[发明专利]用于堆叠燃料电池堆的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于堆叠燃料电池堆的装置和方法。更具体地，本发明涉及这样一种堆叠燃料电池堆的装置和方法，通过使用磷而使构成燃料电池堆的组件呈准确堆叠的堆叠状态。

背景技术

燃料电池堆是通过电化学反应来产生电的发电装置。近年来，燃料电池已经被作为车辆传动系统的一部分而被用来向车辆提供电力的主要来源。燃料电池具有以下结构：即被供给氢的阳极和被供给空气的阴极堆叠在一起，膜电极组件插在其中。燃料电池堆是指通过空气中的氧与从其外部供应的氢之间的化学反应来产生电能的装置。

通常通过堆叠数十到数百个单元电池来组装燃料电池堆。在下文中，将参考图3来描述单元电池的构造。

首先，膜电极组件（MEA）布置在单元电池的最内侧。MEA包括使氢质子在其中移动的聚合物电解质膜10、和分别涂布在电解质膜10的两面从而使氢与氧可以相互反应的催化剂层，即阴极12和阳极14。

然后将气体扩散层（GDL）16分别堆叠在MEA的外侧，即，放置有阴极12和阳极14的侧面。在其中形成有流场的隔板20布置在GDL16的外侧面上，而衬垫18插在其中。此处，流场用于供应燃料并排出由其中的反应生成的水。用于支撑和固定上述组件的端板30被连结于处于单元电池最外侧的单元电池上。

因此，在燃料电池堆的阳极14中，通过氢的氧化反应生成氢质子和电子。在此情况下，所产生的氢质子和电子分别通过电解质膜10和隔板20移动至阴极12。在燃料电池堆的阴极12中，通过氢质子与空气中氧的电化学反应生成水，且电子从阳极14移开，同时，通过其中电子的流动而产生电能。

如上所述，通过堆叠数百个隔板、MEA等来构造燃料电池堆。如果燃料电池堆的堆叠状态没有被精确确定，则可能发生反应气体的泄漏和电池性能的劣化。

为解决上述问题，通常利用一种常规方法，即在MEA和隔板的堆叠过程中，为隔板设置分隔的导线，从而使MEA的气体和冷却剂流场分别准确地与隔板的歧管相对应。

以上在背景部分公开的信息仅用于加强发明背景的理解，因此可以包含不构成该国本领域技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明致力于解决上述与现有技术相关的问题。因此，本发明提供一种用于堆叠燃料电池堆的装置和方法，其中当通过在各个MEA、隔板等的预定位置上涂覆磷而将膜电极组件（MEA）、隔板等自动按序堆叠时，在磷传感器中自动进行感测磷的操作，从而可以准确地执行MEA、隔板等的堆叠。

一方面，本发明提供一种用于堆叠燃料电池堆的装置，其包括：磷，涂覆在相互堆叠的MEA和隔板的预定位置上。该装置还可以包括用于感测磷的磷传感器。磷传感器布置可布置在MEA和隔板的上部外周位置上；控制器被配置成基于磷传感器是否感测到MEA与隔板的预定位置上的磷，来确定MEA和隔板的堆叠状态是令人满意还是不令人满意。

在某些示例性实施方式中，可以优选地将磷涂覆在MEA的对角线方向的角部位置上和隔板的对角线方向的角部位置上。

在另一示例性实施方式中，可以将磷形成在MEA的气体和冷却剂流场的外周位置上以及隔板的气体和冷却剂歧管的外周位置上。

另一方面，本发明提供一种用于堆叠燃料电池堆的方法，包括：在冲压MEA的气体和冷却剂流场时，将磷涂覆在MEA的对角线方向的角部位置上；在冲压隔板中的气体和冷却剂歧管时，将磷涂覆在隔板的对角线方向的角部位置上；并且在磷传感器感测到MEA和隔板的角部位置上的磷时，通过控制器来确定MEA和隔板是否已经以令人满意的方式被堆叠。

在某些示例性实施方式中，该方法还可包括当磷传感器没有感测到角部位置上的磷时，由控制器提供有关MEA和隔板没有以令人满意的方式被堆叠的警告，其中该警告提示MEA和隔板必须被重新堆叠。

有利地，当通过将磷涂覆在各个MEA、隔板等的预定位置而自动地按序堆叠MEA、隔板等时，磷传感器自动执行磷的感测操作，从而可以有效且准确地执行MEA、隔板等的堆叠。

具体地，当MEA、隔板等被准确地堆叠在一起时，MEA的气体和冷却剂流场以及隔板的气体和冷却剂歧管被精确地相互对应，从而可以容易地通过衬垫来实现气密性且不堵塞流场。因此，可以降低被供应至燃料电池堆的气体与冷却剂的泄漏风险，并实现均一的堆叠性能。

附图说明

本发明的上述和其他特征将参考在附图中示例的某些示例性实施方式进行详细描述，示例性实施方式在以下仅以说明的方式给出，因而不限制本发明，其中：