[发明专利]燃料电池组密封方法、装置和系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于车辆的燃料电池组。例如，在一些实施例和实施中，本发明涉及方法、装置和系统，用于改善和/或简化车用燃料电池组的各个板/单元之间的一个或多个密封。

背景技术

燃料电池系统通过燃料和氧化剂的氧化和还原产生电能。例如氢可以用来在燃料电池中高效地产生电。由氢燃料电池提供动力的车辆通常比采用内燃机的车辆更高效且产生的排放物更少。

在一个典型的燃料电池系统中，氢或富氢气体作为反应物通过流道供应给燃料电池的阳极侧，氧作为反应物通过分开的流道供应给燃料电池的阴极侧。通常是贵金属形式的例如铂的催化剂典型地放置在阳极和阴极以易于这些反应物电化学转换成电子和带正电的离子（对于氢）以及带负电的离子（对于氧）。在一些燃料电池中，阳极和阴极可以由导电气体扩散介质（GDM）的层制成，带有催化剂沉积在其上以形成覆有催化剂的扩散介质（CCDM）。电解质层（也称作离聚物层）可以用来把阳极与阴极分开，以获得离子从阳极到阴极的选择性通道，同时阻止产生的电子经过。

这样的电子被迫使在与阴极的带电离子重新结合之前流过外导电电路（例如负载）以做有用功。在阴极，带正电和带负电离子的结合导致水的生成，作为该反应的副产品。在另一典型的燃料电池中，阳极和阴极可以直接形成在电解质层上以形成分层结构，称作膜电极组件（MEA）。

质子交换膜（PEM）燃料电池已经显示出用在车辆中的特殊前途。PEM燃料电池的电解质层是固态质子传输膜，例如全氟磺酸膜（PFSA）。不管是采用上述基于MEA的方式还是基于CCDM的方式，阳极与阴极通过电解质层而分开的存在形成了单个PEM燃料电池。多个这样的电池能够组合在一起形成燃料电池组从而提高功率输出。

燃料电池组的各个电池通常在高压力下压在一起，既确保进行合适的电接触以实现从电池组抽取电流，又在电池组内的用于输送反应物和冷却剂通过电池组的各个集管和/或导管之间建立密封。绝缘板通常用在这样的电池组中，从而电隔绝一个或多个电池和/或电流收集元件与电池组的其它部件，例如与端部单元组件或框板。绝缘板通常由塑料制成，并且，相邻的端部单元/框板通常由铝铸件、锻件或冲压件制成。

这样的结构有时可能不那么完美，归因于绝缘板的对立侧上的不平衡力，这可能导致板和/或密封件的弯曲，可能缺失期望的密封压缩并且因此易于渗漏和/或故障。为了确保集管/导管保持合适的密封，已经通过拧紧或其它的方式把塑料绝缘板紧固到带有机械紧固件的相邻的铝端/框板上来制造一些燃料电池组。这样的结构仍然不那么完美，因为。例如，它们通常要求许多紧固件及其它部件，它们仍然可能配置有负载均衡的相邻密封件之间的不合乎期望的互相依赖，并且，它们仍然可能没法充分地防止绝缘板与相邻端/框板之间的密封件的弯曲和/或卸载。

因此，本发明人已经确定，会需要提供方法、装置和系统，用于改善和/或简化车用燃料电池组的各个板/单元之间的一个或多个密封，克服上述一个或多个限制和/或现有技术的其它限制。

发明内容

本文公开了方法、装置和系统，用于改善和/或简化车用燃料电池组的各个板/单元之间的一个或多个密封。在一些实施例和实施中，这样的改善可以通过把密封件例如索环密封件二次成型（overmold）到燃料电池组的端框板上来实现。在一些这样的实施例和实施中，密封件可以是独立模制的并且安装在燃料电池组中。在一些这样的实施例和实施中，端框板可以包括挤塑制件，其包括多个中空腔。这样的腔可以填满腔填充材料，该材料可以包括泡沫材料，其可易于二次成型工艺。在一些实施例和实施中，整个绝缘板可以二次成型到框板上，并且可以，作为整体单元，包括多个索环状密封件，其可以包括在框板的对立面之间延伸的集管。

在根据本发明实施的用于制造燃料电池组板的方法的一个更特定例子中，板可以通过挤压模挤出从而形成包括顶面、底面和布置在顶面与底面之间的多个腔的板。这些腔的至少一个子集可以填充有与用于制成板的材料不同的腔填充材料，例如泡沫材料。在一些实施中，所有腔可填充该材料。然后，一个或多个集管可以二次成型到板中以在板的顶面与底面之间形成相应的导管。

在一些实施中，二次成型集管到板中可以包括二次成型一个或多个索环到板中。在一些实施中，二次成型集管到板中可以包括二次成型绝缘板到板上，其中，该绝缘板包括一个或多个集管。二次成型绝缘板可以包括多个集管，其中，每个集管限定出板的顶面与板的底面之间的导管。