[发明专利]燃料电池板测量特征

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃料电池的板，且更具体地涉及一种用于在板的制造期间测量所述板的尺寸的方法。

背景技术

已经提出将燃料电池作为用于电动车辆和各种其它应用的清洁的、高效的且对环境负责的功率源。各个燃料电池可以串联地堆叠在一起，以形成用于各种应用的燃料电池堆。燃料电池堆能够提供足以为车辆供以动力的电量。尤其地，已经将燃料电池堆视为用于在现代汽车中使用的传统内燃发动机的潜在替代品。

一类燃料电池是聚合物电解质膜（PEM）燃料电池。PEM燃料电池包括三个基本部件：电解质膜；以及一对电极，其包括阴极和阳极。电解质膜夹在电极之间，从而形成膜-电极-组件（MEA）。MEA通常设置在诸如碳纤维纸的多孔扩散介质（DM）之间，从而有助于反应物的传递，例如有助于氢传递到阳极和氧传递到阴极。将与用于将反应物流体隔离的子衬垫预组装在一起的MEA和DM称作一体式电极组件（UEA）。

在电化学燃料电池反应中，氢在阳极被催化氧化，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，而是替代地作为电流通过诸如电马达的电负载引导至阴极。质子与阴极中的氧和电子反应，从而产生水。

电解质膜通常由离聚物层形成。燃料电池的电极通常由细分的催化剂形成。催化剂可以是用于燃料电池电化学反应的任何电催化剂，其催化支持氢或甲醇的氧化和氧的还原中的至少一者。催化剂通常为贵金属，例如铂或其它铂基金属。催化剂通常设置在诸如碳黑颗粒的碳支撑体上，并分散在离聚物中。

例如采用UEA形式的电解质膜、电极、DM和子衬垫设置在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。每个燃料电池板可以具有形成在其中的多个通道，以将反应物和冷却剂分布到燃料电池。例如，燃料电池板通常由用于使片金属成形的传统工艺例如冲压、机械加工、模制或通过光刻掩模的光蚀刻来形成。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，随后将这对单极板接合，从而形成双极燃料电池板。

已知的是，单极和双极燃料电池板的尺寸在与燃料电池板的制造相关联的许多处理步骤之后改变。例如，由于在处理期间施加在燃料电池板上的应变和热历程，燃料电池板改变形状和尺寸。在冲压过程期间，当将电池板从成形工具脱离后，电池板经历回弹。在激光修整、激光焊接和部件标记过程期间，由于通过激光传递到燃料电池板的热，燃料电池板收缩或以其它方式变形。

一直需要一种用于精确地测量、监测并补偿在燃料电池板的整个制造工艺中发生的物理变化的方法。期望地，测量可以被分解至制造工艺的最小增量，以实现该特定工艺对燃料电池板的影响和控制工艺变化以使影响最小化。

发明内容

根据本发明，意外地发现了一种精确地测量、监测并补偿在燃料电池板的整个制造工艺中发生的物理改变，其中，可以将测量分解为制造工艺的最小增量，以实现该特定工艺对燃料电池板的影响和控制工艺改变以使影响最小化。

本发明包括使用诸如数学模型之类的模型将用于测量特征的金属板上的理论或标称位置限定到第一轴线和第二轴线。使用诸如利用成形工具来冲压片之类的程序来伸展或拉伸金属板。示例性地，也可以使用第一成形操作来形成金属板的测量特征。当脱离成形工具时，金属板的材料回弹。这将导致变化，测量特征相对于理论位置的比较有助于确定该改变。金属板的额外变化由随后的操作、程序以及工艺例如将减轻应力并导致额外回弹的用于去除多余材料的模切和将施加额外变化和收缩的诸如激光焊接的接合工艺引入。

在第一实施例中，一种用于测量用于燃料电池堆的板的方法包括提供所述板的模型的步骤，所述模型包括第一轴线和第二轴线。所述模型还具有至少一个理论测量特征，所述至少一个理论测量特征具有理论的一组坐标。还为所述板提供至少一个测量特征。相对于所述板建立所述第一轴线和所述第二轴线。然后，相对于所述第一轴线和所述第二轴线来定位所述板的所述至少一个测量特征。测量所述至少一个测量特征，以确定所述至少一个测量特征的第一组坐标。将所述板的所述第一组坐标与所述模型的所述理论的一组坐标进行比较，以确定所述第一组坐标与所述理论的一组坐标的位移。