CN105591120A - 绝缘体及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种绝缘体及燃料电池，该绝缘体能够提高燃料电池的输出密度并抑制绝缘不良的产生。绝缘体配置在集电板与端部构件之间，所述集电板与具有层叠的多个单电池的层叠体的层叠方向的一端接触地配置，所述端部构件相对于集电板配置在层叠方向的外侧，绝缘体具备多个绝缘体构件，绝缘体构件具有片状的平面部，多个绝缘体构件以平面部相互重叠的方式与集电板相对地配置。

Description

绝缘体及燃料电池

本申请主张基于在2014年11月12日提出申请的申请编号2014-229809号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。

技术领域

本发明涉及使用于燃料电池的绝缘体。

背景技术

作为燃料电池，提出了在配置于燃料电池组的一端的集电板与端板之间配置绝缘体来确保绝缘电阻的燃料电池(JP2008-251309A)。

发明内容

【发明要解决的课题】

近年来，为了提高燃料电池的输出密度(每单位质量或每单位体积的输出能量)，要求对燃料电池的输出不起作用的部件的小型化。上述的绝缘体由于对燃料电池的输出不起作用，因此存在要求具有用于确保绝缘距离的厚度并减薄该厚度这样的要求。然而，在减薄绝缘体的厚度的情况下，以销孔(ピンホール)的产生为起因的绝缘不良、及以绝缘体制造时的导电物质向绝缘体材料的混入为起因的绝缘不良可能会发生。需要说明的是，上述课题并不局限于端板，在燃料电池组的端部的外侧配置的任意的端部构件与集电板之间配置绝缘体的结构中是共通的课题。作为端部构件，例如，将收容于壳体的燃料电池组朝向集电板按压的压力板或端板等对应于此。

【用于解决课题的方案】

本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式实现。

(1)根据本发明的一方式，提供一种绝缘体。该绝缘体配置在集电板与端部构件之间，所述集电板与具有层叠的多个单电池的层叠体的层叠方向的一端接触地配置，所述端部构件相对于所述集电板配置在所述层叠方向的外侧，其中，所述绝缘体具备多个绝缘体构件，所述绝缘体构件具有片状的平面部，所述多个绝缘体构件以所述平面部相互重叠的方式与所述集电板相对地配置。根据该方式的绝缘体，由于具备具有片状的平面部的多个绝缘体构件，因此能够减薄各绝缘体构件的平面部的厚度而减薄作为绝缘体整体的厚度，在使用于燃料电池的情况下能够提高燃料电池的输出密度。而且，多个绝缘体构件将平面部相互重叠地配置，因此能够抑制在层叠方向上观察时的相同位置产生销孔等的情况。因此，在使用于燃料电池的情况下能够抑制绝缘不良的发生。

(2)在上述方式的绝缘体中，可以是，所述多个绝缘体构件中的至少一个绝缘体构件具备在所述平面部的整个外缘上向与所述平面部交叉的方向突出地形成的壁部。根据该方式的绝缘体，能够充分确保集电板与端部构件之间的沿面距离，因此能够提高绝缘体的绝缘性。而且，能够抑制沿层叠方向观察时的绝缘体的面积的增大并确保沿面距离，因此在使用于燃料电池的情况下能够抑制燃料电池的大型化。

(3)在上述方式的绝缘体中，可以是，所述多个绝缘体构件的板厚均为0.5mm以下。根据该方式的绝缘体，由于各绝缘体构件的厚度薄，因此能够减薄作为绝缘体整体的厚度，在使用于燃料电池的情况下能够提高燃料电池的输出密度。

(4)在上述方式的绝缘体中，可以是，所述多个绝缘体构件均由热塑性树脂形成。根据该方式的绝缘体，使用热塑性树脂作为材料，因此能够通过压缩真空成形容易地成形。

(5)在上述方式的绝缘体中，可以是，所述多个绝缘体构件均通过压缩真空成形来成形。根据该方式的绝缘体，能够减薄绝缘体构件的板厚。

本发明也能够以各种方式实现。例如，能够以具备绝缘体的燃料电池、具备该燃料电池的燃料电池系统、搭载有该燃料电池系统的车辆、绝缘体的制造方法等方式实现。

附图说明

图1A是表示应用了作为本发明的一实施方式的绝缘体的燃料电池的概略结构的剖视图。

图1B是图1A中的单点划线的圆所示的区域的放大图。

图2是将绝缘体的结构分解表示的立体图。

【标号说明】

10…燃料电池

102…单电池

102S…单电池层叠体

160E…第一集电板

160F…第二集电板

170…端板

200…压力板

250…螺钉

300…绝缘体

310…第一绝缘体构件

312…第一平面部

314…第一壁部

320…第二绝缘体构件

322…第二平面部

324…第二壁部

500…壳体

Ar1…区域

D…沿面距离

SD…层叠方向

S11…第一平面部312的+X方向的面

S12…第一平面部312的-X方向的面

S21…第二平面部322的+X方向的面

S22…第二平面部322的-X方向的面

T…绝缘体300的厚度

具体实施方式

A.实施方式：

图1A是表示应用了作为本发明的一实施方式的绝缘体的燃料电池的概略结构的剖视图。图1B将图1A中的单点划线的圆所示的区域Ar1放大示出。燃料电池10是所谓固体高分子型燃料电池，与反应气体(燃料气体及氧化剂气体)的供给部、冷却介质的供给部等一起构成燃料电池系统。这样的燃料电池系统例如作为用于供给驱动用电源的系统而搭载于电动机动车等上使用。需要说明的是，在图1A中，为了便于说明，螺钉250及壳体500由虚线表示。

燃料电池10具备单电池层叠体102S、第一集电板160E、第二集电板160F、端板170、压力板200、绝缘体300。

单电池层叠体102S具有将多个单电池102沿着层叠方向SD层叠的结构。单电池102由膜电极接合体、夹持膜电极接合体的一对气体扩散层、夹持膜电极接合体及气体扩散层的层叠体的一对隔板构成。需要说明的是，在本实施方式中，与单电池102的层叠方向SD平行地确定X轴。而且，在本实施方式中，沿着单电池102的长度方向确定Y轴，沿着宽度方向确定Z轴。Y轴及Z轴分别是与X轴相互垂直的方向。

第一集电板160E与单电池层叠体102S的+X方向的端面接触地配置。在本实施方式中，第一集电板160E由铝形成。第二集电板160F与单电池层叠体102S的-X方向的端面接触地配置。在本实施方式中，第二集电板160F具有钛层-铝层-钛层的3层结构，外缘由橡胶覆盖。第一集电板160E及第二集电板160F收集各单电池102的发电电力从端子向外部输出。需要说明的是，第一集电板160E可以与第二集电板160F同样地由3层结构形成。而且，2个集电板160E、160F可以由铝及钛以外的材料形成。

端板170相对于第二集电板160F而配置在层叠方向SD的外侧。在端板170的内部形成有用于向单电池层叠体102S供给或排出反应气体或冷却介质的流路。在端板170的+X方向的面的周缘部设有阶梯，壳体500的-X方向的端部与薄壁部分接触。在本实施方式中，端板170由树脂材料形成，具有高绝缘性。

压力板200相对于绝缘体300而配置在层叠方向SD的外侧。在压力板200的-X方向的面的周缘部设有阶梯。因此，压力板200具有外缘部成为薄壁且中央部向-X方向突出的外观形状。在上述的阶梯部分收容有绝缘体300的周缘部(后述的壁部)。压力板200从自设于壳体500的孔插入的多个螺钉250承受-X方向的载荷，通过对单电池层叠体102S进行按压，而与端板170一起维持单电池层叠体102S的层叠状态。

在多个单电池102、第一集电板160E、第二集电板160F、压力板200中，与层叠方向SD垂直的面的形状均为大致矩形，以长度方向与Y轴平行的方式配置。

绝缘体300配置在第一集电板160E与压力板200之间。绝缘体300具备相互具有大致相同的外观形状的第一绝缘体构件310、第二绝缘体构件320。这2个绝缘体构件310、320相互沿层叠方向SD重叠配置。第一绝缘体构件310相对于第二绝缘体构件320而位于-X方向，与第一集电板160E的+X方向的端面接触。第二绝缘体构件320相对于第一绝缘体构件310而位于+X方向，与压力板200的-X方向的端面接触。绝缘体300将第一集电板160E与压力板200电绝缘。

图2是将绝缘体300的结构分解表示的立体图。第一绝缘体构件310具备第一平面部312、第一壁部314。第一平面部312是具有大致矩形的俯视形状的片状的部位。第一平面部312具有与第一集电板160E的+X方向的端面大致相同的面积。第一平面部312具有与单电池102、第一集电板160E等同样的俯视形状，在大致矩形的俯视形状的四个角和下边的中央设有凹部。这些凹部为了抑制绝缘体300与壳体500的突出部或张力轴的干涉而形成。第一壁部314在第一平面部312的外缘的整体上大致向+X方向突出地形成。在此，第一壁部314大致向+X方向突出地形成是考虑了成形时的拔模斜度的缘故。第二绝缘体构件320也与第一绝缘体构件310同样地具备第二平面部322和第二壁部324。第二平面部322与上述的第一平面部312具有同样的形状，第二壁部324与上述的第一壁部314具有同样的形状。

通过第一平面部312的+X方向的面S11与第二平面部322的-X方向的面S22接触地配置，而第一绝缘体构件310与第二绝缘体构件320重叠。在此，第一平面部312的纵向的长度比第二平面部322的纵向的长度稍大，第一平面部312的横向的长度比第二平面部322的横向的长度稍大。因此，第一绝缘体构件310与第二绝缘体构件320相互不干涉地重叠。第一平面部312的-X方向的面S12与第一集电板160E相对地配置，第二平面部322的+X方向的面S21与压力板200相对地配置。

在此，使用图1B，说明第一集电板160E与压力板200之间的绝缘距离。在图1B中，作为绝缘距离而示出绝缘体300的厚度T和沿面距离D。需要说明的是，通常，“沿面距离”是指电在2个导电性部分之间沿着绝缘物的表面的距离。在本实施方式中，绝缘体300的厚度T相当于第一绝缘体构件310的板厚与第二绝缘体构件320的板厚的合计值。而且，沿面距离D与第一集电板160E和压力板200的薄壁部之间的沿着X轴的方向的距离相等，与各壁部314、324的大致沿着X轴方向的长度(以下，也称为“高度”)大致相等。这是因为，第一壁部314与第二壁部324的间隙、各壁部314、324的+X方向的端部与压力板200的薄壁部的间隙分别非常小，这些间隙实质上可忽视。为了绝缘所需要的绝缘体300的厚度T及沿面距离D基于燃料电池10的电压来求出。

在本实施方式中，第一绝缘体构件310和第二绝缘体构件320分别在任意的部位都具有0.3mm的板厚。需要说明的是，第一绝缘体构件310及第二绝缘体构件320的板厚可以互不相同，而且，分别并不局限于0.3mm，可以设为任意的厚度。但是，从减薄绝缘体300的厚度T的观点出发，第一绝缘体构件310及第二绝缘体构件320的板厚分别优选为0.5mm以下。在本实施方式中，绝缘体300的厚度T是第一平面部312的板厚与第二平面部322的板厚的合计的0.6mm。需要说明的是，只要能够确保绝缘所需的绝缘体300的厚度T即可，板厚的合计并不局限于0.6mm，可以设为任意的厚度。例如，绝缘体300的厚度T(即，板厚的合计)可以超过为了绝缘所需的厚度。而且，在本实施方式中，第一壁部314及第二壁部324的高度分别为8mm。需要说明的是，第一壁部314及第二壁部324的高度可以互不相同。第一壁部314及第二壁部324的高度只要是能够确保绝缘所需的沿面距离D的长度即可，并不局限于8mm，可以为任意的长度。

第一绝缘体构件310和第二绝缘体构件320都以PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)为材料，通过压缩真空成形来成形。需要说明的是，也可以取代PET，以PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)或PEEK(聚醚醚酮)等其他的任意的热塑性树脂为材料。但是，从制造成本的低廉化的观点、对加水分解的耐久性的观点出发，优选使用PET作为材料。需要说明的是，只要能够成形为希望的形状即可，可以将热固化性树脂作为材料。而且，也可以取代压缩真空成形，通过热冲压等其他的成形方法来成形。

在本实施方式中，第一集电板160E相当于“集电板”。压力板200相当于“端部构件”。而且，第一绝缘体构件310和第二绝缘体构件320相当于“多个绝缘体构件”。

在以上说明的本实施方式的绝缘体300中，绝缘体300由第一绝缘体构件310和第二绝缘体构件320这2个构件构成，这2个构件以使片状的平面部312、322彼此接触的方式重叠使用。因此，能够使绝缘体300的厚度T(沿着X轴方向的长度)比以往薄，能够提高燃料电池10的输出密度。在此，燃料电池10的“输出密度”是指燃料电池10每单位质量或单位体积能够输出的能量。

而且，可认为即使在一方的绝缘体构件产生销孔或导电物质的混入引起的不良部位的情况下，在另一方的绝缘体构件中也在沿层叠方向SD观察而彼此相同的位置产生不良部位的可能性极低。因此，与绝缘体300由1个构件构成的情况相比，能够抑制以销孔的发生为起因的绝缘不良、以绝缘体300(第一绝缘体构件310及第二绝缘体构件320)的制造时的导电物质向绝缘体材料的混入为起因的绝缘不良的产生，能够提高绝缘体300的可靠性。通过以上所述，通过使用本实施方式的绝缘体300，能够提高燃料电池10的输出密度，且能够抑制绝缘不良的产生。

通常，以往的绝缘体使用切削加工或注塑成形来制造，但是在制造上，在切削加工的情况下需要约3mm以上的板厚，在注塑成形的情况下需要约2mm以上的板厚。因此，使用切削加工或注塑成形来制造板厚较薄的绝缘体比较困难。然而，根据本实施方式的绝缘体300，第一绝缘体构件310及第二绝缘体构件320通过压缩真空成形来成形。因此，与使用切削加工或注塑成形进行制造的结构相比，能够减薄绝缘体300的板厚，能够提高燃料电池10的输出密度。而且，由于绝缘体300的厚度比以往薄，因此能够实现材料费的低廉化及省资源化。而且，在绝缘体300(第一绝缘体构件310及第二绝缘体构件320)的制造时不进行切削加工，因此能够抑制绝缘体300在加工中破裂的情况，能够抑制成品率的下降。而且，通过以热塑性树脂为材料，通过压缩真空成形能够容易地制造，能够简化制造工序。而且，由于使用PET作为热塑性树脂，因此能够廉价地制造绝缘体300，能够提高对加水分解的耐久性。

而且，第一绝缘体构件310及第二绝缘体构件320分别具备第一壁部314及第二壁部324。因此，与不具有第一壁部314及第二壁部324的结构相比，能够充分确保第一集电板160E与压力板200的沿面距离D，能够提高绝缘体300的绝缘性。而且，第一壁部314及第二壁部324形成于与第一平面部312及第二平面部322大致正交的方向，收容于压力板200的外缘的阶梯部分。因此，能够抑制沿层叠方向SD观察时的绝缘体300的面积的增大，并能够确保沿面距离D，因此能够抑制燃料电池10的大型化。而且，第一平面部312的面积比第二平面部322的面积稍大，因此在使第一绝缘体构件310与第二绝缘体构件320重叠时，通过板厚能够抑制干涉。

B.变形例：

B-1.变形例1：

在上述实施方式中，绝缘体300由第一绝缘体构件310和第二绝缘体构件320这2个构件构成，但是绝缘体300也可以由3个以上的构件构成。通过上述结构，能够进一步抑制以销孔的产生为起因的绝缘不良、以导电物质向材料的混入为起因的绝缘不良的产生。

B-2.变形例2：

在上述实施方式中，第一绝缘体构件310及第二绝缘体构件320分别具备第一壁部314及第二壁部324，但是本发明没有限定于此。可以省略第一壁部314和第二壁部324中的至少一方。在该结构中，通过2个平面部312、322的大型化、将更多的绝缘体构件重叠等，能够确保沿面距离D。

B-3.变形例3

在上述实施方式中，第一壁部314及第二壁部324分别向与第一平面部312及第二平面部322大致正交的方向突出地形成，但是本发明没有限定于此。也可以相对于2个平面部312、322以分别成任意的角度的方式突出地形成。而且，第一平面部312与第一壁部314所成的角度和第二平面部322与第二壁部324所成的角度可以互不相同。但是，这些角度优选设定为在使第一绝缘体构件310与第二绝缘体构件320重叠时，2个壁部314、324相互不干涉。需要说明的是，第一壁部314及第二壁部324的高度可以互不相同。即，通常，多个绝缘体构件中的至少1个可以具备在平面部的外缘的整体上向与平面部交叉的方向突出地形成的壁部。

B-4.变形例4：

在上述实施方式中，第一壁部314及第二壁部324向与压力板200相对的方向突出地形成，但是本发明没有限定于此。第一壁部314及第二壁部324也可以向与第一集电板160E相对的方向突出地形成。换言之，也可以是第一平面部312的-X方向的面S12与压力板200相对地配置，且第二平面部322的+X方向的面S21与第一集电板160E相对地配置。而且，也可以是第一壁部314及第二壁部324中的一方形成于与压力板200相对的方向，另一方形成于与第一集电板160E相对的方向。通过上述结构，也能够确保沿面距离D，并抑制以销孔的产生为起因的绝缘不良、以导电物质向材料的混入为起因的绝缘不良的产生。

B-5.变形例5：

在上述实施方式中，绝缘体300配置在第一集电板160E与压力板200之间，但是本发明没有限定于此。可设想燃料电池10取代压力板200而具备端板等其他的任意的端部构件的情况。这种情况下，绝缘体300也可以取代配置于压力板200与第一集电板160E之间，而配置于其他的任意的端部构件与第一集电板160E之间。即，通常，绝缘体300配置在集电板与端部构件之间，该集电板配置在具有层叠的多个单电池的层叠体的层叠方向的一端，该端部构件相对于层叠方向而配置在集电板的外侧。

本发明并不局限于上述的实施方式或变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，发明内容一栏记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、变形例中的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现上述的效果的一部分或全部，可以适当进行更换、组合。而且，该技术特征在本说明书中只要不是作为必须的特征进行说明，就可以适当删除。

Claims (10)

1.一种绝缘体，配置在集电板与端部构件之间，所述集电板与具有层叠的多个单电池的层叠体的层叠方向的一端接触地配置，所述端部构件相对于所述集电板配置在所述层叠方向的外侧，其中，

所述绝缘体具备多个绝缘体构件，所述绝缘体构件具有片状的平面部，

所述多个绝缘体构件以所述平面部相互重叠的方式与所述集电板相对地配置。

2.根据权利要求1所述的绝缘体，其中，

所述多个绝缘体构件中的至少一个绝缘体构件具备在所述平面部的整个外缘上向与所述平面部交叉的方向突出地形成的壁部。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的绝缘体，其中，

所述多个绝缘体构件的板厚均为0.5mm以下。

4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的绝缘体，其中，

所述多个绝缘体构件均由热塑性树脂形成。

5.根据权利要求4所述的绝缘体，其中，

所述多个绝缘体构件均通过压缩真空成形来成形。

6.一种燃料电池，具备：

层叠体，具有层叠的多个单电池；

集电板，与所述层叠体的层叠方向的一端接触地配置；

绝缘体，相对于所述集电板配置在所述层叠方向的外侧；及

端部构件，相对于所述绝缘体配置在所述层叠方向的外侧，

其中，

所述绝缘体具有多个绝缘体构件，所述绝缘体构件具有片状的平面部，

所述多个绝缘体构件以所述平面部相互重叠的方式与所述集电板相对地配置。

7.根据权利要求6所述的燃料电池，其中，

所述多个绝缘体构件中的至少一个绝缘体构件具备在所述平面部的整个外缘上向与所述平面部交叉的方向突出地形成的壁部。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的燃料电池，其中，

所述多个绝缘体构件的板厚均为0.5mm以下。

9.根据权利要求6～权利要求8中任一项所述的燃料电池，其中，

所述多个绝缘体构件均由热塑性树脂形成。

10.根据权利要求9所述的燃料电池，其中，

所述多个绝缘体构件均通过压缩真空成形来成形。