用于燃料電池組的壓縮系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供了一種燃料電池組(20)和用于提供壓縮力至具有第一和第二端(26，28)的燃料電池組(20)的壓縮系統(tǒng)(40)。壓縮系統(tǒng)(40)包括可操作地連接至燃料電池組(20)的第一和第二端(26，28)的非對稱板簧(42)。每個板簧(42)包括具有第一連接位置和第二連接位置的狹槽(56)。壓縮系統(tǒng)(40)還包括連接至非對稱板簧(42)的張緊構(gòu)件(60)。張緊構(gòu)件(60)壓縮非對稱板簧(42)以提供壓縮載荷至燃料電池組(20)。
【專利說明】用于燃料電池組的壓縮系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及燃料電池，并且更具體地，涉及用于在燃料電池組上提供壓縮載荷的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]對作為便攜式電子設(shè)備的電源的燃料電池組的興趣日益增長。燃料電池是采用來自電池外側(cè)的材料作為用于正極和負(fù)極的活性材料的電化電池。由于燃料電池不必包含用來產(chǎn)生電力的所有活性材料，因此與其它類型的電池相比，燃料電池可以被制造成相對于所產(chǎn)生的電能具有小的體積。
[0003]可以根據(jù)正極(陽極)和負(fù)極(陰極)反應(yīng)中采用的材料的類型對燃料電池進行分類。一類燃料電池是采用氫作為負(fù)極活性材料和采用氧作為正極活性材料的氫燃料電池。當(dāng)這種燃料電池放電時，氫在負(fù)極處氧化以產(chǎn)生氫離子和電子。氫離子穿過非導(dǎo)電的、離子可滲透的分離器，電子穿過外部電路至正極，在正極處氧被還原。
[0004]燃料電池系統(tǒng)可以包括燃料電池組，其包括一個或多個燃料電池和氫源。為了產(chǎn)生足夠的電量，多個單獨的電池可以串聯(lián)堆疊以形成燃料電池組。通常，在使用期間隨著燃料電池氫氧化物和脫水物膨脹和收縮必須在單獨的燃料電池的整個堆上維持緊密接觸。壓縮系統(tǒng)通常用來施加壓縮載荷至電池組，其通常包括位于端板之間的彈簧，所述端板經(jīng)由螺栓或螺桿與張緊構(gòu)件連接。
[0005]期望的是提供一種用于燃料電池組的壓縮系統(tǒng)，其具有下述特征中的一個或多個:在燃料電池組上提供均勻的壓縮，制造和組裝簡易，具有長的耐用性并且制造容易且經(jīng)濟。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種壓縮系統(tǒng)，用于提供壓縮力至具有第一端和第二端的燃料電池組。該壓縮系統(tǒng)包括可操作地連接至燃料電池組的第一端的第一非對稱板簧。該壓縮系統(tǒng)包括可操作地連接至燃料電池組的第一端的第二非對稱板簧。該壓縮系統(tǒng)還包括至少一個張緊構(gòu)件，所述至少一個張緊構(gòu)件可操作地連接至第一板簧并被支撐在燃料電池組的第二端。該壓縮系統(tǒng)還包括至少另一個張緊構(gòu)件，所述至少另一個張緊構(gòu)件可操作地連接至第二板簧并被支撐在燃料電池組的第二端處。所述至少一個張緊構(gòu)件和所述至少另一個張緊構(gòu)件壓縮第一板簧和第二板簧以提供壓縮載荷至燃料電池組。實施例可以包括下述特征中的一個或多個:
[0007]第一板簧還包括第一連接位置和第二連接位置，并且第二板簧包括第一連接位置和第二連接位置；
[0008]所述至少一個張緊構(gòu)件連接在第一板簧的第一連接位置和第二連接位置處，并且所述至少另一個張緊構(gòu)件連接在第二板簧的第一連接位置和第二連接位置處；
[0009]第一非對稱板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第一狹槽，并且第二非對稱板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第二狹槽；
[0010]所述至少一個張緊構(gòu)件包括連接在第一板簧的第一連接位置處的第一張緊構(gòu)件和連接在第一板簧的第二連接位置處的第二張緊構(gòu)件；
[0011]所述至少另一個張緊構(gòu)件包括連接在第二板簧的第一連接位置處的第三張緊構(gòu)件和連接在第二板簧的第二連接位置處的第四張緊構(gòu)件；
[0012]壓縮系統(tǒng)還包括:第三非對稱板簧，可操作地連接至燃料電池組的第二端并包括具有第一連接位置和第二連接位置的第三狹槽；和第四非對稱板簧，可操作地連接至燃料電池組的第二端并包括具有第一連接位置和第二連接位置的第四狹槽，其中第一張緊構(gòu)件和第二張緊構(gòu)件將第一板簧連接至第三板簧，并且其中第三張緊構(gòu)件和第四張緊構(gòu)件將第二板簧連接至第四板簧；
[0013]第一非對稱板簧和第二非對稱板簧中的每一個具有位于該板簧的第二連接位置和第一端之間的第一長度，以及位于該板簧的第二連接位置和相反的第二端之間的第二長度，其中第一長度大于第二長度；
[0014]第一狹槽和第二狹槽中的每一個包括垂直開口以及第一水平開口和第二水平開口，其中第一張緊構(gòu)件和第二張緊構(gòu)件中的每一個具有彈簧偏壓裝置和腿部，該腿部插入垂直開口中，使得腿部被偏壓以移動到第一連接位置和第二連接位置中的一個中以形成摩擦連接；
[0015]所述至少一個張緊構(gòu)件和所述至少另一個張緊構(gòu)件中的每一個包括彎曲線；
[0016]第一板簧和第二板簧中的每一個包括第一臺肩和第二臺肩，第一臺肩和第二臺肩延伸到燃料電池組的寬度之外，使得所述至少一個張緊構(gòu)件和所述至少另一個張緊構(gòu)件沿著燃料電池組的高度延伸并與燃料電池組隔開；以及
[0017]第一板簧和第二板簧與非導(dǎo)電端板接觸。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種燃料電池系統(tǒng)。該燃料電池系統(tǒng)包括具有第一端和第二端的燃料電池組，和用于提供壓縮力至燃料電池組的壓縮系統(tǒng)。該壓縮系統(tǒng)包括可操作地連接至燃料電池組的第一端的第一非對稱板簧。該壓縮系統(tǒng)包括可操作地連接至燃料電池組的第一端的第二非對稱板簧。該壓縮系統(tǒng)還包括至少一個張緊構(gòu)件，所述至少一個張緊構(gòu)件可操作地連接至第一板簧并被支撐在燃料電池組的第二端。該壓縮系統(tǒng)還包括至少另一個張緊構(gòu)件，所述至少另一個張緊構(gòu)件可操作地連接至第二板簧并被支撐在燃料電池組的第二端處。至少一個張緊構(gòu)件和至少另一個張緊構(gòu)件壓縮第一板簧和第二板簧以提供壓縮載荷至燃料電池組。實施例可以包括下述特征中的一個或多個:
[0019]第一板簧包括第一連接位置和第二連接位置，并且第二板簧包括第一連接位置和第二連接位置；
[0020]所述至少一個張緊構(gòu)件連接在第一板簧的第一連接位置和第二連接位置處，并且所述至少另一個張緊構(gòu)件連接在第二板簧的第一連接位置和第二連接位置處；
[0021]第一非對稱板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第一狹槽，并且第二非對稱板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第二狹槽；
[0022]所述至少一個張緊構(gòu)件包括連接在第一板簧的第一連接位置處的第一張緊構(gòu)件和連接在第一板簧的第二連接位置處的第二張緊構(gòu)件；
[0023]所述至少另一個張緊構(gòu)件包括連接在第二板簧的第一連接位置處的第三張緊構(gòu)件和連接在第二板簧的第二連接位置處的第四張緊構(gòu)件；
[0024]壓縮系統(tǒng)還包括:第三非對稱板簧，可操作地連接至燃料電池組的第二端并包括具有第一連接位置和第二連接位置的第三狹槽；和第四非對稱板簧，可操作地連接至燃料電池組的第二端并包括具有第一連接位置和第二連接位置的第四狹槽，其中第一張緊構(gòu)件和第二張緊構(gòu)件將第一板簧連接至第三板簧，并且其中第三張緊構(gòu)件和第四張緊構(gòu)件將第二板簧連接至第四板簧；
[0025]第一非對稱板簧和第二非對稱板簧中的每一個具有位于該板簧的第二連接位置和第一端之間的第一長度，以及位于該板簧的第二連接位置和相反的第二端之間的第二長度，其中第一長度大于第二長度；
[0026]第一狹槽和第二狹槽中的每一個包括垂直開口以及第一水平開口和第二水平開口，其中第一張緊構(gòu)件和第二張緊構(gòu)件中的每一個具有彈簧偏壓裝置和腿部，該腿部插入垂直開口中，使得腿部被偏壓以移動到第一連接位置和第二連接位置中的一個中以形成摩擦連接；和
[0027]燃料電池系統(tǒng)還包括形成所述第一端和第二端的第一非導(dǎo)電端板和第二非導(dǎo)電端板，其中壓縮系統(tǒng)接觸第一非導(dǎo)電端板和第二非導(dǎo)電端板。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種壓縮系統(tǒng)，用于提供壓縮力至具有第一端和第二端的燃料電池組。該壓縮系統(tǒng)包括可操作地連接至燃料電池組的第一端的第一板簧。第一板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第一狹槽。該壓縮系統(tǒng)包括第一張緊構(gòu)件，第一張緊構(gòu)件連接在第一板簧的第一連接位置處并被支撐在燃料電池組的第二端處。該壓縮系統(tǒng)包括還包括第二張緊構(gòu)件，第二張緊構(gòu)件連接在第一板簧的第二連接位置處并被支撐在燃料電池組的第二端處。第一張緊構(gòu)件和第二張緊構(gòu)件壓縮第一板簧以提供壓縮載荷至燃料電池組。在一個實施例中，壓縮系統(tǒng)還可以包括可操作地連接至燃料電池組的第二端的第二板簧，第二板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第二狹槽，其中第一張緊構(gòu)件連接在第二板簧的第一連接位置處，并且第二張緊構(gòu)件連接在第二板簧的第二連接位置處，其中第一張緊構(gòu)件和第二張緊構(gòu)件壓縮第一板簧和第二板簧以提供壓縮載荷至燃料電池組。
[0029]通過參考接下來撰寫的說明書、權(quán)利要求和附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將進一步理解和認(rèn)識本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是采用根據(jù)一個實施例的燃料電池組的燃料電池系統(tǒng)的透視圖；
[0031]圖2是采用根據(jù)一個實施例的壓縮系統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)的透視圖；
[0032]圖3是壓縮系統(tǒng)的透視圖，其中燃料電池組被移除；
[0033]圖4是圖2中示出的燃料電池組的頂視圖；
[0034]圖5是圖2中示出的燃料電池組的側(cè)視圖；
[0035]圖6是圖2中示出的燃料電池組的底視圖；
[0036]圖7是沿著圖6的線VI1-VII截取的剖視圖，進一步圖示壓縮系統(tǒng)；
[0037]圖8是壓縮系統(tǒng)中采用的非對稱板簧的透視圖；
[0038]圖9是圖8中示出的非對稱板簧的頂視圖；
[0039]圖10是板簧的側(cè)視圖，以實線示出未被壓縮的板簧，以虛影示出被壓縮的板簧；
[0040]圖11是被示出作為在壓縮系統(tǒng)中采用的彎曲線的一對張緊構(gòu)件的透視圖；
[0041]圖12是圖11中示出的一條彎曲線的側(cè)視圖；以及
[0042]圖13是圖12中示出的彎曲線的頂視圖。

【具體實施方式】
[0043]公開了一種用于提供壓縮力至具有第一端和第二端的燃料電池組的壓縮系統(tǒng)和采用該壓縮系統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)。燃料電池組包括通常串聯(lián)堆疊在彼此的頂部之上以形成電池組的多個燃料電池。用在電池組的中的單獨的燃料電池的數(shù)量可以是足以根據(jù)預(yù)期應(yīng)用的需要產(chǎn)生期望量的電功率的任何數(shù)量。燃料電池通常包括正極(陽極)和負(fù)極(陰極)。根據(jù)一個實施例，燃料電池是采用氫作為負(fù)極活性材料和采用氧作為正極活性材料的氫燃料電池。當(dāng)燃料電池放電時，氫在負(fù)極處氧化以產(chǎn)生氫離子和電子。氫離子穿過非導(dǎo)電的、離子可滲透的分離器，電子穿過外部電路至正極，在正極處氧被還原。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以采用期望采用壓縮系統(tǒng)的其它類型的燃料電池組。燃料電池系統(tǒng)可以包括一個或多個燃料電池組。燃料電池系統(tǒng)還可以包括其它部件，如控制系統(tǒng)、氫源、風(fēng)扇、過濾器等。
[0044]燃料電池系統(tǒng)采用壓縮系統(tǒng)，該壓縮系統(tǒng)壓縮單獨的燃料電池的堆，從而在使用期間燃料電池氫氧化物和脫水物膨脹和收縮時在整個電池組上維持緊密的接觸。壓縮系統(tǒng)本質(zhì)上將位于電池組的相反端處的端板壓向彼此，以在燃料電池組的使用期間提供大致均勻的壓縮。施加至燃料電池組的壓縮力可以約為40?100鎊。該壓縮系統(tǒng)的制造和組裝簡單且容易，并具有長的耐用性和經(jīng)濟的制造。
[0045]該壓縮系統(tǒng)提供壓縮力至具有第一端和第二端的燃料電池組。該壓縮系統(tǒng)包括可操作地連接至燃料電池組的第一端的第一非對稱板簧。該壓縮系統(tǒng)包括可操作地連接至燃料電池組的第一端的第二非對稱板簧。該壓縮系統(tǒng)還包括至少一個張緊構(gòu)件，所述至少一個張緊構(gòu)件可操作地連接至第一板簧并被支撐在燃料電池組的第二端。該壓縮系統(tǒng)還包括至少另一個張緊構(gòu)件，所述至少另一個張緊構(gòu)件可操作地連接至第二板簧并被支撐在燃料電池組的第二端處。所述至少一個張緊構(gòu)件和所述至少另一個張緊構(gòu)件壓縮第一板簧和第二板簧以提供壓縮載荷至燃料電池組。
[0046]壓縮系統(tǒng)還可以被構(gòu)造成使得第一板簧包括第一連接位置和第二連接位置，并且第二板簧包括第一連接位置和第二連接位置。所述至少一個張緊構(gòu)件連接在第一板簧的第一連接位置和第二連接位置處。所述至少另一個張緊構(gòu)件連接在第二板簧的第一連接位置和第二連接位置處。
[0047]張緊構(gòu)件可以以任何合適的方式，如采用緊固件或通過焊接，連接至板簧，但在優(yōu)選的實施例中，壓縮系統(tǒng)被構(gòu)造成使得第一非對稱板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第一狹槽，并且第二非對稱板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第二狹槽。所述至少一個張緊構(gòu)件可以包括單個張緊構(gòu)件，該單個張緊構(gòu)件具有連接在第一板簧的第一連接位置處的第一端和連接在第一板簧的第二連接位置處的第二端。可替換地，所述至少一個張緊構(gòu)件可以包括兩個張緊構(gòu)件，即連接在第一板簧的第一連接位置處的第一張緊構(gòu)件和連接在第一板簧的第二連接位置處的第二張緊構(gòu)件。類似地，所述至少另一個張緊構(gòu)件可以包括單個張緊構(gòu)件，該單個張緊構(gòu)件具有連接在第一板簧的第一連接位置處的第一端和連接在第一板簧的第二連接位置處的第二端，或者所述至少另一個張緊構(gòu)件可以包括連接在第二板簧的第一連接位置處的第三張緊構(gòu)件和連接在第二板簧的第二連接位置處的第四張緊構(gòu)件。
[0048]在燃料電池組的第一端處可操作地連接至第一板簧和第二板簧中的任一個或二者的張緊構(gòu)件可以通過從第一或第二板簧延伸，圍繞燃料電池組的第二端，并返回第一或第二板簧而被支撐在燃料電池組的第二端，或者該張緊構(gòu)件可以可操作地連接至燃料電池組的第二端上的板簧。例如，在兩端可操作地連接至第一板簧的單個張緊構(gòu)件可以通過交叉第三板簧從而壓縮第三板簧而可操作地連接至第三板簧。類似地，在兩端可操作地連接至第二板簧的單個張緊構(gòu)件可以通過交叉第四板簧從而壓縮第四板簧而可操作地連接至第四板簧?？商鎿Q地，壓縮系統(tǒng)可以包括可操作地連接至燃料電池組的第二端的第三非對稱板簧。第三板簧可以包括具有第一連接位置和第二連接位置的第三狹槽的。壓縮系統(tǒng)還可以包括可操作地連接至燃料電池組的第二端的第四非對稱板簧，第四板簧可以包括具有第一連接位置和第二連接位置的第四狹槽。第一張緊構(gòu)件和第二張緊構(gòu)件可以將第一板簧連接至第三板簧，并且第三張緊構(gòu)件和第四張緊構(gòu)件可以將第二板簧連接至第四板簧。
[0049]第一非對稱板簧和第二非對稱板簧是不對稱的，并且在一側(cè)的長度大于在相反側(cè)的長度。例如，第一板簧具有位于該板簧的第二連接位置和第一端之間的第一長度，以及位于該板簧的第二連接位置和相反的第二端之間的第二長度，其中第一長度大于第二長度。非對稱板簧在燃料電池的使用期間施加大致均勻的壓縮，并提供更長的(固定的)剛度。第三板簧和第四板簧也可以是不對稱的。
[0050]每個板簧可以包括成變形的Z字形形狀的狹槽，其具有垂直開口以及第一水平開口和第二水平開口。如本文中使用的那樣，術(shù)語"垂直"和"水平"涉及板簧的狹槽開口的相對定向，如在9中定向的那樣，其中垂直開口平行于沿著板簧的第一和第二長度延伸的虛軸，水平開口垂直于該虛軸?？刹僮鞯剡B接至板簧的張緊構(gòu)件或多個張緊構(gòu)件可以具有彈簧偏壓裝置和腿部，所述腿部插入狹槽的垂直開口中并被偏壓以移動到燃料電池組的相反側(cè)上的板簧的對應(yīng)的連接位置中，從而形成摩擦連接。張緊構(gòu)件可以包括彎曲線。彎曲線在一端具有經(jīng)由摩擦接合被捕獲在狹槽內(nèi)的腿部。每個板簧可以包括第一臺肩和第二臺肩，第一臺肩和第二臺肩延伸到燃料電池組的寬度之外，使得張緊線沿著燃料電池組的高度延伸并與燃料電池組隔開。
[0051]壓縮系統(tǒng)可以包括位于燃料電池組的第一端和第二端中的任一個或二者上的附加的彈簧。例如，對于較寬的燃料電池組，可能希望在燃料電池組的第一端上的第一彈簧和第二彈簧之間增加一個或多個彈簧以提供均勻的壓縮。附加的彈簧可以是對稱的或不對稱的。附加的彈簧可以具有任何合適的結(jié)構(gòu)，包括但不限于板簧，并且它們可以以與第一板簧和第二板簧相同的方式或以不同的方式可操作地連接至電池組的第一端。類似地，一個或多個附加的彈簧可以添加至燃料電池組的第二端以提供均勻的壓縮。
[0052]參照圖1，大致示出了一種燃料電池系統(tǒng)10，其布置在燃料電池系統(tǒng)殼體12內(nèi)。燃料電池系統(tǒng)殼體12可以包括設(shè)置在諸如計算機之類的電氣設(shè)備的燃料電池室中。燃料電池系統(tǒng)10包括燃料電池組20，其具有單獨的燃料電池的。燃料電池組20具有氫氣輸入裝置，其用于接收并消耗氫氣以產(chǎn)生電力，電力又可以供給至電氣設(shè)備。燃料電池組20通常包括多個燃料電池的堆，每個燃料電池具有正極和負(fù)極，如燃料電池領(lǐng)域通常已知的那樣。氫氣可以用作負(fù)極活性材料，氧可以用作正極活性材料。
[0053]燃料電池系統(tǒng)10還包括氫供給或發(fā)生器14。氫供給或發(fā)生器14被示出為設(shè)置在殼體12內(nèi)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，根據(jù)一個實施例，燃料電池系統(tǒng)10可以采用供應(yīng)氫的燃料盒。根據(jù)另一個實施例，燃料電池系統(tǒng)10可以采用根據(jù)需要生成氫的氫發(fā)生器。氫氣隨后與氧一起被提供至產(chǎn)生電功率的燃料電池組20。
[0054]燃料電池系統(tǒng)10還包括風(fēng)扇16，其用于吹送包括氧氣的空氣通過燃料電池組20并冷卻燃料電池組20。此外，控制器18被圖示為連接至燃料電池系統(tǒng)10或被包括在燃料電池系統(tǒng)10中?？刂破?8可以根據(jù)需要控制風(fēng)扇和氫發(fā)生器14以及氫發(fā)生器14的氫的生成，以滿足燃料電池組20的需要，從而提供足夠的電功率。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，控制器18可以位于燃料電池殼體12內(nèi)，或位于燃料電池系統(tǒng)10或采用燃料電池系統(tǒng)10的電氣設(shè)備的內(nèi)的任何位置處。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，根據(jù)另一個實施例，控制器18可以位于氫發(fā)生器14或燃料電池組20內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)可以包括微處理器或微控制器；數(shù)字、模擬和/或混合電路；固態(tài)和/或機電開關(guān)裝置；電容器、感測儀器等等。
[0055]參照圖2-6，圖示了燃料電池系統(tǒng)10以及它的燃料電池組20和用于壓縮燃料電池組20的壓縮系統(tǒng)40。燃料電池系統(tǒng)10包括由堆疊彼此的頂部之上的多個單獨的燃料電池24組成的燃料電池組20。每個燃料電池24具有薄的、大致矩形的殼體，并通過使氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電功率。典型地，燃料電池殼體由導(dǎo)電材料制成。由所有燃料電池24產(chǎn)生的電功率加在一起以供應(yīng)更大的電輸出。第一非導(dǎo)電端板26在一端處連接電池組20的頂部，第二非導(dǎo)電端板28在相反的一端處連接至電池組20的底端。端板26和28可以由非導(dǎo)電的熱固性模塑料(如含填料的多酚模塑料)制成。正接觸端子36設(shè)置在電池組的頂部附近，負(fù)接觸端子38設(shè)置在電池組的底部附近，用于提供相應(yīng)的正負(fù)極電連接以輸出由燃料電池系統(tǒng)10產(chǎn)生的電功率。
[0056]頂部端板26被示出為包括第一端口 30，底部端板28具有第二端口 32。端口 30和32中的一個用作氫輸入端口，端口 30和32中的另一個用作氫副產(chǎn)物輸出端口。氫氣可以進入輸入端口并穿過氫燃料電池24的堆20，在堆20中氫氣與通過如在圖2中看到的散熱器狀開口提供的氧氣反應(yīng)。氫在負(fù)極處氧化以產(chǎn)生氫離子和電子。氫離子穿過非導(dǎo)電的、離子可滲透的分離器，電子穿過外部電路至正極，在正極處氧被還原。燃料電池24和電池組20可以被多種形狀、尺寸和布置構(gòu)造而成。
[0057]在圖2中不出施加壓縮載荷至燃料電池組20的壓縮系統(tǒng)40。壓縮系統(tǒng)40被不出為具有布置在端板26和28的凹部34內(nèi)的四個非對稱板簧42。凹部34可以是切口形狀的，并且尺寸形成為接收板簧。雖然本文中示出和描述了四個非對稱板簧42，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以設(shè)置一個或多個板簧來提供壓縮力至燃料電池組20。在圖3中進一步示出了壓縮系統(tǒng)40，其中燃料電池組20被移除。在頂部端板26的頂部上包括的是第一和第二非對稱板簧42?在底部端板28的底端上包括的是第三和第四非對稱板簧42。第一和第三非對稱板簧42垂直地對齊并經(jīng)由被示出為第一和第二張緊構(gòu)件60的至少一個張緊構(gòu)件連接在一起，第一和第二張緊構(gòu)件60在本文中被示出和描述為彎曲線。第二和第四非對稱板簧42同樣地垂直對齊并經(jīng)由被示出為第三和第四張緊構(gòu)件60的至少另一個張緊構(gòu)件連接在一起，第三和第四張緊構(gòu)件60在本文中同樣被示出和描述為彎曲的張緊線。張緊構(gòu)件60在第一和第二連接位置處連接至對應(yīng)的非對稱板簧42，并且在板簧42被壓縮以在張緊構(gòu)件60上提供壓縮板簧42以提供壓縮載荷至燃料電池組20的張力時，張緊構(gòu)件60連接至板簧42。
[0058]如在圖2-10中看到的每個非對稱板簧具有狹槽56，其提供用于連接至張緊構(gòu)件60的第一和第二連接位置。如在圖9中看到的狹槽56被示出為變形的Z字形形狀，其具有垂直開口，以及位于在相反的頂端和底端處的、在相反的方向上延伸的第一水平開口和第二水平開口。狹槽56使得張緊構(gòu)件60的腿部能夠設(shè)置在垂直開口內(nèi)，并經(jīng)由彈簧偏壓裝置滑動至一個水平部分內(nèi)的鎖定摩擦接合位置。狹槽52因此提供位于每個水平開口的端部處或附近的、用于連接至張緊構(gòu)件60的第一連接位置和第二連接位置。每個非對稱板簧42具有第一端44和第二端46，板簧在第一端44和第二端46上接觸或接合對應(yīng)的端板并被壓縮。非對稱板簧42具有位于一個連接位置和第一端44之間的第一長度，以及位于另一個連接位置和相反的一端46之間的第二長度，第一長度大于第二長度。這樣，板簧42在狹槽56的一側(cè)長于相對的一側(cè)。結(jié)果，板簧42是非對稱的。第一板簧和第二板簧的較長的邊被示出為彼此鄰近，向著端板26的中心延伸。類似地，第三板簧和第四板簧42的較長的邊同樣定位成彼此鄰近，向著端板28的中心延伸。通過設(shè)置非對稱板簧42，施加至板簧的載荷可以更加均勻地分布在對應(yīng)的端板的整個長度范圍內(nèi)。
[0059]壓縮系統(tǒng)40有利地在燃料電池組20上提供大致恒定的壓縮載荷，由于制造公差和濕氣膨脹，該壓縮載荷在長度范圍內(nèi)可能變化。在一些實施例中，燃料電池組可以包括串聯(lián)堆疊在彼此的頂部之上的10至100個燃料電池，并且厚度可以變化。通過采用非對稱板簧，施加至端板的載荷更加均勻，以便可以采用較薄的端板，這可以提供更緊湊的、重量更輕的和更便宜的組件。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，端板26和28具有足以防止過度彎曲的厚度。板簧42的長度可以是在整個組件內(nèi)提供期望的剛度、均勻的堆疊端板載荷和薄的端板的長度。
[0060]板簧42可以由碳鋼或其它彈簧鋼制成。板簧是柔性的使得它們壓縮在第一端44和第二端46之間。根據(jù)一個實施例，每一個板簧42可以壓縮高達四分之一英寸。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，板簧42的壓縮距離可以根據(jù)電池組中的燃料電池的數(shù)量、溫度、濕度和其它變量變化。非對稱板簧42提供大致均勻的壓縮并允許更長的(固定的)剛度。
[0061 ] 非對稱板簧42包括位于燃料電池組20的相反側(cè)的側(cè)向突出的臺肩48和50。臺肩48和50延伸到燃料電池組20的寬度之外，使得張緊構(gòu)件60沿著燃料電池組20的高度延伸并與燃料電池組20隔開以與電池組20電隔離。臺肩48具有設(shè)置在其中的用于接收張緊構(gòu)件60的半圓形凹口。類似地，臺肩50具有設(shè)置在其中的用于接收另一個張緊構(gòu)件60的半圓形凹口 54。這樣，該對張緊構(gòu)件60分別接合在臺肩48和50的狹槽50和54內(nèi)，并且它們的末端接合在狹槽56內(nèi)。雖然凹口 52和54被示出為半圓形的，用于接收圓形的線，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以采用其它形狀和尺寸。
[0062]張緊構(gòu)件60在圖11和12中被圖示為彎曲的張緊線。每根張緊線60形成有扭彎以提供彈簧偏壓，其允許張緊構(gòu)件60插入相對的板簧42上的狹槽56內(nèi)并向外移動至到對應(yīng)的板簧的狹槽56上的第一和第二連接位置中。彎曲的張緊線可以由碳鋼彈簧絲(如鋼琴絲)制成。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，根據(jù)另一個實施例，可以采用其它張緊構(gòu)件。每個張緊構(gòu)件60包括垂直部62，彎曲的頂部和底部大致垂直于垂直部62。頂部包括第一水平部分64，第一水平部分64在部分66處向下彎曲并在末端腿部68處大致水平地向外延伸。底部同樣包括水平部分70，水平部分70在部分72處向上彎曲并在末端腿部74處向外延伸。末端腿部68和74被定尺寸和調(diào)整以在電池組20的頂側(cè)和底側(cè)上安裝在板簧42的狹槽56內(nèi)，并相對于頂部和底部板簧42被向外偏壓，以在狹槽56的水平狹槽部內(nèi)滑動成與狹槽56的水平狹槽部進行摩擦接合。線60中的扭彎的量在圖3中被示出為角度Θ。張緊構(gòu)件60可以被扭彎和壓縮在底部腿部68和頂部腿部74之間，以使Θ較小(如，接近O度)，使得腿部68和74能夠接合在在頂部和底部板簧42上對齊的垂直開口狹槽56內(nèi)，并且隨后被釋放以展開到具有狹槽56的第一和第二連接部的位置中。
[0063]為了將壓縮系統(tǒng)40組裝到燃料電池組20上，燃料電池組20、端板26和28、以及板簧42可以被組裝在用來壓縮板簧42的壓力機中。板簧42的壓縮在圖10中被圖示位于以實線示出的第一非壓縮位置和以虛影示出的第二壓縮位置之間。在板簧42被壓縮的情況下，通過在壓縮系統(tǒng)40的相反端處將腿部68和74插入板簧42的狹槽56的垂直開口中，并允許腿部68和74彈簧偏壓和向外移動至第一或第二連接位置，可以組裝張緊構(gòu)件60。張緊構(gòu)件60的向前彈簧偏壓將在相反方向推壓腿部，使得所述腿部就座在狹槽56中。在組裝彎曲的張緊構(gòu)件60時，可以從壓力機中移除燃料電池組20和組裝的壓縮系統(tǒng)40，從而將壓縮載荷施加至張緊構(gòu)件，并且板簧42在末端腿部68和74與板簧42之間提供增強的摩擦接合。
[0064]在燃料電池組的使用期間，壓縮系統(tǒng)40有利地提供燃料電池組20的大致均勻的壓縮。壓縮系統(tǒng)40基本上由兩個不同制成的部件即非對稱板簧42和彎曲的張緊構(gòu)件60構(gòu)成。在示出的實施例，四個非對稱板簧42和四個張緊構(gòu)件60用來形成壓縮系統(tǒng)40。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，根據(jù)另一個實施例，可以采用一個或多個板簧和一個或多個張緊構(gòu)件。
【權(quán)利要求】
1.一種壓縮系統(tǒng)，用于提供壓縮力至具有第一端和第二端的燃料電池組，所述壓縮系統(tǒng)包括: 可操作地連接至燃料電池組的第一端的第一非對稱板簧； 可操作地連接至燃料電池組的第一端的第二非對稱板簧； 至少一個張緊構(gòu)件，所述至少一個張緊構(gòu)件可操作地連接至第一非對稱板簧并被支撐在燃料電池組的第二端；和 至少另一個張緊構(gòu)件，所述至少另一個張緊構(gòu)件可操作地連接至第二非對稱板簧并被支撐在燃料電池組的第二端處，其中所述至少一個張緊構(gòu)件和所述至少另一個張緊構(gòu)件壓縮第一非對稱板簧和第二非對稱板簧以提供壓縮載荷至燃料電池組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮系統(tǒng)，其中第一非對稱板簧包括第一連接位置和第二連接位置，并且第二非對稱板簧包括第一連接位置和第二連接位置，其中所述至少一個張緊構(gòu)件連接在第一非對稱板簧的第一連接位置和第二連接位置處，并且所述至少另一個張緊構(gòu)件連接在第二非對稱板簧的第一連接位置和第二連接位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓縮系統(tǒng)，其中第一非對稱板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第一狹槽，并且第二非對稱板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第二狹槽，所述至少一個張緊構(gòu)件包括連接在第一非對稱板簧的第一連接位置處的第一張緊構(gòu)件和連接在第一非對稱板簧的第二連接位置處的第二張緊構(gòu)件，并且所述至少另一個張緊構(gòu)件包括連接在第二非對稱板簧的第一連接位置處的第三張緊構(gòu)件和連接在第二非對稱板簧的第二連接位置處的第四張緊構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓縮系統(tǒng)，還包括: 第三非對稱板簧，可操作地連接至燃料電池組的第二端并包括具有第一連接位置和第二連接位置的第三狹槽； 第四非對稱板簧，可操作地連接至燃料電池組的第二端并包括具有第一連接位置和第二連接位置的第四狹槽，其中第一張緊構(gòu)件和第二張緊構(gòu)件將第一非對稱板簧連接至第三非對稱板簧，并且其中第三張緊構(gòu)件和第四張緊構(gòu)件將第二非對稱板簧連接至第四非對稱板簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓縮系統(tǒng)，其中第一非對稱板簧和第二非對稱板簧中的每一個具有位于該板簧的第二連接位置和第一端之間的第一長度，以及位于該板簧的第二連接位置和相反的第二端之間的第二長度，其中第一長度大于第二長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓縮系統(tǒng)，其中第一狹槽和第二狹槽中的每一個包括垂直開口以及第一水平開口和第二水平開口，其中第一張緊構(gòu)件和第二張緊構(gòu)件中的每一個具有彈簧偏壓裝置和腿部，該腿部插入垂直開口中，使得腿部被偏壓以移動到第一連接位置和第二連接位置中的一個中以形成摩擦連接。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的壓縮系統(tǒng)，其中所述至少一個張緊構(gòu)件和所述至少另一個張緊構(gòu)件中的每一個包括彎曲線。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的壓縮系統(tǒng)，其中第一非對稱板簧和第二非對稱板簧中的每一個包括第一臺肩和第二臺肩，第一臺肩和第二臺肩延伸到燃料電池組的寬度之夕卜，使得所述至少一個張緊構(gòu)件和所述至少另一個張緊構(gòu)件沿著燃料電池組的高度延伸并與燃料電池組隔開。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的壓縮系統(tǒng)，其中第一非對稱板簧和第二非對稱板簧與非導(dǎo)電端板接觸。
10.一種燃料電池系統(tǒng)，包括: 具有第一端和第二端的燃料電池組， 用于提供壓縮力至燃料電池組的壓縮系統(tǒng)，該壓縮系統(tǒng)包括: 可操作地連接至燃料電池組的第一端的第一非對稱板簧； 可操作地連接至燃料電池組的第一端的第二非對稱板簧； 至少一個張緊構(gòu)件，所述至少一個張緊構(gòu)件可操作地連接至第一非對稱板簧并被支撐在燃料電池組的第二端；和 至少另一個張緊構(gòu)件，所述至少另一個張緊構(gòu)件可操作地連接至第二非對稱板簧并被支撐在燃料電池組的第二端處，其中所述至少一個張緊構(gòu)件和所述至少另一個張緊構(gòu)件壓縮第一非對稱板簧和第二非對稱板簧以提供壓縮載荷至燃料電池組。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中第一非對稱板簧包括第一連接位置和第二連接位置，并且第二非對稱板簧包括第一連接位置和第二連接位置，其中所述至少一個張緊構(gòu)件連接在第一非對稱板簧的第一連接位置和第二連接位置處，并且所述至少另一個張緊構(gòu)件連接在第二非對稱板簧的第一連接位置和第二連接位置處。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中第一非對稱板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第一狹槽，并且第二非對稱板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第二狹槽，所述至少一個張緊構(gòu)件包括連接在第一非對稱板簧的第一連接位置處的第一張緊構(gòu)件和連接在第一非對稱板簧的第二連接位置處的第二張緊構(gòu)件，并且所述至少另一個張緊構(gòu)件包括連接在第二非對稱板簧的第一連接位置處的第三張緊構(gòu)件和連接在第二非對稱板簧的第二連接位置處的第四張緊構(gòu)件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料電池系統(tǒng)，其中壓縮系統(tǒng)還包括: 第三非對稱板簧，可操作地連接至燃料電池組的第二端并包括具有第一連接位置和第二連接位置的第三狹槽； 第四非對稱板簧，可操作地連接至燃料電池組的第二端并包括具有第一連接位置和第二連接位置的第四狹槽，其中第一張緊構(gòu)件和第二張緊構(gòu)件將第一非對稱板簧連接至第三非對稱板簧，并且其中第三張緊構(gòu)件和第四張緊構(gòu)件將第二非對稱板簧連接至第四非對稱板簧。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中第一非對稱板簧和第二非對稱板簧中的每一個具有位于該板簧的第二連接位置和第一端之間的第一長度，以及位于該板簧的第二連接位置和相反的第二端之間的第二長度，其中第一長度大于第二長度。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料電池系統(tǒng)，其中第一狹槽和第二狹槽中的每一個包括垂直開口以及第一水平開口和第二水平開口，其中第一張緊構(gòu)件和第二張緊構(gòu)件中的每一個具有彈簧偏壓裝置和腿部，該腿部插入垂直開口中，使得腿部被偏壓以移動到第一連接位置和第二連接位置中的一個中以形成摩擦連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求10-15中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括形成所述第一端和第二端的第一非導(dǎo)電端板和第二非導(dǎo)電端板，其中壓縮系統(tǒng)接觸第一非導(dǎo)電端板和第二非導(dǎo)電端板。
17.—種壓縮系統(tǒng)，用于提供壓縮力至具有第一端和第二端的燃料電池組，所述壓縮系統(tǒng)包括: 可操作地連接至燃料電池組的第一端的第一板簧，第一板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第一狹槽； 第一張緊構(gòu)件，連接在第一板簧的第一連接位置處并被支撐在燃料電池組的第二端處；和 第二張緊構(gòu)件，連接在第一板簧的第二連接位置處并被支撐在燃料電池組的第二端處，其中第一張緊構(gòu)件和第二張緊構(gòu)件壓縮第一板簧以提供壓縮載荷至燃料電池組。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的壓縮系統(tǒng)，還包括可操作地連接至燃料電池組的第二端的第二板簧，第二板簧包括具有第一連接位置和第二連接位置的第二狹槽，其中第一張緊構(gòu)件連接在第二板簧的第一連接位置處，并且第二張緊構(gòu)件連接在第二板簧的第二連接位置處，其中第一張緊構(gòu)件和第二張緊構(gòu)件壓縮第一板簧和第二板簧以提供壓縮載荷至燃料電池組。
【文檔編號】H01M8/24GK104471775SQ201380013277
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月17日
【發(fā)明者】拉塞爾·H·巴頓 申請人:智慧能量有限公司