CN114342134B - 燃料电池堆 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池堆，设置有电池层压体、端子板、端板和通路部。端子板被设置为在层压方向上与电池层压体相邻并且被构造为集电。端板设置于电池层压体的与端子板相反的一侧。端子板和端板设置有用于从电池层压体排放反应气体的通孔。通路部覆盖通孔的内周面并且构成反应气体的排放通路。通路部具有由电绝缘性树脂材料形成的周壁和设置到周壁的内周面并且由亲水性高于构成周壁的上述树脂材料的树脂材料构造的亲水部。

Description

燃料电池堆

技术领域

本公开涉及燃料电池堆。

背景技术

燃料电池包括燃料电池堆，燃料电池堆包括将多个单电池堆叠在一起的电池堆主体(例如，参照专利文献1)。专利文献1中公开的燃料电池堆包括在电池堆主体的堆叠方向上的两相反端中的端板，电池堆主体的各端具有端子板以及端子板和端板之间的绝缘板。每组端子板、绝缘板和端板均具有用于排放燃料气体的燃料气体排放连续孔和用于排放氧化剂气体的氧化剂气体排放连续孔。绝缘垫圈布置在各气体排放连续孔的内周表面上以延伸穿过所有端子板、绝缘板和端板。

这种燃料电池堆在发电时会生成水(在下文中，这种水将被称为生成水)。在发电期间，生成水与燃料气体和氧化剂气体的废气一起通过绝缘垫圈排放到外部。在下文中，将燃料气体和氧化剂气体统称为反应气体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-49129号公报

发明内容

发明要解决的问题

在这种燃料电池堆中，生成水在发电停止后留在电池堆主体中。留在电池堆主体中的生成水在其自重作用下或由于电池堆主体内外压差而朝向外部移动。因此，生成水逐渐到达绝缘垫圈附近。在这种情形下，如果外部空气温度降至零以下，绝缘垫圈附近的生成水会冻结并阻塞反应气体的排放通路。

因此，本公开的目的是提供一种改善排水性能的燃料电池堆。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，提供了一种燃料电池堆，其包括：电池堆主体，其包括堆叠在一起的单电池；端子板，其被布置成在堆叠方向上与所述电池堆主体相邻，并且被构造成集电；和端板，其布置在所述端子板的与所述电池堆主体相反的一侧。所述端子板和所述端板具有从所述电池堆主体排放反应气体的通孔。所述燃料电池堆还包括通路部，所述通路部覆盖所述通孔的内周面并形成所述反应气体的排放通路。所述通路部包括：周壁，其由具有电绝缘性的树脂形成；和亲水部，其布置在所述周壁的内周面上并且由亲水性高于形成所述周壁的树脂的树脂制成。

利用该构造，亲水部布置在通路部的周壁的内周面上。因此，亲水部的内周面上的生成水的液滴与该内周面之间的接触角小于不具有亲水部的周壁的内周面上的生成水的液滴的接触角。即，生成水的液滴与通路部的内周面之间的接触面积比不具有亲水部的周壁的接触面积大。这减小了彼此靠近的生成水的液滴之间的距离，允许通路部中的生成水的液滴容易地聚集。结果，由于液滴聚集而尺寸增大的生成水团变得容易受到其自重和电池堆主体内外之间的压差的影响。因此，生成水容易从通路部排放到外部。这改善了生成水的排水性能。

附图说明

图1是示出根据一个实施方式的燃料电池堆的立体图。

图2是沿着图1的线2-2截取的截面图。

图3是示出根据变形例的燃料电池堆的截面图。

图4是示出根据另一变形例的燃料电池堆的截面图。

具体实施方式

现在将参照图1和图2说明一个实方式。

如图1和图2所示，燃料电池堆包括电池堆主体11，电池堆主体11通过在厚度方向上堆叠板状单电池10而形成。

端板14A配置在电池堆主体11的在堆叠方向上的一端，电池堆主体11的在堆叠方向上的一端具有端子板12A以及位于端子板12A和端板14A之间的绝缘板20。端子板12A集电，绝缘板20进行绝缘。端板14B配置在电池堆主体11的在堆叠方向的另一端，电池堆主体11的在堆叠方向上的另一端具有端子板12B以及位于端子板12B和端板14B之间的绝缘板13B。端子板12B集电，绝缘板13B进行绝缘。在以下的说明中，电池堆主体11的堆叠方向将被简称为堆叠方向。

如图1所示，电池堆主体11具有分别将阴极气体(例如，空气中的氧气)、阳极气体(例如，氢气)和冷却介质(例如，冷却水)供给到各单电池10的三个通路11a、11b和11c。电池堆主体11具有分别排放阴极气体、阳极气体和冷却介质的另外三个通路11f、11e和11d，这些通路曾在各单电池10中用于发电。

如图2所示，端子板12A具有六个通孔15a，各通孔15a均具有矩形形状并且在厚度方向上延伸穿过端子板12A。通孔15a分别在电池堆主体11的通路11a至11f之间循环阴极气体、阳极气体和冷却介质。在下文中，阴极气体和阳极气体将被统称为反应气体。

端板14A具有六个通孔15b，各通孔15b均在厚度方向上延伸穿过端板14A。六个通孔15b位于对应于通孔15a的位置。通孔15b允许反应气体和冷却介质从中流过。通孔15b具有与通孔15a相同的矩形形状。

端子板12B和端板14B不具有通孔15a、15b。

现在将说明绝缘板20的构造。在以下的说明中，各板12A、20、14A的靠近电池堆主体11的一侧将被称为内侧，远离电池堆主体11的一侧将被称为外侧。

如图1和图2所示，绝缘板20包括布置在端子板12A和端板14A之间的板体21和覆盖通孔15a、15b的内周面并允许反应气体和冷却介质从中流过的六个通路部22a至22f。

在本实施方式中，阴极气体通过通路部22a和通路11a供给到各单电池10，并通过通路11f和通路部22f排放。阳极气体通过通路部22b和通路11b供给到各单电池10，并通过通路11e和通路部22e排放。冷却介质通过通路部22c和通路11c供给到各单电池10，并且通过通路11d和通路部22d排放。

如图1所示，通路部22a至22f均包括周壁23。周壁23的截面形状为四角环状。周壁23与板体21由具有电绝缘性的树脂一体成型。具有电绝缘性的树脂优选地为聚苯硫醚、聚酰胺、聚丙烯或聚乙烯。

在以下的说明中，各通路部22a至22f的位于端板14A的外表面的内侧的部分将被称为内通路部22A。另外，各通路部22a至22f的位于端板14A的外表面的外侧的部分将被称为外通路部22B。

内通路部22A的内周面与外通路部22B的内周面齐平。

各内通路部22A均在周壁23的轴线方向上的相反端处包括内凸缘24和外凸缘25。内凸缘24和外凸缘25朝向外周突出。内凸缘24收容在端子板12A的凹部12a中。内凸缘24的内表面与端子板12A的内表面齐平。外凸缘25收容在端板的凹部14a中。外凸缘25的外表面与端板14A的外表面齐平。

在通路部22a至22f中，通路部22e、22f排放在各单电池10中用于发电的反应气体。各通路部22e、22f的周壁23的内周面完全被亲水部26覆盖。亲水部26由亲水性高于形成周壁23的树脂的亲水性的树脂制成。各亲水部26均布置在内通路部22A和外通路部22B两者中。亲水性树脂优选地例如是聚烯烃类树脂。

如图2所示，各通路部22e、22f中的内通路部22A的内周面(即亲水部26的内周面)与电池堆主体11的各通路11e、11f的内周面齐平。

亲水部26不布置在向各单电池10供给反应气体的通路部22a、22b、向各单电池10供给冷却介质的通路部22c或从各单电池10排放冷却介质的通路部22d的周壁23的内周面上。

现在将说明绝缘板20的成型方法。

绝缘板20通过进行将端子板12A和端板14A嵌入成型模具中并且将熔融树脂注射到由成型模具和板12A、14A限定的空腔中的嵌入成型来形成。这使绝缘板20与端子板12A和端板14A一体成型。

亲水部26通过进行将包括绝缘板20、端子板12A和端板14A的一体成型部件嵌入成型模具中并且将熔融树脂注射到限定在成型模具和相应的周壁23之间的空腔中的双色成型来形成。这使亲水部26与周壁23一体成型。

现在将说明本实施方式的操作。

亲水部26布置在内通路部22A的周壁23的内周面上。因此，各亲水部26的内周面上的生成水的液滴与该内周面的接触角小于不具有亲水部26的周壁的内周面上的生成水的液滴的接触角。即，生成水的液滴与内通路部22A的内周面的接触面积比不具有亲水部26的周壁的接触面积大。这减小了彼此靠近的生成水的液滴之间的距离，允许生成水的液滴在内通路部22A中容易聚集。结果，由于液滴聚集而尺寸增大的生成水团变得容易受到自重和电池堆主体11内外的压差的影响。因此，生成水容易从内通路部22A排放到外部。

本实施方式具有以下优点。

(1)燃料电池堆包括电池堆主体11、端子板12A和端板14A。端子板12A和端板14A具有通孔15a、15b，通孔15a、15b从电池堆主体11排放反应气体。燃料电池堆包括覆盖通孔15a、15b的内周面并形成反应气体的排放通路的内通路部22A。内通路部22A均包括周壁23和亲水部26。周壁23由具有电绝缘性的树脂形成。各亲水部26布置在相应的周壁23的内周面上，并且由亲水性高于形成周壁23的树脂的树脂制成。

该构造以上述方式操作，因此改善了生成水的排水性。

(2)燃料电池堆包括外通路部22B，外通路部22B连接到内通路部22A并从端板14A向外延伸。各内通路部22A的内周面和相应的外通路部22B的内周面彼此齐平。

该构造不会在外通路部22B的内周面和内通路部22A的内周面之间产生台阶，防止生成水留在内通路部22A中。因此，生成水被顺利地排放到外部。

(3)外通路部22B均包括周壁23和亲水部26。各外通路部22B均与相应的内通路部22A一体成型。

该构造允许各内通路部22A的内周面和相应的外通路部22B的内周面容易地彼此齐平。另外，与外通路部22B与内通路部22A分体地形成并连接到内通路部22A的情况相比，减少了燃料电池堆的部件数和制造步骤数。

<变形例>

上述实施方式可以变形如下。本实施方式和以下变形例可以组合，只要组合后的变形例在技术上彼此不矛盾即可。

各亲水部26可以仅布置在相应的周壁23的内周面的一部分上。在这种情况下，当燃料电池堆定位成搭载在车辆上时，亲水部26优选地布置在位于通路部22e、22f的下部的部分中。

各外通路部22B的内周面和相应的内通路部22A的内周面不必彼此齐平。即，外通路部22B的内周面和内通路部22A的内周面也可以以台阶介于两者之间的方式彼此连接。

如图3所示，与内通路部22A分体形成的外通路部22B可以通过两者之间的密封构件27连接到内通路部22A。在这种情况下，内通路部22A的亲水部26的内周面与外通路部22B的内周面优选地彼此齐平。

如图4所示，外通路部22B的中心轴线CB可以相对于内通路部22A的中心轴线CA倾斜。

在内通路部22A的中心轴线CA沿着路面延伸的状态下，即使燃料电池堆被定位成搭载在水平路面上的车辆上，该构造也允许外通路部22B被配置成随着距端板14A的距离增大而降低。因此，移动到外通路部22B的生成水由于其自重的效果而被有效地排放。

各周壁23的截面形状不限于四角环状。即，各周壁23均可以具有任何截面形状，只要是环状即可。在这种情况下，术语“环状”是指形成没有端部的连续形状的环的任何结构。“环状”形状包括但不限于圆形、椭圆形和具有尖角或圆角的多边形。

附图标记列表

10...单电池

11...电池堆主体

11a-11f...通路

12A,12B...端子板

12a...凹部

13B、20...绝缘板

14A、14B...端板

14a...凹部

15a、15b…通孔

21...板体

22a-22f...通路部

22A...内通路部

22B...外通路部

23...周壁

24...内凸缘

25...外凸缘

26...亲水部

27…密封构件

Claims (6)

1.一种燃料电池堆，其包括：

电池堆主体，其包括堆叠在一起的单电池；

端子板，其被布置成在堆叠方向上与所述电池堆主体相邻，并且被构造成集电；和

端板，其布置在所述端子板的与所述电池堆主体相反的一侧，其中

所述端子板和所述端板具有从所述电池堆主体排放反应气体的通孔，

所述燃料电池堆还包括通路部，所述通路部覆盖所述通孔的内周面并形成所述反应气体的排放通路，并且

所述通路部包括：

周壁，其由具有电绝缘性的树脂形成；和

亲水部，其布置在所述周壁的内周面上并且由亲水性高于形成所述周壁的树脂的树脂制成。

2.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，

所述通路部是内通路部，

所述燃料电池堆还包括连接到所述内通路部并从所述端板向外延伸的外通路部，以及

所述内通路部的内周面与所述外通路部的内周面彼此齐平。

3.根据权利要求2所述的燃料电池堆，其特征在于，所述外通路部包括所述周壁和所述亲水部，并且所述外通路部与所述内通路部一体成型。

4.根据权利要求2或3所述的燃料电池堆，其特征在于，所述外通路部的中心轴线相对于所述内通路部的中心轴线倾斜。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池堆，还包括布置在所述端板和所述端子板之间并且由具有电绝缘性的树脂形成的绝缘板，

其中，所述绝缘板与所述通路部的周壁一体成型。

6.根据权利要求4所述的燃料电池堆，还包括布置在所述端板和所述端子板之间并且由具有电绝缘性的树脂形成的绝缘板，

其中，所述绝缘板与所述通路部的周壁一体成型。

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