專利名稱：雙極板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙極板以及用于制造該雙極板的方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)本發(fā)明的雙極板可用在電化學(xué)系統(tǒng)中，例如用在燃料電池系統(tǒng)中或者用在電 解器中。已知有若干類型使用電化電池層疊體的電化學(xué)系統(tǒng)，該層疊體具有分層的多個(gè)電 化電池，所述電化電池每個(gè)被雙極板隔開(kāi)。雙極板具有以下若干功能-電連接各電化電池的電極，且將電流引導(dǎo)至相鄰的電池(電池串聯(lián)連接)；-將介質(zhì)或者反應(yīng)物例如水和氣體提供給電池，且通過(guò)相應(yīng)的分配結(jié)構(gòu)(即所謂 的流場(chǎng))去除在電池中產(chǎn)生的反應(yīng)氣體；-傳送在電化電池中產(chǎn)生的熱量；以及-關(guān)于彼此以及相對(duì)于外界密封不同種類的介質(zhì)以及流場(chǎng)的冷卻通道。對(duì)于很大工業(yè)規(guī)模的預(yù)期應(yīng)用而言，能夠低成本地生產(chǎn)大量高質(zhì)量的雙極板是非 常重要的。在這種情況下，未超出尺寸公差的變化量是非常重要的，因?yàn)榉駝t的話可能導(dǎo)致 功能故障，甚至與安全有關(guān)的故障。這對(duì)于焊接的多層雙極板特別重要。到目前為止，還使用定位孔以確保各層關(guān)于彼此精確定位。實(shí)踐表明，在確保至少 兩個(gè)雙極板關(guān)于彼此精確的相對(duì)定位的這些定位孔與其它通孔以及與外部邊緣的切割同 時(shí)形成的情況下，所述層關(guān)于彼此定位的準(zhǔn)確性和再現(xiàn)性不夠。特別地，可能導(dǎo)致各層的流 場(chǎng)的通道幾何形狀之間的偏移。在極度偏移的情況下，在雙極板的焊接步驟期間雙極板彼 此未接觸的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行雙極板的焊接，這會(huì)由于燃燒而導(dǎo)致相應(yīng)的區(qū)域毀壞。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供多層雙極板以及多層雙極板的制造方法，該制造方法 允許以高質(zhì)量及低成本大規(guī)模地制造多層雙極板。該目的由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述的雙極板和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于生產(chǎn)多層雙極板的方法的第一實(shí)施例提出在至少兩個(gè)層中的每層中形成至 少第一凹口 /凸起和第二凹口 /凸起，并且所述層以層疊的方式定位。在所述兩個(gè)層完全 彼此疊置的狀態(tài)下，第一層的第一凹口 /凸起與第二層的第一凹口 /凸起彼此接合并且通 過(guò)建立第一接觸區(qū)域在平面E1中以外形鎖定方式(從而以嵌入方式)接觸。同時(shí)第一層 的第二凹口 /凸起與第二層的第二凹口 /凸起彼此接合，但是通過(guò)形成第二接觸區(qū)域在平 面E2中僅部分地彼此接觸。其接觸部位布置在一虛擬直線的兩側(cè)，該虛擬直線在沿著第二 層的第二凹口 /凸起的最長(zhǎng)延伸的、該第二凹口 /凸起的主方向上延伸。在該平面E2中， 在第一層的第二凹口/凸起與第二層的第二凹口/凸起之間不存在密閉的嵌入式聯(lián)接。所 述至少兩個(gè)層以嵌套的方式定位，其中至少一個(gè)層的凹口 /凸起被固定在固定裝置的互補(bǔ) 凹口 /凸起中，并且所述至少兩個(gè)層通過(guò)粘合接頭在那里彼此結(jié)合。由于這種布置，在完全定位狀態(tài)下，從而在所述層緊接著在其被結(jié)合之前的布置下，在所述兩個(gè)層之間沿穿過(guò)兩個(gè)接觸位置的虛擬直線的方向不會(huì)存在平移。但是，可以在 所述層之間在與該虛擬直線垂直的方向上在相應(yīng)第二凹口/凸起的尺寸比例的限度內(nèi)進(jìn) 行調(diào)整。雙極板通常呈現(xiàn)出具有凹部和/或隆起的通道結(jié)構(gòu)。該通道結(jié)構(gòu)限定流場(chǎng)。在兩 個(gè)層形成分離器和冷卻系統(tǒng)的情況下，這兩個(gè)層均會(huì)被結(jié)構(gòu)化。在三個(gè)層形成分離器和冷 卻系統(tǒng)的情況下，至少兩個(gè)外層會(huì)被結(jié)構(gòu)化。內(nèi)層可以被結(jié)構(gòu)化，但這不是必須的。形成所 述層的通道結(jié)構(gòu)的這些凹部和/或隆起與用于確定所述層的定位的凹口和/或凸起無(wú)關(guān)。 這是指凹口 /凸起優(yōu)選是位于通道結(jié)構(gòu)的外部。但是，出于節(jié)省空間的原因，優(yōu)選地可以將 它們布置在通道結(jié)構(gòu)之間。優(yōu)選地，與凹口 /凸起在相同的程序步驟中在所述至少兩個(gè)層中形成形成通道的 凹部和/或隆起。通道結(jié)構(gòu)的方位通常使得其主方向與凹口 /凸起允許在雙極板的層之間 進(jìn)行有限調(diào)整的方向平行。在兩個(gè)層中各第二凹口 /凸起相對(duì)于通道結(jié)構(gòu)的位置是其被模 壓之前預(yù)先確定的。這在初始時(shí)防止以可再現(xiàn)的方式形成相應(yīng)層的通道之間的垂直于其主 方向的偏移。本發(fā)明背景下的術(shù)語(yǔ)“凹口 /凸起”用于雙極板的層的一部分，該部分從相應(yīng)層的 平面突起。將該突起看作是凹口還是凸起取決于觀察角度。如果在這里使用互補(bǔ)的術(shù)語(yǔ) “凸起/凹口”，則這是為了強(qiáng)調(diào)反方向。用于生產(chǎn)多層雙極板的方法的第二實(shí)施例提出在至少兩個(gè)層中，形成至少第一、 第二和第三凹口 /凸起，并且所述層以層疊的方式定位。在完全定位狀態(tài)下，第一層和第二 層的各第一凹口 /凸起通過(guò)形成第一接觸區(qū)域而彼此接合，第一層和第二層的各第二凹口 /凸起通過(guò)形成第二接觸區(qū)域而彼此接合，并且第一層和第二層的各第三凹口 /凸起通過(guò) 形成第三接觸區(qū)域而彼此接合。這樣，第一層和第二層在平面E2、E3和E4中彼此僅部分 接觸，即以至少兩個(gè)接觸部位接觸，而不會(huì)在第一層和第二層之間形成嵌入式聯(lián)接。這些接 觸部位以使得它們?cè)谄矫鍱2、E3和E4中分別在沿第二層的相應(yīng)第二凹口 /凸起的主方向 延伸的虛擬直線的兩側(cè)延伸的方式布置。這些穿過(guò)第一接觸區(qū)域和第二接觸區(qū)域的虛擬直 線通常彼此基本上平行地延伸。在本發(fā)明中的“基本上平行”表示角度在-10°與+10°之 間。穿過(guò)第三接觸區(qū)域的虛擬直線基本上垂直于前兩個(gè)虛擬直線延伸。在本發(fā)明中，“基本 上垂直”表示角度在80°與100°之間。所述至少兩個(gè)層通過(guò)結(jié)合(在這里也稱為粘結(jié))而彼此連接，其中，至少一個(gè)層的 凹口 /凸起被固定在固定裝置的互補(bǔ)凸起/凹口中，以保證所述層關(guān)于彼此準(zhǔn)確定位。在 本發(fā)明中，結(jié)合包括膠粘、銅焊、錫焊和焊接，尤其是激光焊接。結(jié)果，由兩個(gè)接觸區(qū)域利用上述虛擬直線的大體平行的方位提供的有限的可調(diào)整 性以更加規(guī)則的方式分布在雙極板的整個(gè)面積上。特別是利用另一接觸部位的居中布置， 虛擬直線基本上垂直布置的接觸部位，在該接觸區(qū)域的兩側(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)層相對(duì)于彼此的成 形公差的調(diào)整。即使缺少成形精度，也提供了用于對(duì)所述層相對(duì)于彼此進(jìn)行調(diào)整的足夠的 自由度，這使得依然準(zhǔn)確地確定所述層相對(duì)于彼此的定位。該方案尤其對(duì)于幾乎方形的流 場(chǎng)區(qū)域具有優(yōu)勢(shì)。依然在該實(shí)施例中，優(yōu)選地，與凹口 /凸起在相同的程序步驟中在所述至少兩個(gè) 層中形成形成通道的凹部和/或隆起，以在通道結(jié)構(gòu)與各層的接觸部位之間提供預(yù)定距離。在上述兩個(gè)實(shí)施例中，如果至少一個(gè)凹口 /凸起具有固定裝置的定心螺栓能夠通 過(guò)的通孔，則在所述層連接之前對(duì)于優(yōu)化定位是有利的。用于將所述層彼此連接的優(yōu)選方法包括膠粘和焊接，最優(yōu)選的是激光焊接。雙極 板及其各層分別優(yōu)選包括金屬，最優(yōu)選的是鋼，或者由金屬構(gòu)成。這允許它們通過(guò)模壓、深 沖壓、液壓成形、絕熱成形(諸如鍛造和高能率成形)或者輥軋成形而成形。平面E1與E2或者E2、E3與E4分別為在兩個(gè)層之間的接觸部的相應(yīng)平面中基本 上垂直于燃料電池層疊體的層疊方向朝向的平面。這些平面E1和E2或者E2、E3和E4分 別平行于雙極板的平面E延伸，除其功能所需的結(jié)構(gòu)之外的該雙極板通常是平的；平面E被 限定為在雙極板的兩個(gè)外層之間基本上居中地延伸。在一方面的平面E1和E2與另一方面 的平面E2、E3和E4彼此平行，也就是以偏移的方式在不同的接觸部位實(shí)現(xiàn)接觸的情況。但 是，它們也可以是相同的，這源于不存在這樣的偏移。根據(jù)本發(fā)明的雙極板的第一實(shí)施例提出該雙極板由具有通道結(jié)構(gòu)的至少兩個(gè)層 構(gòu)成，其中至少兩個(gè)層各自具有至少第一凹口 /凸起和第二凹口 /凸起，其中，第一層的第 一凹口 /凸起與第二層的第一凹口 /凸起在所述層的完全定位狀態(tài)下彼此接合，并且通過(guò) 形成第一接觸區(qū)域在平面E1中以外形鎖定方式(因而利用嵌入方式)彼此接觸。相反，第 一層的第二凹口 /凸起與第二層的第二凹口 /凸起在形成第二接觸區(qū)域的同時(shí)在平面E2 中僅部分地彼此接觸，也就是沿至少兩個(gè)短的(在有些情況下甚至僅為點(diǎn)狀)部分彼此接 觸。這些接觸部位位于沿第二層的第二凹口/凸起的主延伸方向延伸的虛擬直線的兩側(cè)。 但是，在第一層和第二層的接合的第二凹口 /凸起之間的部分式接觸各自未在平面E2中形 成所述層的嵌入式聯(lián)接。相反，在上述虛擬直線的方向上，平行于平面E2可進(jìn)行有限的平 移調(diào)整。但是，在兩個(gè)接觸區(qū)域之間的互作用防止旋轉(zhuǎn)調(diào)整。這使得兩個(gè)層利用所述層的用于調(diào)整目的的有限自由度而關(guān)于彼此準(zhǔn)確地定位， 即沿著基本上垂直于穿過(guò)第二接觸區(qū)域的兩個(gè)接觸部位的虛擬直線的方向彼此準(zhǔn)確地定 位。應(yīng)當(dāng)理解，雙極板通常包括通道結(jié)構(gòu)。尤其在雙極板的外表面，這些通道結(jié)構(gòu)提供 對(duì)反應(yīng)介質(zhì)(例如一方面為分子氫，而另一方面為空氣/氧氣)的引導(dǎo)，并且尤其在層之間 提供對(duì)冷卻介質(zhì)的引導(dǎo)。為此，兩個(gè)相鄰雙極板層的、在彼此相對(duì)的表面上的通道結(jié)構(gòu)形成 流場(chǎng)，通常用于冷卻介質(zhì)。同樣地，在各雙極板層的相應(yīng)的對(duì)側(cè)形成流場(chǎng)，該流場(chǎng)實(shí)現(xiàn)反應(yīng) 物的分配以及反應(yīng)產(chǎn)物的取出。利用金屬雙極板，在層的兩側(cè)的結(jié)構(gòu)通常是互補(bǔ)的，這意味 著上側(cè)的凸起導(dǎo)致下側(cè)的凹陷。除了平行和/或蛇形布置的連續(xù)的通道結(jié)構(gòu)之外，允許在 虛擬的平行流線之間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移的其它分配結(jié)構(gòu)也是可行的。后者在本發(fā)明中也稱為通道結(jié) 構(gòu)。對(duì)于金屬雙極板，使用定位模壓部進(jìn)行所述層的定位是尤其有利的，原因是雙極 板的層往往具有源自成形工藝的形狀公差，特別是由于回彈引起的形狀公差。同時(shí)形成通 道結(jié)構(gòu)和凹口 /凸起可在這些結(jié)構(gòu)之間實(shí)現(xiàn)可預(yù)知的、可再現(xiàn)的距離。因此，本發(fā)明允許使 得雙極板的各個(gè)層關(guān)于彼此的偏移最小化，因而實(shí)現(xiàn)各個(gè)層的(優(yōu)選是經(jīng)過(guò)模壓的)通道 結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確定位，尤其是還同時(shí)在焊接設(shè)備(例如激光焊接設(shè)備)中使所述層結(jié)合。這得 到以下優(yōu)點(diǎn)焊接更好且更快；由于定位更佳，在焊接時(shí)以及其它過(guò)程期間的缺陷零件的數(shù)量減少。這允許增加板層的總切割的公差。反過(guò)來(lái)，特別是由于能夠采用更簡(jiǎn)單的切割 方法，例如沖孔，實(shí)現(xiàn)了成本降低，而對(duì)質(zhì)量沒(méi)有任何影響。為了防止多層雙極板膨脹，建議將雙極板的至少兩個(gè)最外層彼此焊接，特別是通 過(guò)激光焊接進(jìn)行焊接。但是，在焊接精細(xì)的和/或小的通道結(jié)構(gòu)的正確部分時(shí)應(yīng)當(dāng)注意。這 極其重要，因?yàn)檫@決定密封性以及雙極板的層之間的冷卻介質(zhì)的受控流。再次強(qiáng)調(diào)，雙極板 的層的焊接并不僅僅沿著板的外緣進(jìn)行，而是也可以在其內(nèi)部區(qū)域中進(jìn)行，也就是在不同 的通道結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行，并且，特別是對(duì)于后者，需要雙極板層彼此間極其精確的定位。本發(fā)明的又一可替選方案提出雙極板包括至少兩個(gè)層，其中至少兩個(gè)層每個(gè)分 別具有至少第一、第二和第三凹口 /凸起。第一層和第二層的第一凹口 /凸起分別彼此接 合，同時(shí)形成第一接觸區(qū)域。第一層和第二層的第二凹口 /凸起分別彼此接合，同時(shí)形成第 二接觸區(qū)域。第一層和第二層的第三凹口 /凸起分別彼此接合，同時(shí)形成第三接觸區(qū)域。所 述接合總是出現(xiàn)在完全布置狀態(tài)下。對(duì)應(yīng)的凹口 /凸起在平面E2、E3和E4中僅部分地彼 此接觸。接觸區(qū)域的接觸部位對(duì)被置于平面E2、E3和E4中，分別在沿第二層中的相應(yīng)凹口 /凸起的主方向延伸的虛擬直線的兩側(cè)。關(guān)于第一接觸部位和第二接觸部位，這些虛擬直線 相互平行地延伸，而沿著第三接觸部位的主方向延伸的虛擬直線基本上垂直于前兩個(gè)虛擬 直線延伸。在下文中，以簡(jiǎn)化的方式描述根據(jù)本發(fā)明的雙極板的優(yōu)選實(shí)施例。一個(gè)實(shí)施例提出第一層的凹口 /凸起自定心至第二層的相應(yīng)凹口 /凸起。由于所 述層關(guān)于彼此使自身置于中心，所以這使得不必對(duì)板進(jìn)行對(duì)齊，特別是在其高度方向上，進(jìn) 而在燃料電池層疊體的層疊方向上不必對(duì)板進(jìn)行對(duì)齊。本發(fā)明的另一有利實(shí)施例要求第一層和/或第二層的第一凹口 /凸起和/或第二 凹口 /凸起包括通孔。這些通孔優(yōu)選居中布置。在兩個(gè)層中均設(shè)置孔是最有利的。這樣的 通孔允許固定螺栓或定心螺栓(例如固定裝置的固定螺栓或定心螺栓)嚙合。另一方面， 具有不同尺寸的孔或者在僅僅一個(gè)層中的孔允許實(shí)現(xiàn)對(duì)層的正確組合的可視控制。另一有利實(shí)施例提出，彼此接合的第一層和第二層的凹口 /凸起具有圓形形狀。 同樣地，也可提出，第一層的第二凹口 /凸起也是圓形的，而第二層的第二凹口 /凸起是橢 圓形的或者具有圓角多邊形的形狀，但不是圓形的。通常，凹口 /凸起可具有能夠通過(guò)模壓產(chǎn)生的所有形狀，而由于制造和加工的原 因，帶圓角的形狀是優(yōu)選的。固定裝置的幾何形狀和凹口 /凸起的幾何形狀相互匹配很重 要。相應(yīng)地，在本發(fā)明中，橢圓形也包括卵形和圓角多邊形，但明確不包括圓形形狀。另一有利實(shí)施例提出，至少一個(gè)層包括通道結(jié)構(gòu)，且第二凹口 /凸起的縱向方向 被布置為平行于該通道結(jié)構(gòu)。這確定了在板可能由于例如熱或者制造(特別是在模壓之后 各個(gè)層的不同回彈)而引起延伸的情況下沿著彼此連接的通道結(jié)構(gòu)的平行偏移。這允許在 兩個(gè)層中通道的“最深點(diǎn)”總是以層疊的方式布置，且所期望的區(qū)域相互接觸。這在焊接、 特別是激光焊接期間是特別有利的，因?yàn)榭煞乐褂捎谶^(guò)熱造成的燃燒損壞。另一有利實(shí)施例提出，第一層的凹口 /凸起具有比第二層的互補(bǔ)凹口 /凸起的圓 錐角更傾斜或者更小的圓錐角。這允許在凹口 /凸起之間實(shí)現(xiàn)線性的圓周接觸，而這導(dǎo)致 了足夠的表面壓力。通過(guò)在相鄰層中的凹口 /凸起的不同高度，該作用得到進(jìn)一步增加。在下文中，以略微不同的措詞描述了本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例，然而這些描述不應(yīng)被理解為限制本發(fā)明。為實(shí)現(xiàn)雙極板關(guān)于彼此的精確定位，在層中形成錐形的模壓部。取決于觀察角度， 可認(rèn)為這些模壓部是凹口或者凸起。如果例如面對(duì)陽(yáng)極側(cè)的雙極板層(陽(yáng)極側(cè)層)具有兩 個(gè)圓形模壓部，且面對(duì)陰極側(cè)的雙極板層(陰極側(cè)層)具有圓形模壓部和橢圓形模壓部，則 是有利的。這些定位模壓部可具有例如允許陽(yáng)極側(cè)層被嵌套至陰極側(cè)層的形狀和尺寸，且 模壓部的錐體允許實(shí)現(xiàn)所述層關(guān)于彼此的外形鎖定的定心。橢圓形模壓部的優(yōu)點(diǎn)源自層系 統(tǒng)不超定(over-determined)，不超定的該層系統(tǒng)允許實(shí)現(xiàn)在陽(yáng)極側(cè)層和陰極側(cè)層之間的 調(diào)整。因此，如果主方向、進(jìn)而橢圓形模壓部的最長(zhǎng)延伸平行于流場(chǎng)的通道的主方向延伸， 則是有利的。這防止在y方向上的偏置，因此防止垂直于通道結(jié)構(gòu)的偏置。定位模壓部的另一特性在于，定位模壓部也能夠用于在設(shè)備中的外形鎖定定位， 該設(shè)備例如為焊接設(shè)備。出于如上所述相同的原因，該設(shè)備中的保持器優(yōu)選具有與雙極板 層的相應(yīng)的凹口 /凸起相比互補(bǔ)的但略微增大的形狀。因此，如果使用橢圓形定位模壓部， 則保持器也具有橢圓形形狀，但其尺寸大于相應(yīng)層中的模壓部的尺寸，例如參看圖3e中的 截面C-C。尺寸增大的圓形保持器用于圓形定位模壓部。為允許實(shí)現(xiàn)各層在該設(shè)備中的粗 略的預(yù)定心，在定位模壓部的中間設(shè)置孔和橢圓形洞以及在該設(shè)備中設(shè)置相應(yīng)的保持器銷 或者定心螺栓能夠是有利的。通過(guò)保持器銷進(jìn)行的這種預(yù)定心使得所述層平順地插入該設(shè) 備的保持器中。對(duì)于相應(yīng)層中的對(duì)應(yīng)的定位模壓部的設(shè)計(jì)存在多種不同的選擇。一方面，可以在 兩個(gè)層中形成相對(duì)于層的其余平面凸出的凸起，且在被布置于另一層之下的層中的凸起在 形成于上層中的凸起的下側(cè)的凹口中接合。然而，當(dāng)考慮各雙極板或雙極板層的其它結(jié)構(gòu) 部分時(shí)，通常不能形成其整個(gè)高度僅在一個(gè)方向上的凸起，因?yàn)槟菢拥脑?，凸起?huì)例如凸出 到用于使所述層關(guān)于彼此密封所需的卷邊之上，因而會(huì)妨礙所述板的密封。在此情形下，建 議在兩個(gè)層中均形成具有更大直徑的凹口，且分別在這些凹口的表面中模壓形成凸起。為 形成凸起，凹口的高度小于實(shí)際凸起的總高度。這允許將凹口 /凸起的高度分配至各雙極 板的平面的兩側(cè)。總之，關(guān)于兩側(cè)的對(duì)稱高度分布以及非對(duì)稱高度分布都是可能的。能夠按照使得一個(gè)層比另一個(gè)層具有更傾斜的圓錐體的方式選擇定位模壓部的 設(shè)計(jì)。此外，有利的是在兩個(gè)層中具有不同高度的模壓部，使得所述層僅在相應(yīng)的圓錐體側(cè) 面內(nèi)在接觸部位中部分地或者完全在周緣上相互接觸。此外，設(shè)備的圓形或者橢圓形的保持器在其開(kāi)口側(cè)設(shè)有倒圓是有用的，該倒圓承 受雙極板的外部圓錐體的斜面。然而，在定位期間需要施加足夠的力以實(shí)現(xiàn)具有嵌入式聯(lián) 接的定心。如早已記載，根據(jù)本發(fā)明的雙極板包括至少兩個(gè)層，但可包括更多的層。這在冷卻 介質(zhì)在雙極板的內(nèi)側(cè)進(jìn)行引導(dǎo)的情況下尤其有利。特別是對(duì)于構(gòu)成第三層的未被結(jié)構(gòu)化的 中間層，有利的是將第三層以如下方式集成到雙極板中該第三層在外層的凹口 /凸起的 區(qū)域內(nèi)被切除，使得一個(gè)外層的凹口 /凸起在穿過(guò)切口時(shí)可接合另一外層的凸起/凹口。對(duì)于具有多于兩個(gè)層的雙極板，也可能該雙極板的層以與上文中關(guān)于兩層板描述 的方式相同的方式被成對(duì)布置。通過(guò)在x_y平面(更精確而言為平面E1)內(nèi)導(dǎo)致嵌入式聯(lián) 接的定位模壓部，同樣地也可以在所有的層中在相同位置提供對(duì)應(yīng)的凹口 /凸起，而在其 各接觸平面E2、E3或E4中未形成嵌入式聯(lián)接的定位模壓部需要關(guān)于相鄰的成對(duì)的層而偏
9移布置。該布置適用于結(jié)構(gòu)化的板，因此適用于被模壓的中間層，因?yàn)槎ㄎ荒翰磕軌蛞允?余的結(jié)構(gòu)形成。但該布置也適用于非結(jié)構(gòu)化的中間層。


在下文中，基于不同的附圖描述本發(fā)明。相同的參考標(biāo)記表示相同的部件。在附圖中圖la至圖Id為包括至少一個(gè)雙極板的電化電池層疊體的示例性結(jié)構(gòu)；圖2為根據(jù)本發(fā)明的雙極板的一個(gè)層；圖3a至圖3g為根據(jù)本發(fā)明的雙極板的第一實(shí)施例的視圖、截面以及更多細(xì)節(jié)；圖4a至圖4c為根據(jù)本發(fā)明的雙極板的第二實(shí)施例的俯視圖以及截面；圖5a至圖5h為接觸部位的不同的俯視圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的雙極板的又一實(shí)施例的截面圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的三層雙極板的又一實(shí)施例的接觸部位的截面圖；以及圖8為關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的雙極板的激光焊接的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式圖la和圖Id示出燃料電池單元7的結(jié)構(gòu)。多個(gè)這樣的燃料電池單元7形成燃料 電池裝置8，該燃料電池裝置在端板70和71之間以層疊方向z層疊，如圖lc所示。圖lb 示出數(shù)個(gè)彼此層疊的燃料電池單元7，但沒(méi)有端板。在圖la和圖Id中，可分別在分解示圖 和平面x-z中的截面圖中看到具有其普通部件的燃料電池單元7。該燃料電池單元7例如 包括聚合物膜9，該聚合物膜在其中心區(qū)域9a中在兩個(gè)表面上設(shè)有催化劑層。燃料電池單 元7包括兩個(gè)雙極板1和，在這兩個(gè)雙極板之間布置帶有涂層的聚合物膜。此外，在各雙 極板1、1*與帶有涂層的聚合物膜9之間的區(qū)域內(nèi)布置有氣體擴(kuò)散層10。雙極板l、f包括 以密封的方式包圍流場(chǎng)、從而包圍通道結(jié)構(gòu)4的卷邊(beadMa。此外，示出另一卷邊4a，該 另一卷邊4a在重復(fù)的單元7’之間使介質(zhì)疏導(dǎo)密封。在下面的附圖中，出于清楚目的省略 了密封部件的表示。在本申請(qǐng)中區(qū)分下述術(shù)語(yǔ)-實(shí)際的燃料電池定義為第一氣體擴(kuò)散層10、帶有涂層的聚合物膜9和第二氣體 擴(kuò)散層10的合體；-燃料電池單元7包括雙極板1的陽(yáng)極側(cè)層2，如在前文中定義的燃料電池和第 二雙極板的陰極側(cè)層3，以及雙極板1的其它層(在需要時(shí))。這表示雙極板1總是在兩個(gè)燃料電池單元7之間分配。需要將該術(shù)語(yǔ)“燃料電池 單元”與所謂的重復(fù)單元7’進(jìn)行區(qū)分，重復(fù)單元7’包括完整的雙極板1以及根據(jù)以上定 義的燃料電池。圖Id進(jìn)一步指出所述層至少在卷邊4a的區(qū)域中被沿周緣彼此焊接，參看 焊縫11。在這種情況下，明顯的是，與通道結(jié)構(gòu)4相比，密封卷邊4a具有更大的模壓深度。 圖Id進(jìn)一步示出通道結(jié)構(gòu)4的不同隔室在彼此背向的層2、3的表面上的反應(yīng)物通道41、 42，以及在層2、3之間的用于冷卻劑的通道43，所述層彼此部分地接觸。在圖Id中的表示 涉及燃料電池的非壓縮狀態(tài)。在下文中，目標(biāo)在于通過(guò)示例說(shuō)明雙極板1的結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)該雙極板的方法。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的雙極板的一個(gè)層3。在所示示例中，金屬層3具有連續(xù)的、 直的通道結(jié)構(gòu)4，通道結(jié)構(gòu)4具有若干平行的通道，流場(chǎng)在x方向上的范圍是在y方向上的 范圍的五倍。金屬層3還示出圓形凹口 3a以及橢圓形凹口 3b。圓形凹口 3a在其中心設(shè)有 圓形孔，而橢圓形凹口 3b示出布置于中心的橢圓形孔。延伸方向5，因而為在橢圓形凹口的 最長(zhǎng)延伸的方向上的虛擬直線被布置為平行于通道結(jié)構(gòu)4的延伸，因此平行于流體疏導(dǎo)的 方向。這表示通道結(jié)構(gòu)在該方向上準(zhǔn)確地引導(dǎo)流體(該流體為在未來(lái)雙極板的內(nèi)側(cè)的冷卻 劑介質(zhì)，或者在未來(lái)雙極板的外表面上的介質(zhì))。圖2所示的層3連接至至少一個(gè)其它的層以形成雙極板。這些層通過(guò)激光焊接而 相互結(jié)合，不僅在雙極板的外部邊緣進(jìn)行激光焊接，而且至少在中心區(qū)域的一部分、也就是 在雙極板的流場(chǎng)的一些接觸區(qū)域中進(jìn)行激光焊接，以防止雙極板在雙極板內(nèi)側(cè)的冷卻劑的 增加的壓力下膨脹。為提供可靠而精確的焊接，橢圓形凹口的延伸方向5平行于通道結(jié)構(gòu) 延伸是有利的。圖3a示出根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合的雙極板1的俯視圖。雙極板由至少兩個(gè)層2和3 構(gòu)成，所述至少兩個(gè)層通過(guò)激光焊接結(jié)合，如焊縫11、11’和11”所示。激光焊接線11構(gòu)成 實(shí)線。這表示包圍通道結(jié)構(gòu)(在需要時(shí)被供給和取出線路中斷)的區(qū)域相應(yīng)地以密封方式 焊接。此外，凸起和凹口(哪個(gè)被認(rèn)為是凸起或凹口取決于觀察角度，參看參考標(biāo)記2a和 2b)的區(qū)域彼此結(jié)合，參看虛線11’。此外，在流場(chǎng)的區(qū)域中，借助于分段的直線焊縫，雙極 板1的兩個(gè)層也彼此連接，焊縫的位置例如由箭頭11”示出。該圖示出上部的第一層2，在其之下，僅能夠部分地、即在孔的區(qū)域中識(shí)別出層3。 在下部的層3中，在凹口 /凸起的區(qū)域中的孔的直徑較小，這提供了小的可見(jiàn)部分，如可從 圖3a的右上部分看出的那樣。這允許(通過(guò)視覺(jué)或者自動(dòng)化檢查)檢驗(yàn)是否以正確的方 式組裝了正確的層。下文中尤其還借助于截面圖B-B (見(jiàn)圖3b)、C-C和D-D (見(jiàn)圖3a、圖3e和圖3f)關(guān) 注接觸區(qū)域23a和23b的凹口 /凸起。在圖3c和圖3g中示出區(qū)域D1和D2的相應(yīng)的剪切 的示意性俯視圖。此外，圖3d說(shuō)明了圖3b所示凹口 /凸起的角度的關(guān)系。在這種情況下， 下層的部件實(shí)際上被上層覆蓋，因此是不可見(jiàn)的，例如橢圓形的凹口 /凸起由實(shí)線示出。圖 4a也是同樣情況。圖3a示出，在兩個(gè)層2和3中的接觸區(qū)域23a處，設(shè)置了圓形的凹口 /凸起2a和 3a。相反地，接觸區(qū)域23b示出層2中的圓形凹口 /凸起2b以及層3中的橢圓形凹口 /凸 起3b。這些互鎖的凹口 /凸起2b和3b示出兩個(gè)接觸部位30b和31b。與層2中的圓形凸 起2b相比，相應(yīng)的接觸部位30b和31b僅在周緣的極短的部分中延伸，其幾乎僅呈點(diǎn)形。接 觸部位30b和31b被置于圓的相對(duì)側(cè)邊上且彼此相對(duì)。經(jīng)過(guò)相應(yīng)的接觸部位30b和31b的 中心點(diǎn)的虛擬直線指示不會(huì)發(fā)生移動(dòng)的方向。該方向基本上垂直于通道結(jié)構(gòu)4的主方向和 焊縫11’的方向。然而，在垂直于該虛擬直線的方向上，沿著線5b，兩個(gè)層都能夠在有限的 范圍內(nèi)關(guān)于彼此移動(dòng)，這允許實(shí)現(xiàn)有限的公差調(diào)整或者由于熱量導(dǎo)致的延伸引起的或者由 于形成過(guò)程引起的沿著兩個(gè)層的通道結(jié)構(gòu)的相對(duì)移動(dòng)。圖3b示出根據(jù)圖3a的雙極板，該雙極板被引入固定裝置6的保持器6c、例如焊接 裝置的固定裝置中。該固定裝置還呈現(xiàn)出定心螺栓6a以及倒圓6b。該圖示出根據(jù)截面B-B 的詳細(xì)的視圖，其中，在第一層2 (在已安裝狀態(tài)下為陽(yáng)極側(cè)層)之下插入第二層3，在已安
11裝狀態(tài)下，該第二層為陰極側(cè)層。兩個(gè)層都由薄金屬片制成，特別是由鋼的金屬片制成。第 一層2的第一凸起2a被插入第二層3的第一凹口 3a。所述凹口 3a和凸起2a按照它們?cè)?平行于平面E的平面E1中形成嵌入式聯(lián)接的方式布置，這意味著在該平面的任何方向上都 不能進(jìn)行平移移動(dòng)。平面E被定義為雙極板的與根據(jù)圖2的平面x-y對(duì)應(yīng)的平面。這些情況在圖3c中沒(méi)有孔的區(qū)域D1的簡(jiǎn)化表示中通過(guò)正交的雙箭頭進(jìn)一步強(qiáng) 調(diào)。從中可明顯看出，分別在平面E和E1中不會(huì)有移動(dòng)。第一凸起和第一凹口 3a因此關(guān) 于彼此以自定心的方式布置。如從圖3b中可看出，第一凸起2a和第一凹口 3a兩者分別具有圓形孔2ax和3ax。 第一凹口 3a的這個(gè)孔3ax的直徑小于第一凸起2a的孔2ax的直徑?？椎南鄳?yīng)的面積也適 用相同的比例。固定裝置自身在定心螺栓的區(qū)域中呈現(xiàn)出實(shí)際的容納部6c，該容納部6c朝向平 面E向上經(jīng)過(guò)倒圓6b。在這里，容納部呈現(xiàn)出圓筒形形狀。如在圖3d中根據(jù)圖3b所示部分F1的詳細(xì)視圖中可清楚看出，在豎直線與凸起2a 的外殼體表面之間的錐體的角度a 2小于在該豎直線與凹口 3a的內(nèi)殼體表面之間的錐體 的角度a3。在這里，豎直線對(duì)應(yīng)于定心螺栓6a的主軸線的方向。這僅允許第一凸起2a的 外殼體表面與第一凹口 3a的內(nèi)殼體表面的線性的圓周接觸，這導(dǎo)致平面E1中的嵌入式聯(lián)接。還可以看出，第一凸起2a的高度h2小于凹口 3a的高度/深度h3。這導(dǎo)致在圍繞 定心螺栓6a的區(qū)域內(nèi)第一層2不倚靠在第二層3上，且兩個(gè)層2和3僅在對(duì)應(yīng)于圓周接觸 線的接觸區(qū)域中相互接觸。圖3e還示出在固定裝置6的第二定心螺栓6d周圍的區(qū)域中根據(jù)C_C的截面圖。 該截面圖由圖3f中的截面D-D補(bǔ)充，該截面D-D與截面C-C正交。能夠看到層2的第二凸 起2b，該第二凸起2b是圓形的且呈現(xiàn)出圓形的、位于中心的開(kāi)口 2bx，該開(kāi)口 2bx被布置成 與容納部6f中的第二定心螺栓6d的外殼體同軸。該第二凸起2b嚙合層3中的第二凹口 3b，層3被布置在第一層2下方。如圖3b所示，第二凹口 3b的開(kāi)口 3bx的橫截面(至少在 該截面圖中)略微小于第二凸起2b的相應(yīng)開(kāi)口的橫截面。然而，第二凹口 3b具有橢圓形 形狀，這導(dǎo)致圖3e中的第二凸起可在有限范圍內(nèi)從左至右移動(dòng)，這意味著不存在嵌入式聯(lián) 接。與此相反，在圖3f所示的截面D-D中，在凸起2b與凹口 3b之間，在平面E2中的接觸 部位30b、31b處接觸。這在圖3g所示的區(qū)域D2的簡(jiǎn)化草圖中強(qiáng)調(diào)指出，在該圖中未示出 孔。在此，豎直的雙箭頭指出第二凸起2b不能在第二凹口 3b內(nèi)沿y方向移動(dòng)。相反地，水 平雙箭頭指出可在x方向上進(jìn)行移動(dòng)用于補(bǔ)償目的。下文用于指出本發(fā)明的典型尺度。凹口 /凸起在x或y方向上的延伸通常在2mm 至25mm之間，優(yōu)選在4mm至15mm之間。在定心螺栓四周的容納部6f的深度對(duì)應(yīng)于大致 0.5mm至1mm，固定裝置6中的容納部6f的直徑優(yōu)選在2mm至30mm的范圍內(nèi)。開(kāi)口(例如 開(kāi)口 2bx或3bx)相對(duì)于定心螺栓的空隙通常在0. 1mm至3mm之間，優(yōu)選在0. 1mm至1mm之 間。這樣，圖3a至圖3g示出雙極板1，該雙極板1包括至少兩個(gè)層2、3，所述至少兩個(gè) 層2、3的每個(gè)呈現(xiàn)出第一凹口 /凸起和第二凹口 /凸起，其中，在層2、3的完全定位狀態(tài) 下，第一層2的第一凹口 /凸起2a和第二層3的第一凹口 /凸起3a彼此鎖定且在平面E1
12中以嵌入方式接觸，然而第一層2的第二凹口 /凸起2b和第二層3的第二凹口 /凸起在層 2、3的完全定位狀態(tài)下彼此鎖定但僅在至少兩個(gè)部位30b、31b相互接觸，接觸部位30b、31b 被置于可沿第二層3的凹口 /凸起3b的主方向延伸的虛擬直線5b兩側(cè)，并且，其中在平面 E2中未建立凹口 /凸起2b與凹口 /凸起3b之間的嵌入式聯(lián)接。圖4a至圖4c示出根據(jù)本發(fā)明的雙極板的可替選的實(shí)施例。除了在下文中提到的 不同之處，上文中的描述在此也適用。圖4a示出雙極板1’的俯視圖，其中層3’被布置為上層。在圖4c中以俯視圖在 僅示出定位模壓部的板上示出截面E-E的軌跡。在圖4b中示出截面圖E-E自身。圖4b示 出凸起如何與凹口互鎖，也就是凸起2a’與凹口 3a’、凸起2b’與凹口 3b’、凸起2c’與凹口 3c’互鎖。因此，存在三個(gè)接觸區(qū)域23a’、23b’和23c’，每個(gè)都具有一對(duì)類似于圖3e至圖 3g所示的凹口 /凸起。這表示接觸區(qū)域(例如平面E3中的接觸區(qū)域23b’)的凹口 /凸起 分別以兩個(gè)部分相互接觸，這些接觸部位30b’和31b’在虛擬直線5b的兩側(cè)彼此相對(duì)地設(shè) 置。這對(duì)于平面E2中具有接觸部位30a’和31a’以及虛擬直線5a的接觸區(qū)域23a’以及平 面E4中具有接觸部位30c’和31c’以及虛擬直線5c的接觸區(qū)域23c’也同樣適用。平面 E2、E3、E4為平行于平面E延伸的平面，然而這些平面未在附圖中示出。在該示例中示出的 在接觸區(qū)域23a’處的虛擬直線5a和在接觸區(qū)域23b’處的虛擬直線5b基本平行地延伸， 因此允許在該方向上進(jìn)行有限的調(diào)整，也就是說(shuō)，平行于溝道結(jié)構(gòu)4的主方向，因此也在焊 縫11”的方向上。虛擬直線5c與前兩個(gè)虛擬直線5a和5b基本正交地延伸，且被基本上布 置在接觸區(qū)域23a’和23b’的中間。虛擬直線5c指出在接觸部位23c’處的調(diào)整方向。因此，圖4a至圖4c示出包括至少兩個(gè)層2’、3’的雙極板1’，所述至少兩個(gè)層2’、 3’每個(gè)包括第一、第二和第三凹口 /凸起。第一層的第一凹口 /凸起與第二層的第一凹口 /凸起互鎖，第一層的第二凹口 /凸起與第二層的第二凹口 /凸起互鎖，且第一層的第三凹 口 /凸起與第二層的第三凹口 /凸起互鎖。這得到在平面E2、E3和E4中僅部分地彼此接 觸的層，也就是以至少兩個(gè)部位30a，、31a，、30b，、31b，、30c，和31c，彼此接觸，這些接觸部 位30a，、31a，、30b，、31b，、30c，和31c，以使得它們分別置于虛擬直線5a、5b和5c的對(duì)側(cè) 的方式布置，所述虛擬直線分別在凹口 /凸起3a’、3b’和3c’的主方向上延伸。分別在平 面E2、E3和E4中在對(duì)應(yīng)的凹口 /凸起2a’和3a’、2b’和3b，以及2c’和3c’之間未建立 嵌入式聯(lián)接。虛擬直線5a和5b以彼此成-10°至10°的角度延伸，而虛擬直線5c與虛擬 直線5a和5b成80°至100°的角度延伸。在圖5中基于八種不同的示例分別示出第一層和第二層2、3的互鎖的凹口 /凸起 2a、3a、2b、3b、2a，、3a，、2b，、3b，、2c，和3c，的可能設(shè)計(jì)。在圖5a至圖5d中的示例示出在 其各接觸平面中在凹口 /凸起之間形成嵌入式聯(lián)接的示例，而圖5e至圖5h所示的示例未 在互鎖的凹口 /凸起之間形成嵌入式聯(lián)接。為了使附圖清楚，省略了可能用于定心螺栓或 者用于控制所述層的正確組裝的孔。圖5a示出兩個(gè)圓形的凹口 /凸起如何互鎖。圓形凹 口 /凸起2a、3b在周緣上彼此接觸，如已在圖3b和圖3c中所示那樣。圖5b示出三角形凹口 /凸起2a，該三角形凹口 /凸起2a與圓形凹口 /凸起3a互 鎖，且以三角形的角與圓形凹口 /凸起3a接觸。這三個(gè)接觸點(diǎn)足以在凹口 /凸起2a和3a 之間提供嵌入式聯(lián)接。多邊形的大量接觸角也導(dǎo)致嵌入式聯(lián)接，如在圖5c的示例上所示。 其中，正方形凹口 /凸起與圓形凹口 /凸起互鎖，且以其四個(gè)角在接觸平面中接觸圓形凹口/凸起。為防止工具不必要地磨損，具有圓角的多邊形與具有尖銳棱角的多邊形相比是優(yōu)選 的。圖5d示出橢圓形凹口 /凸起2a與圓形凹口 /凸起互鎖可也導(dǎo)致正配合(如果尺 寸合適的話)。相反地，圓形凹口/凸起與橢圓形凹口/凸起的互鎖僅能夠?qū)е禄ユi的凹口 /凸起的局部接觸，但不導(dǎo)致正配合，如下面圖5e所示以及已如圖3e至圖3g中所示。具有等邊多邊形形狀(例如正方形)的凹口 /凸起2b與橢圓形凹口 /凸起3b的 互鎖會(huì)在角處形成接觸部，如圖5f所示，或者在側(cè)邊處形成接觸部(未在此示出)。因此， 采用哪種情況取決于凹口 /凸起的相對(duì)方位。也可能兩個(gè)橢圓形凹口 /凸起2b、3b相互接 合并且(如果其相應(yīng)的寬度合適的話)沿著其側(cè)邊彼此接觸。在該情況下，是否建立嵌入 式聯(lián)接取決于對(duì)凹口/凸起的各長(zhǎng)度的選擇。只要嚙合凹口/凸起的外延伸小于容納凹口 /凸起的內(nèi)延伸，則不導(dǎo)致嵌入式聯(lián)接。此外，圖5h示出，當(dāng)在沒(méi)有嵌入式聯(lián)接的情況下實(shí)現(xiàn)接合時(shí)，互鎖的凹口 /凸起的 接觸不必限于置于虛擬直線5b兩側(cè)的兩個(gè)部分，而是可以有不同數(shù)量的接觸部或者接觸 點(diǎn)，特別是在虛擬直線5b的兩側(cè)甚至具有不同的數(shù)量。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的雙極板1的一個(gè)實(shí)施例，其中，兩個(gè)層的定位模壓部以使其 凸出超出板平面E的兩側(cè)的方式形成。例如，在上層中，形成具有高度h3x的凸起3a*，該凸 起3a*(該圖示出圓形的定位模壓部)具有直徑d3。在該圓形凸起3a*內(nèi)，布置有圓形凹口 3a+，該圓形凹口 3a+具有高度h3i，該高度h3i大于高度h3x，這表示凹口 3a+相對(duì)于板平 面E降低。除了凸起2a*的直徑d2之外，層2的定位模壓部以類似的方式設(shè)計(jì)，該直徑d2 小于凸起3a*的直徑d3，使得上凸起2a*、3a*分別僅引起層中的高度比例的優(yōu)化，但對(duì)于實(shí) 際定位或者嵌入式聯(lián)接沒(méi)有貢獻(xiàn)。圖6還示出兩個(gè)層中的定位模壓部的總高度he基本上 對(duì)應(yīng)于通道結(jié)構(gòu)4的總高度hf，使得定位模壓部不損害在雙極板的外部邊緣的區(qū)域內(nèi)的密 封，但是該邊緣在此未示出。在圖7所示的實(shí)施例中，雙極板1示出三個(gè)層2、100和3。在接觸區(qū)域23a和23b 的區(qū)域內(nèi)的中間層100分別呈現(xiàn)出凹部，其延伸足夠大，以分別允許凹口 3a和3b分別穿入 到凹口 2a和2b中。兩個(gè)外層2、3的定位以前文中關(guān)于兩層的實(shí)施例所述的方式實(shí)現(xiàn)，但 是第三層被保持在它們之間。不論凹口 2a、2b、3a、3b是否具有所示的通孔，這樣的解決方 法都是可能的。圖8示出在通道結(jié)構(gòu)4的區(qū)域內(nèi)使用激光束12將第一層2焊接至第二層3的示 例。層2和層3都包括具有彼此焊接的部分的通道結(jié)構(gòu)，所述部分例如為在圖8中間的一個(gè) 平放在另一個(gè)上的窄的部分。作為尺度的示例，第一層2的平坦部分的寬度在此被指定為 200 y m，而層3的接觸面的寬度為170 u m。在該區(qū)域內(nèi)的激光束12的寬度為大約50 u m。 本發(fā)明提出，接觸區(qū)域具有寬度為至少lOOym的疊加區(qū)域，這引起被穩(wěn)固地置于第一層2 與第二層3之間的接觸區(qū)域內(nèi)的接合連結(jié)(焊接連接)，即使在激光束的路線稍微不精確的 情況下也是如此。為此，通過(guò)使用在此所描述的定位模壓部以及前文所述的固定裝置6的容納部， 分別使用相應(yīng)的定心螺栓6a和6d使層2和3如圖3a至圖3g所示以層疊的方式布置，且 所述層被相互焊接。對(duì)前文中的示例的描述應(yīng)僅理解為是示例性的。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，在此所示的所有實(shí)施例的組合都在本發(fā)明的框架內(nèi)，且從屬權(quán)利要求的主題(只要不是被明確排除在外)能夠 以任何順序組合。
權(quán)利要求
1.一種用于制造雙極板(1)的方法，其中，在至少兩個(gè)層(2、3)的每層中形成至少第一 凹口 /凸起和第二凹口 /凸起(2a、2b、3a、3b)，且所述層(2、3)以層疊的方式定位，其特征 在于所述第一層(2)的第一凹口 /凸起(2a)和所述第二層(3)的第一凹口 /凸起(3a)在 所述兩個(gè)層(2、3)的完全定位狀態(tài)下彼此接合，且在平面El中以嵌入方式彼此接觸，并且，所述第一層(2)的第二凹口 /凸起(2b)和所述第二層(3)的第二凹口 /凸起(3b)在 所述兩個(gè)層(2、3)的完全定位狀態(tài)下彼此接合，且在平面E2中僅部分地在至少兩個(gè)部位 (30b、3 lb)中彼此接觸，其中，所述接觸部位(30b、31b)被置于可沿所述第二層(3)的第二凹口 /凸起(3b)的 主方向延伸的虛擬直線(5b)的兩側(cè)，并且，其中在所述第二凹口 /凸起(2b、3b)之間未建 立嵌入式聯(lián)接，并且，其中所述兩個(gè)層(2、3)借助于粘結(jié)而彼此結(jié)合，而至少一個(gè)層的凹口 /凸起被嵌套在定位裝置(6)的互補(bǔ)的凸起/凹口(6c、6f)中。
2.一種用于制造雙極板(1)的方法，其中，在至少兩個(gè)層(2’、3’ )的每一個(gè)中形成至 少第一、第二和第三凹口 /凸起(2a，、2b，、2C，、3a，、3b，、3C，)，且所述層(2，、3，)以層疊的 方式定位，其特征在于所述第一層(2’ )的第一凹口 /凸起(2a’ )和所述第二層(3’ )的第一凹口 /凸起 (3a’)，所述第一層(2’)的第二凹口 /凸起(2b’)和所述第二層(3’)的第二凹口 /凸起 (3b，)，以及所述第一層(2，)的第三凹口 /凸起(2c，)和所述第二層(3，)的第三凹口 / 凸起(3c’)在所述兩個(gè)層(2’、3’)的完全定位狀態(tài)下彼此接合，且分別在平面E2、E3和E4 中僅部分地在至少兩個(gè)部分(30a’、31a’、30b’、31b’、30c’、31c’ )中相互接觸，其中，所述 接觸部分(30a’、31a’、30b’、31b’、30c’、31c’ )被置于可沿所述第二層(3，)的相應(yīng)凹口 / 凸起(3a’、3b’、3c’ )的主方向延伸的虛擬直線(5a、5b、5c)的兩側(cè)，并且，其中在相應(yīng)的凹 口 /凸起(2a，/3a，、2b，/3b，、2c，/3c，)之間未建立嵌入式聯(lián)接，其中，所述第一直線和第二直線(5a、5b)相互成-10°至10°的角度延伸，并且，其中 所述第三直線(5c)與所述第一直線和第二直線(5a、5b)成80°至100°的角度延伸，其中，所述至少兩個(gè)層(2、3)通過(guò)粘結(jié)而相互結(jié)合，而至少一個(gè)層的凹口 /凸起被嵌套 在定位裝置(6)的互補(bǔ)的凸起/凹口(6c、6f)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在至少兩個(gè)層(2、3、2’、3’)中，與所述凹口 /凸起(2a、2a，、2b、2b，、2C，、3a、3a，、3b、3b，、3C，)在相同的步驟中形成通道結(jié)構(gòu)⑷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)凹口/凸起(2a、2a’、 2b、2b，、2c，、3a、3a，、3b、3b，、3c，)包括通孔(2ax、2ax，、2bx、2bx，、2cx，、3ax、3ax，、3bx、 3bx’、3cx’)，所述固定裝置(6)的定心螺栓(6a、6d)通過(guò)該開(kāi)口接合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述層(2、3)由金屬制成，且優(yōu) 選由鋼構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述結(jié)合方法為膠粘或者焊接， 優(yōu)選為激光焊接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，通過(guò)模壓、深沖壓、液壓成形、絕 熱成形或者輥軋成形來(lái)形成所述凹口 /凸起(2a、2a，、2b、2b，、2c，、3a、3a，、3b、3b，、3c，)和/或通道結(jié)構(gòu)(4)。
8.一種雙極板(1)，包括至少兩個(gè)層(2、3)，其中，至少兩個(gè)層(2、3)的每一層包括第 一凹口 /凸起和第二凹口 /凸起(2a、2b、3a、3b)，其中，所述第一層(2)的第一凹口 /凸起 (2a)和所述第二層(3)的第一凹口 /凸起(3a)在所述兩個(gè)層(2、3)的完全定位狀態(tài)下彼 此接合，且在平面El中以嵌入方式相互接觸，并且，所述第一層(2)的第二凹口 /凸起(2η)和所述第二層(3)的第二凹口 /凸起(3b)在 所述兩個(gè)層(2、3)的完全定位狀態(tài)下彼此接合，且在平面E2中僅部分地在至少兩個(gè)部位 (30b,31b)中相互接觸，其中，所述接觸部位(30b、31b)被置于可沿所述第二層(3)的第二凹口 /凸起(3b)的 主方向延伸的虛擬直線(5b)的兩側(cè)，并且，其中在所述第二凹口 /凸起(2b、3b)之間未建 立嵌入式聯(lián)接。
9.一種雙極板(1)，包括至少兩個(gè)層(2’、3’)，其中，至少兩個(gè)層(2’、3’ )包括至少第 一、第二和第三凹口 /凸起(2a，、2b，、2C，、3a，、3b，、3C，)，其中，所述第一層(2，)的第一凹 口 /凸起(2a’)和所述第二層(3’)的第一凹口 /凸起(3a’)，所述第一層(2’)的第二凹 口 /凸起(2b’)和所述第二層(3’)的第二凹口 /凸起(3b’)，以及所述第一層(2’)的第 三凹口 /凸起(2c，)和所述第二層(3，)的第三凹口 /凸起(3c，)在所述兩個(gè)層(2，、3，) 的完全定位狀態(tài)下彼此接合，且分別在平面E2、E3和E4中僅部分地在至少兩個(gè)部分(30a’、 31a，、30b，、31b，、30c，、31c，)中相互接觸，其中，所述接觸部分(30a，、31a，、30b，、31b，、 30c’、31c，)被置于可沿所述第二層(3)的相應(yīng)凹口 /凸起(3a’、3b’、3c’ )的主方向延伸 的虛擬直線(5a、5b、5c)的兩側(cè)，在所述平面E2、E3和E4中在相應(yīng)的凹口 /凸起(2a’/3a’、 2b’ /3b’、3a’ /3b’ )之間沒(méi)有嵌入式聯(lián)接，其中，所述第一直線和第二直線(5a、5b)相互成-10°至10°的角度延伸，并且，其中 所述第三直線(5c)與所述第一直線和第二直線(5a、5b)成80°至100°的角度延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的雙極板，其特征在于，所述第一層(2)的凹口/凸起 (2a、2b)對(duì)于所述第二層(3)的凹口 /凸起(3a、3b)是自定心的。
11.根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的雙極板，其特征在于，所述第一層和/或第二層(2、 3)的第一、第二凹口 /凸起以及在適當(dāng)情況下的第三凹口 /凸起中的至少一個(gè)包括通孔 (2ax、2bx、3ax、3bx、2ax，、2bx，、2cx，、3ax，、3bx，、3cx，)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的雙極板，其特征在于，所述通孔(2ax、2bx、3ax、3bx、2ax’、 2bx，、2cx，、3ax，、3bx，、3cx，)被布置成位于相應(yīng)的凹 口 / 凸起(2a、2b、3a、3b、2a，、2b，、 2c，、3a，、3b，、3c，)的中心。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12之一所述的雙極板，其特征在于，所述第一層和第二層(2、3) 的第一凹口 /凸起(2a、3a)每個(gè)具有圓形形狀或者具有帶有圓角的多邊形形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求8和10至13中任一項(xiàng)所述的雙極板，其特征在于，所述第一層(2) 的第二凹口 /凸起(2b)是圓形的或者是具有圓角的多邊形的，且所述第二層(3)的第二凹 口 /凸起(3b)是橢圓形的。
15.根據(jù)權(quán)利要求9、11和12之一所述的雙極板，其特征在于，所述第一層(2’)的至 少所述第一、第二和第三凹口 /凸起(2a’、2b’、2c’)是圓形的或者是具有圓角的多邊形的， 且所述第二層(3，)的第一、第二和第三凹口 /凸起(3a，、3b，、3c，)是橢圓形的。
16.根據(jù)權(quán)利要求8至15之一所述的雙極板，其特征在于，所述至少兩個(gè)層(2、3)的至 少一個(gè)具有通道結(jié)構(gòu)(4)，且所述第二層(3)的第二凹口 /凸起(3b)的主延伸方向(5)平 行于所述通道結(jié)構(gòu)(4)的主方向延伸。
17.根據(jù)權(quán)利要求8至16之一所述的雙極板，其特征在于，所述至少兩個(gè)層(2、3)的通 道結(jié)構(gòu)⑷在所述至少兩個(gè)層(2、3)之間提供腔，特別是用于引導(dǎo)冷卻劑介質(zhì)的腔。
18.根據(jù)權(quán)利要求8至17之一所述的雙極板，其特征在于，所述凹口/凸起(2a、3a)具 有錐形形狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的雙極板，其特征在于，所述第一層(2)的凹口/凸起的錐角 (α 2)大于或者小于第二層(3)的互補(bǔ)的凹口 /凸起的錐角(α 3)。
20.根據(jù)權(quán)利要求8至19之一所述的雙極板，其特征在于，一個(gè)層(2或者3)的所述凹 口 /凸起(2a或者3a)比另一個(gè)層(3或者2)的所述凹口 /凸起(3a或者2a)淺。
21.根據(jù)權(quán)利要求8至20之一所述的雙極板，其特征在于，所述凹口/凸起(2a、2a’、 2b、2b，、2c，、3a、3a，、3b、3b，、3c，)每個(gè)由指向與板平面E垂直的第一方向的第一凹口 /凸 起以及被布置在第一凹口/凸起內(nèi)指向相反方向的第二凹口/凸起構(gòu)成，其中，所述第二凹 口/凸起相比所述第一凹口/凸起具有更大的深度。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙極板及其制造方法。雙極板優(yōu)選包括至少兩個(gè)層，其中至少兩個(gè)層每一層包括至少第一凹口/凸起和第二凹口/凸起，第一層的第一凹口/凸起和第二層的第一凹口/凸起在所述至少兩個(gè)層的完全定位狀態(tài)下彼此接合，且在平面E1中以嵌入方式相互接觸。第一層的第二凹口/凸起和第二層的第二凹口/凸起在所述至少兩個(gè)層的完全定位狀態(tài)下彼此接合，且在平面E2中僅部分地在至少兩個(gè)部分中相互接觸。接觸部分布置在沿第二層的第二凹口/凸起的主方向延伸的虛擬直線兩側(cè)。在第二接觸區(qū)域的區(qū)域內(nèi)沒(méi)有在互鎖的第二凹口/凸起之間形成嵌入式聯(lián)接。本發(fā)明允許快速地、成本有效地和針對(duì)性地制造雙極板。
文檔編號(hào)H01M4/86GK101997122SQ20101024449
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月3日
發(fā)明者克勞迪婭·孔茨, 貝恩德·高格勒 申請(qǐng)人:萊茵茲-迪茲通斯-有限公司