CN101593842B

CN101593842B - 燃料电池组

Info

Publication number: CN101593842B
Application number: CN2009101371224A
Authority: CN
Inventors: 吉富亮一; 高桥谦; 森本刚
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2029-05-07
Also published as: CN101593842A; JP2009289459A; US8221929B2; US20090297920A1; JP5269480B2

Abstract

本发明提供一种燃料电池组，在相对于燃料电池组沿单元电池的层叠方向施加外力时，能够良好地抑制外壳的屈曲导致的变形，并且能够实现构成的简单化。燃料电池组(10)具备层叠了多个单元电池(12)的层叠体(14)，并且由包含将端面板(20a)、(20b)作为端板的外壳(22)一体地保持。外壳(22)经由侧板(74a)～(74d)及角钢部件(76)形成外形轮廓线，并且端面板(20a)、(20b)配置于所述外形轮廓线的内侧。此外，绝缘板(18a)、(18b)的角部(68a)、(68b)比端板(20a)、(20b)的角部更向外侧突出，且配置于外壳(22)的角部内壁面的内侧。

Description

燃料电池组

技术领域

本发明涉及一种燃料电池组，其将层叠体收容于箱状外壳内，该层叠体将在电解质的两侧设置了一对电极的电解质-电极构造体和隔板层叠多个而成。

背景技术

例如，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜构成的电解质膜(电解质)。通过利用隔板夹持下述电解质膜-电极构造体而构成燃料电池，即，电解质膜-电极构造体为在该电解质膜的两侧配设了阳极侧电极及阴极侧电极的电解质膜-电极构造体。

通常，为了得到所需的发电力，该燃料电池作为层叠了规定数(例如、几十～几百)的燃料电池组而使用。为了阻止燃料电池的内部阻力的增大及反应气体的密封性的降低等，该燃料电池组需要将被层叠的各燃料电池彼此可靠地加压保持。

因此，例如，已知的是专利文献1公开的燃料电池。该燃料电池如图8所示，具备将具有电解质膜和夹持该电解质膜的电极的单电池2层叠的层叠体3。在层叠体3的层叠方向两侧设有端面板4、5，并且在所述端面板5和所述层叠体3之间设置有碟簧6。

在沿层叠体3的层叠方向的各侧面设有对所述层叠体3作用面压同时保持该面压的金属制的张力板7。

专利文献1：日本特开2003-203670号公报

但是，在上述燃料电池中，尤其在作为车载用燃料电池组的情况下，易受到来自外部的负荷。此时，当相对于燃料电池沿单电池2的层叠方向施加压缩负荷时，可能在强度比端板4、5低的张力板7上发生屈曲。由此，存在下述问题：张力板7向层叠体3侧(内侧)或离开上述层叠体3的一侧(外侧)变形，引起单电池2的损伤或外部的线束及周边部件的损伤。

发明内容

本发明就是为了解决这种问题而完成的，其目的在于，提供一种燃料电池组，在相对于燃料电池组向单元电池的层叠方向施加外力时，能够良好地抑制外壳的屈曲导致的变形，并且能够实现构成的简单化。

外壳具备配置于层叠体的层叠方向两端部的端板、配置于所述层叠体的侧部的多个侧板、连结所述端板和所述侧板的连结部件。而且，至少端板配置于由侧板形成的外形轮廓线的内侧。

另外，优选端板在其角部设有切口部。

进一步，优选端板及侧板在其避开切口部而设置的铰链部插入作为连结部件的连结销而被固定。

更进一步，优选燃料电池组具备在端板和层叠体之间配置的绝缘体，所述绝缘体的角部比所述端板的角部更向外侧突出，且配置于所述外壳的角部内壁面的内侧。

另外，优选在绝缘体的角部设有切口部。

本发明中，端板配置于由侧板形成的外形轮廓线的内侧，因此，当对燃料电池组沿层叠方向施加负荷(压缩力)时，所述侧板能够按照收容所述端板的方式相对于该端板沿所述层叠方向相对地移动。因而，能够有效地吸收燃料电池组上沿层叠方向施加的负荷。由此，尤其是，能够良好地抑制侧板的屈曲导致的变形，并且能够实现构成的简单化。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的燃料电池组的局部剖面概略立体图；

图2是上述燃料电池组的局部分解立体图；

图3是构成上述燃料电池组的单元电池的分解立体说明图；

图4是上述燃料电池组的主要部分放大立体说明图；

图5是上述燃料电池组的动作说明图；

图6是本发明第二实施方式的燃料电池组的局部剖面概略立体图；

图7是上述燃料电池组的局部分解立体图；

图8是专利文献1中公开的燃料电池的说明图。

附图符号说明

10、100燃料电池组 12单元电池(単位セル)

14层叠体 16a、16b接线板

18a、18b绝缘板 20a、20b端面板

22、102外壳 26电解质膜-电极构造体

28、30金属隔板 38固体高分子电解质膜

40阳极侧电极 42阴极侧电极

44燃料气体流路 50氧化剂气体流路

54冷却介质流路

66a、66b、70a、70b切口部

68a、68b、88、88a角部 74a～74b侧板

76角钢部件 78铰链机构

80a～80d、82a、82b、84a、84b铰链部

86a、86b连结销

具体实施方式

图1是本发明第一实施方式的燃料电池组10的局部剖面概略立体图，图2是上述燃料电池组10的局部分解立体图。燃料电池组10适合作为车载用燃料电池组使用。

燃料电池组10具备沿水平方向(箭头A方向)层叠多个单元电池12的层叠体14。在层叠体14的层叠方向(箭头A方向)一端，朝向外侧依次配设有接线板16a、绝缘板(绝缘体)18a及端面板20a。在层叠体14的层叠方向另一端，朝向外侧依次配设有接线板16b、绝缘板(绝缘体)18b及端面板20b。燃料电池组10通过外壳22一体地保持，该外壳22作为端板含有呈四方形构成的端面板20a、20b。

如图3所示，在各单元电池12中，电解质膜-电极构造体(电解质-电极构造体)26被阳极侧的第一金属隔板28和阴极侧的第二金属隔板30夹持。第一及第二金属隔板28、30通过将金属制薄板冲压加工成波形状，而具有剖面呈凹凸形状，同时切出有四个角部。

此外，第一及第二金属隔板28、30例如由钢板、不锈钢钢板、铝板、镀处理钢板或对其金属表面实施了防腐蚀用的表面处理的金属板构成。另外，也可以使用碳隔板来代替第一及第二金属隔板28、30。

在单元电池12的长边方向(图3中、箭头C方向)的上端缘部设有：沿箭头A方向互相连通，用于供给氧化剂气体例如含氧气体的氧化剂气体供给连通孔32a；用于供给燃料气体例如含氢气体的燃料气体供给连通孔34a。

在单元电池12的长边方向的下端缘部设有：沿箭头A方向互相连通，用于排出燃料气体的燃料气体排出连通孔34b；用于排出氧化剂气体的氧化剂气体排出连通孔32b。

在单元电池12的短边方向(箭头B方向)的一端缘部设有沿箭头A方向互相连通并用于供给冷却介质的冷却介质供给连通孔36a，并且，在短边方向的另一端缘部设有用于排出上述冷却介质的冷却介质排出连通孔36b。

电解质膜-电极构造体26例如具备全氟磺酸的薄膜中浸渍了水的固体高分子电解质膜38、夹持上述固体高分子电解质膜38的阳极侧电极40及阴极侧电极42。阳极侧电极40具有比阴极侧电极42小的表面积。

阳极侧电极40及阴极侧电极42具有由碳纸等构成的气体扩散层(未图示)、将表面担载有白金合金的多孔碳粒子均匀涂敷于上述气体扩散层的表面而形成的电极催化剂层(未图示)。电极催化剂层形成于固体高分子电解质膜38的两表面。

在第一金属隔板28的朝向电解质膜-电极构造体26的表面28a形成有将燃料气体供给连通孔34a和燃料气体排出连通孔34b连通的燃料气体流路44。该燃料气体流路44具有沿箭头C方向延伸的多个波状流路槽，并且，在上述燃料气体流路44的上端及下端设有入口缓冲部46a及出口缓冲部46b。

在第一金属隔板28的表面28a形成有：将燃料气体供给连通孔34a和入口缓冲部46a连通的多个供给孔部48a、将燃料气体排出连通孔34b和出口缓冲部46b连通的多个排出孔部48b。

在第二金属隔板30的朝向电解质膜-电极构造体26的表面30a形成有将氧化剂气体供给连通孔32a和氧化剂气体排出连通孔32b连通的氧化剂气体流路50。该氧化剂气体流路50具有沿箭头C方向延伸的多个波状流路槽，并且在上述氧化剂气体流路50的上端及下端设有入口缓冲部52a及出口缓冲部52b。

在第二金属隔板30的表面30b和第一金属隔板28的表面28b之间形成有与冷却介质供给连通孔36a和冷却介质排出连通孔36b连通的冷却介质流路54。该冷却介质流路54借助燃烧气体流路44的里面形状和氧化剂气体流路50的里面形状相互重合，从而沿箭头B方向延伸形成。

在第一金属隔板28的表面28a、28b以围绕该第一金属隔板28的外周端缘部而一体成形有第一密封部件56。在第二金属隔板30的表面30a、30b以围绕该第二金属隔板30的外周端缘部而一体成形有第二密封部件58。作为第一及第二密封部件56、58，例如使用EPDM、NBR、氟橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁二烯或丙烯橡胶等密封部件、缓冲材料、或包装材料。

如图2所示，在从接线板16a的面内中央向上方离开规定距离的位置，向层叠方向外侧延伸设有第一电力采集端子60a。第一电力采集端子60a以插入绝缘性筒状部62中的状态贯通绝缘板18a及端面板20a的孔部64而向外部突出(参照图1)。在从接线板16b的面内中央向上方离开规定距离的位置，同样地向层叠方向外侧延伸设有第二电力采集端子60b(参照图2)。

端面板20a、20b分别在四个角部设置切口部66a、66b，另一方面，绝缘板18a、18b的各角部68a、68b比上述端面板20a、20b的角部更向外侧突出。在角部68a、68b设有切口部70a、70b。

如图1及图2所示，外壳22具备：端板即端面板20a、20b、配置在层叠体14的侧部的多个侧板74a～74d；连结上述侧板74a～74d的互相接近的端部彼此的角钢部件76；连结上述端面板20a、20b和上述侧板74a～74d的铰链机构78。侧板74a～74d由薄板金属制板构成。

铰链机构78具备：设置于端面板20a、20b的上下各边的各两个第一铰链部80a、80b；设置于上述端面板20a、20b的左右两侧各边的各四个第一铰链部80c、80d。

如图2所示，铰链机构78还具备：设置于侧板74a、74c的长边方向(箭头A方向)两端的各三个第二铰链部82a、82b，该侧板74a、74c配置于层叠体14的箭头B方向两侧；设置于侧板74b、74d的长边方向两端的各三个第二铰链部84a、84b，该侧板74b、74d配置于上述层叠体14的上下两侧。

侧板74a、74c的各三个第二铰链部82a、82b与端面板20a、20b的两侧的各四个第一铰链部80c、80d交替配置，并且在它们中一体地插入长条状的连结销(连结部件)86a，从而将上述侧板74a、74c安装于上述端面板20a、20b上。

同样地，侧板74b、74d的各三个第二铰链部84a、84b与端面板20a、20b的上边及下边的各两个第一铰链部80a、80b交替配置，并且在它们中一体地插入短条状的连结销(连结部件)86b，从而将上述侧板74b、74d安装于上述端面板20a、20b上。

各角钢部件76与单元电池12的形状相对应，具有切口形状的角部88。如图2所示，在侧板74a～74d中，在其短边方向两端缘部分别形成有多个螺纹孔90，另一方面，在角钢部件76的各边与上述螺纹孔90相对应地形成有孔部92。通过插入各孔部92中的各螺丝94与螺纹孔90螺合并经由角钢部件76而将侧板74a～74d彼此固定。由此，构成外壳22(参照图1)。

外壳22经由侧板74a～74d及角钢部件76形成外形轮廓线，并且端面板20a、20b配置于上述外形轮廓线的内侧。对绝缘板18a、18b而言，角部68a、68b比端面板20a、20b的角部更向外侧突出，且比外壳22的角部内壁面(角钢部件76的内壁面)更靠内侧配置。

如图1及图2所示，在端面板20a上，沿箭头C方向延伸分别设有冷却介质入口岐管96a和冷却介质出口岐管96b。冷却介质入口岐管96a与冷却介质供给连通孔36a连通，另一方面，冷却介质出口歧管96b与冷却介质排出连通孔36b连通。

如图2所示，在端面板20b的上部侧设有与氧化剂气体供给连通孔32a连通的氧化剂气体入口歧管98a、和与燃料气体供给连通孔34a连通的燃料气体入口歧管99a。在端面板20b的下部侧设有与氧化剂气体排出连通孔32b连通的氧化剂气体出口歧管98b、和与燃料气体排出连通孔34b连通的燃料气体出口歧管99b。

以下，对这样构成的燃料电池组10的动作进行说明。

在燃料电池组10中，首先，从端面板20b的氧化剂气体入口歧管98a向氧化剂气体供给连通孔32a供给含氧气体等氧化剂气体，同时，从燃料气体入口歧管99a向燃料气体供给连通孔34a供给含氢气体等燃料气体。另一方面，从端面板20a的冷却介质入口歧管96a向冷却介质供给连通孔36a供给纯水及甘醇等冷却介质。

因此，在层叠体14中，对于沿箭头A方向重合的多个单元电池12，沿箭头A方向供给氧化剂气体、燃料气体及冷却介质。

如图3所示，氧化剂气体从氧化剂气体供给连通孔32a被导入第二金属隔板30的氧化剂气体流路50，并沿着电解质膜-电极构造体26的阴极侧电极42移动。另一方面，燃料气体从燃料气体供给连通孔34a通过第一金属隔板28的供给孔部48a被导入燃料气体流路44，并沿着电解质膜-电极构造体26的阳极侧电极40移动。

因而，在各电解质膜-电极构造体26中，向阴极侧电极42供给的氧化剂气体和向阳极侧电极40供给的燃料气体在电极催化剂层内通过电化学反应而被消耗，并进行发电。

接着，向阴极侧电极42供给而被消耗的氧化剂气体沿着氧化剂气体排出连通孔32b流动后，从端面板20b的氧化剂气体出口歧管98b向外部排出。同样地，向阳极侧电极40供给而被消耗的燃料气体通过排出孔部48b向燃料气体排出连通孔34b流动排出，并从端面板20b的燃料气体出口歧管99b向外部排出。

另外，冷却介质从冷却介质供给连通孔36a被导入第一及第二金属隔板28、30间的冷却介质流路54后，沿着箭头B方向流动。该冷却介质将电解质膜-电极构造体26冷却后，在冷却介质排出连通孔36b内移动，并从端面板20a的冷却介质出口歧管96b排出。

该情况下，在第一实施方式中，外壳22经由侧板74a～74d及角钢部件76形成外形轮廓线，并且端面板20a、20b配置于上述外形轮廓线的内侧。因此，对于燃料电池组10而言，例如在作为车载用燃料电池组使用时，当沿层叠方向(箭头A方向)施加负荷时，上述侧板74a～74d及上述角钢部件76能够按照收容端面板20a、20b的方式，相对于上述端面板20a、20b沿上述层叠方向相对地移动。

因此，能够有效地吸收在燃料电池组10上沿层叠方向施加的负荷，尤其是，能够良好地抑制侧板74a～74d及角钢部件76的屈曲导致的变形，并且能够实现构成的简单化。由此，能够有效地阻止侧板74a～74d向内侧变形而损伤单元电池12、或者上述侧板74a～74d向外侧变形而损伤未图示的线束及周边零件等。

而且，绝缘板18a、18b的角部68a、68b比端面板20a、20b的角部更向外侧突出，且比外壳22的角部内壁面(角钢部件76的内壁面)更靠内侧配置(参照图4)。

在此，当铰链机构78因层叠方向的负荷而旋转时，侧板74a～74d向外侧敞开，另一方面，各角钢部件76的角部88向内侧移动。此时，角部88在绝缘板18a(18b)的角部68a(68b)的引导作用下，可以沿上述层叠方向移动(参照图5)。

而且，高强度部件即绝缘板18a、18b的角部68a、68b比端面板20a、20b的角部更向外侧突出。由此，得到如下优点：侧板74a～74d及角钢部件76不与端面板20a、20b接触，而能够良好地阻止向单元电池12侧的变形。

此外，在第一实施方式中，作为连结端面板20a、20b和侧板74a～74d的连结部件，采用连结销86a、86b，但并不限定于此。例如，也可以通过焊接、铆接、螺丝紧固或钩挂等连结部件将端面板20a、20b和侧板74a～74d连结。

图6是本发明第二实施方式的燃料电池组100的局部剖面概略立体图，图7是上述燃料电池组100的局部分解立体图。此外，与第一实施方式的燃料电池组10相同的构成要素标注同一参照符号，省略其详细说明。

在燃料电池组100中，各单元电池12没有在四个角部设置切口部，也没有在接线板16a、16b，绝缘板18a、18b及端面板20a、20b的角部设置切口部。虽然绝缘板18a、18b的各角部68a、68b没有切口部，但是与第一实施方式相同地，也比端面板20a、20b的角部更向外侧突出。

构成燃料电池组100的外壳102在各角钢部件76具有与单元电池12的形状相对应地弯曲90度的角部88a。对于绝缘板18a、18b而言，角部68a、68b比端面板20a、20b的角部更向外侧突出，且比外壳102的角部内壁面(角钢部件76的内壁面)更靠内侧配置。

在这样构成的第二实施方式中，端面板20a、20b配置于外壳102的外形轮廓线的内侧，并且绝缘板18a、18b的角部68a、68b比上述端面板20a、20b的角部更向外侧突出，且配置于上述外壳102的角部内壁面的内侧。由此，第二实施方式可得到与第一实施方式同样的效果。

Claims

1.一种燃料电池组，其将层叠体收容于箱状外壳内，该层叠体将在电解质的两侧设置了一对电极的电解质-电极构造体和隔板层叠多个而成，其特征在于，

所述外壳具备：

配置于所述层叠体的层叠方向两端部的端板；

配置于所述层叠体的侧部的多个侧板；

连结所述端板和所述侧板的连结部件，

其中，

至少所述端板配置于由所述侧板形成的外形轮廓线的内侧，

所述燃料电池组还具备配置在所述端板和所述层叠体之间的绝缘体，

所述绝缘体的角部比所述端板的角部更向外侧突出，且配置于所述外壳的角部内壁面的内侧。

2.如权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于，

所述端板在其角部设有切口部。

3.如权利要求2所述的燃料电池组，其特征在于，

所述端板及所述侧板在其避开所述切口部而设置的铰链部插入作为所述连结部件的连结销而被固定。

4.如权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于，

在所述绝缘体的角部设有切口部。