CN100379077C - 燃料电池组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电池组。该燃料电池组包括多个堆叠的多电池模块和限制件。每个多电池模块都包括多个具有在多个层叠的燃料电池的相对端的相对端部燃料电池的燃料电池。该限制件在每个多电池模块的相对端部燃料电池处在垂直于燃料电池的堆叠方向的方向上限制电池模块。相对端部燃料电池中的每一个具有通过沿垂直于燃料电池堆叠方向的方向向外延伸相对端部燃料电池而形成的延伸部，并且在该延伸部处通过限制件限制每一个多电池模块。所述延伸部中形成有孔，并且限定该限制件的限制杆延伸通过该孔。可以在延伸部之间设置变形防止件。

Description

燃料电池组

技术领域

本发明涉及一种燃料电池。更具体地，本发明涉及一种燃料电池组结构(燃料电池层叠体结构，fuel cell stack structure)。

背景技术

如在日本专利公开No.2002-124291所描述的，以及如在图16和图17中所示出的，一种燃料电池例如一种聚合物电解质燃料电池(PEFC)装置10包括膜-电极组合体(MEA)和分隔件(隔板)18的层叠结构。层叠方向可以是任何方向。

MEA包括由离子交换膜制成的电解质薄膜11和一对电极，该对电极包括设置在电解质薄膜的一侧的阳极14和设置在该电解质薄膜另一侧的阴极15。可以在阳极和分隔件18之间设置扩散层13，并且可以在阴极和分隔件18之间设置扩散层16。

设置在MEA的一侧的第一分隔件18具有形成在内部用于向阳极14供给燃料气体(氢气)的燃料气体流路27，设置在MEA另一侧的第二分隔件18具有用于向阴极17供给氧化气体(氧气，通常为空气)的氧化气体流路28。第一和第二分隔件18具有在燃料气体流路27和氧化气体流路28的相对侧的冷却剂流路26。为了使上述流体流路26、27、28彼此密封，在相邻的燃料电池之间设置橡胶垫32，并且在设置在每个燃料电池的MEA的相对侧的分隔件18之间设有粘结剂密封件33。

至少一个(最多三个)燃料电池19构成一个模块。堆叠多个模块，并且在该模块的堆叠体的相对侧设置电接线端20、电绝缘体21和端板22而构成一燃料电池堆叠体(燃料电池组)23。沿燃料电池层叠方向紧固端板22之间的燃料电池堆叠体后，通过螺栓或螺母25将端板22联接到模块的沿堆叠体外的燃料电池的堆叠方向延伸的紧固件24(例如，一种张紧板)上。

在PEFC中，在阳极14上氢气变成带正电荷的氢离子(即质子)和电子。氢离子穿过电解质薄膜11到达阴极17，在该阴极，氢离子与供给的氧气和电子(该电子产生于相邻的MEA的阳极并穿过分隔件而移动至该MEA的阴极17，或者该电子产生于位于燃料电池组一端的燃料电池的阳极并且通过外电路移动至位于该燃料电池组的另一端的该燃料电池的阴极17)反应以生成水，如下所示：

在阳极：H₂→2H⁺+2e

在阴极：2H⁺+2e^-+(1/2)O₂→H₂O

在传统的燃料电池组中，以如下方式保持模块：

在燃料电池组23的一端设有弹簧34、倾斜部35和调整螺钉36。通过由弹簧34产生的恒定力沿燃料电池堆叠方向保持燃料电池组23的每个模块，并且通过由弹簧力乘以摩擦系数限定的摩擦力沿垂直于燃料电池层叠方向保持燃料电池组23的每个模块。

为了更牢固地保持模块，将考虑用外部限制件充填模块的堆叠体的侧表面和张紧板之间以从外侧限制模块的堆叠体。

然而，上述燃料电池组存在下列问题：

i)当具有几个至二十个G(G：重力加速度)的加速度(α)的冲击力沿垂直于燃料电池层叠方向的方向作用到具有质量M的燃料电池组上时，在靠近燃料电池堆叠体的端部产生剪切力。当该剪切力超过弹簧力乘以摩擦系数时，在靠近燃料电池堆叠体的端部的模块之间产生滑移，燃料电池堆叠体(燃料电池组)解体。

ii)在通过外部限制件从外侧保持模块的情况下，当燃料电池的MEA和扩散层接收弹簧力而引起蠕动并且靠近燃料电池组端部的燃料电池沿燃料电池层叠方向相对于外部限制件移动时，燃料电池干涉外部限制件而使其受到损害。如果为了降低蠕动量而使弹簧力变小，就很难保证燃料电池之间所需要的接触压力。

本发明解决的第一个问题是，当具有加速度的冲击力沿垂直于燃料电池的层叠方向的方向作用到燃料电池组上时产生的靠近燃料电池堆叠体端部的燃料电池组的解体问题。

本发明解决的第二个问题是，在具有外部限制件的燃料电池组中当靠近燃料电池堆叠体的端部的燃料电池由于MEA和扩散层的蠕动而相对于外部限制件移动时可能发生的燃料电池的损害问题。

发明内容

本发明的第一个目是提供一种燃料电池组，即使在具有沿垂直于燃料电池的堆叠方向的方向的加速度的冲击力作用在该电池组上时，该燃料电池组都能防止由于靠近该电池组的端部的模块之间的滑动而造成的解体。

本发明的第二个目的是提供一种燃料电池组，即使在冲击力作用在该电池组时该燃料电池组都能防止一组燃料电池解体；并且当设置外部限制件时，不会造成燃料电池与靠近该电池组端部的外部限制件之间的干涉。

根据实现上述和其它目的的本发明的实施例的燃料电池组说明如下：

(1)本发明实施例的燃料电池组包括多个串联堆叠的多电池模块和限制件。

该多个多电池模块中的每一个都包括多个沿燃料电池的堆叠方向层叠的燃料电池并且包括位于多个层叠的燃料电池的相对端的相对端部燃料电池。

该限制件在多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池处限制多个多电池模块中的每一个。

(2)所述限制件在垂直于燃料电池的堆叠方向的方向上限制多个多电池模块中的每一个。

(3)所述燃料电池还可包括用于将多个多电池模块的相邻多电池模块在该相邻多电池模块的相对端部燃料电池处彼此连接的连接件。

(4)所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池中的每一个是不产生电力的伪燃料电池。

(5)所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池中的每一个具有通过沿垂直于所述多个多电池模块中的每一个的燃料电池堆叠方向的方向向外延伸所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池中的每一个而形成的延伸部。在该延伸部处通过限制件在垂直于所述多个多电池模块中的每一个的燃料电池堆叠方向的方向上限制所述多个多电池模块中的每一个。

(6)所述延伸部包括形成在其中的孔，并且所述限制件是延伸通过形成在所述延伸部中的孔的限制杆。

(7)所述限制杆是燃料电池组紧固杆。

(8)所述连接件是不同于所述限制件的构件。

(9)所述连接件可以是夹具。

(10)所述连接件可以是螺栓或铆钉。

(11)所述连接件可以是形成在一第一多电池模块的端部燃料电池的延伸部中的耳状部。该耳状部弯曲以保持第二、相邻的多电池模块的端部燃料电池的延伸部。

(12)所述延伸部和所述限制杆可以通过电绝缘体彼此电绝缘。

(13)所述电绝缘体可以是固定到形成于所述相对端部燃料电池中的每一个的延伸部中的孔的衬套。

(14)所述衬套具有用于防止该衬套从所述延伸部脱离的法兰。

(15)所述电绝缘体可以是由限制杆支承的圆柱形构件。

(16)所述燃料电池组还可包括变形防止件，该变形防止件设置在所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池的延伸部之间，用于防止所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池的延伸部沿燃料电池堆叠方向向内侧变形。

(17)所述变形防止件包括弹性件。

对于本发明的燃料电池组，可以实现下列技术效果：

根据上述第(1)至(3)项所述的燃料电池组，由于燃料电池组分成多个多电池模块并且每个多电池模块在每个多电池模块的相对端部燃料电池处受到沿垂直于燃料电池堆叠方向的方向的限制，所以每个多电池模块的横向惯性力和作用在每个多电池模块上的剪切力是传统燃料电池组的1/n，在这里n是将电池组分成多个多电池模块的分割数。更具体地，在传统的电池组中，横向力(Mα)作用在电池组的整体上，在这里M为电池组的质量，α为沿垂直于燃料电池堆叠方向的方向上的冲击力的加速度，由此等于(Mα)/2的剪切力S作用在电池组的端部燃料电池上。相反，在本发明中，作用在每个多电池模块上的横向力为(Mα)/n并且每个多电池模块的剪切力为S/n。结果是，每个多电池模块都可以承受较大的G(重力加速度)。

此外，沿燃料电池堆叠方向施加到每个多电池模块上的弹簧力不需要大到为在传统的燃料电池组中所需要的、产生能够承受(Mα)/2的剪切力的摩擦力的力。本发明的沿燃料电池堆叠方向施加到每个多电池模块上的弹簧力可以降低到成为保持电池组中的电阻小所需要的力。结果是，电池组沿燃料电池堆叠方向的蠕动量也减少。

此外，由于燃料电池组分成多个多电池模块，所以，不象传统的燃料电池组，燃料电池组由于MEA和扩散层的蠕动而沿燃料电池堆叠方向的移动量并不集中在电池组的端部燃料电池上。燃料电池的移动量分布到所有的多电池模块上。结果是，与在传统的电池组中的端部燃料电池的移动量相比，每个多电池模块沿燃料电池堆叠方向的移动量得到很大程度地降低。另外，因为蠕动量自身由于弹簧力的降低而变小，所以每个多电池模块的燃料电池的移动量小。

此外，由于未采用通过外部限制件在多电池模块的整个侧表面限制多电池模块的结构，所以，即使由于热膨胀而使得多电池模块的燃料电池沿燃料电池的堆叠方向移动，多电池模块的燃料电池将不干涉外部限制件而受到损坏。

此外，由于未采用通过外部限制件在多电池模块的整个侧表面限制多电池模块的结构，所以不需要用于设置外部限制件和模块框架的空间，因此燃料电池组可以紧凑并且轻。由于是轻型化的电池组，所以很容易设置具有高G的冲击力的对抗措施。由于去除了模块框架，所以很容易将燃料电池电压监控器联接到燃料电池上。

根据上述第(4)项所述的燃料电池组，由于多电池模块的端部燃料电池是伪燃料电池，所以端部燃料电池可以与电力产生条件无关地设计成满足结构件的条件。因此，端部燃料电池可以具有足够强度和可靠性地承受横向冲击。

根据上述第(5)项所述的燃料电池组，由于多电池模块的端部燃料电池向外延伸并且多电池模块在延伸部处在垂直于燃料电池的堆叠方向的方向上受到限制，所以不需要对多电池模块的燃料电池结构作出大的设计改变。

根据上述第(6)项所述的燃料电池组，由于延伸部具有孔而限制杆延伸通过该孔，所以多电池模块可以在垂直于燃料电池堆叠方向的方向上以足够的强度和可靠性受到支承。

根据上述第(7)项所述的燃料电池组，由于限制杆通常用作燃料电池组的紧固杆，所以不需要设置与紧固杆不同的杆作为限制杆，这简化了燃料电池组的结构并且降低了燃料电池组的部件数量。

根据上述第(8)项所述的燃料电池组，由于相邻多电池模块的相对端部燃料电池通过不同于限制杆的连接件彼此连接，所以相对端部燃料电池具有增大的刚性(硬度)。当橡胶垫设置并紧固在相对端部燃料电池之间时，相对端部燃料电池可以在橡胶垫上施加必要的密封力，而不会在离开橡胶垫的方向上变形。由于相对端部燃料电池通过连接件而增强，所以相对端部燃料电池不需要增加厚度。结果是，相对端部燃料电池可以降低厚度，并且可以轻型化。由于是轻型化的端部燃料电池，所以很容易设置具有高G的冲击力的对抗措施。

上述第(9)、(10)和(11)项公开了连接件的各种示例。

根据上述第(12)、(13)、(14)和(15)项所述的燃料电池组，由于端部燃料电池和延伸通过形成于端部燃料电池的孔的限制杆通过电绝缘体彼此电绝缘，所以碳分隔件或金属分隔件可以用于端部燃料电池。在端部燃料电池的延伸部由合成树脂制成的情况下，不需要在端部燃料电池和限制杆之间设置电绝缘体。

根据上述第(16)或(17)项所述的燃料电池组，由于变形防止件设置在多电池模块的相对端部燃料电池的延伸部之间，所以能防止多电池模块的相对端部燃料电池的延伸部沿燃料电池堆叠方向向内侧变形。结果是，多电池模块可作平稳移动。

附图说明

将参照附图对本发明的各实施例的燃料电池组进行说明，其中：

图1是根据本发明第一实施例的燃料电池组的剖视图；

图2是根据本发明第一实施例的燃料电池组的多电池模块的透视图；

图3是根据本发明第一实施例的燃料电池组的多电池模块的端部燃料电池的展开透视图；

图4是根据本发明第一实施例的燃料电池组的多电池模块的展开透视图；

图5是根据本发明第二实施例的燃料电池组的由作为连接件的夹具连接的相邻多电池模块的侧视图；

图6是图5的多电池模块的正视图；

图7是图5的多电池模块的一部分的侧视图，示出橡胶垫密封件和粘结剂密封件的关系；

图8是根据本发明第三实施例的燃料电池组的由作为连接件的螺栓或铆钉连接的相邻多电池模块的侧视图；

图9是沿图8的IX-IX线的剖视图；

图10是根据本发明第四实施例的燃料电池组的由作为连接件的弯曲耳状部连接的多个多电池模块的侧视图；

图11是根据本发明第五实施例的燃料电池组的由作为连接件的衬套连接的相邻多电池模块的部分的以剖视局部示出的侧视图；

图12是根据本发明第六实施例的燃料电池组的包括作为电绝缘体的衬套的相邻多电池模块的部分的以剖视局部示出的侧视图；

图13是根据本发明第七实施例的燃料电池组的包括第一示例的变形防止件的多电池模块的以侧视局部示出的剖视图；

图14是根据本发明第七实施例的燃料电池组的包括第二示例的变形防止件的多电池模块的以侧视局部示出的剖视图；

图15是根据本发明任一实施例的燃料电池组的多电池模块的单格燃料电池(unit fuel cell)的剖视图；

图16是传统燃料电池的剖视图；以及

图17是传统燃料电池组的剖视图。

具体实施方式

下面参照图1-15说明根据本发明的燃料电池组。

图1-4示出本发明的第一实施例；图5-7示出本发明的第二实施例；图8和图9示出本发明的第三实施例；图10示出本发明的第四实施例；图11示出本发明的第五实施例；图12示出本发明的第六实施例；图13和图14示出本发明的第七实施例。图15适用于本发明的任一实施例。

本发明的所有实施例中的通用(相同或相似的)部分在本发明的所有实施例中以相同的参考标记表示。

首先，参照图1-4和图15说明本发明所有实施例中的通用部分。

本发明的燃料电池组的燃料电池10是一种低温型燃料电池，更具体地，是一种PEFC类型。例如，将燃料电池10安装在车辆上。但是，燃料电池10可用于车辆外的其它场合。

PEFC10包括一MEA和层叠到MEA上的分隔件18。层叠方向可以是任意方向，包括垂直方向、水平方向和倾斜方向。

如图15所示，该MEA包括：由离子交换膜制成的电解质薄膜11和包括阳极14和阴极17的一对电极，阳极14包括设置在电解质薄膜11的一侧的第一触媒层12，阴极17包括设置在电解质薄膜11的另一侧的第二触媒层15。第一扩散层13可以设置在第一触媒层12和分隔件18之间，第二扩散层16可以设置在第二触媒层16和分隔件18之间。

分隔件18可以是由碳制成的分隔件(以下称“碳分隔件”)、由金属制成的分隔件(以下称“金属分隔件”)、由导电合成树脂制成的分隔件，碳分隔件和合成树脂构件的组合、以及它们的结合中的任意形式。

设置在MEA的阳极侧的第一分隔件18中形成有在该第一分隔件的第一MEA相对表面的用于向阳极14供给燃料气体(氢气)的燃料气体流路27和在该第一分隔件的第二相对表面的冷却剂(冷却水)流路26。设置在MEA的阴极侧的第二分隔件18中形成有在该第二分隔件的第一MEA相对表面的用于给阴极17供给氧化气体(例如氧气，通常为空气)的氧化气体流路28和在该第二分隔件的第二相对表面的冷却剂(冷却水)流路26。燃料气体流路27和氧化气体流路28构成反应气体流路。

第一和第二分隔件18的每一个都具有与燃料气体流路27流体连通的入口和出口燃料气体歧管30(manifold，总管)、与氧化气体流路28流体连通的入口和出口氧化气体歧管31和与冷却剂流路26流体连通的入口和出口冷却剂歧管29。

燃料气体供给管和燃料气体排放管分别流体连通到入口和出口燃料气体歧管30，燃料气体从燃料气体供给管流经入口燃料气体歧管30到达燃料气体流路27，并且从燃料气体流路27经过出口燃料气体歧管30到达燃料气体排放管。氧化气体供给管和氧化气体排放管分别流体连通到入口和出口氧化气体歧管31，氧化气体从氧化气体供给管流经入口氧化气体歧管31到达氧化气体流路28，并且从氧化气体流路28经过出口氧化气体歧管31达到氧化气体排放管。冷却剂供给管和冷却剂排放管分别流体连通到入口和出口冷却剂歧管29，冷却剂从冷却剂供给管流经入口冷却剂歧管29到达冷却剂流路26，并且从冷却剂流路26经过出口冷却剂歧管29达到冷却剂排放管。

燃料气体供给管、燃料气体排放管、氧化气体供给管、氧化气体排放管、冷却剂供给管和冷却剂排放管沿燃料电池堆叠方向位于燃料电池组的一侧。

通过密封件32、33将流体流路26、27、28、29、30、31密封，以便使燃料气体、氧化气体和冷却剂互不混合，也不泄漏到环境中。密封件32是橡胶密封件(橡胶垫)，密封件33是一种粘结剂密封件(粘结剂)。

MEA和设置在MEA的相对侧的第一及第二分隔件构成一个单格燃料电池19(以下称“燃料电池”)。多个燃料电池(优选地，五到三十个燃料电池，更优选地十到三十个燃料电池)层叠到一起，并且通常通过粘结剂33互相粘结。这种多个燃料电池构造成多电池组件41。多电池组件41和设置在多电池组件41的相对端部的相对端部燃料电池42构成多电池模块40。图3和图4示出多电池模块40。在多电池组件41的单个燃料电池通过粘结剂33彼此粘结的情况下，多电池组件41是一体并且不能被分解成单独的燃料电池。在通过橡胶垫32密封多电池组件41的单个燃料电池的情况下，多电池组件41可分解成单独的燃料电池。

如图1所示，多电池模块40沿燃料电池堆叠方向(模块堆叠方向)串联堆叠以形成多个多电池模块，接线端20、电绝缘体21和端板22都沿燃料电池堆叠方向设置到多个多电池模块的相对端以构成燃料电池组23。在沿燃料电池堆叠方向紧固燃料电池组23后，通过将螺栓或螺母25联接到紧固件24上而固定燃料电池组23，紧固件24沿燃料电池堆叠方向延伸过所有多电池模块40。

例如，紧固件24可以包括多个紧固杆。紧固件包括至少四个紧固杆、优选至少六个紧固杆，更优选地至少十个紧固杆。由于紧固件24对应于图14的张紧板24，所以紧固件以相同的参考标记“24”标记。

相邻的多电池模块40可以通过在相邻的多电池模块40的端部燃料电池42处的连接件50彼此连接。

上述结构的结果是，本发明的燃料电池组23包括多个串联堆叠的多电池模块40。每个多电池模块40都包括包含层叠的多个燃料电池的多电池组件41和相对端部燃料电池42。在相对端部燃料电池42处通过限制件限制每个多电池模块40，该限制件可为紧固件24。每个多电池模块40都在垂直于燃料电池堆叠方向的方向受到限制。

优选地，在一体式多电池模块40的情况下，包含通过粘接剂密封件33彼此粘结的燃料电池的一体式多电池组件41设置在相对端部燃料电池42之间，并且每个相对端部燃料电池42都通过粘结剂密封件33粘结到一体式多电池组件41。然而，多电池模块40并不局限于一体式多电池模块。

相对端部燃料电池42可以是不产生电力的伪燃料电池(dummy fuelcell)。然而，相对端部燃料电池42并不局限于伪燃料电池，而是可以是产生电力的燃料电池。在伪燃料电池的情况下，将端部燃料电池42设计成能够承受多电池模块的横向惯性力的结构件。

多电池模块40的端部燃料电池42沿燃料电池堆叠方向向外延伸以构成延伸部42a。该延伸部42a是法兰部。通过限制件，多电池模块40在该延伸部42a处受到沿垂直于燃料电池堆叠方向的方向的限制。

端部燃料电池42可以包括具有与多电池组件41的燃料电池基本相同的构形的导电分隔件部42b，和以框架形式形成的具有在端部燃料电池的中央部的开口42c的延伸部42a。分隔件部42b具有装入延伸部42a的开口42c中的突出部42d。突出部42d的高度等于围绕开口42c的延伸部的壁的厚度。由于具有这种结构，突出部42d接触相邻多电池模块的端部燃料电池的分隔件部。燃料气体歧管30、氧化气体歧管31和冷却剂歧管29形成在延伸部42a和分隔件部42b申，延伸部42a为框架形状。

延伸部42a和分隔件部42b可以彼此一体形成。如图3和图4所示的另一种情况，延伸部42a和分隔件部42b可以彼此分开地形成，并且将分隔件部42b装入延伸部42a以粘结到延伸部42a上。

在延伸部42a和分隔件部42b彼此一体形成的情况下，延伸部42a应能导电。在延伸部42a和分隔件部42b分开形成的情况下，延伸部42a可以导电或者可以由非导电材料如合成树脂制成。

此外，如图3和图4所示，延伸部42a可以具有比分隔件部42b大的厚度以便更坚固，或者它可以具有与分隔件部42b相同的厚度。

在多电池模块40的端部燃料电池42的延伸部42a中，形成有沿燃料电池的堆叠方向穿过延伸部42a的孔43。在具有矩形结构的延伸部42a的四个角设有孔43。孔43的数量等于或大于四，优选地等于或大于六，更优选地，等于或大于八，最优选地，例如为十。在孔43的数量为十的情况下例如，五个孔沿矩形延伸部的上侧设置，剩余的五个孔沿延伸部的下侧设置。

可以构造成限制杆的限制件24延伸通过端部燃料电池42的延伸部42a的孔43，并且在垂直于燃料电池堆叠方向的方向限制多电池模块40。

限制杆24可以是燃料电池组23的紧固杆24。在图1的实施例中，限制杆24和紧固杆是用于双重目的的普通杆。燃料电池组23的紧固杆24在相对的端板22之间延伸。在采用紧固杆24而不提供任何其它杆的情况下，每个多电池模块40都在垂直于燃料电池堆叠方向的方向上受到限制。限制杆24可以在孔43中滑动。

接下来，将说明在本发明的所有实施例中相同或者相似的部分的效果和技术优点。

由于燃料电池组23分成多个多电池模块40，并且每个多电池模块40在每个多电池模块40的相对端部燃料电池42处受到沿垂直于燃料电池堆叠方向的方向的限制，所以每个多电池模块40的横向惯性力和作用在每个多电池模块40上的剪切力是传统燃料电池组的1/n，在这里n是将电池组23分成多个多电池模块40的分割数。更具体地，在传统的电池组(堆叠体)中，横向力(Mα)作用在电池组的整体上，在这里M为电池组的质量，α为沿垂直于燃料电池堆叠方向的方向上冲击力的加速度，由此等于(Mα)/2的剪切力S作用在电池组的端部燃料电池上。相反，在本发明中，作用在每个多电池模块40上的横向力为(Mα)/n并且每个多电池模块40的剪切力为S/n。结果是，每个多电池模块40都可以承受较大的G力(重力加速度)。

此外，沿燃料电池堆叠方向施加到多电池模块40上的弹簧力不需要大到为在传统的燃料电池组中所需要的、产生能够承受(Mα)/2的剪切力的摩擦力的力。沿燃料电池堆叠方向施加到多电池模块40上的弹簧力可以降低到成为保持电池组23中的电接触电阻小所需要的力。结果是，电池组23沿燃料电池堆叠方向的蠕动量也减少。

此外，由于燃料电池组23分成多个多电池模块40，所以，不象传统的燃料电池组，燃料电池组23由于MEA和扩散层13、16的蠕动而沿燃料电池堆叠方向的移动量并不集中在电池组23的端部燃料电池42上。燃料电池的移动量分布到所有的多电池模块40上。结果是，与在传统的电池组中的端部燃料电池的移动量相比，每个多电池模块40沿燃料电池堆叠方向的移动量得到很大程度地降低。另外，因为蠕动量自身由于弹簧力的降低而变小，所以每个多电池模块40的燃料电池的移动量变小。

此外，由于未采用通过外部限制件在多电池模块40的整个侧表面限制多电池模块40的结构(更具体地，由于未采用如图14中所示的结构，即将泡沫橡胶插入张紧板和层叠的燃料电池之间的空间以从层叠的燃料电池外侧进行限制的结构)，所以即使由于热膨胀造成多电池模块40的燃料电池沿燃料电池的堆叠方向移动，多电池模块40的燃料电池也不会干涉外部限制件而造成其损坏。

此外，由于未采用通过外部限制件在多电池模块的整个侧表面限制多电池模块的结构，所以不需要设置外部限制件和模块框架(该模块框架围绕层叠的燃料电池并且由外部限制件限制)，并且不需要用于设置外部限制件和模块框架的空间。结果是，燃料电池组23可以紧凑(通过减小限制件的厚度并且去除模块框架)并且轻。由于是轻型化的电池组，所以很容易设置对具有高G的冲击力的对抗措施。此外，由于去除了模块框架，所以很容易将燃料电池电压监控器联接到燃料电池上。如果提供模块框架，将必须在模块框架上形成孔，并且电池监控器将不得不延伸穿过该孔并继而固定到燃料电池上，这将使结构和工作复杂。

在端部燃料电池42是伪燃料电池的情况下，端部燃料电池42可以与发电性能无关地设计成用于接受力的结构件，所以端部燃料电池42可以足够的强度和可靠性承受横向冲击力。

由于多电池模块40的端部燃料电池向外延伸并且多电池模块40在延伸部42处在垂直于燃料电池的堆叠方向的方向上受到限制，所以不需要对多电池模块40的燃料电池结构作出大的设计改变。

此外，由于延伸部42a具有孔43而限制杆24延伸通过该孔43，延伸部42和限制杆24构成一种梯子状的框架，所以多电池模块可以在垂直于燃料电池堆叠方向的方向上以足够的强度和可靠性受到支承。

此外，由于紧固杆24用作限制杆24，所以不需要设置与紧固杆不同的杆作为限制杆，这简化了燃料电池组23的结构并且减少了燃料电池组23的部件数量。

接下来，将说明本发明的各实施例独特的部分。

实施例1

在本发明的实施例1中，如图1-4所示，端部燃料电池42的延伸部42a由合成树脂制成，端部燃料电池42的分隔件部42b由金属例如不锈钢制成。孔43设置在矩形延伸部42a的四个角。

多电池模块40的多电池组件41的单个的燃料电池通过粘结剂密封件33彼此粘结。相邻多电池模块40之间(位于多电池模块和多电池模块之间)的密封件是橡胶垫32。

通常用作限制杆24的紧固杆24延伸通过形成在延伸部42a上的孔43并且在垂直于燃料电池堆叠方向的方向上限制多电池模块40。由于端部燃料电池42的延伸部42a由合成树脂制成，延伸部42a与紧固杆24电绝缘，因此不再需要专门的电绝缘结构。

其它结构与在对本发明所有实施例的通用部分中描述的结构相同。

对于本发明的实施例1的效果和技术优点，在燃料电池组安装于其中并且燃料电池堆叠方向沿车辆的左右方向取向的车辆中，在车辆碰撞时的外部力在端部燃料电池42处而不是在内侧燃料电池处进入多电池模块40。在多电池模块40的内侧燃料电池上仅作用有惯性力。通过将多电池模块40的燃料电池的数量限制到大约二十(在五到三十的范围内)，抑制惯性力，从而使燃料电池可以仅通过粘结剂密封件33的固定力支承。摩擦力防止相邻多电池模块40的端部燃料电池之间的滑动。当惯性力大于摩擦力时，该惯性力由摩擦力和紧固杆24支承。

其它效果和技术优点与在本发明所有实施例的通用部分中的描述相同。

实施例2

在本发明的实施例2中，如图5-7所示，相邻多电池模块40的端部燃料电池42通过不同于紧固杆24的连接件50连接。在本发明的实施例2中，连接件50是一种夹具50A。夹具50A可以具有或者可以不具有弹性。

对于本发明的实施例2的效果和技术优点，橡胶垫32在相邻多电池模块40之间密封，粘接剂密封件33在各多电池模块中的燃料电池之间起密封作用。当位于电池组的端部的弹簧的弹簧力作用在多电池模块40上并且如果相邻多电池模块40的相对端部燃料电池42不具有充分的刚性时，相对端的燃料电池42将沿彼此分离的方向变形。结果是，必要的密封力并不作用在橡胶垫32上。

然而，在本发明的实施例2中，由于相邻多电池模块40的相对端部燃料电池在延伸部42a的外端由夹具50A夹持，所以可以给橡胶垫32充足的密封力以补偿端部燃料电池42的不充分的刚性。结果是，端部燃料电池42可以降厚度低，并且可以轻型化。

实施例3：

在本发明的实施例3中，如图8和9所示，相邻多电池模块40的端部燃料电池42通过不同于紧固杆24的连接件50连接。在本发明的实施例3中，连接件50是一种螺栓50B或铆钉。

本发明的实施例3的效果和技术优点说明如下。在各多电池模块40的燃料电池之间的密封为粘接剂密封件而相邻多电池模块40之间的密封为橡胶垫32的情况下，如果相邻多电池模块的端部燃料电池42不具有充分的刚性，就没有充分的密封力作用到橡胶垫32上。

然而，在本发明的实施例3中，由于相邻多电池模块40的相对端部燃料电池42通过螺栓50B或铆钉在延伸部42a处彼此压靠，所以可以给橡胶垫32充足的密封力以补偿端部燃料电池42的不充分的刚性。结果是，端部燃料电池42可以降低厚度，并且可以轻型化。

实施例4：

在本发明的实施例4中，如图10所示，相邻多电池模块40的端部燃料电池42通过不同于紧固杆24的连接件50连接。可以采用紧固杆24和连接件50，或者可以仅采用连接件50。在本发明的实施例4中，连接件50是形成在多电池模块40的端部燃料电池42的延伸部42a上的耳状部50C，该耳状部50C弯曲并且填塞缝(铆接)以保持相邻多电池模块40的接触的端部燃料电池42的延伸部42a。该敛缝部可以为点焊以便进一步加强耳状部50C。

在各多电池模块40的燃料电池之间的密封为粘接剂密封件而相邻多电池模块40之间的密封为橡胶垫32的情况下，本发明的实施例4是有利的。很可能在这种情况下相邻多电池模块的端部燃料电池42将不具有充分的刚性，因此就没有充分的密封力作用到橡胶垫32上。

然而，在本发明的实施例4中，由于相邻多电池模块40的相对端部燃料电池42通过敛缝或敛缝和焊接彼此固定，所以可以给橡胶垫32充足的密封力以补偿端部燃料电池42的不充分的刚性。结果是，端部燃料电池42可以降低厚度，并且可以轻型化。

实施例5：

在本发明的实施例5中，如图11所示，相邻多电池模块40的端部燃料电池42由导电材料板，例如碳板或金属板构造成。限制杆24延伸通过形成于端部燃料电池42的孔43。端部燃料电池42和限制杆24通过电绝缘体51彼此电绝缘。

电绝缘体51通过由合成树脂制成的衬套51A构造成。衬套51A可以是垫环。可以根据电压环境确定衬套51A的厚度“a”。

衬套51A具有在其端部径向向外延伸的法兰部52。在端部燃料电池42中，绕孔43形成有用于将法兰部52容纳于其中的阶梯状凹槽53。衬套51A与端部燃料电池42接合，以便法兰部52配合进入阶梯状凹槽53中，在法兰部52彼此相对的状态下，相邻多电池模块40的相对端部燃料电池42通过连接件连接。

对于本发明的实施例5的效果和技术优点，由于设置有衬套51A，所以能防止杆24和燃料电池之间的短路。由于能防止短路，所以可以通过向外延伸端部燃料电池的碳或金属分隔件而形成延伸部42a。结果是，与延伸部42a由与分隔件部42b分开的合成树脂制成的情况相比，可以简化结构。

实施例6：

在本发明的实施例6中，如图12所示，相邻多电池模块40的端部燃料电池42由导电材料板，例如碳板或金属板构造成。限制杆24延伸通过形成于端部燃料电池42的孔43。端部燃料电池42和限制杆24通过电绝缘体51彼此电绝缘。

电绝缘体51通过由合成树脂制成包裹到紧固杆24上的管51B构造成。该“管”可由涂敷到紧固杆24上的绝缘涂层代替。根据电压环境确定管51B的厚度“a”。

对于本发明的实施例6的效果和技术优点，由于设置有合成树脂管51B，所以能防止杆24和燃料电池之间的短路。由于能防止短路，所以可以通过向外延伸端部燃料电池的碳或金属分隔件而形成延伸部42a。结果是，与延伸部42a由与分隔件部42b分开的合成树脂制成的情况相比，可以简化结构。

实施例7：

如图13(示出本发明的实施例7的第一种示例)和图14(示出本发明的实施例7的第二种示例)所示，在本发明的实施例7中，通过沿垂直于燃料电池堆叠方向的方向向外延伸端部燃料电池42而在端部燃料电池42上形成延伸部42a。在各多电池模块40的相对端部燃料电池42的延伸部42a之间，设置有用于防止相对端部燃料电池42沿燃料电池堆叠方向向内侧变形的变形防止件54。

变形防止件54可以包括能够弹性变形的弹性或有回弹性的构件。

如图13所示，在实施例7的第一种示例中，各多电池模块40的相对端部燃料电池42的延伸部42a沿燃料电池的堆叠方向向内侧突出。在各延伸部42a中，形成有阶梯状穿透孔55。阶梯状穿透孔55包括具有第一直径的的第一孔部55a和具有小于第一直径的第二直径的第二孔部55b。在相对端部燃料电池42的各延伸部42a中，在燃料电池堆叠方向上第一孔部55a比第二孔部55b位于更内侧。一非导电圆柱形套环56和一非导电环形波状垫圈57位于相对端部燃料电池42之间，该环形波状垫圈57呈波形以便沿垂直于波状垫圈的环形方向的方向凸起和凹进。波状垫圈57限定了变形防止件54。套环56穿过波状垫圈57。套环56的一个端部插入在多电池模块40的相对端部电池42中的一个的延伸部42a中形成的阶梯状孔55的第一孔55a中，套环56的另一端部插入在多电池模块40的相对端部电池42中的另一个的延伸部42a中形成的阶梯状孔55的第一孔55a中。波状垫圈57位于多电池模块40的相对端部燃料电池42的延伸部42a的相对表面之间，并未插入阶梯状孔55中。限制杆24延伸通过套环56。

如图14所示，在实施例7的第二示例中，实施例7的第一示例的波状垫圈57由橡胶基材料制成的套环58代替。在实施例7的第二示例中，套环58限定了由弹性材料制成的变形防止件54。实施例7的第二示例的其它结构一包括具有第一、大直径的孔55a和第二、小直径的孔55b的阶梯状穿透孔55，套环56和限制杆24一与图13所示的实施例7的第一示例的结构相同。

本发明实施例7的效果和技术优点如下：

端部燃料电池42的延伸部42a沿垂直于燃料电池的堆叠方向的方向从多电池组件41向外延伸，并且相对于多电池组件41限定一种悬臂结构。因此，延伸部42a可能沿燃料电池堆叠方向向内侧变形并且结构不稳定。如果延伸部42a沿燃料电池堆叠方向向内侧变形，延伸部在孔55的端部的角将接触限制杆24而在滑动时产生摩擦。此外，如果延伸部42a沿燃料电池堆叠方向向内侧变形，必要的密封力将不会作用在位于相邻多电池模块40间的橡胶垫32上。

然而，在本发明实施例7的第一和第二示例中，由于变形防止件54设置在多电池模块40的相对端部燃料电池42的延伸部42a之间，所以端部燃料电池42的延伸部42a有效地防止沿燃料电池堆叠方向向内侧变形，并且多电池模块40可相对于限制件平稳地移动。

此外，由于变形防止件54包括弹性或可回弹的构件，所以变形防止件54支承端部燃料电池的延伸部直到一定负载，并且允许超过一定负载的负载脱逃(escape)，由此在不造成任何结构故障的情况下防止了端部燃料电池42a的变形。

Claims (16)

1.一种燃料电池组，包括：

多个串联堆叠的多电池模块，该多个多电池模块中的每一个都包括多个沿与所述多电池模块的堆叠方向一致的燃料电池的堆叠方向层叠的燃料电池、并且包括位于多个层叠的燃料电池的相对端的相对端部燃料电池；以及

限制件，该限制件沿燃料电池堆叠方向延伸经过所有多个多电池模块，用于沿燃料电池堆叠方向紧固所述多个多电池模块、以及在所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池处在垂直于燃料电池堆叠方向的方向上限制所述多个多电池模块中的每一个。

2.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于，还包括：

用于将所述多个多电池模块的相邻多电池模块在该相邻多电池模块的相对端部燃料电池处彼此连接的连接件。

3.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于，所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池中的每一个是不产生电力的伪燃料电池。

4.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于，所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池中的每一个，具有通过沿垂直于所述多个多电池模块中的每一个的燃料电池堆叠方向的方向向外延伸所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池中的每一个而形成的延伸部，并且在该延伸部处通过限制件在垂直于所述多个多电池模块中的每一个的燃料电池堆叠方向的方向上限制所述多个多电池模块中的每一个。

5.根据权利要求4所述的燃料电池组，其特征在于，所述延伸部包括形成在其中的孔，并且所述限制件是延伸通过形成在所述延伸部中的孔的限制杆。

6.根据权利要求5所述的燃料电池组，其特征在于，所述限制杆是燃料电池组紧固杆。

7.根据权利要求2所述的燃料电池组，其特征在于，所述连接件是不同于所述限制件的构件。

8.根据权利要求7所述的燃料电池组，其特征在于，所述连接件是一种夹具。

9.根据权利要求7所述的燃料电池组，其特征在于，所述连接件是选自螺栓和铆钉的构件。

10.根据权利要求7所述的燃料电池组，其特征在于，所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池中的每一个具有沿垂直于所述多个多电池模块中的每一个的燃料电池堆叠方向的方向延伸的延伸部，并且所述连接件是形成在第一多电池模块的端部燃料电池的延伸部中的耳状部，该耳状部弯曲以保持相邻的第二多电池模块的端部燃料电池的延伸部。

11.根据权利要求5所述的燃料电池组，其特征在于，所述延伸部和所述限制杆通过电绝缘体彼此电绝缘。

12.根据权利要求11所述的燃料电池组，其特征在于，所述电绝缘体是固定到形成于所述相对端部燃料电池中的每一个的延伸部中的孔的衬套。

13.根据权利要求12所述的燃料电池组，其特征在于，所述衬套具有用于防止该衬套从所述延伸部脱离的法兰。

14.根据权利要求11所述的燃料电池组，其特征在于，所述电绝缘体是由限制杆支承的圆筒形构件。

15.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于，所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池中的每一个具有通过沿垂直于所述多个多电池模块中的每一个的燃料电池堆叠方向的方向向外延伸所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池中的每一个而形成的延伸部，并且还包括：

变形防止件，该变形防止件设置在所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池的延伸部之间，用于防止所述多个多电池模块中的每一个的相对端部燃料电池的延伸部沿燃料电池堆叠方向向内侧变形。

16.根据权利要求15所述的燃料电池组，其特征在于，所述变形防止件包括弹性或具有回弹性的构件。

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