CN114583197A - 燃料电池单元 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池单元，燃料电池组具备：电池组盒；燃料电池层叠体，配置于电池组盒的内侧，通过将多个在整体上是板状的燃料电池层叠而成；集电板，配置于燃料电池层叠体的层叠燃料电池的方向的两端；极耳，从集电板朝向电力转换器延伸，电力转换器具备：电力转换器盒，与电池组盒结合；电力转换部件，配置于电力转换器盒的内侧，汇流条的一部分配置于在电池组盒的壁设置的狭缝，具备：集电板连接部，在第一面与极耳连接；电力转换部件连接部，在属于与第一面所属的平面交叉的平面的第二面与电力转换部件连接；板状的多个连结部，将集电板连接部与电力转换部件连接部连结，连结部在至少一部分具有与属于第一面的平面及属于第二面的平面交叉的板面。

Description

燃料电池单元

技术领域

本公开涉及燃料电池单元。

背景技术

燃料电池单元构成为具有燃料电池组和电力转换器，这些分别具备电池组盒、电力转换器盒，在其内侧收纳有必要的部件。在专利文献1中，根据其图1、图5等可见，公开有将电池组盒、端板以及电力转换器盒分别结合的壳体的构造，在该壳体内，通过汇流条将燃料电池与电力转换部件电连接。

另外，在专利文献2中公开有以下内容，即，在燃料电池容纳盒中，具备容纳燃料电池单元层叠体和升压变压器的电池组盒、和配设于燃料电池单元层叠体的层叠方向两端部的一对电池组汇流条，并且，具备将电池组盒的内部分隔为容纳燃料电池单元层叠体的空间和容纳升压变压器的空间的第1隔板和第2隔板，第1隔板和第2隔板分别具有供电池组汇流条插通的狭缝14b、15b、和相互叠加的叠加部14a、15a。

专利文献1：日本特开2017-073199号公报

专利文献2：日本特开2019-145413号公报

在从燃料电池输出的电流较大的情况下，优选增大汇流条的截面积来抑制发热。为了增大汇流条的截面积，需要增大汇流条的板厚与板宽度的至少一个。然而，若增大板厚，则汇流条的成型性恶化，为了增大板宽度，需要扩大电池组盒的壁的开口(狭缝)的宽度。另一方面，电池组盒的壁作为用于保持向燃料电池的层叠体的压缩载荷的梁发挥功能。因此，若扩大壁的开口的宽度，则因壁的强度的降低而作为梁的功能降低，从而难以适当地保持载荷。

发明内容

鉴于以上的问题点，本公开的目的在于提供一种能够维持电池组盒的强度并且抑制汇流条中的发热的燃料电池单元。

本申请公开一种燃料电池单元，是具有燃料电池组、电力转换器、以及将燃料电池组与电力转换器电连接的汇流条的燃料电池单元，燃料电池组具备：电池组盒；燃料电池层叠体，配置于电池组盒的内侧，通过将多个在整体上是板状的燃料电池层叠而成；集电板，配置于燃料电池层叠体的燃料电池所层叠的方向的两端；以及极耳，从集电板朝向电力转换器延伸，电力转换器具备：电力转换器盒，与电池组盒结合；和电力转换部件，配置于电力转换器盒的内侧，汇流条的一部分配置于在电池组盒的壁设置的狭缝，上述汇流条具备：集电板连接部，在第一面与极耳连接；电力转换部件连接部，在属于与第一面所属的平面交叉的平面的第二面与电力转换部件连接；以及板状的多个连结部，将集电板连接部与电力转换部件连接部连结，连结部在其至少一部分具有与属于第一面的平面及属于第二面的平面交叉的板面。

也可以构成为：上述汇流条还具备在其至少一部分具有与属于第一面的面平行的板面的连结部。

也可以构成为：在连结部设置有屈曲部。

根据本公开的燃料电池单元，不增大汇流条的板厚和宽度就能够增大用于供电流通过的截面积来降低电阻。由此，不损害电池组盒的强度，即使是大电流，也能够抑制来自汇流条的发热。

附图说明

图1是燃料电池单元10的外观立体图。

图2是燃料电池单元10的分解立体图。

图3是燃料电池单元10的剖视图。

图4是燃料电池单元10的分解剖视图。

图5是汇流条40的立体图。

图6是表示汇流条40的配置的图。

图7是变形例1所涉及的汇流条的立体图。

图8是变形例2所涉及的汇流条的立体图。

附图标记说明

10…燃料电池单元；20…燃料电池组；21…电池组盒；22…端板；23…燃料电池；24…集电板；25…绝缘片；26…施力部件；30…电力转换器；31…电力转换器盒；32…电力转换部件；40…汇流条；41…集电板连接部；42…电力转换部件连接部；43…第一连结部；44…第二连结部。

具体实施方式

1.燃料电池单元的构造

在图1～图4中示出了对燃料电池单元10进行说明的图。图1是燃料电池单元10的外观立体图，图2是燃料电池单元10的分解立体图，图3是燃料电池单元10的剖视图(由XZ平面切断的剖视图)，并且图4是燃料电池单元10的分解剖视图(由XZ平面切断的剖视图)。此外，图3、图4是剖面，但为了容易观察，对燃料电池23的切断面不标注阴影线。在各附图中示出了三维正交坐标系(X、Y、Z坐标系)的方向。

由这些附图可见，燃料电池单元10具备燃料电池组20、电力转换器30以及汇流条40。以下对各结构进行说明。

1.1.燃料电池组

由图1～图4可见，燃料电池组20具有电池组盒21、端板22、燃料电池23、集电板24、绝缘片25以及施力部件26。

[电池组盒]

电池组盒21是在其内侧收纳重叠的多个燃料电池23、集电板24、绝缘片25以及施力部件26的壳体。在本方式中，电池组盒21是立方体的壳体，其中的一个壁部被省去，具有开口部21a，并且板状的片沿着形成有该开口部21a的部分的电池组盒21的边缘向与开口部21a相反的一侧伸出，从而形成了凸缘21b。在该凸缘21b将端板22与电池组盒21结合。

并且，在电池组盒21中的供电力转换器30配置的壁部设置有狭缝21c。如后述的那样，通过在该狭缝21c配置汇流条40而将集电板24与电力转换器30的电力转换部件32电连接。

因此，狭缝21c以将电池组盒21的内外连通的方式在壁厚方向(在本方式中为Z方向)上贯通。另外，狭缝21c以在层叠燃料电池23的方向(在本方式中为X方向)上延伸得较长的方式细长地形成。

狭缝21c的宽度(在本方式中为Y方向大小)为能够供汇流条40插入的大小，优选相对于燃料电池23的宽度(在本方式中为Y方向的大小)为10％以上40％以下。若狭缝21c的宽度比这更窄，则需要缩小汇流条，存在电阻增加而产生发热等不良情况的担忧。另一方面，若狭缝21c的宽度比这宽，则燃料电池23容易在狭缝21c的位置挠曲，存在向燃料电池23的层叠体实施均匀的面压变得困难的担忧。

另外，片沿着设置有狭缝21c的壁的电池组盒21的边缘向与狭缝21c相反的一侧伸出，从而形成了凸缘21d。在该凸缘21d通过螺栓等将电力转换器30的电力转换器盒31与电池组盒21结合。

从具有从外部保护燃料电池23的功能的观点出发，电池组盒21具有规定的强度，优选由厚度为2mm以上5mm以下左右的金属构成。

[端板]

端板22是板状的部件，设置为其外周端部的一部分伸出，从而形成了凸缘22a。

端板22堵塞电池组盒21的开口部21a，并且配置成凸缘22a与电池组盒21的凸缘21b重叠。而且例如通过配置成贯通凸缘21b和凸缘22a的螺栓和螺母等将端板22与电池组盒21结合，从而盖上电池组盒21的开口部21a。

这样端板22作为电池组盒21的盖子发挥功能。为了抑制燃料电池23的挠曲，优选端板22具有较高的强度。因此，优选端板22是金属，并且其板厚为与构成电池组盒21的壁、凸缘21b的板厚同等以上。端板22的厚度例如是10mm以上30mm以下。

[燃料电池]

燃料电池23如公知的那样，膜-电极接合体(MEA)被两个隔离件夹持而构成。MEA是由固体高分子膜、负极催化剂层、正极催化剂层、负极气体扩散层、正极气体扩散层等形成的层叠体。而且在燃料电池组20中，重叠多个这样的燃料电池23而形成燃料电池层叠体。

燃料电池23整体上为板状，在本方式中，将YZ平面作为板面来配置，在X方向上重叠有多个燃料电池23。

[集电板]

集电板24是用于取出燃料电池发电的电力的集电板，相对于燃料电池层叠体分别配置于燃料电池23的层叠方向(X方向)的一侧和另一侧。一侧的集电板24是+(正)侧的集电板，另一侧的集电板24是－(负)侧的集电板。在本方式中，靠近端板22的集电板24是负侧的集电板，在其相反侧配置有+侧的集电板24。

另外，从集电板24朝向狭缝21c延伸有极耳24a，如后述的那样，将极耳24a与汇流条40连接。由图3、图4可见，在本方式中，极耳24a弯曲为其前端与XY平面平行。

另外，集电板的材质、形态如公知的那样。

[绝缘片]

绝缘片25是实现由燃料电池层叠体和集电板24形成的层叠体、与电池组盒21及端板22的电绝缘的片。绝缘片25只要是具有必要的绝缘性能的片，就能够不特别地限定地使用公知的材料。因此，绝缘片25相对于各个集电板24层叠于与配置有燃料电池23的一侧相反的一侧。

[施力部件]

施力部件26与多个燃料电池23、集电板24、以及绝缘片25一起收纳于电池组盒21的内侧，在其层叠方向(X方向)上挤压由多个燃料电池23、集电板24、以及绝缘片25形成的层叠体(电池层叠体)，并对燃料电池23赋予面压。

对于施力部件26而言，只要能够对燃料电池23尽量均衡地赋予面压，就不特别地限定其形式，但是例如能够举出排列多个盘形弹簧的形态。

1.2.电力转换器

电力转换器30是转换来自燃料电池组20的电力的装置，能够举出变压器、变频器。变压器将燃料电池组的输出电压升压或者降压，变频器将来自燃料电池组的电力从直流转换为交流。

在本方式中，电力转换器30具有电力转换器盒31和电力转换部件32。

[电力转换器盒]

电力转换器盒31是在其内侧收纳电力转换部件32和汇流条40的壳体。在本方式中，电力转换器盒31是立方体的壳体，其中一个壁部被省去，而具有开口部31a，并且板状的片沿着形成有该开口部31a的部分的电力转换器盒31的边缘向与开口部31a相反的一侧伸出，从而形成了凸缘31b。在该凸缘31b通过螺栓等将电力转换器30与电池组盒21结合。

并且，在电力转换器盒31，在配置汇流条40的部位的壁部设置有孔31c。能够通过该孔31c从外部将汇流条40与电力转换部件32的端子连接。

电力转换器盒31与电池组盒21相同，优选具有规定的强度，优选由厚度为2mm以上5mm以下左右的金属构成。

[电力转换部件]

电力转换部件32是转换来自燃料电池组20的电力的部位，并且是具有作为变压器、变频器的功能的部件，能够应用公知的部件。

1.3.汇流条

汇流条40是将燃料电池组20的集电板24与电力转换器30的电力转换部件32电连接的部件。在本方式中，在两个集电板24分别使用相同的形态的汇流条40。但是，并不局限于此，也可以仅在任意一个使用本方式的汇流条40，而在另一个使用公知的汇流条。在图2～图4中也示出了汇流条40，但在图5中示出了将汇流条40放大后的立体图。

由这些附图可见，汇流条40具备集电板连接部41、电力转换部件连接部42、第一连结部43、以及第二连结部44。

[集电板连接部]

集电板连接部41是与集电板24的极耳24a连接的部位。集电板连接部41在第一面(在本方式中为XY平面)与极耳24a连接。即，在本方式中，极耳24a的前端形成为与XY平面平行，集电板连接部41为以与极耳24a重叠的方式具有与XY平面平行的板面的板状。

[电力转换部件连接部]

电力转换部件连接部42是与电力转换部件32的未图示的端子连接的部位。电力转换部件连接部42在属于与上述第一面所属的平面(在本方式中为XY平面)交叉的平面(在本方式中为YZ平面)的面与电力转换部件32连接。

这里“所属的平面”是指包含成为对象的面的平面。

在本方式中，电力转换部件32的端子具有与YZ平面平行的面，电力转换部件连接部42为以与该端子重叠的方式具有与YZ平面平行的板面的板状。

[连结部]

连结部是将集电板连接部41与电力转换部件连接部42连结来将两者电导通的板状的部位。在本方式中，具有第一连结部43与第二连结部44这两种连结部。

对于第一连结部43而言，在至少一部分其板面为与上述的第一面所属的平面(在本方式中为XY平面)及第二面所属的平面(在本方式中为YZ平面)双方交叉的平面(在本方式中为XZ平面)。因此，在本方式中，第一连结部43是在至少一部分具有与XZ平面平行的板面的板状，并将Y方向作为板厚。由此，能够增大用于将集电板连接部41与电力转换部件连接部42电导通的截面积，并且抑制汇流条40的Y方向(宽度方向)的大小。

这里“板面”如通常那样考虑即可，是板状的部件中的构成板厚的面以外的面。

在本方式中，第一连结部43将集电板连接部41和电力转换部件连接部42的Y方向端部彼此连结。因此，在本方式中，在集电板连接部41和电力转换部件连接部42的Y方向端部分别设置有第一连结部43，共计具有两个第一连结部43。从确保更大的截面积并降低电阻来抑制发热的观点出发，也可以设置3个以上的第一连结部43。

对于第二连结部44而言，在至少一部分其板面为与上述的第一面所属的平面平行的面(在本方式中为XY平面)。

在本方式中，第二连结部44是具有与XY平面平行的板面的板状，并将Z方向作为板厚。即，对于第二连结部44而言，该第二连结部44的板面所属的平面与集电板连接部41的板面所属的平面大体相同、或者平行，具有与电力转换部件连接部42的板面所属的平面交叉的板面，并将Z方向作为板厚。

[汇流条的制作等]

在本方式中，第一连结部43、第二连结部44具有与集电板连接部41连接的第一部43a、44a、与电力转换部件连接部42连接的第二部43b、44b、以及将第一部43a、43a与第二部43b、44b连结的第三部43c、44c。若为这样的构造，则通过弯曲加工来制作集电板连接部41和第一部43a，通过弯曲加工来制作电力转换部件连接部42和第二部43b、44b，并通过第三部43c、44c将该两个部件接合，由此能够制作汇流条40。如此能够通过单纯的弯曲加工和接合容易地制作汇流条40。

但是，并不局限于此，例如可以通过深拉深等从1张板通过冲压成型无接合部地一体地形成汇流条40，也可以不将连结部分为第一部、第二部、以及第三部，而作为一体与集电板连接部41及电力转换部件连接部42接合。

构成汇流条40的各部位的板厚并不特别地限定，能够鉴于流动的电流的大小而适当地决定，但能够为1mm以上5mm以下左右。另外，构成汇流条40的各部位的材料并不特别地限定，但优选是在性质上电阻较小的材料，例如，能够使用铜、铜合金、铝、铝合金等。

1.4.构成燃料电池单元的各部件的组合

将以上那样的燃料电池组20、电力转换器30、以及汇流条40如图1～图4那样组合而成为燃料电池单元10。

将多个燃料电池23在X方向上重叠而形成了燃料电池层叠体，在该燃料电池层叠体中的燃料电池23的层叠方向(X方向)的两端分别配置有集电板24。并且在集电板24的外侧分别重叠有绝缘片25。由此，成为由燃料电池层叠体、集电板24、以及绝缘片25形成的层叠体(电池层叠体)。

在该电池层叠体的层叠方向(X方向)的一个面重叠有施力部件26。而且，将在电池层叠体重叠有施力部件26的层叠体收纳于电池组盒21的内侧。此时，施力部件26为与电池组盒21的开口部21a相反的一侧，与层叠有施力部件26的一侧相反的一侧为电池组盒21的开口部21a侧。另外，集电板24的极耳24a配置成朝向电池组盒21的狭缝21c(电力转换器30)延伸。

端板22堵塞电池组盒21的开口部21a，并且电池组盒21的凸缘21b配置成与端板22的凸缘22a重叠。而且，例如通过配置成贯通凸缘21b和凸缘22a的螺栓和螺母等将端板22与电池组盒21结合，从而盖上电池组盒21的开口部21a。此时，构成为：端板22配置成与电池层叠体的面接触，在将端板22配置于电池组盒21的姿势下施力部件26挤压电池层叠体，向电池层叠体实施作用力，从而成为向燃料电池23施加面压的状态。在端板22向电池组盒21的安装(通过螺栓和螺母的结合等)时实施该作用力即可。

汇流条40将其集电板连接部41插入于电池组盒21的狭缝21c的内侧并与集电板24的极耳24a重叠。如上述那样，两者具有第一面(在本方式中为与XY平面平行的面)，因此将该面重叠，并通过螺栓等将两者结合。由此，配置成汇流条40的电力转换部件连接部42从电池组盒21立起，其板面成为第二面(在本方式中为与YZ平面平行的面)。因此，将汇流条40的第一连结部43配置成其板面与第一面所属的平面(XY平面)及第二面所属的平面(YZ平面)交叉，在本方式中，板面与XZ平面平行，Y方向成为板厚方向。

电力转换器30在将电力转换部件32配置于电力转换器盒31的内侧的状态下与电池组盒21中的设置有狭缝21c的面重叠。此时，电力转换器盒31的开口部31a朝向电池组盒21侧，并配置成电力转换器盒31的凸缘31b与电池组盒21的凸缘21d重叠。由此，通过电池组盒21堵塞电力转换器盒31的开口部31a。而且，例如通过螺栓等将凸缘21d与凸缘31b结合，将电力转换器30固定于电池组盒21。

汇流条40将其电力转换部件连接部42与电力转换部件32的端子重叠。如上述那样，两者具有第二面(在本方式中为与YZ平面平行的面)，因此将该面重叠，并通过螺栓等将两者结合。该结合能够通过孔31c来进行。由此，将集电板24与电力转换部件32电连接。此外，孔31c被未图示的罩密封。

2.效果等

本公开的燃料电池单元10例如以Z方向为上下方向的方式搭载于车辆。即，配置成燃料电池23的层叠方向大致水平。但是，并不特别地限定燃料电池单元10的朝向。

在图6中，为了说明而示出了燃料电池单元10的立体图。但是，为了容易理解，在图6中省略电力转换器30来表示。

根据本公开的燃料电池单元10，通过汇流条40具备多个第一连结部43，与仅通过第二连结部44将集电板连接部41与电力转换部件连接部42连结的情况相比，由于配置有多个第一连结部43，从而相应地增加了集电板连接部41与电力转换部件连接部42导通的截面积，因此能够降低电阻，从而能够抑制发热。

而且，尽管这样增加截面积来降低电阻，在图5中Y1所示的汇流条40的宽度与仅由第二连结部44形成的汇流条相比几乎不会改变。因此，不增大在图2中Y2所示的狭缝21c的宽度，就能够降低汇流条40的电阻。由此，电池组盒21的强度不会下降，因此燃料电池23的变形较少，从而能够维持附加于燃料电池23的面压的均匀性的高度。

并且，也无需增厚构成汇流条的各部位的板厚，因此加工性良好，生产率也优异。

此外，在上文中，为了便于说明和理，使用三维正交坐标系(X、Y、Z)，对各部件的朝向、关系(例如第一面、第二面、板厚等)与该坐标系的轴(X、Y、Z)、平面(XY平面、XZ平面、YZ平面)一致的例子进行了说明。但是，各部件的朝向、关系无需是严格的，也可以相对于X、Y、Z、XY平面、XZ平面、以及YZ平面具有角度。总之，只要能够不使汇流条的宽度、构成汇流条的部件的板厚大幅度地变化而通过在汇流条设置将集电板连接部与电力转换部件连接部连结的第一连结部来增加截面积以减少电阻即可。

3.变形例

3.1.变形例1

图7是相对于上述的汇流条不具备第二连结部44而仅设置两个第一连结部43的例子。由此，也起到与上述相同的效果。另一方面，从进一步降低电阻的观点出发，也可以设置3个以上的第一连结部43。

3.2.变形例2

在图8中示出了变形例2的燃料电池单元所具备的汇流条40’的立体图。在汇流条40’中，相对于上述的汇流条40的第三部43c、44c而应用了第三部43c’、44c’。能够与汇流条40相同地考虑其他的部位，因此标注相同的附图标记并省略说明。

上述的第三部43c、44c是板面笔直地从集电体连接部41朝向电力转换部件连接部42延伸的板状，但在第三部43c’、44c’中，是具有其一部分向板厚方向突出那样的屈曲部的形态。此外，优选由屈曲部形成的部件的突出的方向是不扩大汇流条的宽度的朝向。因此优选两个第一连结部43所具备的屈曲部的突出方向相互相对。

如本方式那样，在燃料电池组21配置施力部件26，由此，在挤压燃料电池23的情况下，燃料电池23的厚度根据湿度、温度等运转条件而变化，有时在燃料电池单元的工作中集电板24在X方向(燃料电池的层叠方向)移动。根据具备第三部43c’、44c’的汇流条40’，对于这样的集电板24向燃料电池的层叠方向的移动，也容易追随，从而能够减少对集电体连接部、电力转换部件连接部的负荷。

Claims (3)

1.一种燃料电池单元，具有燃料电池组、电力转换器以及将所述燃料电池组与所述电力转换器电连接的汇流条，其中，

所述燃料电池组具备：

电池组盒；

燃料电池层叠体，配置于所述电池组盒的内侧，通过将多个在整体上是板状的燃料电池层叠而成；

集电板，配置于所述燃料电池层叠体的所述燃料电池所层叠的方向的两端；以及

极耳，从所述集电板朝向所述电力转换器延伸，

所述电力转换器具备：

电力转换器盒，与所述电池组盒结合；和

电力转换部件，配置于所述电力转换器盒的内侧，

所述汇流条的一部分配置于在所述电池组盒的壁设置的狭缝，

所述汇流条具备：

集电板连接部，在第一面与所述极耳连接；

电力转换部件连接部，在属于与所述第一面所属的平面交叉的平面的第二面与所述电力转换部件连接；以及

板状的多个连结部，将所述集电板连接部与所述电力转换部件连接部连结，

所述连结部在其至少一部分具有与属于所述第一面的平面及属于所述第二面的平面交叉的板面。

2.根据权利要求1所述的燃料电池单元，其中，

所述汇流条还具备在其至少一部分具有与属于所述第一面的平面平行的板面的连结部。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池单元，其中，

在所述连结部设置有屈曲部。

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