CN110534787B - 燃料电池用接线板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够使接线板的构造成为简单的构造的技术。燃料电池用接线板具备：芯板，在与歧管对应的位置具有第1开口部；盖板，在与歧管对应的位置具有第2开口部，至少配置于芯板的燃料电池单元侧的面；以及树脂片，夹设在芯板与盖板之间，在与歧管对应的位置具有第3开口部，配置于与歧管形成区域对置的位置。芯板具有：第1金属板，配置于与发电区域对置的位置；和第2金属板，与第1金属板接合，具有第1开口部，配置于与歧管形成区域对置的位置。盖板与第2金属板分别由耐腐蚀性比第1金属板高的金属材料构成。

Description

燃料电池用接线板

技术领域

本发明涉及燃料电池用的接线板。

背景技术

作为燃料电池用的接线板的构造，例如在专利文献1中公开了一种由耐腐蚀性高的钛板夹持导电性高的铝、铜制的芯板的构造。

专利文献1：日本特开2015-88294号公报

在专利文献1所公开的接线板的构造中，芯板的表面由钛板覆盖，但其侧面从钛板露出。若芯板的侧面相对于贯通接线板的歧管露出，则在歧管内流动的水与芯板的侧面接触而有可能成为腐蚀的原因。因此，在专利文献1中，芯板的侧面被粘合密封材料覆盖，构造较为复杂。

发明内容

本发明能够作为以下的方式而实现。

(1)根据本发明的一个方式，提供一种燃料电池用接线板，与具有配置有电解质膜的发电区域和形成有歧管的歧管形成区域的板状的燃料电池单元对置地配置。该燃料电池用接线板具备：芯板，在上述燃料电池用接线板与上述燃料电池单元对置地配置的配置状态下，在与上述歧管对应的位置具有第1开口部；盖板，在上述配置状态下，在与上述歧管对应的位置具有第2开口部，至少配置于上述芯板的上述燃料电池单元侧的面；以及树脂片，夹设在上述芯板与上述盖板之间，在上述配置状态下，在与上述歧管对应的位置具有第3开口部，配置于与上述歧管形成区域对置的位置。而且，上述芯板具有：第1金属板，在上述配置状态下，配置于与上述发电区域对置的位置；和第2金属板，与上述第1金属板接合，具有上述第1开口部，在上述配置状态下配置于与上述歧管形成区域对置的位置，上述盖板与上述第2金属板分别由耐腐蚀性比上述第1金属板高的金属材料构成。

根据这种方式的燃料电池用接线板，构成芯板的第1金属板与第2金属板中的、形成有与歧管连通的第1开口部的第2金属板由耐腐蚀性高的金属材料构成，因此也可以不利用树脂材料等包覆第1开口部中的芯板的侧面。因此，能够使接线板的构造形成为仅将芯板与盖板经由树脂片接合的简单的构造。

(2)在上述方式的燃料电池用接线板中，也可以是上述盖板与上述第2金属板由相同的金属材料构成。根据这种方式，能够抑制因盖板与第2金属板的线膨胀差异而对盖板与第2金属板之间的树脂片施加剪切应力的情况。

(3)在上述方式的燃料电池用接线板中，也可以是具备隔离件，该隔离件夹设在上述芯板与上述盖板之间，在上述配置状态下配置于与上述发电区域对置的位置，且具有导电性。根据这种方式，能够使接线板的厚度均匀化。

(4)在上述方式的燃料电池用接线板中，也可以是上述隔离件与上述第1金属板由相同的金属材料构成。根据这种方式，能够抑制因隔离件的配置而使得接线板的导电性降低的情况。

(5)在上述方式的燃料电池用接线板中，也可以是上述第1金属板在上述第2金属板的附近具有贯通孔。根据这种方式，能够在接线板的温度发生了变化时减少因第1金属板与第2金属板的线膨胀差异而对第1金属板与第2金属板的接合部施加的应力。

本发明除了燃料电池用接线板以外，也能够通过各种方式来实现，例如也能够通过具备燃料电池用接线板的燃料电池、燃料电池用接线板的制造方法等方式来实现。

附图说明

图1是表示燃料电池的概略结构的立体图。

图2是表示燃料电池单元的概略结构的分解图。

图3是表示接线板的概略结构的主视图。

图4是图3中的IV-IV线的切断部端面图。

图5是图3中的V-V线的切断部端面图。

图6是表示作为第2实施方式的接线板的构造的说明图。

图7是表示作为第2实施方式的接线板的构造的说明图。

图8是表示作为第3实施方式的接线板的构造的说明图。

图9是表示作为第3实施方式的接线板的构造的说明图。

图10是表示作为第4实施方式的接线板的构造的说明图。

图11是表示作为第4实施方式的接线板的构造的说明图。

图12是表示作为第5实施方式的接线板的概略结构的主视图。

图13是图12中的XIII-XIII线的切断部端面图。

附图标记的说明

10...燃料电池；20、21...绝缘板；30、31...端板；100、100a、100b、100c、100d、101...接线板；100t、101t...端子；110...芯板；111、111d...第1金属板；112...第2金属板；113...接合部；115...第1开口部；120、121...盖板；125...第2开口部；130、131...树脂片；135...第3开口部；140...垫圈；150...隔离件；200...燃料电池单元；210...发电体；220...树脂框架；230a、230b...隔板；231a、231b...气体流路；240...层叠体；250...气体导入路；M1in...歧管；M1out...歧管；M2in...歧管；M2out...歧管；M3in...歧管；M3out...歧管；GA...发电区域；MA...歧管形成区域；TH...贯通孔。

具体实施方式

A.第1实施方式：

图1是表示包含作为本发明的一实施方式的燃料电池用接线板100在内的燃料电池10的概略结构的立体图。图1所示的x方向、y方向、z方向分别对应于他图所示的x方向、y方向、z方向。这些方向相互正交。以下，将+y方向设为上方向，-y方向设为下方向。另外，将沿着x方向的方向称为左右方向，将接线板100的+z方向侧作为正面侧，将-z方向侧作为背面侧。燃料电池10例如搭载于车辆等移动体，作为移动体的电力源来使用。另外，燃料电池10也可以作为定置型的电源来使用。

燃料电池10具备将多个板状的燃料电池单元200层叠而成的层叠体240、一对接线板100、101、一对绝缘板20、21、以及一对端板30、31。燃料电池10通过将端板30、绝缘板20、接线板100、层叠体240、接线板101、绝缘板21、以及端板31依次层叠而构成。燃料电池10在由未图示的紧固部件沿燃料电池单元200的层叠方向施加了紧固压的状态下被保持。

燃料电池10是接受含有氢的燃料气体和含有氧的氧化气体的供给而发电的固体高分子型燃料电池。燃料电池10中通过电化学反应而产生的电力在接线板100、101中集电，并被从设置于接线板100、101的端子100t、101t向外部的负载取出。绝缘板20、21由橡胶、树脂等绝缘性材料形成。端板30、31由不锈钢等金属形成。

在燃料电池10，形成有沿层叠方向(z方向)贯通端板30、绝缘板20、接线板100、以及层叠体240的多个歧管M1in～M3in、M1out～M3out。歧管M1in是用于对各燃料电池单元200分配燃料气体的燃料气体供给歧管。歧管M2in是用于对各燃料电池单元200分配氧化气体的氧化气体供给歧管。歧管M3in是用于对形成在燃料电池单元200间、以及燃料电池单元200与接线板100之间的制冷剂流路分配制冷剂的制冷剂供给歧管。歧管M1out是从各燃料电池单元200排出燃料气体的废气的燃料气体排出歧管。歧管M2out是从各燃料电池单元200排出氧化气体的废气的氧化气体排出歧管。歧管M3out是从形成在燃料电池单元200间、以及燃料电池单元200与接线板100之间的制冷剂流路排出制冷剂的制冷剂排出歧管。此外，在本实施方式中，在接线板101、绝缘板21以及端板31，在与各歧管对应的位置未形成开口部。例如，接线板101作为具有端子101t的平板状的铝制板而形成。

图2是表示燃料电池单元200的概略结构的分解图。燃料电池单元200具备发电体210、树脂框架220、以及一对隔板230a、230b。在树脂框架220与隔板230a、230b，分别在与图1所示的6个歧管M1in～M3in、M1out～M3out对应的位置形成有开口部。

发电体210具备电解质膜、分别与电解质膜的两面邻接地形成的催化剂层、以及气体扩散层。电解质膜是在湿润状态下表现出良好的质子传导性的固体高分子薄膜。电解质膜例如由氟类树脂的离子交换膜构成。催化剂层具备促进氢和氧的化学反应的催化剂、以及担载了催化剂的碳颗粒。也将电解质膜与催化剂层合起来称为膜电极接合体(MEA(Membrane Electrode Assembly))。气体扩散层分别与催化剂层侧的面邻接地设置。气体扩散层是使应用于电极反应的反应气体沿着电解质膜的面方向扩散的层，由多孔质的扩散层用基材构成。作为扩散层用基材，使用碳纤维基材、石墨纤维基材、泡沫金属等具有导电性以及气体扩散性的多孔质的基材。也将电解质膜、催化剂层、以及气体扩散层合起来称为膜电极气体扩散层接合体(MEGA(Membrane Electrode Gass-diffusion-layerAssembly))。

树脂框架220是配置于发电体210的周围的框状的树脂部件。作为树脂部件，在本实施方式中，例如使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。但是，作为树脂部件，也能够利用聚丙烯、聚乙烯等其他各种热塑性树脂部件。树脂框架220为了从各歧管导入或者排出燃料气体或氧化气体，在各歧管与发电体210之间具备狭缝状的气体导入路250。气体导入路250以贯通树脂框架220的方式形成。

隔板230a、230b以夹持发电体210和树脂框架220的方式层叠于树脂框架220。在本实施方式中，隔板230a、230b具有导电性，由耐腐蚀性高的钛形成。隔板230a、230b在与发电体210以及气体导入路250对应的位置，具备由凹凸状的槽构成的气体流路231a、231b。气体导入路250的歧管侧的一端部在将树脂框架220与隔板230a、230b层叠在一起时在歧管内露出。另外，气体导入路250的发电体210侧的另一端部与气体流路231a或者气体流路231b连通。因此，在各歧管中流动的气体通过气体导入路250以及气体流路231a、231b而向发电体210供给。

以下，将在燃料电池单元200的平面方向(xy方向)上设置有发电体210(电解质膜)的区域称为“发电区域GA”。另外，将在比发电区域GA靠外周侧的位置形成有歧管的区域称为“歧管形成区域MA”。此外，图2所示的燃料电池单元200的结构是一个例子，若是具有发电区域GA与歧管形成区域MA的燃料电池单元，则其结构并不限定于图2所示的结构。

图3是表示接线板100的概略结构的主视图。图4是图3中的IV-IV线的切断部端面图。图5是图3中的V-V线的切断部端面图。在图3中示出了从层叠体240侧观察接线板100的状态。在图3中，后述的第1开口部115、第2开口部125、以及第3开口部135在相同的位置重叠，因此在图3中一并记载它们。另外，在图3中，针对不能从正面侧看到的部件，由虚线示出引出线，并标注了附图标记。

如图4、5所示，接线板100具备芯板110、盖板120以及树脂片130。以下，将接线板100与燃料电池单元200对置地配置的状态(图1所示的状态)称为“配置状态”。如图3～5所示，在盖板120上，配置有用于将各歧管以及形成在邻接的燃料电池单元200之间的制冷剂流路密封的垫圈140。此外，垫圈140可以配置于与接线板100邻接的燃料电池单元200侧，也可以不装备于接线板100侧。

如图3所示，芯板110是大致长方体的部件。如图3以及图5所示，芯板110具有第1金属板111与第2金属板112。第1金属板111在上述的配置状态下，配置于与发电区域GA对置的位置。“与发电区域GA对置的位置”可以不是与发电区域GA严格对置的位置，只要是与包含发电区域GA的区域对置的位置即可。如图4所示，在本实施方式中，在第1金属板111的上方，形成有端子100t。如图3所示，在第1金属板111的两端，以从左右夹着第1金属板111的方式接合有2个第2金属板112。在本实施方式中，第2金属板112相对于第1金属板111激光焊接。此外，第2金属板112也可以相对于第1金属板111通过粘合剂而接合。第2金属板112在上述的配置状态下，配置于与歧管形成区域MA对置的位置。“与歧管形成区域MA对置的位置”可以不是与歧管形成区域MA严格对置的位置，只要是与包含歧管形成区域MA的区域对置的位置即可。在第2金属板112，在与各歧管对应的位置形成有贯穿第2金属板112的第1开口部115。

在本实施方式中，第2金属板112由耐腐蚀性比第1金属板111高的金属材料构成。具体而言，在本实施方式中，第1金属板111由导电率高的铜构成，第2金属板112由导电率比铜低、但耐腐蚀性比铜高的钛构成。如公知那样，钛由于在表面形成有氧化皮膜而表现出高耐腐蚀性。此外，第1金属板111例如也能够由银、铝构成，第2金属板112也能够由因为氧化被膜而表现出高耐腐蚀性的不锈钢构成。第1金属板111与第2金属板112的耐腐蚀性例如能够基于使电流在浸渍于氟酸等的试料中流动的电化学试验来评价。对于与第1金属板111接合的2个第2金属板112而言，只要耐腐蚀性分别比第1金属板111高，则也能够分别由不同的材料构成。例如，能够使2个第2金属板112中的一方由钛构成，另一方由不锈钢构成。

盖板120是大致长方体的部件，且是在上述的配置状态下至少配置于芯板110的燃料电池单元200侧的面的金属板。在盖板120，在与各歧管对应的位置，形成有贯穿盖板120的第2开口部125。盖板120覆盖芯板110，在发电区域GA中与芯板110接触。在本实施方式中，在盖板120的芯板110侧的面的周边部，粘合有后述的树脂片130，因此盖板120的中央部朝向芯板110侧凹陷，以使得盖板120的中央部能够与芯板110接触。为了提高接线板100的导电性，优选盖板120的厚度比芯板110的厚度小。盖板120的厚度相对于芯板110的厚度，例如能够形成为1/30～1/10，在本实施方式中为1/20。

在本实施方式中，盖板120由耐腐蚀性比第1金属板111高的金属材料构成。具体而言，在本实施方式中，盖板120由作为与第2金属板112相同的金属材料的钛构成。这样，在本实施方式中，盖板120与第2金属板112由相同的金属材料构成，因此能够减少接线板100的制造成本。但是，盖板120除了钛以外，例如也能够由不锈钢构成。另外，对于盖板120与第2金属板112而言，只要耐腐蚀性比第1金属板111高，则也可以由不同的材料构成。例如，能够使由盖板120钛构成，使第2金属板112由不锈钢构成。

树脂片130是夹设在芯板110与盖板120之间，将它们粘合的树脂制的片材部件。芯板110与盖板120之间由树脂片130密封。树脂片130在上述的配置状态下，配置于与歧管形成区域MA对置的位置。在树脂片130，在与各歧管对置的位置形成有贯穿树脂片130的第3开口部135。在本实施方式中，树脂片130形成为框状，不仅针对歧管形成区域MA，也针对发电区域GA的上侧的区域(参照图4)以及下侧的区域而配置。作为树脂片130，例如能够使用具有粘合性的改性聚烯烃片。树脂片130的厚度例如是盖板120的厚度的2～3倍。

对于以上说明的接线板100而言，例如，首先相对于第1金属板111接合第2金属板112而制成芯板110，在所制成的芯板110的一个面配置框状的树脂片130，从其上配置盖板120而进行热压接合，由此能够进行制造。

在以上说明的本实施方式的接线板100中，构成芯板110的第1金属板111与第2金属板112中的、形成有与歧管连通的第1开口部115的第2金属板112由耐腐蚀性高的金属材料构成。因此，无需由树脂材料等包覆在歧管内露出的芯板110的侧面。其结果是，能够使接线板100的构造形成为仅将芯板110与盖板120经由树脂片130来接合的简单的构造，能够减少接线板100以及使用它的燃料电池10的制造成本。

另外，在本实施方式的接线板100中，构成芯板110的第2金属板112与盖板120由相同的金属材料构成，因此第2金属板112与盖板120的线膨胀系数相同。其结果是，即使在利用树脂片130将芯板110与盖板120热压接合时它们产生温度变化，也抑制因第2金属板112与盖板120的线膨胀差异而在第2金属板112与盖板120之间的树脂片130施加剪切应力的情况。其结果是，在接线板100的制造时等，能够抑制树脂片130破裂。

B.第2实施方式：

图6以及图7是表示作为第2实施方式的接线板100a的构造的说明图。图6表示与图4对应的接线板100a的截面，图7表示与图5对应的接线板100a的截面。本实施方式的接线板100a在设有具备导电性的隔离件150的点上，与第1实施方式的接线板100不同。

在本实施方式中，隔离件150夹设在芯板110与盖板120之间，在上述的配置状态下，配置于与发电区域GA对置的位置。隔离件150形成为与树脂片130大致相同的厚度。隔离件150优选为由导电率比盖板120高的材料构成，在本实施方式中由作为与芯板110的第1金属板111相同的金属材料的铜构成。因此，通过隔离件150的配置，能够抑制接线板100a的导电性降低。此外，隔离件150除铜以外，例如也能够由铝构成。

在以上说明的本实施方式的接线板100a中，在芯板110与盖板120之间配置有隔离件150，因此能够使接线板100的厚度均匀。因此，无需在盖板120形成用于确保与芯板110的接触的凹陷。因此，能够使盖板120的构造成为简单的构造。

另外，根据本实施方式，无需在盖板120形成凹陷，因此作为盖板120，能够直接采用由钛构成的燃料电池单元200用的隔板230b。这样，通过共用盖板120与隔板230b，能够大幅减少接线板100的制造成本。另外，作为盖板120，若采用燃料电池单元200用的隔板230b，则能够在接线板100与燃料电池单元200之间容易地形成与在燃料电池单元200间形成的冷却流路相同的构造的冷却流路。

C.第3实施方式：

图8以及图9是表示作为第3实施方式的接线板100b的构造的说明图。图8表示与图4对应的接线板100b的截面，图9表示与图5对应的接线板100b的截面。本实施方式的接线板100b与第1实施方式的不同之处在于，在上述的配置状态下，也在芯板110的背面侧(端板30侧)配置有树脂片131以及盖板121。

在本实施方式中，配置于芯板110的背面侧的树脂片131也配置于与发电区域GA对置的部分。即，在本实施方式中，树脂片131不形成为框状，并且覆盖芯板110的除第1开口部115外的背面全体。另外，盖板121也经由树脂片131而覆盖芯板110的除第1开口部115外的背面全体。

根据以上说明的第3实施方式的接线板100b，在芯板110的背面也配置有树脂片131以及盖板121，因此能够提高接线板100b的强度。另外，芯板110的除第1开口部115外的背面全体被树脂片131以及盖板121覆盖，因此能够抑制构成芯板110的第1金属板111的背面侧的腐蚀。因此，例如，能够在接线板100b与绝缘板20之间配置制冷剂流路，能够高效地冷却接线板100。

D.第4实施方式：

图10以及图11是表示作为第4实施方式的接线板100c的构造的说明图。图10表示与图4对应的接线板100c的截面，图11是与图5对应的接线板100c的截面。本实施方式的接线板100c具备第2实施方式的接线板100a与第3实施方式的接线板100b的两方的构造。即，本实施方式的接线板100c在芯板110与盖板120之间具有隔离件150，另外，在芯板110的背面侧配置有树脂片131与盖板121。根据这样的构造的本实施方式的接线板100c，能够起到与第1实施方式～第3实施方式的全部的接线板100、100a、100b相同的效果。

E.第5实施方式：

图12是表示作为第5实施方式的接线板100d的概略结构的主视图。

图13是图12中的XIII-XIII线的切断部端面图。在本实施方式中，构成接线板100d的第1金属板111d在第2金属板112的附近具有贯通孔TH。更具体而言，在第1金属板111d，在第1金属板111d与第2金属板112的接合部113同发电区域GA之间，沿着接合部113配置有多个贯通孔TH。

在本实施方式中，贯通孔TH的直径比第1金属板111d的厚度大，例如是第1金属板111d的厚度的2～3倍。另外，各贯通孔TH以贯通孔TH的直径的2～3倍左右的间隔等间隔地配置。另外，接合部113与各贯通孔TH的距离是贯通孔TH的直径的1～3倍左右。此外，贯通孔TH的形状不限定于圆形，也可以是多边形。

在芯板110的正面侧，以覆盖贯通孔TH的方式配置有树脂片130与盖板120。芯板110的背面侧也可以与第3实施方式、第4实施方式相同地，由树脂片131和盖板121覆盖。

根据以上说明的本实施方式的接线板100d，在接线板100d的制造时的热压接合时等，在温度从高温变化为低温时，即便因第1金属板111d与第2金属板112的线膨胀差异使得第1金属板111d欲收缩而对接合部113施加拉动力，也由于在第1金属板111d的接合部113的附近设置有贯通孔TH，因此贯通孔TH的周围容易产生变形，能够抑制对接合部113施加应力。因此，根据本实施方式，能够在接线板100d的制造时等抑制第1金属板111d与第2金属板112分离，能够提高接线板100d的强度。

F.其他的实施方式：

在上述实施方式中，在配置于燃料电池10的一方的端部侧的端板30中，全部的歧管开口，但也可以形成为不同的结构。例如，也可以构成为上述6个歧管中的至少一部分在端板31侧开口。在该情况下，接线板101的构造优选为除了形成与歧管对应的开口部的位置之外，形成为和接线板100相同的构造。

在上述实施方式中，歧管在燃料电池10的左右方向上形成于夹着发电区域GA的位置。与此相对地，各歧管中的至少一部分也可以在燃料电池10的上下方向上形成于比发电区域GA靠上侧或者下侧的位置。

本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构来实现。例如，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，与发明的概要栏所记载的各方式中的技术特征对应的实施方式中的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，若该技术特征在本说明书中不是作为必要的特征来说明的，则能够适当地删除。

Claims (5)

1.一种燃料电池用接线板，与具有配置有电解质膜的发电区域和形成有歧管的歧管形成区域的板状的燃料电池单元对置地配置，其中，具备：

芯板，在所述燃料电池用接线板与所述燃料电池单元对置地配置的配置状态下，所述芯板在与所述歧管对应的位置具有第1开口部；

盖板，在所述配置状态下，所述盖板在与所述歧管对应的位置具有第2开口部，并且所述盖板至少配置于所述芯板的所述燃料电池单元侧的面；以及

树脂片，夹设在所述芯板与所述盖板之间，在所述配置状态下，所述树脂片在与所述歧管对应的位置具有第3开口部，并且所述树脂片配置于与所述歧管形成区域对置的位置，

所述芯板具有：

第1金属板，在所述配置状态下，所述第1金属板配置于与所述发电区域对置的位置；和

第2金属板，与所述第1金属板接合，具有所述第1开口部，在所述配置状态下，所述第2金属板配置于与所述歧管形成区域对置的位置，

所述盖板与所述第2金属板分别由耐腐蚀性比所述第1金属板高的金属材料构成，

所述第1金属板与所述第2金属板被共面设置。

2.根据权利要求1所述的燃料电池用接线板，其中，

所述盖板与所述第2金属板由相同的金属材料构成。

3.根据权利要求1所述的燃料电池用接线板，其中，

具有隔离件，该隔离件夹设在所述芯板与所述盖板之间，在所述配置状态下，所述隔离件配置于与所述发电区域对置的位置，且具有导电性。

4.根据权利要求3所述的燃料电池用接线板，其中，

所述隔离件与所述第1金属板由相同的金属材料构成。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池用接线板，其中，

所述第1金属板在所述第2金属板的附近具有贯通孔。

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