CN101232103B

CN101232103B - 燃料电池系统

Info

Publication number: CN101232103B
Application number: CN2008100085061A
Authority: CN
Inventors: 水崎君春; 武下寿晶
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2028-01-23
Also published as: CN101232103A; JP5274818B2; JP2008204939A

Abstract

燃料电池组(14)具备层叠有多个发电元件(16)的层叠体(18)，在上述层叠体(18)的层叠方向两端配设有端面板(24a、24b)。从端面板(24b)向外方突出而设置第二电力取出端子(54b)。该第二电力取出端子(54b)与母线杆(68)的一端连接，同时上述母线杆(68)在与上述第二电力取出端子(54b)交叉的端面板面方向上延伸。母线杆(68)的另一端与高电压电缆(94)连接，上述高电压电缆(94)被引出到端面板(24a)侧。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及一种具备燃料电池组(stack)的燃料电池系统，该燃料电池组中，设置有发电元件，该发电元件具有一对电极设置在电解质的两侧的电解质/电极构造体和隔离器，并且该燃料电池组中在层叠有多个上述发电元件的层叠体的层叠方向两端配设了端面板，同时从各端面板向外方突出而设置了电力取出端子。

背景技术

例如，固体高分子型燃料电池具备通过隔离器夹持了在由高分子离子交换膜所构成的电解质膜(电解质)的两侧分别配设有阳极侧电极及阴极侧电极的电解质膜/电极构造体(电解质/电极构造体)的发电元件。通常，这种燃料电池会通过层叠规定数目的发电元件而使用作为燃料电池组。

通常，在这种燃料电池组中，在层叠有多个发电元件的层叠体的层叠方向两端，配设有终端板、绝缘板及端面板。终端板为了将来自层叠体的发电电力取出到外部而具备电力取出端子，该电力取出端子与接触器(或者继电器(relay))连接，并且对电动机等外部负荷进行电力的供给控制(ON/OFF控制)。

例如，在实开昭61-7868号公报所公开的燃料电池的端子装置中，如图10所示，将单位元件1和双极性板2交互层叠，并且在层叠方向两端通过夹设半板(half plate)2a、终端板3及绝缘板4而配置有端面板5。

终端板3与极柱(电力取出端子)6电连接，该极柱6贯通绝缘板4及端面板5而向外部突出。将极柱6插入绝缘套管7并通过螺母8固定。极柱6与高电压电缆9连接，该电缆9与未图示的接触器等连接。

但是，根据布局设计上的要求，有时将接触器等器件配置在燃料电池组的层叠方向一端侧。此时，与从各端面板5向外方突出的极柱6连接的电缆9，需要在层叠方向一端侧引出。

为此，与层叠方向另一端侧的极柱6连接的电缆9就被弯曲约180°而折返至层叠方向一端侧。因而，电缆9从端面板5的端面沿箭头A方向突出了较大的距离H。

由此，用于收容燃料电池组的空间相当地扩大了。为此，特别地，不能作为车载用而收容在狭小的空间中，并且布局设计的自由度也降低了。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种燃料电池系统，其能够较好地阻止电缆在燃料电池组的层叠方向外方突出，并且可省空间化及使布局设计的自由度提高。

本发明涉及一种具备燃料电池组的燃料电池系统，该燃料电池组14包括：层叠有多个发电元件16的层叠体18；在上述层叠体18的层叠方向两端配设的端面板24a、24b；和从上述端面板24a、24b向外方突出的电力取出端子54a、54b，上述发电元件16具有：一对电极44、46设置在电解质42的两侧的电解质/电极构造体30；和隔离器32，特征在于，还具备：直线形的母线杆68，一端与一个上述电力取出端子54b电连接，并且在与一个上述电力取出端子54b交叉的端面板面方向延伸，同时被收容在由电绝缘部件构成的壳体中；和电缆94，在与一个上述电力取出端子54b相同的端面板面内，与上述母线杆68的另一端电连接，且向另一个上述电力取出端子54a侧延伸。

根据本发明，与电力取出端子连接的导电部件，由于在端面板面方向延伸，所以没有电缆等部件从上述端面板向层叠方向外方弯曲突出。由此，能够良好地阻止部件从端面板向层叠方向外方较大突出，从而能够容易地实现燃料电池系统整体的配置用空间的狭小化，同时可以提高布局设计的自由度。

本发明的上述及其他目的、特征和优点，在参照由附图表示的本发明的优选实施方式的以下阐述中，将变得更清楚明了。

附图说明

图1是搭载了本发明的第一实施方式的燃料电池系统的车辆的一部分平面说明图。

图2是构成上述燃料电池系统的燃料电池组的一个端面板侧的示意立体图。

图3是上述燃料电池组的另一个端面板侧的示意立体图。

图4是构成上述燃料电池组的发电元件的分解立体说明图。

图5是上述燃料电池组的图3中V-V线剖面图。

图6是构成本发明的第二实施方式的燃料电池系统的燃料电池组的一部分剖面图。

图7是构成本发明的第三实施方式的燃料电池系统的燃料电池组的一部分剖面图。

图8是构成本发明的第四实施方式的燃料电池系统的燃料电池组的示意立体图。

图9是高电压电缆的剖面说明图。

图10是现有技术的端子装置的剖面说明图。

具体实施方式

图1是搭载了本发明的第一实施方式的燃料电池系统10的车辆12的一部分平面说明图。

燃料电池系统10具备燃料电池组14，所述燃料电池组14被配置位于车辆12的车长方向(箭头L方向)大致中央部。在燃料电池组14的行走方向(箭头L1方向)前方，配置了装置15，该装置15具有对上述燃料电池组14的发生电力的供给进行ON/OFF控制的接触器等。

如图2所示，燃料电池组14设置了多个发电元件16沿水平方向(箭头A方向)层叠的层叠体18。在层叠体18的层叠方向(箭头A方向)的一端，将终端板20a、绝缘板22a及端面板24a朝向外方配设。在层叠体18的层叠方向的另一端，将终端板20b、绝缘板22b及端面板24b朝向外方配设。

燃料电池组14具备壳体26，该壳体26包括：作为端板在垂直方向(箭头C方向)构成为长边(纵长)四边形的金属制的端面板24a、24b。该壳体26具有4块侧板28，这些侧板28通过介由铰链构造而被固定在端面板24a、24b(参照图2及图3)。

如图4所示，各发电元件16具备：电解质膜/电极构造体(电解质/电极构造体)30；和夹持上述电解质膜/电极构造体30的薄板波形状的第一及第二金属隔离器32、34，它们构成为纵长。替代第一及第二金属隔离器32、34，也可以例如使用碳质隔离器。

在发电元件16的箭头C方向的一端边缘部，设置了在箭头A方向相互连通、用于供给氧化剂气体例如含有氧气气体的氧化剂气体供给连通孔36a及用于供给燃料气体例如含有氢气气体的燃料气体供给连通孔38a。在发电元件16的箭头C方向的另一端边缘部，设置了在箭头A方向相互连通、用于排出燃料气体的燃料气体排出连通孔38b及用于排出氧化剂气体的氧化剂气体排出连通孔36b。

在发电元件16的箭头B方向的一端边缘部，设置了在箭头A方向连通用于供给冷却媒介的冷却媒介供给连通孔40a，同时在所述发电元件16的箭头B方向的另一端边缘部，设置了在箭头A方向相互连通用于排出上述冷却媒介的冷却媒介排出连通孔40b。

电解质膜/电极构造体30具备：例如在全氟硫酸(perfluoro-sulfonicacid)薄膜中浸渍水的固体高分子电解质膜42；和夹持上述固体高分子电解质膜42的阳极侧电极44及阴极侧电极46。

在第一金属隔离器32朝向电解质膜/电极构造体30的面32a上，形成了连通燃料气体供给连通孔38a和燃料气体排出连通孔38b的燃料气体流路48。该燃料气体流路48例如由在箭头C方向延伸的沟部所构成。在第一金属隔离器32的面32b上，形成了连通冷却媒介供给连通孔40a和冷却媒介排出连通孔40b的冷却媒介流路50。该冷却媒介流路50由在箭头B方向延伸的沟部所构成。

在第二金属隔离器34朝向电解质膜/电极构造体30的面34a上，例如设置了由在箭头C方向延伸的沟部所构成的氧化剂气体流路52，并且该氧化剂气体流路52与氧化剂气体供给连通孔36a和氧化剂气体排出连通孔36b连通。在第二金属隔离器34的面34b上，与第一金属隔离器32的面32b重合而一体化地形成冷却媒介流路50。在第一金属隔离器32的面32a、32b及第二金属隔离器34的面34a、34b上，尽管没有图示，但一体化地形成有密封部件。

如图2所示，在从终端板20a的面内中央向上方隔开规定距离的位置上，向层叠方向外方延伸而设置第一电力取出端子54a。第一电力取出端子54a在插入绝缘性筒状部56的状态下，贯通绝缘板22a及端面板24a的孔部58a而向外部突出。在第一电力取出端子54a上，通过螺钉60，固定有大约L字状的导电板62。

如图3所示，在从终端板20b的面内中央向上方隔开规定距离的位置上，向层叠方向外方延伸而设置第二电力取出端子54b。

如图3及图5所示，在第二电力取出端子54b上，外装有约圆柱状的电极部件64。在该电极部件64的小径侧前端部，将圆柱外周面的两侧部切除而形成平坦制动部66。第二电力取出端子54b与导电部件例如笔直的母线杆68的一端电连接，同时，上述母线杆68在与上述第二电力取出端子54b交叉的端面板面方向上延伸。

将母线杆68收容于壳体70。该壳体70由电绝缘部件例如树脂系材料形成，并且具有：用于收容母线杆68的长的矩形状本体部72、和设置在上述矩形状本体部72的两端的第一圆筒连结部74a及第二圆筒连结部74b。在矩形状本体部72上，近接在第一圆筒连结部74a侧而设置翻出部76，并且在该翻出部76形成有孔部78。通过从该孔部78插入的螺钉80与在端面板24b所形成的螺孔82进行螺合，将矩形状本体部72固定在上述端面板24b。

第一圆筒连结部74a上形成有用于嵌合电极部件64的孔部84。该孔部84通过设定成与电极部件64的平坦制动面66所对应的开口形状，构成壳体70的旋转止动机构。如图5所示，将第一圆筒连结部74a插入在端面板24a所形成的孔部86，同时，第二电力取出端子54b贯通母线杆68上形成的孔部88、且其前端与螺母90螺合。

母线杆68的另一端在第二圆筒连结部74b内通过螺钉92被固定于高电压电缆94。第二圆筒连结部74b配置在端面板24b的下部侧(参照图3)。与该第二圆筒连结部74b连结的高电压电缆94沿燃料电池组14的侧方延伸至端面板24a侧，并与装置15电连接。如图5所示，在第一圆筒连结部74a及第二圆筒连结部74b的开口端侧，安装有绝缘性帽盖96。

如图2所示，在端面板24a上，沿箭头C方向延伸，分别安装有冷却媒介入口管(manifold)100a和冷却媒介出口管100b。冷却媒介入口管100a与冷却媒介供给连通孔40a连通，另外，冷却媒介出口管100b与冷却媒介排出连通孔40b连通。冷却媒介入口管100a及冷却媒介出口管100b尽管没有图示，但与配置在车体前方的散热器(热交换器)连通。

如图3所示，在端面板24b的上部侧设置有：与氧化剂气体供给连通孔36a连通的氧化剂气体入口管102a、和与燃料气体供给连通孔38a连通的燃料气体入口管104a。在端面板24b的下部侧设置有：与氧化剂气体排出连通孔36b连通的氧化剂气体出口管102b、和与燃料气体排出连通孔38b连通的燃料气体出口管104b。

如图2及图3所示，在端面板24a、24b的下侧面，通过螺钉108固定有安装托架106。各安装托架106通过螺钉110被固定于车辆12。

以下，对该燃料电池系统10的动作进行说明。

在燃料电池组14中，如图3所示，首先，从端面板24b的氧化剂气体入口管102a向氧化剂气体供给连通孔36a供给含有氧气气体等的氧化剂气体，同时，从燃料气体入口管104a向燃料气体供给连通孔38a供给含有氢气气体等的燃料气体。另一方面，从端面板24a的冷却媒介入口管100a向冷却媒介连通孔40a供给纯水或乙二醇(ethylene glycol)等的冷却媒介。

为此，在层叠体18中，对在箭头A方向重合的多个发电元件16，沿箭头A方向供给氧化剂气体、燃料气体及冷却媒介。如图4所示，将氧化剂气体从氧化剂气体供给连通孔36a导入到第二金属隔离器34的氧化剂气体流路52，并沿电解质膜/电极构造体30的阴极侧电极46移动。另一方面，将燃料气体从燃料气体供给连通孔38a导入到第一金属隔离器32的燃料气体流路48，并且沿电解质膜/电极构造体30的阳极侧电极44移动。

因而，在各电解质膜/电极构造体30中，供给到阴极侧电极46的氧化剂气体和供给到阳极侧电极44的燃料气体，在电极催化层内通过电化学反应而被消耗掉，由此进行发电。

接着，供给到阴极侧电极46且被消耗的氧化剂气体，沿氧化剂气体排出连通孔36b流动后，从端面板24b的氧化剂气体出口管102b排出到外部(参照图3)。同样，供给到阳极侧电极44且被消耗的燃料气体，排出至燃料气体排出连通孔38b并流动，且从端面板24b的燃料气体出口管104b排出到外部。

另外，冷却媒介从冷却媒介供给连通孔40a导入到第一及第二金属隔离器32、34间的冷却媒介流路50之后，沿箭头B方向流动。该冷却媒介在冷却了电解质膜/电极构造体30后，在冷却媒介排出连通孔40b移动而从端面板24a的冷却媒介出口管100b排出。

在这种情况下，在第一实施方式中，如图5所示，第二电力取出端子54b与母线杆68的一端电连接。该母线杆68在端面板24b的面方向上相对于第二电力取出端子54b大致为90°弯曲而延伸，并且上述母线杆68的另一端与高电压电缆94连接。

为此，与例如在第二电力取出端子54b直接连接高电压电缆94且将该高电压电缆94引出到端面板24a侧的构成相比，能够将从上述端面板24b向层叠方向外方突出的距离尽可能缩短化。这是因为，在高电压电缆94中，为了从端面板24b侧折返到端面板24a侧就需要较大的弯曲R。

因而，通过使用母线杆68，能够较好地阻止高电压电缆94等部件从端面板24b的端面向层叠方向外方较大地突出，从而使燃料电池组14全体的层叠方向的配置用空间大幅度狭小化。并且，能够将燃料电池系统10全体在车辆12的狭小空间较好地配置，同时可提高布局设计的自由度。

另外，在用于收容母线杆68的壳体70中，构成有在第一圆筒连结部74a的孔部84和电极部件64上具有平坦制动面66的旋转止动机构(参照图3及图5)。由此，在将母线杆68安装于第二电力取出端子54b之际、或在将高电压电缆94与上述母线杆68连接之际，能够可靠地阻止上述母线杆68不必要地旋转。

进而，通过旋转止动机构，能够容易且可靠地确定第二电力取出端子54b和母线杆68之间的相对安装角度。为此，可将第二圆筒连结部74b配置在端面板24b的下部侧，高电压电缆94能够沿燃料电池组14的侧方下部侧引出到端面板24a。

另外，壳体70通过将螺钉80从孔部78插入端面板24b的螺孔82，可相对于所述端面板24b容易且可靠地被固定。

而且，在第一实施方式中，使用母线杆68作为导电部件，但并非限定于此，例如，可通过介由连结部件，将电缆(未图示)的一端在与第二电力取出端子54b正交的方向上延伸和固定在上述第二电力取出端子54b上。

图6是构成本发明的第二实施方式的燃料电池系统的燃料电池组120的一部分剖面图。而且，对与构成本发明第一实施方式的燃料电池系统10的燃料电池组14同样的构成要素，赋予相同的参照符号，并且省略其详细说明。另外，在以下说明的第三及第四实施方式中，也同样省略其详细说明。

燃料电池组120具备用于收容母线杆68的壳体122。壳体122由电绝缘部件例如树脂系材料形成，并且在该壳体122的表面，例如通过金属涂覆形成金属层(导电性材料的层)124。作为金属涂覆，可列举出真空蒸镀、涂布或电镀处理等。金属层124例如由厚度为10μm左右的金属箔构成。

作为金属材料，可采用铜、铁、镍等，另一方面，作为金属材料以外的材料，可使用具有屏蔽功能的导电性材料，例如导电性陶瓷或导电性玻璃等。

在该第二实施方式中，由于在用于收容母线杆68的树脂系材料制成的壳体122的表面形成了金属层124，所以能够可靠地进行电磁波屏蔽。并且，在壳体122的表面只设置金属层124即可，所以可使燃料电池组120整体的轻量化及省空间化成为可能。

图7是构成本发明的第三实施方式的燃料电池系统的燃料电池组130的一部分剖面图。

燃料电池组130通过围绕用于收容母线杆68的壳体70来配置金属罩(cover)(导电性材料的层)132。该金属罩132由例如薄壁状金属板构成。

在该第三实施方式中，与上述第二实施方式相同，在能够实现电磁波屏蔽性能的提高的同时，可实现轻量化及省空间化。

图8是构成本发明的第四实施方式的燃料电池系统的燃料电池组140的示意立体图。

构成燃料电池组140的高电压电缆142，如图9所示，在芯线144的外周隔着绝缘被覆146a设置屏蔽线148。在该屏蔽线148的外周隔着绝缘被覆146b配设金属筒体150，上述屏蔽线148和上述金属筒体150通过金属弹簧152被电连接。

在金属筒体150的外周部形成安装板部150a，并且在上述安装板部150a通过介入固定夹具156而固接着导电性托架154的一端部。在导电性托架154的另一端设置连接销部件158，并且通过使上述连接销部件158与端面板24b连接，使上述导电性托架154接地。此外，代替连接销部件158，也可以采用螺栓连接。

在该第四实施方式中，环绕高电压电缆142的芯线144的屏蔽线148，从导电性托架154介由端面板24b而接地。为此，不需要从高电压电缆142中取出地线，有效简化了上述高电压电缆142的屏蔽构造，并且实现了燃料电池组140整体的轻量化及省空间化。

Claims

1.一种燃料电池系统，具备燃料电池组(14)，该燃料电池组(14)包括：层叠有多个发电元件(16)的层叠体(18)；在上述层叠体(18)的层叠方向两端配设的端面板(24a、24b)；和从上述端面板(24a、24b)向外方突出的电力取出端子(54a、54b)，上述发电元件(16)具有：一对电极(44、46)设置在电解质(42)的两侧的电解质/电极构造体(30)；和隔离器(32)，特征在于，还具备：

直线形的母线杆(68)，一端与一个上述电力取出端子(54b)电连接，并且在与一个上述电力取出端子(54b)交叉的端面板面方向延伸，同时被收容在由电绝缘部件构成的壳体中；和

电缆(94)，在与一个上述电力取出端子(54b)相同的端面板面内，与上述母线杆(68)的另一端电连接，且向另一个上述电力取出端子(54a)侧延伸。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

上述壳体(70)具有用于阻止相对于上述端面板(24b)旋转的旋转止动机构，

上述旋转止动机构具有：电极部件(64)，外装于上述电力取出端子(54b)，通过将圆柱外周面切除而形成平坦制动面(66)；和圆筒连结部(74a)，设置在上述壳体(70)的端部，形成用于嵌合上述电极部件(64)的孔部(84)。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

上述壳体(70)的表面侧设置有导电性材料的层。

4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，

上述导电性材料的层是在上述壳体(70)的表面形成的金属层(124)。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，

上述导电性材料的层是围绕上述壳体(70)的金属罩(132)。

6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，具备：

与在上述电缆(94))上设置的屏蔽线(148)连接的导电性托架(154)，

上述导电性托架(154)介由上述端面板(24b)被接地。

7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

上述燃料电池组(14)搭载于车辆(12)，并且

在上述燃料电池组(14)的行走方向前方，配置了与上述电力取出端子(54a)电连接的装置(15)。