CN105637691B - 燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池，该燃料电池具备：层叠体，该层叠体具有多个燃料电池单电池层叠而成的构造；紧固支承部，该紧固支承部沿着多个燃料电池单电池的层叠方向延伸设置，用于将层叠体沿层叠方向紧固；以及冲击传递部，该冲击传递部包含膨胀流体，在层叠体与紧固支承部之间配置在与多个燃料电池单电池中的沿着层叠方向连续的多个燃料电池单电池对应的位置。

Description

燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池。
背景技术
作为燃料电池，为了提高耐振动性、耐冲击性，例如，提出在燃料电池堆与沿着构成燃料电池堆的多个燃料电池单电池的层叠方向延伸设置的张力板之间填充硅、尿烷合成橡胶等弹性材料的燃料电池(专利文献1)。另外，例如，提出有将燃料电池堆分割为由多个燃料电池单电池构成的多单电池模块，将各多单电池模块的端部单电池固定于沿着燃料电池堆的层叠方向配置的限制轴，分散加载于燃料电池堆的冲击负载的燃料电池(专利文献2)。
专利文献1：日本特开2003-203670号公报
专利文献2：日本特开2005-183358号公报
然而，在专利文献1所记载的燃料电池中，弹性材料的刚性较低，因此当通过来自外部的冲击等对燃料电池施加惯性力，将燃料电池压靠于弹性材料时，弹性材料容易变形。因此，抑制燃料电池单电池的损伤，另一方面，各燃料电池单电池容易产生位置偏移。如果在相邻的燃料电池单电池间产生位置偏移，则存在由于该位置偏移致使燃料电池单电池间的密封被破坏从而反应气体、冷却介质等泄漏的可能性。该问题并不局限于在张力板与燃料电池堆之间填充弹性材料的结构，而是在收纳燃料电池堆的外壳与燃料电池堆之间填充弹性材料的结构等在覆盖燃料电池堆的外面罩与燃料电池堆之间填充弹性材料的任意的结构中的通病。此外，当为了抑制来自外部的冲击所形成的位置偏移而使用刚性高的部件的情况下，由于会妨碍由于温度、湿度等的环境的变化所引起的燃料电池单电池的层叠方向的移动，因此存在比预定的紧固负载大的负载加载于层叠体，致使燃料电池单电池的耐老化性降低的可能性。
另外，在专利文献2所记载的燃料电池中，为了将多个多单电池模块的各端部单电池间绝缘，例如，必须在端部单电池与限制轴之间配置绝缘部件。因此，存在部件件数增加，燃料电池的制造成本上升的问题。
此外，对于以往的燃料电池，希望提高燃料电池的制造效率、节约电力、简化制造等。
发明内容
本发明是为了解决上述课题的至少一部分而形成的，能够作为以下的方式实现。
(1)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池。该燃料电池具备：层叠体，该层叠体具有多个燃料电池单电池层叠而成的构造；紧固支承部，该紧固支承部沿着上述多个燃料电池单电池的层叠方向延伸设置，用于将上述层叠体在上述层叠方向紧固；冲击传递部，该冲击传递部包含膨胀流体，在上述层叠体与上述紧固支承部之间，配置在与上述多个燃料电池单电池中的沿着上述层叠方向连续的多个燃料电池单电池对应的位置。根据该方式的燃料电池，由于在层叠体与紧固支承部之间配置含有膨胀流体的冲击传递部，因此当由于碰撞等在层叠体加载急剧的力时，能够抑制该力的吸收，并将该力向紧固支承部传递。另外，能够抑制从紧固支承部承受的应力的吸收，并将该应力向层叠体传递。因此，能够抑制各燃料电池单电池的位置偏移。进而，当由于燃料电池单电池的热膨胀等致使各燃料电池单电池在层叠方向等上缓慢地移位的情况下，使冲击传递部随着该移位进行变形，能够抑制由于燃料电池单电池的移位引起的缝隙的产生。因此，当施加外部的力时，能够抑制该力的吸收，并将该力向紧固支承部传递，并且能够抑制从紧固支承部承受的应力的吸收，并将该应力向层叠体传递。进而，不妨碍由于膨胀或者收缩引起的燃料电池单电池的朝向层叠方向的移位，因此能够抑制在燃料电池单电池加载额外的应力，提高燃料电池单电池的耐老化性。
(2)在上述方式的燃料电池中，可以为，上述紧固支承部具有沿着上述层叠方向覆盖上述层叠体的侧面的至少一部分的外面罩。根据该方式的燃料电池，能够抑制加载于层叠体的急剧的力的吸收，并将该力向外面罩传递。另外，能够抑制从外面罩承受的应力的吸收，并将该应力向层叠体传递。
(3)在上述方式的燃料电池中，可以为，在上述层叠体，沿着上述层叠方向延伸设置有贯通孔，上述紧固支承部具有配置于上述贯通孔的棒状部件。根据该方式的燃料电池，能够抑制加载于层叠体的急剧的力的吸收，并将该力向棒状部件传递。另外，能够抑制从棒状部件承受的应力的吸收，并将该应力向层叠体传递。
(4)在上述方式的燃料电池中，可以为，上述冲击传递部具有收纳上述膨胀流体的袋状部件。根据该方式的燃料电池，当因维护等而进行燃料电池的分解的情况下，能够抑制膨胀流体漏出，提高作业性。
(5)在上述方式的燃料电池中，可以为，还具备冲击保护部，该冲击保护部配置在上述冲击传递部与上述层叠体之间。根据该方式的燃料电池，例如，当在层叠体加载急剧的力时，能够抑制冲击传递部由于燃料电池单电池的角部损伤。
(6)在上述方式的燃料电池中，可以为，上述冲击传递部配置在与构成上述层叠体的沿着上述层叠方向的中央部分的多个燃料电池单电池对应的位置。一般而言，当载置燃料电池时，层叠体通过将层叠体的层叠方向的端部侧固定于支承部件而被紧固。在这种情况下，构成层叠体的多个燃料电池单电池之中加载于沿着层叠方向的中央部分的燃料电池单电池的紧固力比加载于沿着层叠方向的端部的燃料电池单电池的紧固力小。因此，当在层叠体加载急剧的力后，在沿着层叠方向的中央部分的燃料电池单电池更容易产生位置偏移。然而，根据上述的方式的燃料电池，在与构成沿着层叠体的层叠方向的中央部分的多个燃料电池单电池对应的位置配置冲击传递部，因此能够抑制容易产生位置偏移的燃料电池单电池的位置偏移。
此外，本发明能够以各种方式实现，例如可以以燃料电池的制造方法、燃料电池系统、燃料电池所搭载的车辆等的方式实现。
附图说明
图1为表示作为本发明的第1实施方式的燃料电池的结构的分解立体图。
图2为第1实施方式的燃料电池的剖视图。
图3为表示当燃料电池被搭载于车辆的情况下由燃料电池承受的惯性力的说明图。
图4为第2实施方式的燃料电池的剖视图。
图5为第3实施方式的燃料电池的分解立体图。
图6为第4实施方式的燃料电池的剖视图。
图7为表示第4实施方式的燃料电池中的第1外面罩与冲击传递部的立体图。
图8为表示第5实施方式中的燃料电池的结构的分解立体图。
图9为表示第5实施方式中的紧固支承歧管、冲击传递部、紧固支承部件与冲击保护体的剖面的说明图。
图10为表示变形例中的冲击传递部的外观形状的说明图。
具体实施方式
A.第1实施方式：
图1为表示作为本发明的第1实施方式的燃料电池的结构的分解立体图。图2为第1实施方式的燃料电池的剖视图。图2中示出图1中的1-1剖面。如图1所示，燃料电池100具备层叠体101、变形吸收部102、一对接线板120、4个紧固支承部件130、4个冲击保护体20、第1外面罩161、第2外面罩162。另外，如图2所示，燃料电池100具备4个冲击传递部10。燃料电池100同反应气体(燃料气体以及氧化剂气体)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，被搭载于电动汽车等并进行使用。
如图1所示，层叠体101具有多个燃料电池单电池110沿层叠方向SD层叠而成的构造。此外，燃料电池单电池110的层叠方向SD与X轴方向(+X方向以及-X方向)平行。在载置燃料电池100的状态下，X轴方向以及Y轴方向(+Y方向以及-Y方向)为与水平面平行的方向。另外，+Z方向表示铅垂上方向，-Z方向表示铅垂下方向。
在本实施方式中，燃料电池单电池110为固体高分子型燃料电池。燃料电池单电池110具有大致立方体的外观形状。如图2所示，燃料电池单电池110具有：在燃料电池100被载置的状态下与底面相当的第1侧面S10、与第1侧面S10接触的第2侧面S20、与第1侧面S10接触并与第2侧面S20对置的第3侧面S30、与顶面相当且与第1侧面S10对置的第4侧面S40。这4个侧面S10、S20、S30以及S40均为沿着层叠方向SD的侧面。前述的“沿着层叠方向SD”除了与层叠方向SD平行的意思之外，还包括除了与层叠方向SD垂直的方向以外的与层叠方向SD相交的方向的宽泛的意思。
如图1所示，燃料电池单电池110由膜电极接合体111和夹持膜电极接合体111的一对隔板112、113构成。膜电极接合体111由电解质膜、夹持电解质膜的两面的2个催化剂层、夹持电解质膜以及2个催化剂层的2个气体扩散层构成。在本实施方式中，电解质膜为含有磺酸基的氟树脂系离子交换膜。此外，作为电解质膜，并不局限于磺酸基，可以使用含有磷酸基、羧酸基等其他离子交换基的膜。催化剂层由在具有导电性的载体(例如，碳粒子)上担载铂、铂合金等催化剂的基材(催化剂担载体)形成。气体扩散层由多孔的部件形成。作为多孔的部件，例如，可以使用碳纸等的碳多孔体、金属网、发泡金属等金属多孔体。隔板由气体不透过的导电性部件形成。作为这样的部件，例如可以采用压缩碳使气体不至透过的致密质碳、冲压成型的金属板。
在燃料电池单电池110的内部，沿着层叠方向SD形成反应气体的流路以及冷却介质的流路。具体地说，如图1所示，在燃料电池单电池110形成氧化剂气体供给流路151、氧化剂气体排出流路152、燃料气体供给路153、燃料气体排出流路154、冷却介质供给流路155、冷却介质排出流路156。各燃料电池单电池110的各流路在层叠方向SD重叠，由此在层叠体101的内部形成未图示的氧化剂气体供给歧管、氧化剂气体排出歧管、燃料气体供给歧管、燃料气体排出歧管、冷却介质供给歧管以及冷却介质排出歧管。
变形吸收部102在层叠体101的一方的端部单电池(最外侧的燃料电池单电池110)的外侧，配置于该端部单电池与接线板120之间。变形吸收部102由橡胶等的弹性体构成，吸收由于燃料电池单电池110的热膨胀所产生的沿层叠体101的层叠方向SD的变形。此外，也可以取代弹性体，转而由弹簧等任意的弹性体构成变形吸收部102。
一对接线板120中的、一方的接线板120在变形吸收部102的外侧与变形吸收部102接触配置，另一方的接线板120在未配置变形吸收部102一侧的端部单电池的外侧，与该端部单电池接触配置。各接线板120使在层叠体101产生的电流集中。另外，一对接线板120对于由层叠体101以及变形吸收部102构成的层叠体沿层叠方向SD施加规定的紧固力。在不与变形吸收部102接触的接线板120，设置有与设置于层叠体101内部的各歧管连接的6个连接口121。各接线板120中与层叠方向SD垂直的面的形状为矩形。
4个紧固支承部件130均为棒状的部件，沿层叠方向SD配置横跨一对接线板120间。如图2所示，各紧固支承部件130将2个接线板120中的互为相同的位置的角部彼此连接。各紧固支承部件130连接于各接线板120，维持各接线板120加载于由层叠体101以及变形吸收部102构成的层叠体的层叠方向SD的紧固力。
如图1所示，冲击传递部10具有将层叠方向SD作为长边方向的外观形状。如图2所示，冲击传递部10具备袋体11、填充于袋体11的内部的膨胀流体12。此外，在图1中，为了方便图示，省略了膨胀流体12。如图1所示，袋体11具有形成开口的薄的袋状的外观形状，具备主壁部19和一对侧壁部18。主壁部19朝向层叠体101的4个侧面S10、S20、S30以及S40中的任一侧面配置，与冲击保护体20接触。另外，主壁部19的+X方向的缘与一方的侧壁部18连接，-X方向的缘与另一方的侧壁部18连接。一对侧壁部18分别与接线板120接触。袋体11由膨胀流体12的透过性较低的材料形成。具体地说，在本实施方式中，袋体11有聚丙烯生成。此外，也可以代替聚丙烯，转而使用其他树脂、尿烷等的弹性体。
图1所示的各冲击传递部10的形成开口的缘部190如图2所示，与第2外面罩162的内侧表面或者第1外面罩161的内侧表面接合。换言之，各冲击传递部10的开口由第1外面罩161或者第2外面罩162堵塞。具体地说，如图2所示，在第2外面罩162的内侧的顶面S1、第1外面罩161的沿着铅垂方向的2个内侧的侧面S2、S3和第1外面罩161的内侧的底面S4分别接合袋体11的缘部190。在本实施方式中，作为缘部190与第2外面罩162的内部表面或者第1外面罩161的内部表面的接合方法，采用使用粘合剂粘合的方法。此外，也可以代替使用粘合剂的粘合，转而使用焊接或简单的夹入等任意的接合方法。
膨胀流体12对于急剧的变化如固体般动作，而对于缓慢的变形则体现流动性。作为这样的膨胀流体12，在本实施方式中，使用在硅油与硼酸的混合物中添加微量的催化剂(例如，氯化铁、氯化镍等)并在高温环境下(例如，摄氏100度以上)进行混炼以及干燥而获得的材料。作为这样的材料，例如可以采用道康宁公司的道康宁3179(“道康宁”注册商标)、Wacker GmbH公司的M48、M49。
如上所述，各袋体11的开口由第1外面罩161或者第2外面罩162堵塞，因此膨胀流体12不会从袋体11漏出。
冲击保护体20为具有挠性的薄的布状的部件，具有将层叠方向SD作为长边方向的长方形的外观形状。在本实施方式中，冲击保护体20由凯夫拉(注册商标)形成。此外，也可以代替凯夫拉，转而由玻璃纤维等刚性比袋体11高的任意的材料形成。另外，还可以由刚性比袋体11低的材料形成冲击保护体20。另外，在本实施方式中，冲击保护体20与膨胀流体12相比刚性低。此外，与冲击保护体20的刚性比较的膨胀流体12的刚性是指在对冲击传递部10施加急剧的冲击时测定的刚性。
冲击保护体20配置在冲击传递部10与层叠体101的沿着层叠方向SD的各侧面之间。具体地说，在层叠体101的第1侧面S10和与第1外面罩161的底面S4接合的冲击传递部10之间配置一个冲击保护体20。另外，在层叠体101的第2侧面S20和与第1外面罩161的侧面S2接合的冲击传递部10之间配置一个冲击保护体20。另外，在层叠体101的第3侧面S30、和与第1外面罩161的侧面S3接合的冲击传递部10之间配置一个冲击保护体20。另外，在层叠体101的第4侧面S40和与第2外面罩162接合的冲击传递部10之间配置一个冲击保护体20。在本实施方式中，各冲击传递部10与冲击保护体20的接触部分被全部粘合。此外，也可以仅将冲击传递部10与冲击保护体20的接触部分中的一部分粘合。另外，还可以完全不将该接触部分粘合。冲击保护体20保护袋体11不受冲击影响。例如，当在燃料电池100加载急剧的力时，能够抑制袋体11由于燃料电池单电池110的角而损伤。
如图1以及图2所示，第1外面罩161具有沿X轴方向观察的剖面呈大致U字形状的外观形状。第1外面罩161的X轴方向的长度与层叠体101、变形吸收部102和一对接线板120的组装体的X轴方向的长度大致相等。第1外面罩161将除第1外面罩161以及第2外面罩162以外的燃料电池100整体从下方覆盖(沿+Z方向覆盖)，并且从侧方覆盖(沿+Y方向以及-Y方向覆盖)。第2外面罩162为将Z轴方向作为厚度方向的板状部件，覆盖第1外面罩161的上方的开敞部分。
上述的第1外面罩161以及第2外面罩162与权利要求中的紧固支承部以及外面罩相当。另外，袋体11与权利要求中的袋状部件相当。
图3为表示当燃料电池100搭载于车辆的情况下燃料电池100承受的惯性力的说明图。如图3所示，第1外面罩161被固定于车辆所具有的纵梁(side member)500。在该状态下，例如如果车辆发生正面碰撞，则在不与纵梁500直接连接的层叠体101加载朝向行进方向的惯性力Fg。因此，构成层叠体101的各燃料电池单电池110意欲朝向行进方向偏移。特别是，各燃料电池单电池110中的、位于层叠方向SD(X轴方向)的中央部分的燃料电池单电池110由于从一对接线板120加载的紧固力较弱，因此意欲进行大幅偏移。此处，在层叠体101的行进方向侧配置冲击传递部10，构成冲击传递部10的膨胀流体12相对于急剧的变化如固体般动作。因此，抑制膨胀流体12变形，换言之抑制惯性力Fg的吸收，并且将惯性力Fg向第1外面罩161传递。如此一来，第1外面罩161将与惯性力Fg反向的应力FB传递给冲击传递部10，冲击传递部10将应力FB经由冲击保护体20传递给层叠体101。因此，抑制层叠体101中的各燃料电池单电池110的位置偏移的发生。
与上述的碰撞时不同，例如当由于燃料电池单电池110的热膨胀等致使各燃料电池单电池110沿层叠方向SD缓慢移位的情况下，膨胀流体12作为流动体动作，并以填埋由于燃料电池单电池110的移位而产生的缝隙(燃料电池单电池110与冲击保护体20之间)的方式变形。这样，能够抑制燃料电池单电池110与冲击保护体20之间的缝隙的发生，因此在碰撞发生时，能够抑制燃料电池单电池110的位置偏移，并将惯性力Fg经由冲击传递部10向第1外面罩161传递。
在以上说明的第1实施方式的燃料电池100中，在层叠体101与第1外面罩161或者第2外面罩162之间，配置含有膨胀流体12的冲击传递部10，因此当由于碰撞等而在层叠体101加载急剧的力的情况下，能够抑制该力的吸收，并将该力向第1外面罩161或者第2外面罩162传递。另外，能够抑制该力的应力的吸收，并将该应力向层叠体101传递，能够抑制各燃料电池单电池110的位置偏移。因此，能够抑制由于燃料电池单电池110的位置偏移引起的反应气体、冷却介质的泄漏的发生。
进而，当由于燃料电池单电池110的热膨胀等致使各燃料电池单电池110意欲缓慢地移位的情况下，冲击传递部10随着该移位而变形，因此不妨碍燃料电池单电池110的移位。因此，能够抑制对燃料电池单电池110加载额外的应力，能够提高燃料电池单电池110的耐老化性。另外，冲击传递部10随着燃料电池单电池110的移位而变形，因此能够抑制由于燃料电池单电池110的移位引起的缝隙的发生。因此，当在层叠体101加载急剧的力的情况下，能够更为稳定地抑制上述的各燃料电池单电池110的位置偏移。
另外，由于冲击传递部10具有以层叠方向SD作为长边方向的长条形状，因此能够在与构成层叠体101的各燃料电池单电池110中的大多数的燃料电池单电池110对应的位置配置膨胀流体12。因此，能够抑制大多数的燃料电池单电池110的位置偏移。
另外，将冲击传递部10的结构形成为：将袋体11的开口由第1外面罩161或者第2外面罩162堵塞，且在袋体11的内部配置膨胀流体12，因此当卸下第1外面罩161或者第2外面罩162的情况下，能够抑制膨胀流体12漏出，能够提高作业性。
另外，由于在冲击传递部10与层叠体101之间配置冲击保护体20，因此当在燃料电池100加载急剧的力时，能够抑制袋体11由于燃料电池单电池110的角而损伤。
B.第2实施方式：
图4为第2实施方式的燃料电池的剖视图。第2实施方式的燃料电池100a与第1实施方式的燃料电池100的区别在于，代替与第1外面罩161接合的3个冲击传递部10，而具备第2冲击传递部17，其他结构与燃料电池100相同，因此省略详细的说明。此外，在第2实施方式中，将第1实施方式中的冲击传递部10称为“第1冲击传递部10”。
在图4中，示出在与图1中的1-1剖面相同的位置处的燃料电池100a的剖面。如图4所示，燃料电池100a具备第2冲击传递部17。第2冲击传递部17由冲击支承薄膜15以及膨胀流体16构成。
冲击支承薄膜15为布状的部件，被配置为连续覆盖燃料电池100a的第1侧面S10、第2侧面S20以及第3侧面S30。冲击支承薄膜15被配置为同与上述的3个侧面S10、S20以及S30接触配置的3个冲击保护体20接触。这3个冲击保护体20与冲击支承薄膜15被粘合在一起。冲击支承薄膜15由与第1实施方式的袋体11相同的材料形成。冲击支承薄膜15的+Z方向的端部21的Z轴方向位置与燃料电池100a的第4侧面S40的Z轴方向的位置大致相等。冲击支承薄膜15的端部21不与第1外面罩161以及第2外面罩162接触。换言之，冲击支承薄膜15的端部21为自由端。因此，在端部21与第1外面罩161之间形成开口22。此外，冲击支承薄膜15的X轴方向的端部(+X方向的端部以及-X方向的端部)与一对接线板120接合。
在第2实施方式中，膨胀流体16配置在由冲击支承薄膜15、第1外面罩161的内壁(侧面S2、侧面S3以及底面S4)和一对接线板120围起的空间。因此，第1外面罩161中的底面S4的整个面、侧面S2的铅垂下方侧的一部分和侧面S3的铅垂下方侧的一部分与膨胀流体16直接接触。膨胀流体16由与第1实施方式中的膨胀流体12相同的材料形成。如图4所示，膨胀流体16的上端S50的Z轴方向的位置相比冲击支承薄膜15的端部21(开口22)的Z轴方向的位置位于下方(低)。
在第2外面罩162，与第1实施方式相同接合第1冲击传递部10。
具有以上的结构的第2实施方式的燃料电池100a具有与第1实施方式的燃料电池100相同的效果。进而，当形成第2冲击传递部17时，只要围绕冲击保护体20所接合的层叠体101配置冲击支承薄膜15，并向冲击支承薄膜15与第1外面罩161之间注入膨胀流体16即可，因此能够容易地形成第2冲击传递部17。另外，端部21为自由端，在端部21与侧面S2之间以及端部21与侧面S3之间形成开口22，因此在有较大的力加载于第2冲击传递部17的情况下，能够抑制膨胀流体16的压力上升而致使第2冲击传递部17破裂。另外，膨胀流体16的上端S50的Z轴方向的位置(朝向铅垂上方的位置)相比冲击支承薄膜15的端部21(开口22)的Z轴方向的位置位于下方，因此在有大的力加载于第2冲击传递部17时，能够抑制膨胀流体16越过端部21而从开口22飞出。
C.第3实施方式：
图5为第3实施方式的燃料电池的分解立体图。第3实施方式的燃料电池100b与第1实施方式的燃料电池100的区别在于，代替第2外面罩162具备第2外面罩162a、代替4个冲击传递部10具备第3冲击传递部10a以及第4冲击传递部17a、代替4个冲击保护体20具备4个冲击保护体20a，其他结构与燃料电池100相同。
第2外面罩162a与第1实施方式的第2外面罩162的区别在于，在中央部沿厚度方向(Z轴方向)形成贯通孔163，其他结构与第2外面罩162相同，因此省略详细的说明。
第3冲击传递部10a具备袋体11a与膨胀流体12a。袋体11a与第1实施方式的袋体11的区别在于具有半球状的外观形状，其他结构以及材料与袋体11相同。袋体11a的+Z方向的圆形的端部与第2外面罩162a的下侧的面(朝向层叠体101的面)的中央部分接合。由袋体11a与第2外面罩162a围起的空间与贯通孔163连通。膨胀流体12a被配置在由袋体11a与第2外面罩162a围起的空间。膨胀流体12a的上端的Z轴方向的位置相比第2外面罩162a的上侧的面的Z轴方向的位置位于下方(低)。第3冲击传递部10a的X轴方向的长度比层叠体101的X轴方向的长度短。此外，膨胀流体12a经由设置于第2外面罩162a的贯通孔163向袋体11a的内部注入。
第4冲击传递部17a具备冲击支承薄膜15a以及膨胀流体16a。冲击支承薄膜15a使长方形的薄膜沿着短边方向弯曲，并具有沿侧面S2、侧面S3以及底面S4呈大致U字型变形的形状。冲击支承薄膜15a的除+Z方向的端之外的其他缘与侧面S2、侧面S3以及底面S4都接合。冲击支承薄膜15a的+Z方向的端不与第1外面罩161以及第2外面罩162接合。因此，在第4冲击传递部17a的+Z方向的端部形成开口22a。冲击支承薄膜15a的+Z方向的端的Z轴方向的位置相比第1外面罩161的Z轴方向的端部位于下方(低)。
膨胀流体16a被配置在由冲击支承薄膜15a以及侧面S2围起的空间、由冲击支承薄膜15a以及侧面S3围起的空间、由冲击支承薄膜15a以及底面S4围起的空间。膨胀流体16a由与第1实施方式中的膨胀流体12相同的材料形成。如图5所示，膨胀流体16a的上端的Z轴方向的位置相比开口22a的Z轴方向的位置位于下方(低)。
冲击保护体20a与冲击保护体20的区别在于X轴方向的长度比第1实施方式的冲击保护体20的X轴方向的长度短，其他结构与冲击保护体20相同。冲击保护体20a的X轴方向的长度比层叠体101的X轴方向的长度短。作为冲击保护体20a的X轴方向的长度，例如，可以形成为与数个～数十个大小的燃料电池单电池110的X轴方向的长度(厚度)相同程度。各冲击保护体20a被配置在与层叠体101的X轴方向的中央部分对应的位置。换言之，各冲击保护体20a被配置在至少与层叠体101的中央的燃料电池单电池110以及从该燃料电池单电池110相邻数个的燃料电池单电池110对应的位置。
具有以上结构的第3实施方式的燃料电池100b具有与第1实施方式的燃料电池100相同的效果。即，在与各燃料电池单电池110中的、被加载急剧的冲击时容易发生位置偏移的中央部分的燃料电池单电池110对应的位置配置第3冲击传递部10a以及第4冲击传递部17a，因此能够抑制这些燃料电池单电池110的位置偏移的发生。
另外，第3冲击传递部10a以及第4冲击传递部17a的X轴方向的长度比层叠体101的X轴方向的长度短。因此，同将第3冲击传递部10a以及第4冲击传递部17a的X轴方向的长度形成为与层叠体101的X轴方向的长度同等的结构相比，能够将第3冲击传递部10a以及第4冲击传递部17a小型化。因此，能够实现燃料电池100b的轻型化。另外，在第3冲击传递部10a以及第4冲击传递部17a的任一部分，+Z方向的端部都开口，因此与上述的第2实施方式相同，当在第3冲击传递部10a或者第4冲击传递部17a加载大力时，能够抑制膨胀流体12a或者膨胀流体16a的压力上升而致使袋体11a或者冲击支承薄膜15a破裂。
D.第4实施方式：
图6为第4实施方式的燃料电池的剖视图。第4实施方式的燃料电池100c与第1实施方式的燃料电池100的区别在于，代替4个冲击传递部10具备20个冲击传递部10b、代替4个冲击保护体20具备4个冲击保护体30，其他结构与燃料电池100相同，因此省略详细的说明。
图7为表示第4实施方式的燃料电池100c中的第1外面罩161、冲击传递部10b的立体图。如图6以及图7所示，在第1外面罩161的内侧的侧面S2、侧面S3以及底面S4分别接合5个冲击传递部10b。另外，如图6所示，在第2外面罩162的内侧的顶面S1接合5个冲击传递部10b。如图6以及图7所示，各冲击传递部10b具有剖面为半椭圆形状的柱状的外观形状，沿X轴方向延伸设置。另外，在第2外面罩162或者第1外面罩161，各冲击传递部10b以相互平行的方式在Z轴方向或者Y轴方向上隔开规定间隔并排配置。
如图6以及图7所示，第4实施方式的冲击传递部10b具备袋体11b以及膨胀流体12b。袋体11b在外观形状上与第1实施方式的袋体11不同，其他结构以及材料与袋体11相同。因此，袋体11b具有开口，该开口由第2外面罩162或者第1外面罩161堵塞。
膨胀流体12b配置在由各袋体11b与第2外面罩162或者第1外面罩161围起的空间。膨胀流体12b由与第1实施方式中的膨胀流体12相同的材料形成。
冲击保护体30为布状的部件，被配置在冲击传递部10b与层叠体101的沿着层叠方向SD的各侧面之间。冲击保护体30与第1实施方式的冲击保护体20的区别在于，在与冲击传递部10b对置的面不与冲击传递部10b部分接触，其他结构以及形成材料与冲击保护体20相同。在各冲击保护体30中与冲击传递部10b对置的面仅与冲击传递部10b的顶部(冲击传递部10b中从与第2外面罩162或者第1外面罩161接触的部分向层叠体101离开最远的部分)接触，其他部分不与冲击传递部10b接触。此外，冲击保护体30与冲击传递部10b的接触部分同第1实施方式的冲击传递部10与冲击保护体20的接触部分相同，为全部接合。
具有以上结构的第4实施方式的燃料电池100c具有与第1实施方式的燃料电池100相同的效果。另外，将层叠体101的各面S10、S20、S30以及S40通过多个冲击传递部10b支承，因此能够提高各面的支承力。
E.第5实施方式：
图8为表示第5实施方式中的燃料电池的结构的分解立体图。第5实施方式的燃料电池100d与第1实施方式的燃料电池100的区别在于，在层叠体101a以及变形吸收部102的内部形成紧固支承歧管、代替4个紧固支承部件130具备2个紧固支承部件41、42、代替4个冲击传递部10具备2个冲击传递部10c、代替4个冲击保护体20具备2个冲击保护体31，其他结构与燃料电池100相同。
如图8所示，第5实施方式的燃料电池单电池110a与第1实施方式的燃料电池单电池110的区别在于，具备沿厚度方向形成的2个贯通孔157、158，其他结构与燃料电池单电池110相同。各燃料电池单电池110的贯通孔157、158在层叠方向SD上重叠，由此在层叠体101a的内部沿层叠方向SD形成2个歧管(紧固支承歧管)。此外，在图8中，为了便于图示，省略2个紧固支承歧管。另外，在变形吸收部102中沿厚度方向形成未图示的2个贯通孔。这2个贯通孔与各燃料电池单电池110a的贯通孔157、158在X轴方向上观察配置在相同的位置。
2个紧固支承部件41、42与第1实施方式的紧固支承部件130的区别在于，被配置在未图示的紧固支承歧管内以及外观形状为四棱柱形状，其他结构与紧固支承部件130相同。此外，可以将紧固支承部件41、42的外观形状与第1实施方式的紧固支承部件130的外观形状相同，形成为圆柱形状。
图9为表示第5实施方式中的紧固支承歧管、冲击传递部10c、紧固支承部件41和冲击保护体31的剖面的说明图。此外，图9与图2相同，示出与层叠方向SD垂直的剖面。
图9所示的紧固支承歧管57将图8所示的各燃料电池单电池110a的贯通孔157重叠形成。如图9所示，第5实施方式的冲击传递部10c被配置在紧固支承歧管57的内部。冲击传递部10c具备袋体11c以及膨胀流体12c。袋体11c具有以X轴方向作为长边方向的筒状的外观形状，覆盖紧固支承部件41。袋体11c的X轴方向的2个端与一对接线板120接合。袋体11c的材料与第1实施方式的袋体11的材料相同。
膨胀流体12c被配置在由袋体11c、紧固支承部件41的外部表面和一对接线板120围起的空间。膨胀流体12c由与第1实施方式中的膨胀流体12相同的材料形成。
冲击保护体31具有与袋体11c相同的形状，在紧固支承歧管57的内部，被配置为覆盖袋体11c。冲击保护体31配置在形成紧固支承歧管57(贯通孔157)的各燃料电池单电池110a中的各壁面(面对贯通孔157的各壁面)与冲击传递部10c之间。冲击保护体31由与第1实施方式的冲击保护体20相同的材料形成。冲击保护体31与形成紧固支承歧管57(贯通孔157)的各燃料电池单电池110a中的上述的各壁面接合。此外，由于各燃料电池单电池110a的贯通孔158重叠而形成的未图示的紧固支承歧管的内部的结构与上述的紧固支承歧管57的内部的结构相同，因此省略说明。
具有以上的结构的第5实施方式的燃料电池100d具有与第1实施方式的燃料电池100相同的效果。即，当由于碰撞等而在短期间内在层叠体101a加载大的惯性力的情况下，由于膨胀流体12c如固体般动作，因此抑制膨胀流体12c变形，换言之抑制惯性力的吸收，并将惯性力向紧固支承部件41、42传递。如此一来，紧固支承部件41、42将与惯性力反向的应力向冲击传递部10c传递，冲击传递部10c将应力经由冲击保护体31向层叠体101a传递。因此，能够抑制层叠体101a中的各燃料电池单电池110a的位置偏移的发生。另外，当由于燃料电池单电池110a的热膨胀等致使各燃料电池单电池110a沿层叠方向SD缓慢移位的情况下，膨胀流体12c作为流体动作，以填埋由于燃料电池单电池110a的移位而产生的缝隙(形成紧固支承歧管的壁面与冲击保护体31之间)的方式变形。这样，能够抑制形成紧固支承歧管的壁面与冲击保护体31之间的缝隙的发生，因此在碰撞发生时，能够抑制燃料电池单电池110a的位置偏移，并将惯性力经由冲击传递部10c向紧固支承部件41、42传递。进而，不会妨碍由于膨胀或者收缩引起的燃料电池单电池110a的沿层叠方向SD的移位，因此能够抑制在燃料电池单电池110a加载额外的应力，能够提高燃料电池单电池110a的耐老化性。
此外，在上述的第5实施方式中，紧固支承部件41、42与权利要求中的紧固支承部以及棒状部件相当。
F.变形例：
F1.变形例1：
各实施方式中的燃料电池100、100a～100d的结构不过为一例，可进行各种变形。例如，第1实施方式的袋体11设置有开口，该开口与第2外面罩162的顶面S1或者第1外面罩161的侧面S2、侧面S3以及底面S4接合，不过本发明并不局限于此。例如，袋体11的开口可以代替第1外面罩161以及第2外面罩162，转而与层叠体101的表面或者冲击保护体20接合。另外，例如，还可以将预先填充膨胀流体12并密封的(不具有开口的)袋体作为冲击传递部10使用，并将该冲击传递部10配置在层叠体101(冲击保护体20)与第1外面罩161之间以及层叠体101(冲击保护体20)与第2外面罩162之间。在该结构中，可以不将冲击传递部10与第1外面罩161之间以及冲击传递部10与第2外面罩162之间接合。另外，在该结构中，除了向袋体11内完全无余量地填充膨胀流体12的结构之外，还可以采用有余量地填充膨胀流体12的(填充比袋体11内的体积少的体积的膨胀流体12)结构。在向袋体11有余量地填充膨胀流体12的结构中，通过利用空气透过性高并且膨胀流体12的透过性低的材料形成袋体11，在从外部加载急剧的力时，能够使袋体11内的空气向外部逸出。因此，使用该袋体11的冲击保护体能够起到与第1实施方式的冲击保护体20相同的作用以及效果。
另外，在第2实施方式的燃料电池100a中，可以省略第1冲击传递部10。另外，还可以省略各实施方式的冲击保护体20、20a、30以及31。另外，在第4实施方式的燃料电池100c中，在第2外面罩162的顶面S1、以及第1外面罩161的侧面S2、侧面S3以及底面S4配置的冲击传递部10b的数目为5个，不过并不局限于5个，可以为任意的数目。另外，在第5实施方式的燃料电池100d中，可以在2个紧固支承部件41、42的基础上，进一步配置第1实施方式的4个紧固支承部件130。
另外，在各实施方式中，冲击保护体20、20a的刚性比膨胀流体12、12a～12d低，不过取而代之，也可以比膨胀流体12、12a～12d刚性高。根据该结构，能够利用冲击保护体20、20a抑制袋体11、11a～11d的破损，进而，在对燃料电池100、100a～100d加载应力时，还能够均匀地使力加载于(使力分散)层叠体101、101a。
F2.变形例2：
图10为表示变形例中的冲击传递部10d的外观形状的说明图。第4实施方式的冲击传递部10b的外观形状如图7所示，是剖面为半椭圆形状的柱状的外观形状，不过本发明并不局限于此。如图10所示，冲击传递部10d具有大致圆锥状的外观形状，前端部与冲击保护体30接触，在底部形成的开口与第2外面罩162的顶面S1或者第1外面罩161的侧面S2、侧面S3以及底面S4接合。此外，在图10中，仅表示冲击传递部10d以及与冲击传递部10d接合的面，省略了其他部位。
冲击传递部10d具备袋体11d以及膨胀流体12d。袋体11d的材料与第1实施方式的袋体11的材料相同。另外，膨胀流体12d的材料与第1实施方式的膨胀流体12的材料相同。
使用具有这样的外观形状的冲击传递部10d的燃料电池具有与第4实施方式的燃料电池100c相同的效果。由上述的变形例、第1实施方式以及第4实施方式可见，作为与第2外面罩162的顶面S1、第1外面罩161的侧面S2、侧面S3以及底面S4接合的冲击传递部的外观形状可以采用任意的形状。
F3.变形例3：
各实施方式的冲击传递部10、10a～10d的沿层叠方向SD的长度可以适当地变更。例如，可以使第1实施方式的冲击传递部10、第4实施方式的冲击传递部10b、第5实施方式的冲击传递部10c的沿层叠方向SD的长度比层叠体101或者层叠体101a的沿层叠方向SD的长度短。在该结构中，优选将各冲击传递部10、10b、10c配置在与层叠体101或者层叠体101a的沿层叠方向SD的中央部分对应的位置。另外，在图10所示的变形例的燃料电池中，可以使冲击传递部10d所配置的区域的沿层叠方向SD的长度比层叠体101的沿层叠方向SD的长度短。在该结构中，也优选为将冲击传递部10d所配置的区域配置在与层叠体101的沿层叠方向的中央部分对应的位置。
另外，还可以使第3实施方式的第3冲击传递部10a以及第4冲击传递部17a的沿层叠方向SD的长度与层叠体101的沿层叠方向SD的长度为同等程度。
F4.变形例4：
在各实施方式中，膨胀流体12、12a～12d均使用在硅油与硼酸的混合物中添加微量的催化剂并在高温环境下进行混炼以及干燥而获得的材料，不过本发明并不局限于此。可以将任意的“流体与固形粉体的混合物”作为膨胀流体12、12a～12d的材料进行使用。作为流体，除了上述的“在硅油与硼酸的混合物中添加微量的催化剂并在高温环境下进行混炼及干燥而得出的材料”之外，还可以采用水。另外，作为固形粉体，可以采用氧化硅、树脂粉体、砂、片栗粉等。
F5.变形例5：
在各实施方式中，沿着层叠体101、101a的层叠方向SD的4个面S10～S40全部由第1外面罩161以及第2外面罩162覆盖，不过也可以采用将这4个面中的至少一个面由第1外面罩161或者第2外面罩162部分覆盖的结构。在这样的结构中，同样可以通过与该面中由第1外面罩161或者第2外面罩162覆盖的部分对应地配置冲击传递部10、10a～10d来抑制各燃料电池单电池110、110a的位置偏移。
另外，在各实施方式中，层叠体101、101a的与层叠方向SD垂直的剖面的形状为矩形，不过也可以为任意的形状。在这种情况下，作为第1外面罩161以及第2外面罩162的外观形状，可以采用覆盖层叠体101、101a的沿着层叠方向的侧面的至少一部分的任意的形状。
F6.变形例6：
在第2实施方式中，冲击支承薄膜15的端部21的Z轴方向位置与燃料电池单电池110的第4侧面S40的Z轴方向的位置大致相等，不过本发明并不局限于此。可以将冲击支承薄膜15的端部21的Z轴方向位置形成为比燃料电池单电池110的第4侧面S40的Z轴方向的位置向-Z方向偏移的位置(即，铅垂下方的位置)。即一般而言，作为冲击支承薄膜15，在本发明的燃料电池中可以采用连续覆盖层叠体101的第1侧面S10、层叠体101的第2侧面S20的铅垂下方侧的至少一部分、层叠体101的第3侧面S30的铅垂下方侧的至少一部分的布状部件。
F7.变形例7：
在第2实施方式中，冲击支承薄膜15的端部21为自由端，不过也可以形成为使端部21与第1外面罩161、第2外面罩162和层叠体101中的任意部分接合，且不具有开口的结构。同样，在第3实施方式中，可以形成为使冲击支承薄膜15a的+Z方向的端与第1外面罩161或者第2外面罩162接合，且不设置开口22a的结构。
F8.变形例8：
在各实施方式中，燃料电池100、100a-100d被搭载于电动汽车，不过也可以代替电动汽车，转而应用于混合动力汽车、船舶、机器人等各种移动体中。另外，还可以将燃料电池100以及100a-100d作为安放型电源进行使用。
F9.变形例9：
在各实施方式中，在载置燃料电池100、100a-100d的状态下，X轴方向以及Y轴方向(+Y方向以及-Y方向)为与水平面平行的方向，另外，+Z方向表示铅垂上方向，-Z方向表示铅垂下方向，不过本发明并不局限于此。例如，X轴方向以及Y轴方向也可以是同与水平面交叉的面平行的方向。另外，Z轴方向也可以是从铅垂方向偏移的方向。换言之，燃料电池100、100a-100d的第1侧面S10以及第4侧面S40可以不与水平面平行。另外，燃料电池100、100a-100d的第2侧面S20以及第3侧面S30可以不与铅垂方向平行。
本发明并不局限于上述的实施方式、变形例，可以在不脱离其主旨的范围内通过各种结构实现。例如，与在发明内容的栏中记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、变形例中的技术特征，为了解决上述的课题的一部分或者全部，或者实现上述的效果的一部分或者全部，可以适当地进行更换、组合。另外，该技术特征只要在本说明书中未说明为必须，则可以适当地删除。
其中，附图标记说明如下：
10：冲击传递部(第1冲击传递部)；10a：第3冲击传递部；10b、10c、10d：冲击传递部；11、11a～11d：袋体；12、12a～12d：膨胀流体；15、15a：冲击支承薄膜；16、16a：膨胀流体；17：第2冲击传递部；17a：第4冲击传递部；18：侧壁部；19：主壁部；20、20a：冲击保护体；21：端部；22、22a：开口；30：冲击保护体；31：冲击保护体；41、42：紧固支承部件；57：紧固支承歧管；100、100a～100d：燃料电池；101、101a：层叠体；102：变形吸收部；110、110a：燃料电池单电池；111：膜电极接合体；112：隔板；120：接线板；121：连接口；130：紧固支承部件；151：氧化剂气体供给流路；152：氧化剂气体排出流路；153：燃料气体供给路；154：燃料气体排出流路；155：冷却介质供给流路；156：冷却介质排出流路；157、158：贯通孔；161：第1外面罩；162、162a：第2外面罩；163：贯通孔；190：缘部；500：纵梁；S1：顶面；S2：侧面；S3：侧面；S4：底面；FB：应力；SD：层叠方向；Fg：惯性力；S10：第1侧面；S20：第2侧面；S30：第3侧面；S40：第4侧面。

Claims (3)

1.一种燃料电池，其中，
该燃料电池具备：
层叠体，该层叠体具有多个燃料电池单电池层叠而成的构造；
紧固支承部，该紧固支承部沿着所述多个燃料电池单电池的层叠方向延伸设置，用于将所述层叠体在所述层叠方向上紧固，所述紧固支承部具有沿着所述层叠方向覆盖所述层叠体的侧面的至少一部分的外面罩；以及
冲击传递部，该冲击传递部包含膨胀流体，在所述层叠体与所述紧固支承部之间，配置在与所述多个燃料电池单电池中的沿着所述层叠方向连续的多个燃料电池单电池对应的位置，
所述冲击传递部具有：
冲击支承薄膜，在以所述层叠方向与水平方向一致的方式载置所述层叠体的状态下，该冲击支承薄膜连续地覆盖沿着所述层叠方向的所述层叠体的两个侧面的下方侧的至少一部分以及所述层叠体的底面；以及
所述膨胀流体，该膨胀流体被收纳于所述冲击支承薄膜与所述外面罩的内侧的侧面以及底面之间的空间，
在以所述层叠方向与水平方向一致的方式载置所述层叠体的状态下，所述冲击支承薄膜的上方的端部构成为开放端，形成朝所述空间的开口。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，
所述燃料电池还具备冲击保护部，该冲击保护部配置在所述冲击传递部与所述层叠体之间。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中，
所述冲击传递部配置在与构成所述层叠体的沿着所述层叠方向的中央部分的多个燃料电池单电池对应的位置。
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