[发明专利]用于解决部件容差差异的燃料电池板特征

说明书

技术领域

本公开内容涉及燃料电池，并且更具体地涉及连接到燃料电池系统的外部电气设备的燃料电池板。

背景技术

针对电动车辆和各种其他应用，已经提出燃料电池作为干净、有效且对于环境负责的电源。各个燃料电池能够串联堆叠在一起以便为各种应用形成燃料电池电堆。燃料电池电堆能够供应足以给车辆提供动力的电量。具体而言，燃料电池电堆已经被认为是现代机动车辆中所用的传统内燃发动机的潜在替代方案。

一种燃料电池类型是聚合物电解质膜（PEM）燃料电池。PEM燃料电池包括三个基础部件：电解质膜；以及包括阴极和阳极的一对电极。电解质膜被夹在电极之间以便形成膜-电极组件（MEA）。MEA通常被置于例如碳纤维纸的多孔扩散介质（DM）之间，这有助于反应物的传递，例如氢向阳极以及氧向阴极的传递。预组装在一起且使用子垫片（subgasket）隔离反应物流体的MEA和DM被称为成套电极组件（UEA）。

在电化学燃料电池反应中，氢在阳极中被催化氧化从而产生自由质子和电子。质子穿过电解质到达阴极。来自阳极的电子不能穿过电解质膜，而是作为电流通过电负载（例如电动马达）被引导到阴极。质子在阴极内与氧和电子反应从而生成水。

电解质膜通常由离聚物层形成。燃料电池的电极一般由磨细的催化剂形成。催化剂可以是针对燃料电池的电化学反应催化地支持氢或甲醇的氧化以及氧的还原中的至少一种反应的任意电催化剂。催化剂通常是贵金属，例如铂或其它铂族金属。催化剂一般被置于例如炭黑颗粒的碳支撑物上并且分布在离聚物中。

电解质膜、电极、DM和子垫片（例如UEA的形式）被置于一对燃料电池板之间。这对燃料电池板构成阳极板和阴极板。每个燃料电池板均可具有在其内形成的多个通道以用于反应物和冷却剂向燃料电池的分配。燃料电池板通常通过使得板材金属成形的常规工艺来形成，例如冲压、机加工、模制或通过光刻掩膜光刻。在双极燃料电池板的情况下，燃料电池板通常由一对单极板形成，这对单极板之后被连结在一起以形成双极燃料电池板。

燃料电池电堆通常连接到外部设备以便向电动马达和电路传输电力并且用于监控燃料电池电堆的性能。典型的外部设备包括电池电压监控（CVM）设备。各种燃料电池部件的尺寸偏差以及外部设备的尺寸偏差会导致干涉。干涉会导致难以在燃料电池电堆和外部设备之间产生合适的电连接。

公知的多电池CVM连接器-板接口（connector-to-plate）构思已经使用过大尺寸的接触垫片或面向外的触点（单行中），其各自连接到各双极燃料电池板。这种在板上边缘（board-on-edge）的构思会在电堆重复距离上施加不理想约束，并且因而对于能够由各电连接板服务的双极燃料电池板的数量施加不理想的约束。

存在对于如下双极燃料电池板的长期需求，尽管存在尺寸偏差该双极燃料电池板仍允许双极燃料电池板和外部设备的配合。

发明内容

根据本公开内容，令人惊讶地发现了一种双极燃料电池板，尽管存在容差和电堆重复距离的偏差，该双极燃料电池板仍允许双极燃料电池板和外部设备的配合。

通过将铰接区域设计到本公开内容的双极板中，各双极板的电池电压监控调整片能够偏转以便匹配连接器间距而不会影响双极板的相邻密封上的载荷。为了保持对于调整片粗略位置的控制，指形区域内的间隙要被谨慎地定尺寸。取代了试图准确地匹配间距，连接器被制成尺寸不足，以便不产生干涉。之后，连接器修整调整片间距以与其匹配。因为某些相邻连接器在堆叠方向上交叠，所以交叠的连接器不再被并排地定位以便板能够扭转经过较长跨度。加宽的凸台和窄槽设置也可以被用于改进平面内的位置控制。

在一种实施例中，用于燃料电池的双极板具有第一端、第二端、第一侧和第二侧。双极板还具有活性区域、供给区域、周边区域、密封区域和铰接区域。周边区域围绕活性区域和供给区域中的每个的区域。密封区域被置于活性区域和供给区域中的每个区域与周边区域之间。多个外延调整片被设置成在板的第一端和第二端中的每端处与周边区域相邻。铰接区域在双极板的第一端和第二端中的每端处被置于周边区域和外延调整片之间。铰接区域从板的第一侧延伸到双极板的第二侧。铰接区域允许外延调整片弯曲从而连接外部电气装置而不会使得密封区域不理想地弯曲。

在另一实施例中，燃料电池电堆包括一对双极板。燃料电池电堆还包括成套电极组件，其具有被置于一对扩散介质层之间的子垫片和膜电极组件。膜电极组件和扩散介质层被置于双极板之间以便形成燃料电池电堆。