面的第一和第二部分係處於一相對於彼此的第一角度；及該等第一和第二從動壓縮面係處於一相對於彼此的第二角度。
  8. 如申請專利範圍第7項的燃料電池疊總成，其中該第一角度係優角的(reflex)並且該第二角度係鈍角，或該第一角度係鈍角且該第二角度係優角的(reflex)。
  9. 如申請專利範圍第7項的燃料電池疊總成，其中該第一角度和該第二角度係被選擇，使得主壓縮面的該第一部分和該第二部分與分別的該等第一和第二從動壓縮面在將一負載應用到端板總成之前是非平行的，然而在應用該負載來將該等燃料電池保持在壓縮狀態的情況下，在該主板之中的 彎曲力矩會導致該主壓縮面的第一部分與該第一從動壓縮面會藉著主板的扭轉而變成與彼此的平行關係，且導致該主壓縮面的第二部分與該第二從動壓縮面會藉著主板的扭轉而變成與彼此的平行關係。
  10. 如申請專利範圍第8項的燃料電池疊總成，其中該第一角度係大於180度，使得主壓縮面界定出一個凸出表面，該凸出表面被建構成使得在應用該負載以將該等燃料電池保持在壓縮狀態的情況下，在該主板之中的彎曲力矩會導致該主壓縮面的第一部分與該第一從動壓縮面會藉著主板的扭轉而變成與彼此的平行關係，且導致該主壓縮面的第二部分與該第二從動壓縮面會藉著主板的扭轉而變成與彼此的平行關係。
  11. 如申請專利範圍第8項的燃料電池疊總成，其中該第二角度係大於180度，使得該等第一和第二從動壓縮面會一起界定出一個凸出表面，該凸出表面被建構成使得在應用該負載以將該等燃料電池保持在壓縮狀態的情況下，在該主板之中的彎曲力矩會導致該主壓縮面的第一部分與該第一從動壓縮面，以及該主壓縮面的第二部分與該第二從動壓縮面，會藉著主板的扭轉而變成與彼此的平行關係。
  12. 如申請專利範圍第1項的燃料電池疊總成，其中該主壓縮面的第一和第二部分二者均形成一個連續的凸出表面的一部分，並且該等第一和第二從動壓縮面係連續的以便於藉著使得該等第一和第二從屬板沿著一邊緣而彼此緊靠來形成一個凹入表面。
  13. 如申請專利範圍第1項的燃料電池疊總成，其中該主板係從金屬材料形成的並且該等從屬板係從非金屬材料形成的。
  14. 如申請專利範圍第1項的燃料電池疊總成，其中該等端板總成二者 均包括如申請專利範圍第1項所界定的主板和第一和第二從屬板。
  15. 如申請專利範圍第3項的燃料電池疊總成，其中複數的繫桿係被配置成可以在該燃料電池疊的相對端部處通過第一和第二從屬板的橫向延伸部分，該等繫桿係被建構成用以將該等端板總成耦接在一起，以藉此將在該堆疊中的該等燃料電池保持在縮狀態下。
  16. 如申請專利範圍第15項的燃料電池疊總成，其中該等複數的繫桿係坐落成在接近該等複數的燃料電池處在該至少一個流體分配口內側，以便於將該燃料電池疊保持在壓縮狀態下。
  17. 一種形成燃料電池疊總成的方法，該方法包含：形成在一堆疊中的複數的燃料電池，該堆疊界定出二個相對的平行端面；將一端板總成的第一和第二從屬板定位在該堆疊的一端面處，該等第一和第二從屬板各具有個別的從該堆疊面向外的第一和第二從動壓縮面；將一界定一主壓縮面的主板定位在該堆疊的該端面處，使得該主壓縮面係接近該等第一和第二從動壓縮面；將一第二端板總成定位在該堆疊的相對端面處；及將該等端板總成耦接在一起，用以將該等第一和第二從動壓縮面帶入與該主壓縮面的壓縮關係之中並且將該堆疊保持在壓縮狀態之下。
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